机械设计基础第06章 机构组合设计与创新

机械创新设计第06章机构组合设计与创新§6.1串联式组合•可以实现增力、增程和各种特殊的运动规律，并具有改善后置机构的运动与动力学特性等功能。•一、串联组合形式前置机构可以是连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、非圆齿轮机构、间歇运动机构、挠性件传动机构等。二、串联式组合机构可实现的主要功能•①增力功能。图2前置机构为铰链四杆机构ABCD，后置机构为摇杆滑块机构DCE。设各杆为二力杆，连杆CB受到的拉力为F，连杆CE受到的压力为P。忽略DC的转动惯量，则DC在C点受到两连杆的作用力对D点的力矩互相平衡，可得滑块受到的冲压力为：。随着滑块下移，α减小，L增大，S减小，在F不增大的情况下，Q逐渐增大。图3凸轮增力机构，合理设计凸轮轮廓线，使其形状有利于连杆5的传力，可达到增力效果。•随着滑块下移，α减小，L增大，S减小，在F不增大的情况下，Q逐渐增大。图3凸轮增力机构，合理设计凸轮轮廓线，使其形状有利于连杆5的传力，可达到增力效果。coscosFLQPSch05-1肘杆増力机构.swf;ch05-1摇杆滑块基本机构.swf•图3凸轮增力机构，合理设计凸轮轮廓线，使其形状有利于连杆5的传力，可达到增力效果。②增程功能•图4用于自动横机上的导线机构，可根据滑块动程的大小来确定DE的杆长。横机图片图5为连杆齿轮机构。图6为凸轮连杆机构。•（1）串联式：前置机构、后置机构、铰接点。•（2）增程特点：齿条比滑块行程大一倍③实现输出构件特定的运动规律•部分行程要求等速、减速、停歇等。图7为实现等速移动功能的牛头刨床串联组合机构。图8为用于毛纺针梳机导条机构上的椭圆齿轮连杆机构•5匀速图9为一洗瓶机的推瓶机构•慢匀速推开瓶锁合形式：形封闭图10为一行星齿轮连杆机构•系杆1主动，当z5=3z2时，2节圆上的轨迹是3段近似圆弧的摆线，其圆弧半径约8r2，当3长度为8r2时，滑块4近似位于停歇状态。ch06-1有停歇特征的行星轮系-连杆机构.swf图11为间歇组合机构•E轨迹为直线时，输出构件停歇图12为连接点在浮动构件上的组合机构•A轨迹8字形。主动件1循环运动一次，输出件5往复移动两次图13为带挠性件传动的组合机构•(a)2上的销a在带动4在固定导槽p内移动；图13(b)3与2、滑块4铰接。•带挠性件传动的组合机构。P31齿轮连杆串联实现近匀低速冲压，有利于冲压薄壁零件。•销子不作圆周运动的槽轮机构，通过改变槽数、销子数、链条长度，可适用于各种不同目的（P73图4-7）。P73图4-8从一个转动曲柄得到近似均匀角速度的摆动机构。•P143图6-9推点轨迹均为圆，用于送料机构，如糖纸、糖块、钢料。P144图6-10a实现大摆角，常用于仪表中将敏感元件的微小位移放大后，送到指示机构或输出装置的场合。图6-10b飞机的高度表。大气压变化使膜盒1上C点右移。•P145图6-11倍速剪切机构。图6-12振摆式轧钢机轧辊驱动装置中。•P145图6-13凸轮-连杆吸纸、齐纸机构。P146图6-15糖果包装机剪切机构，ED=FC，KE=KF。•P147图6-18、19常用于机床的分度补偿机构中。④改善输出构件的动力学特性•槽轮机构常用于转位和分度机械装置中，运动时会带来振动与冲击，造成工作台不稳，尤其是槽数较少的外槽轮机构。图14采用双曲柄机构（不是平行四边形机构）为前置机构，改善了动力学特性。图15采用曲柄滑块机构为前置机构•这些串联的转位机构可在较高速度条件下工作，并且转位平稳、锁止可靠、结构简单。§6-2并联式组合•可实现机构的平衡，改善机构的动力学特性，完成复杂的需要互相配合的动作与运动。机构1机构2机构1机构2机构1机构2输入输出输出输出输出输入输入输入一、并联组合形式•①并列式。类型、尺寸相同，对称布置，主要用于改善机构的受力状态、动力学特性、自身的动平衡、死点问题、输出运动的可靠性。图17-20。两个移动电机可独立完成任务，增强了安全可靠性。•组合形式：两个齿轮齿条机构并联（共用齿轮），然后与曲柄滑块机构串联（滑块与齿轮轴固接）•特点：两个移动电机可互不干扰地工作，其中一个发生故障，另一个还能完成工作，安全可靠性强；连接襟翼的曲柄可产生很大的力；齿轮的转动与滑块的移动无关。•加压且摩擦阻力小•8为主动件，往复一个行程使工件周期性转过900并无空程。②合成式•输出运动互相影响或作用，完成复杂的运动规律和轨迹要求。两个凸轮分别使输出构件左右、上下移动•冲头以中等速度接近工件，然后以较低且近于恒定的速度加工工件，最后由下折返位置快速返回。③时序式•两上输出的运动具有一定的运动或动作的协调。图23一般用于工件的输送装置，大滑块在右端位置先接受工件，左移，再由小滑块将工件推出，设计时须注意两滑块运动的协调与配合。•由摆动从动件盘形凸轮机构与摇杆滑块机构串联组合•推杆2负责输送工件，滑块5完成冲压，应按照机构运动循环图进行机构的尺寸综合。二、并联式组合的机构可实现的主要功能•①改善机构的工作性能。图17。图18滑块与导路间几乎无摩擦阻力。图19。图20。•②实现特定的运动轨迹或运动规律。图21为自动输送机械装置，两凸轮机构并联，使输送的物料沿矩形轨迹运动。图22。③完成复杂运动的配合。图23。图24。§6-3封闭式组合•以二自由度的机构为基础机构，单自由度的机构为附加机构，再将两个机构中某些构件并接，组成一个单自由度的组合机构，称为封闭式组合。基础机构附加机构基础机构附加机构各基本机构融为一体，实现比较特殊的运动规律，如停歇、逆转、加速、减速、前进、倒退，以及增力、增程、合成运动等。一、封闭式组合的形式•①以差动齿轮机构（图26为其常见结构）为基础机构。可构成齿轮连杆机构、齿轮凸轮机构、复合轮系。②以差动凸轮机构（图27为其常见结构）为基础机构。可构成凸轮连杆机构、凸轮齿轮机构。•转动副可改为移动副③以差动连杆机构（图28）为基础机构。可构成连杆齿轮机构、连杆凸轮机构。④组合实例分析•基础机构中：，由附加机构可得ω2与ω3的关系。令ω2为机构的输入参数，则系统自由度为1。31213321ziz满足胶片洗印工艺要求的机构二、封闭式组合机构的功能•①实现特定的运动规律。图30为齿轮连杆机构。可通过选择不同的齿数比，及连杆机构中不同杆长比实现不同的步进转位角。•图31为可实现长时间停歇的齿轮导杆机构，避免刚性冲击，可无级地满足运动系数的要求，但机构较复杂。•图32基础机构为3、4、5、机架，附加机构为1、2、4，当4以等角速度转动时，5因凸轮轮廓曲线的形状变化可获得多样化的运动规律。•图33构件1、3、4、5组成差动凸轮机构，附加机构为导杆机构2、3、4、5，4的摆动规律可调，还可实现浮动导杆3上某点的轨迹要求。图34五连杆机构1-5为基础机构。•附加机构为固定凸轮机构。•P147图6-17基础机构为H-1-2-3-4，附加机构为H-2-5-4。②实现增程与增力功能•图35输出构件滑块D的行程比简单凸轮机构推杆的行程增大几倍，而凸轮机构的压力角仍可控制在许用范围内。图36附加机构为曲柄摇杆机构，5的摆角将比3的成倍增加。•图37固定凸轮机构与差动连杆机构共用浮动杆和连架杆的冲压机构，再在4、2间串联一II级杆组6、7，则为双向冲压。③实现大速比的功能•图38也称为齿轮连杆机构，系杆为主动件，单级传动比在11~99之间，双级传动比可达9801。2121112201HHHzzzz•组合形式：基础机构为差动齿轮机构，附加机构为平行四边形机构，齿轮1与连杆固结为一个构件。•特点：传动比大。（前一页计算公式）•图39附加机构为正弦机构，即齿轮移动导杆机构。(a)固联在正弦机构中浮动杆上的行星轮是内齿轮，输出运动的中心轮是外齿轮。(b)行星轮是外齿轮，输出运动的中心轮是内齿轮。④实现运动的合成•凸轮与蜗杆固联，并作为主动构件输入转动，输出构件蜗轮的角位移由两部分组成•凸轮与蜗轮固联，蜗杆轴主动，蜗轮的运动是转动与移动的合成，常用于机床作为运动误差的补偿。112122zszr§6-4装载式组合•将基本机构装载在另一个基本机构的运动构件上，末端输出构件实现复杂的工艺动作。单联式只共用一个构件，双联式不止一个。基本机构1基本机构2输出输入•图42曲柄摇块机构装载在二杆机构的4上。•电动玩具马传动机构，马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加，产生一种飞奔向前的动态效果。•图43为工业机械手。末端开链机构安装在直移机构的活塞上，而直移机构的汽缸又安装在链传动机构的转动链轮上，又装在移动连杆机构的连杆上。•图44为液压挖掘机，•组合形式：装截式。由1-2-3-4、4-5-6-7、7-8-9-10三套液压摆缸机构组成。“7-8-9-10”装载在“4-5-6-7”的构件7上，“4-5-6-7”装载在“1-2-3-4”的构件4上。•功能：实现挖掘工具的复杂运动。二、双联式装载组合•图45为摇头电风扇机构。蜗杆机构装载在双摇杆机构的运动构件摇杆上，蜗轮又与其连杆固联。由于两个基本机构中除装载构件共用外，还有两个构件并接，所以组合机构具有1个自由度，只需要以蜗杆为输入构件就具有确定运动。•结论：还可交互使用以上四种组合，如两串联机构与其它机构并联；封闭式组合再与另一机构串联。但是多次组合将使机构的运动链加长，运动副增多，设计难度提高，积累误差增加，机械效率减小。思考题•1、各种机构组合技法；•2、各例图的特点（组合特点、运动特点）•ch06千万不能听别人传话。有时看到的也不一定是真的。比如一方说另一方的不是，如果以求证的态度去核实，往往不能客观地发现两者的关系。•一位偏执人格的患者连续搬倒几届领导。实名检举，查问时并不公开举报事例，避重就轻出就有可能谈出问题。不能排除是消息灵通、明察秋毫的人，被迫害。•心理素质非常重要。据说某官妻子被追查月余，工作人员准备放弃时，找其最后一谈，结果说出事来了。很少有人能禁得住追查，所以有了问题，一定要坦白争取从宽处理。•环境决定论和遗传决定论。“是金子总会发光的”、“天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感”（爱迪生）、“龙生龙凤生凤老鼠的儿子会打洞”、“有其父必有其子”。达尔文的表兄高尔敦进行家谱调查，977名名人的子孙有332个名人，而977名普通百姓的子孙只有1个名人。•每人都该学学心理学：婚恋、家庭、亲子、发展心理学•成长关键期。猪孩、狼孩。道德层次•克尔格勃问题：妻得癌症，海因斯买不起治癌新药而偷药。应该吗？•(1)服从与惩罚•(2)?????快乐主义•(3)好孩子定向阶段：社会上好人的标准•(4)维护权威及社会制度的定向阶段：仅同情•(5)社会契约定向阶段：法律不保护弱者就修订•(6)普遍道德原则的定向阶段：生命价值重要•挫折+晚逆反+无信心上网•在现实生活中获得不了成就感、被认同感、自我实现感等•不能急于下结论：北京某高校新生说“学费太贵了，家里卖了头牛才交上学费”，第二年还这么说，第三年还这样说。原来家里有三个养牛场。•公交车上给老人让座，如果就站在旁边，会给人压力。可说“我该下车了”然后到对方看不到的车门附近站着。•科学不是迷信，但迷信中有科学。跳大神的巫婆神汉给的仙药有可能治好病。（强烈的心理暗示）•行动改变后，内心体验也会改变，认知有时也会改变。消沉时，装模作样地高兴，有时会真的高兴起来。•投射：有人说“她找了个那么好的男朋友，多幸福啊！”，人家幸福不幸福只有人家自己知道。其实是说的自己。心理有什么就会看到什么。•赴宴吃多了，帽子掉，拾不起来。请对面走来一个大胖子拾，也弯不下腰。说“原来你也去赴宴了？”•失误反映了潜意识的想法，比如“大型文艺晚会现在开饭（始）”、“祝贺大会胜利闭（开）幕”•报复心理太可怕。八十年代，某富婆，采用卫星定位设备、雇拥私家侦探打听丈夫的二奶，了解得非常详细。似乎是“爱之深，恨之切”，但是“爱”的反面是“淡漠”，绝不是“恨”。•“先处理心情，再处理事情”、“教训”“教育”总结•具有连续输入输出关系的串联式机构组合可实现增力、增程等功能•具有共