大学课件之机械原理：机构组合与创新设计

第十二章机构组合与创新设计一、基本要求二、基本概念和基础知识三、学习重点及难点四、例题精选五、试题自测及答案一、基本要求1.了解基本机构的概念、类型及其运动特性。3.了解机构组合方法（串联组合、并联组合、叠加组合、封闭组合）与创新设计。2.了解机构组成原理与机构创新设计。二、基本概念和基础知识1.基本机构3.机构组合方法（串联组合、并联组合、叠加组合、封闭组合）2.机构组成原理1基本机构连杆机构的基本型齿轮类机构的基本型凸轮类机构的基本型间歇运动机构的基本型挠性传动机构其他常用机构的基本型常用基本机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构正切机构转动导杆机构曲柄摇块机构摆动导杆机构移动导杆机构双转块机构双滑块机构连杆机构的基本型单级圆柱齿轮机构单级圆锥齿轮机构单级蜗杆机构齿轮类机构的基本型直动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构直动从动件圆柱凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构凸轮类机构的基本型棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构分度凸轮机构间歇运动机构的基本型带传动机构链传动机构绳索传动机构挠性传动机构的基本型螺旋机构万向机构其他传动机构的基本型2机构组成原理把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。或者说，任何机构都是通过把基本杆组依次连接到原动件和机架上组成的。把各种II级杆组和III级杆组连接到原动件和机架上，可以组成简单机构；再把各种II级杆组和III级杆组连接到简单机构的从动件上，可以组成复杂的机构。依此类推，可以组成各种各样的、能实现不同功能目标的新机构。3机构组合方法机构的串联组合机构的并联组合机构的叠加组合机构的封闭组合机构的串联组合前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度机构。机构串联组合的目的主要是改变后置机构的运动速度或运动规律。机构的并联组合若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接，称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构。并联组合的目的主要是改变机构的动力性能，有时也用于实现运动的分解或运动的合成。机构的叠加组合在一个机构的可动构件上再安装一个以上的机构的组合方式。把支撑其它机构的机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上面的机构称为附加机构。机构的封闭组合一个两自由度机构中的两个输入构件或两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件用单自由度的机构连接起来，形成一个单自由度的机构系统，称为封闭式组合。特征：基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。三、学习重点及难点利用机构的组成原理和机构的各种组合方法进行创新设计基本机构的类型及其运动特性学习难点学习重点四、例题精选(例1、例2、例3）例1对图示机构进行分析。分析槽轮机构常用于转位和分度的机械装置中，但其运动和动力特性不理想，尤其在槽数较少的外槽轮机构中，其角速度和角加速度的波动均达到很大数值，造成工作台转位不稳定。原因：主动拨盘一般作匀速转动，并且回转半径不变。当运动传递给槽轮时，由于主动拨盘的滚销在槽轮的传动槽内沿径向相对滚移，致使槽轮受力作用点也沿径向发生变化。若滚销以不变的圆周速度传递运动时，导致槽轮在一次转位过程中，角速度由小变大，又由大变小。分析图例中，采用双曲柄机构与槽轮机构的串联式组合方式。槽轮机构的主动拨盘固接在双曲柄机构的从动曲柄上，从动曲柄上E点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，使槽轮能近似等速转位。图为双曲柄槽轮机构与普通槽轮机构的角速度曲线的对照线图，其中，横坐标α是槽轮动程时的转角，纵坐标i是从动槽轮与其主动构件的角度比。可以看出，经此串联组合的槽轮机构的运动特性和动力特性能有较大改善。类似改变槽轮运动和动力特性的机构串联组合形式还有转动导杆槽轮机构、凸轮槽轮机构、椭圆齿轮槽轮机构，以及双槽轮机构的串联等。转动导杆槽轮机构凸轮槽轮机构椭圆齿轮槽轮机构双槽轮机构例2试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析。图示冲压机凸轮连杆机构，由一个凸轮机构和一个凸轮连杆机构并联组合而成。两个盘状凸轮固接在一起，凸轮1和推杆2组成移动从动件盘状凸轮机构。凸轮1’和摆杆3组成摆动从动件盘状凸轮机构。当机构的主动件凸轮1和1’转动时，推杆2实现左右移动；同时摆杆3实现摆动，并由摆杆的摆动带动连杆4运动，使从动件滑块5实现上下移动。根据所设计的凸轮，推杆2与滑块5可实现对应的时序关系分析例3试对图示液压挖掘机进行机构分析。图示液压挖掘机机构为机构的叠加组合。由三套液压缸机构叠加组成。第一套液压缸机构1-2-3-4以挖掘机机身1为机架，输出构件是大转臂4，该机构的运动可以使大转臂4实现俯仰动作。第二套液压缸机构是4-5-6-7，叠加在第一套机构的大转臂4上，该机构的输出构件是小转臂7，其运动结果可使小转臂7实现伸缩摇摆。分析第三套机构是由7-8-9-10组成的液压缸机构，叠加在第二套机构的小转臂7上，最终使铲斗10完成复杂的挖掘动作。五、试题自测及答案（1、2、3、4）1.试对图示牛头刨床导杆机构的组合方式进行分析。图示牛头刨床的导杆机构为机构的串联组合方式，前置机构为转动导杆机构，输出杆BE作非匀速运动，从而使从动件4实现近似匀速往复移动。其中转动导杆机构ABD为前置子机构，曲柄1为主动件，绕固定轴A匀速转动，使该机构的从动件2输出非匀速转动。解六杆机构BCEFG为后置子机构，主动构件为BE，即前置子机构的输出构件2，因2构件输入的是非匀速运动，所以中和了后续机构的转速变化。故当曲柄1匀速转动时，滑块4在某区段内实现近似匀速往复移动。2.试对图示V形发动机的双曲柄滑块机构进行分析。图示V形发动机的双曲柄滑块机构为机构的并联组合形式，是由两个曲柄滑块机构并联组合而成。解两个汽缸作V形布置，它们的轴线通过曲柄回转的固定轴线，当分别向两个活塞输入运动时，曲柄可实现无死点的定轴回转运动，并且还具有良好的平衡、减振作用。3.图示机构为活塞机的齿轮杠杆机构，试对该机构进行分析。解图示机构是两个曲柄滑块机构ABE和CDE的并联组合，同时与相啮合的齿轮机构进行连接。机构构件长度满足AB=CD,BE=DE,同时两齿轮的分度圆直径相等。AB和CD与气缸的轴线形成的夹角相等且对称分布。齿轮转动时，活塞将沿气缸内壁作往复移动。若机构中的两齿轮和两连杆的质量分别相等，则气缸壁上将不会受到因构件的惯性力而引起的动压力。4.试对图示电动玩具马的传动机构进行分析。解图示电动玩具马的传动机构为机构的叠加组合形式，由曲柄摇块机构ABC安装在两杆机构的转动构件4上组合而成。机构工作时分别由转动构件4和曲柄1输入转动，致使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。