1、第5章 機構創新設計 一個好的機械原理方案能否實現，機構設計是關鍵。機構設計中最富有創造性、最關鍵的環節，是機構形式的設計。機構創新設計v 5.1 簡單動作功能機構設計v 5.2 機構組合創新設計方法 v 5.3 機構變異設計v 5.4 機構再生運動鏈方法 5.1 簡單動作功能 用來實現運動和力的簡單轉換5.1.1 簡單動作功能機構的特點與應用v主要指人類最初創造的各種工具和簡單簡單的器械。如杠桿杠桿、斜面斜面、滾輪滾輪。尤其是輪子輪子是人類最偉大的創造發明，現代的各種機器中，是離不開旋轉的輪子輪子和軸軸的。v特點：只用極少的構件（一般不成為典型的“機構”），實現簡單而巧妙的動作。v舉例：電視

2、機調節盒蓋雙動操作器。 圓珠筆按鈕 錄音機的聯動按鍵 魔方 百葉窗 拉鏈 安全帶帶扣 舉例：要實現特定的動作功能 巧妙的構思。筆套上有凸塊圓珠筆按鈕圓珠筆按鈕功能原理分析對齊筆套槽時筆芯齒輪與按鈕齒輪錯開筆芯齒輪在筆套內時的情況筆芯齒輪在筆套內時的情況筆芯齒輪在筆套內時的情況錯開時縮回（外）對齊時探出（內）筆芯齒輪在筆套內筆芯齒輪在筆套內外的情況比較外的情況比較拉鏈功能原理分析簡單幾何體簡單幾何體的組合 剖開看簡單幾何體的組合 合上看v舉例：鑰匙與鎖舉例：鑰匙與鎖彈子鎖鑰匙與鎖芯v一把鑰匙開多把鎖？彈簧彈簧彈子1鑰匙鎖芯彈子2v簡單動作功能具有廣泛的用途和寬闊的空間。簡單動作功能通常通過兩個零

3、件之間接觸表面形狀的巧妙組合實現，求解動作功能時針對所要實現的動作功能（運動規律、運動軌跡），對零件的幾何形體進行構思。v 也叫幾何形體組合法v對簡單動作功能優秀設計案例的分析可以獲得很多靈感，學到很多巧妙的設計方法。 5.1.2 機械零件自由度分析 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.1 機構串聯組合方法v串聯組合多個基本機構順序連接 前機構輸出后機構輸入 機構串聯組合實現兩個目的： 1）改善原有機構的運動特性 2）使組合機構具有各基本機構的特性 1改善原有機構的運動特性槽輪機構轉位或分度角速度變化大前面加上主動撥盤前面雙曲柄機構 主動撥盤變速轉動減小槽輪轉速不均勻性v曲柄旋轉一周滑塊往

4、復兩次 六桿機構A點軌跡8字形曲線v 5.2.1 機構串聯組合方法2.使組合機構具有各基本機構的特性串聯組合V帶+齒輪+棘輪+螺旋等傳動 原動機單向等速回轉 輸出件低速、單向、間歇、直線運動v橢圓齒輪+曲柄滑塊組合機構 等速變速 變速的曲柄滑塊往復運動速度 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.2 機構并聯組合方法機構并聯組合由兩個或多個結構相同的基本機構并列布置 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.2 機構并聯組合方法1.型并聯 原動機功率不足多臺原動機+多套傳動系統 中華世紀壇3000噸192個輪子 16個驅動輪飛機兩或四個發動機 滿足功率 替補動力 5.2 機構組合創新設計方法v

5、5.2.2 機構并聯組合方法1.型并聯 V形發動機2汽缸布置 90 v飛機襟翼操縱機構兩個油缸各推動一個齒條加快擺動速度替補擺動 （速度減少1/2） 雙保險可靠性提高 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.2 機構并聯組合方法2.型并聯 主動件或原動機的運動分成兩個再合成一個 汽缸壓力機左右兩套一個汽缸推動執行構件5最大壓力 關鍵兩套機構同步 螺旋壓力機左右兩套螺旋螺距相同旋向相反螺距相同旋向相反（雙向） 優點增力軸向力可以平衡 缺點向下壓力對螺桿影響較大 5.2 機構組合創新設計方法主動油缸連桿連桿搖桿滑塊機構3、4、5執行構件5v 5.2.2 機構并聯組合方法3.型并聯 一個主動運動分解

6、為兩個或多個輸出運動 v細紗機1個電動機400-500個紗錠v加工光學透鏡的拋光機1個電動機4套連桿v雙滑塊驅動送料機構主動件1推動大滑塊2和小滑塊4溝槽作用運動規律不同 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.2 機構并聯組合方法3.型并聯同步關鍵v橋式起重機跨度大30m 兩端輪子必須同步 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.2 機構并聯組合方法3.3.型并聯型并聯同步關鍵同步關鍵v橋式起重機橋式起重機跨度大跨度大30m30m 幾種方案幾種方案保持兩端輪子同步保持兩端輪子同步 a a）低速軸集中驅動）低速軸集中驅動大傳動裝置大傳動裝置負重負重 b b）高速軸集中驅動）高速軸集中驅動輕輕傳

7、動軸轉速高傳動軸轉速高 c c）中軸集中驅動）中軸集中驅動機構復雜機構復雜v分別驅動除中間軸除中間軸自重小自重小分組性分組性好好安裝維修方便安裝維修方便可實現穩定運行可實現穩定運行v普遍采用 5.2 機構組合創新設計方法減速器減速器減速器第二級減速v 5.2.2 機構并聯組合方法3.3.型并聯型并聯同步關鍵同步關鍵v電影放映機的輸片機構電影放映機的輸片機構凸輪凸輪主動軸主動軸 圓弧部分圓弧部分從動件停歇從動件停歇歪盤動歪盤動橫橫向抓片向抓片v航天飛船對接器對接機構對接模擬器的并聯機器人完成主動抓取、對正、拉緊、鎖住、卡緊等。v并聯機構并聯機器人 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.3 機構

8、疊加組合方法 將一個機構安裝在另一個機構的某個運動件上將一個機構安裝在另一個機構的某個運動件上輸出輸出各機構輸出運動的合成各機構輸出運動的合成兩種運動關系兩種運動關系 運動獨立式運動獨立式運動相關式運動相關式 電扇運動電扇運動旋轉旋轉+ +搖擺搖擺v軸中軸結構軸1運動移動+轉動v液壓挖掘機三套液壓擺缸機構 5.2 機構組合創新設計方法v 5.2.4 機構反饋組合方法從主機構的運動過程中提取信息，實時反饋，從主機構的運動過程中提取信息，實時反饋，使運動適當變化使運動適當變化反饋反饋提高車床螺旋傳動精度提高車床螺旋傳動精度校正板校正校正曲線 5.2 機構組合創新設計方法凸輪機構的從動件推動凸輪機構

9、的從動件推動蝸桿蝸桿作軸向移動作軸向移動，使，使蝸輪產生附蝸輪產生附加轉動，加轉動，從而使誤差得到校正。從而使誤差得到校正。原動件：凸輪蝸輪固接誤差校正v變異設計變異設計改變現有設計的某些參數，創造新的設改變現有設計的某些參數，創造新的設計方案計方案重要手段重要手段借鑒借鑒成功率高成功率高v機構變異的主要目的 1）改變機構運動的不確定性 2）開發機構的新功能 3）研發新機構，改善機構的受力狀態，提高機構的強度、剛度或精度。v常采用的演化變異方法： 1）利用構件的運動性質進行演化變異 2）改變構件的結構形狀和尺寸 3）在構件上增加輔助機構 4）改變構件的運動性質 5.3 機構變異設計v5.3.1

10、 機架變異 1.1.全轉動副的四桿機構機架變異全轉動副的四桿機構機架變異44種種 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 a a、c c 雙曲柄機構雙曲柄機構 b b 雙搖桿機構雙搖桿機構 d d曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構工作臺工作臺180 180 正反轉正反轉雙曲柄機構雙曲柄機構起重、堆料、傳送物件起重、堆料、傳送物件E點近似直線點近似直線 5.3 機構變異設計CDCD轉動轉動180180E E點近似直線移動點近似直線移動v5.3.1 機架變異 2.2.含一個移動副的四桿機構機架變異含一個移動副的四桿機構機架變異曲柄滑塊機構變異曲柄滑塊機構變異 b-d b-d 曲柄導桿機構曲柄導桿機構 ee移動導移動導桿機

11、構桿機構汽車自動卸料機構汽車自動卸料機構aa雙搖桿機構雙搖桿機構bb曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 5.3 機構變異設計曲柄v5.3.1 機架變異2.2.雙滑塊機構機架變異雙滑塊機構機架變異aa雙滑塊機構雙滑塊機構橢圓繪圖儀橢圓繪圖儀 bb雙轉塊機構雙轉塊機構十字滑塊聯十字滑塊聯軸器軸器CC正弦機構正弦機構測量測量DD正切機構正切機構測量測量 5.3 機構變異設計v5.3.1 機架變異 3.3.其它機構機架變異其它機構機架變異定軸輪系定軸輪系行星輪系行星輪系螺旋傳動變異螺旋傳動變異固定不同零件固定不同零件aa螺母固定螺母固定絲桿移動絲桿移動+ +轉動轉動 bb絲桿轉動絲桿轉動螺母移動螺母移動CC絲桿

12、固定絲桿固定螺母移動螺母移動+ +轉動轉動 DD螺母轉動螺母轉動絲桿移動絲桿移動 5.3 機構變異設計v5.3.2 運動副尺寸變異 1.1.擴大轉動副尺寸擴大轉動副尺寸加大連桿銷軸尺寸加大連桿銷軸尺寸泵、壓縮機、沖泵、壓縮機、沖床等床等顎式破碎機顎式破碎機曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 2.2.擴大移動副尺寸擴大移動副尺寸 沖床滑塊擴大沖床滑塊擴大正弦機構正弦機構 沖床滑塊擴大沖床滑塊擴大曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 往復凸輪分度機構往復凸輪分度機構改善機構受力狀改善機構受力狀態和動力效果態和動力效果 5.3 機構變異設計v5.4.1 概述 1.1.顏鴻森教授提出顏鴻森教授提出適用新方案提出法適用新方案提出法主要步驟：主要步驟：1 1）從一個性能良好的原始機構出