本文格式為Word版，下載可任意編輯——創新機構設計第一節機構設計的一般原則

機構的形式設計要解決的關鍵問題是：構造什么樣的機構去實現原理方案所提出來的運動要求。這是機構設計中最富有創造性、最直接影響方案的可靠性和經濟性的重要環節。因此，機構形式設計，在保證機構能滿足基本運動要求的同時，還應滿足機構設計的一些一般性原則，這些原則也是評價機構性能好壞的重要標準之一。這些一般性的原則是：1、機構應盡可能的簡單機構越簡單越好。所謂簡單指機構的構件與運動副數量最少，即機構的運動鏈最短。運動鏈知的機構有如下特點：⑴構件、運動副少，可降低生產成本、減輕產品的質量。⑵構件數量少，有利于提高產品的剛度，減少產生擾動的環節，提高產品的可靠性。⑶運動副少，有利于減少運動副摩擦帶來的功率損耗，提高機械傳動效率及使用壽命。⑷運動副少，能有效地減少運動副累。例：如圖4－1所示，三種能夠實現直線軌跡運動的機構，其中圖4－1a中ab＝bc＝be，e點能確切實現直線軌跡。圖b為e點能實現近似直線軌跡的曲柄搖桿機構。圖c為有e點能確切實現直線軌跡的八桿機構。由于八桿機構運動副較多，運動累積誤差大，在同一制造條

件下，八桿機構的實際運動誤差大約為機構的2-3倍。

圖4－1三種能夠實現直線軌跡運動的機構a）曲柄小滑塊機構；b）曲柄搖桿機構；c）八桿機構2、機構尺寸應盡可能地小在滿足一致工作要求的前提下，不同的機構，其尺寸、質量和結構的緊湊性是大不一致的。例如，在傳遞一致功率并且設計合理的條件下，行星輪系的外形尺寸比定軸輪系小；在從動件要求作較大行程的直線移動的條件下，齒輪齒條機構比凸輪機構更簡單實現體積小，質量輕的目標。3、注意運動副的選擇類型運動副元素的相對運動是產生摩擦和磨損的主要原因。運動副的數量和類型對機

構運動、傳動效率和機構的使用壽命起著十分重要的作用。

圖４－２三種曲柄長度一致的滑塊行程為四倍曲柄長的機構ａ）連桿齒輪齒條機構ｂ）

六桿機構ｃ）等腰對心式柄滑塊機構

圖４－３減少移動副或代替移動副的措施ａ）用轉動副代替移動副ｂ）不用移動副的直線導向機構4、選擇適合的原動機，盡可能減少運動轉換機構的數量目前工程上使用的原動機主要有三類：⑴內燃機這類原動機主要有汽油機和柴油機。內燃機不適合于在低速狀態下工作，用內燃機來驅動低速執行機構必需要受用減速設備。內燃機主要用于沒有電力供應或需在遠距離運動中提供動力且對運動精度要求不高的場合。⑵氣、液馬達，活塞氣、液缸，搖擺式氣、液缸這些原動機可對外輸出轉動、往復直線運動、往復搖擺，借助控制設備也能實現間歇運動。⑶電動機電動機的類型不同機械特性也不一致，電動機的轉速變化范圍大，輸出功率從零點幾瓦到上萬千瓦。因此，電動機是工程設計中最常用的原動機。5、應使機構具有良好的傳力條件和動力特性在進行機構形式設計時，應選擇效率高的機構類型，并保證機構具有較大的傳動角和較大的機械增益，從而可以減小機構中構件的截面尺寸和質量，減小原動機的功率。機構形式設計要注意運動副組合帶來的過約束。過約束會造成機械裝配困難，增大運動副中的摩擦與磨損。圖4－4

顯示了幾種構型，其過約束數計算如下：圖4－4a中，由于導軌由三個平面副組成，每個平面副的約束數為3，而導軌只能保存一個移動自由度，即約束只能為5，故其過約束數為3×3－5＝4。圖4－4b中，由于導軌由兩個圓柱副組成，每個圓柱副的約束數為2，故其過約束數為4×2－5＝3。圖4－4c中，由于導軌由三個圓柱平面副組成，每個圓柱平面副的約束數為2，故其過約束數為3×2－5＝1。圖4－4d中，由于導軌由一個圓柱副和一個球體平面副組成，每個圓柱副的約束數為2，球體平面副的約束為1，故

其過約束數為4＋1－5＝0。

圖4－4運動副組合的過約束a)三平面副的組合；b)兩圓柱副的組合；c)三個圓柱平面副

的組合；d)圓柱副和球體平面副的組合

例如圖４－５ａ所示機構將滑塊與導桿位置互換后，雖然作用力的位置一致，大小也未變，但各物體的受力卻發生了改變。圖４－５ｂ所示的復合鉸鏈，將中空構件與插入構件互換可以得到另外不同的結構形式，原來構件１為多位置對移動副受力的影響副桿，而構件２、３、４為單副桿。經變化后，構件１、４為單副桿，而構件２、３變為多副桿。顯然，從制造、安裝和構件受力的角度看，將單副桿２、３變為多副桿并不是一個好的選擇。因此，應盡可能地減少多副桿數量，并讓強度好、剛性高的構件作為多副桿，而且最好使其作為

機架，這樣有利于提高機構的剛度和機構的運動精度，改善構件的受力。

圖4-5低副元素位置互異對受力的影響

ａ）滑塊與導桿位置互異ｂ）復合鉸鍵結構變化對于有轉動副的移動副，轉動副在移動副上的位置也是一個應當認真注意的問題。如圖４－６所示的滑塊，轉動副在移動構件上的位置的改變將直接影響到移動副中摩擦力的大小。因此，應盡量使轉動副位于兩移

動副元素的直線上，從而可以減少移動副中摩擦，提高機構的傳動效率。

圖４－６移動副上的轉動副

其次節常用基本機構的特性及評價機械產品的動作功

能總是通過機構將原動機的輸出運動經過必要的轉換來實現的。在目前的條件下，盡管有這樣那樣類型的原動機，絕大多數的機構產品依舊愿意采用運動特性好、能量轉換率高的籠型異步電動機。因此，能將連續轉動轉換為其他運動形式的機構依舊是設計者最常采用的機構。把握好這些常用機構的運動特性，熟悉它們所能實現的功能，了解它們的特點，對于設計者正確地選用或從中獲得啟示來創新機構都是十分必要的。表4－1給出了原動件

是轉動的常用機構功能表，可供設計者設計時選用參考。

1一、機構創新的組合原理

機構的組合是指基本機構以不同的方式聯結生成繁雜機構的過程。組合的目的是

改善基本機構無法實現的運動和動力要求。按技術來分，創新可分為兩大類：一類是采用全新的技術，稱為突破性創新；另一類是采用已有的技術進行重組，稱為組合性創新。將一個基本機構與另一個或幾個基本機構或基本桿組按一定方式