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第八章机构的组合与创新设计第1节机构组合的基本概念第2节机构组成原理与机构创新设计第3节机构串联组合与创新设计第4节机构并联组合与创新设计第6节机构叠加组合与创新设计1第5节机构复合组合与创新设计机构组合原理：机构组合：将几种基本机构组合在一起，组合体的各基本机构还保持各自特性，但需要各个机构的运动或动作协调配合，以实现组合的目的。（相对容易些）指将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的机构。组合机构：将几种基本机构融合成性能更加完善、运动形式更加多样化的新机构。（相对难）基本机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构等。组合方式：串联式、并联式、复合式、叠加式基本概念2第1节机构组合的基本概念一、最简机构把由2个构件和1个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为2且为开链机构。2112原动机的机构简图为最简机构3二、基本机构把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。CBDAz1z2o1o2HCAB4三、基本机构的应用1基本机构的单独使用基本机构可以直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基本机构，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。2互不连接的基本机构的组合若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行运动协调设计。5图示压片机由三个独立工作的机构组成，各机构之间的运动必须满足协调关系。6第1节机构组合的基本概念3各基本机构互相连接的组合各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、最普遍的。基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、并联组合、叠加组合和封闭组合等。其中串联组合是应用最普遍的组合。7第1节机构组合的基本概念四、常用的机构组合方法1利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2按照串联规则组合基本机构3按照并联规则组合基本机构4按照叠加规则组合基本机构5按照封闭规则组合基本机构6上述方法的混合连接，可得到复杂的机构系统。8第1节机构组合的基本概念CBDAz2o1CABBC串联组合并联组合9第2节机构组成原理与机构创新设计一、Ⅱ级杆组的类型n=2，pl=3的杆组，为Ⅱ级杆组。当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副，或者两个外接副同时为移动副。023lpn10Ⅱ级杆组分类图RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR内接副为转动副内接副为移动副11RRRRRPPRPRPRPPR二、Ⅲ级杆组类型3R杆组（以三个内接副开始）3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRP3R2RP3RR2P3R3P12第2节机构组成原理与机构创新设计2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2RP杆组R2P杆组R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P133P杆组3P3R3PR2P3P3P3P2RP14二、Ⅲ级杆组类型3R杆组（以三个内接副开始）第2节机构组成原理与机构创新设计三、机构组成原理与机构创新设计1、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。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。152、机构组成原理与机构创新把前述的各种Ⅱ级杆组和Ⅲ级杆组连接到原动件和机架上，可以组成基本机构；再把各种Ⅱ级杆组和Ⅲ级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。BCA+=BCADE+DE=BCARRP杆组连接到原动件和机架上连接Ⅱ级杆组16第2节机构组成原理与机构创新设计BCDABCDAEFG++BCDAEFG==BEFGCDARRR杆组连接到原动件和机架上RRR杆组连接机构的从动件和机架上17连接Ⅲ级杆组到一个原动件和机架上ABCFGDEABCFGDE=+ABCFGDE=+ABCFGDEHKKH3R3R杆组连接到三个原动件(并联机构)18A+FGCEBD=AFGCEBD3R2RP杆组连接到一个原动件和机架上杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和机架上可组成新机构。把基本杆组再连接到机构的从动件和机架上可组成复杂机构。19第2节机构组成原理与机构创新设计第3节机构的串联组合与创新设计一、机构的串联组合1、基本概念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的机构。20机构1机构2机构1机构2前置机构后置机构Ⅰ型串联前置机构后置机构Ⅱ型串联2、串联组合分类21连接点简单运动连接点复杂平面运动第3节机构的串联组合与创新设计BCDAEFZ1CABDZ2Ⅰ型串联组合Ⅱ型串联组合前置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接。前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接。22连接点简单运动连接点复杂平面运动二、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的速度变换2、实现后置机构的运动变换3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）23第3节机构的串联组合与创新设计CBDAz2ACBD减少连杆机构的速度改变滑块的运动规律组合实例：2425第3节机构的串联组合与创新设计串联定义指若干个单自由度的基本机构A、B、C等按顺序联接，每一个前置机构的输出运动是后置机构的输入。联接点设在前置机构中作平面复杂运动的构件上Ⅰ型串联：Ⅱ型串联：联接点设在前置机构中作简单运动的连架杆上26Ⅰ型串联组合两个基本机构的串联组合。前置子机构后置子机构1.连杆机构连杆机构凸轮机构齿轮机构槽轮机构棘轮机构其它基本机构可利用变速转动的输入获得等速转动的输出，还可利用杠杆原理，确定合适的铰接位置，在不减小机构传动角的情况下实现增程和增力。可获得变速凸轮、移动凸轮，使后置子机构的从动件获得更多的运动规律。利用摆动和移动输入，获得从动齿轮或齿条的大行程摆动或移动，还可利用变速转动的输入进一步通过后置的齿轮机构进行增速或减速。利用变速转动输入，减小槽轮转位的速度波动。利用往复摆动和移动拨动棘轮间歇转动。功用27Ⅰ型串联组合两个基本机构的串联组合。2.凸轮机构各种类型的基本机构后置子机构利用凸轮机构输出构件的运动规律改善后置子机构的运动持性，或使其运动行程增大。3.齿轮机构各种类型的基本机构获得各种减速、增速以及其它的功能要求。Ⅰ型串联组合常用于改善输出构件的运动和动力特性，或用于运动或力的放大。前置子机构后置子机构功用28Ⅰ型串联组合示例：1问题现象解决方案槽轮机构常用于转位和分度的机械装置中，但它的运动和动力特性不太理想，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。图例双曲柄机构与槽轮机构的串联式组合。分析原因主动拨盘作匀速转动时，其滚销在槽轮的传动槽内沿径向位置相对滚移，致使槽轮受力作用点也沿径向位置发生变化。导致槽轮在一次转位过程中，角速度由小变大，又由大变小。29Ⅰ型串联组合示例：1其它解决方案图例转动导杆槽轮机构、凸轮槽轮机构、椭圆齿轮槽轮机构、双槽轮机构的串联等。30Ⅰ型串联组合示例：2图例目的：使牛头刨床的从动件4实现近似匀速往复移动。解决方案：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。六杆机构BCEFG为后置子机构，主动构件为曲柄BE（即前置子机构的输出构件2），因2构件输入的是非匀速转动，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。31Ⅰ型串联组合示例：3图例目的：使毛纺针梳机导条机构的椭圆齿轮连杆机构的从动件5近似实现匀速移动。解决方案：前置子机构为输出非匀速转动的椭圆齿轮机构，通过一对齿轮串联后置机构，使后置子机构的主动曲柄3输入非匀速转动，而使从动件5满足工作要求。32Ⅰ型串联组合的主要设计内容设计内容：（1）按照后置子机构输出的运动规律实际要求，确定前置子机构应输出的运动规律。（2）按已经确定的运动规律，对前置子机构进行尺寸综合。目的一：改善输出构件运动特性目的二：对输出构件的增力、增程、增速根据增力、增程及增速的具体要求选择不同的方法，若选择连杆机构，则按杠杆原理确定支点的位置，即确定相关杆的长度比；若选择齿轮机构，就需要确定适当的齿数比。设计内容：参见下面的示例参见上面的示例33Ⅰ型串联组合示例：4图例目的：增加输出构件滑块E的冲压能力。解决方案：前置子机构为铰链四杆机构ABCD，后置子机构为摇杆滑块机构DCE。若设连杆BC所受力为F，连杆CE所受力为P，则滑块所产生的压力Q为：Q＝Pcosα＝F·L/S·cosα。减小α和S、增大L均能增大Q力。设计时可根据要求确定α、S和L。34Ⅰ型串联组合示例：5图例目的：增大织机开口机构上构件9的行程。解决方案：共轭凸轮连杆机构（凸轮机构与连杆机构的串联）在轴O安装一对共扼凸轮，主凸轮1和回凸轮2分别与摆杆5上的滚子M和N接触，铰链四杆机构ABCD和曲柄滑块机构DEF依次与该共扼凸轮机构串联。由于四杆机构中构件5的AM（或AN）段长度小于AB段长度，以及曲柄滑块机构中构件7的DC长度小于DE长度，所以该凸轮机构与两套连杆机构串联后，产生两次扩大从动滑块9行程的作用。35Ⅰ型串联组合示例：6图例利用齿轮齿条的大行程直移机构。机构是由两个齿轮齿条机构串联组合而成。机架上装有固定齿条1，移动台上装有活动齿条2。气缸4中活塞杆移动时推动齿轮3在固定齿条1上滚动，同时与3齿轮同轴的齿轮5带动活动齿条2移动。活动齿条2的行程B=2·z5/z3·A（A为活塞行程）。该机构在行程被放大的同时，速度也被放大，必要时应考虑速度缓冲问题。若在定齿条与动齿条之间只设置一个齿轮则可使行程与速度增倍。36Ⅱ型串联组合两个基本机构的串联组合。前置子机构后置子机构1.连杆机构各种类型的基本机构连杆机构中的连杆。前后联结点2.周转轮系周转轮系中的行星轮。功用利用前置子机构与后置子机构联接点处的特殊运动轨迹，使机构的输出构件实现所要求的运动规律。37Ⅱ型串联组合示例：1图例所示为一具有运动停歇的多杆机构。在铰链四杆机构OABD中，连杆E点的轨迹上有一段近似直线（图中虚线所示），以F点为转动中心的导杆，在图示位置，其导向槽与E点轨迹的近似直线段重合。当E点沿直线部分运动时，导杆停歇。简记直线停歇38Ⅱ型串联组合示例：2图例如图所示的多杆机构。在一个运动循环内，滑块可实现两个不同的行程。在铰链四杆机构BCDE中，连杆2的A点画出一个具有自交点的横向8字形的连杆曲线（图中虚线所示），与连杆2铰接在A点的构件4又和沿固定导路移动的滑块5在F点铰接。这样就导致曲柄1回转一周时，滑块5可往复移动两次。简记自交曲线39Ⅱ型串联组合示例：3图例利用行星轮系中的行星齿轮的平面复合运动输出特殊的运动轨迹，串联组合后置子机构，使输出构件满足特殊的运动要求。在如图所示的行星齿轮连杆机构中，系杆1为输入构件，行星齿轮2与固定齿轮5相啮合，当两齿轮的齿数满足z5=3×z2时，轮2节圆上点的轨迹是3段近似圆弧的摆线，其圆弧的半径近似等于8r2（r2为齿轮2的节圆半径）。所以当连杆3的长度等于8r2时，滑块4与连杆3的铰接点近似位于圆心处，则滑块处于停歇状态。简记圆弧停歇40Ⅱ型串联组合的主要设计内容设计内容：如何确定运动轨迹。目的：实现从动件的特定或特殊运动规律因为串联式机构组合的运动是通过各基本机构依次传递的。所以，在进行运动分析时，可以从已知运动规律的第一个基本机构开始，按照运动的传递路线顺序解决的方法、求得最后一个基本机构的输出运动。串联式机构组合的位移关系是各基本机构位移函数的复合函数。设计思路：41第4节机构的并联组合与创新设计并联定义指两个或多个基本机构并列布置。各个基本机构有共同的输入和输出构件。Ⅰ型并联：Ⅱ型并联：每个基本机构具有各自的输入构件，而共有一个输出构件。Ⅲ型并联：各个机构有共同的输入构件，但却有各自的输出构件。特点：两或多个子机构并列布置，运动并行传递。42并联式机构组合的分类简单型：简单型要求并联的两个子机构类型、形状和