机构的型综合

机构的型综合1.机构构型的主要创新设计方法（一）机构构型的变异创新设计为了满足一定的工艺动作要求，或为了使机构具有某些性能与特点，改变已知机构的结构，在原有机构的基础上，演变发展出新的机构，称此种新机构为变异机构。常用的变异方法有以下几类：机构的倒置机构内运动构件与机架的转化，称为机构的倒置。按照运动的相对性原理，机构倒置后各构件间的相对运动关系不变，但可以得到不同的机构。例如，要设计一双足步行机构，要求脚跟对于腰部的轨迹如图8.12中a所示，实现该轨迹的最简单机构是四杆机构，但从连杆曲线图谱中，难以找到合适的四杆机构，于是便改用六杆机构，并得到不同构件为机架的3种机构方案b、c、d。图8.12双足步行机构创新设计机构的扩展以原有机构为基础，增加新的构件，构成一个扩大的新机构，称为机构的扩展。机构扩展，原有机构各构件间的相对运动关系不变，但所构成的新机构的某些性能与原机构差别很大。例如要设计一个具有大行程速比系数的机构，一般都先选有急回特性的四杆机构（如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、导杆机构和导块机构），再附加杆组，就可获得如图8.13所示的多种六杆机构。图8.13杆组扩展法示例机构局部结构的改变改变机构局部结构(包括构件运动机构和机构组成机构)，可以获得有特殊运动性能的机构。图5—9是一个能克服死点的机构。曲柄滑块机构在滑块主动，曲柄从动时，若连杆与曲柄位于一条直线，则机构处于死点位置。为了改变这种状况，常采用多个曲柄滑块机构错位排列或使用大飞轮克服死点。而图5—9机构是一个较简单的克服死点机构。结构特点是在滑块上制成导向槽，利用滚滑副的导向作用，使机构克服死点位置，而完成机构由移动变换为转动，且无死点位置。机构结构的移植与模仿将一机构中的某些机构应用于另一种机构中的设计方法，成为机构的移植。利用某一结构特点设计新的机构，称为结构的模仿。例：由反凸轮机构联想，摆动杆为主动构件，从动构件为一轮廓向径有规律变化的圆盘状构件，就可以构造出如图5—14所示的棘轮机构。如将渐开线齿轮的基圆半径变得无穷大时，则渐开线就展直成直线，齿轮也就展直成齿条，见图5—15。间歇转动机构也可转变成间歇移动机构。图5—16是槽轮变异为移动形式；图5一17是棘轮变异为移动形式。这种变异可实现间歇移动。机构运动副类型的转换改变机构中的某个或多个运动副的型式，可以设计创新出不同运动性能的机构。通常的变换方式有两种：转动副与移动副之间的变换；高副与低副之间的变换。图8.14中a为某手套自动机的传动机构，将移动副和转动副对换后，即得b所示新型机构。这机构不仅克服了原机构移动副（位于上方）润滑的困难，也避免了易污染产品的弊病。图8.13所示六杆急回机构有一个重大缺点，就是输出速度不均匀，要求等速时不适应。这时，可用凸轮副代替低副来解决，图8.15所示机构即为其中一种方案。图8.14转、移运动副互换图8.15高副替代低副(二)利用机构运动特点创新机构利用现有机构工作原理，充分考虑机构运动特点，各构件相对运动关系及特殊的构件形状等，创新设计出新的机构。1）利用连架杆或连杆运动特点设计新机构；2）利用两构件相对运动关系设计新机构；3）用成型固定构件实现复杂运动过程.双转块机构的变异图5—21a是双转块机构的示意图，块1转动，通过连杆2将转动传递给块3，4为机架，A、B为两个固定转动副。按机构原形的结构形状，两个转块是无法实现整周回转的。若分别将1、2、3构件的形状改变成含有滑槽和凸榫的圆盘形状，则构造了一个十字滑块联轴器。如图b所示。其中连杆2变成了图c所示的两面各有矩形条状凸榫的圆盘，且两凸榫的中心线互相垂直，并通过圆盘中心。转盘1和3上各开一个凹槽，2上的凸榫分别嵌入1和3相应的凹槽内。机架支承两个固定转轴A和B，此时，当1盘转动时，3盘以同样的速度转动。(三)基于组成原理的机构创新设计根据机构组成原理，将零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去或者在原有机构的基础上，搭接不同级别的杆组，均可设计出新机构。1)杆组依次连接到原动件和机架上设计新机构；2)将杆组连接到机构上设计新机构；3)根据机构组成原理优选出合适的机构构型、图8.16中a所示OAB为一曲柄OA和连杆AB等长的对心曲柄滑块机构，图8.16中b，c所示的2个机构在运动特性上完全与a相同，故这三个机构是3个同性异形机构。图8.16同性异形机构示例(四)基于组合原理的机构创新设计把一些基本机构按照某种方式组合起来，创新设计出一种与原机构特点不同的新的复合机构。常见的有:串联组合、并联组合、混接式组合等。1）机构的串联组合：将两个或两个以上的单一机构按顺序联接，每一个前置机构的输出运动是后续机构的输入运动，这样的组合方式，称之为机构的串联组合。三个机构Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ串联组合框图如图8.17所示。1132023输入输出图8.17机构的串联组合a)构件固接式串联：若将前一个机构的输出构件和后一个机构的输入构件固接，串联组成一个新的复合机构。不同类型机构的串联组合有各种不同的效果：·将匀速运动机构作为前置机构与另一个机构串联，可以改变机构输出运动的速度和周期；·将一个非匀速运动机构作为前置机构与工作机构串联，则可改变机构的速度特性；·由若干个子机构串联组合得到传力性能较好的机构系统。轨迹点串联b)假若前一个基本机构的输出为平面运动构件上某一点的轨迹，通过该轨迹点与后一个机构串联，这种联接方式称轨迹点串联。图8.18机构串联组合示例•如图8.18所示，前置子机构的从动件与后续机构的主动件直接联接，可以用来改变运动形式，实现复合位移函数和运动特性。2）机构的并联组合以一个多自由度机构作为基础机构，将一个或几个自由度为1的机构（可称为附加机构）的输出构件接入基础机构，这种组合方式称为并联组合。图8.19所示为并联组合的几种常见的联接方式的框图。最常见的由并联组合而成的机构有共同的输入（如图（b）、(c)所示）；有的并联组合系统也有两个或多个不同输入（如图(a)所示）；还有一种并联组合系统的输入运动是通过本组合系统的输出构件回授的（如图(e)所示）。123123232323图8.19并联组合的几种常见方式并联组合可实行运动的合成和分解，其组合效应比串联组合更为多种多样。图8.20a和b所示机构是以一差动机构为基础子机构，再附接若干单自由度子机构来构造组合机构的方法。这种组合可实行运动的合成或分解，其组合比串联组合更为多种多样，也就是更便于用来机构创新设计。(a)(b)图8.20机构并联组合示例3）机构的混接式组合综合运用串联－并联组合方式可组成更为复杂的机构，此种组合方式称之为机构的混接式组合。基于组合原理的机构设计可按下述步骤进行：确定执行构件所要完成的运动；将执行构件的运动分解成机构易于实现的基本运动或动作，分别拟定能完成这些基本运动或动作的机构构型方案；将上述各机构构型按某种组合成一个新的复合机构。图8.21（a）是以“运载”的方式将附加子机构装置在基础子机构的运动构件上面构造新机构，这样可以得到各种复杂的或特定的运动。（b）是以差动机构作为基础机构，该基础机构的一个输入运动是由整个机构的输出运动经附加子机构反馈运动得到的。（a）（b）图8.21机构混接组合示例图是一种齿轮加工机床的误差补偿机构，由具有两个自由度的蜗杆机构(蜗杆与机架组成的运动副是圆柱副)作为基础机构，主动构件为蜗杆1。凸轮机构为附加机构，而且附加机构的一个构件又回接到主动构件蜗杆1上。从动构件是蜗轮2。输入的运动是蜗杆1的转动，从而使蜗轮2以及与蜗轮2并接的凸轮实现转动；凸轮的转动又使蜗杆1实现往复移动，从而使蜗轮2的转速根据蜗杆1的移动方向而增加或减小。2.创新设计步骤（一）机械总功能的分解将机械需完成的工艺动作过程进行分解，即将总功能分解成多个分功能或功能元，找出各分功能或功能元的运动规律和动作过程。（二)功能原理方案的分解将总功能分解成多个功能元之后，对功能元进行求解，即将所需的执行动作，用合适的执行机构来实现。将功能元的解进行组合、评价、优选，从而确定其功能原理方案。为了得到能实现功能元的机构，在设计中，需要对执行构件的基本运动和机构的基本功能有一全面的了解。执行机构基本运动常用机构执行构件的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动三种，回转和直线运动是最简单的机械运动形式。按运动有无往复性和间歇性，基本运动的形式如表8.1所示。表8.1执行构件的基本运动形式序号运动形式执行机构1单向转动1)曲柄摇杆机构中的曲柄2)转动导杆机构中的转动导杆3)齿轮机构中的齿轮2往复摆动1.曲柄摇杆机构中的摇杆2.摆动导杆机构中的摆动导杆3.摇块机构中的摇块3单向移动1.带传动机构中的输送带移动2.链传动机构中的输送链移动4往复移动1.曲柄滑块机构中的滑块2.牛头刨机构中的刨头5间歇运动1.槽轮机构中的槽轮2.棘轮机构中的棘轮3.凸轮机构4.连杆机构6实现轨迹1.平面连杆机构中的连杆曲线2.行星轮系中行星轮上任意点的轨迹2）机构的基本运动机构的功能是指机构实现运动变换和完成某种功用的能力。利用机构的功能可以组合成总功能的新机械。表8.2表示常用机构的一些基本功能。3）机构的分类为了使所选用的机构能实现某种动作或有关功能，还可以将各种机构按运动转换的种类和实现的功能进行分类。表8.3介绍了按功能进行机构分类的情况。表8.2机构的基本功能转动转动转动单向间歇传动摆动移动摆动序号基本功能可执行机构1变换运动形式1.双曲柄机构2）齿轮机构3）带传动机构4）链传动机构2.曲柄摇杆机构2）曲柄滑块机构3）摆动导杆机构4）摆动从动杆凸轮机构3.曲柄滑块机构2）齿轮齿条机构3）挠性输送机构4）螺旋机构5）正弦机构6）移动推杆凸轮机构4.槽轮机构2）不完全齿轮机构3）空间凸轮间歇运动机构5.双摇杆机构6.正切机构7.双滑块机构2）移动推杆移动凸轮机构1）齿式棘轮机构2）摩擦式棘轮机构2变换运动速度1）齿轮机构（用于增速或减速）2）双曲柄机构3变换运动方向1）齿轮机构2）蜗杆机构3）锥齿轮机构4进行运动合成（或分解）1）差动轮系2）各种2自由度机构5对运动进行操作或控制1）离合器2）凸轮机构3）连杆机构4）杠杆机构6实现给定的运动位置或轨迹1）平面连杆机构2）连杆－齿轮机构3）凸轮－连杆机构4）联动凸轮机构7实现某些特殊功能1）增力机构2）增程机构3）微动机构4）急回特性机构5）夹紧机构6）定位机构表8.3机构的分类序号执行构件实现的运动或功能机构形式1匀速转动机构（包括定、变传动比机构）1.摩擦轮机构2.齿轮机构、轮系3.平行四边形机构4.转动导杆机构5.各种有级或无级变速机构2非匀速转动机构1.非圆齿轮机构2.双曲柄四杆机构3.转动导杆机构4.组合机构5.挠性机构3往复运动机构（包括往复移动和摆动）1.曲柄－摇杆往复运动机构2.双摇杆往复运动机构3.滑块往复运动机构4.凸轮式往复运动机构5.齿轮式往复运动机构6.组合机构4间歇运动机构（包括间歇转动、摆动和移动）1.间歇转动机构（棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构）2.间歇摆动机构（利用连杆曲线上近似圆弧或直线段实现）3.间歇移动机构（由连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、组合机构等来实现单侧停歇、双单侧停歇、步进移动）5差动机构1.差动螺旋机构2.差动棘轮机构3.差动齿轮机构4.差动连杆机构5.差动滑轮机构6实现预期轨迹机构1.直线机构（连杆机构、行星齿轮机构等）2.特殊曲线（椭圆、抛物线、双曲线等）绘制机构3.工艺轨迹机构（连杆机构、凸轮机构、凸轮连杆机构）7增力及夹持机构1.斜面杠杆机构2.铰链杠杆机构3.肘杆式机构8行程可调机构1.棘轮调节机构2.偏心调节机构3.螺旋调节机构4.摇杆调节结构5.可调式导杆机构（三)按各功能元的运动规律、动作过程、运动性能等要求进行机构运动简图的尺度综合根据机械运动方案中各执行机构工艺动作的运动规律和机械运动循环图的要求，通过分析、计算、确定机构