6機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計

機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

好的機械原理方案是否能實現(xiàn)，機構(gòu)形式的的設(shè)計是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，常用的設(shè)計方法有機構(gòu)的選型和機構(gòu)的構(gòu)型兩大類。機構(gòu)形式設(shè)計的原則機構(gòu)的選型機構(gòu)的構(gòu)型機構(gòu)形式設(shè)計的原則機構(gòu)應(yīng)盡可能簡單

機構(gòu)運動鏈盡量簡短適當(dāng)選擇運動副適當(dāng)?shù)倪x擇原動機選用廣義機構(gòu)應(yīng)盡量縮小機構(gòu)尺寸應(yīng)使機構(gòu)具有較好的動力學(xué)特性

采用傳動角較大的機構(gòu)

采用增力機構(gòu)

采用對稱布置的機構(gòu)機構(gòu)形式設(shè)計的原則1、機構(gòu)運動鏈盡量簡短——優(yōu)先選用構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)最少的構(gòu)建溫故：機構(gòu)具有確定運動的條件－機構(gòu)原動件數(shù)=機構(gòu)自由度數(shù)實現(xiàn)直線軌跡的機構(gòu)機構(gòu)形式設(shè)計的原則2、適當(dāng)選擇運動副

“揚長避短”；一般情況下，應(yīng)先考慮低副機構(gòu)，而且盡量少采用移動副；在執(zhí)行構(gòu)件的運動規(guī)律要求復(fù)雜，采用連桿機構(gòu)很難完成精確設(shè)計時，應(yīng)盡量采用高副機構(gòu)，如凸輪機構(gòu)或連桿－凸輪組合機構(gòu)。溫故：平面機構(gòu)自由度的計算－F=3n-(2pl+ph)=3n-2pl-ph機構(gòu)形式設(shè)計的原則－適當(dāng)選擇原動機

新型電動機和新材料驅(qū)動器的出現(xiàn)，可大大的簡化機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，甚至改變了傳動機構(gòu)的設(shè)計。

1.新型電動機今天的一些電動機已與傳統(tǒng)的形式有很大的不同，交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用大大簡化了機械變速機構(gòu)。直線電動機可直接輸出直線運動，采用這種電動機將不再需要諸如滾珠絲杠等直線傳動機構(gòu)，并且具有非常高的傳動定位精度（μm級）。例如使用直線驅(qū)動器的電子打字機運行穩(wěn)定、機構(gòu)簡單、不需要調(diào)整。直接驅(qū)動電動機，不需要經(jīng)齒輪等減速機構(gòu)，而可直接用于機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動，大大簡化了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。即使是傳統(tǒng)的電動機，隨著高磁性材料和化學(xué)加工方法的應(yīng)用，其尺寸也越來越小。如使用照相刻蝕、電鍍方法制作的盒式錄像機驅(qū)動用新型無刷直流電動機厚度僅為4mm。其中4層繞組總厚度為0.7mm，永久磁鐵厚度為1mm。此外，還可采用硅技術(shù)（IC制造技術(shù)）制作微型電動機。2.新材料驅(qū)動器由于新材料的出現(xiàn)，產(chǎn)生了許多新型驅(qū)動原理與新型驅(qū)動器，它們給機構(gòu)設(shè)計帶來了新思想。3.多自由度驅(qū)動器多自由度機械需要多個原動件，每個原動件都需要一個驅(qū)動器，有時多個驅(qū)動器間還需要有一些機構(gòu)作運動協(xié)調(diào)處理。多自由度驅(qū)動器在多自由度裝置中應(yīng)用，可以減少驅(qū)動器的數(shù)目，省去這些作運動協(xié)調(diào)的機構(gòu)，降低裝置的復(fù)雜程度，減小體積，提高運動精度。如專門設(shè)計的光盤讀寫頭二自由度驅(qū)動器，可實現(xiàn)驅(qū)動光盤旋轉(zhuǎn)并準(zhǔn)確移動讀寫頭到所期望的軌道位置。機構(gòu)形式設(shè)計的原則盡量縮小機構(gòu)尺寸

連桿—齒輪機構(gòu)機構(gòu)形式設(shè)計的原則盡量縮小機構(gòu)尺寸

凸輪－連桿機構(gòu)機構(gòu)形式設(shè)計的原則采用增力機構(gòu)機構(gòu)形式設(shè)計的原則采用對稱布置的機構(gòu)機構(gòu)的選型按運動形式要求選擇機構(gòu)機構(gòu)選型一般先按執(zhí)行構(gòu)件的運動形式要求選擇機構(gòu)，同時還應(yīng)考慮機構(gòu)的功能特點和原動機的形式。要實現(xiàn)不同的運動變換，應(yīng)選擇不同的機構(gòu)或機構(gòu)。表6－1列出了各種運動形式變換所對應(yīng)的機構(gòu)；表6－2列出了實現(xiàn)各種工作原理采用平同機構(gòu)的性能、特點、價格對照表；6－3列出了各種機構(gòu)的運動動力特性。機構(gòu)方案的評價評價指標(biāo)和評價體系。典型機構(gòu)的評價。6－1實現(xiàn)運動形式變換的常用機構(gòu)運動變換形式常用機構(gòu)應(yīng)用實例與原理等速轉(zhuǎn)動變換為等速轉(zhuǎn)動1、連桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)雙轉(zhuǎn)動機構(gòu)2、齒輪機構(gòu)圓柱齒輪機構(gòu)圓錐齒輪機構(gòu)蝸輪蝸桿機構(gòu)3、行星輪機構(gòu)擺線針輪機構(gòu)諧波傳動機構(gòu)4、摩擦輪機構(gòu)5、撓性件傳動機構(gòu)鏈傳動帶傳動繩傳動機車聯(lián)動機構(gòu)、聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器，變速器減速器，運動的合成與分解減速器，無級變速減速、輸送減速、輸送、無級變速等速轉(zhuǎn)動變換為變速轉(zhuǎn)動1、連桿機構(gòu)：雙曲柄機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)2、非圓齒輪機構(gòu)慣性篩、刨床、自動機壓力機等速轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)擺動1、連桿機構(gòu)：曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)2、擺動從動件凸輪機構(gòu)3、氣、液動機構(gòu)破碎機液壓擺缸，自動裝卸牛頭刨床續(xù)表等速轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)移動1、連桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)2、移動從動件導(dǎo)桿機構(gòu)3、不完全齒輪導(dǎo)桿機構(gòu)沖、壓、鍛等機械裝置縫紉機針頭機構(gòu)配氣機構(gòu)等速轉(zhuǎn)動變換為單向移動1、齒輪、齒條機構(gòu)2、螺旋機構(gòu)3、鏈傳動機構(gòu)4、帶傳動機構(gòu)壓力機，千斤頂輸送機，升降機輸送機等速轉(zhuǎn)動變換為間歇運動1、棘輪機構(gòu)2、槽輪機構(gòu)3、不完全齒輪機構(gòu)4、蝸桿式分度機構(gòu)5、凸輪式分度機構(gòu)6、氣、液動機構(gòu)機床的進(jìn)給，單向離合器車床刀架轉(zhuǎn)位，電影放影機轉(zhuǎn)位工作臺轉(zhuǎn)位工作臺轉(zhuǎn)位工作臺分度，定位實現(xiàn)特定的運動軌跡1、連桿機構(gòu)四連桿機構(gòu)平行邊桿機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)3、行星齒輪機構(gòu)4、滑輪機構(gòu)利用連桿曲線實現(xiàn)軌跡直線導(dǎo)引，升降機實現(xiàn)方型軌跡，直線移送利用行星齒輪的軌跡導(dǎo)引升降裝置實現(xiàn)加壓縮緊1、連桿機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)3、螺旋機構(gòu)4、斜面機構(gòu)5、棘輪機構(gòu)6、氣、液動機構(gòu)利用轉(zhuǎn)動副的死點位置利用反行程自鎖的性質(zhì)利用反行程自鎖的性質(zhì)超越離合器利用閥控制實現(xiàn)運動的合成與分解1、差動連桿機構(gòu)2、差動齒輪機構(gòu)3、差動螺旋機構(gòu)4、差動棘輪機構(gòu)數(shù)學(xué)運算汽車用差速器微調(diào)6－2實現(xiàn)各種工作原理采用不同機構(gòu)的性能、特點、價格對照機構(gòu)類型控制方法與價格比較開關(guān)控制速度控制力的控制價格比較機械類機構(gòu)各種離合器連桿機構(gòu)的杠桿比或齒嘩機構(gòu)的傳動比連桿機構(gòu)的杠桿比或齒嘩機構(gòu)的傳動比便宜液壓類機構(gòu)各類換向閥流量調(diào)解閥溢流閥、壓力開關(guān)，減壓閥貴氣壓類機構(gòu)各類換向閥不易控制溢流閥、壓力開關(guān)，減壓閥便宜電磁類機構(gòu)開關(guān)、繼電器變壓器、變阻器變壓器、變阻器貴6－3常用機構(gòu)的運動及動力特性機構(gòu)類型運動及動力特性連桿機構(gòu)可以輸出轉(zhuǎn)動、移動、擺動、間歇運動，可以實現(xiàn)一定的軌跡與位置要求，利用死點楞以用作夾緊、自鎖裝置；由于運動副是面接觸，故承載能力大，加工精度高，但動平衡困難，不宜用于高速凸輪機構(gòu)可以輸出任意的運動規(guī)律的移動、轉(zhuǎn)動、擺動，但動程不在，由于運動副是高副，又需要靠力或形封閉運動副，故不適應(yīng)于重載齒輪機構(gòu)能實現(xiàn)定傳動比及變傳動比，功率及轉(zhuǎn)速的范圍都很大，傳動比準(zhǔn)確可靠。撓性件性傳動機構(gòu)鏈傳動瞬時傳動比是變化的，不適應(yīng)于高速；帶傳動有彈性滑動，有吸振和過載保護(hù)作用，兩者都可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動螺旋機構(gòu)可實現(xiàn)微動、增力、定位等功能；工作平穩(wěn)，精度高，但效率低蝸桿機構(gòu)傳動比大，體積??；但效率低，可以實現(xiàn)反程自鎖氣、液動機構(gòu)常用于驅(qū)動、壓力、閥、阻尼等機構(gòu)；利用流量變化可以實現(xiàn)變速；利用流體的可壓縮性，可以實現(xiàn)吸振、緩沖、阻尼、控制、記錄等功能；但有密閉性要求電控機構(gòu)利用電、磁元件作為中介，可使機構(gòu)快速啟動與停止；多用于控制裝置間歇運動機構(gòu)常用的棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)，它們可以實現(xiàn)間歇進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、分度；但有剛性沖擊，比已用于高速、精密要求的蝸桿與凸輪式分度機構(gòu)轉(zhuǎn)位平穩(wěn)，沖擊小，但設(shè)計加工難度大機構(gòu)的構(gòu)型基本思路：以通過選型初步確定的機構(gòu)方案雛型，通過組合、變異、再生等方法進(jìn)行突破，獲得新的機構(gòu)。利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)利用再生運動鏈法構(gòu)型新機構(gòu)廣義機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計

構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計是在原理分析的基礎(chǔ)上，這實現(xiàn)原理而進(jìn)行的運動機構(gòu)類型的選擇與構(gòu)造和零部件結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計與制造。在此階段要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、運動轉(zhuǎn)換的設(shè)計。從機械系統(tǒng)的組成來看,動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)都充滿了運動的變化過程。構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計概念機構(gòu)構(gòu)型、選型

為了一個原理，可以采用不同的機構(gòu)，如杠桿原理可以采作連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、滑輪機構(gòu)等。可利用機構(gòu)的變異、組合、再生等創(chuàng)新方法構(gòu)造出新型機構(gòu)來。要實現(xiàn)不同的運動變換，應(yīng)選擇不同的機構(gòu)或結(jié)構(gòu)。運動轉(zhuǎn)換形式（一）等速轉(zhuǎn)動等速轉(zhuǎn)動

可以采用的機構(gòu)有連桿機構(gòu)（平行四邊形機構(gòu)），齒輪機構(gòu)，撓性件機構(gòu)（皮帶傳動、鏈傳動，繩傳動），摩擦輪傳動。等速轉(zhuǎn)動變速轉(zhuǎn)動

一般的連桿機構(gòu)，非圓齒輪機構(gòu)。

等速轉(zhuǎn)動往復(fù)擺動

連桿機構(gòu)，擺動從動件凸輪機構(gòu)，氣、液動機構(gòu)。運動轉(zhuǎn)換形式（二）等速轉(zhuǎn)動單向移動

齒輪齒條件機構(gòu)，螺旋機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)。

等速轉(zhuǎn)動間歇運動

棘輪機構(gòu)，槽輪機構(gòu)，不完全機構(gòu)，氣、液壓傳動機構(gòu)。實現(xiàn)運動合成與分解

差動連桿機構(gòu)，差動齒輪機構(gòu)，差動螺旋機構(gòu)。機構(gòu)的運動及動力特性（一）連桿機構(gòu)：承載能力大，加工精度高，但不宜用于高速。凸輪機構(gòu)：可以輸出任意運動規(guī)律的移動，但動程不大，辦適應(yīng)于輕載。螺旋機構(gòu)：可實現(xiàn)微動、增力。工作平穩(wěn)，精度高，但效率低。蝸桿機構(gòu)：傳動比大，體積小，但效率低，可以實現(xiàn)行程自鎖。機構(gòu)的運動及動力特性（二）齒輪機構(gòu)：功率與轉(zhuǎn)速的范圍大，傳動比精確度高，傳動可靠，效率高。氣、液壓傳動：運動形式比較靈活，控制方便，但制造使作要求高，有密閉性要求。電器機構(gòu)：利用電器、磁元件作為中介，可使機構(gòu)快速啟動，多用于控制系統(tǒng)。間歇機構(gòu)：可以實現(xiàn)間歇進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、分度；但有剛性沖擊，設(shè)計加工的難度較大。各種類型機構(gòu)的性能、特點、價格機構(gòu)類型控制方法與價格比較開關(guān)控制速度控制力的控制價格比較機械類機構(gòu)離合器杠桿比，傳動比杠桿比，傳動比便宜液壓類機構(gòu)換向閥流量閥溢流閥、壓力開關(guān)，減壓閥貴氣壓類機構(gòu)換向閥不易控制溢流閥，壓力開關(guān)、減壓閥便宜電磁類機構(gòu)開關(guān)，繼電器變壓器、變阻器變壓器、變阻器貴機構(gòu)構(gòu)型的注意事項應(yīng)盡量滿足或接近功能目標(biāo)：滿足某一規(guī)定原理要求或運動形式變換要求的機構(gòu)種類很多，宜采用多選淘汰法確定。要力求結(jié)構(gòu)簡單：運動鏈要短，構(gòu)件與運動副數(shù)量要少，結(jié)構(gòu)尺寸要適度，布局要緊湊。要方便