第五章-機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

第五章機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)構(gòu)組合的基本概念第二節(jié)機(jī)構(gòu)組成原理與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)第三節(jié)機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)第四節(jié)機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)第六節(jié)機(jī)構(gòu)封閉組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)第八節(jié)剪叉機(jī)構(gòu)及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)第七節(jié)其他類型的機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)第五節(jié)機(jī)構(gòu)疊加組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、基本機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1）基本機(jī)構(gòu)的單獨(dú)使用基本機(jī)構(gòu)可以直接應(yīng)用在機(jī)械裝置中，只有一些簡(jiǎn)單機(jī)械中才包含一個(gè)基本機(jī)構(gòu)，如空氣壓縮機(jī)中包含一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2）互不連接的基本機(jī)構(gòu)的組合若干個(gè)互不連接、單獨(dú)工作的基本機(jī)構(gòu)可以組成復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。各基本機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

第一節(jié)機(jī)構(gòu)組合的基本概念圖示壓片機(jī)由三個(gè)互不連接工作的機(jī)構(gòu)組成，各機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)必須滿足協(xié)調(diào)關(guān)系3）各基本機(jī)構(gòu)互相連接的組合各基本機(jī)構(gòu)通過某種連接方法組合在一起，形成一個(gè)較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，這類機(jī)械是工程中應(yīng)用最廣泛、也是最普遍的?；緳C(jī)構(gòu)的連接組合方式主要有：串聯(lián)組合、并聯(lián)組合、疊加組合和封閉組合等。其中串聯(lián)組合是應(yīng)用最普遍的組合。圖5-7復(fù)雜機(jī)械的組成a)牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖b）沖床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖5-7所示機(jī)構(gòu)為牛頭刨床的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合而成；5-8所示為沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、多級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合而成。常用的機(jī)構(gòu)組合方法如下：1、利用機(jī)構(gòu)的組成原理，不斷連接各類桿組2、按照串聯(lián)規(guī)則組合基本機(jī)構(gòu)3、按照并聯(lián)規(guī)則組合基本機(jī)構(gòu)4、按照疊加規(guī)則組合基本機(jī)構(gòu)5、按照封閉規(guī)則組合基本機(jī)構(gòu)6、上述方法混合連接，可得到復(fù)雜的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)第二節(jié)機(jī)構(gòu)組成原理與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、II級(jí)桿組的類型

n=2，Pl=3的桿組，為II級(jí)桿組當(dāng)內(nèi)接副為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，兩個(gè)外接副可同時(shí)為轉(zhuǎn)動(dòng)副，也可以一個(gè)為轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一個(gè)為移動(dòng)副，或者兩個(gè)外接副同時(shí)為移動(dòng)副II級(jí)桿組分類圖

RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR內(nèi)接副為轉(zhuǎn)動(dòng)副內(nèi)接副為移動(dòng)副

級(jí)桿組分類圖

3R桿組(以三個(gè)內(nèi)接副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副開始)3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRRP3R2RP3RR2P3R3P

n=3，Pl=6的桿組，為III級(jí)桿組二、III級(jí)桿組的類型2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2RP桿組（三個(gè)內(nèi)接副為兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)移動(dòng)副）R2P桿組（三個(gè)內(nèi)接副為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)移動(dòng)副）R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P3P桿組（三個(gè)內(nèi)接副為三個(gè)移動(dòng)副）3P3R3PR2P3P3P3P2RP三、機(jī)構(gòu)組成原理與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)1、機(jī)構(gòu)組成原理把基本桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架上，可以組成新機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組合原理為創(chuàng)新設(shè)計(jì)一系列的新機(jī)構(gòu)提供了明確的途徑。2、機(jī)構(gòu)組成原理與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新把前述的各種II級(jí)桿組和III級(jí)桿組連接到原動(dòng)件和機(jī)構(gòu)上，可以組成基本機(jī)構(gòu)；再把各種II級(jí)桿組和III級(jí)桿組連接到基本機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件上，可以組成復(fù)雜的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。+連接RPR型桿組連接級(jí)桿組圖5-15連接RRP和RRP桿組形式

3R3RⅢ級(jí)桿組連接到三個(gè)原動(dòng)件和機(jī)架上，稱為機(jī)器人領(lǐng)域的并聯(lián)機(jī)器人

桿組類型很多,把基本桿組連接到原動(dòng)件和機(jī)架上可組成新機(jī)構(gòu)。把基本桿組再連接到機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件和機(jī)架上可組成復(fù)雜機(jī)構(gòu)。一、機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合1、基本概念前一個(gè)機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件與后一個(gè)機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件剛性連接在一起，稱之為串聯(lián)組合。前一個(gè)機(jī)構(gòu)稱為前置機(jī)構(gòu)，后一個(gè)機(jī)構(gòu)稱為后置機(jī)構(gòu)。

其特征是前置機(jī)構(gòu)和后置機(jī)構(gòu)都是單自由度的機(jī)構(gòu)。第三節(jié)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)1機(jī)構(gòu)2機(jī)構(gòu)1機(jī)構(gòu)2前置機(jī)構(gòu)后置機(jī)構(gòu)

I型串聯(lián):（連接點(diǎn)選在簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上（連架桿）前置機(jī)構(gòu)后置機(jī)構(gòu)II型串聯(lián)：連接點(diǎn)選在做復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上（連桿或行星輪）2、串聯(lián)組合分類3、組合示例圖5-21串聯(lián)機(jī)構(gòu)示意圖a）I型串聯(lián)b）II型串聯(lián)I型：前置機(jī)構(gòu)中做簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件與后置機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件連接II型:前置機(jī)構(gòu)中做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件與后置機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件連接二、機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合基本思路1、實(shí)現(xiàn)后置機(jī)構(gòu)的速度變換

工程中的原動(dòng)機(jī)大都采用輸出轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)，而后置機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速較低。為實(shí)現(xiàn)后置機(jī)構(gòu)低速或變速的工作要求，前置機(jī)構(gòu)常采用各種齒輪機(jī)構(gòu)、V帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)。CBDAz1z2降低連桿機(jī)構(gòu)的速度2、實(shí)現(xiàn)后置機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變換

基本機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到機(jī)構(gòu)類型的限制，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊很難獲得等速運(yùn)動(dòng)，若串聯(lián)一個(gè)前置連桿機(jī)構(gòu)，通過適當(dāng)?shù)某叨染C合，后置連桿機(jī)構(gòu)可獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。EACBD改變滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、在滿足運(yùn)動(dòng)要求的前提下，運(yùn)動(dòng)鏈盡量短串聯(lián)組合系統(tǒng)額總機(jī)械效率等于各機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率的連乘積，運(yùn)動(dòng)鏈過長(zhǎng)會(huì)降低系統(tǒng)的機(jī)械效率，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)誤差的增大。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合時(shí)應(yīng)力求運(yùn)動(dòng)鏈最短。第四節(jié)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合1、基本概念

若干個(gè)單自由度的基本機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件連在一起，保留各自的輸出運(yùn)動(dòng)；或若干個(gè)單自由度機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件連在一起，保留各自的輸入運(yùn)動(dòng)；或輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件分別連接在一起；均稱為并聯(lián)組合。其特征是各基本機(jī)構(gòu)均是單自由度機(jī)構(gòu)。2、分類圖5-25并聯(lián)組合示意圖a）I型并聯(lián)

b）II型并聯(lián)c）III型并聯(lián)3、并聯(lián)組合實(shí)例I型并聯(lián)：共同輸入I型II型并聯(lián)：共同輸出III型并聯(lián)：共同輸入共同輸出二、并聯(lián)組合的基本思路串聯(lián)機(jī)構(gòu)組合目的主要是改變后置機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度或運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)組合目的主要是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解或運(yùn)動(dòng)的合成，有時(shí)也可改變機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能。其基本原則如下：1、對(duì)稱并聯(lián)相同的機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的平衡

利用I型并聯(lián)實(shí)現(xiàn)平衡目的，相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的合成，其主要功能是對(duì)輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式的補(bǔ)充、加強(qiáng)和改善。對(duì)稱并聯(lián)同類機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)慣性力的部分平衡與完全平衡2、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解與合成。3、改善機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)。I型并聯(lián)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分解或分流II型并聯(lián)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成三環(huán)減速器機(jī)構(gòu)第五節(jié)機(jī)構(gòu)的疊加組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、機(jī)構(gòu)的疊加組合1、基本概念機(jī)構(gòu)疊加組合是指在一個(gè)基本機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件上再安裝一個(gè)以上基本機(jī)構(gòu)的組合方式。把支撐其它機(jī)構(gòu)的基本機(jī)構(gòu)稱為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，安裝在基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)可動(dòng)構(gòu)件上面的基本機(jī)構(gòu)稱為附加機(jī)構(gòu)。2、分類圖5-29機(jī)構(gòu)的疊加組合a）I型疊加機(jī)構(gòu)b）II型疊加機(jī)構(gòu)輸入輸入輸入輸出輸出BCDA電機(jī)1)I型疊加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)3、組合示例搖頭電風(fēng)扇EDCBAF2)II型疊加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)戶外攝影車

二、機(jī)構(gòu)疊加組合的關(guān)鍵問題2、II型疊加組合機(jī)構(gòu)中，動(dòng)力源安裝在基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的可動(dòng)構(gòu)件上，驅(qū)動(dòng)附加機(jī)構(gòu)的一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件，按附加機(jī)構(gòu)數(shù)量依次連接即可。1、選定附加機(jī)構(gòu)與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，確定附加機(jī)構(gòu)與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)之間的連接方法?；蛘吒郊訖C(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的哪一個(gè)構(gòu)件連接。3、I型疊加機(jī)構(gòu)的連接方式較為復(fù)雜，但也有規(guī)律性。齒輪機(jī)構(gòu)為附加機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，則輸出齒輪+輸入連桿相連。BCDA電機(jī)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)123與系桿為附加機(jī)構(gòu)，45與系桿為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，則附加機(jī)構(gòu)的系桿與基礎(chǔ)構(gòu)件齒輪相連。一、機(jī)構(gòu)的封閉組合1、基本概念

一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)輸入構(gòu)件或兩個(gè)輸出構(gòu)件或一個(gè)輸入和一個(gè)輸出構(gòu)件用單自由度的機(jī)構(gòu)連接起來，形成一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，稱為封閉式連接。特征是基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)為二自由度機(jī)構(gòu)，附加機(jī)構(gòu)為單自由度機(jī)構(gòu)。第六節(jié)機(jī)構(gòu)的封閉組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

附加機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)

II型封閉組合機(jī)構(gòu)

III型封閉組合機(jī)構(gòu)

I型封閉組合2、分類3、封閉組合實(shí)例HZ3Z2Z1Z6Z4HZ3Z2Z1Z6Z5HZ3Z2Z1差動(dòng)輪系I型封閉機(jī)構(gòu)III型封閉組合機(jī)構(gòu)二自由度的差動(dòng)輪系中，封閉兩個(gè)輸入，或一個(gè)輸入和輸出（系桿）Z5Z4封閉組合的前提是兩自由度的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)和單自由度機(jī)構(gòu)的組合，組合而成的新機(jī)構(gòu)是組合機(jī)構(gòu)，基本組合思路如下：1、常見的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主要有五桿機(jī)構(gòu)和差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)，附加封閉機(jī)構(gòu)可以是齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)，有時(shí)也用間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為封閉機(jī)構(gòu)。

二、封閉組合的基本思路2、附加