第19章機(jī)構(gòu)的組合與結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第十二章 機(jī)構(gòu)的組合與結(jié)構(gòu)設(shè)計,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,本章學(xué)習(xí)要求,1、了解較為典型的基本機(jī)構(gòu)組合方式及其特點(diǎn)。 2、了解機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的機(jī)構(gòu)變異方法。 3、了解機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)件的構(gòu)形。 4、了解機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可通過引入虛約束和局部自由度來解決某些問題。,本章重點(diǎn),1、機(jī)構(gòu)的組合方式 2、機(jī)構(gòu)的變異方法,一、基本機(jī)構(gòu),第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,剛性機(jī)構(gòu) 撓性機(jī)構(gòu) 氣動機(jī)構(gòu) 液壓機(jī)構(gòu)等。,本章討論的基本機(jī)構(gòu)是指能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械運(yùn)動變換，由最少剛性構(gòu)件和運(yùn)動副組成的機(jī)構(gòu)。,基本機(jī)構(gòu)有其各自的運(yùn)動規(guī)律和軌跡。,二、機(jī)構(gòu)的組合,典型基本機(jī)構(gòu)組合方式：

2、 串聯(lián) 并聯(lián) 反饋 運(yùn)載 時序等,常見的兩種基本機(jī)構(gòu)：單自由度基本機(jī)構(gòu) 雙自由度基本機(jī)構(gòu) 如：四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等,二、機(jī)構(gòu)的組合 （一）機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,根據(jù)串聯(lián)構(gòu)件的不同可分為兩種：,（1）構(gòu)件固接式串聯(lián)組合（一般串聯(lián)組合）,圖 12 1 構(gòu)件固定式串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的組成 1 搖桿 2、4 連桿 3、3 曲柄 5 滑塊,特性：輸出、輸入構(gòu)件的速比關(guān)系是被串聯(lián)的各基本機(jī)構(gòu)速比的乘積,應(yīng)用廣泛、設(shè)計較簡單,一、機(jī)構(gòu)的組合 （一）機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合（續(xù)）,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,（2）軌跡點(diǎn)串聯(lián)組合 （特殊串聯(lián)組合）,圖 12 2 軌跡點(diǎn)串聯(lián)組合機(jī)構(gòu)的組成 1 曲柄 2

3、連桿 3、4 滑塊 5 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿,特點(diǎn)： 輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)動中心在軌跡之內(nèi)，輸出構(gòu)件作整圈回轉(zhuǎn)； 若在軌跡之內(nèi)，輸出構(gòu)件作擺動； 若出現(xiàn)特殊軌跡，輸出構(gòu)件會暫停運(yùn)動。,一、機(jī)構(gòu)的組合 （二）機(jī)構(gòu)的并聯(lián)組合,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,由一個多自由度機(jī)構(gòu)作基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，一個或多個單自由度機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件接入基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，且附加機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件的運(yùn)動并非來自基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的組合方式稱為并聯(lián)組合。,圖示為鐵板傳送機(jī)構(gòu)，要求送料輥4作有短暫停歇的送進(jìn)運(yùn)動。,圖 12 3 差動輪系與齒輪、連桿的并聯(lián)組合 1、2、4 齒輪 3 行星輪,一、機(jī)構(gòu)的組合 （三）機(jī)構(gòu)的反饋組合,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,將一個多自由度機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，其

4、中一個輸入運(yùn)動是通過一個單自由度附加機(jī)構(gòu)從機(jī)構(gòu)系統(tǒng)或基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件回授，該組合關(guān)系的機(jī)構(gòu)組合稱為反饋組合。,機(jī)構(gòu)的反饋組合實(shí)例 1 蝸桿 2 蝸輪 3 凸輪 4 從動件,一、機(jī)構(gòu)的組合 （四）機(jī)構(gòu)的運(yùn)載式組合,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,將一機(jī)構(gòu)裝在另一機(jī)構(gòu)的構(gòu)件上，兩機(jī)構(gòu)各自完成自己的運(yùn)動，其疊加運(yùn)動就是所要求的輸出運(yùn)動，這種組合方式稱為運(yùn)載式組合。,圖 12 15 機(jī)構(gòu)的運(yùn)載式組合實(shí)例 1 曲柄 2 導(dǎo)桿 3 滑塊 4 支架 5 機(jī)架,第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組合方式,一、機(jī)構(gòu)的組合 （五）機(jī)構(gòu)的時序式組合,完成各自動作（運(yùn)動）的機(jī)構(gòu)按動作（運(yùn)動）協(xié)調(diào)的時間順序分支、并列的組合方式稱為時序組合。,圖

5、 12 6 機(jī)構(gòu)的時序組合實(shí)例 1、4、6 凸輪 2 擺桿 3 料斗 5 下沖頭 7、8 曲柄 9 上沖頭 10 工件 11 模具,一、機(jī)構(gòu)的變異,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,機(jī)構(gòu)的變異是用改變機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的運(yùn)動尺寸、結(jié)構(gòu)形式、增加輔助構(gòu)件等方式，使機(jī)構(gòu)獲得新的功能或新的特性的方法。,常用機(jī)構(gòu)變異方法： 改變構(gòu)件的運(yùn)動尺寸；改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀；改變運(yùn)動副的尺寸、結(jié)構(gòu)形狀和運(yùn)動副元素的逆換；以不同構(gòu)件為機(jī)架（倒置）；以不同構(gòu)件為原動件；增加輔助構(gòu)件等。,一、機(jī)構(gòu)的變異（具體例子） （一）變更機(jī)構(gòu)的機(jī)架 倒置,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 8 基本機(jī)構(gòu)的倒置實(shí)例之二 1 機(jī)架

6、 2 凸輪 3 從動件 4 擺桿,圖 12 7 基本機(jī)構(gòu)的倒置實(shí)例之一 1 機(jī)架 2、3 齒輪 4 系桿 5 行星齒輪,一、機(jī)構(gòu)的變異 （二）改變運(yùn)動副的形狀,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 9 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的變異,圖 12 10 兩自由度凸輪機(jī)構(gòu) 變異成棘輪機(jī)構(gòu) 1 擺桿 2 棘輪 3 棘爪,一、機(jī)構(gòu)的變異 （三）改變運(yùn)動副的位置,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 11 槽輪機(jī)構(gòu),圖 12 12 不完全齒輪機(jī)構(gòu),一、機(jī)構(gòu)的變異 （四）增加輔助構(gòu)件,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 13 變廓線的凸輪機(jī)構(gòu) 1 凸輪盤 2 構(gòu)件 3 從動件 4 機(jī)架,上述分析表明，從

7、機(jī)構(gòu)設(shè)計的角度來說，完整意義上的機(jī)構(gòu)變異思路和方法與兩個因素有關(guān)： 與運(yùn)動直接有關(guān)的因素；與順利實(shí)現(xiàn)運(yùn)動有關(guān)的構(gòu)件形狀因素 。,二、機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 14 球面副 1、2 構(gòu)件,圖 12 15 轉(zhuǎn)動副及曲柄的構(gòu)形 1 機(jī)架 2 曲柄 3 連桿,兩種情況，運(yùn)動副的類型位置未變，機(jī)構(gòu)零件的形狀變了。,二、機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）的結(jié)構(gòu)(續(xù)1）,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 16 油泵的主機(jī)構(gòu),第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,圖 12 17 轉(zhuǎn)動副及其構(gòu)形 1 機(jī)架 2 曲柄 3 連桿 4 搖桿,圖 12 18 柔性鉸鏈及其應(yīng)用 a）微型機(jī)械手的結(jié)構(gòu) b）微型機(jī)械手的機(jī)構(gòu)簡圖 c）柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu),二、機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）的結(jié)構(gòu)（續(xù)2）,三、虛約束、局部自由度與機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （一）虛約束和局部自由度的引入,第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例,有些機(jī)構(gòu)在一些特殊位置處運(yùn)動不確定，有些機(jī)構(gòu)雖能滿足運(yùn)動要求，但剛度和受力狀況不好，或摩擦嚴(yán)重。在機(jī)構(gòu)設(shè)計中用于解決的方式之一就是引入虛約束或局部自由度。,圖 12 19 壓床沖壓機(jī)構(gòu)中的虛約束,圖 12 21 用于分隔空間和密封的虛約束 及局部自由度應(yīng)用實(shí)例 1 曲柄 2 連桿 3 滑塊 4 圓盤 5 殼體,二、機(jī)構(gòu)（構(gòu)件）的結(jié)構(gòu) （二）虛約束與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理