機車車輪制動機構的創(chuàng)新設計

1、濰坊學院2011-2012學年第2學期機械創(chuàng)新設計試卷(論文類)考牛姓名學號年級所在院系專業(yè)班級考生成績閱卷人(命題要求，內容要求，格式要求，其它要求，等等)1、試卷完成時間：不得遲于2012年6月29號。2、考試方式、分制與分數解釋采用提交設計/論文的方式，成績按優(yōu)秀、良好、中等、 及格、不及格五級制評定。3、開卷考試要求：試卷采用b4紙質橫向排版，論文或設計、字數不少于 3000o(2) 設計/論文必須橫排。(3) 必須獨立完成，若有雷同，均按零分處理。4、下列內容：(1) 運用創(chuàng)造原理與創(chuàng)新技法進行機構創(chuàng)新設計、結構創(chuàng) 新設計(2) 反求設計與技術引進的應用(3) 原理方案的創(chuàng)新設計(4

2、) 英他形式的創(chuàng)新設計或論文亦可機車車輪制動機構的創(chuàng)新設計摘要:運用機構再生運動鏈法，在歸納了原始機車車輪制動機構 的拓撲構造特性后，通過對原有機構進行一般化處理，應用機構的數 目綜合理論，可得到與一般化運動鏈具有相同構件數和運動副數的全 部非同構運動鏈。再經由特定化和具體化程序，生成和演化出了多個 新型機車車輪制動機構的機構簡圈。該法適用于多種類型的平面多桿 機構的創(chuàng)新設計，同時為研究現有設計并對其進 行創(chuàng)新性改進設計提供了一條實用的、可操作性強的有效途徑。關鍵詞:一般化運動鏈;再生運動鏈;拓撲構造;特泄化運動鏈構思新型機構是機械設計的重要內容之一，為了獲得機械的預期 功能，設計人員必須具備

3、創(chuàng)造新機構或改變已有機構構思的能力，這 是設計過程屮最具創(chuàng)意的部分。圖1為一種很有新意的車輪制動機 構。該機構制動力由一只氣缸提供，為了防止出現兩片制動閘瓦在制 動屮一片閘瓦已貼緊車輪但另一片閘瓦卻因誤差而不能同時抱緊車 輪的問題，設計者將該制動器設計成只有一個原動件的二自由度機 構。根據機構的最小阻力運動規(guī)律，當活塞向右運動吋，各構件將按 最小阻力方向運動，一口具中一片閘瓦與車輪接觸后，機構的自由度 將變?yōu)? ,于是另一片閘乩將迅速向車輪靠近并抱緊車輪，完成制 動過程。當活塞向左運動時，機構的自由度又恢復為2，兩片閘瓦（4） 原始機構與其所對應的一般化機構，其自將以自適應的方式與車輪脫 開。

4、同時，該機構在換上厚度不同的新閘瓦后也不會影響到制動效果。該制動機構是一個非常有創(chuàng)意的機構。-g圖1機車車絵制動機恂1分析原始機構，歸納其拓撲構造特性(1) 該制動機構是個自由度為2的平面機構(2) 該機構由7個桿件和8個運動副組成。(3) 該機構屮有7個轉動副和1個移動副。(4) 機構屮有1個機架，2個錢支桿，3個平面運動桿件。(5) 該機構屮有2個氣缸裝置，由活塞桿和氣缸組成，并以氣缸 本身作為機架。2 一般化運動鏈機構一般化的口的是把包含有不同類型的桿件與運 動副的原始機構轉化為只含有連桿和轉動副的般化運動鏈。其一般 化原則如下：(1) 所有運動副都需轉化成轉動副。(2) 所有構件都需轉

5、化成一般化連桿。(3) 原始機構與其所對應的一般化機圖2機車車輪制動機構構，其 所有構件與運動副之間的一般動鏈副之間的關系應保持一致。(4) 原始機構與其所對應的一般化機構，其自由度應保持不變。由上 述一般化原則可得到一般化機構，再將一般化機構釋放機架和原動件 斤，就得到一般化運動鏈。該機車車輪制動機構的一般化運動鏈如圖 2所示。10 2機車車牝制動機拘的一箴化運勸傅3構思一般化運動鏈圖譜應用機構數日綜合理論，可得到與一般化運動鏈的桿數、運動副 數fi相同的全部可能的運動鏈圖譜。設計者可查表或通過計算得到所 需的一般化運動鏈圖譜。本文介紹通過計算來確定圖譜的方法，其具 體過程如下：(1) 確定

6、 mmax設n為原始機構的運動副數h ;n為原始機構jl的連桿數 h ;“皿為附隨于一個連桿的最多運動副數式(3)、式(4)只適合于一般化運動鏈中無復合佼鏈的情況。m m + 2gwnjw 2nl -3(1)m - l2皿-3 w m 石牛- 1 <2)巳知m "z =7顯然r與皿的關系諭足 武.由此給m.m巧-皿+ 2 " - 7 + 2= 3。<2>確定二劇桿個散na和三刖杼個數n3巳知乂 7 .n/8 代入上式可彳昴at2 = s. n、 2線過不答對于本例所示的7桿8副雙自由度機車車輪制動機構，可得到 如圖3所示的一般化運動鏈圖譜。由于圖3(a)是

7、一個三桿環(huán)路運動 鏈，應予剔除，所以圖3屮共有5個符合要求的一般化運動鏈圖譜。4特定化運動鏈i吾i譜運動鏈特定化的冃的是在滿足一定的設計要求 下，從一般化運動鏈圖譜中，指定桿件和運動副的具體類型，以獲得 滿足設計要求的可行機構運動鏈形式4. 1確定設計約束(1) 必須有一個固定桿作為機架。(2) 必須有一個氣缸。(3) 氣缸必須與機架連接或以其木身作為機架。(4) 活塞桿一端與氣缸組成移動副，其另一端不能與固定桿餃接。(5) 必須有兩個雙副桿作為執(zhí)行構件(制動片)，它必須與固定桿餃 接4. 2分配構件類型根據以上設計耍求(約束)，下而就可以將固定桿、氣缸及制動片等3 種構件分別指定到圖3中的5

8、個非同構運動鏈屮。為節(jié)省篇幅，本 文僅從圖3中選定一個一般化運動鏈進行說明，其他可依此類推。具體步驟如下：1）確定固定桿g后的非同構機構對于圖3中所選定的運動鏈（見圖 的，當取不同的構件為機架時，根據約朿條件，具非同構的機構形式 有一種，如圖4所示;同理可推出圖3屮其余的一般化運動鏈在確定 了固定桿g后的非同構機構（此處略）。（2）確定氣缸q與活塞桿h后的非同構機構針對圖4 ,結合設計 要求，經過分析后可得到如圖5所示的分配了氣缸q與活塞桿h圖4咦定丁闔定桿&啟的非冋杓機恂（3）確定執(zhí)行構件z后的非同構機構針對圖5 ,結合設計要求，可 得到如圖6所示的確定了執(zhí)行構件z后的非同構機構。綜

9、上所述，共可得到如上圖6所示的共計6種可用的特定運動 鏈圖譜。定tc認"ju日妗*pj枳謝5繪出新型機車車輪制動裝置機構圖譜利用機構一般化原則進行逆 推，將再生出的特定化運動鏈圖譜還原為具體的機構構造簡圖。針對 圖6所示的6個非同構機構可得到6種（如圖7所示）新型車輪制 動機構簡圖。設計人員可根據主要技術性能指標及具體結構條件，通 過分析比較，從屮選取合理的結構形式。6結束語本文僅針對圖4所示的一般化運動鏈就可得出6種新型機車車 輪制動機構，依次類推，由圖3共可再得出10種新型機車車輪制 動機構(去除具中的原始機構)。所以，再生運動鏈法創(chuàng)新設計可基于e 某一現存的機械裝置，系統(tǒng)地確定

10、出與該裝置具有相同功能的不同的 機構形式，可以得到所有可能的設計方案。木文旨在通過對機車車輪 制動裝置的創(chuàng)新設計，試圖揭示機械創(chuàng)新設計的規(guī)律性，并為下一步 建立相應的知識模型，采用計算機智能與人類專家智能相結合的設計 系統(tǒng)奠定一定的基礎。w(» '(0(0圖7輪脳網參考文獻1顏鴻森著，姚燕安，王玉新，郭可謙譯.機械裝置的創(chuàng)造性設m. 北京:機械工業(yè)出版社，20022羅紹新.機械創(chuàng)新設計m.北京:機械工業(yè)出版社，2-33呂仲文.機械創(chuàng)新設計m.北京z機械工業(yè)出版社，2°°54張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設計m.北京:機械工出版社, 19995大永，蔣勁茂，彭穎紅等.輯彎成型過程仿真與參數優(yōu)化j.