機械創(chuàng)新設計(第四章)

1、第四章第四章 機構組合原理與創(chuàng)新機構組合原理與創(chuàng)新1基本機構：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇機構基本機構：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇機構等等2組合機構：由基本機構組合為新的機構組合機構：由基本機構組合為新的機構3機構的組合：幾種基本機構的組合體，組合體中的各基機構的組合：幾種基本機構的組合體，組合體中的各基本機構還保持各自特性。本機構還保持各自特性。 基本機構組合基本機構組合 新機構新機構組合機構組合機構 基本機構的組合體基本機構的組合體機構的組合機構的組合4組合方式：組合方式：串聯(lián)式機構組合；串聯(lián)式機構組合；并聯(lián)式機構組合；并聯(lián)式機構組合； 復合式機構組合；復合式機構組合；疊加式

2、機構組合疊加式機構組合第一節(jié)第一節(jié) 串聯(lián)式機構組合與創(chuàng)新串聯(lián)式機構組合與創(chuàng)新一、串聯(lián)式機構組合的原理與創(chuàng)新方法一、串聯(lián)式機構組合的原理與創(chuàng)新方法1串聯(lián)組合：串聯(lián)組合： 若干機構順序聯(lián)接，前置機構的輸出為后置機構的輸若干機構順序聯(lián)接，前置機構的輸出為后置機構的輸入入2聯(lián)接方式：聯(lián)接方式： 聯(lián)接點設在前置機構中作簡單運動的連架桿上，稱聯(lián)接點設在前置機構中作簡單運動的連架桿上，稱為為 I型串聯(lián)型串聯(lián) 聯(lián)接點設在前置機構中作復雜平面運動的構件上，聯(lián)接點設在前置機構中作復雜平面運動的構件上，稱為稱為 型串聯(lián)型串聯(lián)3框圖表示：框圖表示： 圖圖4-1圖圖4-1 串聯(lián)式機構組合串聯(lián)式機構組合a) 型串聯(lián)型串聯(lián)

3、 b) 型串聯(lián)型串聯(lián)二、串聯(lián)式機構組合的主要功能分析二、串聯(lián)式機構組合的主要功能分析一）一）I型串聯(lián)式組合型串聯(lián)式組合1前置子機構為連桿機構前置子機構為連桿機構輸出構件為連架桿，可實現(xiàn)的運動有往復擺動、往復移輸出構件為連架桿，可實現(xiàn)的運動有往復擺動、往復移動動變速轉(zhuǎn)動輸出，可有急回運動特征變速轉(zhuǎn)動輸出，可有急回運動特征常用的后置機構：常用的后置機構：（1）連桿機構）連桿機構 可利用變速轉(zhuǎn)動輸入獲得等速可利用變速轉(zhuǎn)動輸入獲得等速轉(zhuǎn)動的輸出，還可以利用杠桿轉(zhuǎn)動的輸出，還可以利用杠桿原理確定合適的鉸接位置，在原理確定合適的鉸接位置，在不減小不減小的情況下實現(xiàn)增程、的情況下實現(xiàn)增程、增力的作用。增力的

4、作用。（2）凸輪機構）凸輪機構作為后置機構，可獲得變速凸輪、移作為后置機構，可獲得變速凸輪、移動凸輪，使后置機構的從動件獲得更動凸輪，使后置機構的從動件獲得更多的運動規(guī)律。多的運動規(guī)律。2前置子機構為凸輪機構前置子機構為凸輪機構輸出運動為從動件的移動或擺動，但行程較小輸出運動為從動件的移動或擺動，但行程較小后置子機構可以是：后置子機構可以是： 連桿機構、連桿機構、 齒輪機構、齒輪機構、 槽輪機構、槽輪機構、 凸輪機構凸輪機構（3）齒輪機構：利用擺動或移動輸入，獲得從動齒輪或齒條）齒輪機構：利用擺動或移動輸入，獲得從動齒輪或齒條的大行程擺動和移動，還可利用變速轉(zhuǎn)動的輸入進一步通過后的大行程擺動和

5、移動，還可利用變速轉(zhuǎn)動的輸入進一步通過后置的齒輪機構進行增速或減速。置的齒輪機構進行增速或減速。（4）槽輪機構）槽輪機構（5）棘輪機構）棘輪機構利用變速轉(zhuǎn)動輸入，減小槽輪轉(zhuǎn)位的速度波動利用變速轉(zhuǎn)動輸入，減小槽輪轉(zhuǎn)位的速度波動利用往復擺動和移動撥動棘輪間歇轉(zhuǎn)動。利用往復擺動和移動撥動棘輪間歇轉(zhuǎn)動。后置子機構利用凸輪機構輸出構件的運動規(guī)律改善后置機構的后置子機構利用凸輪機構輸出構件的運動規(guī)律改善后置機構的運動特性，或使其運動行程增大。運動特性，或使其運動行程增大。3前置子機構為齒輪機構前置子機構為齒輪機構輸出運動為轉(zhuǎn)動或移動輸出運動為轉(zhuǎn)動或移動后置子機構可以是各種類型的基本機構，后置子機構可以是各

6、種類型的基本機構， 齒輪機構、齒輪機構、 連桿機構、連桿機構、 凸輪機構凸輪機構4前置子機構可以是非圓齒輪機構、槽輪機構等前置子機構可以是非圓齒輪機構、槽輪機構等5I型串聯(lián)式機構組合的用途：型串聯(lián)式機構組合的用途：（1）改善輸出構件的運動和動力特性）改善輸出構件的運動和動力特性（2）放大運動或力）放大運動或力6I型串聯(lián)式機構組合實例型串聯(lián)式機構組合實例（一）改善輸出構件的運動和動力特性（一）改善輸出構件的運動和動力特性例例4-1 雙曲柄機構與槽輪機構的串聯(lián)組合雙曲柄機構與槽輪機構的串聯(lián)組合類似機構：轉(zhuǎn)動導桿槽輪機構，凸輪槽輪機構，橢圓齒輪槽類似機構：轉(zhuǎn)動導桿槽輪機構，凸輪槽輪機構，橢圓齒輪槽輪

7、機構，雙槽輪機構輪機構，雙槽輪機構雙曲柄機構雙曲柄機構圖圖4-2 雙曲柄機構與槽輪機構的串聯(lián)組合雙曲柄機構與槽輪機構的串聯(lián)組合 雙曲柄機構雙曲柄機構槽輪機構槽輪機構圖圖4-3 槽輪角速度變化曲線槽輪角速度變化曲線 槽輪動程時的轉(zhuǎn)角。槽輪動程時的轉(zhuǎn)角。ii從動槽輪與其主動構件的角速比。從動槽輪與其主動構件的角速比。圖4-4 轉(zhuǎn)動導桿槽輪機構1曲柄曲柄 2導桿導桿 3主動撥盤主動撥盤 4撥銷撥銷 5槽輪槽輪 轉(zhuǎn)動導桿機構轉(zhuǎn)動導桿機構槽輪機構槽輪機構圖4-5 凸輪槽輪機構1主動撥盤主動撥盤 2槽輪槽輪 3固定凸輪固定凸輪 4彈簧彈簧 A撥銷撥銷反凸輪機構反凸輪機構槽輪機構槽輪機構圖4-6 橢圓齒輪槽

8、輪結構 1主動橢圓齒輪主動橢圓齒輪 2帶有轉(zhuǎn)臂的橢圓齒輪帶有轉(zhuǎn)臂的橢圓齒輪3槽輪槽輪 A撥銷撥銷 橢圓齒輪機構橢圓齒輪機構槽輪機構槽輪機構圖4-7 雙槽輪機構的串聯(lián)1前置槽輪機構的主動撥盤前置槽輪機構的主動撥盤 2前置槽輪前置槽輪 3向置槽輪向置槽輪 A、B撥銷撥銷槽輪機構槽輪機構槽輪機構槽輪機構圖圖4-8 牛頭刨床導桿機構牛頭刨床導桿機構 轉(zhuǎn)動導桿機構轉(zhuǎn)動導桿機構六桿機構六桿機構例例4-2 圖圖4-8所示為牛頭刨床的導桿機構所示為牛頭刨床的導桿機構轉(zhuǎn)動導桿轉(zhuǎn)動導桿+擺動導桿擺動導桿目的：使滑枕目的：使滑枕4實現(xiàn)近似勻速往復移動（原動件勻速轉(zhuǎn)動）實現(xiàn)近似勻速往復移動（原動件勻速轉(zhuǎn)動）例例4-3

9、 毛紡針梳機導條機構毛紡針梳機導條機構 圖圖4-9橢圓齒輪機構橢圓齒輪機構+圓柱齒輪機構圓柱齒輪機構+（變形）正弦機構（變形）正弦機構變傳動比變傳動比 定傳動比定傳動比目的：使從動件近似實現(xiàn)勻速移動目的：使從動件近似實現(xiàn)勻速移動總結：對于要求改善輸出構件運動特性的總結：對于要求改善輸出構件運動特性的I型串聯(lián)式機構組合型串聯(lián)式機構組合 的設計的步驟的設計的步驟（1）按照后置子機構輸出的運動規(guī)律的要求，確定前置子機）按照后置子機構輸出的運動規(guī)律的要求，確定前置子機 構應輸出的運動規(guī)律。構應輸出的運動規(guī)律。（2）按確定的運動規(guī)律，對前置子機構進行尺寸綜合）按確定的運動規(guī)律，對前置子機構進行尺寸綜合（

10、二）放大運動和增力（二）放大運動和增力例例4-4 增力機構增力機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構+搖桿滑塊機構搖桿滑塊機構圖圖4-9 毛紡針梳機導條機構毛紡針梳機導條機構 橢圓齒輪機構橢圓齒輪機構齒輪機構齒輪機構正弦機構正弦機構圖圖4-10 增力機構增力機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構搖桿滑塊機構搖桿滑塊機構受力分析：設受力分析：設BC，CE為二力桿為二力桿對桿對桿CD有：有： FL=PS SFLP 對滑塊有：對滑塊有： SFlPQcoscos故減小故減小和和S，增大，增大L均能增大均能增大Q力。力。例例4-5 共軛凸輪連桿機構共軛凸輪連桿機構 圖圖4-11凸輪機構凸輪機構+連桿機構（連桿機構（ABCD

11、）+搖桿滑塊機構（搖桿滑塊機構（DFE）增大滑塊增大滑塊9的行程的行程例例4-6 齒輪齒條大行程直移機構齒輪齒條大行程直移機構齒輪齒條機構齒輪齒條機構+齒輪齒條機構齒輪齒條機構活塞行程為活塞行程為A 設齒輪模數(shù)相等設齒輪模數(shù)相等摩擦忽略不計摩擦忽略不計圖圖4-11 共軛凸輪連桿機構共軛凸輪連桿機構共軛凸輪機構共軛凸輪機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構圖圖4-12 利用齒條齒輪的大行程直移機構利用齒條齒輪的大行程直移機構齒條齒輪機構齒條齒輪機構齒條齒輪機構齒條齒輪機構齒輪齒輪3轉(zhuǎn)的圈數(shù)為轉(zhuǎn)的圈數(shù)為 3 mZA活動齒條活動齒條2的行程的行程 5353.ZA

12、ZAmZmZAAB二）二）型串聯(lián)組合型串聯(lián)組合后置子機構的輸入構件與前置子機構中作平面復雜運動的后置子機構的輸入構件與前置子機構中作平面復雜運動的連桿聯(lián)接。連桿聯(lián)接。例例4-7 具有運動停歇的多桿機構具有運動停歇的多桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構+滑塊導桿滑塊導桿 圖圖4-13實現(xiàn)導桿轉(zhuǎn)動過程中停歇實現(xiàn)導桿轉(zhuǎn)動過程中停歇例例4-8 鏈鏈四桿機構鏈鏈四桿機構+連桿滑塊連桿滑塊 圖圖4-14實現(xiàn)曲柄實現(xiàn)曲柄1回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)1周，滑塊周，滑塊5可往復移動兩次可往復移動兩次齒輪3的分度圓周長齒輪5的分度圓周長圖圖4-13 具有停歇的六桿機構具有停歇的六桿機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構擺動導桿機構擺動導桿機構

13、圖圖4-14 實現(xiàn)從動件兩次動程的六桿機構實現(xiàn)從動件兩次動程的六桿機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構往復移動滑塊機構往復移動滑塊機構例例4-9 行星輪系行星輪系+連桿滑塊連桿滑塊 圖圖4-15實現(xiàn)滑塊運動中的停歇實現(xiàn)滑塊運動中的停歇（2）直線軌跡或曲弧線軌跡可使后置子機構的輸出構）直線軌跡或曲弧線軌跡可使后置子機構的輸出構件實現(xiàn)運動的停歇，自交曲線軌跡可使后置子機構的件實現(xiàn)運動的停歇，自交曲線軌跡可使后置子機構的輸出構件實現(xiàn)兩個行程。輸出構件實現(xiàn)兩個行程。總結：總結：（1） 型串聯(lián)組合的主要問題是如何型串聯(lián)組合的主要問題是如何確定前置機構中確定前置機構中連桿的運動軌跡問題，（如何實現(xiàn)特殊的運動軌跡

14、，如連桿的運動軌跡問題，（如何實現(xiàn)特殊的運動軌跡，如何按預定軌跡對連桿機構進行尺寸綜合的問題，）可采何按預定軌跡對連桿機構進行尺寸綜合的問題，）可采用解析法、實驗法或直接從連桿圖譜中查取。用解析法、實驗法或直接從連桿圖譜中查取。圖圖4-15 行星齒輪連桿機構行星齒輪連桿機構第二節(jié)第二節(jié) 并聯(lián)式機構組合與創(chuàng)新并聯(lián)式機構組合與創(chuàng)新一、并聯(lián)式機構組合原理與創(chuàng)新方法一、并聯(lián)式機構組合原理與創(chuàng)新方法兩個或多個基本機構并列布置，稱為機構并聯(lián)組合。兩個或多個基本機構并列布置，稱為機構并聯(lián)組合。I型并聯(lián)；型并聯(lián)； 各基本機構輸入構件獨立，輸出構件共用各基本機構輸入構件獨立，輸出構件共用型并聯(lián)：型并聯(lián)： 各基本

15、機構有共同的輸入和輸出構件。各基本機構有共同的輸入和輸出構件。型并聯(lián)：型并聯(lián)： 各機構有共同的輸入，獨立的輸出。各機構有共同的輸入，獨立的輸出。簡單型并聯(lián)：兩個子機構類型、形狀和尺寸完全相同，并簡單型并聯(lián)：兩個子機構類型、形狀和尺寸完全相同，并 且對稱布置。且對稱布置。用用 途：改善受力及動力特性，過死點。途：改善受力及動力特性，過死點。復雜型并聯(lián)：兩個不同類型或相同類型不同尺寸的子機構復雜型并聯(lián)：兩個不同類型或相同類型不同尺寸的子機構 的關聯(lián)以實現(xiàn)性質(zhì)復雜的、合成的運動。的關聯(lián)以實現(xiàn)性質(zhì)復雜的、合成的運動。如果按輸出運動的性質(zhì)劃分有：如果按輸出運動的性質(zhì)劃分有：并聯(lián)式機構組合的特點：兩個子機

16、構并列布置，運動并行傳遞。圖圖4-16 并聯(lián)式機構組合并聯(lián)式機構組合a) 型并聯(lián)型并聯(lián) b) 型并聯(lián)型并聯(lián) c) 型并聯(lián)型并聯(lián)圖圖4-17 V型雙缸發(fā)動機型雙缸發(fā)動機 曲柄滑塊曲柄滑塊曲柄滑塊曲柄滑塊圖圖4-18 襟翼操縱機構襟翼操縱機構 齒條齒輪齒條齒輪圖圖4-19 縫紉機針桿傳動縫紉機針桿傳動 型復雜型并聯(lián)型復雜型并聯(lián)擺動凸輪曲柄滑塊圖圖4-20 釘扣機針桿傳動釘扣機針桿傳動型復雜型并聯(lián)型復雜型并聯(lián)擺動導桿曲柄滑塊2型并聯(lián)式組合型并聯(lián)式組合將一個運動分解為兩個運動，再將這兩個運動合成為一將一個運動分解為兩個運動，再將這兩個運動合成為一個運動輸出。個運動輸出。例例4-14 雙棘爪機構雙棘爪機

17、構由兩個曲柄滑塊機構并聯(lián)組合而成由兩個曲柄滑塊機構并聯(lián)組合而成例例4-15 活塞機的齒輪杠桿機構活塞機的齒輪杠桿機構由兩個曲柄滑塊機構與齒輪機構組合而成由兩個曲柄滑塊機構與齒輪機構組合而成例例4-16 壓力機螺旋杠桿機構壓力機螺旋杠桿機構特點：機構類型相同，對應構件的尺寸相同，對稱布置。特點：機構類型相同，對應構件的尺寸相同，對稱布置。例例4-17 矩形軌跡輸送機構矩形軌跡輸送機構兩個凸輪機構組合兩個凸輪機構組合3型并聯(lián)組合型并聯(lián)組合將一個運動分解為兩個輸出運動，主要問題是機構動作的將一個運動分解為兩個輸出運動，主要問題是機構動作的協(xié)調(diào)和時序的控制。協(xié)調(diào)和時序的控制。圖圖4-21 雙棘爪機構雙

18、棘爪機構 曲柄滑塊曲柄滑塊圖4-22 活塞機的齒輪杠桿機構 曲柄滑塊曲柄滑塊圖4-23 壓力機的螺旋杠桿機構 雙滑塊雙滑塊圖4-24 矩形軌跡輸送機構 型并聯(lián)（復雜型）端面凸輪機構平底直動盤形凸輪例4-18 雙滑塊驅(qū)動機構凸輪機構與連桿機構并聯(lián)組合例4-19 絲織機開口機構兩個搖桿滑塊機構并聯(lián)組合圖4-27所示沖壓機凸輪連桿機構由一個凸輪機構和一個凸輪連桿機構并聯(lián)組合而成圖圖4-25 沖壓機機構沖壓機機構 型并聯(lián)（復雜型）型并聯(lián)（復雜型）反移動凸輪搖桿滑塊圖圖4-26 絲織機構開口機機構絲織機構開口機機構曲柄搖桿搖桿滑塊搖桿滑塊圖圖4-27 沖壓機的凸輪連桿機構沖壓機的凸輪連桿機構移動從動件盤

19、形凸輪型并聯(lián)（復雜型）型并聯(lián)（復雜型）擺動從動件擺動滑塊第三節(jié)第三節(jié) 復合式機構組合與創(chuàng)新復合式機構組合與創(chuàng)新一、復合式機構組合原理與創(chuàng)新方法一、復合式機構組合原理與創(chuàng)新方法 一個具有兩個自由度的基礎機構一個具有兩個自由度的基礎機構A和一個附加機構和一個附加機構B在一在一起起的組合形式為復合式機構組合。的組合形式為復合式機構組合。組合形式組合形式 并接并接 圖圖4-28 a) 回接回接 圖圖4-28 b)組合特點：組合特點：一般為不同類型的基本機構的組合，并有機地一般為不同類型的基本機構的組合，并有機地融為一體成為新機構融為一體成為新機構 基礎機構一般為二自由度機構，如差動齒輪機基礎機構一般為

20、二自由度機構，如差動齒輪機構，五連桿機構，空間機構構，五連桿機構，空間機構附加機構一般為單自由度基本機構附加機構一般為單自由度基本機構基礎機構的兩個輸入運動基礎機構的兩個輸入運動來自于機構的主動構件來自于機構的主動構件來自于附加機構來自于附加機構通過與附加機構的構件并接。通過與附加機構的構件并接。通過附加機構的回接通過附加機構的回接復合式機構組合主要功能：可以實現(xiàn)任意預定的運動規(guī)律的復合式機構組合主要功能：可以實現(xiàn)任意預定的運動規(guī)律的輸出，例如一定規(guī)律的停歇、逆轉(zhuǎn)、加速、減速、前進、倒輸出，例如一定規(guī)律的停歇、逆轉(zhuǎn)、加速、減速、前進、倒退等，設計較復雜缺乏共同的規(guī)律。需對具體的機構進行分退等，

21、設計較復雜缺乏共同的規(guī)律。需對具體的機構進行分析和綜合。析和綜合。并接復合式的組合方式：基礎機構與附加機構各自取出并接復合式的組合方式：基礎機構與附加機構各自取出一個作平面運動的構件并接，再各自取出一個連架桿并一個作平面運動的構件并接，再各自取出一個連架桿并接，運動由基礎機構中參加并接的連架桿輸入，再由基接，運動由基礎機構中參加并接的連架桿輸入，再由基礎機構中另一個連架桿輸出。礎機構中另一個連架桿輸出。圖圖4-28 復合式機構組合復合式機構組合a) 構件并接式構件并接式 b) 機構回接式機構回接式回接復合式的組合方式：基礎機構與附加機構中兩個連架桿回接復合式的組合方式：基礎機構與附加機構中兩個

22、連架桿并接，附加機構中另一個連架桿負責把運動回接到基礎機構并接，附加機構中另一個連架桿負責把運動回接到基礎機構中作復雜運動的構件中去。中作復雜運動的構件中去。二、復合式機構組合主要功能分析二、復合式機構組合主要功能分析1并接復合式組合并接復合式組合例例4-20 凸輪凸輪-行星機構行星機構例例4-21 凸輪連桿機構組合凸輪連桿機構組合例例4-22 齒輪連桿機構齒輪連桿機構 2機構回接復合式組合機構回接復合式組合齒輪加工機床誤差補償機構齒輪加工機床誤差補償機構 圖圖4-33圖4-29 凸輪行星機構 平面運動的構平面運動的構件并接。件并接。輸出輸出差動輪系反凸輪機構可獲得多樣化的運動規(guī)律圖圖4-30

23、 凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構 平面運動構件并接平面運動構件并接既是曲柄，又是活動機架輸出輸出五桿機構反凸輪機構滑塊行程 但凸輪的不會圖圖4-31 齒輪連桿機構齒輪連桿機構 平面運動的構件并接平面運動的構件并接差動輪系曲柄滑塊當主動構件3轉(zhuǎn)動一周時，中心輪步進轉(zhuǎn)角為72，并且在轉(zhuǎn)位的始末還有瞬時反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。圖圖4-33 傳動誤差補償機構傳動誤差補償機構蝸輪蝸桿凸輪機構第四節(jié)第四節(jié) 疊加式機構組合與創(chuàng)新疊加式機構組合與創(chuàng)新一、疊加式機構組合的原理與創(chuàng)新方法一、疊加式機構組合的原理與創(chuàng)新方法疊加式機構組合：將一個機構安裝在另一個機構的某個疊加式機構組合：將一個機構安裝在另一個機構的某個運動構件上的組合形式，其輸出運動是若干個機構輸出運運動構件上的組合形式，其輸出運動是若干個機構輸出運動的合成。動的合成?；警B加形式基本疊加形式 兩種運動關系：兩種運動關系：（1）運動獨立式