4機構創(chuàng)新設計11

4機構系統(tǒng)運動方案創(chuàng)新設計

根據機械預期實現的功能，考慮選擇何種工作原理來實現所需的功能要求。采用不同的工作原理設計出的機械，其性能、結構、工作品質、適用場合等都會有很大的差異，因此必須根據機械的具體工作要求，如強度、精度、壽命、效率、產量、成本、環(huán)保等諸多因素綜合考慮確定。同時在滿足要求的前提下盡可能多采用幾個方案。

4.1功能原理設計

◆根據工藝要求進行工藝動作的分解及執(zhí)行運動的確定。同一個工作原理，可以有多種工藝動作分解?！舨煌墓に噭幼鞣纸?，將會得到不同的設計結果。

1）動作及運動設計

功能分析擦黑板裝置

2）執(zhí)行機構型式設計

實現同一種運動，可以選擇不同型式的機構。執(zhí)行機構的型式設計，即選用何種機構來實現所需運動，這需要考慮機構的動力特性、機械效率、制造成本等因素。

機構選型的基本原則

1.原動機的運動形式機械運動方案擬定的優(yōu)劣與機器能否滿足預定功能要求、制造難易、成本高低、運動精度、壽命、可靠性以及動力性能等密切相關。機構的選型不僅與執(zhí)行構件（即機構的輸出構件）的運動形式有關，而且還與機構的輸入構件（主動件）有關，而主動件或原動件的運動形式則與所選的原動機類型有關。常用的原動機的輸出運動形式可分為：（1）連續(xù)運動：如各種異步電動機、滑差電機、直流電機、汽油機、柴油機、液壓馬達、氣動馬達等等。（2）往復移動：如活塞式汽缸和液壓缸、直線電動機等。（3）往復擺動：如雙向電動機、擺動式液壓缸或汽缸等。（4）間歇運動：如步進電機等。機器中使用最廣泛的是交流電動機，因此，一般輸入構件的運動大多數為連續(xù)運動。2.機構選型的基本原則在進行機構選型和組合時，設計者必須熟悉各種基本機構和常用機構的功能、結構和特點，并且還應該遵循下列的基本原則：（1）滿足工藝動作和運動要求。選擇機構首先應滿足執(zhí)行構件的工藝動作和運動要求。通常高副機構比較容易實現所要求的運動規(guī)律和軌跡，但是高副的曲面加工制造比較麻煩，而且高副元素容易因磨損而造成運動失真。低副機構雖然往往只能近似實現所要求的運動規(guī)律或軌跡，尤其當構件數目較多時，累計誤差較大，設計也比較困難，但低副元素（圓柱面或平面）易于加工且容易達到加工精度要求。因此從全面考慮，優(yōu)先采用低副機構。例：JA型家用縫紉機的挑線機構采用擺動從動件圓柱凸輪機構如圖2—1（a）所示，雖然其挑線孔的軌跡比較容易滿足使用要求，但是凸輪廓線加工比較復雜，而且容易磨損。JB型家用縫紉機的挑線機構則采用連桿機構如圖所示。雖然其挑線孔的運動軌跡只能近似實現，但借助計算機進行優(yōu)化設計，可控制誤差在允許范圍內，從而使挑線孔軌跡滿足使用要求。由于連桿機構是低副機構，加工方便且耐磨損，所以現在家用縫紉機和工業(yè)縫紉機都選用連桿機構作為挑線機構。（2）結構最簡單，傳動鏈最短在滿足使用要求的前提下，機構的結構應盡可能簡單，構件的數目要少，運動副數目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難，減輕重量，降低成本，而且還可以減少機構的累計運動誤差，提高機器的效率和工作可靠性。例：為了實現將回轉運動變換為一種按一定運動規(guī)律進行的往復直線運動，而且從動件的行程不要太大，可采用圖示的結構。

也可采用圖示的結構。

（3）原動機的選擇有利于簡化結構和改善運動質量目前機器的原動機多采用電動機，也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動力源時盡量采用液壓缸或氣缸，這樣有利于簡化傳動鏈和改善運動質量，而且具有減振、易于減速、操作方便等優(yōu)點，特別對于具有多執(zhí)行構件的工程機械、自動機，其優(yōu)越性就更突出。例如兩種擺桿機構的方案，顯然，如圖所示的擺動氣缸方案，其結構十分簡單，但擺動氣缸在傳動時速度較難控制。若采用擺動電動機直接驅動擺桿，結構更簡單，速度比較容易控制；而如圖（b）所示的方案，因為電動機一般轉速較高，它必須通過減速機才能使擺桿的擺動速度滿足要求，故其結構比圖（a）復雜得多。（4）機構有盡可能好的動力性能這一原則對于高速機械或者載荷變化很大的機構尤應注意。對于高速機械，機構選型要盡量考慮其對稱性，對機構或回轉構件進行平衡使其質量合理分布，以求慣性力的平衡和減小動載荷。對于傳力大的機構要盡量增大機構的傳動角或減小壓力角，以防止機構自鎖，增大機器的傳力效益，減小原動機的功率及其損耗。（5）加工制造方便，經濟成本低降低生產成本，提高經濟效益是使產品有足夠的市場競爭里的有里保證。在具體實施時，應盡可能選用低副機構，并且最好選用以轉動副為主構成的低副機構，因為轉動副元素比移動副元素更容易加工，也跟容易達到精度要求。此外，在保證使用條件的前提下，盡可能選用結構簡單的機構；盡可能選用標準化、系列化、通用化的元器件，以達到最大限度低降低生產成本，提高經濟效益的目的。（6）機器操縱方便、調整容易、安全耐用在擬定機械運動方案時，應適當選一些開、停、離合、正反轉、剎車、手動等裝置，可使操作方便，調整容易。為了預防機器因載荷突變造成損壞，可選用過載保護裝置。（7）具有較高的生產效率和機械效率選用機構必須考慮到其生產效率和機械效率，這也是節(jié)能源提高機關年紀效益的只要手段之一。在選用機構時，應盡量減少中間環(huán)節(jié)，即傳動鏈要短，并且盡量少采用移動副，因為這類運動副容易發(fā)生楔緊或自鎖現象。此外，執(zhí)行機構的選擇要考慮到與原動機的運動方式、功率、轉矩及其載荷特性能夠相互匹配協調。另外，所選機構的傳力特性要好，機械效率較高。例如低效率的蝸桿機構應該少用；行星輪傳動中優(yōu)先采用負號機構，因為通常負號機構比正號機構效率高；增速機構一般效率較低，也應該盡量避免采用。

當所選擇的機構型式不能完全實現預期要求，或雖能實現功能要求但存在著或結構較復雜、或運動精度不當和動力性能欠佳，可在常用機構中選擇一種功能和原理與工作要求相近的機構，在此基礎上重新構筑機構的型式。4.2機構設計⑴組合法

串聯組合前一級子機構的輸出構件，作為后一級子機構的輸入構件，依次串聯的組合方式。輸入輸出子機構II子機構I

后一級子機構的主動件為前一級子機構的一個連架桿。

后一級機構的子主動件為在前一級子機構的連桿。III512341123A54DCBFEM

并聯組合幾個子機構共用同一個輸入構件，而它們的輸出運動又同時輸入給一個多自由度的子機構，從而形成一個自由度為1的機構系統(tǒng)的組合方式。子機構n1子機構III子機構I子機構II子機構n輸入輸出直線電機襟翼直線電機某型飛機的襟翼操縱機構大型船舶主傳動機構

復合式組合由一個或幾個串聯的基本機構去封閉一個具有兩個或多個自由度的基本機構的組合方式5桿機構輸入輸出凸輪機構1、機構的倒置：機構內運動構件與機架的轉換。AB14lR235OPSO1AB12⑵變異法

改變構件結構形狀

將擺動導桿機構中的直線導槽改為圓弧導槽，可獲得較長時間的停歇。要使分解后的運動規(guī)律協調配合（1）簡單情況可采用機構合成法將多個分解運動輸入到具有多個自由度的機構中，合成為一個復雜的運動。（2）可采用分配軸的方法使各分解運動協調配合（3）可采用電氣控制或計算機數字控制的方法使各分解運動協調配合。執(zhí)行機構運動協調設計一、執(zhí)行構件的布置特別要考慮到控制此執(zhí)行構件運動的執(zhí)行機構的安裝是否方便1）與執(zhí)行構件的聯接是否方便；2）執(zhí)行機構原動件布置的位置是否恰當；盡可能接近執(zhí)行構件；使各執(zhí)行機構原動件盡可能集中布置在一根軸或少數幾根軸上；各原動件應保持等速或定速比。二、執(zhí)行機構運動協調設計應滿足的要求保證各執(zhí)行機構動作的順序性；各執(zhí)行構件的動作在時間上同步；保證空間的同步性；保證系統(tǒng)各執(zhí)行構件對操作對象的操作具有單一性或協同性；執(zhí)行構件的動作之間應保持時間上的間隔，以避免動作銜接處發(fā)生干涉；機械運動循環(huán)圖設計一、機械運動循環(huán)圖

1、機械運動循環(huán)圖表達機械各執(zhí)行機構（構件）在一個運動環(huán)中各動作的協調配合關系的簡單明確圖，稱機械運動循環(huán)圖。2、機械運動循環(huán)圖的類型1）直線式循環(huán)圖（矩形循環(huán)圖）

2）圓形循環(huán)圖（極坐標式）

3）直角坐標式循環(huán)圖1、設計要點完成系統(tǒng)的協調設計;確定參照機構（構件）;3)設計單一執(zhí)行機械運動循環(huán)圖;4)設計機械運動循環(huán)圖.二、機械運動循環(huán)圖的設計例：粉料壓片機113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611113109105（1）執(zhí)行構件完成的動作：移動料斗3至模具11的型腔上方，并準備將粉料裝入型腔；料斗振動，將粉料裝入型腔；下沖頭5下沉，以防止上沖頭9下壓時將型腔內粉料抖出；上沖頭下壓，下沖頭上壓，將粉料加壓并保壓一定時間，使藥片成型較好；上沖頭快速退出，下沖頭隨之將壓好的藥片推出型腔，完成壓片工藝過程。例：粉料壓片機113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611分配軸1234ⅣⅠⅡⅢS1S2S3S41、設計要點1)完成系統(tǒng)的協調設計;