機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)-課件

第六章機(jī)構(gòu)再生運(yùn)動(dòng)鏈原理與創(chuàng)新再生運(yùn)動(dòng)鏈法：顏鴻森教授提出的顏氏創(chuàng)造機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)法。再生運(yùn)動(dòng)鏈法實(shí)際為演繹法：由一個(gè)原始機(jī)構(gòu)按一定規(guī)律演繹出同樣功能的新機(jī)構(gòu)為演繹法。再生運(yùn)動(dòng)鏈法是根據(jù)機(jī)構(gòu)的桿組組成原理，把一個(gè)特定的機(jī)構(gòu)抽象為一般化的運(yùn)動(dòng)鏈，再按再生運(yùn)動(dòng)鏈法的步驟與轉(zhuǎn)化規(guī)則，根據(jù)該機(jī)構(gòu)在產(chǎn)品中的約束條件演化出眾多的再生運(yùn)動(dòng)鏈，然后按逆推程序得出相當(dāng)數(shù)量的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，供變異設(shè)計(jì)選用。1ppt課件

若干構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接而成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈。

基礎(chǔ)知識(shí)一、運(yùn)動(dòng)鏈

把運(yùn)動(dòng)鏈中的某一構(gòu)件加以固定或相對(duì)固定（成為機(jī)架），當(dāng)其中一個(gè)或幾個(gè)具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件推動(dòng)其余構(gòu)件作確定的運(yùn)動(dòng)時(shí)，則這個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈就成其為機(jī)構(gòu)。如果組成運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副要素從而時(shí)運(yùn)動(dòng)鏈形成封閉的系統(tǒng)。閉鏈開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)2ppt課件二、平面機(jī)構(gòu)的組成原理由一個(gè)原動(dòng)件所帶動(dòng)的多桿機(jī)構(gòu)，其自由度為1；但已知一個(gè)原動(dòng)件的基本機(jī)構(gòu)的自由度是1，因此可知該機(jī)構(gòu)除原動(dòng)件以外的那些活動(dòng)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副所組成的運(yùn)動(dòng)鏈，其自由度必為零我們把這種自由度為零的不可再分解的運(yùn)動(dòng)鏈，稱為桿組。1、基本機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)是由一個(gè)原動(dòng)件和一個(gè)相對(duì)固定的機(jī)架所組成的機(jī)構(gòu)。原動(dòng)件可以是轉(zhuǎn)動(dòng)件，也可以是移動(dòng)件，但最常見(jiàn)的原動(dòng)件是轉(zhuǎn)動(dòng)件。這種最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)稱為基本機(jī)構(gòu)。基本機(jī)構(gòu)的自由度為1122、桿組3ppt課件多桿機(jī)構(gòu)正是在基本機(jī)構(gòu)上陸續(xù)添加若干套桿組而形成的。添加桿組之后，并不改變機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。根據(jù)定義，桿組應(yīng)符合下列條件：設(shè)該桿組有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，有PL個(gè)低副，則應(yīng)符合最簡(jiǎn)單的桿組是的運(yùn)動(dòng)鏈。這種桿組按所包含的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的數(shù)目和分布情況，可以分為五種形式。CBDCBDCBDCBDCBD4ppt課件其中B和D稱為外端副，它們表示與組外構(gòu)件形成的運(yùn)動(dòng)副；C為組內(nèi)兩構(gòu)件之間形成的運(yùn)動(dòng)副，稱為內(nèi)端副。這種桿組稱為Ⅱ級(jí)組。較為復(fù)雜一些的桿組，是的桿組，這種桿組有兩類，如圖所示ⅢⅣ5ppt課件把自由度為零的桿組依次加到機(jī)構(gòu)上，就可以由簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)形成多構(gòu)件機(jī)構(gòu)，其自由度顯然仍等于原來(lái)較為簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)的自由度。三、高副低化6ppt課件第一節(jié)設(shè)計(jì)方法再生運(yùn)動(dòng)鏈法創(chuàng)造機(jī)構(gòu)的基本思路是：1、選擇一個(gè)能滿足設(shè)計(jì)基本要求又具開(kāi)發(fā)潛力的已知機(jī)構(gòu)作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的原始機(jī)構(gòu)。2、應(yīng)用“顏氏”創(chuàng)造的特定方法將已知機(jī)構(gòu)中的功能構(gòu)件和構(gòu)件組演化為一般化構(gòu)件，根據(jù)設(shè)計(jì)的約束條件將原始機(jī)構(gòu)抽象為一般化運(yùn)動(dòng)鏈，（只含有連桿和回轉(zhuǎn)副的運(yùn)動(dòng)鏈）還原出這一類機(jī)構(gòu)共同的“根”7ppt課件3、從一般化運(yùn)動(dòng)鏈發(fā)散，運(yùn)用數(shù)綜合方法推衍出眾多的再生運(yùn)動(dòng)鏈。4、根據(jù)眾多的再生運(yùn)動(dòng)鏈還原出相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，通過(guò)比較尋找功能相同但性能更優(yōu)的新機(jī)構(gòu)。用再生運(yùn)動(dòng)鏈法創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程如圖所示。8ppt課件9ppt課件第二節(jié)原始機(jī)構(gòu)及一般化運(yùn)動(dòng)鏈

原始機(jī)構(gòu)可以通過(guò)兩條途徑選取1）按功能要求及用途，新設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)構(gòu)；2）從實(shí)際機(jī)械中已應(yīng)用的與設(shè)計(jì)要求功能相近的機(jī)構(gòu)中挑選出的機(jī)構(gòu)。下面以第2條途徑選取五十鈴越野摩托車后輪懸置機(jī)構(gòu)作為原始機(jī)構(gòu)，討論再生運(yùn)動(dòng)鏈原理及方法。一、原始機(jī)構(gòu)一般摩托車的后輪懸掛裝置都是四桿機(jī)構(gòu)，為后輪提供的位移行程運(yùn)動(dòng)范圍較小。有些摩托車后輪懸掛裝置采用六桿機(jī)構(gòu)，取得較好效果。1．收集到六桿懸掛裝置為：本田CR250RPro-Link（圖6-2）川崎KX250Vni-trak（圖6-3），五十鈴RM250XFull-floater（圖6-4）10ppt課件11ppt課件12ppt課件13ppt課件14ppt課件2．分析這三種已有設(shè)計(jì)，并歸納它們的拓樸構(gòu)造特性1）懸掛裝置為自由度為1的平面機(jī)構(gòu)2）機(jī)構(gòu)由六個(gè)構(gòu)件和七個(gè)運(yùn)動(dòng)副組成3）機(jī)構(gòu)中有六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副4）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)移動(dòng)副5）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)固定機(jī)架6）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)鉸支桿7）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)擺動(dòng)桿，其一端與機(jī)架鉸接，另一端與后輪聯(lián)接8）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)桿9）機(jī)構(gòu)中有一個(gè)減振裝置，（二個(gè)構(gòu)件組成：活塞和缸體）3．選五十鈴RM250XFull-floater越野摩托車后輪懸掛裝置為原始機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖為圖6-515ppt課件二、一般化運(yùn)動(dòng)鏈將原始機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（圖6-5）進(jìn)行一般化處理，轉(zhuǎn)化成一般化運(yùn)動(dòng)鏈。1．一般化：把包含有不同類型構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的原始機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為只含連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副的一般化運(yùn)動(dòng)鏈。2．一般化原則：1）將非剛性構(gòu)件轉(zhuǎn)化為剛性構(gòu)件2）將非連桿形狀的構(gòu)件轉(zhuǎn)化為連桿。3）將高副轉(zhuǎn)化為低副。4）將非轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)副。5）解除固定桿（即機(jī)架）的約束，機(jī)構(gòu)成為運(yùn)動(dòng)鏈6）原始機(jī)構(gòu)與其所對(duì)應(yīng)的一般化機(jī)構(gòu)，其自由度數(shù)應(yīng)保持不變。表6-1為一些運(yùn)動(dòng)副的一般化圖例16ppt課件17ppt課件18ppt課件3．一般化運(yùn)動(dòng)鏈：機(jī)構(gòu)一般化的目的是把包含不同類型桿件與運(yùn)動(dòng)副的原始機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為只含連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副的一般化運(yùn)動(dòng)鏈。一般化的概念是要找出不同機(jī)構(gòu)的可能共同根源。一般化過(guò)程的基礎(chǔ)是建立在一般化規(guī)則上，而一般化規(guī)則是根據(jù)所定義的一般化原則導(dǎo)出的。1）所有運(yùn)動(dòng)副都需轉(zhuǎn)化成一般化運(yùn)動(dòng)副；

2）所有構(gòu)件都需轉(zhuǎn)化成一般化連桿；

3）原始機(jī)構(gòu)與其所對(duì)應(yīng)的一般化機(jī)構(gòu)，所有構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副之間的關(guān)系應(yīng)保持一致；

4）原始機(jī)構(gòu)與其所對(duì)應(yīng)的一般化機(jī)構(gòu)，其自由度數(shù)應(yīng)保持不變。一般化原則19ppt課件20ppt課件4．對(duì)五十鈴RM250XFull-floater越野摩托車后輪懸置機(jī)構(gòu)進(jìn)行一般化處理1）把固定桿（構(gòu)件1）一般化成二副桿（桿1）2）把主動(dòng)件曲柄（構(gòu)件2）一般化成三副桿（桿2）3）把擺動(dòng)桿（構(gòu)件3）一般化成三副桿（桿3）4）把連桿（構(gòu)件4）一般化成二副桿（桿4）5）把減振器的活塞和缸體（構(gòu)件5，6）一般化成二副桿（桿5，6）6）移動(dòng)副（g）一般化成轉(zhuǎn)動(dòng)副7）把固定件—機(jī)架釋放。根據(jù)一般化原則，則五十鈴后輪懸置機(jī)構(gòu)被轉(zhuǎn)化成如圖所示的六桿七副一般化運(yùn)動(dòng)鏈。(自身連桿類配)21ppt課件5、運(yùn)動(dòng)鏈的連桿類配將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般化運(yùn)動(dòng)鏈后，得到一個(gè)只有轉(zhuǎn)動(dòng)副的連桿的組合，稱為連桿的類配。一般化運(yùn)動(dòng)鏈中連桿類配可用字符表示為：連桿類配可分為兩類：一類是由原始機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成的一般化運(yùn)動(dòng)鏈得到的連桿類配，稱為自身連桿類配；另一類是按照自由度不變、連桿數(shù)不變、運(yùn)動(dòng)副數(shù)量不變的原則，由一般化運(yùn)動(dòng)鏈推導(dǎo)出可能構(gòu)成的連桿類配，稱為相關(guān)類配。根據(jù)相關(guān)類配的原則知，相關(guān)類配應(yīng)滿足下列條件：22ppt課件（連桿數(shù)量不變）（運(yùn)動(dòng)副數(shù)量不變）所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副元素?cái)?shù)目之和=運(yùn)動(dòng)鏈中的運(yùn)動(dòng)副元素?cái)?shù)目之和。示中，N為運(yùn)動(dòng)鏈中連桿數(shù)量；J為運(yùn)動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量。將上兩式代入平面連桿機(jī)構(gòu)自由度公式兩式相減得23ppt課件在此基礎(chǔ)上，按組合的方法，分別在這些可能的結(jié)構(gòu)形式中加入設(shè)計(jì)約束條件，得眾多能滿足設(shè)計(jì)約束條件的再生運(yùn)動(dòng)鏈及其響應(yīng)機(jī)構(gòu)，于是設(shè)計(jì)者可從中確定最理想的結(jié)構(gòu)形式。例：?jiǎn)巫杂啥攘鶙U機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈中，桿數(shù)N=6，運(yùn)動(dòng)副J=7，單自由度F=1。根據(jù)可確定組成一般化運(yùn)動(dòng)鏈可能出現(xiàn)的全部結(jié)構(gòu)形式。得為正整數(shù)，故該運(yùn)動(dòng)鏈中不可能有含五個(gè)及五個(gè)以上運(yùn)動(dòng)副元素的連桿，及六桿運(yùn)動(dòng)鏈只可能由24ppt課件含有四個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素以下的連桿，故將上式改寫為同時(shí)能滿足上兩式的連桿類配方案只能有兩種，見(jiàn)表類配方案L2L3L4Ⅰ42062Ⅱ5016225ppt課件將四個(gè)二副元素桿與二個(gè)三副元素桿進(jìn)行組合構(gòu)建新的運(yùn)動(dòng)鏈將五個(gè)二副元素桿與一個(gè)四副元素桿進(jìn)行組合構(gòu)建新的運(yùn)動(dòng)鏈出現(xiàn)一個(gè)由三構(gòu)件構(gòu)成的剛體，運(yùn)動(dòng)鏈將還原成四桿機(jī)構(gòu)，不同于原始機(jī)構(gòu)故應(yīng)剔除。26ppt課件故原始機(jī)構(gòu)（圖6-5）經(jīng)一般化處理后得到一六桿七副一般化運(yùn)動(dòng)鏈，圖6-7所示。三、運(yùn)動(dòng)鏈圖譜應(yīng)用機(jī)構(gòu)數(shù)綜合理論，可以得到一般化運(yùn)動(dòng)鏈的桿數(shù)、運(yùn)動(dòng)副相同的全部可能的運(yùn)動(dòng)鏈圖譜。對(duì)圖6-7所示的六桿七副運(yùn)動(dòng)鏈，其對(duì)應(yīng)的非同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈形式有兩種，如圖6-8所示。27ppt課件第三節(jié)特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜

機(jī)構(gòu)特定化的目的：在滿足一定的設(shè)計(jì)要求的條件下，從一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜中，指定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的具體類型，獲得能夠滿足設(shè)計(jì)要求的可行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈形式。摩托車后輪懸掛裝置的設(shè)計(jì)要求：

1）必須有一個(gè)固定桿作為機(jī)架

2）必須有一個(gè)減振器

3）必須有一個(gè)擺動(dòng)桿用于安裝摩托車后輪

4）固定桿、減振器和擺動(dòng)桿必須是不同的構(gòu)件。將以上設(shè)計(jì)要求應(yīng)用于圖6-28所示的兩種非同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈中，給出運(yùn)動(dòng)鏈再生的步驟及結(jié)果

1）固定桿（Gr）：分別對(duì)圖6-8所示的運(yùn)動(dòng)鏈，取不同的構(gòu)件為機(jī)架，得到圖6-9所示的五種再生運(yùn)動(dòng)鏈。

2）減振器（Sc-Sc）：只有二級(jí)桿組可作減振器28ppt課件

對(duì)圖6-9所示機(jī)構(gòu)中的二級(jí)桿組選作減振器，可再生出4種運(yùn)動(dòng)鏈，如圖6-10所示。

3）擺動(dòng)桿（Sw），對(duì)圖6-10所示的運(yùn)動(dòng)鏈，選取不同的構(gòu)件作為擺動(dòng)桿，最后再生出10種可行的再生機(jī)構(gòu)，圖6-11所示12345612345629ppt課件30ppt課件31ppt課件第四節(jié)可用特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜及機(jī)構(gòu)圖譜1．可用特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜：根據(jù)工程現(xiàn)實(shí)和設(shè)計(jì)者的選擇，經(jīng)由特定化程序（Specialization），從特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜中，篩選出所有滿足設(shè)計(jì)要求與限制（約束）條件的可用的特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜。對(duì)摩托車后輪懸架的約束條件為：擺桿與固定桿相連滿足此約束條件的可行設(shè)計(jì)方案有六個(gè)，即圖6-11a、b、d、f、h、i。2．機(jī)構(gòu)圖譜：把每一個(gè)可用特定化運(yùn)動(dòng)鏈具體化為相對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)，并畫出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖6-11a、b、d、f、h、i對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6-12所示。3．新型機(jī)構(gòu)圖譜：將已存在的設(shè)計(jì)從所建立的機(jī)構(gòu)圖譜中刪除，所得到的即是新型機(jī)圖譜，如圖6-12a、c、d三種，作為新型越野摩托車懸架機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)依據(jù)。32ppt課件33ppt課件第五節(jié)再生運(yùn)動(dòng)鏈法設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題一、構(gòu)件相似性判斷1、構(gòu)件相似性定義兩個(gè)具有相同運(yùn)動(dòng)副數(shù)目的構(gòu)件，若它們與運(yùn)動(dòng)鏈中其它構(gòu)件的連接關(guān)系均相同，則稱此兩構(gòu)件相似。123456123456123456123456構(gòu)件的一般相似性34ppt課件2、構(gòu)件平行相似性定義運(yùn)動(dòng)副數(shù)目相同的兩構(gòu)件與其它構(gòu)件的位置關(guān)系相同，則稱此兩構(gòu)件平行相似。12345612312343、構(gòu)件相似關(guān)系繼承性定義在運(yùn)動(dòng)鏈組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)副數(shù)目未發(fā)生變化的相似構(gòu)件，在新結(jié)構(gòu)中保持原有的相似關(guān)系，這種相似關(guān)系的傳遞性稱之為相似關(guān)系的繼承性。35ppt課件123412344、構(gòu)件相似關(guān)系第一判斷規(guī)則若具有相同運(yùn)動(dòng)副數(shù)目的兩構(gòu)件，同時(shí)分別與兩組平行相似構(gòu)件（或一組相似構(gòu)件、一組平行構(gòu)件）相聯(lián)系，則此兩構(gòu)件相似。5、構(gòu)件相似關(guān)系第二判斷規(guī)則

若兩組平行相似構(gòu)件的兩端同時(shí)與兩組相似構(gòu)件（或一組相似構(gòu)件和一個(gè)構(gòu)件）相聯(lián)接，則此兩組平行相似構(gòu)件彼此相似36ppt課件在求一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜時(shí)應(yīng)用構(gòu)件相似關(guān)系判斷規(guī)則，找出相似構(gòu)件，防止在運(yùn)動(dòng)鏈再生過(guò)程中產(chǎn)生多余的同構(gòu)機(jī)構(gòu)，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)鏈再生的計(jì)算效率。12345637ppt課件機(jī)構(gòu)再生運(yùn)動(dòng)鏈法創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例

——鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、原始機(jī)構(gòu)—鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如左圖1—機(jī)架，2，3—分別為液壓缸和活塞桿5—連桿4，6—連架桿二、一般化運(yùn)動(dòng)鏈根據(jù)一般化原則對(duì)鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行一般化處理：1）把固定桿（構(gòu)件1）一般化成三副桿（構(gòu)件1）；2）將活塞桿3和液壓缸2一般化成二副桿。38ppt課件4）把連桿5一般化成二副桿。5）把兩連架桿4和6一般化成兩二副桿3）把移動(dòng)副一般化成轉(zhuǎn)動(dòng)副并用P標(biāo)志。這樣，鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成如圖所示的六桿七副一般化運(yùn)動(dòng)鏈。351246三、一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜應(yīng)用機(jī)構(gòu)數(shù)目綜合理論，可以得到與一般化運(yùn)動(dòng)鏈的桿數(shù)、運(yùn)動(dòng)副相同的全部可能的運(yùn)動(dòng)鏈圖譜。如圖所示：39ppt課件四、特定化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜運(yùn)動(dòng)鏈特定化的目的，是在滿足一定的設(shè)計(jì)要求下，從一般化運(yùn)動(dòng)鏈圖譜中，指定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的類型，獲得滿足設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈圖譜。1、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1）連桿總數(shù)和運(yùn)動(dòng)副總數(shù)均保持不變。2）必須含有一個(gè)液壓缸。3）必須有一個(gè)固定桿，即機(jī)架。4）液壓缸必須與機(jī)架連接，或本身作為機(jī)架。5）活塞桿一端與液壓缸組成移動(dòng)副，其一端不能與固定桿鉸接2、設(shè)計(jì)步驟40ppt課件根據(jù)夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，特定化運(yùn)動(dòng)鏈按如下步驟進(jìn)行：1）選固定桿的一端與機(jī)架連接，或者將液壓缸本身作為固定桿。2)使活塞桿的一端與液壓缸組成移動(dòng)副