机构的演化变异与创新设计.ppt
第四章第四章 机构的演化、变异与创新设计机构的演化、变异与创新设计第一节第一节 机构演化与变异的概念机构演化与变异的概念第二节第二节 机架变换与创新设计机架变换与创新设计第三节第三节 运动副的形状变异与创新设计运动副的形状变异与创新设计第四节第四节 构件形状变异与创新设计构件形状变异与创新设计第五节第五节 运动副的等效代替与创新设计运动副的等效代替与创新设计一、机构演化与变异的概念一、机构演化与变异的概念1 1机构的演化机构的演化 以某一基本机构为原始机构，对其机架、运以某一基本机构为原始机构，对其机架、运动副和构件尺寸等进行变换，从而设计出具有不动副和构件尺寸等进行变换，从而设计出具有不同功用的新机构的过程，称为机构的演化。同功用的新机构的过程，称为机构的演化。第一节第一节 机构的演化与变异的概念机构的演化与变异的概念2 2机构的变异机构的变异 以某一基本机构为原始机构，对其以某一基本机构为原始机构，对其运动副性质、形状或尺寸进行变换，在运动副性质、形状或尺寸进行变换，在不改变机构类型的前提下达到改善或提不改变机构类型的前提下达到改善或提高机构传力性能的机构设计过程，称为高机构传力性能的机构设计过程，称为机构的变异。机构的变异。3 3机构演化与变异的示例说明机构演化与变异的示例说明 以曲柄滑块机构为基本机构以曲柄滑块机构为基本机构演演化化变异变异 转动导杆机构转动导杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 机架变换机架变换 转动副转动副B B扩大扩大曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构演化演化CABCAB二、机构演化、变异与机构创新设计二、机构演化、变异与机构创新设计1 1机构演化方法：机构演化方法：（1 1）改变机构中的机架（以不同的构件作为机）改变机构中的机架（以不同的构件作为机 架）架）（2 2）改变机构中运动副的性质（高副与低副的）改变机构中运动副的性质（高副与低副的 演化）演化）（3 3）改变机构中构件的尺寸）改变机构中构件的尺寸2 2机构变异方法：机构变异方法：（1 1）改变机构中运动副的尺寸）改变机构中运动副的尺寸（2 2）改变机构中运动副的形状）改变机构中运动副的形状（3 3）改变机构中运动副的性质）改变机构中运动副的性质3 3机构演化与的变异的差别机构演化与的变异的差别相同点：都是首先选定以某一基本机构为原始机相同点：都是首先选定以某一基本机构为原始机 构。构。不相同点：机构演化变换后可得到具有不同性不相同点：机构演化变换后可得到具有不同性 质的新机构；机构变异后得到的机构质的新机构；机构变异后得到的机构 类型不改变。类型不改变。1 1连杆机构的机架变换连杆机构的机架变换第二节第二节 机架变换与创新设计机架变换与创新设计曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构(1)(1)铰链四杆机构铰链四杆机构BCDAAADDCCBB低副运动的可逆性：低副机构中，两构件的相对运动与机低副运动的可逆性：低副机构中，两构件的相对运动与机架的改变无关。架的改变无关。CABCABCABCAB(2)(2)曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构BAABABAB(3)(3)含有两个移动副的四杆机构含有两个移动副的四杆机构双滑块机构双滑块机构双转块机构双转块机构正弦机构正弦机构 四杆机构种类繁多，但是都可看作由铰链四四杆机构种类繁多，但是都可看作由铰链四杆通过机架变换、运动副变换和尺寸变换演化而杆通过机架变换、运动副变换和尺寸变换演化而出的。出的。上述转换方法也可应用到其他机构的演中。上述转换方法也可应用到其他机构的演中。2 2齿轮机构的机架变换（高副机构）齿轮机构的机架变换（高副机构）定轴齿轮机构定轴齿轮机构行星齿轮机构行星齿轮机构Bz1z2o1o2Hz1z2o1o2HA无相对运动的可逆性。无相对运动的可逆性。3 3凸轮机构的机架变换（高副机构）凸轮机构的机架变换（高副机构）直动从动件盘形凸轮机构直动从动件盘形凸轮机构转转动动直直动动从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮机机构构4 4带传动机构的机架变换带传动机构的机架变换带传动机构带传动机构差动带传动机构差动带传动机构5 5间歇运动机构的机架变换间歇运动机构的机架变换B:槽轮随系杆公转槽轮随系杆公转,又做间歇性自转又做间歇性自转A:拨盘自转拨盘自转,槽轮间歇自转槽轮间歇自转AB6 6创新实例分析创新实例分析Z1、Z2、Z3为定轴轮系，为定轴轮系，固定齿轮固定齿轮Z1，得到一个行星轮系得到一个行星轮系固定齿轮固定齿轮Z3，又可得到一个行星轮系，这时可得到三种不又可得到一个行星轮系，这时可得到三种不同的传动比。这是行星传动变速的基本原理。同的传动比。这是行星传动变速的基本原理。HZ1Z2Z3Z2Z2Z3Z3Z1Z1O1O1O1O2O2O2HHH第三节第三节 运动副的演化、变异与创新设计运动副的演化、变异与创新设计 一、转动副的尺寸变化一、转动副的尺寸变化 二、转动副的结构变化二、转动副的结构变化 三、移动副的尺寸变化三、移动副的尺寸变化 四、移动副的结构变化四、移动副的结构变化 五、运动副性质的等效变换五、运动副性质的等效变换 一、转动副的尺寸变化一、转动副的尺寸变化 偏心盘机构偏心盘机构铰链四杆机构铰链四杆机构ABCDABCD的转动副尺寸扩大的转动副尺寸扩大转动副转动副B B的尺寸扩大包括的尺寸扩大包括A A,转动副转动副C C的尺寸扩大包括的尺寸扩大包括B B转动副转动副D D的尺寸扩大包括的尺寸扩大包括C CBACD二、转动副的结构变化二、转动副的结构变化滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承曲柄滑块机构曲柄滑块机构ABC的变异的变异B处转动副尺寸扩大处转动副尺寸扩大,C处转动副尺寸扩大。处转动副尺寸扩大。滑块尺寸与形状变化（中空）滑块尺寸与形状变化（中空）三、移动副的尺寸变化三、移动副的尺寸变化 四、移动副的结构变化四、移动副的结构变化(4)铰链四杆铰链四杆 机构向含有移动副的四杆机构的转换机构向含有移动副的四杆机构的转换扩扩大大转转动动副副D的的尺尺寸寸减小偏距减小偏距e的尺寸的尺寸一、杆状构件的尺寸演化与变异一、杆状构件的尺寸演化与变异二、轮状构件的演化与变异二、轮状构件的演化与变异三、盘状构件的演化与变异三、盘状构件的演化与变异四、块状构件的演化与变异四、块状构件的演化与变异第四节第四节 构件形状的演化、变异与创新设计构件形状的演化、变异与创新设计一、杆状构件的尺寸演化与变异一、杆状构件的尺寸演化与变异转动导杆机构机架转动导杆机构机架ABAB尺寸加大尺寸加大,得到摆动导杆机构得到摆动导杆机构摆块机构摆块机构ABCABC，块，块3 3作成杆状，杆状构件作成杆状，杆状构件2 2作成作成块状，得到图示摆动导杆机构。块状，得到图示摆动导杆机构。二、轮状构件的演化与变异二、轮状构件的演化与变异齿轮、飞轮齿轮、飞轮三、盘状构件的演化与变异三、盘状构件的演化与变异凸轮、曲柄等凸轮、曲柄等四、块状构件的演化与变异四、块状构件的演化与变异滑块等滑块等第五节第五节 运动副的等效变换与创新设计运动副的等效变换与创新设计一、空间运动副与平面运动副的等效变换一、空间运动副与平面运动副的等效变换二、高副与低副的等效变换二、高副与低副的等效变换三、滑动摩擦副与滚动摩擦副的等效变换三、滑动摩擦副与滚动摩擦副的等效变换一、空间运动副与平面运动副的等效变换一、空间运动副与平面运动副的等效变换x电机电机1y电机电机2z电机电机3SSRR1234空间机构原动件与机架连接为球面副空间机构原动件与机架连接为球面副S时时,三自三自由度运动很难控制，采用三个互成垂直布置的由度运动很难控制，采用三个互成垂直布置的转动副转动副R可代替球面副。（代替条件：运动副可代替球面副。（代替条件：运动副自由度不变）自由度不变）二、高副与低副的等效变换二、高副与低副的等效变换O1ABO2O1ABO2O1ABO2 O1ABO2 二者等效二者等效二者等效二者等效二、滑动摩擦与滚动摩擦副的等效变换二、滑动摩擦与滚动摩擦副的等效变换滑动导轨滑动导轨滚柱导轨滚柱导轨普通螺旋普通螺旋滚珠螺旋滚珠螺旋本章结束本章结束
