《机械原理教案》PPT课件.ppt

14机构创新设计法导论机构创新设计法导论14.1概述概述14.2分析综合法分析综合法14.3虚约束应用法虚约束应用法14.4特性分析法特性分析法14.5再生运动链法再生运动链法机构创新是新产品不断涌现的源泉之一，也是机器制造机构创新是新产品不断涌现的源泉之一，也是机器制造企业在市场经济里求生存、谋发展的重要工作。企业在市场经济里求生存、谋发展的重要工作。在学习了基在学习了基在学习了基在学习了基本机构的类型、传动特点之后，这里介绍机构创新的基本原本机构的类型、传动特点之后，这里介绍机构创新的基本原本机构的类型、传动特点之后，这里介绍机构创新的基本原本机构的类型、传动特点之后，这里介绍机构创新的基本原则，简述机构创新的常用方法并介绍部分创新设计的机构。则，简述机构创新的常用方法并介绍部分创新设计的机构。则，简述机构创新的常用方法并介绍部分创新设计的机构。则，简述机构创新的常用方法并介绍部分创新设计的机构。Chapter13 IntroductionofCreativeDesignMethodsofMechanisms13机构创新设计法导论机构创新设计法导论图图图图13-F0113-F01创新的认识论创新的认识论创新的认识论创新的认识论社会需求是创新的源泉社会需求是创新的源泉社会需求是创新的源泉社会需求是创新的源泉巧用方法是创新的关键巧用方法是创新的关键巧用方法是创新的关键巧用方法是创新的关键浏浏浏浏览览览览产产产产品品品品历历历历史史史史吸吸吸吸收收收收最最最最新新新新科科科科技技技技多多多多方方方方融融融融入入入入资资资资本本本本诱诱诱诱人人人人的的的的回回回回报报报报率率率率知知知知识识识识产产产产权权权权制制制制度度度度侵侵侵侵权权权权追追追追究究究究力力力力度度度度浏浏浏浏览览览览产产产产品品品品历历历历史史史史吸吸吸吸收收收收最最最最新新新新科科科科技技技技多多多多方方方方融融融融入入入入资资资资本本本本诱诱诱诱人人人人的的的的回回回回报报报报率率率率知知知知识识识识产产产产权权权权制制制制度度度度侵侵侵侵权权权权追追追追究究究究力力力力度度度度图图图图13-0313-03机构创新的设计方法机构创新的设计方法机构创新的设计方法机构创新的设计方法 虚虚虚虚约约约约束束束束应应应应用用用用法法法法再再再再生生生生运运运运动动动动链链链链法法法法 特特特特性性性性分分分分析析析析法法法法 其其其其他他他他方方方方法法法法 分分分分析析析析综综综综合合合合法法法法 机机构构创创新新设设计计法法导导论论图图图图13-0313-03机构创新的设计方法机构创新的设计方法机构创新的设计方法机构创新的设计方法 虚虚虚虚约约约约束束束束应应应应用用用用法法法法再再再再生生生生运运运运动动动动链链链链法法法法 特特特特性性性性分分分分析析析析法法法法 其其其其他他他他方方方方法法法法 分分分分析析析析综综综综合合合合法法法法 机机构构创创新新设设计计法法导导论论1.机构设计的确定方法机构设计的确定方法 再现再现再现再现给定轨迹的平面连杆机构的优化设计、给定轨迹的平面连杆机构的优化设计、给定轨迹的平面连杆机构的优化设计、给定轨迹的平面连杆机构的优化设计、实现实现实现实现给定函数给定函数给定函数给定函数的平面四杆机构的迭代法设计、具有许用传动角的曲柄摇杆机的平面四杆机构的迭代法设计、具有许用传动角的曲柄摇杆机的平面四杆机构的迭代法设计、具有许用传动角的曲柄摇杆机的平面四杆机构的迭代法设计、具有许用传动角的曲柄摇杆机构的构的构的构的非迭代法非迭代法非迭代法非迭代法设计设计设计设计11以及具有一段恒速比传动特征的组合导杆以及具有一段恒速比传动特征的组合导杆以及具有一段恒速比传动特征的组合导杆以及具有一段恒速比传动特征的组合导杆机构的机构的机构的机构的微分法微分法微分法微分法设计。设计。设计。设计。按照机构设计的确定方法，可以一步一步地设计出。按照机构设计的确定方法，可以一步一步地设计出。2.机构设计的不确定方法机构设计的不确定方法 机机机机构构构构设设设设计计计计的的的的不不不不确确确确定定定定方方方方法法法法同同同同样样样样十十十十分分分分丰丰丰丰富富富富，如如如如联联联联想想想想类类类类推推推推法法法法、分分分分析析析析综综综综合合合合法法法法、特特特特性性性性分分分分析析析析法法法法、功功功功能能能能剖剖剖剖析析析析法法法法、移移移移植植植植法法法法等等等等。按按按按照照照照机机机机构构构构设设设设计计计计的的的的不不不不确确确确定定定定方方方方法法法法，并并并并非非非非每每每每个个个个人人人人都都都都能能能能设设设设计计计计出出出出一一一一个个个个满满满满足足足足给给给给定定定定要要要要求求求求的的的的机构来。机构来。机构来。机构来。在机构设计的创新方法中，由于设计要求与解之间的偶然在机构设计的创新方法中，由于设计要求与解之间的偶然性、多样性与复杂性，所以，只有进行创造性思维、利用创造性、多样性与复杂性，所以，只有进行创造性思维、利用创造性方法，才能把偶然性转化为必然性；只有采用优化方法、系性方法，才能把偶然性转化为必然性；只有采用优化方法、系统方法，才能从多样性、复杂性中寻找到最优解。统方法，才能从多样性、复杂性中寻找到最优解。由此可见，由此可见，为了圆满地解决一个机构设计问题，只用确定为了圆满地解决一个机构设计问题，只用确定的设计方法或创新方法往往是不行的，有时需要同时运用以上的设计方法或创新方法往往是不行的，有时需要同时运用以上二类设计方法。二类设计方法。显然，显然，进行创造性思维、利用创造性方法是实现机构创新进行创造性思维、利用创造性方法是实现机构创新进行创造性思维、利用创造性方法是实现机构创新进行创造性思维、利用创造性方法是实现机构创新设计的关键一环。设计的关键一环。设计的关键一环。设计的关键一环。所谓创造性思维，所谓创造性思维，是指通过思维不仅揭示出了客观事物的是指通过思维不仅揭示出了客观事物的本质及内在联系，而且指引人们去获得新知识或以前不曾发现本质及内在联系，而且指引人们去获得新知识或以前不曾发现的问题的新解释，从而产生新颖的、前所未有的思维成果。的问题的新解释，从而产生新颖的、前所未有的思维成果。创造性思维创造性思维创造性思维创造性思维的主要特点为突破性、求异性、连动性、多向的主要特点为突破性、求异性、连动性、多向的主要特点为突破性、求异性、连动性、多向的主要特点为突破性、求异性、连动性、多向性、综合性性、综合性性、综合性性、综合性。创造性思维创造性思维创造性思维创造性思维可以划分为直觉思维、逻辑思维、发散思维和可以划分为直觉思维、逻辑思维、发散思维和可以划分为直觉思维、逻辑思维、发散思维和可以划分为直觉思维、逻辑思维、发散思维和收敛思维。收敛思维。收敛思维。收敛思维。(1)(1)直觉思维直觉思维直觉思维直觉思维具有非逻辑性、跃进性，直接领悟事物的具有非逻辑性、跃进性，直接领悟事物的具有非逻辑性、跃进性，直接领悟事物的具有非逻辑性、跃进性，直接领悟事物的本质而未加任何证明。本质而未加任何证明。本质而未加任何证明。本质而未加任何证明。(2)(2)逻辑思维逻辑思维逻辑思维逻辑思维具有纵向推理将问题引向深入、横向推理具有纵向推理将问题引向深入、横向推理具有纵向推理将问题引向深入、横向推理具有纵向推理将问题引向深入、横向推理联系相似或相关事物、逆向推理沿事物的相反方向开展研究的联系相似或相关事物、逆向推理沿事物的相反方向开展研究的联系相似或相关事物、逆向推理沿事物的相反方向开展研究的联系相似或相关事物、逆向推理沿事物的相反方向开展研究的特点。特点。特点。特点。(3)(3)发散思维发散思维发散思维发散思维体现思维方向的非单一性，从不同方面推体现思维方向的非单一性，从不同方面推体现思维方向的非单一性，从不同方面推体现思维方向的非单一性，从不同方面推敲问题，寻找尽可能多的解决问题的方案。敲问题，寻找尽可能多的解决问题的方案。敲问题，寻找尽可能多的解决问题的方案。敲问题，寻找尽可能多的解决问题的方案。(4)(4)收敛思维收敛思维收敛思维收敛思维则是从尽可能多的解决问题的方案中找出则是从尽可能多的解决问题的方案中找出则是从尽可能多的解决问题的方案中找出则是从尽可能多的解决问题的方案中找出最佳的方案。最佳的方案。最佳的方案。最佳的方案。创造性的设计方法达百种之多，本书只介绍：创造性的设计方法达百种之多，本书只介绍：创造性的设计方法达百种之多，本书只介绍：创造性的设计方法达百种之多，本书只介绍：虚约束应用法虚约束应用法虚约束应用法虚约束应用法特性分析法特性分析法特性分析法特性分析法再生运动链法再生运动链法再生运动链法再生运动链法分析综合法分析综合法分析综合法分析综合法机构创新设计固然需要创造性思维与创造性方法，但仅有机构创新设计固然需要创造性思维与创造性方法，但仅有机构创新设计固然需要创造性思维与创造性方法，但仅有机构创新设计固然需要创造性思维与创造性方法，但仅有这一环是不够的。机构创新有它的基本原则，这一环是不够的。机构创新有它的基本原则，这一环是不够的。机构创新有它的基本原则，这一环是不够的。机构创新有它的基本原则，那就是那就是那就是那就是(b)问题意识是机构创新的种子。问题意识是机构创新的种子。(c)知识结构是机构创新的基础。知识结构是机构创新的基础。(d)灵活运用多种方法是机构灵活运用多种方法是机构 创新的关键。创新的关键。(e)企业与货币的支持是机构创新企业与货币的支持是机构创新 得以实现的条件。得以实现的条件。(f)激励机制与经济回报力度是机构创新的动力。激励机制与经济回报力度是机构创新的动力。(a)社会需求是机构创新的源泉社会需求是机构创新的源泉(1)社会需求是创新之母社会需求是创新之母社会需求刺激人们的创新欲望、为创新活动提供动力与经社会需求刺激人们的创新欲望、为创新活动提供动力与经济支持、为创新成果提供技术转让的市场。济支持、为创新成果提供技术转让的市场。所谓社会需求，乃是人们的某种愿望与相应的现实存在之所谓社会需求，乃是人们的某种愿望与相应的现实存在之间的差异或矛盾。间的差异或矛盾。认识社会需求，就是洞察或寻找现实存在与人们主观愿望认识社会需求，就是洞察或寻找现实存在与人们主观愿望之间的差异与矛盾。之间的差异与矛盾。(2)问题意识是创新的种子问题意识是创新的种子只有提出问题，才有解决问题，能够提出别人没有看到、想只有提出问题，才有解决问题，能够提出别人没有看到、想到或听到的问题，能够提出别人根本不认为有问题的问题，既是到或听到的问题，能够提出别人根本不认为有问题的问题，既是一个人创新能力的表现，也是一项创新过程的开端。一个人创新能力的表现，也是一项创新过程的开端。如果什么问题也意识不到，那就根本谈不上创新。如果什么问题也意识不到，那就根本谈不上创新。(3)知识结构是创新的基础知识结构是创新的基础知识结构知识结构知识结构知识结构，是指一定的客观世界和主观世界的知识在一个人，是指一定的客观世界和主观世界的知识在一个人，是指一定的客观世界和主观世界的知识在一个人，是指一定的客观世界和主观世界的知识在一个人头脑中所形成的相对稳定的知识体系。由于结构决定功能，不同头脑中所形成的相对稳定的知识体系。由于结构决定功能，不同头脑中所形成的相对稳定的知识体系。由于结构决定功能，不同头脑中所形成的相对稳定的知识体系。由于结构决定功能，不同的知识结构决定了一个人具有不同的工作能力、具有不同的创新的知识结构决定了一个人具有不同的工作能力、具有不同的创新的知识结构决定了一个人具有不同的工作能力、具有不同的创新的知识结构决定了一个人具有不同的工作能力、具有不同的创新思维方式。思维方式。思维方式。思维方式。只有具备一定的只有具备一定的只有具备一定的只有具备一定的知识结构知识结构知识结构知识结构，才能获得与之对应的创新成果；，才能获得与之对应的创新成果；，才能获得与之对应的创新成果；，才能获得与之对应的创新成果；没有一定的知识结构作为前提，从事创新工作就只是一句空话。没有一定的知识结构作为前提，从事创新工作就只是一句空话。没有一定的知识结构作为前提，从事创新工作就只是一句空话。没有一定的知识结构作为前提，从事创新工作就只是一句空话。(4)运用方法是创新的关键运用方法是创新的关键所谓方法所谓方法所谓方法所谓方法，是指人们从事物质生产或精神生产活动的行为方，是指人们从事物质生产或精神生产活动的行为方，是指人们从事物质生产或精神生产活动的行为方，是指人们从事物质生产或精神生产活动的行为方式，主体通过方法与客体发生联系。式，主体通过方法与客体发生联系。式，主体通过方法与客体发生联系。式，主体通过方法与客体发生联系。方法方法方法方法可以划分为逻辑方法与非逻辑方法，归纳法、演绎法、可以划分为逻辑方法与非逻辑方法，归纳法、演绎法、可以划分为逻辑方法与非逻辑方法，归纳法、演绎法、可以划分为逻辑方法与非逻辑方法，归纳法、演绎法、类比法、分析法、综合法等属于逻辑方法；想象、幻想、联想、类比法、分析法、综合法等属于逻辑方法；想象、幻想、联想、类比法、分析法、综合法等属于逻辑方法；想象、幻想、联想、类比法、分析法、综合法等属于逻辑方法；想象、幻想、联想、灵感等属于非逻辑方法。灵感等属于非逻辑方法。灵感等属于非逻辑方法。灵感等属于非逻辑方法。诚然，只有了解了不同方法的作用、特点与局限性，才能恰诚然，只有了解了不同方法的作用、特点与局限性，才能恰当地用好方法，才能显示出方法的巨大作用。当地用好方法，才能显示出方法的巨大作用。大量的事实表明，非逻辑方法是人类思维活动中特别绚丽多大量的事实表明，非逻辑方法是人类思维活动中特别绚丽多彩的花朵，许许多多的创新成果都得益于彩的花朵，许许多多的创新成果都得益于想象、联想、顿悟、幻想象、联想、顿悟、幻想想等非逻辑方法等非逻辑方法综综上上所所述述，知知识识是是一一个个人人能能力力发发展展的的基基础础，而而能能力力的的发发展展又又促促进进一一个个人人掌掌握握更更多多的的知知识识，通通过过恰恰当当的的方方法法作作为为中中介介，将将问问题题这这一一粒粒种种子子深深深深地地扎扎根根于于社社会会需需求求这这一一广广阔阔而而又又肥肥沃沃的的土土壤壤之之中中，每个人都能做出与其知识结构相对应的机构创新成果。每个人都能做出与其知识结构相对应的机构创新成果。机构创新设计方法机构创新设计方法争妍斗奇，机构创新设计实例不胜枚举。争妍斗奇，机构创新设计实例不胜枚举。这里所述的内容仅是大海拾贝。调动创造性、提高创造力任重道这里所述的内容仅是大海拾贝。调动创造性、提高创造力任重道远。远。13.2分析综合法分析综合法 综综综综合合合合方方方方法法法法则则则则是是是是把把把把研研研研究究究究对对对对象象象象的的的的各各各各个个个个部部部部分分分分联联联联系系系系起起起起来来来来加加加加以以以以研研研研究究究究，从而在整体上把握事物的本质和规律的一种思维方法。从而在整体上把握事物的本质和规律的一种思维方法。从而在整体上把握事物的本质和规律的一种思维方法。从而在整体上把握事物的本质和规律的一种思维方法。分析与综合分析与综合分析与综合分析与综合是人们沿着相反方向认识、把握事物的两种方是人们沿着相反方向认识、把握事物的两种方是人们沿着相反方向认识、把握事物的两种方是人们沿着相反方向认识、把握事物的两种方法。法。法。法。分析方法分析方法分析方法分析方法是把研究对象分解为它的各个组成部分，然后逐是把研究对象分解为它的各个组成部分，然后逐是把研究对象分解为它的各个组成部分，然后逐是把研究对象分解为它的各个组成部分，然后逐个加以研究，从而认识事物的基础或本质的一种思维方法。个加以研究，从而认识事物的基础或本质的一种思维方法。个加以研究，从而认识事物的基础或本质的一种思维方法。个加以研究，从而认识事物的基础或本质的一种思维方法。1.机构设计中的分析方法机构设计中的分析方法在思维方式上表现为从事物的整体深入到它的各个组成部分，在思维方式上表现为从事物的整体深入到它的各个组成部分，在思维方式上表现为从事物的整体深入到它的各个组成部分，在思维方式上表现为从事物的整体深入到它的各个组成部分，通过深入地认识事物的各个组成部分，达到认识事物的内在本质通过深入地认识事物的各个组成部分，达到认识事物的内在本质通过深入地认识事物的各个组成部分，达到认识事物的内在本质通过深入地认识事物的各个组成部分，达到认识事物的内在本质或整体规律。或整体规律。或整体规律。或整体规律。在思维方式上则表现为把事物的各个部分联结为整体，力求在思维方式上则表现为把事物的各个部分联结为整体，力求在思维方式上则表现为把事物的各个部分联结为整体，力求在思维方式上则表现为把事物的各个部分联结为整体，力求通过全面掌握事物各部分、各方面的特点以及它们之间的相互关通过全面掌握事物各部分、各方面的特点以及它们之间的相互关通过全面掌握事物各部分、各方面的特点以及它们之间的相互关通过全面掌握事物各部分、各方面的特点以及它们之间的相互关系，从而达到重构事物的整体或综合为多种属性与关系的统一体。系，从而达到重构事物的整体或综合为多种属性与关系的统一体。系，从而达到重构事物的整体或综合为多种属性与关系的统一体。系，从而达到重构事物的整体或综合为多种属性与关系的统一体。分析与综合法分析与综合法分析与综合法分析与综合法是通向技术发明与机构创新的重要途径之一。是通向技术发明与机构创新的重要途径之一。是通向技术发明与机构创新的重要途径之一。是通向技术发明与机构创新的重要途径之一。2.机构设计中的综合方法机构设计中的综合方法TransmissionMechanismwithAdynamicShaftDistanceandConstantAngularVelocityRatio辊式破碎机的工作原理图辊式破碎机的工作原理图a(t)RollerwithafixedrevolutioncenterRollerwithamovablerevolutioncenterMaterialdealtwithtobebreakMaterialbrokenChangeableshaftdistanceFigure13F04WorkprinciplefigureoftherollerbreakersRollerwithafixedrevolutioncenterRollerwithamovablerevolutioncenterMaterialdealtwithtobebreakMaterialbrokenChangeableshaftdistancea(t)1.型时变轴距恒速比传动机构型时变轴距恒速比传动机构 图图13-1型时变轴距恒速比传动机构型时变轴距恒速比传动机构abcde12345614S(t)图图13-1为基于齿轮机构与梯形机构共同约束的为基于齿轮机构与梯形机构共同约束的型时变轴型时变轴距恒速比传动机构。距恒速比传动机构。图图13-2型时变轴距恒速比传动机构型时变轴距恒速比传动机构 2.型时变轴距恒速比传动机构型时变轴距恒速比传动机构 32cde4ab1fS(t)图图13-2为基于平行四边形机构与梯形机构共同约束的为基于平行四边形机构与梯形机构共同约束的型型时变轴距恒速比传动机构。时变轴距恒速比传动机构。图图13-3型时变轴距恒速比传动装置型时变轴距恒速比传动装置三维动画三维动画型时变轴距恒速比传动机构应用的三维动画如下。型时变轴距恒速比传动机构应用的三维动画如下。13.2.2一类从动件在两极限位置具有直一类从动件在两极限位置具有直到三阶传动函数为零的传动机构到三阶传动函数为零的传动机构1.串联导杆机构串联导杆机构 两导杆机构串联的平面六杆机构，若尺寸与相位选择合适，两导杆机构串联的平面六杆机构，若尺寸与相位选择合适，两导杆机构串联的平面六杆机构，若尺寸与相位选择合适，两导杆机构串联的平面六杆机构，若尺寸与相位选择合适，则具有直到三阶传动函数为零的传动特征。则具有直到三阶传动函数为零的传动特征。则具有直到三阶传动函数为零的传动特征。则具有直到三阶传动函数为零的传动特征。123456O5O3O1BAL1L2图图13-4串联导杆机构串联导杆机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画在图在图13F05所示的所示的内内行星行星轮机构中，构件轮机构中，构件3为主动件，为主动件，行星轮行星轮2作平面运动，其上的作平面运动，其上的任意一点描绘出一条封闭曲任意一点描绘出一条封闭曲线。当参数选择合适时，封线。当参数选择合适时，封闭曲线呈现出规律性。由图闭曲线呈现出规律性。由图13F05得行星轮得行星轮2的角位移的角位移2、A点的坐标点的坐标xA、yA分别为分别为10br2r1O2O3O123yxA图图13F05行星式齿轮连杆行星式齿轮连杆组合机构组合机构3212=(1r1/r2)3(1329)xA=(r1r2)cos3bcos(r1/r21)3(1330)式中式中b=AO2，r1、r2分别为齿轮分别为齿轮1、2的的节圆半径，节圆半径，3为主为主动杆的角位移。动杆的角位移。yA=(r1r2)sin3+bsin(r1/r21)3(1331)二二维维动动画画br2r1O2O3O123yxA图图13F05行星式齿轮连杆行星式齿轮连杆组合机构组合机构321图图13-8 行星式齿轮连杆组合机构行星式齿轮连杆组合机构二二维维动动画画yx36O1O34211AO2在图在图13-8所示的行星式所示的行星式齿轮连杆组合机构中，构齿轮连杆组合机构中，构件件13组成行星式齿轮连组成行星式齿轮连杆机构，构件杆机构，构件4、5组成一组成一个个级杆组，两者通过行级杆组，两者通过行星轮星轮2上上A点的转动副相连点的转动副相连接而组成一个平面六杆机接而组成一个平面六杆机构。其运动特征通过动画构。其运动特征通过动画予以展示。予以展示。4.外行星轮机构外行星轮机构r3O3O11y图图13F06外啮合行星轮系中外啮合行星轮系中行星轮上点的轨迹行星轮上点的轨迹br2O22xP123在图在图13F06所示的所示的外外行星轮机构中，构件行星轮机构中，构件1为主动件，行星为主动件，行星轮轮2作平面运动，其上的任意一点作平面运动，其上的任意一点P描绘出一条封闭曲线。描绘出一条封闭曲线。P点的轨迹方程为点的轨迹方程为二二维维动动画画图图13-10行星轮上特殊点的轨迹曲线行星轮上特殊点的轨迹曲线三维动画三维动画5.行星式齿轮连杆行星式齿轮连杆6.直线轨迹机构直线轨迹机构6.行星式齿轮连杆行星式齿轮连杆五角形轨迹机构五角形轨迹机构图图13-11aNW啮合平动行星齿轮机构啮合平动行星齿轮机构13.2.3平动齿轮机构平动齿轮机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画齿轮作平动同样可以形成行星传动机构，下面给出三齿轮作平动同样可以形成行星传动机构，下面给出三个设计实例。第一种形式，个设计实例。第一种形式，NW 啮合平动行星齿轮机构。啮合平动行星齿轮机构。2345CDO3Z3Z2P15BA1图图13-11b平动齿轮机构的基本型式平动齿轮机构的基本型式二二二二 维维维维 动动动动 画画画画231ABPZ3O3Z21DC1第第二二种形式，种形式，WN啮合平动行星齿轮机构。啮合平动行星齿轮机构。图图13-11c平动齿轮机构的基本型式平动齿轮机构的基本型式二二二二 维维维维 动动动动 画画画画第第三三种形式，种形式，WW啮合平动行星齿轮机构。啮合平动行星齿轮机构。123APO3BZ3Z24DC15图图13-11d引入虚约束的引入虚约束的WW啮合平动行星齿轮机构啮合平动行星齿轮机构第第四四种形式，引入虚约束的种形式，引入虚约束的WW啮合平动行星齿轮啮合平动行星齿轮机构，该种机构可以克服图机构，该种机构可以克服图13-11c所示机构运动的不确所示机构运动的不确定性。定性。123APO3BZ3Z24DC16E5图图13-12平动齿轮机构的第一改进型平动齿轮机构的第一改进型二二维维动动画画第第五五种形式，引入虚约束的种形式，引入虚约束的NW啮合平动行星齿轮啮合平动行星齿轮机构，该种机构可以克服图机构，该种机构可以克服图13-11a所示机构运动的不确所示机构运动的不确定性。定性。2345CDO3Z3Z2P15BA1D613.3虚约束应用法虚约束应用法13.3.1保证运动的连续性保证运动的连续性图图13-15三套平行四边形机构用作联轴节三套平行四边形机构用作联轴节1234n1n3(a)a图图13-15基于平行四边形机构的举升机构基于平行四边形机构的举升机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画1234567O1O3O6ABCDEF(b)13.3.213.3.2改善受力状态改善受力状态改善受力状态改善受力状态图图13-16压力机工作机构压力机工作机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画1244546333ABCDEV5通过引入虚约束，增强了承受外力的能力。通过引入虚约束，增强了承受外力的能力。图图13-17二级圆柱齿轮减速器二级圆柱齿轮减速器通过引入虚约束，增强了传递扭矩的能力。通过引入虚约束，增强了传递扭矩的能力。Z1Z3Z3Z4Z2Z2输入输入ni输出输出n013.3.3扩大基本机构的功能扩大基本机构的功能图图13F07虚约束的应用图例虚约束的应用图例图图13F08虚约束的应用基于曲柄滑块机构的泵虚约束的应用基于曲柄滑块机构的泵1234ACB1.通过应用虚约束，可以将曲柄滑块机构设计为泵通过应用虚约束，可以将曲柄滑块机构设计为泵三维动画三维动画图图13F09虚约束的应用曲柄摇块泵虚约束的应用曲柄摇块泵12.通过应用虚约束，可以将曲柄摇块机构设计为空吸泵通过应用虚约束，可以将曲柄摇块机构设计为空吸泵CBA4321三维动画三维动画图图13F10虚约束的应用曲柄摇块泵虚约束的应用曲柄摇块泵23.通过应用虚约束，可以将曲柄摇块机构设计为腔吸泵通过应用虚约束，可以将曲柄摇块机构设计为腔吸泵2143ABC三维动画三维动画图图13F11虚约束的应用转动导杆泵虚约束的应用转动导杆泵3214CAB4.通过应用虚约束，可以将转动导杆机构设计为腔吸泵通过应用虚约束，可以将转动导杆机构设计为腔吸泵三维动画三维动画图图13F12虚约束的应用齿轮泵虚约束的应用齿轮泵5.通过应用虚约束，可以将齿轮机构设计为腔吸泵通过应用虚约束，可以将齿轮机构设计为腔吸泵132三维动画三维动画图图13F13虚约束的应用虚约束的应用曲柄滑块压力机曲柄滑块压力机6.通过应用虚约束，可以提高曲柄滑块机构的承载能力通过应用虚约束，可以提高曲柄滑块机构的承载能力1234ACB三维动画三维动画图图13F14虚约束的应用组合送料机构虚约束的应用组合送料机构7.通过应用虚约束，可以实现物料的平移换位通过应用虚约束，可以实现物料的平移换位54321876三维动画三维动画13.4特性分析法特性分析法随随着着人人们们对对某某事事物物、某某机机器器认认识识的的逐逐渐渐深深化化，该该事事物物或或机机器器的的特特性性就就被被人人们们了了解解、掌掌握握得得更更多多。当当人人们们了了解解、掌掌握握了了关关于于某某事事物物或或机机器器越越来来越越多多的的各各种种特特性性之之后后，人人们们就就会会意意识识到到或或发发现现其其中中一一些些特特性性是是不不近近人人意意的的。这这一一过过程程不不仅仅揭揭示示了了某某机机器器存在这方面或那方面的问题，而且常常是导致技术创新的起点。存在这方面或那方面的问题，而且常常是导致技术创新的起点。假如问题表现为结构与功能之间的矛盾，则人们常常通假如问题表现为结构与功能之间的矛盾，则人们常常通过改变结构来解决功能上的问题。过改变结构来解决功能上的问题。由于结构与功能关系的多由于结构与功能关系的多样性，即同一结构可以有不同的功能，同一功能存在着大量样性，即同一结构可以有不同的功能，同一功能存在着大量的结构，所以，通过优选结构可以圆满地解决功能问题。的结构，所以，通过优选结构可以圆满地解决功能问题。机机构创新基本上是解决已有机构在结构与功能之间存在的矛盾。构创新基本上是解决已有机构在结构与功能之间存在的矛盾。13.4.1活齿传动机构活齿传动机构图图13-19推杆活齿传动机构的简图推杆活齿传动机构的简图为了增加同时啮合的齿数，为了增加同时啮合的齿数，活齿传动机构活齿传动机构活齿传动机构活齿传动机构得到了发展。得到了发展。13.4.3滑块无横向力的压力机工作机构滑块无横向力的压力机工作机构图图13-23 压力机的工作机构压力机的工作机构(a)与与(b)参参参参 数数数数 化化化化 二二二二 维维维维 动动动动 画画画画1234ACB163245O1O3ADCB参参参参 数数数数 化化化化 二二二二 维维维维 动动动动 画画画画(a)(b)压力机的工作机构可以采用多种形式的连杆机构予以实现，压力机的工作机构可以采用多种形式的连杆机构予以实现，但其力学性能有较大的差异，下面展示压力机的五种工作机构。但其力学性能有较大的差异，下面展示压力机的五种工作机构。1.曲柄压力曲柄压力机与连杆压机与连杆压力机的工作力机的工作机构机构图图13-23 压力机的工作机构压力机的工作机构(c)与与(d)参参参参 数数数数 化化化化 二二二二 维维维维 动动动动 画画画画O1O3123456ACB(c)(d)19764385k12k2C1C2D2E2D1E1BO1A10 x9yx参参参参 数数数数 化化化化 二二二二 维维维维 动动动动 画画画画2.肘杆压力机与十杆压力机的工作机构肘杆压力机与十杆压力机的工作机构图图13F15双动压力机双动压力机(扩展扩展)三维动画三维动画F=3n2PL1PH=39213=13.双动压力机的工作机构双动压力机的工作机构该种压力机工作机构的自由度为该种压力机工作机构的自由度为123CBA689DGF45O7EO7O1O57111078(e)GF图图13F16齿轮导杆组合机构齿轮导杆组合机构4.轻型压力机的一种工作机构轻型压力机的一种工作机构DCBA7423156EF三维动画三维动画13.4.5两导杆机构串联的近似等速比传动机构两导杆机构串联的近似等速比传动机构在在图图13-25中中，杆杆1为为主动件主动件、作匀速转动作匀速转动，杆杆5为从动件为从动件、作往复作往复摆动摆动。显然显然，杆杆1、2、3、6所形成的四杆机构所形成的四杆机构的角位移的角位移、与与之间之间存在下列关系存在下列关系图图13-25两导杆机构串联的两导杆机构串联的近似等速比传动机构近似等速比传动机构C0B0A0B2B1213456=(1358)对式对式(13-58)两边求关于两边求关于 的的1n阶导数得阶导数得C0B0A0B2B1213456图图13-25两导杆机构串联的两导杆机构串联的近似等速比传动机构近似等速比传动机构(n)=(n)(n=2,3,)(1360)A0B1B0中，中，与与之间的之间的函数关系为函数关系为sin=m sin (1361)令令m=A0B0/B0B1=1(1359)m(1+m)(1+k)2+(k-1)(1-m)2=0(1373b)i=(d/d)(d/d)=()()=i2.i1(1371)化简、令化简、令i在在=处的值为零得处的值为零得C0B0A0B2B1213456图图13-25两导杆机构串联的两导杆机构串联的近似等速比传动机构近似等速比传动机构B0B2C0中，中，与与之间的函数关系为之间的函数关系为tan=ksin/(1+kcos)k=B0B2/B0C0(1366)当当m与与k满足满足式式(13-73b)时，时，i在在=0位置处的位置处的13阶导数全阶导数全为零。这表明：输出角位移曲线为零。这表明：输出角位移曲线()与其切线在与其切线在=0的邻域里的邻域里四阶密切；或者说，输出角位移曲线四阶密切；或者说，输出角位移曲线()在在=0的较大邻域里是的较大邻域里是一段精确直线。即从动件在一段精确直线。即从动件在=0的较大邻域里作近似等速比运动。的较大邻域里作近似等速比运动。图图13-25两导杆机构串联的近似等速比传动机构两导杆机构串联的近似等速比传动机构C0B0A0B2B1213456二二二二 维维维维 动动动动 画画画画13.4.6摆动导杆与正切机构串摆动导杆与正切机构串联的近似等速比传动机构联的近似等速比传动机构图图13-26摆动导杆与正切机构摆动导杆与正切机构串联的近似等速比传动机构串联的近似等速比传动机构二二维维动动画画CC0BB0se123456图图13-26f无等速比的平面六杆机构无等速比的平面六杆机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画CC0BB0Se12345613.5再生运动链法再生运动链法对于自由度等于对于自由度等于1的平面连杆机构，当构件总数的平面连杆机构，当构件总数N已已知时，其低副数知时，其低副数PL=(3N-4)/2，独立的封闭环数独立的封闭环数L=(N-2)/2。当当N=4时，时，PL=4，L=1。若指定不同的构件作机若指定不同的构件作机架架、PL中既有转动副又有移动副，则可获得多种性能相异中既有转动副又有移动副，则可获得多种性能相异的平面四杆机构。的平面四杆机构。当当N=6时，时，PL =7,L=2。若只有转动副，没有复合若只有转动副，没有复合铰链，则其运动链如图铰链，则其运动链如图13-27a、b所示；若只有转动副，所示；若只有转动副，含有一个复合铰链时，则其运动链如图含有一个复合铰链时，则其运动链如图13-27c所示。所示。图图13-27全转动副六杆运动链全转动副六杆运动链(a)135264345612(b)146532(c)若只有转动副，含有二个复合铰链时，其运动链如图若只有转动副，含有二个复合铰链时，其运动链如图13-27d所示。这四种运动链均可以视为在所示。这四种运动链均可以视为在四杆运动链四杆运动链上连接一个上连接一个级组所形成。级组所形成。图图13-27全转动副六杆运动链全转动副六杆运动链645312(d)若指定不同的构件作机若指定不同的构件作机架、架、PL中既有转动副又有移中既有转动副又有移动副时，则可获得更多种性动副时，则可获得更多种性能相异的能相异的平面六杆机构平面六杆机构。当。当N=8时时，PL=10，L=3。若只有转动副、没有复合铰链，则其运动链共有若只有转动副、没有复合铰链，则其运动链共有16种种19，如图，如图13-28所示。所示。若指定不同的构件作机架，含有复合铰链以及带有移动若指定不同的构件作机架，含有复合铰链以及带有移动副时，则可获得很多种性能相异的平面八杆机构。副时，则可获得很多种性能相异的平面八杆机构。由此可见由此可见:对于选定构件数对于选定构件数N、自由度等于、自由度等于1的平面连杆的平面连杆机构，由于有很多种构型，因而为机构创新提供了基础。机构，由于有很多种构型，因而为机构创新提供了基础。123456AEDCB工件工件刀子刀子工作台工作台图图13-29六杆液压剪切机构六杆液压剪切机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画图图13F17单单万万向向联联轴轴节节三维动画三维动画下图为基于空间四杆机构而设计出的单万向联轴节。下图为基于空间四杆机构而设计出的单万向联轴节。图图13F18双万双万向向联联轴轴节节三维动画三维动画下图为基于下图为基于单万向联轴节单万向联轴节而设计出的双万向联轴节。而设计出的双万向联轴节。习题习题13-5垂直升降工作台垂直升降工作台二二二二 维维维维 动动动动 画画画画工件工件工作台工作台18675432O1O3AGFEDCB右图为基本机构组合而设右图为基本机构组合而设计出的垂直举升机构。计出的垂直举升机构。习题习题13-9近似等速比传动的平面六杆机构近似等速比传动的平面六杆机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画O1O3O5154326AB习题习题13-10变速比传动的双曲柄平面六杆机构变速比传动的双曲柄平面六杆机构二二二二 维维维维 动动动动 画画画画51654321O5O3O1AB祝大家飞向更高的目标祝大家飞向更高的目标