机械原理机构组合与创新设计.ppt

第十二章第十二章 机构组合与创新设计机构组合与创新设计一、基本要求一、基本要求二、基本概念和基础知识二、基本概念和基础知识三、学习重点及难点三、学习重点及难点四、例题精选四、例题精选五、试题自测及答案五、试题自测及答案第一页，编辑于星期日：十三点 五十七分。一、基本要求一、基本要求 1.了解基本机构的概念、类型及其运动特性。了解基本机构的概念、类型及其运动特性。3.了解机构组合方法（串联组合、并联组合、叠加组合、了解机构组合方法（串联组合、并联组合、叠加组合、封闭组合）与创新设计。封闭组合）与创新设计。2.了解机构组成原理与机构创新设计。了解机构组成原理与机构创新设计。第二页，编辑于星期日：十三点 五十七分。二、基本概念和基础知识二、基本概念和基础知识 1.基本机构基本机构3.机构组合方法（串联组合、并联组合、机构组合方法（串联组合、并联组合、叠加组合、封闭组合）叠加组合、封闭组合）2.机构组成原理机构组成原理第三页，编辑于星期日：十三点 五十七分。F 1 基本机构基本机构F 连杆机构的基本型连杆机构的基本型F 齿轮类机构的基本型齿轮类机构的基本型F 凸轮类机构的基本型凸轮类机构的基本型F 间歇运动机构的基本型间歇运动机构的基本型F挠性传动机构挠性传动机构F其他常用机构的基本型其他常用机构的基本型常用基本机构常用基本机构第四页，编辑于星期日：十三点 五十七分。曲 柄 摇 杆 机 构双 曲 柄 机 构双 摇 杆 机 构曲 柄 滑 块 机 构正切机构转 动 导 杆 机 构曲 柄 摇 块 机 构摆 动 导 杆 机 构移 动 导 杆 机 构双 转 块 机 构双 滑 块 机 构F连杆机构的基本型连杆机构的基本型第五页，编辑于星期日：十三点 五十七分。单级圆柱齿轮机构单级圆锥齿轮机构单级蜗杆机构F齿轮类齿轮类机构的基本型机构的基本型第六页，编辑于星期日：十三点 五十七分。直动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构直动从动件圆柱凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构F凸轮类凸轮类机构的基本型机构的基本型第七页，编辑于星期日：十三点 五十七分。棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构分度凸轮机构F间歇运动间歇运动机构的基本型机构的基本型第八页，编辑于星期日：十三点 五十七分。带传动机构链传动机构绳索传动机构F挠性传动挠性传动机构的基本型机构的基本型第九页，编辑于星期日：十三点 五十七分。螺旋机构万向机构F其他传动其他传动机构的基本型机构的基本型第十页，编辑于星期日：十三点 五十七分。2 机构组成原理机构组成原理 把把基基本本杆杆组组依依次次连连接接到到原原动动件件和和机机架架上上，可可以以组组成成新新机机构构。或或者者说说，任任何何机机构构都都是是通通过过把把基基本本杆杆组组依依次连接到原动件和机架上组成的。次连接到原动件和机架上组成的。把把各各种种IIII级级杆杆组组和和IIIIII级级杆杆组组连连接接到到原原动动件件和和机机架架上上，可可以以组组成成简简单单机机构构；再再把把各各种种IIII级级杆杆组组和和IIIIII级级杆杆组组连连接接到到简简单单机机构构的的从从动动件件上上，可可以以组组成成复复杂杂的的机机构构。依依此此类类推推，可可以以组组成成各各种种各各样样的的、能能实实现现不不同同功能目标的新机构。功能目标的新机构。第十一页，编辑于星期日：十三点 五十七分。3 机构组合方法机构组合方法机构的串联组合机构的串联组合机构的并联组合机构的并联组合机构的叠加组合机构的叠加组合机构的封闭组合机构的封闭组合第十二页，编辑于星期日：十三点 五十七分。F 机构的串联组合机构的串联组合 前前一一个个机机构构的的输输出出构构件件与与后后一一个个机机构构的的输输入入构构件件刚刚性性连连接接在在一一起起，称称之之为为串串联联组组合合。前前一一个个机机构构称称为为前前置置机机构构，后后一一个个机机构构称称为为后后置置机机构构。其其特特征征是是前前置置机机构构和和后后置置机机构构都都是是单单自自由由度度机机构构。机机构构串串联联组组合合的的目目的的主主要要是是改改变变后后置置机机构构的的运运动动速速度度或或运运动规律。动规律。第十三页，编辑于星期日：十三点 五十七分。F 机构的并联组合机构的并联组合 若若干干个个单单自自由由度度的的基基本本机机构构的的输输入入构构件件连连接接在在一一起起，保保留留各各自自的的输输出出运运动动；或或若若干干个个单单自自由由度度机机构构的的输输出出构构件件连连接接在在一一起起，保保留留各各自自的的输输入入运运动动；或或有有共共同同的的输输入入构构件件与与输输出出构构件件的的连连接接，称称为为并并行行连连接接。其其特特征征是是各各基基本本机机构构均均是是单单自自由由度度机机构构。并并联联组组合合的的目目的的主主要要是是改改变变机机构构的的动动力力性性能能，有有时时也也用用于于实实现现运运动动的分解或运动的合成。的分解或运动的合成。第十四页，编辑于星期日：十三点 五十七分。F 机构的叠加组合机构的叠加组合在在一一个个机机构构的的可可动动构构件件上上再再安安装装一一个个以以上上的的机构的组合方式。机构的组合方式。把把支支撑撑其其它它机机构构的的机机构构称称为为基基础础机机构构，安安装装在在基基础机构可动构件上面的机构称为附加机构。础机构可动构件上面的机构称为附加机构。第十五页，编辑于星期日：十三点 五十七分。F 机构的封闭组合机构的封闭组合一一个个两两自自由由度度机机构构中中的的两两个个输输入入构构件件或或两两个个输输出出构构件件或或一一个个输输入入构构件件和和一一个个输输出出构构件件用用单单自自由由度度的的机机构构连连接接起起来来，形形成成一一个个单单自自由由度度的的机机构构系统，称为封闭式组合。系统，称为封闭式组合。特征：特征：基基础础机机构构为为二二自自由由度度机机构构，附附加加机机构构为为单单自自由由度度机构。机构。第十六页，编辑于星期日：十三点 五十七分。三、学习重点及难点三、学习重点及难点利利用用机机构构的的组组成成原原理理和和机机构构的的各各种种组组合方法进行创新设计合方法进行创新设计基本机构的类型及其运动特性基本机构的类型及其运动特性学习难点学习难点学习学习重点重点第十七页，编辑于星期日：十三点 五十七分。四、例题精选四、例题精选(例例1 1、例例2 2、例、例3 3）例1 对图示机构进行分析。对图示机构进行分析。第十八页，编辑于星期日：十三点 五十七分。分析分析槽槽轮轮机机构构常常用用于于转转位位和和分分度度的的机机械械装装置置中中，但但其其运运动动和和动动力力特特性性不不理理想想，尤尤其其在在槽槽数数较较少少的的外外槽槽轮轮机机构构中中，其其角角速速度度和和角角加加速速度度的的波波动动均均达到很大数值，造成工作台转位不稳定。达到很大数值，造成工作台转位不稳定。原因：原因：主主动动拨拨盘盘一一般般作作匀匀速速转转动动，并并且且回回转转半半径径不不变变。当当运运动动传传递递给给槽槽轮轮时时，由由于于主主动动拨拨盘盘的的滚滚销销在在槽槽轮轮的的传传动动槽槽内内沿沿径径向向相相对对滚滚移移，致致使使槽槽轮轮受受力力作作用用点点也也沿沿径径向向发发生生变变化化。若若滚滚销销以以不不变变的的圆圆周周速速度度传传递递运运动动时时，导导致致槽槽轮轮在在一一次次转转位位过过程程中中，角角速速度度由由小小变大，又由大变小。变大，又由大变小。第十九页，编辑于星期日：十三点 五十七分。分析分析图图例例中中，采采用用双双曲曲柄柄机机构构与与槽槽轮轮机机构构的的串串联联式式组组合合方方式式。槽槽轮轮机机构构的的主主动动拨拨盘盘固固接接在在双双曲曲柄柄机机构构的的从从动动曲曲柄柄上上，从从动动曲曲柄柄上上E点点的的变变化化速速度度能能够够中中和和槽槽轮轮的的转转速速变变化化，使使槽槽轮轮能近似等速转位。能近似等速转位。第二十页，编辑于星期日：十三点 五十七分。图为双曲柄槽轮机构与普通槽轮机构的角速度曲线的对照线图，其中，横坐标是槽轮动程时的转角，纵坐标i是从动槽轮与其主动构件的角度比。可以看出，经此串联组合的槽轮机构的运动特性和动力特性能有较大改善。第二十一页，编辑于星期日：十三点 五十七分。类似改变槽轮运动和动力特性的机构串联组合形式还有转动导杆槽轮机构、凸轮槽轮机构、椭圆齿轮槽轮机构，以及双槽轮机构的串联等。转动导杆槽轮机构 凸轮槽轮机构第二十二页，编辑于星期日：十三点 五十七分。椭圆齿轮槽轮机构 双槽轮机构第二十三页，编辑于星期日：十三点 五十七分。例例例例2 2 试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析。试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析。试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析。试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析。第二十四页，编辑于星期日：十三点 五十七分。图示冲压机凸轮连杆机构，由一个凸轮图示冲压机凸轮连杆机构，由一个凸轮机构和一个凸轮连杆机构并联组合而成。机构和一个凸轮连杆机构并联组合而成。两个盘状凸轮固接在一起，凸轮两个盘状凸轮固接在一起，凸轮1和推杆和推杆2组成移动从动件盘状凸轮机构。组成移动从动件盘状凸轮机构。凸轮凸轮1和摆杆和摆杆3组成摆动从动件盘状凸轮机构。组成摆动从动件盘状凸轮机构。当机构的主动件凸轮当机构的主动件凸轮1和和1转动时，推杆转动时，推杆2实现左右移动；同时摆杆实现左右移动；同时摆杆3实现摆动，实现摆动，并由摆杆的摆动带动连杆并由摆杆的摆动带动连杆4运动，使从动运动，使从动件滑块件滑块5实现上下移动。根据所设计的凸实现上下移动。根据所设计的凸轮，推杆轮，推杆2与滑块与滑块5可实现对应的时序关可实现对应的时序关系系分析分析第二十五页，编辑于星期日：十三点 五十七分。例例例例3 3 试对图示液压挖掘机进行机构分析。试对图示液压挖掘机进行机构分析。试对图示液压挖掘机进行机构分析。试对图示液压挖掘机进行机构分析。第二十六页，编辑于星期日：十三点 五十七分。图示液压挖掘机机构为机构的图示液压挖掘机机构为机构的叠加组合叠加组合。由三套液压缸机构叠加。由三套液压缸机构叠加组成。组成。第一套液压缸机构第一套液压缸机构1-2-3-4以挖掘机机身以挖掘机机身1为机架，输出构件是为机架，输出构件是大转臂大转臂4，该机构的运动可以使大转臂，该机构的运动可以使大转臂4实现俯仰动作。实现俯仰动作。第二套液压缸机构是第二套液压缸机构是4-5-6-7，叠加在第一套机构的大转臂，叠加在第一套机构的大转臂4上，该机构上，该机构的输出构件是小转臂的输出构件是小转臂7，其运动结果可使小转臂，其运动结果可使小转臂7实现伸缩摇摆。实现伸缩摇摆。分析分析第三套机构是由第三套机构是由7-8-9-10组成的液压缸机组成的液压缸机构，叠加在第二套机构的小转臂构，叠加在第二套机构的小转臂7上，最上，最终使铲斗终使铲斗10完成复杂的挖掘动作。完成复杂的挖掘动作。第二十七页，编辑于星期日：十三点 五十七分。五、试题自测及答案（五、试题自测及答案（1 1、2 2、3 3、4 4）1.试对图示牛头刨床导杆机构的组合方式进行分析。试对图示牛头刨床导杆机构的组合方式进行分析。第二十八页，编辑于星期日：十三点 五十七分。图图示示牛牛头头刨刨床床的的导导杆杆机机构构为为机机构构的的串串联联组组合合方方式式，前前置置机机构构为为转转动动导导杆杆机机构构，输输出出杆杆BE作作非非匀匀速速运运动动，从从而而使使从从动动件件4实实现现近近似似匀匀速速往往复复移移动动。其其中中转转动动导导杆杆机机构构ABD为为前前置置子子机机构构，曲曲柄柄1为为主主动动件件，绕绕固固定定轴轴A匀匀速速转转动动，使使该该机机构构的的从从动动件件2输输出出非非匀匀速转动。速转动。解解六六杆杆机机构构BCEFG为为后后置置子子机机构构，主主动动构构件件为为BE，即即前前置置子子机机构构的的输输出出构构件件2，因因2构构件件输输入入的的是是非非匀匀速速运运动动，所所以以中中和和了了后后续续机机构构的的转转速速变变化化。故故当当曲曲柄柄1匀匀速速转转动动时时，滑块滑块4在某区段内实现近似匀速往复移动。在某区段内实现近似匀速往复移动。第二十九页，编辑于星期日：十三点 五十七分。2.试对图示试对图示V形发动机的双曲柄滑块机构进行分析。形发动机的双曲柄滑块机构进行分析。第三十页，编辑于星期日：十三点 五十七分。图图示示V形形发发动动机机的的双双曲曲柄柄滑滑块块机机构构为为机机构构的的并并联联组组合合形式，是由两个曲柄滑块机构并联组合而成。形式，是由两个曲柄滑块机构并联组合而成。解解两两个个汽汽缸缸作作V形形布布置置，它它们们的的轴轴线线通通过过曲曲柄柄回回转转的的固固定定轴轴线线，当当分分别别向向两两个个活活塞塞输输入入运运动动时时，曲曲柄柄可可实实现现无无死死点点的的定定轴轴回回转转运运动动，并并且且还还具具有有良良好好的的平平衡衡、减减振作用。振作用。第三十一页，编辑于星期日：十三点 五十七分。3.图示机构为活塞机的齿轮杠杆机构，试对该机构进行分析。图示机构为活塞机的齿轮杠杆机构，试对该机构进行分析。第三十二页，编辑于星期日：十三点 五十七分。解解图图示示机机构构是是两两个个曲曲柄柄滑滑块块机机构构ABE和和CDE的的并并联联组组合合，同同时时与与相相啮啮合合的的齿齿轮轮机机构构进进行行连连接接。机机构构构构件件长长度度满满足足AB=CD,BE=DE,同同时时两两齿齿轮轮的的分分度度圆圆直直径径相相等等。AB和和CD与与气气缸缸的的轴轴线线形形成成的的夹夹角角相相等等且且对对称称分分布布。齿齿轮轮转转动动时时，活活塞塞将将沿沿气气缸内壁作往复移动。缸内壁作往复移动。若若机机构构中中的的两两齿齿轮轮和和两两连连杆杆的的质质量量分分别别相相等等，则则气气缸缸壁壁上上将将不不会会受受到到因因构构件件的的惯惯性性力力而而引引起起的的动动压力。压力。第三十三页，编辑于星期日：十三点 五十七分。4.试对图示电动玩具马的传动机构进行分析。试对图示电动玩具马的传动机构进行分析。第三十四页，编辑于星期日：十三点 五十七分。解解图示电动玩具马的传动机构为机构的叠加组图示电动玩具马的传动机构为机构的叠加组合形式，由曲柄摇块机构合形式，由曲柄摇块机构ABC安装在两杆机安装在两杆机构的转动构件构的转动构件4上组合而成。上组合而成。机构工作时分别由转动构件机构工作时分别由转动构件4和曲和曲柄柄1输入转动，致使马的运动轨迹输入转动，致使马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加，产是旋转运动和平面运动的叠加，产生一种飞奔向前的动态效果。生一种飞奔向前的动态效果。第三十五页，编辑于星期日：十三点 五十七分。