机械创新设计第5讲教案.ppt

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1、人类历史上人类历史上人类历史上人类历史上最有价值的最有价值的最有价值的最有价值的知识是方法知识是方法知识是方法知识是方法的知识。的知识。的知识。的知识。笛卡尔笛卡尔笛卡尔笛卡尔科学发明需要创造方法科学发明需要创造方法科学发明需要创造方法科学发明需要创造方法庞加来庞加来庞加来庞加来、机械创新设计机械创新设计授课教师：杨兰玉授课教师：杨兰玉联系方式：联系方式：机构的机构的机构的机构的变异变异变异变异创新创新创新创新机构的机构的机构的机构的组合组合组合组合创新创新创新创新机构的机构的机构的机构的原理移植原理移植原理移植原理移植创新创新创新创新 机构的机构的机构的机构的仿生仿生仿生仿生创新创新创新创新

2、机构创新设计的思路机构创新设计的思路机构创新设计的思路机构创新设计的思路机构的倒置：机构的倒置：只是取不同的构件为机架，就可以变换只是取不同的构件为机架，就可以变换出不同的机构。出不同的机构。机构的倒置机构的倒置 例例 3：创造一种油泵机构：创造一种油泵机构 要抓住事物的本质，不要被表面现象所迷惑。要看机构的运动副，要看机构的运动副，不要被构件形状所迷惑。不要被构件形状所迷惑。机构的组合创新机构的组合创新 随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出的随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出的运动学和动力学特性的要求也变得更加复杂多样。运动学和动力学特性的要求也变得更加复杂多样。连杆机构、

3、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不能连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不能满足各种复杂多样的要求。满足各种复杂多样的要求。为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以一定的方式加以组合后使用，称为组合机构。一定的方式加以组合后使用，称为组合机构。基本机构的组合方式：基本机构的组合方式：串连组合串连组合 并联组合并联组合 反馈组合反馈组合 运载组合运载组合。（一）（一）概述概述（二）要求机构所实现运动的一般形式（二）要求机构所实现运动的一般形式 1、匀速转动和移动匀速转动和移动齿轮、蜗轮机构齿轮、蜗轮机构 螺旋机构螺旋机构2、非匀速转动和移动、

4、非匀速转动和移动 从动件的角位移从动件的角位移 或线位移或线位移 s 与主动件的转角与主动件的转角 或时间或时间 t成非线性关系。成非线性关系。非圆齿轮机构非圆齿轮机构 双曲柄机构双曲柄机构非匀速转动非匀速转动非匀速转动非匀速转动3、往复摆动或移动、往复摆动或移动曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 4、步进运动、步进运动 棘轮机构棘轮机构 槽轮机构槽轮机构 带动工作台实现周期性间歇运动的机构带动工作台实现周期性间歇运动的机构间歇运动机构间歇运动机构 步进机构步进机构 分度机构分度机构例例1 1 灌装冷霜的多工位自动机灌装冷霜的多工位自动机 送上空盒送上空盒112在工位在工位 2

5、要停歇一要停歇一定的时间完成灌装定的时间完成灌装2 灌霜灌霜3 贴锡纸贴锡纸4 盖盒盖盖盒盖送出成品送出成品5完成灌装冷霜的工艺过完成灌装冷霜的工艺过完成灌装冷霜的工艺过完成灌装冷霜的工艺过程至少需要程至少需要程至少需要程至少需要 5 5 5 5 个工位个工位个工位个工位 例例2 电影放映机电影放映机 提问提问：间歇运动中应满足什么样的要求？间歇运动中应满足什么样的要求？同学自己总结？同学自己总结？来自加热炉来自加热炉钢材送料运动钢材送料运动 5、构件和构件上点的位置导引、构件和构件上点的位置导引 （构件的位置导引）（构件的位置导引）电影片的步进运动电影片的步进运动 插秧运动插秧运动 （构件上

6、点的位置导引）（构件上点的位置导引）S停歇停歇St例例1 带有近似停歇的往复运动机构带有近似停歇的往复运动机构 (一种串联式组合机构一种串联式组合机构)（三）组合机构的实例（三）组合机构的实例 设计一个往复运动机构。在滑块设计一个往复运动机构。在滑块运动到最远点时，有一段时间近似运动到最远点时，有一段时间近似停歇。停歇。设想，若用一个做一般平面运动设想，若用一个做一般平面运动的连杆来带动滑块。的连杆来带动滑块。要产生近似停歇，则连杆的左端要产生近似停歇，则连杆的左端点在一段时间应走出一段近似圆弧。点在一段时间应走出一段近似圆弧。什么样的机构能产生一段圆弧呢？什么样的机构能产生一段圆弧呢？旋轮线

7、旋轮线 一个小圆在一个大圆内做纯一个小圆在一个大圆内做纯滚动时，小圆上的一点走出的轨滚动时，小圆上的一点走出的轨迹称为旋轮线。迹称为旋轮线。旋轮线的一段近似一段圆弧。旋轮线的一段近似一段圆弧。机构的设计机构的设计 S一种齿轮连杆机构一种齿轮连杆机构 停歇停歇StA B C 旋轮线旋轮线 AB 段段 滑块向右运动滑块向右运动旋轮线旋轮线 BC 段段 滑块近似停歇滑块近似停歇旋轮线旋轮线 CA 段段 滑块向左运动滑块向左运动 机构的结构分析机构的结构分析 S1PIII1轨迹轨迹PS串联式组合机构串联式组合机构一个周转齿轮机构一个周转齿轮机构 一个二杆组一个二杆组 III串联式组合机构串联式组合机构

8、将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机构的输出即作为后一个机构的输入。构的输出即作为后一个机构的输入。例例 2 2 电影片抓片机构电影片抓片机构 （一种并联式组合机构）（一种并联式组合机构）一种齿轮连杆机构一种齿轮连杆机构 A B C D E 把这个机构分解一下：把这个机构分解一下：A B C D E A B D E A B C D E 它可以分为：一个五杆机构它可以分为：一个五杆机构 一个齿轮机构一个齿轮机构 二自由度机构二自由度机构F=34-25 2 并联式组合机构：并联式组合机构：以一个多自由度机构为基础机构，以一个多自由度机构为基础机构

9、，将一个或多个单自由度机构（这里统称为附加机构）的将一个或多个单自由度机构（这里统称为附加机构）的某些输出构件同时接入基础机构。机构输出构件的运动某些输出构件同时接入基础机构。机构输出构件的运动规律是基础机构输入运动规律的合成。规律是基础机构输入运动规律的合成。IIIIIIIIII131基础基础机构机构 附加附加机构机构 13IIII13基础基础机构机构 附加附加机构机构 一种齿轮连杆机构一种齿轮连杆机构 现在的抓片机构现在的抓片机构 例例3 3 滚齿机分度蜗轮误差补偿机构滚齿机分度蜗轮误差补偿机构分度蜗轮分度蜗轮被加工被加工的工件的工件 齿轮齿轮滚刀滚刀 齿轮滚刀和被齿轮滚刀和被加工的工件被

10、强制加工的工件被强制地按照一对螺旋齿地按照一对螺旋齿轮的运动关系来运轮的运动关系来运动。动。被加工工件安被加工工件安装在工作台上，工装在工作台上，工作台下部安装着分作台下部安装着分度蜗轮。度蜗轮。分度蜗轮分度蜗轮 齿轮的加工精度取决于它齿轮的加工精度取决于它在机床上转动的均匀性。而在机床上转动的均匀性。而这在很大程度上取决于分度这在很大程度上取决于分度蜗轮的精度。蜗轮的精度。分度蜗轮制造虽很精密，分度蜗轮制造虽很精密，但仍难以保证完全没有误差。但仍难以保证完全没有误差。蜗轮的制造误差可以用蜗轮多转一些或少转一些蜗轮的制造误差可以用蜗轮多转一些或少转一些来补偿。来补偿。滚齿机分度蜗轮误差补偿机构

11、滚齿机分度蜗轮误差补偿机构 与蜗轮同轴的与蜗轮同轴的凸轮控制滚子凸轮控制滚子 A，滚子滚子A 通过蜗通过蜗杆轴上的滑槽带杆轴上的滑槽带动蜗杆轴多转一动蜗杆轴多转一些或少转一些。些或少转一些。A12S1 凸轮廓线根据测量得的蜗轮误差来设计。凸轮廓线根据测量得的蜗轮误差来设计。III1（t）2（t）S1（t）反馈式组合机构反馈式组合机构：以一个多自由度机构：以一个多自由度机构II为基础机构，为基础机构，但基础机构中某个输入构件的运动是通过一个单自由度附但基础机构中某个输入构件的运动是通过一个单自由度附加机构加机构I从基础机构或机构系统的输出构件反馈得到的。从基础机构或机构系统的输出构件反馈得到的。

12、1S12S11例例4 4 风扇摆头机构风扇摆头机构 如何能让风扇摆头？用什么机构如何能让风扇摆头？用什么机构好呢？好呢？摆动摆动让我们想起了曲柄摇杆机构让我们想起了曲柄摇杆机构均可产生摆动均可产生摆动313用双摇杆机构用双摇杆机构便于获得动力。便于获得动力。曲柄摇杆机构和双摇杆机构在这里应用的比较曲柄摇杆机构和双摇杆机构在这里应用的比较 需多安装一个电动机需多安装一个电动机驱动这个曲柄摇杆机构。驱动这个曲柄摇杆机构。ADBC 21BAC D2III31221131I3IIBAC D 运载式组合机构运载式组合机构：将一个机构（包：将一个机构（包括动力源）安装在另一个机构的构件括动力源）安装在另一

13、个机构的构件上，两个机构各自完成自身的运动，上，两个机构各自完成自身的运动，其运动的叠加即为所要求的输出运动其运动的叠加即为所要求的输出运动并联式串联式运载式反馈式蜗杆凸轮机构蜗杆凸轮机构齿轮连杆机构齿轮连杆机构组合机构组合形式小结组合机构组合形式小结组合机构功能小结组合机构功能小结带有停歇的往复运动带有停歇的往复运动实现复杂的特定轨迹实现复杂的特定轨迹 实现运动的合成实现运动的合成 实现运动的合成实现运动的合成 来自加热炉来自加热炉 给定了送料器的两个给定了送料器的两个精确位置精确位置和三个和三个近似位置近似位置。设设计一机构实现这一运动要求。计一机构实现这一运动要求。分析分析 例例5:5:

14、钢材送料机构钢材送料机构 钢钢材材 持料器持料器 论断论断 2：送料器不是一个连架杆。送料器不是一个连架杆。问题问题 1：送料器的运动是什么运动？：送料器的运动是什么运动？论断论断 1：一般平面运动。一般平面运动。问题问题 2：送料器是连架杆吗？：送料器是连架杆吗？问题问题 3：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般位置？位置？问题问题4：什么机构中的连杆能翻转：什么机构中的连杆能翻转 180 度？度？论断论断 2：连杆机构的连杆。连杆机构的连杆。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 论断论断 2：送料器不是一个连架杆

15、。送料器不是一个连架杆。问题问题 1：送料器的运动是什么运动？：送料器的运动是什么运动？论断论断 1：一般平面运动。一般平面运动。问题问题 2：送料器是连接杆吗？：送料器是连接杆吗？问题问题 3：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般位置？位置？问题问题4：什么机构中的连杆能翻转：什么机构中的连杆能翻转 180 度？度？论断论断 2：连杆机构的连杆。连杆机构的连杆。论断论断 4：双摇杆机构。：双摇杆机构。来自加热炉来自加热炉此机构之设计尚未完结。此机构之设计尚未完结。如何驱动双摇杆机构运动？如何驱动双摇杆机构运动？根据给定的连杆（送料器）的几个位置，

16、可以根据给定的连杆（送料器）的几个位置，可以用机用机械原理课程中讲述的方法械原理课程中讲述的方法设计这一双摇杆机构。设计这一双摇杆机构。来自加热炉来自加热炉如何驱动双摇杆机构运动？如何驱动双摇杆机构运动？钢材运动较慢，所需的力较大，若用电动机则需要大传钢材运动较慢，所需的力较大，若用电动机则需要大传动比的减速装置。动比的减速装置。液压机构液压机构例例6 6：大行程往复运动的实现：大行程往复运动的实现飞剪送料机构飞剪送料机构 飞剪：将棒料切断的机械。棒料高速运行。飞剪：将棒料切断的机械。棒料高速运行。夹紧棒料夹紧棒料 V V松开棒料松开棒料夹紧棒料夹紧棒料 VV曲柄滑块机构曲柄滑块机构用齿轮齿条代替导轨，用齿轮齿条代替导轨，杆杆3 3 的运动不变的运动不变2 V例例7 7 飞机的高度表飞机的高度表 功能：测量飞机的高度。功能：测量飞机的高度。原理：把反映飞机高度的信号变成机械量。原理：把反映飞机高度的信号变成机械量。用什么信号反映飞机的高度？用什么信号反映飞机的高度？大气压！信号太小信号太小 ！需要放大。需要放大。齿扇齿轮机构齿扇齿轮机构第一级放大第一级放大齿轮机构齿轮机构第二级放大第二级放大齿轮齿轮连杆机构连杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 将膜的运动转化为转动将膜的运动转化为转动