【教学课件】第六章机构再生与创新设计.ppt

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1、应用实例：应用实例：摩托车后轮悬挂系统摩托车后轮悬挂系统摩托车后轮悬挂系统摩托车后轮悬挂系统第第6章章 机构再生与创新设计机构再生与创新设计BUCT 机械创新设计机械创新设计 创新思路创新思路：1 1）确定原始机构（已有机构），并分析其结构组成）确定原始机构（已有机构），并分析其结构组成2 2）将原始机构转化成一般化运动链）将原始机构转化成一般化运动链3 3）将一般化运动链结构系列化）将一般化运动链结构系列化4 4）从系列化运动链中选出可用的特定化运动链）从系列化运动链中选出可用的特定化运动链5 5）将特定化运动链转化成特定化机构，即再生的新）将特定化运动链转化成特定化机构，即再生的新机构机构

2、BUCT 机械创新设计机械创新设计机构再生设计框图机构再生设计框图原始机构一般化运动链组合运动链再生运动链再生新机构一般化原则杆型类配约束条件一般化原则BUCT 机械创新设计机械创新设计6.1一般化运动链一般化运动链将运动链中各种运动副 按照等效原则转化为转动转动副副，各种构件转化为一般化杆一般化杆，则就形成了一般化运动链*一般化杆一般化杆：（：（杆型：二副杆与多副杆）杆型：二副杆与多副杆）BUCT 机械创新设计机械创新设计一般化原则一般化原则 将非刚性构件转化为刚性构件 将非杆形构件转化为一般化杆 将非转动副转化为转动副将复合铰转化为简单铰 解除固定杆 转化过程中运动链的自由度保持不变BUC

3、T 机械创新设计机械创新设计一般化图例一般化图例名称原始形式一般化说明弹簧级杆组代替弹簧连接滚动副转动副代替纯滚动副移动副转动副代替移动副平面高副两副杆代替平面高副复合铰复合铰转化为简单铰BUCT 机械创新设计机械创新设计、实例分析、实例分析1.1.含有平面高副的机构含有平面高副的机构含有平面高副的机构含有平面高副的机构(c)(c)BUCT 机械创新设计机械创新设计2.2.含有复合铰的机构含有复合铰的机构含有复合铰的机构含有复合铰的机构BUCT 机械创新设计机械创新设计6.26.2、杆型类配、杆型类配、杆型类配、杆型类配1.1.杆型杆型杆型杆型二副杆，多副杆（三副杆，四副杆等）2.2.各类杆型

4、数量的确定各类杆型数量的确定各类杆型数量的确定各类杆型数量的确定（1）（2）（3）BUCT 机械创新设计机械创新设计若P,N已知，则多副杆的类型及数目由（3）式可确定；而二副杆的数目则为：（4）3.3.环及环数的确定环及环数的确定环及环数的确定环及环数的确定在杆型类配时还要考虑环数的问题。所谓环是指由杆与副所谓环是指由杆与副所谓环是指由杆与副所谓环是指由杆与副所包围的环状道路所包围的环状道路所包围的环状道路所包围的环状道路。如图所示：BUCT 机械创新设计机械创新设计为两个内环为外环内环的数目为：（5）为三个内环BUCT 机械创新设计机械创新设计为避免退化，每个内环应至少包含每个内环应至少包含

5、每个内环应至少包含每个内环应至少包含4 4个副个副个副个副，否则对杆型产生了约束，有：（6）由图可知：4.4.最大杆型的确定最大杆型的确定最大杆型的确定最大杆型的确定BUCT 机械创新设计机械创新设计由图可知：BUCT 机械创新设计机械创新设计由（由（由（由（3 3）式可知有）式可知有）式可知有）式可知有2 2个三副杆，由（个三副杆，由（个三副杆，由（个三副杆，由（4 4）式可知有）式可知有）式可知有）式可知有4 4个二副杆个二副杆个二副杆个二副杆六杆七副运动链的杆型类配方案六杆七副运动链的杆型类配方案六杆七副运动链的杆型类配方案六杆七副运动链的杆型类配方案BUCT 机械创新设计机械创新设计（

6、3）（4）八杆十副运动链的杆型类配方案八杆十副运动链的杆型类配方案八杆十副运动链的杆型类配方案八杆十副运动链的杆型类配方案类配方案n2n3n4440521602按（3），（4）式进行类配得下表：BUCT 机械创新设计机械创新设计（3）（4）6.3运动链的组合运动链的组合运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合、图的概念、图的概念图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点图中的点

7、表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点，与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点，与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点，与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点，以及四度点等以及四度点等以及四度点等以及四度点等BUCT 机械创新设计机械创新设计、图的组合、图的组合 缩图：只含有多度点的图（先构造）全图：包含所有点的图（完善）六杆七副图的构造：六杆七副图的构造：六杆七副图的构造：六杆七副图的构造：缩图全图全图BUCT 机械创新设计机械创新设计关于关于 n4=0，n3=4，n2=4 的拓扑图的拓扑图BUCT 机械创新设

8、计机械创新设计关于关于 n4=1，n3=2，n2=5 的拓扑图的拓扑图BUCT 机械创新设计机械创新设计关于关于 n4=2，n3=0，n2=6 的拓扑图的拓扑图BUCT 机械创新设计机械创新设计、运动链的组合、运动链的组合六杆七副的拓扑图与运动链六杆七副的拓扑图与运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计II型结构的运动链型结构的运动链八杆十副运动链八杆十副运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计vY Y型结构的运动链型结构的运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计BUCT 机械创新设计机械创新设计vV V型结构的运动链型结构的运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计BUCT 机械创新设计机械创

9、新设计vO O型结构的运动链型结构的运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计6.4机构的再生设计机构的再生设计实例：摩托车后轮悬挂机构实例：摩托车后轮悬挂机构1 1）原始机构）原始机构BUCT 机械创新设计机械创新设计 ）分析其结构组成：）分析其结构组成：*自由度数：自由度数：F=1 *杆数：杆数：6，其中固定杆，其中固定杆1，连架杆，连架杆2，其余杆，其余杆3。活。活塞塞 杆与汽缸组成的减振器杆与汽缸组成的减振器s-s。*运动副数：运动副数：7，其中，其中6个转动副，个转动副，1个移动副。个移动副。BUCT 机械创新设计机械创新设计）一般化运动链）一般化运动链BUCT 机械创新设计机械创新设

10、计4 4）特定化运动链图谱（一般化的逆过程）特定化运动链图谱（一般化的逆过程)指在一般化的基础上指定杆和副的具体类型指在一般化的基础上指定杆和副的具体类型以满足功能要求的过程以满足功能要求的过程。具体过程：先将运动链中的杆与副编号；具体过程：先将运动链中的杆与副编号；指定固定杆，（指定固定杆时注意同指定固定杆，（指定固定杆时注意同 类杆的问题）；类杆的问题）；再按功能要求逐一确定其余杆与副的再按功能要求逐一确定其余杆与副的 类型。类型。BUCT 机械创新设计机械创新设计司蒂芬森型：司蒂芬森型：1、3为同类杆，为同类杆，2、4为同类杆，为同类杆，5、6为同类杆。为同类杆。5为机架4为机架BUCT

11、 机械创新设计机械创新设计瓦特型：瓦特型：1、2、5、6为同类杆；为同类杆；3、4为同类杆。为同类杆。1为机架4为机架BUCT 机械创新设计机械创新设计特定化图谱实例特定化图谱实例以摩托车后轮悬挂机构为例以摩托车后轮悬挂机构为例规定特征符号如下：规定特征符号如下：Gr表示机架表示机架s-s表示减振器（表示减振器（2个二副杆以移动副连接）个二副杆以移动副连接）Sw表示后轮摆杆（连架杆）表示后轮摆杆（连架杆）注意：注意：Gr ，s-s ，Sw 为不同杆为不同杆BUCT 机械创新设计机械创新设计司蒂芬森型：获得司蒂芬森型：获得2种特定化运动链种特定化运动链确定Gr确定s-s确定Sw因失去满足s-s的

12、条件被淘汰（a）（b）BUCT 机械创新设计机械创新设计瓦特型：获得瓦特型：获得4种特定化运动链种特定化运动链确定Gr确定s-s确定Sw（c）（d）（e）（f）BUCT 机械创新设计机械创新设计5 5）特定化机构）特定化机构将特定化运动链中的符号变为简图，各构件、运将特定化运动链中的符号变为简图，各构件、运动副的位置按其各自的功能要求进行安置动副的位置按其各自的功能要求进行安置（a）（b）（a）（b）BUCT 机械创新设计机械创新设计（c）（c）（d）（d）BUCT 机械创新设计机械创新设计（e）（f）（e）（f）BUCT 机械创新设计机械创新设计 八杆机构创新实例八杆机构创新实例织机外侧式凸

13、轮连杆开织机外侧式凸轮连杆开口机构口机构原始机构原始机构一般化运动链一般化运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计设计约束设计约束 杆数与副数保持不变，杆数与副数保持不变，N=8,P=10 固定杆为三副或四副杆固定杆为三副或四副杆 执行件综筐必须与机架组成移动副，不得与凸轮的从执行件综筐必须与机架组成移动副，不得与凸轮的从动件邻接动件邻接 原动件（凸轮）必须是二副杆，并为连架杆原动件（凸轮）必须是二副杆，并为连架杆 代替凸轮高副的二副杆必须与凸轮邻接，在邻接处不代替凸轮高副的二副杆必须与凸轮邻接，在邻接处不能有复合铰能有复合铰 凸轮的从动件不能为二副杆，至少为三副杆凸轮的从动件不能为二副杆，至

14、少为三副杆BUCT 机械创新设计机械创新设计组合运动链（前面已有）组合运动链（前面已有）再生运动链再生运动链 取一个三副杆或四副杆为固定杆，用取一个三副杆或四副杆为固定杆，用G表示表示;选一个与固定杆相邻的二副杆为凸轮，用选一个与固定杆相邻的二副杆为凸轮，用C C表示表示;选一个与凸轮相邻的二副杆为代替凸轮高副的假想二副选一个与凸轮相邻的二副杆为代替凸轮高副的假想二副杆，用杆，用HSHS表示表示;选一个与假想二副杆相邻的三副杆或四副杆为为凸轮机选一个与假想二副杆相邻的三副杆或四副杆为为凸轮机构的从动杆，用构的从动杆，用F F表示表示;选一个不与凸轮从动杆相邻接，但与机架相邻接的执行选一个不与凸

15、轮从动杆相邻接，但与机架相邻接的执行构件构件,用用E E表示表示.BUCT 机械创新设计机械创新设计BUCT 机械创新设计机械创新设计l 缝纫机的送布机构缝纫机的送布机构 1.一般化运动链一般化运动链BUCT 机械创新设计机械创新设计2.图图BUCT 机械创新设计机械创新设计3.组合运动链组合运动链确定内环路数目确定内环路数目：L=P-N+1=4。确定最大杆型确定最大杆型：nmax=nL+1=n5杆型类配杆型类配2010100n50312010n40012346n38776654n2BUCT 机械创新设计机械创新设计No.1No.2BUCT 机械创新设计机械创新设计4.确定设计约束确定设计约束

16、确定机架确定机架：机架应采用多副杆，而且应处于内环路位置上，这样可使机构运动具有良好的稳定性，设机架用符号Gr表示；确定原动件确定原动件：原动件必须是连架杆，能做整周转动，并且原动件应为三副杆，其中一副与机架连接，另外两副可确保分两个路线传递运动，以实现由简单运动转换为复杂运动，设原动件用符号y表示；确定执行构件确定执行构件：执行构件即为送布牙，因要求其运动轨迹复杂，所以执行构件必须是浮动杆，并且是从原动件出发的两条传动路线的连接构件，不要与原动件直接成副，应设置在外环路位置上，传动路线长，可以充分利用每个构件运动规律的影响，设执行构件用符号a表示。BUCT 机械创新设计机械创新设计5.再生运

17、动链再生运动链（1）确定机架：对No.1运动链，仍以四副杆为机架；对No.2运动链，以三副杆为机架，机架最好为处于内环路位置上，代号Gr。（2）确定原动件：两种运动链均以三副杆为原动件，并且原动件直接铰接于机架上，代号y。对于No.1运动链，有两种结构形式，分别用No.1-1和No.1-2表示；对于No.2运动链，也有两种结构形式，分别用No.2-1和No.2-2表示。BUCT 机械创新设计机械创新设计（3）确定执行构件：必须为浮动杆，可以是二副杆，也可以是三副杆，但不要与原动件直接成副，代号a。对于No.1-1运动链有三种结构形式分别用No.1-1-1，No.1-1-2，No.1-1-3表示

18、；对于No.1-2运动链有三种结构形式分别用No.1-2-1，No.1-2-2，No.1-2-3表示；对于No.2-1运动链有三种结构形式分别用No.2-1-1，No.2-1-2，No.2-1-3表示；对于No.2-2运动链有三种结构形式分别用No.2-2-1，No.2-2-2，No.2-2-3表示。总计共有12种结构类型。BUCT 机械创新设计机械创新设计No.1-1No.1-1-1No.1-1-2No.1-1-3No.1-2No.1-2-1No.1-2-2No.1-2-3BUCT 机械创新设计机械创新设计No.2-1-1No.2-1No.2-1-2No.2-1-3No.2-2No.2-2-1No.2-2-2No.2-2-3BUCT 机械创新设计机械创新设计No.2-2-2No.1-2-36.再生新机构再生新机构BUCT 机械创新设计机械创新设计