机构组合与创新设计.pptx

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1、一、基本机构的概念 3-1 基本机构及其运动特性 本章把连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等结构最简单且不能再进行分割的闭链机构称为基本机构，或称为机构的基本型。工程中，基本机构虽然有着广泛的应用，但由基本机构组合在一起而形成的机构系统的应用更为广泛。基本机构是创新设计机构系统的基础。第1页/共79页常用基本型常用基本型（一）连杆机构的基本型1.曲柄摇杆机构 3.双摇杆机构2.双曲柄机构第2页/共79页4.曲柄滑块机构7.摆动导杆机构5.曲柄摇块机构6.转动导杆机构8.移动导杆机构(定块机构定块机构)第3页/共79页10.正切机构9.正弦机构11.双转块机构12.双滑块机构第4页/共7

2、9页常用基本型常用基本型（二）齿轮类机构的基本型1.圆柱齿轮机构 3.蜗杆机构2.圆锥齿轮机构 用于垂直不相交轴之间的等速转动到等速转动的运动变换，实现机构的大速比减速传动。一般情况下蜗杆传动机构具有自锁性。第5页/共79页常用基本型常用基本型（三）凸轮类机构的基本型1.直动从动件盘形凸轮机构 2.摆动从动件盘形凸轮机构 3.直动从动件圆柱凸轮机构 4 4.摆动从摆动从动件圆柱动件圆柱凸轮机构凸轮机构 第6页/共79页常用基本型常用基本型（四）间歇运动机构的基本型 1.1.(外外)棘轮机构棘轮机构 2.槽轮机构 槽槽轮轮机机构构是是把把连连续续等等速速转转动动转转化化为为间间歇歇转转动动的的常

3、常用用机机构构。主主动动转转臂臂转转动动一一周周，从从动动槽槽轮轮可可以以转转过过的的角角度度可可由由槽槽轮轮的的结结构构和和转转臂臂的的个个数数确定。确定。1 1.(.(内内)棘轮机构棘轮机构 第7页/共79页3.不完全齿轮机构 4.凸轮间歇运动机构 圆柱凸轮间歇运动机构 蜗杆凸轮间歇运动机构 第8页/共79页常用基本型常用基本型（五）其它常用机构的基本型1.螺旋机构 2.(双)万向机构 第9页/共79页常用基本型常用基本型（六）挠性传动机构的基本型 主、从动件之间靠挠性构件连接起来，常称为挠性传动机构。典型的挠性传动机主、从动件之间靠挠性构件连接起来，常称为挠性传动机构。典型的挠性传动机构

4、有带传动机构、链传动机构和绳索传动机构。构有带传动机构、链传动机构和绳索传动机构。第10页/共79页二、基本机构的运动特点分析二、基本机构的运动特点分析（一）转动到转动的运动特性分析1.齿轮机构2.带传动机构3.链传动机构用于速度或方向的运动变换，即可实现减速也可增速传动。结构紧凑，运转平稳，传动比大，机械效率高，使用寿命长，可靠性好。是最常用的转动到转动的速度变换机构。特别是组成各种轮系后，其应用更加广泛。常用于两转动轴中心距较大时的运动速度的变换，即可实现减速也可增速传动。运转平稳，传动比较大，但传动比不准确，过载时发生打滑。是最常用的大中心距时转动到转动的速度变换机构。常用于两转动轴中心

5、距较大时的运动速度的变换，即可实现减速也可增速传动。传动比较大，压轴力较小，但瞬时传动比不准确，不适合在高速场合应用。也是在低速时最常用的大中心距转动到转动的速度变换机构。由于完成相同运动变换的机构类型往往不止一种，因此必须充分了解它们的运动与动力特性，才能更好地选择基本机构的类型。第11页/共79页4.摩擦轮机构5.双曲柄机构与转动导杆机构6.双转块机构7.万向机构用于速度或方向的运动变换，即可实现减速也可增速传动。结构紧凑简单，运转平稳，但传动比不准确，只能在小功率且传动比要求不是很准确的场合应用。利用主动件等速转动、从动件的不等速转动的特点实现特殊工作要求。主动转块与从动转块同速转动，但

6、它们的转动轴线平行。可用于轴线不重合且要求平行传动的场合。单万向机构的输入与输出速度不相等，采用双万向机构可实现同速输出，双万向机构常用于汽车发动机到后桥之间的传动轴。第12页/共79页（二）转动到往复摆动的运动特性分析1.曲柄摇杆机构2.摆动导杆机构3.曲柄摇块机构4.摆动从动件凸轮机构 曲柄摇杆机构中的曲柄等速转动可实现摇杆的往复摆动，其摆动角度大小与各构件尺寸有关，往复摆动速度的差异与行程速比系数有关。摆动导杆机构也能实现摆杆的往复摆动，其运动特点与曲柄摇杆机构相似，但其结构紧凑，故在工程中的应用广泛。与上述机构的运动特点相似，但作往复摆动的是块状构件，用在特定的工作环境中。摆动从动件凸

7、轮机构的特点是从动件的运动规律具有多样性。按给定的摆动规律设计凸轮后，既可实现该运动要求。第13页/共79页（三）转动到往复移动的运动特性分析曲柄滑块机构、正弦机构、移动导杆机构、齿轮齿条机构、直动从动件凸轮机构、螺旋传动机构均可实现转动到往复移动的运动变换。它们的运动变换相同，但运动特性却存在很大的差别。其中，曲柄滑块机构、正弦机构、移动导杆机构中的移动构件作往复变速移动；直动从动件凸轮机构中的移动杆的运动规律可实现运动特性的多样化；齿轮齿条机构和螺旋传动机构可实现移动件的等速运动。第14页/共79页（四）转动到间隙转动的运动特性分析 槽轮机构、不完全齿轮机构、分度凸轮机构都能实现等速转动到

8、间歇转动的运动要求。（五）摆动到连续转动的运动特性分析 曲柄摇杆机构、摆动导杆机构中的摇杆和摆杆为主动件时，可实现曲柄的连续转动。这种运动变换过程中，要注意克服机构运动中的死点位置。（六）移动到连续转动的运动特性分析曲柄滑块机构齿轮齿条机构不自锁的螺旋传动机构第15页/共79页 机构是机器中执行机械运动的主体装置，机构的类型与复杂程度与机器的性能、成本、制造工艺、使用寿命、工作可靠性等有密切关系。因此机构的设计在机械设计的全过程中占有极其重要的地位。工程中的实用机械，很少由一个简单的基本机构组成，大都由若干个基本机构通过各种连接方法组合而成的一个机构系统组成。3-2 基本机构及其组合的概念常用

9、的机构组合方法有:利用机构的组成原理，不断连接各类杆组，得到复杂机构系统;按照串联/并联/叠加/封闭等规则组合基本机构，得到复杂机构系统。第16页/共79页简单机械的示意图 第17页/共79页复杂的机械装置/平压模切机第18页/共79页3-3 机构组成原理与机构创新设计一、机构组成原理 1 基本杆组的定义机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：自由度数自由度数=原动件数原动件数定义定义：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组。件组称为机构的基本杆组。机架机架+原动件：原动件：F=1F=1 再拆成更简单的再拆成更简单的F=0F=0

10、的杆组的杆组从动构件组：从动构件组：F=0F=0第19页/共79页对于全低副的杆组：对于全低副的杆组：n n个构件、个构件、p pl l个低副个低副 基本杆组的分类基本杆组的分类n n和和p pl l为整数为整数n=2,4,6n=2,4,6杆组应该满足的条件条件:运动副数构件数第20页/共79页 讨论各各基本杆的几种情况：(1)n n=2=2,p pl l=3=3的双杆组：又叫的双杆组：又叫级杆组级杆组 常见常见级杆组的形式有级杆组的形式有 5 5 种种(应用最广且最简单应用最广且最简单)内接副内接副 连接杆组内部构件的运动副连接杆组内部构件的运动副外接副外接副 与杆组外部构件连接的运动副与杆

11、组外部构件连接的运动副 级杆组级杆组1 1个内接副个内接副2 2个外接副个外接副第21页/共79页(2)(2)n n=4=4,p pl l=6=6的多杆组，又叫的多杆组，又叫 级杆组级杆组 特征特征:杆组中具有一个三副构件。杆组中具有一个三副构件。常见的三种形式为（含有常见的三种形式为（含有3 3个内接副个内接副）(3)(3)更高级别的杆组更高级别的杆组n4n4 已无实例了已无实例了!第四种形式称为第四种形式称为IVIV级组级组。特特征征:有有两两个个三三副副杆杆，且且4 4个个构件构成四边形结构。构件构成四边形结构。（含有含有4 4内接副内接副）第22页/共79页机构组成原理：机构组成原理：

12、任何机构都是由若干个基本杆组任何机构都是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的系统。依次连接于原动件和机架上所组成的系统。2 机构的组成原理机构基本机构基本杆组牛头刨床的组合过程牛头刨床的组合过程 第23页/共79页动画演示动画演示机构组成过程 机构创新设计应遵循的原则 利用机构组成原理进行机构创新时，在满足利用机构组成原理进行机构创新时，在满足相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副数越少越好。的级别越低、构件数和运动副数越少越好。机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构等。(级级机机构构：只只

13、由由机机架架和和原原动动件件组组成成的的机构。例：杠杆机构、斜面机构机构。例：杠杆机构、斜面机构)第24页/共79页 结构分析目的结构分析目的 3 平面机构的结构分析了解机构的组成，确定机构的级别。了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。结构分析的过程结构分析的过程拆杆组拆杆组 从离原动件最远的构件开始试拆，先拆从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II II级组，级组，若不成，再拆若不成，再拆IIIIII级组，每拆出一个杆组后，机构的剩级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直余部分仍应是一个与原

14、机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件为止。到只剩原动件为止。杆组拆分原则杆组拆分原则 机构结构分析步骤机构结构分析步骤确定机构级别确定机构级别1 1、正确计算机构的自由度；、正确计算机构的自由度；2 2、根据机构拆分原则进行拆分、根据机构拆分原则进行拆分3 3、最后定出机构的级别。、最后定出机构的级别。杆组拆分示例杆组拆分示例解：该机构无虚约束和局部自由度解：该机构无虚约束和局部自由度 F=35F=3527=1 27=1 该机构为该机构为II II级机构级机构第25页/共79页（一）II级杆组的类型级杆组结构形式级杆组结构形式二、杆组的基本类型 第26页/共79页（二）III级杆组的类型(1

15、/2)3R3R内接副类内接副类IIIIII级杆组级杆组 2RP2RP内接副类内接副类IIIIII级杆组级杆组 第27页/共79页R2PR2P内接副类内接副类IIIIII级杆组级杆组 （二）III级杆组的类型(2/2)3P3P内接副类内接副类IIIIII级杆组级杆组 第28页/共79页三、按机构组合原理进行机构创新设计三、按机构组合原理进行机构创新设计 机构组成原理机构组成原理为创新设计一系列的新机构提供为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。了明确的途径。II II级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到原动件和级杆组连接到原动件和机架上，可以组成机架上，可以组成简单机构简单机构；再把各种；

16、再把各种II II级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到简单机构的从动件上，可以组成级杆组连接到简单机构的从动件上，可以组成复杂复杂机构机构。依此类推，可以组成各种各样的、能实现不。依此类推，可以组成各种各样的、能实现不同功能目标的新机构。同功能目标的新机构。利用机构组成原理进行机构创新设计利用机构组成原理进行机构创新设计(属于机构运属于机构运动方案的创新设计范畴动方案的创新设计范畴,原动件以作定轴转动力主原动件以作定轴转动力主)，概念清，概念清楚，方法简单，可操作性好。但要真正满足功能要楚，方法简单，可操作性好。但要真正满足功能要求，还必须通过尺度综合，确定待连接杆组与基本求，还必须通过尺

17、度综合，确定待连接杆组与基本机构输出构件的连接点位置。机构输出构件的连接点位置。第29页/共79页（一）连接II级杆组1.连接RRR杆组第30页/共79页2.连接RRP型杆组3.RRR与RRP杆组的混合连接第31页/共79页（二）连接III级杆组 图示机构为原动件和机架连接图示机构为原动件和机架连接3R3R3R3R和和3R2RP3R2RP型型IIIIII级杆组组成机构的示意图。级杆组组成机构的示意图。第32页/共79页四、利用机构组合原理进行机构创新设计的基本思四、利用机构组合原理进行机构创新设计的基本思四、利用机构组合原理进行机构创新设计的基本思四、利用机构组合原理进行机构创新设计的基本思路

18、路路路 利用机构组合原理进行机构创新设计可遵循下列原则。利用机构组合原理进行机构创新设计可遵循下列原则。1.II1.II级机构的综合方法、分析方法已经成熟，可优先考虑级机构的综合方法、分析方法已经成熟，可优先考虑IIII级杆组进行机构的组合级杆组进行机构的组合设计。设计。2.2.掌握掌握IIII级杆组的级杆组的6 6种基本形式，学会种基本形式，学会IIII级杆组的变异设计。级杆组的变异设计。3.II3.II级杆组的一个外接副连接活动构件，另一个外接副连接机架。级杆组的一个外接副连接活动构件，另一个外接副连接机架。4.4.根据机构输出运动的方式选择杆组类型。输出运动为转动或摆动时，可优先选根据机

19、构输出运动的方式选择杆组类型。输出运动为转动或摆动时，可优先选择带有两个转动副的杆组，如择带有两个转动副的杆组，如RRRRRR、RPRRPR、PRRPRR等杆组；输出运动为移动时，可等杆组；输出运动为移动时，可优先选择带有移动副的杆组。优先选择带有移动副的杆组。第33页/共79页5.连接杆组法只能实现机构运动方案的创新设计，实现具体的机构功能要求还需进行机构的尺度综合。综合过程与杆组的连接位置的确定有时需要反复进行，才能得到满意的设计结果。6.连接杆组法也适合齿轮、凸轮等其它机构的组合设计。合理选择齿数合理选择齿数z z1 1、z z2 2，可生成任意行星曲线。本例中的行星，可生成任意行星曲线

20、。本例中的行星曲线为三段近似圆弧，连接一曲线为三段近似圆弧，连接一RRPRRP杆组，可得到滑块具有三杆组，可得到滑块具有三个停顿位置的输出运动。个停顿位置的输出运动。行星轮系行星轮系RRPRRP杆组杆组+第34页/共79页3-4 机构的串联组合与创新设计 一、机构的串联组合方法一、机构的串联组合方法1.基本概念 前一个机构(称为前置机构)的输出构件与后一个机构(称为后置机构)的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。特征:前置机构和后置机构都是单自由度机构。2.分类机构机构1 1机构机构2 2前置机构前置机构后置机构后置机构机构机构1 1机构机构2 2前置机构前置机构后置机构后置机构(a)I(

21、a)I型串联型串联 (b)II(b)II型串联型串联 机构的串联组合框图机构的串联组合框图串联串联 在简单运动构件上在简单运动构件上串联串联 在平面运动构件上在平面运动构件上第35页/共79页3.组合示例组合示例满足满足OO1 1OO2 2=ABAB=CDCD 铰链四杆机构铰链四杆机构ABCDABCD滑块机构滑块机构DEFDEF前置机构前置机构后置机构后置机构1 13 3v v5 51 12 23 34 45 56 61 1平行四边形机平行四边形机构构ABCDABCD齿轮机构齿轮机构 z z1 1、z z2 2前置机构前置机构后置机构后置机构1 1v v2 21 11 11 12 23 34

22、45 5第36页/共79页二、串联组合的基本思路二、串联组合的基本思路1 1、I I型串联型串联 连杆机构连杆机构连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构槽轮机构槽轮机构棘轮机构棘轮机构不改变传动角的情况下实现增程增力不改变传动角的情况下实现增程增力变速凸轮、移动凸轮变速凸轮、移动凸轮获得大行程摆动或移动获得大行程摆动或移动/增减速增减速减小槽轮速度波动减小槽轮速度波动拨动棘轮机构运动拨动棘轮机构运动凸轮机构凸轮机构连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构槽轮机构槽轮机构运用前置凸轮从动件的任意运用前置凸轮从动件的任意运动规律，改善后置机构的运动规律，改善后置机构的运动特性或通

23、过后置机构增运动特性或通过后置机构增大运动行程大运动行程可以演化为固定可以演化为固定凸轮的凸轮机构凸轮的凸轮机构第37页/共79页齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构槽轮机构槽轮机构棘轮机构棘轮机构2 2、II II型串联型串联 II II型串联机构一般利用连型串联机构一般利用连杆机构中的连杆或周转轮系杆机构中的连杆或周转轮系中的行星齿轮作为前置机构中的行星齿轮作为前置机构的输出构件，利用联接处的的输出构件，利用联接处的特殊轨迹，使输出件实现所特殊轨迹，使输出件实现所需要的运动规律。需要的运动规律。自动上料机自动上料机第38页/共79页1.实现后置机构的速度变换 实

24、现连杆机构实现连杆机构/凸轮机构等后置机构速度变换的串联组合示意凸轮机构等后置机构速度变换的串联组合示意图图工程中应用的原动机大都采用输出转速较高的电动机或内燃机。为满足后置机构低速或变速的工作要求，前置机构常采用各种齿轮机构、齿轮机构与V带传动或链传动机构。其中齿轮机构已经标准化、系列化，是应用最为广泛的实现速度变换的前置机构。第39页/共79页2.实现后置机构的运动变换实现后置机构的运动变换改变后置机构运动规律的组合示意图单一机构的运动规律受到机构类型的限制，如曲柄滑块机构的滑块或曲柄摇杆机构的摇杆很难获得等速运动。串联一个前置连杆机构，并通过适当的尺度综合，可使后置连杆机构获得预期的运动

25、规律。第40页/共79页在满足运动要求的前提下，运动链尽量在满足运动要求的前提下，运动链尽量短短 串联组合系统的总机械效率等于各机构的机械效率连乘积，运动链过长会降低系统的机械效率，同时也会导致传动误差的增大。在进行机构的串联组合时应力求运动链最短。注意：第41页/共79页3-5 机构的并联组合与创新设计一、机构的并联组合方法一、机构的并联组合方法1.基本概念 若干个单自由度的基本机构的输入若干个单自由度的基本机构的输入(或输出或输出)构件连接在一起，保留各自的输出构件连接在一起，保留各自的输出(或输入或输入)运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接，称为并行连接。运动；或有共同的输入构件与输

26、出构件的连接，称为并行连接。特征特征：各基本机构均是单自由度机构。：各基本机构均是单自由度机构。2.分类机构机构1 1机构机构i i机构机构1 1机构机构i i机构机构1 1机构机构i i(a)I(a)I型并联型并联 (b)II(b)II型并联型并联 (c)III(c)III型并联型并联 (并行联接并行联接)机构并联组合框图机构并联组合框图 第42页/共79页 3.组合示例组合示例两曲柄摇杆机构的并联组合两曲柄摇杆机构的并联组合 两曲柄滑块机构的并联组合两曲柄滑块机构的并联组合I I型型并并联联组组合合机机构构可可实实现现机机构构的的惯惯性性力力完完全全平平衡或部分平衡，还可实现运动的分流。衡

27、或部分平衡，还可实现运动的分流。I型并联组合机构第43页/共79页II型并联组合机构型型并并联联组组合合机机构构可可实实现现运运动动的的合合成成，这这类类组合方法是设计多缸发动机的理论依据。组合方法是设计多缸发动机的理论依据。四个主动滑块的移动共同驱动一个曲柄的输出四个主动滑块的移动共同驱动一个曲柄的输出第44页/共79页图示压床机构为III型并联组合机构。图中，共同的输入构件为以O为圆心的小带轮，共同的输出构件为滑块KF。III型并联组合机构IIIIII型并联组合机构常应用在压力机中。型并联组合机构常应用在压力机中。第45页/共79页二、并联组合的基本思路二、并联组合的基本思路1.对称并联相

28、同机构，实现机构的平衡 通过对称并联同类机构，可以实现机构惯性力的部分平衡与完全平衡。利用I型并联组合可实现此类目的。2.实现运动的分解与合成I I型型并并联联组组合合可可以以实实现现运运动动的的分分解解，II II型型并并联联组组合合可以实现运动的合成。可以实现运动的合成。第46页/共79页3.改善机构受力状态(1/2)IIIIII型并联组合机构可使机构的受力状况大大改善，因而在冲床、压床机构中得到型并联组合机构可使机构的受力状况大大改善，因而在冲床、压床机构中得到广泛的应用。广泛的应用。曲曲柄柄驱驱动动两两套套相相同同的的串串联联机机构构，再再通通过过滑滑块块输输出出动动力力，不不但但减减

29、小小了了边边路路机机构构的的受受力力，而而且且使使滑滑块块受受力均衡。力均衡。第47页/共79页3.改善机构受力状态(2/2)将三组图将三组图3-34b3-34b所示的平动齿轮机构并联组合后，可得到图所示的平动齿轮机构并联组合后，可得到图3-403-40所示的三环减速器机所示的三环减速器机构。三个平动齿轮共同驱动一个外齿轮减速输出，不但增加了运动平稳性，而且改构。三个平动齿轮共同驱动一个外齿轮减速输出，不但增加了运动平稳性，而且改善了传力性能。善了传力性能。平动齿轮机构平动齿轮机构4.不同类机构也可以并联组合不同类机构也可以并联组合 这为并联组合的设计提供了广泛的应用前景。这为并联组合的设计提

30、供了广泛的应用前景。这为并联组合的设计提供了广泛的应用前景。这为并联组合的设计提供了广泛的应用前景。第48页/共79页3-6 机构的叠加组合与创新设计一、一、机构的叠加组合方法机构的叠加组合方法1.基本概念 机构叠加组合是指在一个机构的可动构件上再安装一个以上机构的组合方式。机构叠加组合是指在一个机构的可动构件上再安装一个以上机构的组合方式。其中，支撑其它机构的机构称为其中，支撑其它机构的机构称为基础机构基础机构，安装在基础机构可动构件上面的机，安装在基础机构可动构件上面的机构称为构称为附加机构附加机构。机构的叠加组合(运动独立式)是机构组合理论的重要组成部分，是机构创新设计的重要途径。第49

31、页/共79页2.分类附加机构附加机构基础机构基础机构附加机构附加机构基础机构基础机构(a)I型叠加机构 (b)II型叠加机构 机构的叠加组合此组合中，驱动力作用在附加机构此组合中，驱动力作用在附加机构上上(或者说主动机构为附加机构或者说主动机构为附加机构/或由附加或由附加机构输入运动机构输入运动)。附加机构在驱动基础机。附加机构在驱动基础机构运动的同时，也可以有自己的运动输构运动的同时，也可以有自己的运动输出。附加机构安装在基础机构的可动构出。附加机构安装在基础机构的可动构件上，同时附加机构的输出构件驱动基件上，同时附加机构的输出构件驱动基础机构的某个构件。础机构的某个构件。此组合中，附加机构

32、和基础机构分此组合中，附加机构和基础机构分别有各自的动力源别有各自的动力源(或有各自的运动输入或有各自的运动输入构件构件)，最后由附加机构输出运动。，最后由附加机构输出运动。特点特点:附加机构安装在基础机构的可附加机构安装在基础机构的可动构件上，再由设置在基础机构可动构动构件上，再由设置在基础机构可动构件上的动力源驱动附加机构运动。进行件上的动力源驱动附加机构运动。进行多次叠加时，前一个机构即为后一个机多次叠加时，前一个机构即为后一个机构的基础机构。构的基础机构。第50页/共79页3.组合示例组合示例(I型型)蜗杆传动机构安装在行星轮系机蜗杆传动机构安装在行星轮系机构的系杆构的系杆H H上，由

33、蜗轮给行星轮提上，由蜗轮给行星轮提供输入运动，带动系杆缓慢转动。供输入运动，带动系杆缓慢转动。附加机构驱动扇叶转动，并通过附加机构驱动扇叶转动，并通过基础机构的运动实现附加机构基础机构的运动实现附加机构360360全方位慢速转动。全方位慢速转动。I I型叠加机构型叠加机构 附加机构附加机构基础机构基础机构蜗杆传动机构蜗杆传动机构行星轮系机构行星轮系机构轮系系杆上叠加蜗杆机构轮系系杆上叠加蜗杆机构该该机机构构可可设设计计出出理理想想的的电电风风扇扇，扇扇叶叶转转数数可可通通过过电电动动机机调调速速调调整整。附附加加机机构构的的机机架架(基基础础机机构构的的系系杆杆)转转动动速速度为度为调整齿轮的

34、齿数可改变附加机构机架的转数。调整齿轮的齿数可改变附加机构机架的转数。n n1 1:电动机转数电动机转数 n nH H:系杆转数系杆转数第51页/共79页3.组合示例组合示例(I型型)附加机构附加机构基础机构基础机构齿轮机构齿轮机构连杆机构连杆机构附加机构附加机构基础机构基础机构齿轮机构齿轮机构齿轮机构齿轮机构常用电风扇常用电风扇的机构简图的机构简图双重轮系机构双重轮系机构附加机构:齿轮l/2/3/系杆h组成的轮系。基础机构:齿轮4/5/系杆H组成的行星轮系。附加机构的系杆h与基础机构的齿轮4连接，实现附加机构向基础机构的运动传递。第52页/共79页户外摄影车机构户外摄影车机构3.组合示例组合

35、示例(II型型)机械手机构机械手机构附加机构附加机构基础机构基础机构ABABCDCDCDCDEFEF缸缸1 1缸缸2 2ADAD第53页/共79页 二、二、机构叠加组合的关键问题机构叠加组合的关键问题 1.确定附加机构与基础机构之间的运动传递，或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。2.动力源安装位置。3.连接方式型：动力源在基础机构的可动构件上，驱动附加机构一可动构件，按附加机构数量依次连接即可。型叠加机构间的连接方式较为简单，且规律性强，应用最为普遍。第54页/共79页型:较复杂，但有规可循。如齿轮(附加)+连杆(基础)时，连接点:在输出齿轮和输入连杆上。如齿轮(附加)+行星轮系

36、(基础)时，可把附加机构安置在基础轮系机构的系杆上，附加机构的齿轮或系杆与基础机构的齿轮连接即可。机构叠加组合成的新机构具有很多优点，可实现复杂的运动要求，机构的传力性能较好，减小了传动功率，但设计构思难度较大。叠加组合方法为创建叠加机构提供了理论基础。第55页/共79页3-7 机构的封闭组合与创新设计一、机构的封闭组合方法一、机构的封闭组合方法1.基本概念 一个两自由度机构中的两个输入构件一个两自由度机构中的两个输入构件(或两个输出构件或一个输入一个输出构件或两个输出构件或一个输入一个输出构件)用单自由度的机构连接起来，形成一个单自由度的机构系统，称为封闭式连接。用单自由度的机构连接起来，形

37、成一个单自由度的机构系统，称为封闭式连接。特征特征:基础机构基础机构为为二二自由度机构，附加机构为单自由度机构。自由度机构，附加机构为单自由度机构。两自由度的基础机构共有两自由度的基础机构共有3 3个运动个运动(2(2输入输入1 1输出输出)。当附。当附加机构连接了二自由度基础机构中两构件的运动后，限加机构连接了二自由度基础机构中两构件的运动后，限制了被连接构件的制了被连接构件的1 1个独立运动，使组合机构系统的自个独立运动，使组合机构系统的自由度减少由度减少1 1个。因此，封闭组合机构的自由度为个。因此，封闭组合机构的自由度为1 1。设计。设计时，不能分别单独设计基础机构和附加机构，必须把基

38、时，不能分别单独设计基础机构和附加机构，必须把基础机构和附加机构看作一个整体考虑其设计方法。础机构和附加机构看作一个整体考虑其设计方法。第56页/共79页2.分类分类 基础机构和附加机构的种类不同，所得到的组合基础机构和附加机构的种类不同，所得到的组合机构不同，其设计方法也有所不同。机构不同，其设计方法也有所不同。根据封闭式机根据封闭式机构输入与输出特性的不同，共有构输入与输出特性的不同，共有3 3种封闭组合方法。种封闭组合方法。附加附加 机构机构 基础基础机构机构 附加机构附加机构基础基础机构机构附加机构附加机构附加机构附加机构基础机构基础机构单自由度单自由度2 2自由度自由度IIIIII型

39、封闭组合机构型封闭组合机构 (1(1个单自由度附加个单自由度附加机构封闭基础机构机构封闭基础机构的的I/OI/O各各1 1个个)型封闭组合机构型封闭组合机构 (1(1个单自由度附加个单自由度附加机构封闭基础机构的机构封闭基础机构的两个两个IorO)IorO)II II型封闭组合机构型封闭组合机构 (2(2个单自由度附加个单自由度附加机构封闭基础机构机构封闭基础机构的两个的两个IorO)IorO)第57页/共79页3.封闭组合示例封闭组合示例(a)差动轮系(b)I型封闭机构(c)III型封闭组合机构2 2自由度差动轮系自由度差动轮系给定任何两个输入给定任何两个输入运动运动 (如齿轮如齿轮1 1、

40、3)3)可实现系杆的预期可实现系杆的预期输出运动。输出运动。在齿轮在齿轮1 1、3 3间组合附加间组合附加定轴轮系定轴轮系(齿轮齿轮4/5/64/5/6组组成成)后，可获得后，可获得型封闭型封闭组合机构。调整定轴轮组合机构。调整定轴轮系传动比，可得任意预系传动比，可得任意预期系杆转数。期系杆转数。把系杆把系杆H H的输出运动的输出运动通过定轴轮系通过定轴轮系(齿轮齿轮4/5/6)4/5/6)反馈到输入构反馈到输入构件件(齿轮齿轮3)3)后，可到后，可到型封闭组合机构。型封闭组合机构。第58页/共79页差动轮系差动轮系(由齿轮由齿轮1/2/3/1/2/3/系杆系杆H H组成组成)为基础机构，差动

41、轮系为基础机构，差动轮系的系杆和齿轮的系杆和齿轮1 1经连杆机构经连杆机构ABCDABCD和齿轮机构和齿轮机构z z1 1、z z4 4封闭，封闭，四杆机构和定轴齿轮机构组成四杆机构和定轴齿轮机构组成两个附加机构，形成两个附加机构，形成型齿轮型齿轮连杆封闭组合机构。连杆封闭组合机构。2 2自由度五杆机构自由度五杆机构OABCDOABCD为基础机构，凸轮机构为为基础机构，凸轮机构为封闭机构。五杆机构的两封闭机构。五杆机构的两个连架杆分别与凸轮和推个连架杆分别与凸轮和推杆固接，形成杆固接，形成型凸轮连型凸轮连杆封闭组合机构。杆封闭组合机构。第59页/共79页凸轮机构封闭了凸轮机构封闭了2 2自由度

42、蜗杆机构的自由度蜗杆机构的蜗轮转动蜗轮转动(基础机构基础机构的输出运动的输出运动)和蜗杆和蜗杆的移动的移动(基础机构的基础机构的一个输入运动一个输入运动)，是，是典型的典型的IIIIII型封闭组型封闭组合机构。合机构。IIIIII型封闭组合机构型封闭组合机构注意注意：机构的封闭式组合将产生组合机构，组合：机构的封闭式组合将产生组合机构，组合机构可实现优良的运动特性，但是有时会产生机机构可实现优良的运动特性，但是有时会产生机构内部的封闭功率流，降低了机械效率。所以，构内部的封闭功率流，降低了机械效率。所以，传力封闭组合机构要进行封闭功率的判别。传力封闭组合机构要进行封闭功率的判别。第60页/共7

43、9页 二、二、封闭组合的基本思路封闭组合的基本思路 1.1.任意两个自由度的机构均可作为基础机构，而单自由度的机构则可作为附加任意两个自由度的机构均可作为基础机构，而单自由度的机构则可作为附加封闭机构。封闭机构。常见的基础机构主要有五杆机构和差动轮系机构，附常见的基础机构主要有五杆机构和差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，加封闭机构可以是齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构作为封闭机构。如基础机构为有时也用间歇运动机构作为封闭机构。如基础机构为连杆机构，封闭机构可为连杆机构、齿轮机构、凸轮连杆机构，封闭机构可为连杆机构、齿轮机构、凸轮机构和间歇运动机构等

44、，这时可组成连杆机构和间歇运动机构等，这时可组成连杆-连杆组合机连杆组合机构、连杆构、连杆-齿轮组合机构、连杆齿轮组合机构、连杆-凸轮组合机构、连杆凸轮组合机构、连杆-槽轮组合机构等。槽轮组合机构等。2.2.附加封闭机构封闭基础机构的两个输入运动或两个输出运动简便易行，应用附加封闭机构封闭基础机构的两个输入运动或两个输出运动简便易行，应用最为广泛。最为广泛。3.3.附加封闭机构封闭基础机构的一个输入构件和一个输出构件，把输出运动再附加封闭机构封闭基础机构的一个输入构件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输入构件。反馈回输入构件。第61页/共79页组合机构与机构组合 叠加杆组法、串联机构法、并联机

45、构法和叠加机构法形成的机构系统是机构的组合系统，在该系统中，各基本机构均保持原有特性，其分析与综合方法也与原基本机构相同。机构的封闭式组合将导致形成组合机构。组合机构中的各基本机构不能单独进行分析与综合，必须在一个整体机构系统的环境中考虑基本机构的分析与综合。这是组合机构与机构组合的不同点。第62页/共79页3-8 其它类型的机构组合与创新设计一、机构的混合组合方法一、机构的混合组合方法 牛头刨床机构牛头刨床机构 可看作齿轮机构与导可看作齿轮机构与导杆机构串联后，再连接杆机构串联后，再连接级杆组级杆组DEDE。冲冲(压压)床机构床机构带传动机构、齿轮机构和连带传动机构、齿轮机构和连杆机构串联后

46、，再连接杆机构串联后，再连接级级杆组杆组CECE组成的机构系统。组成的机构系统。第63页/共79页二、附加约束组合法二、附加约束组合法 附加约束组合法是指在多自由度机构中，人为地增加约束条件(工程中的附加约束一般采用具有复杂曲线结构的高副)，从而达到机构创新设计的目的。五杆机构五杆机构ABCDEABCDE为一为一2 2自由度机构，用一个凸轮高自由度机构，用一个凸轮高副副(凸轮固定凸轮固定)约束约束C C点的运动。改变凸轮的轮廓线形状，点的运动。改变凸轮的轮廓线形状，可实现滑块的预期运动。可实现滑块的预期运动。凸轮凸轮-连杆组合机构连杆组合机构 广泛应用于纺广泛应用于纺织和印刷机械中织和印刷机械

47、中第64页/共79页例题 1 试对下图所示的双曲柄槽轮机构进行分析。原因是主动拨盘一般作匀速转动，并且回转半径不变。当运动传递给槽轮时，由于主原因是主动拨盘一般作匀速转动，并且回转半径不变。当运动传递给槽轮时，由于主动拨盘的滚销在槽轮的传动槽内沿径向相对滚移，致使槽轮受力作用点也沿径向发生变化。动拨盘的滚销在槽轮的传动槽内沿径向相对滚移，致使槽轮受力作用点也沿径向发生变化。若滚销以不变的圆周速度传递运动时，导致槽轮在一次转位过程中，角速度由小变大，又若滚销以不变的圆周速度传递运动时，导致槽轮在一次转位过程中，角速度由小变大，又由大变小。由大变小。图例中，采用双曲柄机构与槽轮机构的串联式组合方式

48、。槽轮机构的主动拨盘固接在图例中，采用双曲柄机构与槽轮机构的串联式组合方式。槽轮机构的主动拨盘固接在双曲柄机构双曲柄机构ABCDABCD的从动曲柄上，从动曲柄上的从动曲柄上，从动曲柄上E E点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，使槽轮能近似等速转位使槽轮能近似等速转位 。解解:串联串联(双曲柄双曲柄+槽轮机构槽轮机构)槽轮机构常用于转位和分槽轮机构常用于转位和分度的机械装置中，但它的运度的机械装置中，但它的运动和动力特性不太理想，尤动和动力特性不太理想，尤其在槽数较少的外槽轮机构其在槽数较少的外槽轮机构中，其角速度和角加速度的中，其角速度和角加速度的波动均达到

49、很大数值，造成波动均达到很大数值，造成工作台转位不稳定。工作台转位不稳定。第65页/共79页双曲柄槽轮机构与普通槽轮机构的角速度曲线双曲柄槽轮机构与普通槽轮机构的角速度曲线:槽轮动程时的转角槽轮动程时的转角 i i:从动槽轮与其主动构件的角度比从动槽轮与其主动构件的角度比 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66页/共79页 类似改变槽轮运动和动力特性的机构串联组合形式还有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，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

50、轮机构的串联等以及双槽轮机构的串联等 1 1曲柄曲柄 2 2导杆导杆 3 3主动拨主动拨盘盘 4 4拨销拨销 5 5槽轮槽轮凸轮槽轮机构凸轮槽轮机构 1 1主动拨盘主动拨盘 2 2槽轮槽轮 3 3固定凸轮固定凸轮 4 4弹簧弹簧 A A拨销拨销 转动导杆槽轮机构转动导杆槽轮机构 1 1主动椭圆齿轮主动椭圆齿轮 2 2带有转臂带有转臂的椭圆齿轮的椭圆齿轮 3 3槽轮槽轮 A A拨销拨销 1 1主动拨盘主动拨盘(前置槽轮机构前置槽轮机构)2 2前前置槽轮置槽轮 3 3后置槽轮后置槽轮 A/BA/B拨销拨销椭圆凸轮槽轮机构椭圆凸轮槽轮机构双槽轮机构的串联双槽轮机构的串联第67页/共79页2 试对图示