材料加工新技术与新工艺第6章机构创新设计.pptx

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1、 机械创新设计机械创新设计机械工程与自动化学院机械设计系机械工程与自动化学院机械设计系第六章第六章 机构创新设计机构创新设计 一个好的机械原理方案能否实现，机构设计一个好的机械原理方案能否实现，机构设计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的环节，是机构形式的设计。环节，是机构形式的设计。6.0 6.0 引言引言 常用机构形式的设计方法有两大类，即常用机构形式的设计方法有两大类，即机构机构的选型的选型和和机构的构型机构的构型。1 1、机构尽可能简单机构尽可能简单6.1 6.1 机构形式设计的原则机构形式设计的原则2 2、尽量缩小机构尺寸、尽量缩小机构尺寸

2、3 3、应使机构具有较好的动力学特性、应使机构具有较好的动力学特性在进行机构形式设计时，除满足基本的运动在进行机构形式设计时，除满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下几项原则几项原则 优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本。以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单 可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差。积误差。运动链简短也有利于提高机构的刚

3、度，减少产生运动链简短也有利于提高机构的刚度，减少产生振动的环节。振动的环节。1 1机构运动链尽量简短机构运动链尽量简短 在机构选型时，有时宁可采用有较小设计误差的在机构选型时，有时宁可采用有较小设计误差的简单近似机构，而不采用理论上无误差但结构复杂简单近似机构，而不采用理论上无误差但结构复杂的机构。的机构。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单1 1机构运动链尽量简短机构运动链尽量简短 为为E E点有近似直线轨点有近似直线轨迹的四杆机构迹的四杆机构 E E点有精确直线轨迹点有精确直线轨迹的八杆机构。的八杆机构。在基本机构中，高副机构只有在基本机构中，高副机构只有3 3个构件和个

4、构件和3 3个运个运动副，低副机构则至少有动副，低副机构则至少有4 4个构件和个构件和4 4个运动副。因个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方面考虑，应优先采用高副机构。面考虑，应优先采用高副机构。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单 低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构。采用低副机构。2 2适当选择运动副适当选择运动副 在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少在一般情况下

5、，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副。采用移动副。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单 采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构。高副机构。2 2适当选择运动副适当选择运动副 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。仅局限于选择传统的电动机驱动形式。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单3 3适当选择原动机适当选择原动机气压或液压缸作为原动机，可省去一些减速传动机构和运气压或液压缸作为原动机，可省去一些减速传动机构和运动变换机构，缩

6、短运动链，简化结构，且具有传动平稳。动变换机构，缩短运动链，简化结构，且具有传动平稳。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单3 3适当选择原动机适当选择原动机 不要仅限于刚性机构，还可选用柔性机构，以不要仅限于刚性机构，还可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理工作的广义机构，许多场合可使机构更加简单、实工作的广义机构，许多场合可使机构更加简单、实用。用。6.1.1 6.1.1 机构尽可能简单机构尽可能简单4 4选用广义机构选用广义机构6.1.2 6.1.2 尽量缩小机构尺寸尽量缩小机构尺寸 机械的尺寸和重量随所选

7、用的机构类型不同而有机械的尺寸和重量随所选用的机构类型不同而有很大差别。很大差别。小齿轮小齿轮3 3的节圆与活动齿条在的节圆与活动齿条在E E点相切作纯滚动，而与点相切作纯滚动，而与固定齿条相切在固定齿条相切在D D点，且为绝对瞬心。因此，活动齿条上点，且为绝对瞬心。因此，活动齿条上E E点的位移是点的位移是C C点位移的点位移的2 2倍，是曲柄长的倍，是曲柄长的4 4倍。显然在输出倍。显然在输出位移相同的前提下，其曲柄比一般对心曲柄滑块机构的曲位移相同的前提下，其曲柄比一般对心曲柄滑块机构的曲柄长可缩小一半。柄长可缩小一半。6.1.2 6.1.2 尽量缩小机构尺寸尽量缩小机构尺寸 圆柱凸轮机

8、构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件行圆柱凸轮机构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件行程较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠程较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠杆原理相应缩小。杆原理相应缩小。凸轮凸轮-连杆机构中，利用一个输出端半径连杆机构中，利用一个输出端半径r2 r2大于输入端半大于输入端半径径r1 r1的摇杆的摇杆BACBAC，使，使C C点的位移大于点的位移大于B B点的位移，从而可在点的位移，从而可在凸轮尺寸较小的情况下，使滑块获得较大行程。凸轮尺寸较小的情况下，使滑块获得较大行程。1 1采用传动角较大的机构采用传动角较大的机构6.1.3 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性应

9、使机构具有较好的动力学特性 机构在机械系统中不仅传递运动，而且还要起机构在机械系统中不仅传递运动，而且还要起到传递和承受力到传递和承受力(或力矩或力矩)的作用，因此要选择有较的作用，因此要选择有较好的动力学特性的机构。好的动力学特性的机构。要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传力效益，减少功耗。的传力效益，减少功耗。如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，摆动导杆机构最为理想。摆动导杆机构最为理想。从减小运动副摩擦，则尽可能采用全由转动副从减小运动副摩擦，则尽可能采用全由转动副组成的连杆机构。组成的连杆机

10、构。2 2采用增力机构采用增力机构6.1.3 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性应使机构具有较好的动力学特性 对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构，应采用很大的机构，应采用“增力增力”的方法。的方法。F F1212仅为仅为F F 的的7 7左右。左右。3 3采用对称布置的机构采用对称布置的机构6.1.3 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性应使机构具有较好的动力学特性 对于高速运转的机构，其作往复运动和平面一对于高速运转的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力

11、和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性。对称性。对称布置的连杆机构对称布置的连杆机构6 62 2 机构的选型机构的选型 是指利用发散思维的方法，将前人创造发明出是指利用发散思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，然后根据原理方案确定的执行构件所需要的运动特然后根据原理方案确定的执行构件所需要的运动特性或实现功能进行搜索、选择、比较和评价，选出性或实现功能进行搜索、选择、比较和评价，选出合适的机构形式。合适的机构形式。机械系统中，电动机输出轴的运动为转动，经机械

12、系统中，电动机输出轴的运动为转动，经过速度变换后，执行机构的原动件的运动形式亦为过速度变换后，执行机构的原动件的运动形式亦为转动时，而完成各分功能的执行构件的运动形式却转动时，而完成各分功能的执行构件的运动形式却是各种各样的。是各种各样的。6 62 21 1 按运动形式要求选择机构按运动形式要求选择机构 机构选型一般先按执行构件的运动形式要求选机构选型一般先按执行构件的运动形式要求选择机构，同时还应考虑机构的功能特点和原动机的择机构，同时还应考虑机构的功能特点和原动机的形式。形式。6 62 21 1 按运动形式要求选择机构按运动形式要求选择机构 满足同一运动形式或功能要求的机构方案有很多，满足

13、同一运动形式或功能要求的机构方案有很多，对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等方面进行综合评价。方面进行综合评价。6 62 22 2 机构方案的评价机构方案的评价1 1评价指标和评价体系评价指标和评价体系 所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询，所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询，确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务，确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务，应根据具体情况，拟定不同的评价体系。应根据具体情况，拟定不同的评价体系。6 62 22 2 机构方案的评价机构方案的评价1 1评价指标和评价体系评价指标和评价体系 只有

14、建立科学的评价体系，才可以避免个人决只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质量和效率。量和效率。连杆机构、凸轮机构、齿轮机构三种机构是最常用的机构连杆机构、凸轮机构、齿轮机构三种机构是最常用的机构6 62 22 2 机构方案的评价机构方案的评价2 2典型机构的评价典型机构的评价6 63 3 机构的构型机构的构型 机构创新构型的基本思路是：以通过选型初步机构创新构型的基本思路是：以通过选型初步确定的机构方案为雏型，通过组合、变异、再生等确定的机构方案为雏型，通过组合、变异、再生等方法进行突破，获得新的机构。方

15、法进行突破，获得新的机构。连杆机构难以实现一些特殊的运动规律；连杆机构难以实现一些特殊的运动规律；凸轮机构虽然可以实现任意运动规律，但行程不可调；凸轮机构虽然可以实现任意运动规律，但行程不可调；齿轮机构虽然具有良好的运动和动力特性，但运动形齿轮机构虽然具有良好的运动和动力特性，但运动形式简单；式简单；棘轮机构、槽轮机构等间歇运动机构的运动和动力特棘轮机构、槽轮机构等间歇运动机构的运动和动力特性均不理想，具有不可避免的速度、加速度波动，以及冲性均不理想，具有不可避免的速度、加速度波动，以及冲击和振动击和振动6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构 随着生产的发展，以及机械

16、化、自动化程度的提高，随着生产的发展，以及机械化、自动化程度的提高，对其运动规律和动力特性都提出了更高的要求。简单的齿对其运动规律和动力特性都提出了更高的要求。简单的齿轮、连杆和凸轮等机构往往不能满足上述要求。轮、连杆和凸轮等机构往往不能满足上述要求。随着计算机和现代设计方法的发展，极大地推随着计算机和现代设计方法的发展，极大地推动了组合机构的研究发展，目前许多场合都采用了动了组合机构的研究发展，目前许多场合都采用了它，尤其在各种自动机器和自动生产线上得到广泛它，尤其在各种自动机器和自动生产线上得到广泛应用。应用。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构 组合机构的类型

17、很多，每种组合机构具有各自组合机构的类型很多，每种组合机构具有各自特有的型组合、尺寸综合及分析设计方法。组合机特有的型组合、尺寸综合及分析设计方法。组合机构结构比较复杂，设计计算繁复，研究起来比较困构结构比较复杂，设计计算繁复，研究起来比较困难。难。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构1 1齿轮齿轮连杆机构连杆机构 1)1)实现间歇传送运动实现间歇传送运动 该机构常用于自动机的物料间歇送进该机构常用于自动机的物料间歇送进6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构1 1齿轮齿轮连杆机构连杆机构 2)2)实现大摆角、大行程的往复运动实现大摆角、大行

18、程的往复运动 设计曲柄摇杆机构时，因许用传动角的关系，摇杆的摆设计曲柄摇杆机构时，因许用传动角的关系，摇杆的摆角常受到限制。图所示的曲柄摇杆机构和齿轮机构构成的角常受到限制。图所示的曲柄摇杆机构和齿轮机构构成的组合机构，则可增大从动件的输出摆角。组合机构，则可增大从动件的输出摆角。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构1 1齿轮齿轮连杆机构连杆机构 2)2)实现大摆角、大行程的往复运动实现大摆角、大行程的往复运动 图所示图所示 飞机上使用的高度表。飞机上使用的高度表。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构1 1齿轮齿轮连杆机构连杆机构 3)3

19、)较精确地实现给定的运动轨迹较精确地实现给定的运动轨迹振摆式轧钢机轧辊驱动装置中使用的齿轮振摆式轧钢机轧辊驱动装置中使用的齿轮连杆组合机构连杆组合机构 调节两曲柄调节两曲柄ABAB和和BEBE的相位角，的相位角，可方便地改变可方便地改变M M点的轨迹，以满点的轨迹，以满足轧制生产中的足轧制生产中的不同工艺要求。不同工艺要求。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构2 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构 凸轮凸轮连杆机构较齿轮连杆机构较齿轮连杆机构更能精确实连杆机构更能精确实现给定的复杂运动规律和轨迹。凸轮机构虽也可实现给定的复杂运动规律和轨迹。凸轮机构虽也可实现任意的给定运动规

20、律的往复运动，但在从动件作现任意的给定运动规律的往复运动，但在从动件作往复摆动时。受压力角的限制，其摆角不能太大。往复摆动时。受压力角的限制，其摆角不能太大。将简单的连杆机构与凸轮机构组合起来，可以克服将简单的连杆机构与凸轮机构组合起来，可以克服上述缺点，达到很好的效果。上述缺点，达到很好的效果。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构2 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构 当递纸吸嘴开始向当递纸吸嘴开始向前递纸时，摆杆前递纸时，摆杆3 3上上的滚子与凸轮小面的滚子与凸轮小面接触接触,齐纸块齐纸块5 5绕绕0 01 1点点逆时针方向摆动让逆时针方向摆动让纸。纸。当递纸吸嘴放下纸

21、当递纸吸嘴放下纸张，张，摆杆摆杆3 3顺时针方顺时针方向摆动，向摆动，齐纸块齐纸块5 5顺顺时针方向摆动靠向时针方向摆动靠向纸堆，把纸张理齐。纸堆，把纸张理齐。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构2 2凸轮凸轮连杆机构连杆机构 机构尺寸满足条件：机构尺寸满足条件：ED=FCED=FC和和KE=KFKE=KF。凸。凸轮轮1 1转动时，通过构转动时，通过构件件2 2、5 5和和6 6，使剪刀，使剪刀打开和关闭。打开和关闭。糖果包装机剪切机构糖果包装机剪切机构6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构3 3齿轮齿轮凸轮机构凸轮机构 齿轮齿轮凸轮机构常

22、以自由度为凸轮机构常以自由度为2 2的差动轮系为基的差动轮系为基础机构，并用凸轮机构为附加机构。后者使差动轮础机构，并用凸轮机构为附加机构。后者使差动轮系中的两构件有一定的运动联系，约束掉一个自由系中的两构件有一定的运动联系，约束掉一个自由度，组成自由度为度，组成自由度为1 1 的封闭式组合机构。的封闭式组合机构。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构3 3齿轮齿轮凸轮机构凸轮机构1)1)实现给定运动规律的变速回转运动实现给定运动规律的变速回转运动 齿轮、双曲柄和转动导杆齿轮、双曲柄和转动导杆机构虽能传递匀速和变速转机构虽能传递匀速和变速转动，但无法实现任意给定的动，

23、但无法实现任意给定的运动规律的转动。运动规律的转动。齿轮和凸轮组合而成的组合机齿轮和凸轮组合而成的组合机构，则能实现这一要求。图中系构，则能实现这一要求。图中系杆杆3 3为原动件，齿轮为原动件，齿轮1 1为输出件。为输出件。摆杆摆杆22与行星轮与行星轮2 2固接，由于固固接，由于固定凸轮的作用，行星轮定凸轮的作用，行星轮2 2相对系杆相对系杆3 3产生往复摆动，使齿轮产生往复摆动，使齿轮1 1得到预得到预期。期。6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构3 3齿轮齿轮凸轮机构凸轮机构1)1)实现给定运动规律的变速回转运动实现给定运动规律的变速回转运动 齿轮齿轮凸轮机构，常

24、用于机床的分度补偿机构中。凸轮机构，常用于机床的分度补偿机构中。圆柱凸轮蜗杆固联，圆柱凸轮圆柱凸轮蜗杆固联，圆柱凸轮将蜗杆的转动和移动联系起来，将蜗杆的转动和移动联系起来，组成自由度为组成自由度为l l的齿轮的齿轮凸轮机构。凸轮机构。凸轮为主动件，输出蜗轮的角位凸轮为主动件，输出蜗轮的角位移由两部分组成，一部分是由蜗移由两部分组成，一部分是由蜗杆转动产生的杆转动产生的另一部分由蜗杆轴向移动产生另一部分由蜗杆轴向移动产生则6 63 31 1 利用组合原理构型新机构利用组合原理构型新机构3 3齿轮齿轮凸轮机构凸轮机构2)2)实现给定运动轨迹实现给定运动轨迹 图示的齿轮图示的齿轮凸轮机构可用来实现给

25、定的运凸轮机构可用来实现给定的运动轨迹。原动件是传动比为动轨迹。原动件是传动比为1 1的一对齿轮中的的一对齿轮中的1 1或或2 2，摆杆，摆杆3 3和构件和构件1 1以转动副以转动副A A相铰接，齿轮相铰接，齿轮2 2上上B B点的滚子在摆杆点的滚子在摆杆3 3的曲线槽中运动，从而使摆的曲线槽中运动，从而使摆杆杆3 3上的上的P P点实现给定的轨迹。点实现给定的轨迹。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构 为了实现一定的工艺动作要求，或为了使机构为了实现一定的工艺动作要求，或为了使机构具有某些特殊的性能，改变现有机构的结构，演变具有某些特殊的性能，改变现有机构的结

26、构，演变发展出新机构的设计，称为机构变异构型。发展出新机构的设计，称为机构变异构型。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构1 1机构的倒置机构的倒置 机构的运动构件与机架的转换，称为机构的倒机构的运动构件与机架的转换，称为机构的倒置。按照运动相对性原理，机构倒置后各构件间的置。按照运动相对性原理，机构倒置后各构件间的相对运动关系不变，但可以得到不同特性的机构。相对运动关系不变，但可以得到不同特性的机构。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构1 1机构的倒置机构的倒置 图示为卡当机构。若令杆图示为卡当机构。若令杆OOOO1 1为机架，则

27、原机构为机架，则原机构的机架成为转子的机架成为转子3 3，曲柄，曲柄1 1每转一周，转子每转一周，转子3 3亦同步亦同步转动一周，同时两滑块转动一周，同时两滑块2 2及及4 4在转子在转子3 3的十字槽内往的十字槽内往复运动，将流体从入口复运动，将流体从入口A送往出口送往出口B，从而得到一，从而得到一种泵机构。种泵机构。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构2 2机构的扩展机构的扩展 以原有机构作为基础，增加新的构件，构成一以原有机构作为基础，增加新的构件，构成一个新机构，称为机构的扩展。个新机构，称为机构的扩展。机构扩展后，原有各构件间的相对运动关系不变，机构扩

28、展后，原有各构件间的相对运动关系不变，但所构成的新机构的某些性能与原机构有很大差别。但所构成的新机构的某些性能与原机构有很大差别。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构2 2机构的扩展机构的扩展 是在卡当机构的基础上，是在卡当机构的基础上，增加滑块增加滑块5 5扩展得到的。此扩展得到的。此机构的主要特点是，当机构机构的主要特点是，当机构的十字槽每转的十字槽每转1/41/4周，点周，点O O1 1在半径为在半径为r r的圆周上绕过的圆周上绕过1/21/2周；十字槽每转动周；十字槽每转动1 1周，点周，点O O1 1绕过绕过2 2周，滑块输出两次周，滑块输出两次往复行

29、程。往复行程。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构2 2机构的扩展机构的扩展 是由行星轮系是由行星轮系1-2-31-2-3和两边对称布置的和两边对称布置的杆杆4 4、5 5组成的。组成的。1,21,2为齿轮，为齿轮，3 3为系杆。系为系杆。系杆扩展为抓斗的左侧爪，齿轮杆扩展为抓斗的左侧爪，齿轮2 2扩展为抓扩展为抓斗的右侧爪。再加上对称的两边连杆斗的右侧爪。再加上对称的两边连杆4-54-5可使左右两侧爪对称动作。绳索可使左右两侧爪对称动作。绳索7 7可控制可控制两侧爪的开或闭。两侧爪的开或闭。创新点：创新点：应用了简单的周转轮系，将齿轮应用了简单的周转轮系，将齿

30、轮2 2和系和系杆杆3 3的形状和功能加以扩展，利用两构件的形状和功能加以扩展，利用两构件的运动关系而成。的运动关系而成。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构2 2机构的扩展机构的扩展 将两摇杆滑块机构组成完将两摇杆滑块机构组成完全对称的形式，当拉动滑块全对称的形式，当拉动滑块4 4上下运动时，使构成左右抓上下运动时，使构成左右抓斗的连杆斗的连杆3 3闭合和开启，以装闭合和开启，以装卸散状物料。卸散状物料。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构3 3机构局部结构的改变机构局部结构的改变 改变机构的局部结构，可改变机构的局部结构，可以

31、获得有特殊运动特性的机以获得有特殊运动特性的机构。构。以倒置后的凸轮机构取代以倒置后的凸轮机构取代曲柄的情形。因为凸轮曲柄的情形。因为凸轮5 5的沟的沟槽有一段凹圆弧槽有一段凹圆弧abab，其半径，其半径等于连杆等于连杆3 3的长度，故原动件的长度，故原动件1 1在转过在转过a a角的过程中，滑块角的过程中，滑块处于停歇状态。处于停歇状态。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构4 4机构结构的移植和模仿机构结构的移植和模仿 将一机构中的某种结构应用于另一种机构中的设计方法，将一机构中的某种结构应用于另一种机构中的设计方法，称为结构的移植。称为结构的移植。要有效地利

32、用结构的移植和模仿构型出新的机构，必须要有效地利用结构的移植和模仿构型出新的机构，必须注意了解、掌握一些机构之间实质上的共同点，以便在不注意了解、掌握一些机构之间实质上的共同点，以便在不同条件下灵活运用。同条件下灵活运用。利用某一结构特点设计新机构，称为结构的模仿。利用某一结构特点设计新机构，称为结构的模仿。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构4 4机构结构的移植和模仿机构结构的移植和模仿 不完全齿轮齿条机构，不完全齿轮齿条机构，可视为由不完全齿轮机构可视为由不完全齿轮机构移植变异而成。此机构的移植变异而成。此机构的主动齿条作往复直线运动，主动齿条作往复直线运动

33、，使不完全齿轮使不完全齿轮2 2在摆动的中在摆动的中间位置有停歇。间位置有停歇。圆柱齿轮的半径无限增大时，齿轮演变为齿条，运动圆柱齿轮的半径无限增大时，齿轮演变为齿条，运动形式由转动演变为直线移动。运动形式虽然改变了，但齿形式由转动演变为直线移动。运动形式虽然改变了，但齿廓啮合的工作原理没有改变。这种变异方式，可视为移植廓啮合的工作原理没有改变。这种变异方式，可视为移植中的变异。中的变异。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构4 4机构结构的移植和模仿机构结构的移植和模仿 机构中的构件机构中的构件2 2可视为将可视为将槽轮展直而成。此机构的槽轮展直而成。此机构的主

34、动件主动件1 1连续转动，从动件连续转动，从动件2 2间歇直移，锁止方式也与间歇直移，锁止方式也与槽轮机构相同。槽轮机构相同。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异 改变机构中运动副的形式，可构型出不同运动性能改变机构中运动副的形式，可构型出不同运动性能的机构。运动副的变换方式有很多种：的机构。运动副的变换方式有很多种：高副与低副之间的变换高副与低副之间的变换运功副尺寸的变换运功副尺寸的变换运动副类型的变换。运动副类型的变换。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异6 63 3

35、2 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异 如图所示的偏心圆凸轮高副机构，当以低副代换后，如图所示的偏心圆凸轮高副机构，当以低副代换后，虽然对其运动特性没有影响，但由于低副是面接触易虽然对其运动特性没有影响，但由于低副是面接触易于加工，耐磨性能好，因而提高了其使用性能。于加工，耐磨性能好，因而提高了其使用性能。6 63 32 2 利用机构的变异构型新机构利用

36、机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异 平面六杆机构用于手套自动加平面六杆机构用于手套自动加工机的传动装置。机构由原动件工机的传动装置。机构由原动件1 1、II II级杆组级杆组2-32-3、4-54-5及机架及机架6 6组成，故组成，故为为II II级机构。当原动件曲柄级机构。当原动件曲柄1 1连续连续回转时可使输出件回转时可使输出件5 5实现大行程的实现大行程的往复移动。在该机构中滑块往复移动。在该机构中滑块4 4与导与导杆杆3 3组成的移动副位于其上方，不组成的移动副位于其上方，不仅润滑困难，且易污染产品。仅润滑困难，且易污染产品。6.3.2 6.3.2 利用机构的变异构型新

37、机构利用机构的变异构型新机构5 5运动副的变异运动副的变异 将有关运动副变异，所得机将有关运动副变异，所得机构如图所示。该机构由原动件构如图所示。该机构由原动件1 1、IIIIII级杆组级杆组2-3-4-52-3-4-5及机架及机架6 6组组成，为成，为IIIIII级机构。级机构。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计 随着科学技术的迅速发展，利用液、气、声、随着科学技术的迅速发展，利用液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构应用日益广泛。这类光、电、磁等工作原理的机构应用日益广泛。这类机构统称为广义机构。机构统称为广义机构。在广义机构中，由于利用了一些新的工作介质在广义机构中

38、，由于利用了一些新的工作介质和工作原理，较传统机构更能方便地实现运动和动和工作原理，较传统机构更能方便地实现运动和动力的转换，并能实现某些传统机构难以完成的复杂力的转换，并能实现某些传统机构难以完成的复杂运动。运动。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 利用液体、气体作为工作介质，实现能量传递利用液体、气体作为工作介质，实现能量传递和运动转换的机构，分别称为液动机构和气动机构，和运动转换的机构，分别称为液动机构和气动机构，广泛应用于矿山、冶金、建筑、交通运输和轻工等广泛应用于矿山、冶金、建筑、交通运输和轻工等行业。行业。6.3.4

39、6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 1)1)液动机构液动机构 液动机构与机械传动的机构相比较，具有易无液动机构与机械传动的机构相比较，具有易无级调速，调速范围大；级调速，调速范围大；体积小、质量轻、输出功率大；体积小、质量轻、输出功率大；工作平稳，易于实现快速启动、制动、换向等工作平稳，易于实现快速启动、制动、换向等动作；动作；控制方便；易于实现过载保护；控制方便；易于实现过载保护；由于液压元件具有自润滑特性，机构磨损小、由于液压元件具有自润滑特性，机构磨损小、寿命长；寿命长；液压元件易于标准化、系列化等优点。液压元件易于标准化、系列化等优点

40、。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 1)1)液动机构液动机构 摆动液压缸驱动连杆机构，可实现较大的行程摆动液压缸驱动连杆机构，可实现较大的行程和增速，常用于高低位升降台等机械中。和增速，常用于高低位升降台等机械中。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 1)1)液动机构液动机构 液压夹紧机构，由摆动液压缸驱动连杆机构。液压夹紧机构，由摆动液压缸驱动连杆机构。这种液压机构可用较小的液压缸实现较大的压紧力，这种液压机构可用较小的液压缸实现较大的压紧力，同时还具有锁紧作用。同

41、时还具有锁紧作用。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 1)1)液动机构液动机构 铸锭供料机构，它由液压缸铸锭供料机构，它由液压缸5 5通过连杆通过连杆4 4驱动双驱动双摇杆机构摇杆机构1-2-3-61-2-3-6，将加热炉中出来的铸锭，将加热炉中出来的铸锭8 8送到升降送到升降台台7 7上，完成送料动作。上，完成送料动作。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 1)1)液动机构液动机构挖掘机由挖掘机由3 3个液压缸驱动三个基本的连杆机构组成个液压缸驱动三个基本的连杆机构组

42、成6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 2)2)气动机构气动机构 气动机构与液动机构相比，由于工作介质为空气动机构与液动机构相比，由于工作介质为空气，故易于获取和排放，不污染环境；气动机构还气，故易于获取和排放，不污染环境；气动机构还具有压力损失小，易于过载保护，易于标准化、系具有压力损失小，易于过载保护，易于标准化、系列化等优点。列化等优点。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 2)2)气动机构气动机构可移动式气动通用机械手的结构示意图可移动式气动通用机械手的结构示意图

43、6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计1 1利用液、气物理效应利用液、气物理效应 2)2)气动机构气动机构商标自动粘贴机示意图商标自动粘贴机示意图6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计2 2利用光电、电磁物理效应利用光电、电磁物理效应 1)1)光电动机光电动机光电动机的原理图光电动机的原理图6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计2 2利用光电、电磁物理效应利用光电、电磁物理效应 2)2)电磁机构电磁机构利用电与磁相互作用的物理效应，来完成所需利用电与磁相互作用的物理效应，来完成所需动作的机构，称为电磁机构。电磁机构可用于动作的机构，称为电磁

44、机构。电磁机构可用于开关、电磁振动等电动机械中。开关、电磁振动等电动机械中。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计2 2利用光电、电磁物理效应利用光电、电磁物理效应 2)2)电磁机构电磁机构 利用了液体中的浮子和磁铁的组合。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计2 2利用光电、电磁物理效应利用光电、电磁物理效应 3)3)继电器机构继电器机构 继电器机构主要用来在规定时间内实现所继电器机构主要用来在规定时间内实现所要求的动作，而继电器的作用是实现电路的要求的动作，而继电器的作用是实现电路的闭合和断开，从而起到可控开关的作用。继闭合和断开，从而起到可控开关的作用

45、。继电器可以是电磁式的，也可以是气、液式的电器可以是电磁式的，也可以是气、液式的或温控式的。或温控式的。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计2 2利用光电、电磁物理效应利用光电、电磁物理效应 3)3)继电器机构继电器机构杠杆式温度继电器机构杠杆式温度继电器机构6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 1)1)利用重力作用利用重力作用螺钉自动上料整列机构螺钉自动上料整列机构6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 1)1)利用重力作用利用重力作用胶丸胶丸(或子弹或子弹)整列机整列机6.

46、3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 1)1)利用重力作用利用重力作用斜坡上工作的自动矿车斜坡上工作的自动矿车6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 1)1)利用重力作用利用重力作用 对于一个多自由度的机构，当给定的原动对于一个多自由度的机构，当给定的原动件数小于机构的自由度数时，机构的运动是件数小于机构的自由度数时，机构的运动是不确定的。但这时机构的运动受最小阻力定不确定的。但这时机构的运动受最小阻力定律的支配，律的支配，最小阻力定律，即当机构的自由度大于机最小阻力定律，即当机构的自由度大于机构的原

47、动件数时，机构将优先沿着阻力最小构的原动件数时，机构将优先沿着阻力最小的方向运动。的方向运动。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 1)1)利用重力作用利用重力作用送料机构送料机构6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 2)2)利用振动及惯性作用利用振动及惯性作用 利用振动产生运动和动力的机构称为振动机利用振动产生运动和动力的机构称为振动机构，广泛用于散状物料的捣实、装卸、输送、筛构，广泛用于散状物料的捣实、装卸、输送、筛选、研磨、粉碎、混合等工艺中。选、研磨、粉碎、混合等工艺中。6.3.4 6.

48、3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 2)2)利用振动及惯性作用利用振动及惯性作用 (1)(1)振动机构振动机构电磁振动的供料机构电磁振动的供料机构6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 2)2)利用振动及惯性作用利用振动及惯性作用 （惯性机构）（惯性机构）利用物体的惯性来进行工作的机构称为惯性利用物体的惯性来进行工作的机构称为惯性机构，如建筑机械中的夯土机、桩机等。机构，如建筑机械中的夯土机、桩机等。6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 2)2)利用振动及惯性作用利用振动及惯性作用 （惯性机构）（惯性机构）惯性激振蛙式夯土机惯性激振蛙式夯土机6.3.4 6.3.4 广义机构创新设计广义机构创新设计3 3利用力学原理利用力学原理 2)2)利用振动及惯性作用利用振动及惯性作用 （惯性机构）（惯性机构）谷粒草秆分离机谷粒草秆分离机