机械机构的创新设计.pptx

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1、五邑大学版权所有机机 械械 原原 理理机械系统创新设计是大学生素养教育的一个重要环节。机械系统创新设计是大学生素养教育的一个重要环节。创新是科技实践活动的精髓，没有创新就没有科学和技创新是科技实践活动的精髓，没有创新就没有科学和技术的开展。机械系统创新是机械工程学科培养学生一个术的开展。机械系统创新是机械工程学科培养学生一个艰难任务。艰难任务。创新需要基础素材，没有丰富的基础知识就不会有创创新需要基础素材，没有丰富的基础知识就不会有创新成果出现。本篇精选出来一些有用机构运动方案，目新成果出现。本篇精选出来一些有用机构运动方案，目的是让同学们通过剖析它们来掌握进行机构创新的思路的是让同学们通过剖

2、析它们来掌握进行机构创新的思路和方法，培养学生的创新意识和创新能力。和方法，培养学生的创新意识和创新能力。下面通过一些实例来帮助同学们提高机构的创新能力。下面通过一些实例来帮助同学们提高机构的创新能力。第八章第八章 机构的创新设计机构的创新设计第二篇第二篇 参考方案参考方案方案一方案一 抽油机（磕头机）机构抽油机（磕头机）机构方案二方案二 同步回转机器人手指同步回转机器人手指方案三方案三 无轨电车常力集电头无轨电车常力集电头方案四方案四 按给定力设计机器人手爪按给定力设计机器人手爪方案五方案五 三差动轮系三差动轮系方案六方案六 X X型杆链设计及其应用型杆链设计及其应用方案七方案七 按给定轨迹

3、要求设计六杆机构按给定轨迹要求设计六杆机构方案八方案八 并联杆机构并联杆机构方案九方案九 印刷机送纸机构印刷机送纸机构方案十方案十 按任意给定的平面运动设计机构按任意给定的平面运动设计机构方案十一方案十一 齿轮连杆机构齿轮连杆机构方案十二方案十二 柔性链柔性链杆传动杆传动方案十三方案十三 多动力驱动同一构件机构多动力驱动同一构件机构方案十四方案十四 平动链轮机构平动链轮机构方案十五方案十五 实现两位置要求机构实现两位置要求机构（竖箱机构）（竖箱机构）方案十六方案十六 车库上翻门机构车库上翻门机构方案十七方案十七 实现三位置和姿态实现三位置和姿态方案十八方案十八 简易关节机构机器人简易关节机构机

4、器人方案十九方案十九 无级摩擦变速比传动机构无级摩擦变速比传动机构方案二十方案二十 夹钳机构夹钳机构方案二十一方案二十一 电动牙刷电动牙刷方案二十二方案二十二 偏心圆齿轮连杆机构偏心圆齿轮连杆机构方案二十三方案二十三 空间球面机构空间球面机构方案二十四方案二十四 迭联式组合机构迭联式组合机构方案二十五方案二十五 十杆犁提升机构十杆犁提升机构方案二十六方案二十六 换向机构换向机构方案二十七方案二十七 柔性间歇机构柔性间歇机构方案二十八方案二十八 蛙式夯土机蛙式夯土机方案二十九方案二十九 汽车雨刷机构汽车雨刷机构方案三十方案三十 闭门机构闭门机构方案一方案一抽油机（磕头机）机构抽油机（磕头机）机构

5、该该机机构构以以构构件件1 1为为原原动动件件，由由构构件件2 2、3 3及及运运动动副副B B、C C、DD构构成成RRRRRR二二级级基基本本组组。设设计计中中应应使使连连架架杆杆上上E E点点所所走走的的轨轨迹迹圆圆弧弧的的曲曲率率半半径径尺尺寸寸满满足足行行程程要要求求，同同时时又又应应使使其其总总体体结结构构尺尺寸寸尽尽量量减减小小。在在构构件件1 1上上加加有有一一定定量量的的配配重重GG，该该配配重重的的方方向向与与方方位位应应与与E E点点的的受受力力相相谐谐调调。请请分析该机构，收集和比照现有各种抽油机机构类型。分析该机构，收集和比照现有各种抽油机机构类型。抽油机机构抽油机机

6、构EG4ADC31B2同步回转机器人手指同步回转机器人手指方案二方案二由一对齿轮副构成同步由一对齿轮副构成同步回转手。回转手。该方案以构件该方案以构件1 1（扇形（扇形齿轮）为原动件，驱动构件齿轮）为原动件，驱动构件2 2（扇形齿轮）进行反向同（扇形齿轮）进行反向同步传动，构件中步传动，构件中A A、B B为两为两个转动副，个转动副，C C 为一个平面高为一个平面高副，在构件副，在构件1 1，2 2上与圆柱上与圆柱体体3 3接触处是偏心锥面，实接触处是偏心锥面，实现对圆柱体的夹紧与松开，现对圆柱体的夹紧与松开，可用于自动进料的夹紧装置可用于自动进料的夹紧装置中。该机构占据空间小，夹中。该机构占

7、据空间小，夹持自锁且定心性好。持自锁且定心性好。BCA2313方案三方案三 由弹簧连杆机构组成的无轨电车常力封闭机。由弹簧连杆机构组成的无轨电车常力封闭机。该机构中，构件该机构中，构件1 1与与2 2之间既有回转运动，又有移动，构件之间既有回转运动，又有移动，构件2 2与导与导线线7 7接触，构件接触，构件5 5为一个弹簧，实现力的封闭，构件为一个弹簧，实现力的封闭，构件6 6也为一个弹簧，也为一个弹簧，用于实现构件用于实现构件2 2与构件与构件1 1随动的快速响应。随动的快速响应。该机构为一个具有三个自由度的机构应用实例。该机构为一个具有三个自由度的机构应用实例。无轨电车常力集电头无轨电车常

8、力集电头14476215方案四方案四 夹持空壳工件，可以设计成夹夹持空壳工件，可以设计成夹持工件尺寸越大，夹紧力越小。持工件尺寸越大，夹紧力越小。该机构可将弹簧力的线性变化该机构可将弹簧力的线性变化进行非线性化（进行非线性化（N N点的受力）及一点的受力）及一定的规律进行变化。定的规律进行变化。按给定力设计机器人手爪按给定力设计机器人手爪 见上图中，工件点的受力为见上图中，工件点的受力为N N，则，则N N的大小可由的大小可由l l1 1,l l2 2,l l3 3,L L,a a,b b,k k,l l0 0,九个参数决定，九个参数决定，k k为弹簧的刚度，为弹簧的刚度，l l0 0为弹簧长

9、度的初始值，则为弹簧长度的初始值，则有：有：N N=f f(l l1 1,l l2 2,l l3 3,L L,a a,b b,k k,l l0 0,)如将工作点受力如将工作点受力N N的变化规律用的变化规律用g g()表示，则这九个变量对于给表示，则这九个变量对于给定的定的N=N=g g()函数关系，可以有八个精确解：函数关系，可以有八个精确解：即即 f f(l l1 1,l l2 2,l l3 3,L L,a a,b b,k k,l l0 0,)=)=g g(1 1)f f(l l1 1,l l2 2,l l3 3,L L,a a,b b,k k,l l0 0,)=)=g g(2 2)f f

10、(l l1 1,l l2 2,l l3 3,L L,a a,b b,k k,l l0 0,)=)=g g(3 3)i i=1,2,8=1,2,8 这是一非线性方程组，假设这是一非线性方程组，假设N=N=常数时，常数时，g g(1 1)=)=C C，通过解上述，通过解上述方程组即可求得其它八个参数。方程组即可求得其它八个参数。N三差动轮系三差动轮系方案五方案五该机构为三差动轮系，请利用该机构原理创新设计具有三差动该机构为三差动轮系，请利用该机构原理创新设计具有三差动功能的车辆。试分析输入转速为功能的车辆。试分析输入转速为n n0 0时，该轮系的传动比表达式，并时，该轮系的传动比表达式，并分析出与

11、此原理相同的各种三差动机构。分析出与此原理相同的各种三差动机构。方案六方案六X X型杆链设计及其应用型杆链设计及其应用请请思思考考利利用用X X型型杆杆单单元元集集成成构构造造具具有有弧弧型型特特征征的的杆杆链链。考考虑虑折折叠条件，利用弧型和折叠创造一些有用机构，如野营帐蓬等。叠条件，利用弧型和折叠创造一些有用机构，如野营帐蓬等。方案七方案七按给定轨迹要求设计六杆机构按给定轨迹要求设计六杆机构这这是是一一种种六六杆杆机机构构，根根据据A A点点的的轨轨迹迹要要求求，例例如如直直线线，设设计计该该机构。机构。watt mechanism A方案八方案八并联杆机构并联杆机构并并联联杆杆机机构构是

12、是目目前前机机构构学学界界很很重重视视的的一一种种有有用用杆杆系系。该该机机构构具具有有六六自自由由度度，具具有有运运动动灵灵活活和和刚刚度度大大的的特特征征，请请利利用用这这一一机机构构特特性性，考考虑虑一一种种功用进行设计。功用进行设计。该方案为凸轮机构与连杆机构的组合机构，用来实现任意给定该方案为凸轮机构与连杆机构的组合机构，用来实现任意给定轨迹的机构综合，五杆机构具有两个自由度，由双联凸轮作为原轨迹的机构综合，五杆机构具有两个自由度，由双联凸轮作为原动件给该五杆机构提供两个已知的运动规律，该机构具有确定的动件给该五杆机构提供两个已知的运动规律，该机构具有确定的运动。在进行连杆机构运动分

13、析时，将构件运动。在进行连杆机构运动分析时，将构件2 2及构件及构件4 4作为原动件，作为原动件，其运动规律已由凸轮给定，由构件其运动规律已由凸轮给定，由构件3 3、5 5及及C C、F F、E E组成一个组成一个RRRRRR二级组。在这个二级组中可以求得二级组。在这个二级组中可以求得GG点的运动轨迹，通过调整两点的运动轨迹，通过调整两原动件原动件2 2、4 4的运动规律，可对的运动规律，可对GG点的运动轨迹进行调整，实现给点的运动轨迹进行调整，实现给定轨迹的要求。同样，也可按给定的定轨迹的要求。同样，也可按给定的GG点的运动轨迹及相应的运点的运动轨迹及相应的运动规律来得到两个原动件的运动规律

14、，最后得到双联凸轮的理论动规律来得到两个原动件的运动规律，最后得到双联凸轮的理论廓线，实际廓线及安装角。廓线，实际廓线及安装角。方案九方案九印刷机送纸机构印刷机送纸机构BGFEAD21345C印刷机送纸机构印刷机送纸机构该该机机构构由由8 8个个构构件件，9 9个个转转动动副副组组成成的的三三个个自自由由度度的的8 8杆杆机机构构，在在该该机机构构的的构构件件7 7上上任任一一点点P P可可实实现现平平面面的的任任意意运运动动轨轨迹迹。在在进进行行机机构构分分析析时时，构构件件1 1，2 2，3 3为为原原动动件件，各各自自具具有有独独立立的的运运动动规规律律，构构件件4 4，5 5，6 6及

15、及运运动动副副DD、E E、F F、GG、HH、I I组组成成一一个个三三级级基基本本杆杆组组，通通过对这个三级杆组进行运动分析可求得过对这个三级杆组进行运动分析可求得P P点的运动规律。点的运动规律。方案十方案十按任意给定的平面运动设计机构按任意给定的平面运动设计机构BHEPIADFC12475638该该机机构构用用于于将将回回转转运运动动转转换换成成往往复复直直线线运运动动，构构件件1 1为为主主动动，以以角角速速度度 1 1绕绕A A点点进进行行回回转转运运动动，由由构构件件1 1，2 2，3 3，4 4及及运运动动副副A A、B B、C C、DD组组成成一一个个曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构

16、，在在摇摇杆杆CDCD上上固固联联一一个个齿齿轮轮，该该齿齿轮轮随随摇摇杆杆进进行行往往复复摆摆动动，通通过过齿齿轮轮与与齿齿条条啮啮合合传传动动，将将曲曲柄柄ABAB的的回回转转运运动动就就转转换换成成了了齿齿条条的的往复直线运动。往复直线运动。方案十一方案十一齿轮连杆机构齿轮连杆机构在在进进行行运运动动分分析析时时，可可将将构构件件2 2、3 3及及运运动动副副B B、C C、DD拆拆分分成成一一个个RRRRRR二二阶阶基基本本杆组进行分析。杆组进行分析。FCABDE21345该该机机构构中中，构构件件1 1，2 2分分别别为为两两个个链链轮轮，构构件件1 1为为主主动动件件，以以角角速速

17、度度 1 1进进行行回回转转运运动动，通通过过构构件件6 6（链链）的的传传动动，实实现现构构件件1 1，2 2的的回回转转运运动动。在在构构件件6 6上上有有一一个个转转动动副副与与构构件件3 3相相连连接接。在在进进行行机机构构的的运运动动分分析析时时，C C点点的的运运动动规规律律是是由由 1 1及及链链轮轮确确定定，则则将将构构件件3 3，4 4及及运运动动副副C C、D D、E E拆拆分分成成一一个个RRRRRR二二级组既可进行分析计算。请分析构件级组既可进行分析计算。请分析构件4 4的运动规律。的运动规律。方案十二方案十二柔性链柔性链杆组合机构杆组合机构ACBED2654311该该

18、方方案案为为多多个个动动力力驱驱动动同同一一构构件件例例如如，这这种种机机构构多多用用于于由由于于空空间间结结构构尺尺寸寸的的限限制制，使使驱驱动动元元件件的的体体积积不不能能太太大大，从从而而造造成成了了单单个个动动力力元元件件的的驱驱动动力力缺缺乏乏。图图中中的的构构件件1 1，2 2，3 3分分别别为为独独立立运运动动的的动动力力原原，同同时时驱驱动动构构件件4 4进进行行回回转转运运动动。请请分分析析这这种种系系统统的的机电动力特性。机电动力特性。方案十三方案十三多动力驱动机构多动力驱动机构24513方案十四方案十四平动链轮机构（玩具）平动链轮机构（玩具）平动机构具有很广泛的应用背景。

19、平动机构具有很广泛的应用背景。如如下下图图，2 2、3 3、4 4为为链链轮轮机机构构，1 1 及及 2 2的的转转动动，保保证证7 7、8 8始始终保持平动状态。构件终保持平动状态。构件2 2与与4 4的尺寸条件应如何？的尺寸条件应如何？743215846321该该机机构构使使箱箱体体由由横横向向位位置置转转换换至至竖竖向向位位置置，这这个个机机构构主主体体是是一一个个四四杆杆机机构构，主主要要是是实实现现由由B B、C C到到B B 、C C 两两个个位位置置的的设设计计。对对该该机机构构进进行行分分析析时时，可可令令构构件件3 3为为原原动动件件，由由构构件件1 1，2 2及及运运动动副

20、副A A，B B，C C组组成成一一个个RRRRRR二二级级组组，可可利利用用解解析析法法精精确确求求解解B B、C C的的位位置置，也也可可以以利利用用作作图图法法进进行行二二个个位位置置的的设设计计。这这一一机机构构已已用用于于某某电电冰冰箱箱厂厂，试试分分析析构构件件2 2在在翻翻转转运运动动过过程程中中的受力分析。的受力分析。方案十五方案十五实现两位置机构（竖箱机构）实现两位置机构（竖箱机构）ADECBBEFC14523方案十六方案十六车库上翻门机构（建设部标准）车库上翻门机构（建设部标准）BGCA4123这这种种车车库库门门机机构构，实实际际是是曲曲柄柄滑滑块块机机构构。系系统统整整

21、体体处处于于平平衡衡状状态态，当当汽汽车车自自由由向向外外开开出出时时，它它可可以以靠靠车车本本身身力力量量冲冲开开。具具有有平平安安保保护护作作用用，请请分分析析该该构构件件中中配配重重GG的的选择的合理性。选择的合理性。方案十七方案十七实现三位置和姿态实现三位置和姿态CBABACABCIIIIII设设计计一一机机械械系系统统使使之之能能实实现现物物体体的的（I I，II II，IIIIII）三三位位置置搬搬运并姿态变换。运并姿态变换。(可可以以考考虑虑机机构构方方案或机器人方案案或机器人方案)方案十八方案十八简易关节机器人（各种三关节）简易关节机器人（各种三关节）简易机器人有多种类型，可设

22、计其中一种。简易机器人有多种类型，可设计其中一种。每每一一个个关关节节可可以以是是移移动动副副或或转转动动副副，有有多多少种机构类型请总结。少种机构类型请总结。方案十九方案十九无级摩擦变速比传动（速比无级摩擦变速比传动（速比i i可调）机构可调）机构无无级级变变速速有有各各种种形式，如下图。形式，如下图。构构件件1 1与与2 2由由力力封封闭闭靠靠摩摩擦擦传传动动，调调整整构构件件1 1与与2 2的的轴轴心心距距离离d d时时，可可以以改改变变传传动动比比，设设计计该该机机构构或或利利用用该该原原理理进进行行应应用用设设计。计。21dF方案二十方案二十夹钳机构（力放大机构）夹钳机构（力放大机构

23、）夹夹钳钳是是建建筑筑工工地地常常用用的的工工具具。它它有有各各种种类类型型的的结结构构，请请收收集集研研究各种类型并比较优缺点，然后选优进行设计。究各种类型并比较优缺点，然后选优进行设计。方案二十一方案二十一电动牙刷电动牙刷截面扩大运动副原理简图截面扩大运动副原理简图3-3-活动连杆活动连杆2-2-牙刷头导杆牙刷头导杆1-1-牙刷外壳牙刷外壳5-5-直流电机直流电机6-6-电池电池4-4-偏心轴偏心轴获得获得,从而有效减小结构尺寸从而有效减小结构尺寸;2.2.运动原理图的曲柄摇杆机构在结构上通过扩大运动原理图的曲柄摇杆机构在结构上通过扩大运动副运动副1.1.牙刷头可绕轴线左右摆动牙刷头可绕轴

24、线左右摆动,摆角范围为摆角范围为45 45 ；牙牙刷刷在在日日常常生生活活中中每每天天都都要要用用到到它它，请请提提出出几几种种新新型型的的电电动动牙牙刷刷机机构构，使使牙牙刷刷头头部部能具有摆动或移动或多撮转动等。能具有摆动或移动或多撮转动等。方案二十二方案二十二椭圆齿轮连杆机构椭圆齿轮连杆机构请请分分析析椭椭齿齿轮轮连连杆杆机机的的运运动动轨轨迹迹图图谱谱，并并构构思思利利用用连连杆杆上上某某一点的轨迹曲线进行实际应用。一点的轨迹曲线进行实际应用。方案二十三方案二十三空间球面机构空间球面机构空空间间球球面面机机构构多多用用于于陀陀螺螺导导航航机机构构中中，请请进进行行运运动动学学分分析析。

25、请请考考查查分分析析实实际际设设计计中中的的其其它它应应用。用。123方案二十四方案二十四迭联式组合机构迭联式组合机构可由三个摆动液压缸机构组成挖掘机组合机构。可由三个摆动液压缸机构组成挖掘机组合机构。其其中中第第一一个个基基本本机机构构1-2-3-41-2-3-4的的机机架架4 4是是挖挖掘掘机机的的机机身身；第第二二个个基基本本机机构构5-6-7-35-6-7-3迭迭联联在在第第一一个个基基本本机机构构的的输输出出件件3 3上上，即即以以3 3作作为为它它的的相相对对机机架架，同同样样，第第三三个个基基本本机机构构8-9-10-78-9-10-7又又迭迭联联在在第第二二个个基基本本机机构构

26、的的输输出出件件7 7上上，亦亦即即以以7 7作作为为它它的的相相对对机机架架。这这三三个个基基本本机机构构都都各各有有一一个个动动力力源源。试试分分析析该该迭迭联联式式组组合合机机构构的的各各构构件件相相对对的的运运动动关系。关系。HEGFDBAC91087652143方案二十五方案二十五十杆犁提升机构十杆犁提升机构农用机构中轨迹设计很常用，试分析该机构末杆件上某点的轨农用机构中轨迹设计很常用，试分析该机构末杆件上某点的轨迹。迹。14276910583方案二十六方案二十六换向机构换向机构这是一种换向机构，请分析它的运动与力，并考虑进行参数优化。这是一种换向机构，请分析它的运动与力，并考虑进行

27、参数优化。123456方案二十七方案二十七柔性间歇机构柔性间歇机构1231主动车轮，2传动带，3执行构件间歇机构应间歇机构应用广泛，请分析用广泛，请分析这机构的设计方这机构的设计方法并与其它间歇法并与其它间歇机构比较其优缺机构比较其优缺点。点。方案二十八方案二十八蛙式夯土机蛙式夯土机建筑工地中常用到这种打夯机，请对其进行动力学分析，计算建筑工地中常用到这种打夯机，请对其进行动力学分析，计算出冲击力的大小，并对配重及参数进行设计。出冲击力的大小，并对配重及参数进行设计。5431221方案二十九方案二十九汽车雨刷机构汽车雨刷机构213456汽车雨刷机构多种多样，请分析该种机构，并提出一种新汽车雨刷

28、机构多种多样，请分析该种机构，并提出一种新的机构。的机构。方案三十方案三十闭门机构（地铁门）闭门机构（地铁门）126534此为由一曲柄滑块机构进行操作地铁门开合的应用实例，其设计分析此为由一曲柄滑块机构进行操作地铁门开合的应用实例，其设计分析加工制造及装配非常简单。通过构件加工制造及装配非常简单。通过构件1 1（滑块）的移动来操作构件（滑块）的移动来操作构件4 4（门）（门）的开启与闭合，当外力去除后，构件的开启与闭合，当外力去除后，构件1 1在弹簧在弹簧6 6的力作用下会自动关闭，的力作用下会自动关闭，以保证地铁在运行过程中，车厢门关闭的可靠性与平安性。设计该机构在以保证地铁在运行过程中，车厢门关闭的可靠性与平安性。设计该机构在适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH