机构方案设计案例 (2).ppt

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1、机械原理机构方案设计机械原理机构方案设计及参考方案及参考方案设计内容：设计内容：（选其一，或自选）（选其一，或自选）设计创新或改进生活中的小机构，如折叠设计创新或改进生活中的小机构，如折叠桌椅、折叠衣架、折叠桑；厨房用具，生桌椅、折叠衣架、折叠桑；厨房用具，生活用品，运动器械；活用品，运动器械；设计无碳小车，以重力势能驱动的具有方设计无碳小车，以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，小车能在向控制功能的自行小车，小车能在“8”字字形赛道上往复前进；形赛道上往复前进；设计具有一定功能的机器人或机械手，由设计具有一定功能的机器人或机械手，由机构组成本体，完成一定动作。机构组成本体，完成一定动作

2、。设计要求设计要求作品名称及功用描述；作品名称及功用描述；作品方案描述、工作原理和设计思路；作品方案描述、工作原理和设计思路；机构运动简图或三维实物图；机构运动简图或三维实物图；设计和计算分析：如自由度计算，机构设计和计算分析：如自由度计算，机构结构分析、运动分析，尺寸设计，力分结构分析、运动分析，尺寸设计，力分析等；析等；作品创新点。作品创新点。说明书说明书A4纸纸5页以上。页以上。机构选型机构选型 又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上，和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上

3、，综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合机构组合或或结构变异结构变异等等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。一、按执行构件一、按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型 二、按执行机构二、按执行机构动作分解动作分解进行机构选型进行机构选型 三、根据三、根据机构组合机构组合或或结构变异结构变异进行机构的创新：进行机构的创新：1巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构 2

4、巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构 3基于机构组成原理的机构创新基于机构组成原理的机构创新 4基于机构组合原理的机构创新基于机构组合原理的机构创新 5通过机构类型变异进行机构创新通过机构类型变异进行机构创新按执行构件按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型1.连续连续转动转动定定传传动动比比匀速匀速平平行行四四杆杆机机构构、双双万万向向联联轴轴节节机机构构、齿轮齿轮机构、机构、轮轮系、系、谐谐波波传动传动机构、机构、摆摆线线针针轮轮机机构构、摩摩擦擦轮轮传传动动机机构构、挠挠性性传动传动机构等机构等变变传传动动比比匀速匀速轴轴向向滑滑移移圆圆柱柱

5、齿齿轮轮机机构构、混混合合轮轮系系变变速机构、摩擦速机构、摩擦传动传动机构、机构、行行星星无无级级变变速速机机构构、挠挠性性无无级级变变速速机机构等构等非匀速非匀速双双曲曲柄柄机机构构、转转动动导导杆杆机机构构、单单万万向向连轴节连轴节机构、非机构、非圆齿轮圆齿轮机构、机构、某些某些组组合机构等合机构等按执行构件按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型2.往往 复复运运动动往往 复复移移动动曲曲柄柄滑滑块块机机构构、移移动动导导杆杆机机构构、正正弦弦机机构、移构、移动动从从动动件凸件凸轮轮机构、机构、齿齿轮轮齿齿条条机机构构、楔楔块块机机构构、螺螺旋旋机机构构、气气动动、液、液压压机

6、构等机构等往往 复复摆动摆动曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构、双双摇摇杆杆机机构构、摆摆动动导导杆杆机构、曲柄机构、曲柄摇块摇块机构、机构、空空间间连连杆杆机机构构、摆摆动动从从动动件件凸凸轮轮机机构构、某些某些组组合机构等合机构等按执行构件按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型3.间间 歇歇运运动动间间 歇歇转动转动棘棘轮轮机机构构、槽槽轮轮机机构构、不不完完全全齿齿轮轮机机构构、凸凸轮轮式式间间歇运歇运动动机构、机构、某些某些组组合机构等合机构等间间 歇歇摆动摆动特特殊殊形形式式的的连连杆杆机机构构、摆摆动动从从动动件件凸凸轮轮机构、机构、齿轮齿轮-连连杆杆组组合机构、合机构、利利用用

7、连连杆杆曲曲线线圆圆弧弧段段或或直直线线段段组组成成的的多多杆机构等杆机构等间间 歇歇移移动动棘棘齿齿条条机机构构、摩摩擦擦传传动动机机构构、从从动动件件作作间间歇往复运歇往复运动动的凸的凸轮轮机构、机构、反反凸凸轮轮机机构构、气气动动、液液压压机机构构、移移动动杆杆有停歇的斜面机构等有停歇的斜面机构等按执行构件按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型4.预预 定定轨轨迹迹直直 线线轨轨迹迹连连杆杆近近似似直直线线机机构构、八八杆杆精精确确直直线线机机构构、某些某些组组合机构等合机构等曲曲 线线轨轨迹迹利利用用连连杆杆曲曲线线实实现现预预定定轨轨迹迹的的多多杆杆机机构构、凸凸轮轮-连

8、连杆杆组组合机构、合机构、行星行星轮轮系与系与连连杆杆组组合机构等合机构等按执行构件按执行构件运动形式运动形式进行机构选型进行机构选型5.特特 殊殊运运 动动要求要求换换向向双双向向式式棘棘轮轮机机构构、定定轴轴轮轮系系（三三星星轮轮换换向机构）等向机构）等超越超越齿齿式棘式棘轮轮机构、摩擦式棘机构、摩擦式棘轮轮机构等机构等过过 载载保保护护带传动带传动机构、摩擦机构、摩擦传动传动机构等机构等按执行构件按执行构件动作分解动作分解进行机构选型进行机构选型序号序号动动作分解后能作分解后能实现实现的运的运动动或功能或功能机机构构型型式式1匀速匀速转动转动机构（包括定机构（包括定传动传动比机构、比机构

9、、变传动变传动比比机构）机构）（1）摩擦）摩擦轮轮机构机构（2）齿轮齿轮机构、机构、轮轮系系（3）平行四）平行四边边形机构形机构（4）转动导转动导杆机构杆机构（5）各各种种有有级级或或无无级级变变速速机机构构2非匀速非匀速转动转动机构机构（1）非）非圆齿轮圆齿轮机构机构（2）双曲柄四杆机构）双曲柄四杆机构（3）转动导转动导杆机构杆机构（4）组组合机构合机构（5）挠挠性件机构性件机构按执行构件按执行构件动作分解动作分解进行机构选型进行机构选型序号序号 动动作分解后能作分解后能实实现现的运的运动动或功能或功能机机构构型型式式3往复运往复运动动机构（包机构（包括往复移括往复移动动、往复、往复摆动摆动

10、）（1）曲柄）曲柄摇摇杆往复运杆往复运动动机构机构（2）双）双摇摇杆往复运杆往复运动动机构机构（3）滑）滑块块往复运往复运动动机构机构（4）凸）凸轮轮式往复运式往复运动动机构机构（5）齿轮齿轮式往复运式往复运动动机构机构（6）组组合机构合机构4间间歇运歇运动动机构（包机构（包括括间间歇歇转动转动、间间歇歇摆动摆动、间间歇移歇移动动）执执行机构行机构实现实现的运的运动动或功能或功能（1）间间歇歇转转动动机机构构（棘棘轮轮、槽槽轮轮、凸凸轮轮、不完全、不完全齿轮齿轮机构等）机构等）（2）间间歇歇摆摆动动机机构构（一一般般利利用用连连杆曲杆曲线线上近似上近似圆圆弧或直弧或直线线段段实现实现）（3）间

11、间歇歇移移动动机机构构（连连杆杆机机构构、凸凸轮轮机构、机构、齿轮齿轮机构、机构、组组合机构等）合机构等）按执行构件按执行构件动作分解动作分解进行机构选型进行机构选型序号序号 动动作分解后能作分解后能实现实现的运的运动动或功能或功能机机构构型型式式5差差动动机构机构（1）差）差动动螺旋机构螺旋机构（2）差）差动动棘棘轮轮机构机构（3）差）差动齿轮动齿轮机构机构（4）差）差动连动连杆机构杆机构（5）差）差动动滑滑轮轮机构机构6实现预实现预期期轨轨迹机构迹机构（1）直直线线机机构构（连连杆杆机机构构、行行星星齿轮齿轮机构等）机构等）（2）特特殊殊曲曲线线（椭椭圆圆、抛抛物物线线、双曲双曲线线等）等

12、）绘绘制机构制机构（3）工工艺艺轨轨迹迹机机构构（连连杆杆机机构构、凸凸轮轮机构、凸机构、凸轮轮-连连杆机构等）杆机构等）按执行构件按执行构件动作分解动作分解进行机构选型进行机构选型序号序号动动作分解后能作分解后能实现实现的运的运动动或功能或功能机机构构型型式式7增力及增力及夹夹持机构持机构（1）斜面杠杆机构）斜面杠杆机构（2）铰链铰链杠杆机构杠杆机构（3）肘杆式机构）肘杆式机构8行程可行程可调调机构机构（1）棘）棘轮调节轮调节机构机构（2）偏心）偏心调节调节机构机构（3）螺旋）螺旋调节调节机构机构（4）摇摇杆杆调节调节机构机构（5）可）可调调式式导导杆机构杆机构序序号号组合组合方式方式机构组

13、合机构组合方式方式1串串联联式式2并并联联式式序序号号组合组合方式方式机构组合机构组合方式方式3复复合合式式4反反馈馈式式序序号号组合方式组合方式机构组合机构组合方式方式5叠联式叠联式各基本机构各基本机构没有共同的没有共同的机架，互相机架，互相叠联在一起。叠联在一起。其特点是：其特点是：1）每一个）每一个基本机构各基本机构各有一个动力有一个动力源；源；2）后）后一个基本机一个基本机构的相对机构的相对机架就是前一架就是前一个基本机构个基本机构的输出件。的输出件。挖掘机，装挖掘机，装载机载机最典型。最典型。机构变异方法改变构件的形状及运动尺寸改变构件的形状及运动尺寸改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸

14、选用不同的构件为机架（即选用不同的构件为机架（即机构的倒置机构的倒置）运动副元素的逆换运动副元素的逆换增加辅助构件增加辅助构件（课本p286）机构再生运动连设计法机构再生运动连设计法（参看王德伦编写的机械原理教材，2011.9，机械工业出版社）参考方案参考方案方案一方案一 X型杆链设计及其应用型杆链设计及其应用方案二方案二 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方案三方案三 换向机构换向机构方案四方案四 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五方案五 蛙式夯土机蛙式夯土机方案六方案六 汽车雨刷机构汽车雨刷机构方案七方案七 闭门机构闭门机构方案八方案八 实现两

15、位置要求机构（竖箱机构）实现两位置要求机构（竖箱机构）方案九方案九 车库上翻门机构车库上翻门机构方案十方案十 简易关节机构机器人简易关节机构机器人方案十一方案十一 夹钳机构夹钳机构方案十二方案十二 电动牙刷电动牙刷方案十三方案十三 椭圆齿轮连杆机构椭圆齿轮连杆机构方案十四方案十四 印刷机送纸机构印刷机送纸机构方案十五方案十五 齿轮连杆机构齿轮连杆机构方案十六方案十六 柔性链柔性链杆传动杆传动方案十七方案十七 平动链轮机构平动链轮机构方案十八方案十八 空间球面机构空间球面机构方案十九方案十九 迭联式组合机构迭联式组合机构方案二十方案二十 十杆犁提升机构十杆犁提升机构方案一方案一X型杆链设计及其应

16、用型杆链设计及其应用请请思思考考利利用用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。考考虑虑折折叠叠条件，利用弧型和折叠创造一些实用机构，如野营帐蓬等。条件，利用弧型和折叠创造一些实用机构，如野营帐蓬等。方案二方案二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方案三方案三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，并考虑进行参数优化。123456该该

17、机机构构由由8个个构构件件，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杆杆机机构构，在在该该机机构构的的构构件件7上上任任一一点点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1，2，3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4，5，6及及运运动动副副D、E、F、G、H、I组组成成一一个个三三级级基基本本杆杆组组，通通过过对这个三级杆组进行运动分析可求得对这个三级杆组进行运动分析可求得P点的运动规律。点的运动规律。方案四方案四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BHEPIADFC1

18、2475638方案五方案五蛙式夯土机蛙式夯土机建筑工地中常用到这种打建筑工地中常用到这种打夯机，请对其进行动力学分析，夯机，请对其进行动力学分析，计算出冲击力的大小，并对配计算出冲击力的大小，并对配重及参数进行设计。重及参数进行设计。5431221方案六方案六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。方案七方案七闭门机构（地铁门）闭门机构（地铁门）126534此为由一曲柄滑块机构进行控制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控制地铁门开合的应用实例，其设计分析加工制造

19、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（滑块）的移动来控制构件（滑块）的移动来控制构件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在弹簧在弹簧6的力作用下会自动关闭，以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安全性。设计该机构在适保证地铁在运行过程中，车厢门关闭的可靠性与安全性。设计该机构在适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。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

20、由由B、C到到B 、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为为原原动动件件，由由构构件件1，2及及运运动动副副A，B，C组组成成一一个个RRR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、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。方案八方案八实现两位置机构（竖箱机构）实现两位置机构（竖箱机构）ADECBBEFC14523方案九方案九车库上翻门机构（建设部标准）车

21、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。具具有有安安全全保保护护作作用用，请请分分析析该该构构件件中中配配重重G的的选择的合理性。选择的合理性。方案十方案十简易关节机器人（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

22、案十一方案十一夹钳机构（力放大机构）夹钳机构（力放大机构）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。方案十二方案十二电动牙刷电动牙刷截面扩大运动副原理简图3-活动连杆2-牙刷头导杆1-牙刷外壳5-直流电机6-电池4-偏心轴获得,从而有效减小结构尺寸;2.运动原理图的曲柄摇杆机构在结构上通过扩大运动副1.牙刷头可绕轴线左右摆动,摆角范围为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

23、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。方案十三方案十三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。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

24、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析时，将构件运动。在进行连杆机构运动分析时，将构件2及构件及构件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、5及及C、F、E组成一个组成一个RRR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G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、4的运动规律，可对的运动规律，可对G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G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

25、动规律，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。方案十四方案十四印刷机送纸机构印刷机送纸机构BGFEAD21345C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为为主主动动，以以角角速速度度1绕绕A点点进进行行回回转转运运动动，由由构构件件1，2，3，4及及运运动动副副A、B、C、D组组成成一一个个曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构，在在摇摇杆杆CD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

26、将曲曲柄柄AB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往复复直线运动。直线运动。方案十五方案十五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、3及及运运动动副副B、C、D拆拆分分成成一一个个RRR二二阶阶基基本本杆杆组进行分析。组进行分析。FCABDE21345该该机机构构中中，构构件件1，2分分别别为为两两个个链链轮轮，构构件件1为为主主动动件件，以以角角速速度度1进进行行回回转转运运动动，通通过过构构件件6（链链）的的传传动动，实实现现构构件件1，2的的回回转转运运动动。在在构构件件6上上有有一一个个转转动动副副与与构构件件3相相连连接接。在在

27、进进行行机机构构的的运运动动分分析析时时，C点点的的运运动动规规律律是是由由1及及链链轮轮确确定定，则则将将构构件件3，4及及运运动动副副C、D、E拆拆分分成成一一个个RRR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的运动规律。的运动规律。方案十六方案十六柔性链柔性链杆组合机构杆组合机构ACBED2654311方案十七方案十七平动链轮机构（玩具）平动链轮机构（玩具）平动机构具有很广泛的应用背景。平动机构具有很广泛的应用背景。如如图图所所示示，2、3、4为为链链轮轮机机构构，1 及及2的的转转动动，保保证证7、8始终保持平动状态。构件始终保持平动状态。构件2与与4的尺

28、寸条件应如何？的尺寸条件应如何？743215846321方案十八方案十八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。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方案十九方案十九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可由三个摆动液压缸机构组成挖掘机挖掘机组合机构。组合机构。其其中中第第一一个个基基本本机机构构1-2-3-4的的机机架架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5-6-7-3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上上，即即以以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8-9-10-7又又迭迭联联在在第第二二个个基基本本机机构构的的输输出出件件7上上，亦亦即即以以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关系。系。HEGFDBAC91087652143方案二十方案二十十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