机构方案设计案例

1、机构方案设计案例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机构方案设计案例设计内容：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

2、成一定动作。机构组成本体，完成一定动作。机构方案设计案例设计要求设计要求 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。机构方案设计案例机构选型机构选型 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、

3、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，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，通过机构组合或结构变异等制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结构变异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、按执行构件运动形式进行机构选型一、按执行构件运动形式进行机构选型 二、按执行机构动作分解进行机构选型二、按执行机构动作分解进行机构选型 三、根据机构组合或结构变异进行机构的创新：三、根据机构组合或结构变异进行机构的创

4、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机构方案设计案例按执行构件运动形式进行机构选型按执行构件运动形式进行机构选型1.连续连续转动转动 定 传 动 比定 传 动 比匀速匀速 平行四杆机构、双万向联轴节机构、平行四杆机构、双万向联轴节机构、齿轮机构、轮系、谐波传动机构、齿轮机构、轮系、谐波传动机构、摆线针轮机构

5、、摩擦轮传动机构、挠摆线针轮机构、摩擦轮传动机构、挠性传动机构等性传动机构等 变 传 动 比变 传 动 比匀速匀速 轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变速机构、摩擦传动机构、速机构、摩擦传动机构、行星无级变速机构、挠性无级变速机行星无级变速机构、挠性无级变速机构等构等 非匀速非匀速 双曲柄机构、转动导杆机构、单万向双曲柄机构、转动导杆机构、单万向连轴节机构、非圆齿轮机构、连轴节机构、非圆齿轮机构、某些组合机构等某些组合机构等 机构方案设计案例按执行构件运动形式进行机构选型按执行构件运动形式进行机构选型2.往 复往 复运动运动 往 复往 复移动移动 曲柄滑块机构、移动

6、导杆机构、正弦机曲柄滑块机构、移动导杆机构、正弦机构、移动从动件凸轮机构、构、移动从动件凸轮机构、齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、气动、液压机构等气动、液压机构等 往 复往 复摆动摆动 曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、机构、曲柄摇块机构、空间连杆机构、摆动从动件凸轮机构、空间连杆机构、摆动从动件凸轮机构、某些组合机构等某些组合机构等 机构方案设计案例按执行构件运动形式进行机构选型按执行构件运动形式进行机构选型3.间 歇间 歇运动运动 间 歇间 歇转动转动 棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构、槽

7、轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、凸轮式间歇运动机构、某些组合机构等某些组合机构等 间 歇间 歇摆动摆动 特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮机构、齿轮机构、齿轮-连杆组合机构、连杆组合机构、利用连杆曲线圆弧段或直线段组成的多利用连杆曲线圆弧段或直线段组成的多杆机构等杆机构等 间 歇间 歇移动移动 棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件作棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件作间歇往复运动的凸轮机构、间歇往复运动的凸轮机构、反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆有停歇的斜面机构等有停歇的斜面机构等 机构方案设计案例按执行构件运动形式进

8、行机构选型按执行构件运动形式进行机构选型4.预 定预 定轨迹轨迹 直 线直 线轨迹轨迹 连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、某些组合机构等某些组合机构等 曲 线曲 线轨迹轨迹 利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、凸轮凸轮-连杆组合机构、连杆组合机构、行星轮系与连杆组合机构等行星轮系与连杆组合机构等 机构方案设计案例按执行构件运动形式进行机构选型按执行构件运动形式进行机构选型5.特 殊特 殊运 动运 动要求要求 换向换向 双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换向机构）等向机构）等 超越超越 齿式

9、棘轮机构、摩擦式棘轮机构等齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等 过 载过 载保护保护 带传动机构、摩擦传动机构等带传动机构、摩擦传动机构等 机构方案设计案例按执行构件动作分解进行机构选型按执行构件动作分解进行机构选型序号序号 动作分解后能实现动作分解后能实现的运动或功能的运动或功能 机机 构构 型型 式式 1 匀速转动机构（包括定匀速转动机构（包括定传动比机构、变传动比传动比机构、变传动比机构）机构） （1）摩擦轮机构）摩擦轮机构 （2）齿轮机构、轮系）齿轮机构、轮系 （3）平行四边形机构）平行四边形机构 （4）转动导杆机构）转动导杆机构 （5）各种有级或无级变速机）各种有级或无级变速机构构 2 非

10、匀速转动机构非匀速转动机构 （1）非圆齿轮机构）非圆齿轮机构 （2）双曲柄四杆机构）双曲柄四杆机构 （3）转动导杆机构）转动导杆机构 （4）组合机构）组合机构 （5）挠性件机构）挠性件机构 机构方案设计案例按执行构件动作分解进行机构选型按执行构件动作分解进行机构选型序号序号 动作分解后能实动作分解后能实现现的运动或功能的运动或功能 机机 构构 型型 式式 3 往复运动机构（包往复运动机构（包括往复移动、往复括往复移动、往复摆动）摆动） （1）曲柄）曲柄摇杆往复运动机构摇杆往复运动机构 （2）双摇杆往复运动机构）双摇杆往复运动机构 （3）滑块往复运动机构）滑块往复运动机构 （4）凸轮式往复运动机

11、构）凸轮式往复运动机构 （5）齿轮式往复运动机构）齿轮式往复运动机构 （6）组合机构）组合机构 4 间歇运动机构（包间歇运动机构（包括间歇转动、间歇括间歇转动、间歇摆动、间歇移动）摆动、间歇移动） 执行机构实现的运执行机构实现的运动或功能动或功能 （1）间歇转动机构（棘轮、槽轮、）间歇转动机构（棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等）凸轮、不完全齿轮机构等） （2）间歇摆动机构（一般利用连）间歇摆动机构（一般利用连杆曲线上近似圆弧或直线段实现）杆曲线上近似圆弧或直线段实现） （3）间歇移动机构（连杆机构、）间歇移动机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、组合机构凸轮机构、齿轮机构、组合机构等）等） 机

12、构方案设计案例按执行构件动作分解进行机构选型按执行构件动作分解进行机构选型序号序号 动作分解后能实现动作分解后能实现的运动或功能的运动或功能 机机 构构 型型 式式 5 差动机构差动机构 （1）差动螺旋机构）差动螺旋机构 （2）差动棘轮机构）差动棘轮机构 （3）差动齿轮机构）差动齿轮机构 （4）差动连杆机构）差动连杆机构 （5）差动滑轮机构）差动滑轮机构 6 实现预期轨迹机构实现预期轨迹机构 （1）直线机构（连杆机构、行）直线机构（连杆机构、行星齿轮机构等）星齿轮机构等） （2）特殊曲线（椭圆、抛物线、）特殊曲线（椭圆、抛物线、双曲线等）绘制机构双曲线等）绘制机构 （3）工艺轨迹机构（连杆机构

13、、）工艺轨迹机构（连杆机构、凸轮机构、凸轮凸轮机构、凸轮-连杆机构等）连杆机构等） 机构方案设计案例按执行构件动作分解进行机构选型按执行构件动作分解进行机构选型序号序号 动作分解后能实现动作分解后能实现的运动或功能的运动或功能 机机 构构 型型 式式 7 增力及夹持机构增力及夹持机构 （1）斜面杠杆机构）斜面杠杆机构 （2）铰链杠杆机构）铰链杠杆机构 （3）肘杆式机构）肘杆式机构 8 行程可调机构行程可调机构 （1）棘轮调节机构）棘轮调节机构 （2）偏心调节机构）偏心调节机构 （3）螺旋调节机构）螺旋调节机构 （4）摇杆调节机构）摇杆调节机构 （5）可调式导杆机构）可调式导杆机构 机构方案设计

14、案例序序号号组合组合方式方式机构组合方式机构组合方式1串串联联式式2并并联联式式机构方案设计案例序序号号组合组合方式方式机构组合方式机构组合方式3复复合合式式4反反馈馈式式机构方案设计案例序序号号组合方式组合方式机构组合方式机构组合方式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，装载机最典型。载机最典型。 机构方案设计案例机构变

15、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 选用不同的构件为机架（即机构的倒置）选用不同的构件为机架（即机构的倒置） 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）机构方案设计案例 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

16、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机构方案设计案例方案十一方案十一 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

17、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机构方案设计案例方案一方案一X型杆链设计及其应用型杆链设计及其应用请思考利用请思考利用X型杆单元集成构造具有弧型特征的杆链。考虑折叠型杆单元集成构造具有弧型特征的杆链。考虑折叠条件，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。机构方案设计案例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是一种六杆机构，根据这是一种六杆机构，根据A点的轨迹要求，例如直线，设计该点的轨迹要求，例如直线，设计该机构。机构。watt mech

18、anism A机构方案设计案例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机构方案设计案例该机构由该机构由8个构件，个构件，9个转动副组成的三个自由度的个转动副组成的三个自由度的8杆机构，杆机构，在该机构的构件在该机构的构件7上任一点上任一点P可实现平面的任意运动轨迹。在进行机可实现平面的任意运动轨迹。在进行机构分析时，构件构分析时，构件1，2，3为原动件，各自具有独立的运动规律，构件为原动件，各自具有独立的运动规律，构件4，5，6及运动副及运动副D、E、F、G、H、I组成一个三级基

19、本杆组，通过组成一个三级基本杆组，通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BHEPIADFC12475638机构方案设计案例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机构方案设计案例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

20、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。机构方案设计案例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及装配非常简单。通过构件析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）的开启与闭合，当外力去除后，构件（门）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。设计该关闭，以保证地铁在运行过程中，车厢门

21、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。机构在适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。机构方案设计案例该机构使箱体由横该机构使箱体由横向位置转换至竖向位置，向位置转换至竖向位置，这个机构主体是一个四这个机构主体是一个四杆机构，主要是实现由杆机构，主要是实现由B、C到到B 、C 两个位两个位置的设计。对该机构进置的设计。对该机构进行分析时，可令构件行分析时，可令构件3为原动件，由构件为原动件，由构件1，2及运动副及运动副A，B，C组成组成一个一个RRR二级组，可利二级组，可利用解析法精确求解用解析法精确求解B、C的位置，也可以利用作的位置，也可以利用作图法进行二

22、个位置的设图法进行二个位置的设计。这一机构已用于某计。这一机构已用于某电冰箱厂，试分析构件电冰箱厂，试分析构件2在翻转运动过程中的在翻转运动过程中的受力分析。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机构方案设计案例方案九方案九车库上翻门机构（建设部标准）车库上翻门机构（建设部标准）BGCA4123这种车库门机构，这种车库门机构，实际是曲柄滑块机构。实际是曲柄滑块机构。系统整体处于平衡状系统整体处于平衡状态，当汽车自由向外态，当汽车自由向外开出时，它可以靠车开出时，它可以靠车本身力量冲开。具有本身力量冲开。具有安全保护作用，请分安全保

23、护作用，请分析该构件中配重析该构件中配重G的的选择的合理性。选择的合理性。机构方案设计案例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。每一个关节可以是移动副或转动副，有多每一个关节可以是移动副或转动副，有多少种机构类型请总结。少种机构类型请总结。机构方案设计案例方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）夹钳是建筑工地常用的工具。它有各种类型的结构，请收集研夹钳是建筑工地常用的工具。它有各种类型的结构，请收集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

24、选优进行设计。机构方案设计案例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;牙刷在日常生活中每天都要用到它，请牙刷在日常生活中每天都要用到它，请提出几种新型的电动牙刷机构，使牙刷头提出几种新型的电动牙刷机构，使牙刷头部能具有摆动或移动或多撮转动等。部能具有摆动或移动或多撮转动等。机构方案设计案例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分析椭齿轮连杆机的运动轨迹图谱，并构思利用连杆上某请分析

25、椭齿轮连杆机的运动轨迹图谱，并构思利用连杆上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。机构方案设计案例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

26、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

27、构机构方案设计案例BGFEAD21345C机构方案设计案例该机构用于将回转该机构用于将回转运动转换成往复直线运运动转换成往复直线运动，构件动，构件1为主动，以为主动，以角速度角速度1绕绕A点进行回点进行回转运动，由构件转运动，由构件1，2，3，4及运动副及运动副A、B、C、D组成一个曲柄摇杆机组成一个曲柄摇杆机构，在摇杆构，在摇杆CD上固联上固联一个齿轮，该齿轮随摇一个齿轮，该齿轮随摇杆进行往复摆动，通过杆进行往复摆动，通过齿轮与齿条啮合传动，齿轮与齿条啮合传动，将曲柄将曲柄AB的回转运动的回转运动就转换成了齿条的往复就转换成了齿条的往复直线运动。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进行运动分析时，可将构件在进行运动分析时，可将构件2、3及及运动副运动副B、C、D拆分成一个拆分成一个RRR二阶基本二阶基本杆组进行分析。杆组进行分析。FCABDE21345机构方案设计案例该机构中，构件该机构中，构件1，2分别为两个链轮，构件分别为两个链轮，构件1为主动件，以角速度为主动件，以角速度1进进行回转运动，通过构件行回转运动，