第19章机构的组合与结构设计

1、本章主要内容本章主要内容第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例本章学习要求本章学习要求 1、了解较为典型的基本机构组合方式及其特点。、了解较为典型的基本机构组合方式及其特点。 2、了解机构结构设计中常用的机构变异方法。、了解机构结构设计中常用的机构变异方法。 3、了解机构结构设计中构件的构形。、了解机构结构设计中构件的构形。 4、了解机构结构设计中，可通过引入虚约束和局、了解机构结构设计中，可通过引入虚约束和局部自由度来解决某些问题。部自由度来解决某些问题。本章重点本章重点1、机构的组合方式、机构的组合方式2、机构的变异方法、机

2、构的变异方法 一、基本机构一、基本机构第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式刚性机构刚性机构 挠性机构挠性机构 气动机构气动机构 液压机构等。液压机构等。 本章讨论的基本机构是指能够实现机械运动变换，由最少刚性构本章讨论的基本机构是指能够实现机械运动变换，由最少刚性构件和运动副组成的机构。件和运动副组成的机构。基本机构有其各自的运动规律和轨迹。基本机构有其各自的运动规律和轨迹。二、机构的组合二、机构的组合 典型基本机构组合方式：典型基本机构组合方式： 串联串联 并联并联 反馈反馈 运载运载 时序等时序等常见的两种基本机构：常见的两种基本机构：单自由度基本机构单自由度基本机构 双自由度基本机

3、构双自由度基本机构如：四杆机构、凸轮机构、齿轮机构等如：四杆机构、凸轮机构、齿轮机构等二、机构的组合二、机构的组合（一）机构的串联组合（一）机构的串联组合第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式根据串联构件的不同可分为两种：根据串联构件的不同可分为两种：（1）构件固接式串联组合）构件固接式串联组合（一般串联组合）（一般串联组合）图图 12 1 构件固定式串联组合机构的组成构件固定式串联组合机构的组成1 摇杆摇杆 2、4 连杆连杆 3、3 曲柄曲柄 5 滑块滑块特性：特性：输出、输入构件的速比关系是被串联的各基本机构速比的乘积输出、输入构件的速比关系是被串联的各基本机构速比的乘积应用广泛、设计

4、较简单应用广泛、设计较简单一、机构的组合一、机构的组合（一）机构的串联组合（续）（一）机构的串联组合（续）第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式（2）轨迹点串联组合）轨迹点串联组合 （特殊串联组合）（特殊串联组合）图图 12 2 轨迹点串联组合机构的组成轨迹点串联组合机构的组成1 曲柄曲柄 2 连杆连杆 3、4 滑块滑块 5 转动导杆转动导杆特点：特点：输出构件的转动中心在轨迹之内，输出构输出构件的转动中心在轨迹之内，输出构件作整圈回转；件作整圈回转；若在轨迹之内，输出构件作摆动；若在轨迹之内，输出构件作摆动；若出现特殊轨迹，输出构件会暂停运动。若出现特殊轨迹，输出构件会暂停运动。一、机构

5、的组合一、机构的组合（二）机构的并联组合（二）机构的并联组合第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式 由一个多自由度机构作基础由一个多自由度机构作基础机构，一个或多个单自由度机构机构，一个或多个单自由度机构的输出构件接入基础机构，且附的输出构件接入基础机构，且附加机构的输入构件的运动并非来加机构的输入构件的运动并非来自基础机构的组合方式称为并联自基础机构的组合方式称为并联组合。组合。图示为铁板传送机构，要求送料辊图示为铁板传送机构，要求送料辊4作作有短暂停歇的送进运动。有短暂停歇的送进运动。图图 12 3 差动轮系与齿轮、连杆的并联组合差动轮系与齿轮、连杆的并联组合1、2、4 齿轮齿轮 3

6、行星轮行星轮 一、机构的组合一、机构的组合（三）机构的反馈组合（三）机构的反馈组合第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式 将一个多自由度机构作为基础机构，其中一个输入运动是通过一个将一个多自由度机构作为基础机构，其中一个输入运动是通过一个单自由度附加机构从机构系统或基础机构的输出构件回授，该组合关系单自由度附加机构从机构系统或基础机构的输出构件回授，该组合关系的机构组合称为反馈组合。的机构组合称为反馈组合。机构的反馈组合实例机构的反馈组合实例1 蜗杆蜗杆 2 蜗轮蜗轮 3 凸轮凸轮 4 从动件从动件一、机构的组合一、机构的组合（四）机构的运载式组合（四）机构的运载式组合第一节第一节 机构的

7、组合方式机构的组合方式 将一机构装在另一机构的构件上，将一机构装在另一机构的构件上，两机构各自完成自己的运动，其叠加两机构各自完成自己的运动，其叠加运动就是所要求的输出运动，这种组运动就是所要求的输出运动，这种组合方式称为运载式组合。合方式称为运载式组合。图图 12 15 机构的运载式组合实例机构的运载式组合实例1 曲柄曲柄 2 导杆导杆 3 滑块滑块 4 支架支架 5 机架机架 第一节第一节 机构的组合方式机构的组合方式一、机构的组合一、机构的组合（五）机构的时序式组合（五）机构的时序式组合 完成各自动作（运动）的机构按动作（运动）协调的时间顺序分支、完成各自动作（运动）的机构按动作（运动）

8、协调的时间顺序分支、并列的组合方式称为时序组合。并列的组合方式称为时序组合。 a)b)图图 12 6 机构的时序组合实例机构的时序组合实例1、4、6 凸轮凸轮 2 摆杆摆杆 3 料斗料斗 5 下冲头下冲头 7、8 曲柄曲柄 9 上冲头上冲头 10 工件工件 11 模具模具 一、机构的变异一、机构的变异 第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例 机构的变异是用改变机构中某些构件的运动尺寸、结构形机构的变异是用改变机构中某些构件的运动尺寸、结构形式、增加辅助构件等方式，使机构获得新的功能或新的特性的式、增加辅助构件等方式，使机构获得新的功能或新的特性的方法。方法。 常用机构变

9、异方法：常用机构变异方法： 改变构件的运动尺寸；改变构件的结构形状；改变运动改变构件的运动尺寸；改变构件的结构形状；改变运动副的尺寸、结构形状和运动副元素的逆换；以不同构件为机副的尺寸、结构形状和运动副元素的逆换；以不同构件为机架（倒置）；以不同构件为原动件；增加辅助构件等。架（倒置）；以不同构件为原动件；增加辅助构件等。一、机构的变异（具体例子）一、机构的变异（具体例子） （一）变更机构的机架（一）变更机构的机架 倒置倒置第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 8 基本机构的倒置实例之二基本机构的倒置实例之二1 机架机架 2 凸轮凸轮 3 从动件从动件 4

10、摆杆摆杆图图 12 7 基本机构的倒置实例之一基本机构的倒置实例之一1 机架机架 2、3 齿轮齿轮 4 系杆系杆 5 行星齿轮行星齿轮一、机构的变异一、机构的变异 （二）改变运动副的形状（二）改变运动副的形状第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 9 导杆机构的变异导杆机构的变异图图 12 10 两自由度凸轮机构两自由度凸轮机构变异成棘轮机构变异成棘轮机构1 摆杆摆杆 2 棘轮棘轮 3 棘爪棘爪一、机构的变异一、机构的变异 （三）改变运动副的位置（三）改变运动副的位置第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 11 槽轮机构槽轮机

11、构图图 12 12 不完全齿轮机构不完全齿轮机构一、机构的变异一、机构的变异 （四）增加辅助构件（四）增加辅助构件第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 13 变廓线的凸轮机构变廓线的凸轮机构1 凸轮盘凸轮盘 2 构件构件 3 从动件从动件 4 机架机架 上述分析表明，从机构设计的角度来说，完整意义上的机构变异思路上述分析表明，从机构设计的角度来说，完整意义上的机构变异思路和方法与两个因素有关：和方法与两个因素有关： 与运动直接有关的因素；与顺利实现运动有关的构件形状因素与运动直接有关的因素；与顺利实现运动有关的构件形状因素 。 二、机构（构件）的结构二、机构

12、（构件）的结构第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 14 球面副球面副1、2 构件构件图图 12 15 转动副及曲柄的构形转动副及曲柄的构形1 机架机架 2 曲柄曲柄 3 连杆连杆两种情况，运动副的类型位置未变，机构零件的形状变了。两种情况，运动副的类型位置未变，机构零件的形状变了。 二、机构（构件）的结构二、机构（构件）的结构( (续续1）第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 16 油泵的主机构油泵的主机构第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例图图 12 17 转动副及其构形转动副及其构形 1 机

13、架机架 2 曲柄曲柄 3 连杆连杆 4 摇杆摇杆图图 12 18 柔性铰链及其应用柔性铰链及其应用 a）微型机械手的结构）微型机械手的结构 b）微型机械手的机构简图）微型机械手的机构简图 c）柔性铰链的结）柔性铰链的结构构 二、机构（构件）的结构（续二、机构（构件）的结构（续2）三、虚约束、局部自由度与机构机构的结构设计三、虚约束、局部自由度与机构机构的结构设计（一）虚约束和局部自由度的引入（一）虚约束和局部自由度的引入 第二节第二节 机构的结构设计及应用实例机构的结构设计及应用实例 有些机构在一些特殊位置处运动不确定，有些机构虽能满足运动有些机构在一些特殊位置处运动不确定，有些机构虽能满足运动要求，但刚度和受力状况不好，或摩擦严重。在机构设计中用于解决的要求，但刚度和受力状况不好，或摩擦严重。在机构设计中用于解决的方式之一就是引入虚约束或局部自由度。方式之一就是引入虚约束或局部自由度。图图 12 19 压床冲压机构中的虚约束压床冲压机构中的虚约束图图 12 21 用于分隔空间和密封的虚约束用于分隔空间和密封的虚约束 及局部自由度应用实例及局部自由度应用实例1 曲柄曲柄 2 连杆连杆 3 滑块滑块 4 圆盘圆盘 5 壳体壳体二、机构（构件）的结构二、机构（构件）的结构（二）虚约束与机构结构设计的合理性（二）虚约束与机构结