机构的组合及创新设计

1、第五章第五章 机构的组合与创新设计机构的组合与创新设计第一节第一节 机构组合的基本概念机构组合的基本概念第二节第二节 机构组成原理与机构创新设计机构组成原理与机构创新设计第三节第三节 机构串联组合与创新设计机构串联组合与创新设计第四节第四节 机构并联组合与创新设计机构并联组合与创新设计第五节第五节 机构叠加组合与创新设计机构叠加组合与创新设计第六节第六节 机构封闭组合与创新设计机构封闭组合与创新设计第七节第七节 其他类型的机构组合与创新设计其他类型的机构组合与创新设计第一节第一节 机构组合的基本概念机构组合的基本概念一、基本机构的概念一、基本机构的概念1 1、最简机构、最简机构 把由把由2 2

2、个构件和个构件和1 1个运动副组成的开链机构称个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为成机构的最多构件为2 2且为开链机构。且为开链机构。 2112原动机的机构简图为最简机构原动机的机构简图为最简机构2 2、基本机构、基本机构把含有把含有3 3个构件以上、且不能再进行拆分的闭个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。分性。 CBDAz1z2o1o2HCAB3 3、基本机构的应用、基本机构的应用1 1） 基本机构的单独使用基本机构的单独使用

3、 基本机构可以直接应用在机械装置中，基本机构可以直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基本机构，如只有一些简单机械中才包含一个基本机构，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。2 2 ）互不连接的基本机构的组合）互不连接的基本机构的组合 若干个互不连接、单独工作的基本机构可若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行运动协调设计。运动协调设计。 图示压片机由三个独立工作的机构组成，各机构之间的运动必须满足协调关系3 3）各基本机构互相连接的组合）各基本机构互相连接的组合各基本机构通

4、过某种连接方法组合在一起，形各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的。应用最广泛、也是最普遍的。基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、并联组合、叠加组合和封闭组合等。其中串联并联组合、叠加组合和封闭组合等。其中串联组合是应用最普遍的组合。组合是应用最普遍的组合。常用的机构组合方法如下。常用的机构组合方法如下。1 1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2 2、按照串联规则组合基本机构、按照串联规则组合基本机构3

5、3、按照并联规则组合基本机构、按照并联规则组合基本机构4 4、按照叠加规则组合基本机构、按照叠加规则组合基本机构5 5、按照封闭规则组合基本机构、按照封闭规则组合基本机构6 6、上述方法的混合连接，、上述方法的混合连接，可得到复杂的机构系统。可得到复杂的机构系统。CBDAz1z2o1o2CABBC串联组合并联组合第二节第二节 机构组成原理与机构创新设计机构组成原理与机构创新设计一、一、IIII级杆组的类型级杆组的类型 n=2n=2，P Pl l=3=3的杆组，为的杆组，为II级杆组。级杆组。当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转动副，也可以一个为转动副

6、，另一个为移动副，动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副，或者两个外接副同时为移动副或者两个外接副同时为移动副023lpnIIII级杆组分类图级杆组分类图 RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR内接副为转动副内接副为转动副内接副为移动副内接副为移动副 级杆组分类图级杆组分类图 3R3R杆组杆组( (以三个内接副开始以三个内接副开始) )3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRRP3R2RP3RR2P3R3P2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2RP2RP杆组杆组R2PR2P杆组杆组R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P3P3P杆组杆组3P3R3PR2P 3P3P 3P2R

7、P三、机构组成原理与机构创新设计三、机构组成原理与机构创新设计1 1、机构组成原理、机构组成原理 把基本杆组依次连接到原动件和机架上，把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。系列的新机构提供了明确的途径。2 2、机构组成原理与机构创新、机构组成原理与机构创新 把前述的各种把前述的各种IIII级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到级杆组连接到原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各种种IIII级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到基本机构的从动级杆

8、组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。件上，可以组成复杂的机构系统。BCA+=BCADE+DE=BCARRP杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上连接连接 级级杆组杆组BCDABCDAEFG+BCDAEFG=BEFGCDARRRRRR杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上RRRRRR杆组连接机构的从动件杆组连接机构的从动件和机架上和机架上连接连接级级杆组到一个原动件和机架上杆组到一个原动件和机架上ABCFGDEABCFGDE=+ABCFGDE=+ABCFGDEHKKH3R3R3R3R杆组连接到三个原动件杆组连接到三个原动件( (并联机构并联机构) )A+FGC

9、EBD=AFGCEBD3R2RP3R2RP杆组连接到一个原动件和机架上杆组连接到一个原动件和机架上杆组类型很多杆组类型很多, ,把基本杆组连接到原动件和把基本杆组连接到原动件和机架上可组成新机构。把机架上可组成新机构。把基本杆组再连接到基本杆组再连接到机构的从动件和机架上可组成复杂机构。机构的从动件和机架上可组成复杂机构。第三节第三节 机构的串联组合与创新设计机构的串联组合与创新设计一、机构的串联组合一、机构的串联组合1 1、基本概念、基本概念 前一个机构的输出构件与后一个机构的输前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。

10、前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。由度的机构。机构机构1机构机构2机构机构1机构机构2前置机构前置机构后置机构后置机构 I I型串联型串联 前置机构前置机构后置机构后置机构IIII型串联型串联2、串联组合分类、串联组合分类二、机构串联组合基本思路二、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的速度变换、实现后置机构的速度变换2、实现后置机构的速度变换、实现后置机构的速度变换3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）BC

11、DAEFZ1CABDZ2I I型串联组合型串联组合IIII型串联组合型串联组合前置机构中做简单运动的构件与后置机构的前置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。CBDAz1z2EACBD减少连杆机构的速度减少连杆机构的速度改变滑块的运动规律改变滑块的运动规律组合实例：组合实例：第四节第四节 机构的并联组合与创新设机构的并联组合与创新设计计一、机构的并联组合一、机构的并联组合1 1、基本概念、基本概念 若干个单自由度的基本机构的输入构件若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起

12、，保留各自的输出运动；或若干个连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构。是各基本机构均是单自由度机构。机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j3）III型并联机构系统型并联机构系统1) I型并联机构系统型并联机构系统 2）II型并联机构系统型并联机构系统 OUTPUTINPUT2 2、并联组合分类、并联组合分类

13、3 3、并联组合实例、并联组合实例CABBCC4BAOC3C2C1I型并联机构型并联机构II型并联机构型并联机构 A1B1B2C1C2O2O1E1E2E2E1二、并联组合的基本思路二、并联组合的基本思路1 1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。2 2、实现运动的分解与合成、实现运动的分解与合成3 3、改善机构受力状态、改善机构受力状态Z1C1AB1DZ2B3B2C2C3Z1C1AB1DZ2B3B2C2C3第五节第五节 机构的叠加组合与创新设计机构的叠加组合与创新设计 一、一、 机构的叠加组合机构的叠加组合1 1、基本概念、基本概念 机构叠加组合是指在

14、一个基本机构的可机构叠加组合是指在一个基本机构的可动构件上再安装一个以上基本机构的组合方式。动构件上再安装一个以上基本机构的组合方式。把支撑其它机构的基本机构称为基础机构，安把支撑其它机构的基本机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附加机构。加机构。1) I1) I型叠加机构型叠加机构 2 2、机构的叠加组合分类、机构的叠加组合分类2) II2) II型叠加机构型叠加机构附加机构附加机构基础机构基础机构输出输出输入输入输入输入附加机构附加机构基础机构基础机构输入输入输出输出BCDA电机电机1) I1) I型叠加机构型叠加机构基础机构基

15、础机构附加机构附加机构EDCBAF2) II2) II型叠加机构型叠加机构基础机构基础机构附加机构附加机构 二、二、 机构叠加组合的关键问题机构叠加组合的关键问题 2 2、IIII型叠加组合机构中，动力源安装在基础型叠加组合机构中，动力源安装在基础机构的可动构件上，驱动附加机构的一个可动机构的可动构件上，驱动附加机构的一个可动构件，按附加机构数量依次连接即可。构件，按附加机构数量依次连接即可。1 1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构、选定附加机构与基础机构，确定附加机构与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。输出构

16、件与基础机构的哪一个构件连接。3 3、I I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。有规律性。Z1HZ2Z3Z41423nZZZnH图中图中, ,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接第六节第六节 机构的封闭组合与创新设计机构的封闭组合与创新设计 一、机构的封闭组合一、机构的封闭组合1 1、基本概念、基本概念 一个两自由度机构中的两个输入构件或一个两自由度机构中的两个输入构件或两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件用单自由度的机构连接起来，形成一个自由度用单自由度的机构连接起来，形

17、成一个自由度的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。构。基础机构基础机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构基础机构基础机构基础机构基础机构附加机构附加机构 II 型封闭组合机构型封闭组合机构 III 型封闭组合机构型封闭组合机构 I I 型封闭组合机构型封闭组合机构 2 2、分类、分类3 3、封闭组合示例、封闭组合示例HZ3Z2Z1Z3Z1HZ3Z2Z1Z3Z4HZ3Z2Z1差动轮系差动轮系 I I型封闭机构型封闭机构 IIIIII型封闭组合机构型封闭组合机

18、构二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个输入和输出（系杆）输入和输出（系杆） 二、二、 封闭组合的基本思路封闭组合的基本思路 封闭组合的前提是两自由度的基础机构封闭组合的前提是两自由度的基础机构和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组合机构，基本组合思路如下。合机构，基本组合思路如下。 1 1、常见的基础机构主要有五杆机构和、常见的基础机构主要有五杆机构和差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构作为封闭机构。作为封闭机构