机构创新设计

4机构系统运动方案创新设计

根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需的功能要求。采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、工作品质、适用场合等都会有很大的差异，因此必须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、效率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定。同时在满足要求的前提下尽可能多采用几个方案。

4.1功能原理设计

◆根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行运动的确定。同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。◆不同的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。

1）动作及运动设计

功能分析擦黑板装置

2）执行机构型式设计

实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。执行机构的型式设计，即选用何种机构来实现所需运动，这需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。

机构选型的基本原则

1.原动机的运动形式机械运动方案拟定的优劣与机器能否满足预定功能要求、制造难易、成本高低、运动精度、寿命、可靠性以及动力性能等密切相关。机构的选型不仅与执行构件（即机构的输出构件）的运动形式有关，而且还与机构的输入构件（主动件）有关，而主动件或原动件的运动形式则与所选的原动机类型有关。常用的原动机的输出运动形式可分为：（1）连续运动：如各种异步电动机、滑差电机、直流电机、汽油机、柴油机、液压马达、气动马达等等。（2）往复移动：如活塞式汽缸和液压缸、直线电动机等。（3）往复摆动：如双向电动机、摆动式液压缸或汽缸等。（4）间歇运动：如步进电机等。机器中使用最广泛的是交流电动机，因此，一般输入构件的运动大多数为连续运动。2.机构选型的基本原则在进行机构选型和组合时，设计者必须熟悉各种基本机构和常用机构的功能、结构和特点，并且还应该遵循下列的基本原则：（1）满足工艺动作和运动要求。选择机构首先应满足执行构件的工艺动作和运动要求。通常高副机构比较容易实现所要求的运动规律和轨迹，但是高副的曲面加工制造比较麻烦，而且高副元素容易因磨损而造成运动失真。低副机构虽然往往只能近似实现所要求的运动规律或轨迹，尤其当构件数目较多时，累计误差较大，设计也比较困难，但低副元素（圆柱面或平面）易于加工且容易达到加工精度要求。因此从全面考虑，优先采用低副机构。例：JA型家用缝纫机的挑线机构采用摆动从动件圆柱凸轮机构如图2—1（a）所示，虽然其挑线孔的轨迹比较容易满足使用要求，但是凸轮廓线加工比较复杂，而且容易磨损。JB型家家用缝纫纫机的挑挑线机构构则采用用连杆机机构如图图所示。。虽然其其挑线孔孔的运动动轨迹只只能近似似实现，，但借助助计算机机进行优优化设计计，可控控制误差差在允许许范围内内，从而而使挑线线孔轨迹迹满足使使用要求求。由于连杆杆机构是是低副机机构，加加工方便便且耐磨磨损，所所以现在在家用缝缝纫机和和工业缝缝纫机都都选用连连杆机构构作为挑挑线机构构。（2）结结构最简简单，传传动链最最短在满足使使用要求求的前提提下，机机构的结结构应尽尽可能简简单，构构件的数数目要少少，运动动副数目目也要少少。这样不仅仅可以减减少制造造和装配配的困难难，减轻轻重量，，降低成成本，而而且还可可以减少少机构的的累计运运动误差差，提高高机器的的效率和和工作可可靠性。。例：为了了实现将将回转运运动变换换为一种种按一定定运动规规律进行行的往复复直线运运动，而且从动动件的行行程不要要太大，，可采用用图示的结结构。也可采用用图示的的结构。。（3）原原动机的的选择有有利于简简化结构构和改善善运动质质量目前机器器的原动动机多采采用电动动机，也也有采用用液压缸缸或气缸缸。在有液、、气压动动力源时时尽量采采用液压压缸或气气缸，这这样有利利于简化化传动链链和改善善运动质质量，而而且具有有减振、、易于减减速、操操作方便便等优点点，特别对于于具有多多执行构构件的工工程机械械、自动动机，其其优越性性就更突突出。例如两种种摆杆机机构的方方案，显然，如如图所示示的摆动动气缸方方案，其其结构十十分简单单，但摆摆动气缸缸在传动动时速度度较难控控制。若若采用摆摆动电动动机直接接驱动摆摆杆，结结构更简简单，速速度比较较容易控控制；而如图（（b）所所示的方方案，因因为电动动机一般般转速较较高，它它必须通通过减速速机才能能使摆杆杆的摆动动速度满满足要求求，故其其结构比比图（a）复杂杂得多。。（4）机机构有尽尽可能好好的动力力性能这一原则则对于高高速机械械或者载载荷变化化很大的的机构尤尤应注意意。对于高速速机械，，机构选选型要尽尽量考虑虑其对称称性，对对机构或或回转构构件进行行平衡使使其质量量合理分分布，以以求惯性性力的平平衡和减减小动载载荷。对于传力力大的机机构要尽尽量增大大机构的的传动角角或减小小压力角角，以防防止机构构自锁，，增大机机器的传传力效益益，减小小原动机机的功率率及其损损耗。（5）加工工制造方便便，经济成成本低降低生产成成本，提高高经济效益益是使产品品有足够的的市场竞争争里的有里里保证。在具体实施施时，应尽尽可能选用用低副机构构，并且最最好选用以以转动副为为主构成的的低副机构构，因为转动副副元素比移移动副元素素更容易加加工，也跟跟容易达到到精度要求求。此外，在保保证使用条条件的前提提下，尽可能选用用结构简单单的机构；；尽可能选用用标准化、、系列化、、通用化的的元器件，，以达到最最大限度低低降低生产产成本，提提高经济效效益的目的的。（6）机器器操纵方便便、调整容容易、安全全耐用在拟定机械械运动方案案时，应适适当选一些些开、停、、离合、正正反转、刹刹车、手动动等装置，，可使操作作方便，调调整容易。。为了预防机机器因载荷荷突变造成成损坏，可可选用过载载保护装置置。（7）具有有较高的生生产效率和和机械效率率选用机构必必须考虑到到其生产效效率和机械械效率，这这也是节能能源提高机机关年纪效效益的只要要手段之一一。在选用机构构时，应尽尽量减少中中间环节，，即传动链链要短，并并且尽量少少采用移动动副，因为为这类运动动副容易发发生楔紧或或自锁现象象。此外，执行行机构的选选择要考虑虑到与原动动机的运动动方式、功功率、转矩矩及其载荷荷特性能够够相互匹配配协调。另外，所选选机构的传传力特性要要好，机械械效率较高高。例如低效率率的蜗杆机机构应该少少用；行星星轮传动中中优先采用用负号机构构，因为通通常负号机机构比正号号机构效率率高；增速机构一一般效率较较低，也应应该尽量避避免采用。。当所选择的的机构型式式不能完全全实现预期期要求，或或虽能实现现功能要求求但存在着着或结构较较复杂、或或运动精度度不当和动动力性能欠欠佳，可在在常用机构构中选择一一种功能和和原理与工工作要求相相近的机构构，在此基基础上重新新构筑机构构的型式。。4.2机构构设计⑴组合法法串联组合前一级子机机构的输出出构件，作作为后一级级子机构的的输入构件件，依次串串联的组合合方式。输入输出子机构II子机构I后一级子机机构的主动动件为前一一级子机构构的一个连连架杆。后一级机构构的子主动动件为在前前一级子机机构的连杆杆。III512341123A54DCBFEM并联组合几个子机构构共用同一一个输入构构件，而它它们的输出出运动又同同时输入给给一个多自自由度的子子机构，从从而形成一一个自由度度为1的机构系统统的组合方方式。子机构n1子机构III子机构I子机构II子机构n输入输出直线电机襟翼直线电机某型飞机的襟翼操纵机构大型船舶主传动机构复合式组合合由一个或几几个串联的的基本机构构去封闭一一个具有两两个或多个个自由度的的基本机构构的组合方方式5杆机构输入输出凸轮机构1、机构的的倒置：机构内运动动构件与机机架的转换换。AB14lR235OPSO1AB12⑵变异法法改变构件结结构形状将摆动导杆杆机构中的的直线导槽槽改为圆弧弧导槽，可可获得较长长时间的停停歇。要使分解后后的运动规规律协调配配合（1）简单单情况可采采用机构合合成法将多个分解解运动输入入到具有多多个自由度度的机构中中，合成为为一个复杂杂的运动。。（2）可采采用分配轴轴的方法使使各分解运运动协调配配合（3）可采采用电气控控制或计算算机数字控控制的方法法使各分解解运动协调调配合。执行机构运运动协调设设计一、执行构件的的布置特别要考虑虑到控制此此执行构件件运动的执执行机构的的安装是否方方便1）与执行行构件的联联接是否方方便；2）执行机机构原动件件布置的位位置是否恰恰当；尽可能接近近执行构件件；使各执行机机构原动件件尽可能集集中布置在在一根轴或少数几几根轴上；；各原动件应应保持等速速或定速比比。二、执行机机构运动协协调设计应应满足的要要求保证各执行行机构动作作的顺序性性；各执行构件件的动作在在时间上同同步；保证空间的的同步性；；保证系统各各执行构件件对操作对对象的操作作具有单一一性或协同同性；执行构件的的动作之间间应保持时时间上的间间隔，以避避免动作衔衔接处发生生干涉；机械运动循循环图设计计一、机械运动循循环图1、机械运运动循环图图表达机械各各执行机构构（构件））在一个运运动环中各各动作的协协调配合关关系的简单单明确图，，称机械运运动循环图图。2、机械运运动循环图图的类型1）直线式式循环图（（矩形循环环图）2）圆形循环图图（极坐标标式）3）直角坐标式式循环图1、设计要要点完成系统的的协调设计计;确定参照机机构（构件件）;3)设设计单一执执行机械运运动循环图图;4)设设计机械运运动循环图图.二、机械运运动循环图图的设计例：粉料压压片机113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611113109105（1）执行行构件完成成的动作：：移动料斗3至模具11的型腔腔上方，并并准备将粉粉料装入型型腔；料斗振动，，将粉料装装入型腔；；下冲头5下下沉，以防防止上冲头头9下压时时将型腔内内粉料抖出出；上冲头下压压，下冲头头上压，将将粉料加压压并保压一一定时间，，使药片成成型较好；；上冲头快速速退出，下下冲头随之之将压好的的药片推出出型腔，完完成压片工工艺过程。。例：粉料压压片机113109105138957462ⅠⅡⅢⅣ611分配轴1234ⅣⅠ