第五章 机构演化变异原理与创新

第五章机构演化变异原理与创新第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第一节

机构的运动副演化与变异运动副演化与变异的主要目的：(1)增强运动副元素的接触强度；(2)减小运动副元素的摩擦、磨损；(3)改善机构的受力状态；(4)改善机构的运动和动力效果；(5)开拓机构的各种新功能；(6)寻求演化新机构的有效途径。运动副演化与变异的主要方法包括：(1)改变运动副的尺寸；(2)改变运动副元素的接触性质；(3)改变运动副元素的形状。转第二章第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四一、改变运动副的尺寸——主要是指转动副和移动副尺寸的增大1．转动副的扩大——主要指组成转动副的销轴和销轴孔在直径尺寸上的增大，但各构件之间的相对运动关系并没有发生改变。这种变异机构常用于泵和压缩机等机械装置中。例1：例2：a）曲柄摇杆机构b）旋转泵a）曲柄滑块机构b）活塞泵第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四2．转动副连续扩大后展直为移动副转动副转变成移动副的过程：扩大转动副A改变形状展直转动副原状第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四3．移动副的扩大——移动副的扩大主要指组成移动副的滑块与导路尺寸的变大，并且尺寸增大到把机构中其它运动副包含在其中。各构件之间的相对运动关系并没有发生改变。例1：例2：a）冲压机构b）正弦机构a）冲压机构b）曲柄滑块机构第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四二、改变运动副元素的接触性质低副元素的接触性质——滑动接触高副元素的接触性质——滑动和滚动两种接触用滚动代替滑动是减小磨损的有效方法例如：第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期四三、改变运动副元素的形状1、平面低副形状的改变——是内容最丰富的一种演化变异——可以实现特殊的运动规律，或解决原始机构难以解决的问题例1：例2：第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期四2、平面高副形状的改变改变平面高副元素形状的主要目的：一方面为了演化变异出具有不同功能的平面高副；另一方面为了改善高副机构的各种性能，如受力状态、接触强度、运动及动力特性等。（1）改变高副元素形状可演化变异出不同功能的高副第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期四（2）改变高副元素形状可改善机构性能如改变齿廓曲线的形状，凸轮轮廓曲线的形状，槽轮槽的分布等例如：第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期四

3、螺旋副一般由相互旋合的螺杆和螺母组成，可用于传动、微调、增力、联接等。从剖面看，螺纹的形状有矩形、梯形、锯齿形、三角形等。例：旋转推进式螺旋推进器第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第二节机构的机架变换与创新机构的机架变换是指机构内的运动构件与机架的互相转换，或称作机构的倒置。按照相对运动原理，机架变换后，机构内各构件的相对运动关系不变，而绝对运动却发生了改变。下面主要讨论常用的基本机构的机架变换及其运动特点：一、平面四杆机构的机架变换第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四转动导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构曲柄滑块机构双滑块机构双转块机构正弦机构正切机构第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四二、凸轮机构的机架变换第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四三、齿轮机构及挠性件传动机构的机架变换第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四四、间歇运动机构的机架变换行星轮系杆第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第三节机构的构件变异机构构件变异的主要目的：(1)改善机构运动的不确定；(2)解决机构由于结构原因无法正确运动问题，(3)开发新功能，(4)开发新机构，(5)改善机构的受力状态，提高构件强度或刚度。为实现上述目的所采用的演化变异方法有：(1)利用构件的运动性质进行演化变异，(2)改变构件的结构形状和尺寸，(3)在构件上增加辅助结构，(4)改变构件运动性质。第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期四一、利用构件的运动性质演化变异——主要指某些构件进行往复运动时，可以仅利用其单程的运动性质，再进一步改变构件的形状以实现这个单程运动间歇地重复再现，从而演化出新的机构。例如：摆动导杆机构变异为槽轮机构：第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期四二、改变构件的结构形状和尺寸——可以解决机构运动不确定和机构因结构原因无法正常运动等问题。1、平面四边形机构的变异消除死点2平行四边形联轴器孔销式联轴器第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期四2、双转块机构的变异连杆十字滑块联轴器连杆变异凸榫第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期四三、增加辅助机构——可以解决机构的各个组成元素本身无法解决的问题，如运动不确定问题，运动规律可调性问题等。1、转动导杆机构转动导杆机构的变异之一转动导杆机构的变异之二第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期四2、凸轮机构增加辅助结构可改变从动件的运动规律第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期四四、改变构件的运动性质——主要是改变凸轮常见的运动性质，使之既转动又移动，实现凸轮机构行程的增大。活动滚轮固定滚轮第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第四节机构的等效变换与创新利用运动副的等效代换创新同性异形机构1、空间运动副与平面运动副的等效代换——机构的等效变换又称机构的同性异形变换。指输入、输出的运动特性相同或等效，但结构不同的一组机构。第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期四2、平面高副与平面低副的等效代换第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期四第五节机构运动原理的仿效与创新一、啮合传动原理的仿效二、滚动传动原理的仿效带传动同步带传动螺旋传动