机构创新设计11

机

构

系

统

运

动

方

案

创

新

设

计

第一页，共三十八页。4.1

功能原理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、本

钱、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

。第二页，共三十八页。1〕

动

作

及

运

动

设

计◆根据工艺要求进展工艺动作的分解及执行运动确实定。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。第三页，共三十八页。

擦里板装置

第四页，共三十八页。功能分析|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、制造本钱等因素。第五页，共三十八页。机

构

选

型

的

根

本

原

如

此■

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、本钱上下、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如此与所选的原动机类型有关。第六页，共三十八页。■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。第七页，共三十八页。2.机构选型的根本原如此■套进唇机构选型和组合时，设计者必须熟悉各种想本机构术

常

用

机

构

的

功

能

、

结

构

和

特

点

，

并

且

还

应i

该

遵

循

如

下

的■

〔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

易到达加工精度要求。因此从全面考虑，优先采用

低

副

机

构

。根

本

原

如

此

：第八页，共三十八页。

■例

：■

2挑—

动从动件■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。所示，采用摆a〕构〔机1线图的如机构纫机缝轮用凸家柱型圆JA(a)第九页，共三十八页。型家用缝纫机的挑线机构如此采用连杆机构如如下图。

虽然其挑线孔的运

动

轨

迹只能

近

似实现，但

借

助

计

算

机

进

展

优

化

设

计，

可

控

制误差

在允

许

范围内，

从而使挑线孔

轨

迹

满

足

使

用

要

求

。■由于连

杆

机

构

是

低

副

机

构，加工方便

且耐磨在

纫机都选

作损

，

所

以

现用

连

杆

机

构第十页，共三十八页。■在

满足

使

用

要

求的

前

提

下，机构的结构应尽

可能简单，

构件的数

目要少，

运动副数

目也要少

。■这

样不

仅

可以减

少

制

造

和

装

配的困

难，减

轻

重量，

降低本钱，

而且还可以减少机构的累

计运动

误

差，

提高

机器的效

率

和

工

作

可

靠

性

。〔2〕结构最简单，

传

动

链

最

短第十一页，共三十八页。例：

为了实现将回转运动变换为一种按一定运动规律进展的往复直线运动，而且从动件的行程不要太大，可采用图示的结构。第十二页，共三十八页。也

可

采

用

图

示

的

结

构

。MCA

本B第十三页，共三十八页。D〔3〕原动机的选择有利于简化结构和改善运

动

质

量■目前机器的原动机多采用电动机，

也有采用

液

压

缸

或

气

缸

。■在有

液、

气

压

动

力

源时

尽

量

采

用

液

压

缸

或

气缸，

这样有利

于简

化

传

动

链

和

改

善

运

动

质

量

，

而且具有

减

振、

易

于

减

速、

操

作

方

便

等

优点

，

特别对于具有多执行构件的工程机械、

自动

机，

其优越性

就

更

突出

。第十四页，共三十八页。■

例如两种摆杆机构的方案，■显然，如如下图的摆动气缸方案，其结构

十分

简

单，

但

摆

动

气

缸

在

传

动时

速

度

较

难

控

制。

假设

采

用

摆

动电

动

机

直

接

驱

动

摆

杆

，

结构更简单，速度比较容易控制；第十五页，共三十八页。而如图〔b〕

所

示的

方

案，因

为电

动

机

一

般

转

速

较

高，

它

必

须

通

过

减

速

机

才

能

使

摆

杆的

摆

动

速

度

满

足

要

求，故

其

结

构比图〔a〕

复

杂

得

多

。气

缸O(a)(b)第十六页，共三十八页。〔

4

〕

机

构

有

尽

可能

好的

动

力

性

能■

这一

原

如

此

对

于

高

速

机

械

或

者

载

荷

变

化

很

大

的

机

构

尤

应

注

意

。■

对

于高

速

机

械，机

构

选

型

要

尽

量

考

虑

其

对

称

性，

对

机构或回转

构

件

进

展

平

衡

使

其

质

量

合理分

布，

以

求

惯

性

力的

平

衡

和

减小

动

载

荷

。对于

传

力

大的

机

构

要

尽

量

增

大

机

构的

传

动

角

或减小压力角，

以防止机构自锁，

增大机器

的传力效益，减小原动机的功率及其损耗。第十七页，共三十八页。〔5〕加工制造方便，

经济本钱低■降低生产本钱，提高经济效益是使产品有足够的市场

竞

争

里

的

有

里

保

证。■在具体实施时，应尽可能选用低副机构，并且最好选用

以转

动

副

为

主

构

成

的

低

副

机

构

，■

因为转动副元素比移动副元素更容易加工，也跟容易到达精度

要

求

。此外，在保证使用条件的前提下，■尽可能选用结构简单的机构；■尽可

能

选

用

标

准

化

、

系

列

化

、

通

用

化

的

元

器

件

，以到达最大限度低降低生产本钱，

提高经济效益的目的。第十八页，共三十八页。■

〔7〕具有较高的生产效率和机械效率■选用机构必须考虑到其生产效率和机械效率，这也是

节

能源

提

高

机

关

年

纪

效

益

的

只

要

手

段

之

一。■在选用机构时，应尽量减少中间环节，即传动链要短，并

且尽量少采用移动副，

因为这类运动副容易发生楔紧或自

锁

现

象

。〔6〕机器操纵方便、调整容易、平安耐用轰装定朝攀运孕窈零联置应哥崔操作芳覆；偏整容易：正■

为了预防机器因载荷突变造成损坏，

可选用过载保护装置。第十九页，共三十八页。■

此外，执行机构的选择要考虑到与原动机的运动方式、功率、转矩

及

其

载

荷

特

性

能

够

相

互

匹

配

协

调

。■

另外，所选机构的传力特性要好，

机械效率较高。■

例如低效率的蜗杆机构应该少用；行星轮传动中优先采用负号机构，

因为通常负号机构比正号机构效率高；■增速机构一般效率较低，

也应该尽量防止采用。第二十页，共三十八页。4

.

2机构设计当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实现功能要求但存

在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力性能欠佳，可在常用机构中选择

一种功能和原理与工作要求相近的机构，在此根底上重新构筑机构的型式。第二十一页，共三十八页。(1)组合法串联组合前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构件，依次串

联的组合方式。后一级子机构的主动件为前

一级子机构的一个连架杆。1后一级机构的子主动件为在

前一级子机构的连杆。2C

5,E5

II

4○

37777777子机构I

子机构IO1MBI41输出输入第二十二页，共三十八页。23并联组合几个子机构共用同一个输入构件，而它们的输出运动又同时

输入给一个多自由度的子机构，从而形成一个自由度为1的机构系直线电机襟翼

AM直线电机

某型飞机的襟翼操纵机构子机构II子

机

构IIⅢ子机构n-1LL!大型船舶主传动机构统的组合方式。子机构I输入输出第二十三页，共三十八页。子

机

构n

复合式组合由一个或几个串联的根本机构去封闭一个具有两个或多个自由度的根本机构的组

合方式输入凸轮机构5杆机构输

出第二十四页，共三十八页。●(

2

)

变

异

法1、

机构的倒置：机构内运动构件与机架的转换。第二十五页，共三十八页。

改变构件结构形状将摆动导杆机构中的直线导槽改为

圆弧导槽，可获得较长时间的停歇。第二十六页，共三十八页。〔1〕简单情况可采用机构合成法将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中

，

合成为一个复杂的运动

。

〔2〕可采

用

分

配

轴的方

法

使各分

解

运

动

协

调

配

合〔

3

〕

可

采

用电

气

控

制

或

计

算

机

数

字

控

制的

方

法

使

各

分

解

运

动

协

调

配

合

。执

行

机

构

运

动

协

调

设

计要使分解后的运动视律依调配合第二十七页，共三十八页。一

、

执

行

构

件

的

布

置特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便1

〕

与

执

行

构

件

的

联

接

是

否

方

便；2〕执行机构原动件布置的位置是否恰当；

尽可能接近执行构件；使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴

或少数

几根轴上

；各原动件应保持等速或定速比。第二十八页，共三十八页。、执行机构运动协调设计应满足的要求1.

保证各执行机构动作的顺序性；2.各执行构件的动作在时间上同步；3.保证空间的同步性；4.

保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或协同性；

5.执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以防止动作衔接处发生干预；第二十九页，共三十八页。机械运动循环图设计一

、

机

械

运

动

循

环

图1、

机械运动循环图表达机械各执行机构〔构件〕在一个运动环中各动作

的协调配合关系的简单明确图，称机械运动循环图。2、

机械运动循环图的类型1〕直线式循环图(矩形循环图)2)

圆形循环图〔极坐标式〕3〕直角坐标式循环图第三十页，共三十八页。二、

机械运动循环图的设计1、设计要点完成系统的协调设计；确定参照机构〔构件〕3)

设计单一执行机械运动循环图；

4)

设计机械运动循环图.第三十一页，共三十八页。5544

B6

Ⅱ0I

3

医例

：

粉

料

压

片

机第三十二页，共三十八页。0〔1〕执行

构件

完

成

的

动

作：移动料

斗

3

至

模

具11的

型

腔

上

方，

并准

备

将

粉

料

装

入型

腔；

料斗振动，

将粉料装入型

腔

；下

冲

头

5

下

沉

，以

防

止

上

冲

头

9

下

压

时

将

型

腔内

粉

料

抖

出

；上

冲

头下

压，

下

冲

头

上

压，

将

粉

料

加

压并

保

压

一

定

时间，

使

药

片

成

型

较

好

；

上

冲

头

快

速

退

出

，

下

冲

头

随

之

将

压

好

的

药

片

推

出

型

腔

，

完

成

压片

工艺

过

程

。第三十三页，共三十八页。的10上C

ⅡIIV例

：

粉

料

压

片

机分

配轴D