第五章-机构的组合与创新设计

第五章机构的组合与创新设计第一节机构组合的基本概念第二节机构组成原理与机构创新设计第三节机构串联组合与创新设计第四节机构并联组合与创新设计第六节机构封闭组合与创新设计第八节剪叉机构及其创新设计第七节其他类型的机构组合与创新设计第五节机构叠加组合与创新设计一、基本机构的应用1）基本机构的单独使用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，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。2）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。

第一节机构组合的基本概念图示压片机由三个互不连接工作的机构组成，各机构之间的运动必须满足协调关系3）各基本机构互相连接的组合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、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。图5-7复杂机械的组成a)牛头刨床机构简图b）冲床机构简图图5-7所示机构为牛头刨床的机构简图，由齿轮机构和连杆机构组合而成；5-8所示为冲压机机构简图，由带传动机构、多级齿轮机构和连杆机构组合而成。常用的机构组合方法如下：1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2、按照串联规则组合基本机构3、按照并联规则组合基本机构4、按照叠加规则组合基本机构5、按照封闭规则组合基本机构6、上述方法混合连接，可得到复杂的机构系统第二节机构组成原理与机构创新设计一、II级杆组的类型

n=2，Pl=3的杆组，为II级杆组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，另一个为移动副，或者两个外接副同时为移动副II级杆组分类图

RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR内接副为转动副内接副为移动副

级杆组分类图

3R杆组(以三个内接副均为转动副开始)3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRRP3R2RP3RR2P3R3P

n=3，Pl=6的杆组，为III级杆组二、III级杆组的类型2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2RP杆组（三个内接副为两个转动副一个移动副）R2P杆组（三个内接副为一个转动副两个移动副）R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P3P杆组（三个内接副为三个移动副）3P3R3PR2P3P3P3P2RP三、机构组成原理与机构创新设计1、机构组成原理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系列的新机构提供了明确的途径。2、机构组成原理与机构创新把前述的各种II级杆组和III级杆组连接到原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各种II级杆组和III级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。+连接RPR型杆组连接级杆组图5-15连接RRP和RRP杆组形式

3R3RⅢ级杆组连接到三个原动件和机架上，称为机器人领域的并联机器人

杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和机架上可组成新机构。把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。一、机构的串联组合1、基本概念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由度的机构。第三节机构的串联组合与创新设计机构1机构2机构1机构2前置机构后置机构

I型串联:（连接点选在简单运动构件上（连架杆）前置机构后置机构II型串联：连接点选在做复杂平面运动构件上（连杆或行星轮）2、串联组合分类3、组合示例图5-21串联机构示意图a）I型串联b）II型串联I型：前置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接II型:前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接二、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的速度变换

工程中的原动机大都采用输出转速较高的电动机或内燃机，而后置机构的转速较低。为实现后置机构低速或变速的工作要求，前置机构常采用各种齿轮机构、V带传动与链传动。CBDAz1z2降低连杆机构的速度2、实现后置机构的运动变换

基本机构的运动规律受到机构类型的限制，如曲柄滑块机构的滑块很难获得等速运动，若串联一个前置连杆机构，通过适当的尺度综合，后置连杆机构可获得预期的运动规律。EACBD改变滑块的运动规律3、在满足运动要求的前提下，运动链尽量短串联组合系统额总机械效率等于各机构的机械效率的连乘积，运动链过长会降低系统的机械效率，同时也会导致传动误差的增大。在进行机构的串联组合时应力求运动链最短。第四节机构的并联组合与创新设计一、机构的并联组合1、基本概念

若干个单自由度的基本机构的输入构件连在一起，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在一起，保留各自的输入运动；或输入构件、输出构件分别连接在一起；均称为并联组合。其特征是各基本机构均是单自由度机构。2、分类图5-25并联组合示意图a）I型并联

b）II型并联c）III型并联3、并联组合实例I型并联：共同输入I型II型并联：共同输出III型并联：共同输入共同输出二、并联组合的基本思路串联机构组合目的主要是改变后置机构的运动速度或运动规律，而并联机构组合目的主要是实现运动的分解或运动的合成，有时也可改变机构的动力性能。其基本原则如下：1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡

利用I型并联实现平衡目的，相当于运动的合成，其主要功能是对输出构件运动形式的补充、加强和改善。对称并联同类机构，实现惯性力的部分平衡与完全平衡2、实现运动的分解与合成。3、改善机构受力状态。I型并联实现运动分解或分流II型并联实现运动的合成三环减速器机构第五节机构的叠加组合与创新设计一、机构的叠加组合1、基本概念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。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加机构。2、分类图5-29机构的叠加组合a）I型叠加机构b）II型叠加机构输入输入输入输出输出BCDA电机1)I型叠加机构基础机构附加机构3、组合示例摇头电风扇EDCBAF2)II型叠加机构基础机构附加机构户外摄影车

二、机构叠加组合的关键问题2、II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构件，按附加机构数量依次连接即可。1、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。或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。3、I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。齿轮机构为附加机构，连杆机构为基础机构，则输出齿轮+输入连杆相连。BCDA电机基础机构附加机构附加机构基础机构123与系杆为附加机构，45与系杆为基础机构，则附加机构的系杆与基础构件齿轮相连。一、机构的封闭组合1、基本概念

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，形成一个自由度的机构系统，称为封闭式连接。特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。第六节机构的封闭组合与创新设计

附加机构附加机构基础机构

II型封闭组合机构

III型封闭组合机构

I型封闭组合2、分类3、封闭组合实例HZ3Z2Z1Z6Z4HZ3Z2Z1Z6Z5HZ3Z2Z1差动轮系I型封闭机构III型封闭组合机构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）Z5Z4封闭组合的前提是两自由度的基础机构和单自由度机构的组合，组合而成的新机构是组合机构，基本组合思路如下：1、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、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。

二、封闭组合的基本思路2、附加