1、机构的选型与组合,引言机构的组合机械系统总体方案的设计机械执行系统的方案设计,2,刻字成形机构,3,牛头刨床, 1、机构的组合,由于现代机械工程对机械运动形式、运动规律和动力性能等方面要求的多样化和复杂化，以及各种单一的基本机构性能的局限性，仅采用某种基本机构往往不能很好地满足设计要求。 为满足设计要求，需要将各种基本机构进行适当的组合。,机构的组合是发展新机构的重要途径之一。,返回,5,如,单自由度机构 （F=1),二自由度机构,四杆机构,凸轮机构,齿轮机构,基本机构：常用机构中，结构最简单的机构。,五杆机构,四杆高副机构,间歇运动机构,差动轮系,行星轮系,6,分析机构组合的步骤:,认定机构
2、系统中运动的输入及输出构件；,从输入构件开始，逐步分割出各基本机构；,从输入构件开始，画出各基本机构之间运动传递关系的框图；,确定组合方式。,串联组合,1、机构的组合方式,机构的串联组合机构的并联组合机构的反馈组合机构的叠联组合,返回,8,1.1 机构的串联组合,构件固接式组合： 将若干个单自由度的基本机构，以前一个基本机构的输出构件和后一个基本机构的输入构件固接。,转动导杆机构的输出构件BC和曲柄滑块机构的输入构件CD固接,9,组合方式框图：,机构的输出构件BC与机构的输入构件CD固接-构件固接式串联组合,10,轨迹点固接： 若前一个基本机构中的输出为平面运动构件上一点M的轨迹，通过轨迹点M
3、与后一个机构用铰链连接。,织布机开口机构,11,组合方式框图：,机构与机构在点M用铰链连接-轨迹点固接,12,1.2机构的并联组合,将一个多自由度机构作为基础机构， 一个或几个自由度为1的机构（称为附加机构）的输出构件接入基础机构，这种组合方式称为并联组合。,铁板传送机构,13,组合方式框图：,两个附加机构、的输出构件2和H(摇杆CD)接入基础机构-并联组合,14,组合方式框图：,两个附加机构、的输出构件2和4接入基础机构 -并联组合,15,组合方式框图：,附加机构的输出构件4接入基础机构，构件4和曲柄1向基础机构传入运动-并联组合,1.3机构的反馈组合,以一个多自由度机构作为基础机构，基础机
4、构的一个输入运动是通过一个单自由度的附加机构从基础机构的输出构件回授的。,滚齿机分度校正机构,蜗杆能转动和由滑架带着移动,17,组合方式框图：,基础机构的输出构件2的运动，通过附加机构回授给基础机构-反馈组合,18,1.4机构的叠联组合,在一基础机构上叠加二级组。,折叠伞的收放机构,19,将一个基本机构装在另一个基本机构的输出构件上。,特点： 1）每一个基本机构都有一个动力源。 2）后一个基本机构的相对机架是前一个机构的输出构件。,组合方式框图,20,练习,构件固接式串联组合,定轴轮系的输出构件2和行星轮系的输入构件2固接,行星轮系的输出构件H和行星轮系的输入构件4固接,21,组合方式框图：,
5、附加机构的输出齿轮3 接入基础机构，齿轮3和齿轮1向基础机构传入运动-并联组合,2. 组合机构的类型和功能,常用的组合机构,凸轮连杆组合机构齿轮连杆组合机构凸轮齿轮组合机构,23,2.1凸轮连杆组合机构,M点描绘出一条复杂的轨迹四杆四移动副机构(F=2)两个凸轮机构(F=1),刻字、成型机构,准确地实现复杂运动轨迹,24,小型电影放映机的抓片机构,应用,25,笔芯装配线送进机构,26,准确地实现复杂运动规律,五杆机构(F=2)，槽凸轮机构(F=1) 该组合机构准确地实现了工作要求的复杂运动规律。,巧可力包装机的托包机构,27,2.2齿轮连杆组合机构,实现复杂运动轨迹,实现复杂运动规律,28,振
6、摆式轧钢机轧辊驱动装置,五杆机构(F=2):基础机构定轴轮系(F=1):附加机构,调节两曲柄AB和DE的长度，调节两曲柄AB和DE的相位角，可方便地改变M点的轨迹。,实现复杂运动轨迹,29,实现复杂运动轨迹,31,实现较长时间近似停歇,连杆机构 (F=2)：基础机构行星轮系 (F=1)：附加机构,实现复杂运动规律,差动轮系(F=2) 基础机构连杆机构(F=1) 附加机构,改变四杆机构各构件的尺寸和z5、z25可获得不同的运动规律。,33,2.3凸轮齿轮组合机构,实现复杂运动规律的间歇运动,差动轮系(F=2):基础机构固定槽凸轮机构(F=1):附加机构,返回,34,自动装卸机构,2 机械系统总体
7、方案的设计,机械产品的设计过程机械总体方案设计的目的和内容,返回,2.1机械产品的设计过程,机械产品设计:,分析 综合 创新,新产品,机械产品的设计过程,1）初期规划设计阶段,2）总体方案设计阶段,3）结构技术设计阶段,4）生产施工设计阶段,38,选题： 选择设计对象，提出设计题目； 调研和预测： 写出调研报告；可行性论证： 写出产品开发可行性论证报告；确定设计任务：设计任务书。,1）初期规划设计阶段,39,2）总体方案设计阶段,目标分析,总体方案示意图；机械系统方案运动简图；运动循环图；方案设计计算说明书。,机构运动简图的作用机构运动设计的目标设计说明的文件构造设计的依据,40,3）结构技术
8、设计阶段,结构方案拟定,全套设计图纸；设设计计算说明书。,41,4）生产施工设计阶段,工艺设计,工艺流程卡片；工装设计图；基础安装图； 使用说明书等。,2. 2机械总体方案设计的目的,传统仿照设计： 往往忽略初期规划设计阶段的作用; 往往忽略总体方案设计阶段的作用。,初期规划设计,开发什么产品？,现代产品开发：,总体方案设计,设计目标,调研,可行性论证,创新的关键,43,2. 机械总体方案设计的内容,（1）执行系统的方案设计 执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计及执行系统的方案评价与决策。,（2）原动机类型的选择和传动系统的方案设计 传动类型的选择、传动
9、路线的选择、传动链中机构顺序的安排、各级传动比的分配。,（3）控制系统的方案设计,（4）其它辅助系统的设计 润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统和照明系统等的设计。, 3 机械执行系统的方案设计,执行系统方案设计的过程和内容执行机构的型式设计,45,3.1 执行系统方案设计的过程和内容, 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。 运动规律设计 根据工作原理决定选择何种运动规律。工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也相同。同一个
10、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。 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是指选用何种机构来实现上述运动规律。这需要综合考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。,46, 执行系统的协调设计 对于由多个执行构件组合而成的复杂机械，必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调配合，以完成预期的工作要求。, 机构的尺度设计 对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸,绘制出各执行机构的运动简图。 运动和动力分析 对整个执行系统进行运动分析和动力分析，检验是否满足运动要求和动力性能方面的要求。 方
11、案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。 如果评价的结果是肯定的，则可绘出执行系统的运动简图，完成了执行系统的方案设计；如果评价的结果是否定的，则需要对设计方案进行修改。修改设计方案的途径因实际情况而异。,执行系统的功能原理设计,功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。,根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。,48,机械抓、托原理,实例：,“鹊桥相会”牛郎机器人的功能原理设计,49,电吸原理,总结： 实现某种预期的要求，可以采
12、用多种不同的工作原理； 不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。,50,3.2 执行机构的型式设计,机构的构型,机构的选型,51,1.机构的选型,利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。 只要所选的机构能够实现预期的工作要求、结构简单、性能优良，且用得巧妙，其本身也是一种创新。,自学要求：总结常见运动特性及其对应机构,52,2.机构的构型,选择 对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择
13、出基本机构的雏形。 突破 以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。重新构型 在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能优良的新机构。,常用方法有：组合法、变异法等,53,组合法,将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基本机构不易实现的运动或动力特性。,常用组合方式,串联组合,并联组合,反馈组合,叠联组合,机构的组合是发展新机构的重要途径之一。,54,变异法,通过改变运动副的形状和尺寸、变更机架等方法生成新的机构型式。,常用方法有：倒置、运动副变换等,55,1）变更机构的机架（倒置）,平面四杆机构的演化方法之一。,凸轮机构也可以通过倒置进行变异。
14、,如：将凸轮机构中的凸轮作为机架，而原来的机架变为原动件，变为用于异型罐头封口的机构。,56,2）运动副变换,常用的变换方式,低副变高副,高副变低副,转动副变移动副,运动副是机构运动变换的主要元素，通过运动副变换生成新的机构型式是机构创新构型的途径之一。,57,低副变高副,在机构构型时，有时将低副变异为高副。,58,3）改变运动副的形状,如：在摆动导杆机构中，在原直线导槽上设置一段圆弧槽，其圆弧半径与曲柄长度相等，则导杆在左极限位置时将做较长时间停歇。,59,4）增加辅助构件,为保持运动副元素能按预定位置（走向）接触，需增加的构件称为辅助构件。,手动插秧机的分插机构,60,要确保构件5的滚子B沿固定凸轮2的槽壁（廓线）作单方向运动，必须增加一个“活舌3” ，3与秧船组成转动副C。 弹簧6的两端分别挂在辅助构件3和秧船上。 当主动杆1往复运动时，滚子B只能以逆时针方向与凸轮2的槽壁接触。,返回,61,了解机构的组合方式机械总体方案设计的一般过程机械执行系统方案设计的一般过程,本章教学要求,返回,
