机构的组合创新资料.pptx

第五章机构的创新 机构的组合创新机构的组合创新 随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出的运动学和动力学特性的要求也变得更加复杂多样。的运动学和动力学特性的要求也变得更加复杂多样。连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不能满足各种复杂多样的要求。能满足各种复杂多样的要求。为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以一定的方式加以组合后使用，称为组合机构。一定的方式加以组合后使用，称为组合机构。概述概述第一节第一节 机构组合的基本概念机构组合的基本概念一、基本机构的概念一、基本机构的概念1 1、最简机构、最简机构 把由把由2 2个构件和个构件和1 1个运动副组成的开链机构称个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为成机构的最多构件为2 2且为开链机构。且为开链机构。2112原动机的机构简图为最简机构原动机的机构简图为最简机构2 2、基本机构、基本机构把含有把含有3 3个构件以上、且不能再进行拆分的闭个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。分性。CBDAz1z2o1o2HCAB3 3、基本机构的应用、基本机构的应用1 1）基本机构的单独使用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。气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。2 2）互不连接的基本机构的组合）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。运动协调设计。图示压片机由三个独立工作的机构组成，各机构之间的运动必须满足协调关系3 3）各基本机构互相连接的组合）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。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、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。组合是应用最普遍的组合。v机构的组合原理，是指将几个基本机构按一定的原机构的组合原理，是指将几个基本机构按一定的原则或规律，组合成一个复杂的机构，这个复杂的机则或规律，组合成一个复杂的机构，这个复杂的机构有两种形式，一种是由几种基本机构融合成性能构有两种形式，一种是由几种基本机构融合成性能更加完善、运动形式更加多样化的新机构更加完善、运动形式更加多样化的新机构组合组合机构；另一种则是由几种基本机构组合在一起，组机构；另一种则是由几种基本机构组合在一起，组合体的各基本机构还保持各自特性，但需要各个机合体的各基本机构还保持各自特性，但需要各个机构的运动或动作协调配合，以实现组合的目的，这构的运动或动作协调配合，以实现组合的目的，这种形式被称为机构的组合。种形式被称为机构的组合。v基本机构主要是指机械中最常用的、最简单的一些基本机构主要是指机械中最常用的、最简单的一些机构，如四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构，如四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等。利用这些基本机构的良好性能，改善运动机构等。利用这些基本机构的良好性能，改善它们的不良特性，运用机构组合原理构造出既满足它们的不良特性，运用机构组合原理构造出既满足工作要求，又具有良好运动和动力性能的机构。工作要求，又具有良好运动和动力性能的机构。总结常用的机构组合方法如下。常用的机构组合方法如下。1 1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2 2、按照串联规则组合基本机构、按照串联规则组合基本机构3 3、按照并联规则组合基本机构、按照并联规则组合基本机构4 4、按照叠加规则组合基本机构、按照叠加规则组合基本机构5 5、按照封闭规则组合基本机构、按照封闭规则组合基本机构6 6、上述方法的混合连接，、上述方法的混合连接，可得到复杂的机构系统。可得到复杂的机构系统。CBDAz1z2o1o2CABBC串联组合并联组合第二节第二节 机构组成原理与机构创新设计机构组成原理与机构创新设计一、一、IIII级杆组的类型级杆组的类型 n=2n=2，P Pl l=3=3的杆组，为的杆组，为II级杆组。级杆组。当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转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，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或者两个外接副同时为移动副IIII级杆组分类图级杆组分类图 RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR内接副为转动副内接副为转动副内接副为移动副内接副为移动副 级杆组分类图级杆组分类图 3R3R杆组杆组(以三个内接副开始以三个内接副开始)3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRRP3R2RP3RR2P3R3P2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2RP2RP杆组杆组R2PR2P杆组杆组R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P3P3P杆组杆组3P3R3PR2P 3P3P 3P2RP三、机构组成原理与机构创新设计三、机构组成原理与机构创新设计1 1、机构组成原理、机构组成原理 把基本杆组依次连接到原动件和机架上，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。系列的新机构提供了明确的途径。2 2、机构组成原理与机构创新、机构组成原理与机构创新 把前述的各种把前述的各种IIII级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到级杆组连接到原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各种种IIII级杆组和级杆组和IIIIII级杆组连接到基本机构的从动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。件上，可以组成复杂的机构系统。BCA+=BCADE+DE=BCARRP杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上连接连接 级级杆组杆组BCDABCDAEFG+BCDAEFG=BEFGCDARRRRRR杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上RRRRRR杆组连接机构的从动件杆组连接机构的从动件和机架上和机架上连接连接级级杆组到一个原动件和机架上杆组到一个原动件和机架上ABCFGDEABCFGDE=+ABCFGDE=+ABCFGDEHKKH3R3R3R3R杆组连接到三个原动件杆组连接到三个原动件(并联机构并联机构)A+FGCEBD=AFGCEBD3R2RP3R2RP杆组连接到一个原动件和机架上杆组连接到一个原动件和机架上杆组类型很多杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和把基本杆组连接到原动件和机架上可组成新机构。把机架上可组成新机构。把基本杆组再连接到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。机构的从动件和机架上可组成复杂机构。第三节第三节 机构的串联组合与创新设计机构的串联组合与创新设计一、机构的串联组合一、机构的串联组合1 1、基本概念、基本概念 前一个机构的输出构件与后一个机构的输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机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。由度的机构。机构机构1机构机构2机构机构1机构机构2前置机构前置机构后置机构后置机构 I I型串联型串联 前置机构前置机构后置机构后置机构IIII型串联型串联2、串联组合分类、串联组合分类v二、串联式机构组合与创新v1.1.串联式机构组合的原理与创新方法串联式机构组合的原理与创新方法 v串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺序联接，以前一个机构的输出构件作为后一个机构序联接，以前一个机构的输出构件作为后一个机构的输入构件的机构组合方式。的输入构件的机构组合方式。v2.2.串联式机构组合的主要功能分析串联式机构组合的主要功能分析v(1)(1)型串联式组合型串联式组合v1)1)前置子机构为连杆机构前置子机构为连杆机构连杆机构的输出构件一连杆机构的输出构件一般是连架杆，它能实现往复摆动、往复移动及变速般是连架杆，它能实现往复摆动、往复移动及变速转动输出，可具有急回特性。常采用的后置子机构转动输出，可具有急回特性。常采用的后置子机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、棘轮机构。棘轮机构。v例例 图示的缝纫机梭心摆动机构，图示的缝纫机梭心摆动机构，前置子机构为铰链四杆机构，后置前置子机构为铰链四杆机构，后置子机构为导杆机构，其中导杆子机构为导杆机构，其中导杆O OB BC C与摇杆与摇杆O OB BB B联为一体。当主动曲柄联为一体。当主动曲柄O OA AA A回转时，从动摇杆回转时，从动摇杆O OB BB B作往复摆作往复摆动，其最大摆角为动，其最大摆角为 3 3，该摆角满足，该摆角满足不了缝纫机梭心摆动的摆角要求，不了缝纫机梭心摆动的摆角要求，为此，通过串联一导杆机构，则摇为此，通过串联一导杆机构，则摇杆杆O OC CC C的摆角的摆角 5 5可达可达200200左右，增左右，增大了输出摆角，即可满足缝纫机梭大了输出摆角，即可满足缝纫机梭心的摆动要求。该串联式机构组合心的摆动要求。该串联式机构组合实现了输出摆角增大作用。实现了输出摆角增大作用。v例例 图示连杆齿轮齿条行程倍增机构，前置子机构图示连杆齿轮齿条行程倍增机构，前置子机构为连杆机构，后置子机构为齿轮齿条机构。主动曲为连杆机构，后置子机构为齿轮齿条机构。主动曲柄柄1 1转动，推动齿轮转动，推动齿轮3 3与上、下齿条与上、下齿条4 4、5 5啮合传动，啮合传动，上齿条上齿条4 4固定，下齿条固定，下齿条5 5作往复移动，其行程作往复移动，其行程H=H=4 4R R，即把连杆机构的输出行程扩大了一倍。显然，在输即把连杆机构的输出行程扩大了一倍。显然，在输出位移相同的前提下，其曲柄比一般对心曲柄滑块出位移相同的前提下，其曲柄比一般对心曲柄滑块机构的曲柄可缩小一半，从而可缩小整个机构尺寸。机构的曲柄可缩小一半，从而可缩小整个机构尺寸。若将齿轮若将齿轮3 3改为双联齿轮改为双联齿轮3-33-3，节圆半径分别为，节圆半径分别为r r3 3、r r33，齿轮，齿轮3 3与固定齿条与固定齿条4 4啮合，齿轮啮合，齿轮33与移动齿与移动齿条条5 5啮合，其行程为啮合，其行程为 当当 时，时，H4R。该串联式机构组合，该串联式机构组合，实现了输出行程成实现了输出行程成倍增大作用。倍增大作用。v2)2)前置子机构为凸轮机构前置子机构为凸轮机构通常后置子机构利用通常后置子机构利用凸轮机构输出构件的运动规律，改善后置子机构的凸轮机构输出构件的运动规律，改善后置子机构的运动特性，或使其运动行程增大。后置子机构可以运动特性，或使其运动行程增大。后置子机构可以是连杆机构、齿轮机构、槽轮机构等。是连杆机构、齿轮机构、槽轮机构等。例例 增大运动行程的凸轮增大运动行程的凸轮连杆机构，前置子机构为连杆机构，前置子机构为摆动从动件凸轮机构，后置摆动从动件凸轮机构，后置子机构为摇杆滑块机构。凸子机构为摇杆滑块机构。凸轮机构的从动件与摇杆滑块轮机构的从动件与摇杆滑块机构的主动件联为一体。该机构的主动件联为一体。该机构利用一个输出端半径机构利用一个输出端半径r r2 2大于输入端半径大于输入端半径r r1 1的摇杆的摇杆BACBAC，使，使C C点的位移大于点的位移大于B B点点的位移，从而可在凸轮尺寸的位移，从而可在凸轮尺寸较小的情况下，使滑块获得较小的情况下，使滑块获得较大行程。较大行程。v3)3)前置子机构为齿轮机构前置子机构为齿轮机构 齿轮机构的输出通常为齿轮机构的输出通常为转动或移动。后置子机构可以是各种类型的基本机转动或移动。后置子机构可以是各种类型的基本机构，可获得各种减速、增速以及其它的功能要求。构，可获得各种减速、增速以及其它的功能要求。v例例 齿轮和圆柱凸轮组合的行程增大（减小）机构，前置子齿轮和圆柱凸轮组合的行程增大（减小）机构，前置子机构为齿轮机构，后置子机构为圆柱凸轮机构。齿轮机构为齿轮机构，后置子机构为圆柱凸轮机构。齿轮2 2与凸轮与凸轮3 3、5 5固定联接，齿轮固定联接，齿轮1 1转动时，齿轮转动时，齿轮2 2带动凸轮一起转动，但带动凸轮一起转动，但由于凸轮机构由于凸轮机构5 54 4中的从动件中的从动件4 4不能左右移动，故凸轮不能左右移动，故凸轮5 5边转边转边移，凸轮边移，凸轮3 3也边转边移，带动从动件也边转边移，带动从动件6 6往复移动，使从动往复移动，使从动件件6 6的行程增大或减小。若凸的行程增大或减小。若凸轮轮3 3、5 5曲线槽的升程分别是曲线槽的升程分别是s s3 3、s s5 5，从动件，从动件6 6的移距的移距s s6 6则是则是s s3 3与与s s5 5的合成：的合成：若两凸轮的曲线槽同向时，上若两凸轮的曲线槽同向时，上式用正号，即机构为行程增大式用正号，即机构为行程增大机构；曲线槽反向时用负号，机构；曲线槽反向时用负号，即机构为行程减小机构。即机构为行程减小机构。v(2)(2)型串联式组合型串联式组合 后置子机构的输入构件，一般与前置子机构中作后置子机构的输入构件，一般与前置子机构中作平面复杂运动的连杆在某一点联接。利用前置子机构平面复杂运动的连杆在某一点联接。利用前置子机构与后置子机构联接点处的特殊运动轨迹与后置子机构联接点处的特殊运动轨迹直线、圆直线、圆弧曲线、弧曲线、“8 8”字自交形曲线等，使机构的输出构件获字自交形曲线等，使机构的输出构件获得某些特殊的运动规律，如停歇、行程两次重复等。得某些特殊的运动规律，如停歇、行程两次重复等。例例 图示六杆机构，在一个运动循环图示六杆机构，在一个运动循环内，滑块可实现两个不同的行程。连内，滑块可实现两个不同的行程。连杆杆2 2的的A A点的运动轨迹为一个横向点的运动轨迹为一个横向8 8字字形的曲线，构件形的曲线，构件4 4与连杆与连杆2 2在在A A点铰接，点铰接，与滑块与滑块5 5在在F F点铰接，滑块点铰接，滑块5 5可沿固定可沿固定导路移动。这样，当曲柄导路移动。这样，当曲柄1 1回转一周回转一周时，滑块时，滑块5 5可往复移动两次。可往复移动两次。三、机构串联组合基本思路三、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的运动规律的变换、实现后置机构的运动规律的变换2、实现后置机构的速度变换、实现后置机构的速度变换3、串联时运动链尽量要短、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）（在满足要求前提下）BCDAEFZ1CABDZ2I I型串联组合型串联组合IIII型串联组合型串联组合前置机构中做简单运动的构件与后置机构的前置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。CBDAz1z2EACBD减少连杆机构的速度减少连杆机构的速度改变滑块的运动规律改变滑块的运动规律组合实例：组合实例：S停歇停歇St例例 带有近似停歇的往复运动机构带有近似停歇的往复运动机构 (一种串联式组合机构一种串联式组合机构)组合机构的实例组合机构的实例 设计一个往复运动机构。在滑块设计一个往复运动机构。在滑块运动到最远点时，有一段时间近似运动到最远点时，有一段时间近似停歇。停歇。设想，若用一个做一般平面运动设想，若用一个做一般平面运动的连杆来带动滑块。的连杆来带动滑块。要产生近似停歇，则连杆的左端要产生近似停歇，则连杆的左端点在一段时间应走出一段近似圆弧。点在一段时间应走出一段近似圆弧。什么样的机构能产生一段圆弧呢？什么样的机构能产生一段圆弧呢？旋轮线旋轮线 一个小圆在一个大圆内做纯一个小圆在一个大圆内做纯滚动时，小圆上的一点走出的轨滚动时，小圆上的一点走出的轨迹称为旋轮线。迹称为旋轮线。旋轮线的一段近似一段圆弧。旋轮线的一段近似一段圆弧。机构的设计机构的设计 S一种齿轮连杆机构一种齿轮连杆机构 停歇停歇StA B C 旋轮线旋轮线 AB 段段 滑块向右运动滑块向右运动旋轮线旋轮线 BC 段段 滑块近似停歇滑块近似停歇旋轮线旋轮线 CA 段段 滑块向左运动滑块向左运动 机构的结构分析机构的结构分析 S1PIII1轨迹轨迹PS串联式组合机构串联式组合机构一个周转齿轮机构一个周转齿轮机构 一个二杆组一个二杆组 III串联式组合机构串联式组合机构将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机构的输出即作为后一个机构的输入。构的输出即作为后一个机构的输入。第四节第四节 机构的并联组合与创新设计机构的并联组合与创新设计一、机构的并联组合一、机构的并联组合1 1、基本概念、基本概念 若干个单自由度的基本机构的输入构件连若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单接在一起，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接在一起，保留各自自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出构的输入运动；或输入构件连接在一起、输出构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征是件也连接在一起；均称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构。各基本机构均是单自由度机构。机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j机构机构1机构机构j3）III型并联机构系统型并联机构系统1)I型并联机构系统型并联机构系统 2）II型并联机构系统型并联机构系统 OUTPUTINPUT2 2、并联组合分类、并联组合分类3 3、并联组合实例、并联组合实例CABBCC4BAOC3C2C1I型并联机构型并联机构II型并联机构型并联机构 A1B1B2C1C2O2O1E1E2E2E1III型并联机构型并联机构 v二、并联式机构组合与创新v1.1.并联式机构组合原理与创新方法并联式机构组合原理与创新方法 两个或两个以上基本机构并列布置，称为并联式机构组合。两个或两个以上基本机构并列布置，称为并联式机构组合。v型并联型并联各个基本机构有共同的输入构件，但却有各自各个基本机构有共同的输入构件，但却有各自的输出构件。；的输出构件。；v型并联型并联各个基本机构具有各自的输入构件，而有共同各个基本机构具有各自的输入构件，而有共同的输出构件的输出构件v型并联型并联各个基本机构有共同的输入与输出构件；各个基本机构有共同的输入与输出构件；v按输出运动的性质划分按输出运动的性质划分：v简单型并联式机构组合，输入或输出运动的性质是简单的移简单型并联式机构组合，输入或输出运动的性质是简单的移动、转动或摆动。动、转动或摆动。v复杂型并联式机构组合复杂型并联式机构组合 ，主要用于实现复杂的运动或动作要，主要用于实现复杂的运动或动作要求，它的输出形式一般按功能要求而设定。求，它的输出形式一般按功能要求而设定。v2.2.并联式机构组合的主要功能分析并联式机构组合的主要功能分析v(1)(1)型并联式组合型并联式组合相当于运动的合成，设计时相当于运动的合成，设计时要求两个并联的机构要协调，以满足所要求的输出要求两个并联的机构要协调，以满足所要求的输出运动。运动。v例例 图示多缸发动机曲柄连杆机构，由多个曲柄滑图示多缸发动机曲柄连杆机构，由多个曲柄滑块机构并联组合而成。各曲柄滑块机构的曲柄为块机构并联组合而成。各曲柄滑块机构的曲柄为制成一体的曲轴，当运制成一体的曲轴，当运动由各曲柄滑块机构的动由各曲柄滑块机构的活塞输入时，曲柄即可活塞输入时，曲柄即可实现无止点位置的定轴实现无止点位置的定轴回转运动，且具有良好回转运动，且具有良好的平衡、减振作用。的平衡、减振作用。v(2)(2)型并联式组合型并联式组合相当于将一个运动分解为两相当于将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动合成为一个运动输出。个运动，再将这两个运动合成为一个运动输出。v例例 图示间歇传送机构，由两个齿轮机构和两个连杆图示间歇传送机构，由两个齿轮机构和两个连杆机构组成。齿轮机构组成。齿轮1 1经两个齿轮经两个齿轮2 2与与22带动一对曲柄带动一对曲柄3 3与与33同步转动，曲柄使连杆同步转动，曲柄使连杆4 4（送料动梁）平动，（送料动梁）平动，5 5为工作滑轨，为工作滑轨，6 6为被推送的工件。由于动梁为被推送的工件。由于动梁上任一点的运动轨迹如图中上任一点的运动轨迹如图中点划线所示，故可间歇地推点划线所示，故可间歇地推送工件。该机构将齿轮机构送工件。该机构将齿轮机构的连续转动转化为间歇运动，的连续转动转化为间歇运动，运动可靠，常用于自动机的运动可靠，常用于自动机的物料间歇送进。物料间歇送进。v(3)(3)型并联组合型并联组合相当于运动的分解，其主要功相当于运动的分解，其主要功能是实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，能是实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，完成较复杂的工艺动作。完成较复杂的工艺动作。v例例 图示冲压机凸轮连杆机构，输入机构为两个固接图示冲压机凸轮连杆机构，输入机构为两个固接在一起的盘状凸轮，凸轮在一起的盘状凸轮，凸轮1 1与推杆与推杆2 2组成移动从动件组成移动从动件凸轮机构，凸轮凸轮机构，凸轮11和摆杆和摆杆3 3组成摆动从动件凸轮机组成摆动从动件凸轮机构，当凸轮构，当凸轮1-11-1转动时，推杆转动时，推杆2 2实现左右移实现左右移动，同时，摆杆动，同时，摆杆3 3实现摆动，实现摆动，并带动连杆机构运动，使从并带动连杆机构运动，使从动构件滑块动构件滑块5 5沿固联在推杆沿固联在推杆2 2上的滑道上下移动。设计凸上的滑道上下移动。设计凸轮时应注意推杆轮时应注意推杆2 2与滑块与滑块5 5的的时序关系。时序关系。三、并联组合的基本思路三、并联组合的基本思路1 1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。2 2、实现运动的分解与合成、实现运动的分解与合成3 3、改善机构受力状态、改善机构受力状态Z1C1AB1DZ2B3B2C2C3组合实例组合实例例例 电影片抓片机构电影片抓片机构 （一种并联式组合机构）（一种并联式组合机构）一种齿轮连杆机构一种齿轮连杆机构 A B C D E 把这个机构分解一下：把这个机构分解一下：A B C D E A B D E A B C D E 它可以分为：一个五杆机构它可以分为：一个五杆机构 一个齿轮机构一个齿轮机构 二自由度机构二自由度机构F=34-25 2 并联式组合机构：并联式组合机构：以一个多自由度机构为基础机构，以一个多自由度机构为基础机构，将一个或多个单自由度机构（这里统称为附加机构）的将一个或多个单自由度机构（这里统称为附加机构）的某些输出构件同时接入基础机构。机构输出构件的运动某些输出构件同时接入基础机构。机构输出构件的运动规律是基础机构输入运动规律的合成。规律是基础机构输入运动规律的合成。IIIIIIIIII第五节第五节 机构的叠加组合与创新设计机构的叠加组合与创新设计 一、一、机构的叠加组合机构的叠加组合1 1、基本概念、基本概念 机构叠加组合是指在一个基本机构的可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。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装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附加机构。加机构。1)I1)I型叠加机构型叠加机构 2 2、机构的叠加组合分类、机构的叠加组合分类2)II2)II型叠加机构型叠加机构附加机构附加机构基础机构基础机构输出输出输入输入输入输入附加机构附加机构基础机构基础机构输入输入输出输出BCDA电机电机1)I1)I型叠加机构型叠加机构基础机构基础机构附加机构附加机构EDCBAF2)II2)II型叠加机构型叠加机构基础机构基础机构附加机构附加机构v二、叠加式机构组合与创新v1.1.叠加式机构组合原理与创新方法叠加式机构组合原理与创新方法 v将一个机构安装在另一机构的某个运动构件上的组将一个机构安装在另一机构的某个运动构件上的组合形式，称为叠加式机构组合。合形式，称为叠加式机构组合。v叠加式机构组合的主要功能，是实现特定的输出，叠加式机构组合的主要功能，是实现特定的输出，完成复杂动作。完成复杂动作。v各子机构的类型通常选择单自由度的，使其运动的各子机构的类型通常选择单自由度的，使其运动的输入输出形式简单，以达到容易控制的目的，通常输入输出形式简单，以达到容易控制的目的，通常为：实现水平移动，选择移动式油缸或气缸、齿轮为：实现水平移动，选择移动式油缸或气缸、齿轮齿条机构等；实现垂直移动，选择移动式液压缸或齿条机构等；实现垂直移动，选择移动式液压缸或气缸、气缸、“X X”形连杆机构、螺旋机构等；实现转动，形连杆机构、螺旋机构等；实现转动，采用齿轮机构、带传动机构或链传动机构等；实现采用齿轮机构、带传动机构或链传动机构等；实现平动，采用平行四边形机构等；实现伸缩、仰俯、平动，采用平行四边形机构等；实现伸缩、仰俯、摆动，可选择摆动液压缸或气缸、曲柄摇块机构等。摆动，可选择摆动液压缸或气缸、曲柄摇块机构等。v2.2.叠加式机构组合的主要功能分析叠加式机构组合的主要功能分析v(1)(1)运动独立式运动独立式各机构的运动关系是相互独立的，各机构的运动关系是相互独立的，其最后一个子机构往往动作要求比较复杂其最后一个子机构往往动作要求比较复杂 例例 图示电动玩具马的主体图示电动玩具马的主体运动机构，能模仿马飞奔前运动机构，能模仿马飞奔前进的运动形态。工作时分别进的运动形态。工作时分别由转动构件由转动构件4 4和曲柄和曲柄1 1输入转输入转动，使曲柄摇块机构中导杆动，使曲柄摇块机构中导杆2 2的摇摆和其上的摇摆和其上M M点的轨迹来点的轨迹来实现马的俯仰和升降（跳跃）实现马的俯仰和升降（跳跃），以两杆机构作为基础机构，以两杆机构作为基础机构使马作前进运动，三种运动使马作前进运动，三种运动形态合成马飞奔前进的运动形态合成马飞奔前进的运动形态。形态。v(2)(2)运动相关式运动相关式各机构之间的运动有一定的影响，各机构之间的运动有一定的影响，通常设定一个子机构为基础机构，另一子机构为附通常设定一个子机构为基础机构，另一子机构为附加机构，通过附加机构叠加在基础机构的一个活动加机构，通过附加机构叠加在基础机构的一个活动构件上，同时附加机构的从动件又与基础机构的另构件上，同时附加机构的从动件又与基础机构的另一活动构件固接，致使输入一个独立运动，却获得一活动构件固接，致使输入一个独立运动，却获得输出两个运动合成的复合运动。输出两个运动合成的复合运动。v例例 图示摇头电扇的传动机构。电动机安装在图示摇头电扇的传动机构。电动机安装在双摇杆机构的摇杆上，向蜗杆输入转双摇杆机构的摇杆上，向蜗杆输入转动，双摇杆机构的主动构件是由电动动，双摇杆机构的主动构件是由电动机轴通过蜗杆蜗轮传动的，两个机构机轴通过蜗杆蜗轮传动的，两个机构的运动通过蜗轮与连杆的固接互相影的运动通过蜗轮与连杆的固接互相影响，使得电扇在实现蜗杆带动翼片快响，使得电扇在实现蜗杆带动翼片快速转动的同时又以较慢的速度摆动。速转动的同时又以较慢的速度摆动。三、机构叠加组合的关键问题机构叠加组合的关键问题 2 2、IIII型叠加组合机构中，动力源安装在基础机型叠加组合机构中，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。件，按附加机构数量依次连接即可。1 1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构、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。输出构件与基础机构的哪一个构件连接。3 3、I I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。有规律性。Z1HZ2Z3Z4图中图中,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接1组合实例组合实例例例 风扇摆头机构风扇摆头机构 如何能让风扇摆头？用什么机构如何能让风扇摆头？用什么机构好呢？好呢？摆动摆动让我们想起了曲柄摇杆机构让我们想起了曲柄摇杆机构均可产生摆动均可产生摆动313用双摇杆机构用双摇杆机构便于获得动力。便于获得动力。曲柄摇杆机构和双摇杆机构在这里应用的比较曲柄摇杆机构和双摇杆机构在这里应用的比较 需多安装一个电动机需多安装一个电动机驱动这个曲柄摇杆机构。驱动这个曲柄摇杆机构。ADBC 21BAC D2III31221131I3IIBAC D 叠加式组合机构叠加式组合机构：将一个机构（包：将一个机构（包括动力源）安装在另一个机构的构件括动力源）安装在另一个机构的构件上，两个机构各自完成自身的运动，上，两个机构各自完成自身的运动，其运动的叠加即为所要求的输出运动其运动的叠加即为所要求的输出运动第六节第六节 机构的封闭组合与创新设计机构的封闭组合与创新设计 一、机构的封闭组合一、机构的封闭组合1 1、基本概念、基本概念 一个两自由度机构中的两个输入构件或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构件和一个输出构件两个输出构件或一个输入构件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。其特征是基础的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。构。基础机构基础机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构基础机构基础机构基础机构基础机构附加机构附加机构 II 型封闭组合机构型封闭组合机构 III 型封闭组合机构型封闭组合机构 I I 型封闭组合机构型封闭组合机构 2 2、分类、分类3 3、封闭组合示例、封闭组合示例HZ3Z2Z1Z3Z1HZ3Z2Z1Z3Z4HZ3Z2Z1差动轮系差动轮系 I I型封闭机构型封闭机构 IIIIII型封闭组合机构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）输入和输出（系杆）二、二、封闭组合的基本思路封闭组合的基本思路 封闭组合的前提是两自由度的基础机构封闭组合的前提是两自由度的基础机构和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组合机构，基本组合思路如下。合机构，基本组合思路如下。1 1、常见的基础机构主要有五杆机构和差、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、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。作为封闭机构。2 2、附加机构封闭基础机构的两个输入运、附加机构封闭基础机构的两个输入运动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最为广泛。为广泛。3 3、附加机构封闭基础机构的一个输入构、附加机构封闭基础机构的一个输入构件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输入件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输入构件。构件。FDCBA III 型封闭组合机构型封闭组合机构 I I 型封闭组合机构型封闭组合机构 封闭组合实例封闭组合实例组合实例组合实例例例 滚齿机分度蜗轮误差补偿机构滚齿机分度蜗轮误差补偿机构分度蜗轮分度蜗轮被加工被加工的工件的工件 齿轮齿轮滚刀滚刀 齿轮滚刀和被齿轮滚刀和被加工的工件被强制加工的工件被强制地按照一对螺旋齿地按照一对螺旋齿轮的运动关系来运轮的运动关系来运动。动。被加工工件安被加工工件安装在工作台上，工装在工作台上，工作台下部安装着分作台下部安装着分度蜗轮。度蜗轮。分度蜗轮分度蜗轮 齿轮的加工精度取决于它齿轮的加工精度取决于它在机床上转动的均匀性。而在机床上转动的均匀性。而这在很大程度上取决于分度这在很大程度上取决于分度蜗轮的精度。蜗轮的精度。分度蜗轮制造虽很精密，分度蜗轮制造虽很精密，但仍难以保证完全没有误差。但仍难以保证完全没有误差。蜗轮的制造误差可以用蜗轮多转一些或少转一些蜗轮的制造误差可以用蜗轮多转一些或少转一些来补偿。来补偿。滚齿机分度蜗轮误差补偿机构滚齿机分度蜗轮误差补偿机构 与蜗轮同轴的与蜗轮同轴的凸轮控制滚子凸轮控制滚子 A，滚子滚子A 通过蜗通过蜗杆轴上的滑槽带杆轴上的滑槽带动蜗杆轴多转一动蜗杆轴多转一些或少转一些。些或少转一些。A12S1 凸轮廓线根据测量得的蜗轮误差来设计。凸轮廓线根据测量得的蜗轮误差来设计。III1（t）2（t）S1（t）封闭式组合机构封闭式组合机构：以一个多自由度机构：以一个多自由度机构II为基础机构，为基础机构，但基础机构中某个输入构件的运动是通过一个单自由度附但基础机构中某个输入构件的运动是通过一个单自由度附加机构加机构I从基础机构或机构系统的输出构件反馈得到的。从基础机构或机构系统的输出构件反馈得到的。1S12S1第七节第七节 其他类型的机构组合与创新其他类型的机构组合与创新 设计设计 一、机构的混合组合方法一、机构的混合组合方法 工程中的实用机构系统中，经常联合使用工程中的实用机构系统中，经常联合使用上述组合方法，称为混合组合法。如串联组合上述组合方法，称为混合组合法。如串联组合后再并联组合，串联组合后再叠加杆组组合等。后再并联组合，串联组合后再叠加杆组组合等。二、附加约束组合法二、附加约束组合法 附加约束组合法是指在多自由度机构中，附加约束组合法是指在多自由度机构中，人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目的。的。DCBA用凸轮机构约束五杆机构用凸轮机构约束五杆机构C C点的运动点的运动v三、复合式机构组合与创新v1.1.复合式机构组合原理与创新方法复合式机构组合原理与创新方法 v一个具有两个或两个以上自由度的基础机构和一个一个具有两个或两个以上自由度的基础机构和一个附加机构并接在一起的组合形式称为复合式机构组附加机构并接在一起的组合形式称为复合式机构组合。合。v基础机构的输入运动除来自自身的主动构件外，必基础机构的输入运动除来自自身的主动构件外，必有一个来自附加机构。该机构组合中的基础构件一有一个来自附加机构。该机构组合中的基础构件一般为二自由度机构：如五杆机构、差动齿轮机构等；般为二自由度机构：如五杆机构、差动齿轮机构等；附加机构则为各种基本机构及其串联式组合。附加机构则为各种基本机构及其串联式组合。v复合式机构组合一般是不同类型的基本机构的组合，复合式机构组合一般是不同类型的基本机构的组合，且各种基本机构有机地融合为一体，成为一种新机且各种基本机构有机地融合为一体，成为一种新机构，如齿轮构，如齿轮连杆机构、凸轮连杆机构、凸轮连杆机构、齿轮连杆机构、齿轮凸凸轮机构等。轮机构等。v主要功能是可以实现任意运动规律的输出，如一定主要功能是可以实现任意运动规律的输出，如一定规律的停歇、逆转、加速、减速、前进、倒退等。规律的停歇、逆转、加速、减速、前进、倒退等。v2.2.复合式机构组合主要功能分析复合式机构组合主要功能分析v例例 图示滚