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机械创新设计机械工程与自动化学院机械设计系 第六章 机构创新设计 6.0 引言一个好的机械原理方案能否实现，机构设计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的环节，是机构形式的设计。常用机构形式的设计方法有两大类，即机构的选型和机构的构型。 6.1 机构形式设计的原则在进行机构形式设计时，除满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下几项原则1、 机构尽可能简单2 、尽量缩小机构尺寸3、应使机构具有较好的动力学特性 6.1.1 机构尽可能简单1．机构运动链尽量简短优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本。可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差。运动链简短也有利于提高机构的刚度，减少产生振动的环节。 6.1.1 机构尽可能简单1．机构运动链尽量简短在机构选型时，有时宁可采用有较小设计误差的简单近似机构，而不采用理论上无误差但结构复杂的机构。为E点有近似直线轨迹的四杆机构E点有精确直线轨迹的八杆机构。 6.1.1 机构尽可能简单2．适当选择运动副在基本机构中，高副机构只有3个构件和3个运动副，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方面考虑，应优先采用高副机构。低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构。 6.1.1 机构尽可能简单2．适当选择运动副在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副。采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构。 6.1.1 机构尽可能简单3．适当选择原动机执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。气压或液压缸作为原动机，可省去一些减速传动机构和运动变换机构，缩短运动链，简化结构，且具有传动平稳。 6.1.1 机构尽可能简单3．适当选择原动机 6.1.1 机构尽可能简单4．选用广义机构不要仅限于刚性机构，还可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理工作的广义机构，许多场合可使机构更加简单、实用。 6.1. 2 尽量缩小机构尺寸机械的尺寸和重量随所选用的机构类型不同而有很大差别。小齿轮3的节圆与活动齿条在E点相切作纯滚动，而与固定齿条相切在D点，且为绝对瞬心。因此，活动齿条上E点的位移是C点位移的2倍，是曲柄长的4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机构的曲柄长可缩小一半。 6.1. 2 尽量缩小机构尺寸圆柱凸轮机构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件行程较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠杆原理相应缩小。凸轮-连杆机构中，利用一个输出端半径r2大于输入端半径r1的摇杆BAC，使C点的位移大于B点的位移，从而可在凸轮尺寸较小的情况下，使滑块获得较大行程。 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性机构在机械系统中不仅传递运动，而且还要起到传递和承受力(或力矩)的作用，因此要选择有较好的动力学特性的机构。1．采用传动角较大的机构要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传力效益，减少功耗。如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，摆动导杆机构最为理想。从减小运动副摩擦，则尽可能采用全由转动副组成的连杆机构。 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性2．采用增力机构对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构，应采用“增力”的方法。F12仅为F 的7％左右。 6.1.3 应使机构具有较好的动力学特性3．采用对称布置的机构对于高速运转的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性。对称布置的连杆机构 6．2 机构的选型是指利用发散思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，然后根据原理方案确定的执行构件所需要的运动特性或实现功能进行有哪些信誉好的足球投注网站、选择、比较和评价，选出合适的机构形式。 6．2．1 按运动形式要求选择机构机构选型一般先按执行构件的运动形式要求选择机构，同时还应考虑机构的功能特点和原动机的形式。机械系统中，电动机输出轴的运动为转动，经过速度变换后，执行机构的原动件的运动形式亦为转动时，而完成各分功能的执行构件的运动形式却是各种各样的。 6．2．1 按运动形式要求选择机构 6．2．2 机构方案的评价1．评价指标和评价体系满足同一运动形式或功能要求的机构方案有很多，对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等方面进行综合评价。 6．2．2 机构方案的评价1．评价指标和评价体系所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询，确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务，应根据具体情况，拟定不同的评价体系。只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决定的主观片面性，减少盲目性