本文格式為Word版，下載可任意編輯——創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計第一節(jié)機構(gòu)設(shè)計的一般原則

機構(gòu)的形式設(shè)計要解決的關(guān)鍵問題是：構(gòu)造什么樣的機構(gòu)去實現(xiàn)原理方案所提出來的運動要求。這是機構(gòu)設(shè)計中最富有創(chuàng)造性、最直接影響方案的可靠性和經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)。因此，機構(gòu)形式設(shè)計，在保證機構(gòu)能滿足基本運動要求的同時，還應(yīng)滿足機構(gòu)設(shè)計的一些一般性原則，這些原則也是評價機構(gòu)性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。這些一般性的原則是：1、機構(gòu)應(yīng)盡可能的簡單機構(gòu)越簡單越好。所謂簡單指機構(gòu)的構(gòu)件與運動副數(shù)量最少，即機構(gòu)的運動鏈最短。運動鏈知的機構(gòu)有如下特點：⑴構(gòu)件、運動副少，可降低生產(chǎn)成本、減輕產(chǎn)品的質(zhì)量。⑵構(gòu)件數(shù)量少，有利于提高產(chǎn)品的剛度，減少產(chǎn)生擾動的環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的可靠性。⑶運動副少，有利于減少運動副摩擦帶來的功率損耗，提高機械傳動效率及使用壽命。⑷運動副少，能有效地減少運動副累。例：如圖4－1所示，三種能夠?qū)崿F(xiàn)直線軌跡運動的機構(gòu)，其中圖4－1a中ab＝bc＝be，e點能確切實現(xiàn)直線軌跡。圖b為e點能實現(xiàn)近似直線軌跡的曲柄搖桿機構(gòu)。圖c為有e點能確切實現(xiàn)直線軌跡的八桿機構(gòu)。由于八桿機構(gòu)運動副較多，運動累積誤差大，在同一制造條

件下，八桿機構(gòu)的實際運動誤差大約為機構(gòu)的2-3倍。

圖4－1三種能夠?qū)崿F(xiàn)直線軌跡運動的機構(gòu)a）曲柄小滑塊機構(gòu)；b）曲柄搖桿機構(gòu)；c）八桿機構(gòu)2、機構(gòu)尺寸應(yīng)盡可能地小在滿足一致工作要求的前提下，不同的機構(gòu)，其尺寸、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的緊湊性是大不一致的。例如，在傳遞一致功率并且設(shè)計合理的條件下，行星輪系的外形尺寸比定軸輪系??；在從動件要求作較大行程的直線移動的條件下，齒輪齒條機構(gòu)比凸輪機構(gòu)更簡單實現(xiàn)體積小，質(zhì)量輕的目標(biāo)。3、注意運動副的選擇類型運動副元素的相對運動是產(chǎn)生摩擦和磨損的主要原因。運動副的數(shù)量和類型對機

構(gòu)運動、傳動效率和機構(gòu)的使用壽命起著十分重要的作用。

圖４－２三種曲柄長度一致的滑塊行程為四倍曲柄長的機構(gòu)ａ）連桿齒輪齒條機構(gòu)ｂ）

六桿機構(gòu)ｃ）等腰對心式柄滑塊機構(gòu)

圖４－３減少移動副或代替移動副的措施ａ）用轉(zhuǎn)動副代替移動副ｂ）不用移動副的直線導(dǎo)向機構(gòu)4、選擇適合的原動機，盡可能減少運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)的數(shù)量目前工程上使用的原動機主要有三類：⑴內(nèi)燃機這類原動機主要有汽油機和柴油機。內(nèi)燃機不適合于在低速狀態(tài)下工作，用內(nèi)燃機來驅(qū)動低速執(zhí)行機構(gòu)必需要受用減速設(shè)備。內(nèi)燃機主要用于沒有電力供應(yīng)或需在遠(yuǎn)距離運動中提供動力且對運動精度要求不高的場合。⑵氣、液馬達(dá)，活塞氣、液缸，搖擺式氣、液缸這些原動機可對外輸出轉(zhuǎn)動、往復(fù)直線運動、往復(fù)搖擺，借助控制設(shè)備也能實現(xiàn)間歇運動。⑶電動機電動機的類型不同機械特性也不一致，電動機的轉(zhuǎn)速變化范圍大，輸出功率從零點幾瓦到上萬千瓦。因此，電動機是工程設(shè)計中最常用的原動機。5、應(yīng)使機構(gòu)具有良好的傳力條件和動力特性在進(jìn)行機構(gòu)形式設(shè)計時，應(yīng)選擇效率高的機構(gòu)類型，并保證機構(gòu)具有較大的傳動角和較大的機械增益，從而可以減小機構(gòu)中構(gòu)件的截面尺寸和質(zhì)量，減小原動機的功率。機構(gòu)形式設(shè)計要注意運動副組合帶來的過約束。過約束會造成機械裝配困難，增大運動副中的摩擦與磨損。圖4－4

顯示了幾種構(gòu)型，其過約束數(shù)計算如下：圖4－4a中，由于導(dǎo)軌由三個平面副組成，每個平面副的約束數(shù)為3，而導(dǎo)軌只能保存一個移動自由度，即約束只能為5，故其過約束數(shù)為3×3－5＝4。圖4－4b中，由于導(dǎo)軌由兩個圓柱副組成，每個圓柱副的約束數(shù)為2，故其過約束數(shù)為4×2－5＝3。圖4－4c中，由于導(dǎo)軌由三個圓柱平面副組成，每個圓柱平面副的約束數(shù)為2，故其過約束數(shù)為3×2－5＝1。圖4－4d中，由于導(dǎo)軌由一個圓柱副和一個球體平面副組成，每個圓柱副的約束數(shù)為2，球體平面副的約束為1，故

其過約束數(shù)為4＋1－5＝0。

圖4－4運動副組合的過約束a)三平面副的組合；b)兩圓柱副的組合；c)三個圓柱平面副

的組合；d)圓柱副和球體平面副的組合

例如圖４－５ａ所示機構(gòu)將滑塊與導(dǎo)桿位置互換后，雖然作用力的位置一致，大小也未變，但各物體的受力卻發(fā)生了改變。圖４－５ｂ所示的復(fù)合鉸鏈，將中空構(gòu)件與插入構(gòu)件互換可以得到另外不同的結(jié)構(gòu)形式，原來構(gòu)件１為多位置對移動副受力的影響副桿，而構(gòu)件２、３、４為單副桿。經(jīng)變化后，構(gòu)件１、４為單副桿，而構(gòu)件２、３變?yōu)槎喔睏U。顯然，從制造、安裝和構(gòu)件受力的角度看，將單副桿２、３變?yōu)槎喔睏U并不是一個好的選擇。因此，應(yīng)盡可能地減少多副桿數(shù)量，并讓強度好、剛性高的構(gòu)件作為多副桿，而且最好使其作為

機架，這樣有利于提高機構(gòu)的剛度和機構(gòu)的運動精度，改善構(gòu)件的受力。

圖4-5低副元素位置互異對受力的影響

ａ）滑塊與導(dǎo)桿位置互異ｂ）復(fù)合鉸鍵結(jié)構(gòu)變化對于有轉(zhuǎn)動副的移動副，轉(zhuǎn)動副在移動副上的位置也是一個應(yīng)當(dāng)認(rèn)真注意的問題。如圖４－６所示的滑塊，轉(zhuǎn)動副在移動構(gòu)件上的位置的改變將直接影響到移動副中摩擦力的大小。因此，應(yīng)盡量使轉(zhuǎn)動副位于兩移

動副元素的直線上，從而可以減少移動副中摩擦，提高機構(gòu)的傳動效率。

圖４－６移動副上的轉(zhuǎn)動副

其次節(jié)常用基本機構(gòu)的特性及評價機械產(chǎn)品的動作功

能總是通過機構(gòu)將原動機的輸出運動經(jīng)過必要的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)的。在目前的條件下，盡管有這樣那樣類型的原動機，絕大多數(shù)的機構(gòu)產(chǎn)品依舊愿意采用運動特性好、能量轉(zhuǎn)換率高的籠型異步電動機。因此，能將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為其他運動形式的機構(gòu)依舊是設(shè)計者最常采用的機構(gòu)。把握好這些常用機構(gòu)的運動特性，熟悉它們所能實現(xiàn)的功能，了解它們的特點，對于設(shè)計者正確地選用或從中獲得啟示來創(chuàng)新機構(gòu)都是十分必要的。表4－1給出了原動件

是轉(zhuǎn)動的常用機構(gòu)功能表，可供設(shè)計者設(shè)計時選用參考。

1一、機構(gòu)創(chuàng)新的組合原理

機構(gòu)的組合是指基本機構(gòu)以不同的方式聯(lián)結(jié)生成繁雜機構(gòu)的過程。組合的目的是

改善基本機構(gòu)無法實現(xiàn)的運動和動力要求。按技術(shù)來分，創(chuàng)新可分為兩大類：一類是采用全新的技術(shù)，稱為突破性創(chuàng)新；另一類是采用已有的技術(shù)進(jìn)行重組，稱為組合性創(chuàng)新。將一個基本機構(gòu)與另一個或幾個基本機構(gòu)或基本桿組按一定方式