第五章機(jī)構(gòu)構(gòu)型方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新

第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異

第三節(jié)廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新一、串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新圖5-1串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合

a)Ⅰ型串聯(lián)b)Ⅱ型串聯(lián)2.串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合的主要功能分析

(1)Ⅰ型串聯(lián)式組合下面討論兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合問(wèn)題，并假設(shè)這兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)分別為前置子機(jī)構(gòu)和后置子機(jī)構(gòu)。

1)前置子機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)。1.串聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合的原理與創(chuàng)新方法第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-2連桿增力機(jī)構(gòu)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-3連桿齒輪齒條機(jī)構(gòu)

1—主動(dòng)曲柄2—連桿3—齒輪

4—固定齒條5—移動(dòng)齒條例5-1圖5-2所示是一個(gè)實(shí)現(xiàn)增力功能的串聯(lián)機(jī)構(gòu)組合，第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新它是由一個(gè)前置子機(jī)構(gòu)即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABCD和后置子機(jī)構(gòu)即搖桿滑塊機(jī)構(gòu)DCE串聯(lián)組合而成。在基本機(jī)構(gòu)DCE中，連桿CE上受有P力的作用，致使滑塊E產(chǎn)生向下的沖壓力Q，則Q=Pcosα。隨著滑塊E的下移，α減小，壓力Q增大。若串聯(lián)一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD作為前置機(jī)構(gòu)，設(shè)連桿受力為F，則后置機(jī)構(gòu)的執(zhí)行構(gòu)件滑塊E所受的沖壓力為Q=Pcosα=(FL/S)cosα，此時(shí)，隨著滑塊E的下移，在α減小的同時(shí)，L增大，S減小。在F不增大的條件下，沖擊力Q增大了L/S倍。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要求確定α、S和L。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-2圖5-3所示為連桿齒輪齒條行程倍增機(jī)構(gòu)，前置子機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)，后置子機(jī)構(gòu)為齒輪齒條機(jī)構(gòu)。主動(dòng)曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)齒輪3與上下齒條4、5嚙合傳動(dòng)，上齒條4固定，下齒條5作往復(fù)移動(dòng)，其行程H＝4R，即把連桿機(jī)構(gòu)的輸出行程擴(kuò)大了一倍。顯然，在輸出位移相同的前提下，其曲柄比一般對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄可縮小一半，從而可縮小整個(gè)機(jī)構(gòu)尺寸。若將齒輪3改為雙聯(lián)齒輪3—3′，節(jié)圓半徑分別為r3、r3′，齒輪3與固定齒條4嚙合，齒輪3′與移動(dòng)齒條5嚙合，其行程為圖5-4連桿槽輪機(jī)構(gòu)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-5銼刀剁齒機(jī)構(gòu)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-6使運(yùn)動(dòng)行程增大的凸輪—連桿機(jī)構(gòu)例5-3圖5-4所示為連桿槽輪機(jī)構(gòu)，前置子機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新后置子機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)。由于普通槽輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其主動(dòng)撥盤(pán)一般作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，且回轉(zhuǎn)半徑不變，而當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳遞給槽輪時(shí)，主動(dòng)撥盤(pán)的滾銷(xiāo)在槽輪的傳動(dòng)槽內(nèi)沿徑向位置發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，致使槽輪的受力作用點(diǎn)也沿徑向位置發(fā)生變化，導(dǎo)致槽輪在一次轉(zhuǎn)位過(guò)程中，角速度由小變大，再由大變小；而連桿槽輪機(jī)構(gòu)中，雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD中的從動(dòng)曲柄CD與槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)撥盤(pán)DE聯(lián)為一體，故槽輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其主動(dòng)撥盤(pán)可作非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；若在設(shè)計(jì)雙曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)考慮好E點(diǎn)的速度變化，能夠中和槽輪的轉(zhuǎn)速變化，則槽輪將以近似等速轉(zhuǎn)位。由此可見(jiàn)，經(jīng)串聯(lián)組合的槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能，均有較大改善。

2)前置子機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu)。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-4圖5-5所示為一銼刀剁齒機(jī)構(gòu)。通過(guò)分析可知，這是由一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合而成的機(jī)構(gòu)，該組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有兩大特點(diǎn)：一是充分地利用凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性，使彈簧被逐漸壓縮儲(chǔ)存能量后，彈力勢(shì)能能得到快速釋放；其二是后置搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角大，在彈力的迅速作用下，對(duì)銼刀坯的沖擊力大，這種沖擊效果是很難由單一基本機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的。

例5-5圖5-6為使運(yùn)動(dòng)行程增大的凸輪—連桿機(jī)構(gòu)示意圖，前置子機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，后置子機(jī)構(gòu)為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件聯(lián)為一體，該機(jī)構(gòu)利用一個(gè)輸出端半徑r2大于輸入半徑r1的搖桿BAC,使C點(diǎn)的位移大于B點(diǎn)的位移，從而可在凸輪尺寸較小的情況下，使滑塊獲得較大行程。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新3)前置子機(jī)構(gòu)為齒輪機(jī)構(gòu)。

例5-6圖5-7所示是用于毛紡針梳機(jī)導(dǎo)條機(jī)構(gòu)上的橢圓齒輪連桿機(jī)構(gòu)，前置子機(jī)構(gòu)是橢圓齒輪機(jī)構(gòu)，輸出非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；后置子機(jī)構(gòu)是曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)；通過(guò)一對(duì)中間齒輪機(jī)構(gòu)減速串聯(lián)到后置子機(jī)構(gòu)，使后置子機(jī)構(gòu)的主動(dòng)曲柄3輸入非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使輸出構(gòu)件5實(shí)現(xiàn)近似的勻速移動(dòng)，以滿(mǎn)足工作要求。圖5-7毛紡針梳機(jī)導(dǎo)條機(jī)構(gòu)

1—主動(dòng)橢圓齒輪2—從動(dòng)橢圓齒輪

3—主動(dòng)曲柄4—滑塊5—輸出構(gòu)件第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-8實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件兩次行程的六桿機(jī)構(gòu)

1—曲柄2—連桿3—搖桿

4—構(gòu)件5—滑塊第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-9行星齒輪連桿機(jī)構(gòu)

1—系桿2—行星齒輪3—連桿

4—滑塊5—固定內(nèi)齒輪第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新(2)Ⅱ型串聯(lián)式組合。

例5-7圖5-8所示的六桿機(jī)構(gòu)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，滑塊可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同的行程。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)BCDE中，連桿2的A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)具有自交點(diǎn)的橫向8字形的曲線(如圖中雙點(diǎn)畫(huà)線所示)，構(gòu)件4與連桿2在A點(diǎn)鉸接、與滑塊5在F點(diǎn)鉸接、滑塊5可沿固定導(dǎo)路移動(dòng)，這樣，當(dāng)曲柄1回轉(zhuǎn)一周時(shí)，滑塊5可往復(fù)移動(dòng)兩次。這就是利用連桿機(jī)構(gòu)中連桿上某點(diǎn)的特殊軌跡串聯(lián)一個(gè)后置子機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)特殊的運(yùn)動(dòng)要求。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-8圖5-9所示的行星齒輪連桿機(jī)構(gòu)，系桿1為輸入構(gòu)件，行星齒輪2與固定內(nèi)齒輪5相嚙合。當(dāng)兩齒輪齒數(shù)滿(mǎn)足z5＝3z2時(shí)，齒輪2節(jié)圓上點(diǎn)的軌跡是3段近似圓弧的擺線，其圓弧半徑近似等于8r2′(r2′為齒輪2的節(jié)圓半徑)，輸出件行星齒輪2在節(jié)圓處與連桿3鉸接，當(dāng)連桿3的長(zhǎng)度等于8r2′時(shí)，滑塊4與連桿3的鉸接點(diǎn)近似位于圓心處，則當(dāng)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，滑塊4有三分之一的時(shí)間處于停歇狀態(tài)。這就是利用行星輪系中行星齒輪的平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)輸出特殊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，串聯(lián)組合后置子機(jī)構(gòu)，使輸出構(gòu)件滿(mǎn)足特殊的運(yùn)動(dòng)要求。

二、并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新

1.并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合的原理與創(chuàng)新方法第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-10并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合

a)Ⅰ型并聯(lián)b)Ⅱ型并聯(lián)c)Ⅲ型并聯(lián)2.并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合的主要功能分析

(1)Ⅰ型并聯(lián)式組合該組合相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的合成，其主要功能是對(duì)輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式的補(bǔ)充、加強(qiáng)和改善。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-11V形雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)例5-9圖5-11所示為V形發(fā)動(dòng)機(jī)的雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新是由兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合而成。氣缸作V形布置，它們的軸線通過(guò)曲柄回轉(zhuǎn)的固定軸線，當(dāng)分別向兩個(gè)活塞輸入運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄可實(shí)現(xiàn)無(wú)死點(diǎn)位置的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且具有良好的平衡、減振作用。但應(yīng)注意，各并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸必須相同。

例5-10圖5-12是可以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件作復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)的兩自由度機(jī)構(gòu)，用于釘扣機(jī)中的針桿傳動(dòng)，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺圖5-12釘扣機(jī)針桿傳動(dòng)

1、6—曲柄2—連桿3—針桿

4—導(dǎo)桿5—滑塊第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-13平板印刷機(jī)上的吸紙機(jī)構(gòu)

1—凸輪2、3—從動(dòng)件4、5—連桿第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-14齒輪—連桿間歇傳送機(jī)構(gòu)

1、2、2′—齒輪3、3′—曲柄

4—連桿5—工作滑軌6—工件第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新(2)Ⅱ型并聯(lián)式組合該組合相當(dāng)于將一個(gè)運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，再將這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成一個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出，其主要功能也是用于改善輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)還可以改善機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，可以使機(jī)構(gòu)獲得自身的動(dòng)平衡。

例5-11圖5-13所示為平板印刷機(jī)上吸紙機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖，由兩個(gè)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)和一個(gè)五桿機(jī)構(gòu)組成，兩盤(pán)形凸輪固接在同一轉(zhuǎn)軸上，五桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿分別與凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件聯(lián)為一體。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)從動(dòng)件2、3分別按要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿，使固接在連桿5上的吸紙盤(pán)P按要求的矩形軌跡運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)完成吸紙和送進(jìn)等動(dòng)作。該并聯(lián)式機(jī)構(gòu)組合，可使連桿的輸出運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)指定的運(yùn)動(dòng)軌跡。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-12圖5-14所示為間歇傳送機(jī)構(gòu)，由兩個(gè)齒輪機(jī)構(gòu)和兩個(gè)連桿機(jī)構(gòu)組成。齒輪1經(jīng)兩個(gè)齒輪2與2′帶動(dòng)一對(duì)曲柄3與3′同步轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄使連桿4(送料動(dòng)梁)平動(dòng)，5為工作滑軌，6為被推送的工件。由于動(dòng)梁上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中雙點(diǎn)畫(huà)線所示，故可間歇地推送工件。該機(jī)構(gòu)將齒輪機(jī)構(gòu)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)可靠，常用于自動(dòng)機(jī)的物料間歇送進(jìn)。

(3)Ⅲ型并聯(lián)組合該組合相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的分解，其主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)輸出，而這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)又相互配合，完成較復(fù)雜的工藝動(dòng)作。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-13圖5-15所示的絲織機(jī)的開(kāi)口機(jī)構(gòu)，輸入機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合分別輸出，當(dāng)主動(dòng)件曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)搖桿3將運(yùn)動(dòng)傳給兩個(gè)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，使兩個(gè)從動(dòng)件滑塊5和7分別實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)移動(dòng)，完成絲織機(jī)織平紋絲織物的開(kāi)圖5-15絲織機(jī)開(kāi)口機(jī)構(gòu)

1—曲柄2、4、6—連桿

3—搖桿5、7—滑塊第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-16沖壓機(jī)的凸輪連桿機(jī)構(gòu)

1—1′—凸輪2—推桿

3—擺桿4—連桿5—滑塊第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-14圖5-16所示為沖壓機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)，輸入機(jī)構(gòu)為兩個(gè)固接在一起的盤(pán)狀凸輪，凸輪1與推桿2組成移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1′和擺桿3組成擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪1—1′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿2實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，同時(shí)擺桿3實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，并帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使從動(dòng)件滑塊5實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。設(shè)計(jì)凸輪時(shí)應(yīng)注意推桿2與滑塊5的時(shí)序關(guān)系。圖5-17并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

a)空間六自由度操縱臂b)“六滑臺(tái)”機(jī)床c)三套并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床

1—滑臺(tái)2—桿3—刀具主軸4—刀具5—工件第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新三、復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新

1.復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合的原理與創(chuàng)新方法圖5-18復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合

a)構(gòu)件并接式b)機(jī)構(gòu)回接式2.復(fù)合式機(jī)構(gòu)組合的主要功能分析

(1)構(gòu)件并接復(fù)合式組合第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-19IHI擺式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-20傳動(dòng)誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)

1—蝸桿2—蝸輪第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-15圖5-19所示的IHI擺式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)，其中具有兩個(gè)自由度的五桿機(jī)構(gòu)ABCDE為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)AFGE為附加機(jī)構(gòu)。基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)中的連架桿AB與附加機(jī)構(gòu)中的連架桿AF并接，基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)中的連架桿DE與附加機(jī)構(gòu)中的連架桿GE并接，輸出構(gòu)件為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)中的連桿。當(dāng)給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)輸入時(shí)，由四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)五桿機(jī)構(gòu)連架桿運(yùn)動(dòng)，合成后使基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)中連桿按指定運(yùn)動(dòng)規(guī)律輸出。該飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)上刀刃輸出圖示運(yùn)動(dòng)軌跡，而在剪切時(shí)(相當(dāng)于上刀刃ab段)刀刃的水平分速度與鋼帶連續(xù)送進(jìn)速度相同。

(2)機(jī)構(gòu)回接復(fù)合式組合第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新例5-16圖5-20是一種齒輪加工機(jī)床的誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，由具有兩個(gè)自由度的蝸桿機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，主動(dòng)構(gòu)件為蝸桿1。凸輪機(jī)構(gòu)為附加機(jī)構(gòu)，而且附加機(jī)構(gòu)的一個(gè)構(gòu)件又回接到主動(dòng)構(gòu)件蝸桿1上。從動(dòng)構(gòu)件是蝸輪2。輸入的運(yùn)動(dòng)是蝸桿1的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使蝸輪2以及與其并接的凸輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)其從動(dòng)件又使蝸桿1實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的合成從而使蝸輪2的轉(zhuǎn)速變得時(shí)快時(shí)慢。該組合機(jī)構(gòu)在齒輪加工機(jī)床上作為傳動(dòng)誤差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)而得到成功的應(yīng)用。

四、疊加式機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新

1.疊加式機(jī)構(gòu)組合的原理與創(chuàng)新方法第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-21疊加式機(jī)構(gòu)組合第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-22電動(dòng)玩具馬的主體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1—曲柄2—轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-23圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新圖5-24搖頭電扇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.疊加式機(jī)構(gòu)組合的主要功能分析第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新(1)運(yùn)動(dòng)獨(dú)立式

例5-17圖5-22所示是電動(dòng)玩具馬的主體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能模仿馬飛奔前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。它由曲柄搖塊機(jī)構(gòu)ABC安裝在兩桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件2上組合而成。機(jī)構(gòu)工作時(shí)分別由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件2和曲柄1輸入轉(zhuǎn)動(dòng)，致使馬的運(yùn)動(dòng)軌跡是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的疊加，產(chǎn)生了一種馬飛奔向前的動(dòng)態(tài)效果。

例5-18圖5-23為圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)械手。工業(yè)機(jī)械手的手指A為一開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)，安裝在水平移動(dòng)的氣缸B上，氣缸B疊加在鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)鏈輪C上，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又疊加在“X”形連桿機(jī)構(gòu)D的連桿上，使機(jī)械手的終端實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、水平移動(dòng)以及機(jī)械手本身的手腕轉(zhuǎn)動(dòng)和手指抓取的多自由度、多方位動(dòng)作效果，以適應(yīng)各種場(chǎng)合的作業(yè)要求。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新(2)運(yùn)動(dòng)相關(guān)式

例5-19圖5-24為搖頭電扇的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。蝸桿機(jī)構(gòu)裝載在雙搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件搖桿上，同時(shí)蝸桿機(jī)構(gòu)中的蝸輪又與雙搖桿機(jī)構(gòu)中的連桿固連。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)又使雙搖桿機(jī)構(gòu)中裝載蝸桿的連架桿擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電扇在一定擺角范圍內(nèi)搖頭送風(fēng)的功能。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異一、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副演化與變異圖5-25轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大實(shí)例

a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)b)活塞泵1.運(yùn)動(dòng)副的尺寸變換

改變機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副的形式，可構(gòu)型出不同運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)，以增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸強(qiáng)度，減小運(yùn)動(dòng)副元素的摩擦磨損，改善機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力效果，開(kāi)拓機(jī)構(gòu)的各種新功能。運(yùn)動(dòng)副的變換方式有很多種，常用的有運(yùn)動(dòng)副的尺寸變換、運(yùn)動(dòng)副元素的接觸性質(zhì)變換和運(yùn)動(dòng)副元素的形狀變換。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-26轉(zhuǎn)動(dòng)副展直成移動(dòng)副

1—機(jī)架2—構(gòu)件第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-27移動(dòng)副擴(kuò)大實(shí)例

1—曲柄2—連桿3—沖頭第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-28往復(fù)凸輪分度機(jī)構(gòu)

1—滑塊2—正三角形凸輪第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-29移動(dòng)副變異為滾滑副

1—滑塊2—導(dǎo)路2.運(yùn)動(dòng)副元素的接觸性質(zhì)變換(1)移動(dòng)副把組成移動(dòng)副元素之一的結(jié)構(gòu)形狀改變成滾子形，這樣使原始機(jī)構(gòu)中導(dǎo)路與滑塊的結(jié)構(gòu)形式演變?yōu)閷?dǎo)路與滾子結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖5-29a、b、c所示。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)副在組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷(xiāo)軸和銷(xiāo)軸孔之間增設(shè)若干個(gè)滾動(dòng)體，構(gòu)成滾動(dòng)軸承。

(3)高副把凸輪高副中從動(dòng)件設(shè)計(jì)成滾子形，槽輪高副中的撥銷(xiāo)也設(shè)計(jì)成滾子形，則可減小摩擦磨損。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異3.運(yùn)動(dòng)副元素的形狀變換

(1)平面低副轉(zhuǎn)動(dòng)副元素的形狀變換可參見(jiàn)圖5-26，由于轉(zhuǎn)動(dòng)副元素的形狀逐步改變而形成了移動(dòng)副。圖5-30無(wú)死點(diǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-31楔塊機(jī)構(gòu)變異

1—楔塊2—導(dǎo)桿(2)平面高副平面高副元素的形狀變換，是為了演化變異出具有不同功能的平面高副，此外還可改善高副機(jī)構(gòu)的各種性能，如受力狀態(tài)、接觸強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性等。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-32凸輪機(jī)構(gòu)仿效變異第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-33移動(dòng)式槽輪圖5-34棘輪副的展直第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-35螺旋推進(jìn)器(3)螺旋副螺旋副一般是由互相旋合的螺桿和螺母組成，從其剖面看,螺紋形狀有矩形、梯形、鋸齒形、圓形和三角形等，可用于傳動(dòng)、微調(diào)、增力、聯(lián)接等，既簡(jiǎn)單又可靠。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異二、機(jī)構(gòu)的構(gòu)件演化與變異

通過(guò)機(jī)構(gòu)構(gòu)件的演化與變異，可改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能、受力狀態(tài)，提高構(gòu)件強(qiáng)度或剛度，構(gòu)型出新機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一些新功能。常用的演化變異方法有：利用構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行演化變異；改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸；在構(gòu)件上增加輔助結(jié)構(gòu)；改變構(gòu)件運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-36擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)變異為槽輪機(jī)構(gòu)1.利用構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)演化變異第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-37平行四邊形機(jī)構(gòu)的變異2.改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸(1)平行四邊形機(jī)構(gòu)的變異圖為一平行四邊形機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是相對(duì)構(gòu)件平行且長(zhǎng)度相等，能傳遞勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到四個(gè)構(gòu)件為一直線時(shí)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，造成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異(2)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)的變異圖5-38a是雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)的示意圖，塊1轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿2將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給塊3，4為機(jī)架，A、B為兩個(gè)固定轉(zhuǎn)動(dòng)副。圖5-38雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)的變異第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-39抓斗機(jī)構(gòu)(3)抓斗機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖5-39所示為抓斗機(jī)構(gòu)，圖5-39a是由行星輪系1-2-3和兩邊對(duì)稱(chēng)布置的桿4、5組成的,1、2為齒輪，3為系桿。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-40轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的變異3.增加輔助結(jié)構(gòu)

(1)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖5-40a是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，可以傳遞非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-41廓線可變的凸輪機(jī)構(gòu)

1—凸輪2—推桿(2)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但當(dāng)凸輪廓線確定后，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律則不能變換和調(diào)節(jié)。

圖5-42推桿可換的凸輪機(jī)構(gòu)

1—圓柱凸輪2—齒輪第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-43增程凸輪機(jī)構(gòu)4.改變構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)三、機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換與創(chuàng)新

機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換是指機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架的互相轉(zhuǎn)換，或稱(chēng)作機(jī)構(gòu)的倒置。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，機(jī)架變換后,機(jī)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，而絕對(duì)運(yùn)動(dòng)則發(fā)生了改變,因此，用這種方法可以得到不同特性的機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步拓寬了機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。圖5-44卡當(dāng)機(jī)構(gòu)及其機(jī)架變換1.平面四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-45凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換2.凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異3.齒輪機(jī)構(gòu)及撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換圖5-46齒輪機(jī)構(gòu)與撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換

a)機(jī)架變換前b)機(jī)架變換后第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異4.間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換圖5-47間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換

a)外槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換b)不完全齒輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異機(jī)構(gòu)的等效變換可稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的同性異形變換，通常指輸入、輸出的運(yùn)動(dòng)特性相同或等效，但結(jié)構(gòu)不同的一組機(jī)構(gòu)。若能經(jīng)常地注意收集各種機(jī)構(gòu)是否有可能等效或同性，或者探索各種途徑構(gòu)造同性異形機(jī)構(gòu)，進(jìn)而比較它們的受力狀態(tài)、占據(jù)空間位置以及零件的工藝性能等各項(xiàng)特點(diǎn)，即可用性能較好的機(jī)構(gòu)代替性能不太理想的機(jī)構(gòu)，從而獲得多種選擇的機(jī)會(huì)，這也是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的一個(gè)很好的途徑。

四、機(jī)構(gòu)的等效變換與創(chuàng)新第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-48運(yùn)動(dòng)副的等效代換(一)

a)球面副與轉(zhuǎn)動(dòng)副的等效代換b)圓柱副與轉(zhuǎn)動(dòng)副加移動(dòng)副的等效代換1.利用運(yùn)動(dòng)副的等效代換創(chuàng)新同性異形機(jī)構(gòu)

(1)空間運(yùn)動(dòng)副與平面運(yùn)動(dòng)副的等效代換如圖5-48所示，圖5-48a所示的球面副S可由匯交于球心的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R-R-R等效代換；圖5-48b所示的圓柱副C可由轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與移動(dòng)導(dǎo)路重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副R與移動(dòng)副P(pán)等效代換。第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-49萬(wàn)向聯(lián)軸器(2)平面高副與平面低副的等效代換圖5-50a中組成平面高副的兩元素均為圓，高副接觸點(diǎn)為兩圓切點(diǎn)C，圓心分別為A、B，半徑分別為AC、CB，這是一個(gè)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，盤(pán)形凸輪為一個(gè)偏心圓。圖5-50運(yùn)動(dòng)副的等效代換(二)第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異2.利用周轉(zhuǎn)輪系的不同結(jié)構(gòu)創(chuàng)新同性異形機(jī)構(gòu)圖5-51卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其創(chuàng)新第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異五、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的仿效與創(chuàng)新圖5-52齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)1.差動(dòng)運(yùn)動(dòng)原理的仿效第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-53凸輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)

1、3—凸輪2—推桿第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異2.諧波傳動(dòng)原理的仿效圖5-54諧波齒輪傳動(dòng)

1—柔輪2—?jiǎng)傒咹—波發(fā)生器第二節(jié)機(jī)構(gòu)的演化與變異圖5-55諧波螺旋傳動(dòng)

1—螺桿2—螺母H—波發(fā)生器3.嚙合傳動(dòng)原理的仿效

4.滾動(dòng)傳動(dòng)原理的仿效第三節(jié)廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)一、利用液、氣物理效應(yīng)

利用液體、氣體作為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)，分別稱(chēng)為液動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建筑和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。

1.液動(dòng)機(jī)構(gòu)圖5-56升降機(jī)構(gòu)圖5-57液壓夾緊機(jī)構(gòu)第三節(jié)廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖5-58鑄錠供料機(jī)構(gòu)第三節(jié)廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖5-59挖掘機(jī)第三節(jié)廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖5-60通用機(jī)械手結(jié)構(gòu)

1—真空吸頭2—水平氣缸

3—垂直氣缸4—齒輪齒條副

5—回轉(zhuǎn)缸6—小車(chē)2.