機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)-5-機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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1、第 5章 機(jī) 構(gòu) 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 好 的 機(jī) 械 原 理 方 案 能 否 實(shí) 現(xiàn) ， 機(jī) 構(gòu) 設(shè)計(jì) 是 關(guān) 鍵 。 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 中 最 富 有 創(chuàng) 造 性 、 最 關(guān) 鍵的 環(huán) 節(jié) ， 是 機(jī) 構(gòu) 形 式 的 設(shè) 計(jì) 。 機(jī) 構(gòu) 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì)v 5.1 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)v 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì)v 5.4 機(jī) 構(gòu) 再 生 運(yùn) 動(dòng) 鏈 方 法 5.1 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換5.1.1 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 與 應(yīng) 用v 主 要 指 人 類 最 初 創(chuàng)

2、造 的 各 種 工 具 和 簡(jiǎn) 單 的 器 械 。如 杠 桿 、 斜 面 、 滾 輪 。 尤 其 是 輪 子 是 人 類 最 偉大 的 創(chuàng) 造 發(fā) 明 ， 現(xiàn) 代 的 各 種 機(jī) 器 中 ， 是 離 不 開 旋轉(zhuǎn) 的 輪 子 和 軸 的 。v特 點(diǎn) ： 只 用 極 少 的 構(gòu) 件 （ 一 般 不 成 為典 型 的 “ 機(jī) 構(gòu) ” ） ， 實(shí) 現(xiàn) 簡(jiǎn) 單 而 巧 妙的 動(dòng) 作 。 v舉例：電視機(jī)調(diào)節(jié)盒蓋雙動(dòng)操作器。 圓珠筆按鈕 錄音機(jī)的聯(lián)動(dòng)按鍵 魔方 百葉窗 拉鏈 安全帶帶扣 舉例：要實(shí)現(xiàn)特定的動(dòng)作功能 巧妙的構(gòu)思。筆 套 上 有 凸 塊 圓 珠 筆 按 鈕 圓 珠 筆 按 鈕功 能 原 理 分

3、 析 對(duì) 齊 筆套 槽 時(shí) 筆 芯 齒 輪 與 按鈕 齒 輪 錯(cuò) 開筆芯齒輪在筆套內(nèi)時(shí)的情況 筆芯齒輪在筆套內(nèi)時(shí)的情況 錯(cuò) 開 時(shí) 縮 回（ 外 ）對(duì) 齊 時(shí) 探 出（ 內(nèi) ） 筆 芯 齒 輪 在 筆 套 內(nèi)外 的 情 況 比 較 拉 鏈功 能 原 理 分 析 簡(jiǎn) 單 幾 何 體 簡(jiǎn) 單 幾 何 體 的 組 合 剖 開 看 簡(jiǎn) 單 幾 何 體 的 組 合 合 上 看 v舉 例 ： 鑰 匙 與 鎖 舉 例 ： 鑰 匙 與 鎖 彈 子 鎖 鑰 匙 與 鎖 芯v一 把 鑰 匙 開多 把 鎖？彈 簧彈簧彈 子 1鑰 匙 鎖 芯彈 子 2 v 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 具 有 廣 泛 的 用 途 和 寬

4、闊 的 空 間 。 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 通常 通 過 兩 個(gè) 零 件 之 間 接 觸 表 面 形 狀 的 巧 妙 組 合 實(shí) 現(xiàn) ， 求 解 動(dòng) 作功 能 時(shí) 針 對(duì) 所 要 實(shí) 現(xiàn) 的 動(dòng) 作 功 能 （ 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 、 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 ） ， 對(duì)零 件 的 幾 何 形 體 進(jìn) 行 構(gòu) 思 。v 也 叫 幾 何 形 體 組 合 法v對(duì) 簡(jiǎn) 單 動(dòng) 作 功 能 優(yōu) 秀 設(shè) 計(jì) 案 例 的 分 析 可 以 獲 得很 多 靈 感 ， 學(xué) 到 很 多 巧 妙 的 設(shè) 計(jì) 方 法 。 5.1.2 機(jī) 械 零 件 自 由 度 分 析 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法v 5.2.1

5、機(jī) 構(gòu) 串 聯(lián) 組 合 方 法v 串 聯(lián) 組 合 多 個(gè) 基 本 機(jī) 構(gòu) 順 序 連 接 前 機(jī) 構(gòu) 輸 出 后 機(jī) 構(gòu) 輸 入 機(jī) 構(gòu) 串 聯(lián) 組 合 實(shí) 現(xiàn) 兩 個(gè) 目 的 ： 1） 改 善 原 有 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 特 性 2） 使 組 合 機(jī) 構(gòu) 具 有 各 基 本 機(jī) 構(gòu) 的 特 性 1 改 善 原 有 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 特 性 槽 輪 機(jī) 構(gòu) 轉(zhuǎn) 位 或 分 度 角 速 度 變 化 大 前 面 加 上 主 動(dòng) 撥 盤 前 面 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) 主 動(dòng) 撥 盤 變 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 減 小 槽 輪 轉(zhuǎn)速 不 均 勻 性v 曲 柄 旋 轉(zhuǎn) 一 周 滑 塊 往 復(fù) 兩 次 六 桿 機(jī) 構(gòu)

6、 A點(diǎn) 軌 跡 8字 形 曲 線 v 5.2.1 機(jī) 構(gòu) 串 聯(lián) 組 合 方 法 2.使 組 合 機(jī) 構(gòu) 具 有 各 基 本 機(jī) 構(gòu) 的 特 性 串 聯(lián) 組 合 V帶 +齒 輪 +棘 輪 +螺 旋 等 傳 動(dòng) 原 動(dòng) 機(jī) 單 向 等 速 回 轉(zhuǎn) 輸 出 件 低 速 、 單 向 、 間 歇 、 直 線 運(yùn) 動(dòng) v 橢 圓 齒 輪 +曲 柄 滑 塊 組 合 機(jī) 構(gòu) 等 速 變 速 變 速 的 曲 柄 滑 塊 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 速 度 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 由 兩 個(gè) 或 多 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 相 同 的 基

7、本 機(jī) 構(gòu)并 列 布 置 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 1. 型 并 聯(lián) 原 動(dòng) 機(jī) 功 率 不 足 多 臺(tái) 原 動(dòng) 機(jī) +多 套 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 中華世紀(jì)壇3000噸192個(gè)輪子 16個(gè)驅(qū)動(dòng)輪 飛 機(jī) 兩 或 四 個(gè) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 滿 足 功 率 替 補(bǔ) 動(dòng) 力 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 1. 型 并 聯(lián) V形 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 2汽 缸 布 置 90 v 飛 機(jī) 襟 翼 操 縱 機(jī) 構(gòu) 兩 個(gè) 油 缸 各 推 動(dòng) 一 個(gè)齒 條 加 快 擺 動(dòng) 速 度 替 補(bǔ) 擺

8、動(dòng) （ 速 度 減 少 1/2） 雙 保 險(xiǎn) 可 靠 性 提 高 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 2. 型 并 聯(lián) 主 動(dòng) 件 或 原 動(dòng) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 分 成 兩 個(gè) 再 合 成 一 個(gè) 汽 缸 壓 力 機(jī) 左 右 兩 套 一 個(gè) 汽 缸 推 動(dòng) 執(zhí) 行 構(gòu)件 5最 大 壓 力 關(guān) 鍵 兩 套 機(jī) 構(gòu) 同 步 螺 旋 壓 力 機(jī) 左 右 兩 套 螺 旋 螺 距 相 同 旋 向 相 反 （ 雙 向 ） 優(yōu) 點(diǎn) 增 力 軸 向 力 可 以 平 衡 缺 點(diǎn) 向 下 壓 力 對(duì) 螺 桿 影 響 較 大 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新

9、設(shè) 計(jì) 方 法主動(dòng)油缸連桿連桿搖桿滑塊機(jī)構(gòu)3、4、5執(zhí)行構(gòu)件5 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 3. 型 并 聯(lián) 一 個(gè) 主 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 分 解 為 兩 個(gè) 或 多 個(gè) 輸 出 運(yùn) 動(dòng) v 細(xì) 紗 機(jī) 1個(gè) 電 動(dòng) 機(jī) 400-500個(gè) 紗 錠 v 加 工 光 學(xué) 透 鏡 的 拋 光 機(jī) 1個(gè) 電 動(dòng) 機(jī) 4套 連 桿v 雙 滑 塊 驅(qū) 動(dòng) 送 料 機(jī) 構(gòu) 主 動(dòng) 件 1推 動(dòng) 大 滑 塊 2和 小 滑 塊 4溝 槽 作 用 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 不 同 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 3. 型 并 聯(lián) 同 步 關(guān) 鍵v

10、 橋 式 起 重 機(jī) 跨 度 大 30m 兩 端 輪 子 必 須 同 步 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 3. 型 并 聯(lián) 同 步 關(guān) 鍵v 橋 式 起 重 機(jī) 跨 度 大 30m 幾 種 方 案 保 持 兩 端 輪 子 同 步 a） 低 速 軸 集 中 驅(qū) 動(dòng) 大 傳 動(dòng) 裝 置 負(fù) 重 b） 高 速 軸 集 中 驅(qū) 動(dòng) 輕 傳 動(dòng) 軸 轉(zhuǎn) 速 高 c） 中 軸 集 中 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 復(fù) 雜v 分 別 驅(qū) 動(dòng) 除 中 間 軸 自 重 小 分 組 性好 安 裝 維 修 方 便 可 實(shí) 現(xiàn) 穩(wěn) 定 運(yùn) 行 v 普 遍 采 用 5.

11、2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法減 速 器減 速 器 減 速 器第 二 級(jí)減 速 v 5.2.2 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 組 合 方 法 3. 型 并 聯(lián) 同 步 關(guān) 鍵v 電 影 放 映 機(jī) 的 輸 片 機(jī) 構(gòu) 凸 輪 主 動(dòng) 軸 圓 弧 部 分 從 動(dòng) 件 停 歇 歪 盤 動(dòng) 橫 向抓 片v 航 天 飛 船 對(duì) 接 器 對(duì) 接 機(jī) 構(gòu) 對(duì)接 模 擬 器 的 并 聯(lián) 機(jī) 器 人 完 成 主動(dòng) 抓 取 、 對(duì) 正 、 拉 緊 、 鎖 住 、 卡 緊 等 。v 并 聯(lián) 機(jī) 構(gòu) 并 聯(lián) 機(jī) 器 人 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.3 機(jī) 構(gòu) 疊 加 組 合 方 法 將

12、 一 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 安 裝 在 另 一 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 的 某 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 件 上 輸 出 各 機(jī) 構(gòu) 輸 出 運(yùn) 動(dòng) 的 合 成 兩 種 運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 運(yùn) 動(dòng) 獨(dú) 立 式 運(yùn) 動(dòng) 相 關(guān) 式 電 扇 運(yùn) 動(dòng) 旋 轉(zhuǎn) +搖 擺v 軸 中 軸 結(jié) 構(gòu) 軸 1運(yùn) 動(dòng) 移 動(dòng) +轉(zhuǎn) 動(dòng)v 液 壓 挖 掘 機(jī) 三 套 液 壓 擺 缸 機(jī) 構(gòu) 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 v 5.2.4 機(jī) 構(gòu) 反 饋 組 合 方 法 從 主 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 過 程 中 提 取 信 息 ， 實(shí) 時(shí) 反 饋 ，使 運(yùn) 動(dòng) 適 當(dāng) 變 化 反 饋 提 高 車 床 螺 旋 傳 動(dòng) 精 度 校 正板 校 正

13、曲 線 5.2 機(jī) 構(gòu) 組 合 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 方 法 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 的 從 動(dòng) 件 推 動(dòng) 蝸 桿作 軸 向 移 動(dòng) ， 使 蝸 輪 產(chǎn) 生 附加 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 從 而 使 誤 差 得 到 校 正 。原 動(dòng) 件 ： 凸輪 蝸 輪 固 接誤 差校 正 v 變 異 設(shè) 計(jì) 改 變 現(xiàn) 有 設(shè) 計(jì) 的 某 些 參 數(shù) ， 創(chuàng) 造 新 的 設(shè)計(jì) 方 案 重 要 手 段 借 鑒 成 功 率 高v 機(jī) 構(gòu) 變 異 的 主 要 目 的 1） 改 變 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 的 不 確 定 性 2） 開 發(fā) 機(jī) 構(gòu) 的 新 功 能 3） 研 發(fā) 新 機(jī) 構(gòu) ， 改 善 機(jī) 構(gòu) 的 受 力 狀 態(tài) ， 提 高 機(jī) 構(gòu)

14、 的 強(qiáng) 度 、 剛 度或 精 度 。v 常 采 用 的 演 化 變 異 方 法 ： 1） 利 用 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動(dòng) 性 質(zhì) 進(jìn) 行 演 化 變 異 2） 改 變 構(gòu) 件 的 結(jié) 構(gòu) 形 狀 和 尺 寸 3） 在 構(gòu) 件 上 增 加 輔 助 機(jī) 構(gòu) 4） 改 變 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動(dòng) 性 質(zhì) 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì) v 5.3.1 機(jī) 架 變 異 1.全 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 架 變 異 4種 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) a、 c 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) b 雙 搖 桿 機(jī) 構(gòu) d曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 工 作 臺(tái) 180 正 反 轉(zhuǎn) 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) 起 重 、 堆 料 、

15、傳 送 物 件 E點(diǎn) 近 似 直 線 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì)CD轉(zhuǎn) 動(dòng) 180 E點(diǎn) 近 似 直 線 移 動(dòng) v5.3.1 機(jī) 架 變 異 2.含 一 個(gè) 移 動(dòng) 副 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 架 變 異 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 變 異 b-d 曲 柄 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) e移 動(dòng) 導(dǎo)桿 機(jī) 構(gòu) 汽 車 自 動(dòng) 卸 料 機(jī) 構(gòu) a雙 搖 桿 機(jī) 構(gòu) b曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì) 曲 柄 v 5.3.1 機(jī) 架 變 異2.雙 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 架 變 異 a雙 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 橢 圓 繪 圖 儀 b雙 轉(zhuǎn) 塊 機(jī) 構(gòu) 十 字 滑 塊 聯(lián)軸 器 C正 弦 機(jī) 構(gòu) 測(cè)

16、 量 D正 切 機(jī) 構(gòu) 測(cè) 量 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì) v 5.3.1 機(jī) 架 變 異 3.其 它 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 架 變 異 定 軸 輪 系 行 星 輪 系 螺 旋 傳 動(dòng) 變 異 固 定 不 同 零 件 a螺 母 固 定 絲 桿 移 動(dòng) +轉(zhuǎn) 動(dòng) b絲 桿 轉(zhuǎn) 動(dòng) 螺 母 移 動(dòng) C絲 桿 固 定 螺 母 移 動(dòng) +轉(zhuǎn) 動(dòng) D螺 母 轉(zhuǎn) 動(dòng) 絲 桿 移 動(dòng) 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì) v 5.3.2 運(yùn) 動(dòng) 副 尺 寸 變 異 1.擴(kuò) 大 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 尺 寸 加 大 連 桿 銷 軸 尺 寸 泵 、 壓 縮 機(jī) 、 沖床 等 顎 式 破 碎 機(jī) 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 2.擴(kuò) 大 移

17、 動(dòng) 副 尺 寸 沖 床 滑 塊 擴(kuò) 大 正 弦 機(jī) 構(gòu) 沖 床 滑 塊 擴(kuò) 大 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 往 復(fù) 凸 輪 分 度 機(jī) 構(gòu) 改 善 機(jī) 構(gòu) 受 力 狀態(tài) 和 動(dòng) 力 效 果 5.3 機(jī) 構(gòu) 變 異 設(shè) 計(jì) v 5.4.1 概 述 1.顏 鴻 森 教 授 提 出 適 用 新 方 案 提 出 法 主 要 步 驟 ： 1） 從 一 個(gè) 性 能 良 好 的 原 始 機(jī) 構(gòu) 出 發(fā) ， 將 其 還原 為 同 源 的 一 般 化 運(yùn) 動(dòng) 鏈 ； 2） 根 據(jù) 推 理 ， 得 到 與 之 同 源 的 所 有 再 生 運(yùn) 動(dòng)鏈 ； 3） 通 過 篩 選 ， 施 加 約 束 ， 得 到 所 有 可 行 運(yùn) 動(dòng)鏈 ； 4） 再 通 過 評(píng) 價(jià) ， 選 擇 ， 得 到 適 宜 的 機(jī) 構(gòu) 。 5.4 機(jī) 構(gòu) 再 生 運(yùn) 動(dòng) 鏈 方 法