机械创新设计 第五章 机构组合与创新设计

发布于:2021-10-22 19:41:28

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第五章 机构组合与创新设计
第一节 串联式组合 第二节 并联式组合 第三节 封闭式组合 第四节 装载式组合

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机构组合是指基本机构以不同的方式 连接,生成复杂机构的过程。 目的是改善基本机构的运动和动力特 性,实现更高要求。

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基本机构
单环的连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇 运动机构、螺旋机构、挠性件传动机构、以及 这些机构的倒置机构等

组合方式
串联式、并联式、封闭式、装载式

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1. 串联式组合

两个及两个以上基本机构顺序连 接,每一个前置机构的输出为后 置机构的输入,用以满足工作要 求
输入 机构1 机构2 输出

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(1) 连杆机构为前置机构
? 可用于增力——肘杆机构 F
P

P

Q=M

cos α s

增力比:L/y

L cos α Q=M ys
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某压力机的主机构

θ

α

当θ ≈ 0°,α = 2° F大约是 F12的14倍
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节能 发动机
偏距为气缸直径的0~0.5倍。 刚性杆2(6)为L形,其夹角 λ可为60°~120°。该机构 对发动机而言,可使活塞的 实际行程增加5%~20%,使 发动机的实际排量增加 5%~20%;可使发动机的燃 油消耗率降低5%~20%;使 曲轴的*均输出扭矩增大 5%~35%。若用于压缩机, 也可使能源消耗明显下降。
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? 可用于增程

φ

ψ

ψ z2 = ? z1

E的行程是C的2倍 是曲柄1长度的4倍

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? 可实现特殊的运动规律

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?可改善后置机构的运动与动力特性

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(2)凸轮机构为前置机构
?利用凸轮可输出特殊的运动规律来实现特定的工作要求 ?利用后置机构增大作用效果

齐纸机构

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(3)齿轮机构为前置机构
? 可利用椭圆齿轮机构的特殊运动规律

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毛纺针梳机导条机构

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(4)利用前置机构浮动杆上某点轨迹特征 串联一个杆组形成组合机构
?利用连杆上E点某段轨迹为直线,实现从动件运动停歇

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? 利用行星轮上C点的轨迹为圆弧 (当r1=3 r3时)该圆弧 曲率半径*似为8 r3 ,当取r4=8 r3时,滑块在系杆2转过180?是 停歇,转过其余240?时,滑块5的行程为4 r3



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?利用挠性构件,是从动件实现大行程。

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4、5、6、7为链轮,其*沧坝辛矗诹瓷*沧坝邢印3 为槽轮,其上开有两个槽,当链上的销子进入槽轮的槽中时, 将驱动槽轮转动,否则,槽轮停止运动。这种机构可以实现 180°的分度运动。这是一般槽轮机构无法实现的。这种机构 可以看作是链传动机构与槽轮机构的串联组合而成。

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2. 并联组合
两个或多个基本机构并列布置,运动并行传递
一、并联式组合形式
1、并列式并联 2、合成式并联 3、时序式并联
机构1 输入 机构2 输出 输入 机构2
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结构形式
机构1 输入 机构2 输出

输出

输入

机构1 输出

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1输入,2、4输出

1输入, 2 输出

1、2输入,3输出
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二、并联式组合机构功能
1、改善性能

双 棘 爪 棘 轮 机 构

机翼操纵机构

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对称并联布置的曲柄滑块机构

对称并联活塞连杆机构

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2、实现特定的运动轨迹与规律

凸轮输送机构 压力机机构
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3、实现复杂的动作配合

双滑块驱动机构 冲压机构

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3.封闭式组合
一个具有两个自由度的基础机构与一 个附加机构并接所组成的机构
结构形式
输出 基础机构 输入 附加机构 输入 基础机构 输出

附加机构

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常见的基础机构有:
差动连杆机构

差动凸轮机构

差动齿轮机构

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基础机构:差动齿轮机构 # 辅助机构:连杆机构
? 结构特点:

齿轮连杆机构
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2输入 动 3输入 系 轮 连杆机构 ? 运动特点: 由基础机构的:

差 1输出

由辅助机构的: ω3 ? ω2

z3 ω1 ? ω2 = ? ? ω1 = ω2 ? i13 (ω3 ? ω2 ) ω3 ? ω 2 z1 ω 若使:ω3 ? ω2 = 2 (某区间)

i13

则:ω1 = 0 若使:ω3 = 0 则:ω1 = ω( ± i13) 2 1
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基础机构:差动齿轮机构 # 辅助机构:凸轮机构

齿轮凸轮机构

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基础机构:差动连杆机构 # 辅助机构:凸轮机构

连杆凸轮机构

变曲柄长度凸轮连杆机构

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基础机构: 差动凸轮机构 # 辅助机构:连杆机构

变连杆长度凸轮连杆机构
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封闭式组合机构的功能
? 实现特定的运动规律或轨迹

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? 实现增程增力

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? 可利用中间齿轮换向实现两个自由度机构的输入

振摆式轧机示意图

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? 实现大速比

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?实现运动的合成

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例:机床分度补偿机构,A,B为圆柱副

φ3

s1

′ ? 4 = ?3
蜗轮4的转动由蜗杆3的转动和蜗 杆3的移动(凸轮1)输入 蜗杆转动与移动引起蜗轮转动方向一致 取证,否则取负

z3 z4

′ ? 4′ =

s1 r4

z3 s1 ? 4 = ?3 ± z 4 r4
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4.叠加式组合机构:

将某个机构安装在另一个机构的输出构件 上,最后总输出的运动则是若干个叠加机 构的多个自由度的复合运动
结构形式
输入 基本机构N 输出 基本机构2 基本机构1

输入 输入

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1、单联式组合

工业机械手

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2、双联式组合:叠加后再回接

摇头电扇

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广义机构的应用
1.弹簧蠕行管道机器人

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2.滚动杠杆的杠杆棘轮机构

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3.声音轮机构

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4.厚度电测仪的杠杆机构

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5.气动商标自动粘贴机构

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机构组合创新小结
组合方式:
除4种组合方式外,还可以交互式组合

主要功能:
*可使执行构件实现增程、增速、增力; *可改善机构的运动和动力特性; *可使执行构件实现特定的运动规律与轨迹; *可实现运动的合成与分解; *可实现多自由度的复合运动

注意问题:
多次组合会使运动链增长,运动副增多,设计难度 增大,积累误差增大,机械效率也会降低
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