機車車輪制動機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計

1、濰坊學(xué)院2011-2012學(xué)年第2學(xué)期機械創(chuàng)新設(shè)計試卷(論文類)考牛姓名學(xué)號年級所在院系專業(yè)班級考生成績閱卷人(命題要求，內(nèi)容要求，格式要求，其它要求，等等)1、試卷完成時間：不得遲于2012年6月29號。2、考試方式、分制與分?jǐn)?shù)解釋采用提交設(shè)計/論文的方式，成績按優(yōu)秀、良好、中等、 及格、不及格五級制評定。3、開卷考試要求：試卷采用b4紙質(zhì)橫向排版，論文或設(shè)計、字?jǐn)?shù)不少于 3000o(2) 設(shè)計/論文必須橫排。(3) 必須獨立完成，若有雷同，均按零分處理。4、下列內(nèi)容：(1) 運用創(chuàng)造原理與創(chuàng)新技法進行機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、結(jié)構(gòu)創(chuàng) 新設(shè)計(2) 反求設(shè)計與技術(shù)引進的應(yīng)用(3) 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(4

2、) 英他形式的創(chuàng)新設(shè)計或論文亦可機車車輪制動機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計摘要:運用機構(gòu)再生運動鏈法，在歸納了原始機車車輪制動機構(gòu) 的拓?fù)錁?gòu)造特性后，通過對原有機構(gòu)進行一般化處理，應(yīng)用機構(gòu)的數(shù) 目綜合理論，可得到與一般化運動鏈具有相同構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)的全 部非同構(gòu)運動鏈。再經(jīng)由特定化和具體化程序，生成和演化出了多個 新型機車車輪制動機構(gòu)的機構(gòu)簡圈。該法適用于多種類型的平面多桿 機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，同時為研究現(xiàn)有設(shè)計并對其進 行創(chuàng)新性改進設(shè)計提供了一條實用的、可操作性強的有效途徑。關(guān)鍵詞:一般化運動鏈;再生運動鏈;拓?fù)錁?gòu)造;特泄化運動鏈構(gòu)思新型機構(gòu)是機械設(shè)計的重要內(nèi)容之一，為了獲得機械的預(yù)期 功能，設(shè)計人員必須具備

3、創(chuàng)造新機構(gòu)或改變已有機構(gòu)構(gòu)思的能力，這 是設(shè)計過程屮最具創(chuàng)意的部分。圖1為一種很有新意的車輪制動機 構(gòu)。該機構(gòu)制動力由一只氣缸提供，為了防止出現(xiàn)兩片制動閘瓦在制 動屮一片閘瓦已貼緊車輪但另一片閘瓦卻因誤差而不能同時抱緊車 輪的問題，設(shè)計者將該制動器設(shè)計成只有一個原動件的二自由度機 構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)的最小阻力運動規(guī)律，當(dāng)活塞向右運動吋，各構(gòu)件將按 最小阻力方向運動，一口具中一片閘瓦與車輪接觸后，機構(gòu)的自由度 將變?yōu)? ,于是另一片閘乩將迅速向車輪靠近并抱緊車輪，完成制 動過程。當(dāng)活塞向左運動時，機構(gòu)的自由度又恢復(fù)為2，兩片閘瓦（4） 原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機構(gòu)，其自將以自適應(yīng)的方式與車輪脫 開。

4、同時，該機構(gòu)在換上厚度不同的新閘瓦后也不會影響到制動效果。該制動機構(gòu)是一個非常有創(chuàng)意的機構(gòu)。-g圖1機車車絵制動機恂1分析原始機構(gòu)，歸納其拓?fù)錁?gòu)造特性(1) 該制動機構(gòu)是個自由度為2的平面機構(gòu)(2) 該機構(gòu)由7個桿件和8個運動副組成。(3) 該機構(gòu)屮有7個轉(zhuǎn)動副和1個移動副。(4) 機構(gòu)屮有1個機架，2個錢支桿，3個平面運動桿件。(5) 該機構(gòu)屮有2個氣缸裝置，由活塞桿和氣缸組成，并以氣缸 本身作為機架。2 一般化運動鏈機構(gòu)一般化的口的是把包含有不同類型的桿件與運 動副的原始機構(gòu)轉(zhuǎn)化為只含有連桿和轉(zhuǎn)動副的般化運動鏈。其一般 化原則如下：(1) 所有運動副都需轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動副。(2) 所有構(gòu)件都需轉(zhuǎn)

5、化成一般化連桿。(3) 原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機圖2機車車輪制動機構(gòu)構(gòu)，其 所有構(gòu)件與運動副之間的一般動鏈副之間的關(guān)系應(yīng)保持一致。(4) 原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機構(gòu)，其自由度應(yīng)保持不變。由上 述一般化原則可得到一般化機構(gòu)，再將一般化機構(gòu)釋放機架和原動件 斤，就得到一般化運動鏈。該機車車輪制動機構(gòu)的一般化運動鏈如圖 2所示。10 2機車車牝制動機拘的一箴化運勸傅3構(gòu)思一般化運動鏈圖譜應(yīng)用機構(gòu)數(shù)日綜合理論，可得到與一般化運動鏈的桿數(shù)、運動副 數(shù)fi相同的全部可能的運動鏈圖譜。設(shè)計者可查表或通過計算得到所 需的一般化運動鏈圖譜。本文介紹通過計算來確定圖譜的方法，其具 體過程如下：(1) 確定

6、 mmax設(shè)n為原始機構(gòu)的運動副數(shù)h ;n為原始機構(gòu)jl的連桿數(shù) h ;“皿為附隨于一個連桿的最多運動副數(shù)式(3)、式(4)只適合于一般化運動鏈中無復(fù)合佼鏈的情況。m m + 2gwnjw 2nl -3(1)m - l2皿-3 w m 石牛- 1 <2)巳知m "z =7顯然r與皿的關(guān)系諭足 武.由此給m.m巧-皿+ 2 " - 7 + 2= 3。<2>確定二劇桿個散na和三刖杼個數(shù)n3巳知乂 7 .n/8 代入上式可彳昴at2 = s. n、 2線過不答對于本例所示的7桿8副雙自由度機車車輪制動機構(gòu)，可得到 如圖3所示的一般化運動鏈圖譜。由于圖3(a)是

7、一個三桿環(huán)路運動 鏈，應(yīng)予剔除，所以圖3屮共有5個符合要求的一般化運動鏈圖譜。4特定化運動鏈i吾i譜運動鏈特定化的冃的是在滿足一定的設(shè)計要求 下，從一般化運動鏈圖譜中，指定桿件和運動副的具體類型，以獲得 滿足設(shè)計要求的可行機構(gòu)運動鏈形式4. 1確定設(shè)計約束(1) 必須有一個固定桿作為機架。(2) 必須有一個氣缸。(3) 氣缸必須與機架連接或以其木身作為機架。(4) 活塞桿一端與氣缸組成移動副，其另一端不能與固定桿餃接。(5) 必須有兩個雙副桿作為執(zhí)行構(gòu)件(制動片)，它必須與固定桿餃 接4. 2分配構(gòu)件類型根據(jù)以上設(shè)計耍求(約束)，下而就可以將固定桿、氣缸及制動片等3 種構(gòu)件分別指定到圖3中的5

8、個非同構(gòu)運動鏈屮。為節(jié)省篇幅，本 文僅從圖3中選定一個一般化運動鏈進行說明，其他可依此類推。具體步驟如下：1）確定固定桿g后的非同構(gòu)機構(gòu)對于圖3中所選定的運動鏈（見圖 的，當(dāng)取不同的構(gòu)件為機架時，根據(jù)約朿條件，具非同構(gòu)的機構(gòu)形式 有一種，如圖4所示;同理可推出圖3屮其余的一般化運動鏈在確定 了固定桿g后的非同構(gòu)機構(gòu)（此處略）。（2）確定氣缸q與活塞桿h后的非同構(gòu)機構(gòu)針對圖4 ,結(jié)合設(shè)計 要求，經(jīng)過分析后可得到如圖5所示的分配了氣缸q與活塞桿h圖4咦定丁闔定桿&啟的非冋杓機恂（3）確定執(zhí)行構(gòu)件z后的非同構(gòu)機構(gòu)針對圖5 ,結(jié)合設(shè)計要求，可 得到如圖6所示的確定了執(zhí)行構(gòu)件z后的非同構(gòu)機構(gòu)。綜

9、上所述，共可得到如上圖6所示的共計6種可用的特定運動 鏈圖譜。定tc認(rèn)"ju日妗*pj枳謝5繪出新型機車車輪制動裝置機構(gòu)圖譜利用機構(gòu)一般化原則進行逆 推，將再生出的特定化運動鏈圖譜還原為具體的機構(gòu)構(gòu)造簡圖。針對 圖6所示的6個非同構(gòu)機構(gòu)可得到6種（如圖7所示）新型車輪制 動機構(gòu)簡圖。設(shè)計人員可根據(jù)主要技術(shù)性能指標(biāo)及具體結(jié)構(gòu)條件，通 過分析比較，從屮選取合理的結(jié)構(gòu)形式。6結(jié)束語本文僅針對圖4所示的一般化運動鏈就可得出6種新型機車車 輪制動機構(gòu)，依次類推，由圖3共可再得出10種新型機車車輪制 動機構(gòu)(去除具中的原始機構(gòu))。所以，再生運動鏈法創(chuàng)新設(shè)計可基于e 某一現(xiàn)存的機械裝置，系統(tǒng)地確定

10、出與該裝置具有相同功能的不同的 機構(gòu)形式，可以得到所有可能的設(shè)計方案。木文旨在通過對機車車輪 制動裝置的創(chuàng)新設(shè)計，試圖揭示機械創(chuàng)新設(shè)計的規(guī)律性，并為下一步 建立相應(yīng)的知識模型，采用計算機智能與人類專家智能相結(jié)合的設(shè)計 系統(tǒng)奠定一定的基礎(chǔ)。w(» '(0(0圖7輪脳網(wǎng)參考文獻(xiàn)1顏鴻森著，姚燕安，王玉新，郭可謙譯.機械裝置的創(chuàng)造性設(shè)m. 北京:機械工業(yè)出版社，20022羅紹新.機械創(chuàng)新設(shè)計m.北京:機械工業(yè)出版社，2-33呂仲文.機械創(chuàng)新設(shè)計m.北京z機械工業(yè)出版社，2°°54張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設(shè)計m.北京:機械工出版社, 19995大永，蔣勁茂，彭穎紅等.輯彎成型過程仿真與參數(shù)優(yōu)化j.