第五章 機(jī)構(gòu)的組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

BCDAEFZ1CABDZ2I型串聯(lián)組合II型串聯(lián)組合前置機(jī)構(gòu)中做簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件與后置機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件連接。前置機(jī)構(gòu)中做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件與后置機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件連接。3、串聯(lián)組合示例減少連桿機(jī)構(gòu)的速度EACBD改變滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合實(shí)例：3、并聯(lián)組合實(shí)例CABBCC4BAOC3C2C1I型并聯(lián)機(jī)構(gòu)II型并聯(lián)機(jī)構(gòu)

I型并聯(lián)機(jī)構(gòu)V型雙缸發(fā)動(dòng)機(jī)(I型并聯(lián)機(jī)構(gòu))曲柄滑塊曲柄滑塊二、并聯(lián)組合的基本思路1、對(duì)稱并聯(lián)相同的機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的平衡。二、并聯(lián)組合的基本思路2、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的分解與合成端面凸輪機(jī)構(gòu)平底直動(dòng)盤形凸輪齒條齒輪齒條齒輪二、并聯(lián)組合的基本思路3、改善機(jī)構(gòu)受力狀態(tài)雙滑塊雙滑塊Z1C1AB1DZ2B3B2C2C3三環(huán)減速器機(jī)構(gòu)二、并聯(lián)組合的基本思路4、同類機(jī)構(gòu)可以并聯(lián)組合，不同類機(jī)構(gòu)也可以并聯(lián)組合曲柄搖桿搖桿滑塊搖桿滑塊反移動(dòng)凸輪搖桿滑塊3、組合示例(I型)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在行星輪系機(jī)構(gòu)的系桿H上，由蝸輪給行星輪提供輸入運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)系桿緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。附加機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)附加機(jī)構(gòu)360°全方位慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)出理想的電風(fēng)扇，扇葉轉(zhuǎn)數(shù)可通過電動(dòng)機(jī)調(diào)速調(diào)整。附加機(jī)構(gòu)的機(jī)架(基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的系桿)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為調(diào)整齒輪的齒數(shù)可改變附加機(jī)構(gòu)機(jī)架的轉(zhuǎn)數(shù)。

n1:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)nH:系桿轉(zhuǎn)數(shù)附加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)常用電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖雙重輪系機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu):齒輪l/2/3/系桿h組成的輪系?；A(chǔ)機(jī)構(gòu):齒輪4/5/系桿H組成的行星輪系。附加機(jī)構(gòu)的系桿h與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的齒輪4連接，實(shí)現(xiàn)附加機(jī)構(gòu)向基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞。3、組合示例(I型)EACDBF基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)附加機(jī)構(gòu)戶外攝影車機(jī)構(gòu)3.組合示例(II型)附加機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)ABCDCDEF缸1缸2CDⅠ型:較復(fù)雜，但有規(guī)可循。如齒輪(附加)+連桿(基礎(chǔ))時(shí)，連接點(diǎn):在輸出齒輪和輸入連桿上。如齒輪(附加)+行星輪系(基礎(chǔ))時(shí)，可把附加機(jī)構(gòu)安置在基礎(chǔ)輪系機(jī)構(gòu)的系桿上，附加機(jī)構(gòu)的齒輪或系桿與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的齒輪連接即可。機(jī)構(gòu)疊加組合成的新機(jī)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，機(jī)構(gòu)的傳力性能較好，減小了傳動(dòng)功率，但設(shè)計(jì)構(gòu)思難度較大。疊加組合方法為創(chuàng)建疊加機(jī)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)。

二、機(jī)構(gòu)疊加組合的關(guān)鍵問題

3、封閉組合示例(a)差動(dòng)輪系(b)I型封閉機(jī)構(gòu)(c)III型封閉組合機(jī)構(gòu)2自由度差動(dòng)輪系給定任何兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)(如齒輪1、3)可實(shí)現(xiàn)系桿的預(yù)期輸出運(yùn)動(dòng)。在齒輪1、3間組合附加定軸輪系(齒輪4/5/6組成)后，可獲得Ⅰ型封閉組合機(jī)構(gòu)。調(diào)整定軸輪系傳動(dòng)比，可得任意預(yù)期系桿轉(zhuǎn)數(shù)。把系桿H的輸出運(yùn)動(dòng)通過定軸輪系(齒輪4/5/6)反饋到輸入構(gòu)件(齒輪3)后，可到Ⅲ型封閉組合機(jī)構(gòu)。差動(dòng)輪系(由齒輪1/2/3/系桿H組成)為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，差動(dòng)輪系的系桿和齒輪1經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)ABCD和齒輪機(jī)構(gòu)z1、z4封閉，四桿機(jī)構(gòu)和定軸齒輪機(jī)構(gòu)組成兩個(gè)附加機(jī)構(gòu)，形成Ⅱ型齒輪連桿封閉組合機(jī)構(gòu)。2自由度五桿機(jī)構(gòu)OABCD為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)為封閉機(jī)構(gòu)。五桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿分別與凸輪和推桿固接，形成Ⅰ型凸輪連桿封閉組合機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)封閉了2自由度蝸桿機(jī)構(gòu)的蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)(基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng))和蝸桿的移動(dòng)(基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的一個(gè)輸入運(yùn)動(dòng))，是典型的III型封閉組合機(jī)構(gòu)。注意：機(jī)構(gòu)的封閉式組合將產(chǎn)生組合機(jī)構(gòu)，組合機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)特性，但是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)內(nèi)部的封閉功率流，降低了機(jī)械效率。所以，傳力封閉組合機(jī)構(gòu)要進(jìn)行封閉功率的判別。一、機(jī)構(gòu)的混合組合方法

第七節(jié)其他類型的機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

牛頭刨床機(jī)構(gòu)

可看作齒輪機(jī)構(gòu)與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)后，再連接Ⅱ級(jí)桿組DE。

沖(壓)床機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)后，再連接Ⅱ級(jí)桿組CE組成的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。二、附加約束組合法

附加約束組合法是指在多自由度機(jī)構(gòu)中，人為地增加約束條件(工程中的附加約束一般采用具有復(fù)雜曲線結(jié)構(gòu)的高副)，從而達(dá)到機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的。

五桿機(jī)構(gòu)ABCDE為一2自由度機(jī)構(gòu)，用一個(gè)凸輪高副(凸輪固定)約束C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。改變凸輪的輪廓線形狀，可實(shí)現(xiàn)滑塊的預(yù)期運(yùn)動(dòng)。凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于紡織和印刷機(jī)械中例題1試對(duì)下圖所示的雙曲柄－槽輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。

原因是主動(dòng)撥盤一般作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且回轉(zhuǎn)半徑不變。當(dāng)運(yùn)動(dòng)傳遞給槽輪時(shí)，由于主動(dòng)撥盤的滾銷在槽輪的傳動(dòng)槽內(nèi)沿徑向相對(duì)滾移，致使槽輪受力作用點(diǎn)也沿徑向發(fā)生變化。若滾銷以不變的圓周速度傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致槽輪在一次轉(zhuǎn)位過程中，角速度由小變大，又由大變小。圖例中，采用雙曲柄機(jī)構(gòu)與槽輪機(jī)構(gòu)的串聯(lián)式組合方式。槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)撥盤固接在雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD的從動(dòng)曲柄上，從動(dòng)曲柄上E點(diǎn)的變化速度能夠中和槽輪的轉(zhuǎn)速變化，使槽輪能近似等速轉(zhuǎn)位。解:串聯(lián)(雙曲柄+槽輪機(jī)構(gòu))

槽輪機(jī)構(gòu)常用于轉(zhuǎn)位和分度的機(jī)械裝置中，但它的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性不太理想，尤其在槽數(shù)較少的外槽輪機(jī)構(gòu)中，其角速度和角加速度的波動(dòng)均達(dá)到很大數(shù)值，造成工作臺(tái)轉(zhuǎn)位不穩(wěn)定。雙曲柄槽輪機(jī)構(gòu)與普通槽輪機(jī)構(gòu)的角速度曲線α:槽輪動(dòng)程時(shí)的轉(zhuǎn)角i:從動(dòng)槽輪與其主動(dòng)構(gòu)件的角度比

串聯(lián)組合的槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性能有較大改善類似改變槽輪運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性的機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合形式還有轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿槽輪機(jī)構(gòu)、凸輪槽輪機(jī)構(gòu)、橢圓齒輪槽輪機(jī)構(gòu)，以及雙槽輪機(jī)構(gòu)的串聯(lián)等1曲柄2導(dǎo)桿3主動(dòng)撥盤4撥銷5槽輪凸輪槽輪機(jī)構(gòu)1主動(dòng)撥盤2槽輪3固定凸輪4彈簧A撥銷轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿槽輪機(jī)構(gòu)1主動(dòng)橢圓齒輪2帶有轉(zhuǎn)臂的橢圓齒輪3槽輪A撥銷1主動(dòng)撥盤(前置槽輪機(jī)構(gòu))2前置槽輪3后置槽輪A/B撥銷橢圓凸輪槽輪機(jī)構(gòu)雙槽輪機(jī)構(gòu)的串聯(lián)2試對(duì)圖示沖壓機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析解：圖示沖壓機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)，由一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)和一個(gè)凸輪連桿機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合而成。兩個(gè)盤狀凸輪固接在一起，凸輪1和推桿2組成移動(dòng)從動(dòng)件盤狀凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪和擺桿3組成擺動(dòng)從動(dòng)件盤狀凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件凸輪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)，并由擺桿的擺動(dòng)帶動(dòng)連桿4運(yùn)動(dòng)，使從動(dòng)件滑塊5實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的凸輪，推桿2與滑塊5可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的時(shí)序關(guān)系。3試對(duì)圖示液壓挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析第一套液壓缸機(jī)構(gòu)1~4以挖掘機(jī)機(jī)身1為機(jī)架，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以使大轉(zhuǎn)臂4(輸出構(gòu)件)實(shí)現(xiàn)俯仰動(dòng)作。第二套液壓缸機(jī)構(gòu)是4~7，疊加在第一套機(jī)構(gòu)的大轉(zhuǎn)臂4上，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)果可使小轉(zhuǎn)臂7(輸出構(gòu)件)實(shí)現(xiàn)伸縮搖擺。第三套機(jī)構(gòu)是由7~10組成的液壓缸機(jī)構(gòu)，疊加在第二套機(jī)構(gòu)的小轉(zhuǎn)臂7上，最終使鏟斗10完成復(fù)雜的挖掘動(dòng)作。解：機(jī)構(gòu)的疊加組合。由三套液壓缸機(jī)構(gòu)疊加組成。4試分析圖示牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的組合方式前置機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，輸出桿BE作非勻速運(yùn)動(dòng)，從而使從動(dòng)件4實(shí)現(xiàn)近似勻速往復(fù)移動(dòng)。其中轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABD為前置子機(jī)構(gòu)，曲柄1為主動(dòng)件，繞固定軸A勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，使該機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件2輸出非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。六桿機(jī)構(gòu)BCEFG為后置子機(jī)構(gòu)，主動(dòng)構(gòu)件為BE，即前置子機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件2，因2構(gòu)件輸入的是非勻速運(yùn)動(dòng)，所以中和了后續(xù)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速變化。故當(dāng)曲柄1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊4在某區(qū)段內(nèi)實(shí)現(xiàn)近似勻速往復(fù)移動(dòng)。解：機(jī)構(gòu)為串聯(lián)組合方式(導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)+六桿機(jī)構(gòu))。5試對(duì)圖示V形發(fā)動(dòng)機(jī)的雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析兩個(gè)汽缸作V形布置，它們的軸線通過曲柄回轉(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)無死點(diǎn)的定軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且還具有良好的平衡、減振作用。解：機(jī)構(gòu)為并聯(lián)組合方式。

(曲柄滑塊+曲柄滑塊機(jī)構(gòu))6試對(duì)圖示活塞機(jī)的齒輪連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析圖示機(jī)構(gòu)是兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABE和CDE的并聯(lián)組合，同時(shí)與相嚙合的齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接。機(jī)構(gòu)構(gòu)件長(zhǎng)度滿足AB=CD,BE=DE,同時(shí)兩齒輪的分度圓直徑相等。AB和CD與氣缸的軸線形成的夾角相等且對(duì)稱分布。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞將沿氣缸內(nèi)壁作往復(fù)移動(dòng)。若機(jī)構(gòu)中的兩齒輪和兩連桿的質(zhì)量分別相等，則氣缸壁上將不會(huì)受到因構(gòu)件的慣性力而引起的動(dòng)壓力。解：機(jī)構(gòu)為II型并聯(lián)方式。

(曲柄滑塊+曲柄滑塊機(jī)構(gòu))7試對(duì)圖示電動(dòng)玩具馬的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析機(jī)構(gòu)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4上組合而成。機(jī)構(gòu)工作時(shí)分別由轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件4和曲柄1輸入轉(zhuǎn)動(dòng)，致使馬的運(yùn)動(dòng)軌跡M是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的疊加(實(shí)現(xiàn)馬的俯仰和升降即跳躍)，以兩桿機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)使馬作前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，三種運(yùn)動(dòng)形態(tài)合成馬飛奔前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。解：機(jī)構(gòu)為疊加組合方式。

(曲柄滑塊+兩桿機(jī)構(gòu))ABC418機(jī)構(gòu)創(chuàng)新平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)類型演化+=

平行四邊形機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，將這兩種基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行疊加組合，BC桿與齒輪z2固聯(lián)，得到平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。