機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)(第五章)

第五章機(jī)構(gòu)(jīgòu)演化、變異原理與創(chuàng)新1．以某機(jī)構(gòu)為原始機(jī)構(gòu)，對(duì)組成機(jī)構(gòu)的各元素（運(yùn)動(dòng)副，構(gòu)件）進(jìn)行各種性質(zhì)的改變或變換，而形成(xíngchéng)一種功能不同的機(jī)構(gòu)。2．各種性質(zhì)的改變或變換：機(jī)構(gòu)各元素形狀和尺寸上的改變，運(yùn)動(dòng)形式的變換，運(yùn)動(dòng)等效變換，組成原理的仿效。3．機(jī)構(gòu)演化與變異的主要方法：運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件形狀尺寸的改變，機(jī)架變換，機(jī)構(gòu)的等效變換，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的仿效。4．變異機(jī)構(gòu)：通過(guò)演化與變異而獲得新功能的機(jī)構(gòu)精品資料第一節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副演化與變異1．主要目的：（1）增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸強(qiáng)度（2）減小運(yùn)動(dòng)副元素的摩擦(mócā)、磨損（3）改變機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)（4）改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力效果（5）開(kāi)拓機(jī)構(gòu)的各種新功能（6）尋求演化新機(jī)構(gòu)的有效途徑2．主要方法：（1）改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸（2）改變運(yùn)動(dòng)副的接觸性質(zhì)（3）改變運(yùn)動(dòng)副的形狀精品資料一、改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副尺寸的增大1．轉(zhuǎn)動(dòng)副的擴(kuò)大：轉(zhuǎn)動(dòng)副銷軸和銷軸孔直徑增大，機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系沒(méi)有改變實(shí)例(shílì)：圖5-1旋轉(zhuǎn)泵機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B圖5-2活塞泵：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B以上兩種變異的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大，構(gòu)件形狀發(fā)生變異，形成體積變化的腔。2．轉(zhuǎn)動(dòng)副連續(xù)擴(kuò)大后展直為移動(dòng)副當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑增大至無(wú)窮(wúqióng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)副即演化為移動(dòng)副精品資料AB2AB222精品資料精品資料精品資料3．移動(dòng)副的擴(kuò)大移動(dòng)副的滑塊與導(dǎo)路尺寸變化，把機(jī)構(gòu)中其它運(yùn)動(dòng)副包含在其中，構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并未改變。圖5-4為一沖壓(chòngyā)機(jī)構(gòu)：正弦機(jī)構(gòu)擴(kuò)大移動(dòng)副圖5-5所示沖壓(chòngyā)機(jī)構(gòu)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擴(kuò)大移動(dòng)副圖5-6所示為往復(fù)凸輪分度機(jī)構(gòu)：移動(dòng)副擴(kuò)大將凸輪包含其中構(gòu)件1為主動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件凸輪2間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。精品資料精品資料精品資料精品資料二、改變運(yùn)動(dòng)副元素(yuánsù)的接觸性質(zhì)低副元素(yuánsù)的接觸性質(zhì)為滑動(dòng)接觸，摩擦大、易磨損高副元素(yuánsù)的接觸性質(zhì)為滑動(dòng)和滾動(dòng)接觸。用滾動(dòng)接觸代替滑動(dòng)接觸可減小磨損。（1）移動(dòng)副：→滾滑副圖5-7（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副：→滾動(dòng)軸承（3）高副：凸輪從動(dòng)件設(shè)計(jì)為滾子，槽輪的撥銷設(shè)計(jì)為滾子三、改變運(yùn)動(dòng)副的形狀運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)主要取決于運(yùn)動(dòng)副元素(yuánsù)的形狀改變運(yùn)動(dòng)副的形狀——改變運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)——演化出不同機(jī)構(gòu)精品資料1．平面(píngmiàn)低副運(yùn)動(dòng)副元素形狀的改變轉(zhuǎn)動(dòng)副可演變?yōu)橐苿?dòng)副滾子替代滑塊變滑動(dòng)接觸為滾動(dòng)接觸，滾滑副,改變移動(dòng)副元素的形狀，如導(dǎo)軌的形狀直線變曲線并讓帶有小滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件為主動(dòng)件反凸輪機(jī)構(gòu)（擺桿為主動(dòng)件）應(yīng)用：圖5-8擺桿為主動(dòng)件的反凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的暫停圖5-9無(wú)死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)（移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)從動(dòng)件）2．平面高副運(yùn)動(dòng)副元素的改變目的：演化變異出不同功能的平面高副改善高副機(jī)構(gòu)的性能：受力狀態(tài)，接觸強(qiáng)度(qiángdù)，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性等。（1）改變高副元素形狀可演化變異出不同功能的高副基本的高副機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)可看成由楔塊機(jī)構(gòu)變異而來(lái)，見(jiàn)圖5-10，圖5-11精品資料演化范例1：楔塊機(jī)構(gòu)普通凸輪機(jī)構(gòu)→鋸條(jùtiáo)凸輪機(jī)構(gòu)→齒輪機(jī)構(gòu)。演化范例2：擺動(dòng)件為主動(dòng)件的反凸輪機(jī)構(gòu)（若從動(dòng)件凸輪為輪廓向徑有規(guī)律變化的圓盤(pán)狀構(gòu)件棘輪機(jī)構(gòu)演化范例3齒輪機(jī)構(gòu)半徑→∞齒輪齒條機(jī)構(gòu)

演化范例4間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)半徑→∞間歇移動(dòng)機(jī)構(gòu)圖5-16移動(dòng)式槽輪圖5-17移動(dòng)式棘輪精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料（2）改變高副元素形狀以改善機(jī)構(gòu)性能①齒輪機(jī)構(gòu)：改變齒廓曲線的形狀提高接觸強(qiáng)度(qiángdù)，改善齒面摩擦以及機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，常用齒廓有漸開(kāi)線，擺線，圓弧曲線，螺旋漸開(kāi)線，球面漸開(kāi)線，齒廓（面）修形。②凸輪機(jī)構(gòu)：改變輪廓曲線，滿足運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力要求，圖5-6為實(shí)現(xiàn)分度功能的凸輪機(jī)構(gòu)改變從動(dòng)件與凸輪的接觸方式，以增強(qiáng)接觸強(qiáng)度(qiángdù)，減小磨損。③槽輪機(jī)構(gòu)：將徑向槽分布變?yōu)閭?cè)向(cèxiànɡ)分布，改善傳動(dòng)平穩(wěn)性。精品資料精品資料精品資料精品資料3．螺旋副組成：由互相旋合的螺桿和螺母組成。矩形螺紋的類型(lèixíng)梯形用于傳動(dòng)鋸齒形三角形聯(lián)接螺旋傳動(dòng)→將組成螺旋副的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素之一，螺桿的剖面形狀設(shè)計(jì)成一個(gè)(yīɡè)有利于推進(jìn)流體或粉狀物料的葉片形狀，將其密閉圓筒狀容器內(nèi)，螺旋輸送器，若將葉片上制成刃食物攪碎機(jī)構(gòu)。（物料相當(dāng)于螺母）精品資料第二節(jié)機(jī)構(gòu)(jīgòu)的構(gòu)件變異機(jī)構(gòu)構(gòu)件變異的主要目的：（1）改善(gǎishàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的不確定；（2）解決機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)原因無(wú)法正確運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；（3）開(kāi)發(fā)新功能；（4）開(kāi)發(fā)新機(jī)構(gòu)；（5）改善(gǎishàn)機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高構(gòu)件強(qiáng)度或剛度。精品資料主要的演化(yǎnhuà)變異方法：（1）利用構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行演化(yǎnhuà)變異；（2）改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸；（3）在構(gòu)件上增加輔助結(jié)構(gòu)；（4）改變構(gòu)件運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。一、利用構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)演化變異對(duì)某些往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，利用其單程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，改變構(gòu)件的形狀(xíngzhuàn)以實(shí)現(xiàn)單程運(yùn)動(dòng)間歇地重復(fù)，從而演化出新機(jī)構(gòu)。范例：擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)變異為槽輪機(jī)構(gòu)二、改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸解決機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定和機(jī)構(gòu)因結(jié)構(gòu)原因無(wú)法正常運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題精品資料精品資料B″（下曲柄與導(dǎo)路成鈍角）導(dǎo)路擺動(dòng)方向與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)方向相反。B′（上曲柄與導(dǎo)路成銳角）導(dǎo)路擺動(dòng)方向(fāngxiàng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)方向(fāngxiàng)相同。若以B點(diǎn)位置即以AB⊥OB的位置為分界線，把滾滑副的槽分割成兩部分，一部分如C圖所示，即使導(dǎo)路與曲柄的夾角成鈍角，得到轉(zhuǎn)動(dòng)方向與曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的運(yùn)動(dòng)。為使傳動(dòng)連續(xù)，將擺桿的形狀設(shè)計(jì)成一個(gè)沿以O(shè)B為半徑的軌跡圓上開(kāi)了四個(gè)均布相同槽的圓盤(pán)，使?jié)L子在脫離一個(gè)槽后相隔一段時(shí)間又進(jìn)入了另一個(gè)槽，將連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成間歇的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)外槽輪機(jī)構(gòu)。同理，被分割的另一部分則變異成了內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)。精品資料1．平行四邊形機(jī)構(gòu)(jīgòu)的變異機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)副呈一直線位置時(shí)，機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)不確定改變連架桿的形狀圖5-20a)b)平行四邊形聯(lián)軸器圖5-20c)孔銷式聯(lián)軸器2．雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)的變異(biànyì)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)→十字滑塊聯(lián)軸器二、改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸解決機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定和機(jī)構(gòu)因結(jié)構(gòu)原因無(wú)法正常運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題精品資料精品資料平行四邊形機(jī)構(gòu)（雙曲柄機(jī)構(gòu)的一個(gè)特例，具有相對(duì)構(gòu)件平行且相等，傳遞勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但有死點(diǎn)位置）克服死點(diǎn)可采用圖b所示的兩個(gè)以上相同機(jī)構(gòu)的組合。若將連架桿設(shè)計(jì)成圓盤(pán)，將鉸鏈A和D、B和E分別鉸接在圓盤(pán)1和3上，圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心分別為固定鉸O和C，采用多個(gè)連桿對(duì)稱(duìchèn)布置在兩圓盤(pán)之間平行四邊形聯(lián)軸器把連桿2全部作成滾輪，將1盤(pán)上的A和D鉸位置全部作成以連桿2的長(zhǎng)度為半徑的圓孔，孔的內(nèi)側(cè)與曲柄3上的滾輪滾動(dòng)接觸孔銷式聯(lián)軸器精品資料滑塊1圓盤(pán)(yuánpán)1（帶有凹槽）滑塊3圓盤(pán)(yuánpán)3（帶有凹槽，與滑塊1上的凹槽呈垂直方向），連桿2兩邊帶有中心線互相垂直的凸榫的圓盤(pán)(yuánpán)2，四構(gòu)件組成十字滑塊聯(lián)軸器。能傳遞等速運(yùn)動(dòng)。浮動(dòng)盤(pán)式等速聯(lián)軸器。精品資料三、增加輔助結(jié)構(gòu)(jiégòu)輔助結(jié)構(gòu)(jiégòu)可解決機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定問(wèn)題，運(yùn)動(dòng)規(guī)律可調(diào)性問(wèn)題1．轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)傳遞非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若將導(dǎo)桿的中心線置于曲柄的活動(dòng)鉸B的軌跡圓上，如圖，則導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)速為曲柄的一半。但當(dāng)與導(dǎo)桿的回轉(zhuǎn)中心重合時(shí)，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將會(huì)不確定，為消除這一現(xiàn)象，采取加入第二個(gè)滑塊的辦法。精品資料精品資料增加一個(gè)滑塊可解決導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)不確定問(wèn)題(wèntí)，并實(shí)現(xiàn)大載荷傳動(dòng)2．凸輪機(jī)構(gòu)增加(zēngjiā)輔助結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）廓線可變的凸輪機(jī)構(gòu)圖5-23，圖5-24（2）推桿可調(diào)的凸輪機(jī)構(gòu)圖5-25，圖5-263．連桿機(jī)構(gòu)：改變構(gòu)件的長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。四、改變構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)凸輪機(jī)構(gòu)增大行程：改變凸輪作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，使凸輪既轉(zhuǎn)又移，實(shí)現(xiàn)行程的增大。圖5-27，圖5-28，圖5-29精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換稱作機(jī)構(gòu)的位置，機(jī)架變換后，機(jī)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(xiānɡduìyùndònɡ)關(guān)系不變，但絕對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了改變。一、平面四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換1．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架變化圖5-30第三節(jié)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換(biànhuàn)與創(chuàng)新曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：具有急回運(yùn)動(dòng)特征雙曲柄機(jī)構(gòu)：例如平行四邊形機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)：例如等腰梯形機(jī)構(gòu)，車(chē)輛轉(zhuǎn)向。2．含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換圖5-31精品資料精品資料曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿，擺動(dòng)導(dǎo)桿）搖塊機(jī)構(gòu)液壓缸機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)手動(dòng)水壓機(jī)3．含有(hányǒu)兩個(gè)移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換圖5-32雙滑塊機(jī)構(gòu)橢園規(guī)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)十字滑塊聯(lián)軸器正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)運(yùn)算器二、凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換普通凸輪機(jī)構(gòu)圖5-33a)固定(gùdìng)凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪固定(gùdìng)，從動(dòng)件作復(fù)合運(yùn)動(dòng)。圖5-33b)應(yīng)用舉例：圖5-33c)凸輪-行星機(jī)構(gòu)圖5-33d)e)精品資料精品資料精品資料三、齒輪機(jī)構(gòu)及撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換(biànhuàn)普通齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)—→行星齒輪機(jī)構(gòu)普通鏈傳動(dòng)或齒形帶傳動(dòng)—→行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)撓性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)只有具有嚙合性質(zhì)的鏈傳動(dòng)或齒形帶傳動(dòng)才能進(jìn)行這種變換。各種履帶運(yùn)輸車(chē)輛(chēliàng)的行走機(jī)構(gòu)就可看成是將鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)倒置而設(shè)計(jì)制成的。另外，將鏈傳動(dòng)中的鏈固定成為機(jī)架，可代替造價(jià)昂貴的齒輪齒條機(jī)構(gòu)。精品資料精品資料精品資料范例：外槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換：外槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換后與一個(gè)(yīɡè)行星齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)，1為主動(dòng)件，1與2嚙合，2上固接著撥盤(pán)，當(dāng)撥盤(pán)上的圓銷進(jìn)入槽輪的槽子時(shí)，系桿轉(zhuǎn)動(dòng)輸出運(yùn)動(dòng)，當(dāng)圓銷退出槽子時(shí)，撥盤(pán)的鎖止弧與槽輪5的鎖止?。ㄍ箤?duì)凹）鎖止，系桿2停歇。因?yàn)榇?lián)了行星齒輪機(jī)構(gòu)，則可改善普通槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性。普通間歇(jiànxiē)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)四、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)精品資料不完全齒輪(chǐlún)機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換不完全齒輪機(jī)構(gòu)的機(jī)架變換后串聯(lián)一行星齒輪機(jī)構(gòu)，系桿只有在具有一個(gè)齒的齒輪3與固定的不完全齒輪5相嚙合期間才輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)入(jìnrù)所止弧嚙合期間，系桿停止回轉(zhuǎn)。精品資料第四節(jié)機(jī)構(gòu)的等效變換(biànhuàn)與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的等效變換可稱作機(jī)構(gòu)的同性異形(yìxínɡ)變換。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)。獲得同性異性機(jī)構(gòu)的三種途徑一、利用運(yùn)動(dòng)副的等效代換創(chuàng)新同性異形(yìxínɡ)機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)副相互轉(zhuǎn)換或替代，而又不改變機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的輸入和輸出特性，如機(jī)構(gòu)的自由度、相應(yīng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征。常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)副的等效代換的形式如下：1．空間運(yùn)動(dòng)副與平面運(yùn)動(dòng)副的等效代換（1）球面副與轉(zhuǎn)動(dòng)副的等效代換圖5-36a)（2）圓柱副與轉(zhuǎn)動(dòng)副加移動(dòng)副的等效代換圖5-36b)精品資料球面副匯交于球心(qiúxīn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副萬(wàn)向聯(lián)軸器就是球面副由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副等效代換(dàihuàn)的例子。b圖為圓柱副平面移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副

精品資料2．平面高副與平面低副的等效代換（參見(jiàn)機(jī)械(jīxiè)原理）平面(píngmiàn)機(jī)構(gòu)的高副低代法高副低代的目的精品資料高副低代必須滿足(mǎnzú)的條件：①替代前后機(jī)構(gòu)的自由度相同；②替代前后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性相同。平面(píngmiàn)機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件的高副約束作用是限制沿接觸點(diǎn)的公法線方向的相對(duì)移動(dòng)其約束數(shù)為1，即F=-1，如果用一個(gè)低副運(yùn)動(dòng)鏈來(lái)代替約束數(shù)為1的作用，則該低副運(yùn)動(dòng)鏈須滿足下列條件：F=-1=3n-2PL=-1∴n=1?PL=2是最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)鏈ο1ο2ααββο1ο2C精品資料AB、AC、A至切點(diǎn)等之間的距離保持不變，故附加一個(gè)長(zhǎng)為AB、AC并使其在A、B、C處分別與原機(jī)構(gòu)的構(gòu)件1與2組成轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)(yídòng)副，這樣就構(gòu)造出各自的同性異形機(jī)構(gòu)。精品資料當(dāng)過(guò)高副接觸點(diǎn)的二曲線曲率半徑(bànjìng)之和為常數(shù)時(shí)，可用低副機(jī)構(gòu)代替高副機(jī)構(gòu)。若曲率半徑(bànjìng)之和不為常數(shù)，只能瞬時(shí)代替。βο1ο2C精品資料二、利用瞬心軌線創(chuàng)新同性異形機(jī)構(gòu)1．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的瞬心線同性異形結(jié)構(gòu)圖5-39a)定瞬心線，動(dòng)瞬心線2．反平行四邊形機(jī)構(gòu)的同性異形結(jié)構(gòu)圖5-403．曲柄(qūbǐng)與連桿等長(zhǎng)的曲柄(qūbǐng)滑塊機(jī)構(gòu)的同性異形機(jī)構(gòu)圖5-41三、利用周轉(zhuǎn)輪系的不同結(jié)構(gòu)(jiégòu)創(chuàng)新同性異構(gòu)（形）機(jī)構(gòu)若有兩個(gè)周轉(zhuǎn)輪系，他們的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比的大小和方向均相同，則這兩個(gè)周轉(zhuǎn)輪系是一組同性異構(gòu)機(jī)構(gòu)。精品資料兩個(gè)互作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上瞬時(shí)速度(shùnshísùdù)相同的重合點(diǎn)稱為瞬心。瞬心在與運(yùn)動(dòng)構(gòu)件固結(jié)的平面上的軌跡稱為瞬心線。瞬心在固定平面上的軌跡稱為定瞬心線，在與運(yùn)動(dòng)(yùndòng)構(gòu)件固結(jié)平面上的軌跡稱為動(dòng)瞬心線。P12S1動(dòng)瞬心線S2靜瞬心線S2與s1兩條瞬心線稱為相對(duì)瞬心線兩構(gòu)件的相對(duì)瞬心線必隨著兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)。反之，兩瞬心線純滾動(dòng)，必然得到兩構(gòu)件原來(lái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。瞬心和瞬心線的概念：精品資料圖c表示了附著在連桿2上的動(dòng)瞬心線與附著在機(jī)架4上的定瞬心線在四桿機(jī)構(gòu)的圖示位置上正好相切，如果把桿4和桿2各自加工(jiāgōng)成瞬心線的實(shí)際形狀，使動(dòng)瞬心線在定瞬心線上實(shí)現(xiàn)無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)，并拆掉1和2，則2的運(yùn)動(dòng)與原來(lái)的運(yùn)動(dòng)完全等效。1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的瞬心線同性(tóngxìng)異形結(jié)構(gòu)精品資料反平行四邊形機(jī)構(gòu)(jīgòu)：兩兩對(duì)桿長(zhǎng)度相等，但不平行。當(dāng)以長(zhǎng)邊為機(jī)架時(shí)，兩曲柄等速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。用于車(chē)門(mén)(chēmén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，如圖所示。當(dāng)以短邊為機(jī)架時(shí)，其性能和一般雙曲柄機(jī)構(gòu)相似。如圖所示。2、反平行四邊形機(jī)構(gòu)的同性異形結(jié)構(gòu)

精品資料P14ABCD1234P12P43P23P131234P13P12P23P14P43P13P12P23P14P43根據(jù)三心定理，AC和BD的交點(diǎn)即為瞬心，按機(jī)構(gòu)倒置的方法，可分別以桿1和桿3作機(jī)架，作出桿1和桿3的相對(duì)瞬心線，使其相對(duì)瞬心線作純滾動(dòng)，便可得到兩構(gòu)件原來(lái)的運(yùn)動(dòng)，從而(cóngér)可得到反平行四邊形機(jī)構(gòu)的同性異形機(jī)構(gòu)橢圓齒輪機(jī)構(gòu)。P13當(dāng)1桿固定(gùdìng)時(shí)，則連桿3的瞬心P13精品資料如圖，當(dāng)1桿固定時(shí)，則連桿(liánɡǎn)3的瞬心P13位于2桿和4桿的交點(diǎn)處。P14ABCD1234P12P43P23P13即動(dòng)點(diǎn)P13到兩定點(diǎn)的距離之和為常數(shù)，所以瞬心P13的軌跡為一以Α、B為焦點(diǎn)的橢圓。同理，可得另一以C、D為焦點(diǎn)的橢圓，把這兩個(gè)(liǎnɡɡè)橢圓瞬心線作為兩個(gè)(liǎnɡɡè)橢圓齒輪的節(jié)線，兩橢圓齒輪分別以繞Α、C回轉(zhuǎn)，則此橢圓齒輪機(jī)構(gòu)為反平行四邊形機(jī)構(gòu)的同性異形機(jī)構(gòu)。精品資料精品資料3、曲柄與連桿等長(zhǎng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的同性(tóngxìng)異形機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：曲柄若能轉(zhuǎn)一周，則滑塊的位移是曲柄長(zhǎng)度的4倍。但當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)至鉛垂位置時(shí)，B與ｏ點(diǎn)重合，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，利用瞬心線來(lái)構(gòu)造同性(tóngxìng)異形機(jī)構(gòu)可改變此狀態(tài)。①作2的定瞬心線，由圖中幾何關(guān)系得，且P24至定點(diǎn)ｏ的距離為一常數(shù)2ｏΑ，故2的定瞬心線為一圓（圓心是ｏ，半徑為2ｏΑ。）②作2的動(dòng)瞬心線。利用原機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)即2相對(duì)固定，4運(yùn)動(dòng)，描繪P24的軌跡，得到一個(gè)以Α為圓心，ｏΑ長(zhǎng)為半徑的圓。③當(dāng)動(dòng)圓在定圓內(nèi)作純滾動(dòng)時(shí)，動(dòng)圓上的B點(diǎn)為一直線。（與原機(jī)構(gòu)一致。）精品資料該瞬心線機(jī)構(gòu)與正置曲柄(qūbǐng)滑塊機(jī)構(gòu)為同性異形機(jī)構(gòu)。也稱卡當(dāng)圓機(jī)構(gòu)。若把兩個(gè)(liǎnɡɡè)瞬心線圓看作是兩齒輪的節(jié)圓，4為固定內(nèi)齒輪，圓心是ｏ，2為行星輪，軸心為Α，并且而原曲柄1作系桿，當(dāng)1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，2上的任一點(diǎn)的軌跡均為通過(guò)定點(diǎn)ｏ的直線。如圖，在B、C、D處分別鉸接直移桿，就可把系桿的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成任意方向的移動(dòng)，此卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與正置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為同性異形機(jī)構(gòu)。精品資料瞬心線為卡當(dāng)圓（Ｋardankreis）的機(jī)構(gòu)(jīgòu)稱為卡當(dāng)圓機(jī)構(gòu)(jīgòu)若將固定齒輪4拆掉，在通過(guò)ｏ的直線方向上安置固定導(dǎo)路，則機(jī)構(gòu)(jīgòu)就演化成卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(jīgòu)的同性異形機(jī)構(gòu)(jīgòu)。精品資料精品資料三、利用周轉(zhuǎn)輪系的不同結(jié)構(gòu)創(chuàng)新同性異形(yìxínɡ)機(jī)構(gòu)①用同性(tóngxìng)異形的周轉(zhuǎn)輪系創(chuàng)新同性(tóngxìng)異形機(jī)構(gòu)

為結(jié)構(gòu)緊湊，將內(nèi)嚙合外嚙合，并加一惰輪，確保方向不變。內(nèi)嚙合的

外嚙合∴外嚙合的周轉(zhuǎn)輪系與內(nèi)嚙合的周轉(zhuǎn)輪系是同性異形機(jī)構(gòu)，若在2上固接一桿，并使ｏΑ=ΑB，如圖，當(dāng)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)輸出移動(dòng)，則該機(jī)構(gòu)為卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一同性異形機(jī)構(gòu)。精品資料精品資料②用撓性機(jī)構(gòu)代換(dàihuàn)齒輪機(jī)構(gòu)創(chuàng)新同性異形機(jī)構(gòu)如圖所示的撓性件周轉(zhuǎn)輪系在2上固接一桿，同樣使ｏΑ=ΑB，B點(diǎn)輸出移動(dòng)且行程(xíngchéng)為1的桿長(zhǎng)的4倍，這個(gè)卡當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一同性異形機(jī)構(gòu)常用于擴(kuò)大行程(xíngchéng)的運(yùn)動(dòng)中。精品資料精品資料第五節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的仿效(fǎngxiào)與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理仿效：一些(yīxiē)相同的運(yùn)動(dòng)原理可以用到不同的機(jī)構(gòu)中去，例如運(yùn)動(dòng)的差動(dòng)原理，諧波傳動(dòng)原理等。一、差動(dòng)原理的仿效差動(dòng)原理常用在齒輪機(jī)構(gòu)中組成差動(dòng)輪系，還可以用于凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)以及槽輪機(jī)構(gòu)等。圖5-46齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)圖5-47凸輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)圖5-48螺旋差動(dòng)機(jī)構(gòu)同軸單螺旋同軸雙螺旋，螺母固定同軸雙螺旋，螺母移動(dòng)精品資料差動(dòng)原理常用于齒輪系中，被稱作差動(dòng)輪系用于運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的分解或合成。如圖：汽車(chē)差速機(jī)構(gòu)把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)分解(fēnjiě)給兩個(gè)車(chē)輪，使車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與直行或拐彎運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)。差動(dòng)原理還可用于凸輪機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)精品資料差動(dòng)輪(dònglún)系的基本型精品資料如圖所示，凸輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)(jīgòu)由外凸輪1、內(nèi)凸輪3、推桿2、機(jī)架組成外凸輪輪緣上均布有11個(gè)齒槽，內(nèi)凸輪輪緣上均布有13個(gè)齒槽，推桿沿內(nèi)外凸輪之間圓周布置，一般布置偶數(shù)個(gè)帶有滾子的推桿推桿的個(gè)數(shù)為兩凸輪齒槽數(shù)量(shùliàng)之和的約數(shù)：機(jī)構(gòu)工作時(shí)，沿圓周連在一起的推桿和兩個(gè)凸輪之一輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，另一凸輪則輸出轉(zhuǎn)動(dòng)。精品資料差動(dòng)螺旋(luóxuán)機(jī)構(gòu)同軸單螺旋(luóxuán)機(jī)構(gòu)同軸雙螺旋機(jī)構(gòu)同軸雙螺旋機(jī)構(gòu)兩個(gè)螺母，分別固定、移動(dòng)兩個(gè)螺母，兩個(gè)移動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母也轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果螺母實(shí)現(xiàn)差動(dòng)移動(dòng)，即螺桿轉(zhuǎn)Δn周，則螺母移距大小為s±Δs，s-導(dǎo)程，正號(hào)表示兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同，則移距為二者移距之和，負(fù)號(hào)表示兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反，則移距為二者移距之差，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)微動(dòng)和快速移動(dòng)。精品資料兩個(gè)螺母一個(gè)移動(dòng)(yídòng)，一個(gè)固定。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)(yídòng)螺母可實(shí)現(xiàn)快速或慢速移動(dòng)(yídòng)，即螺桿轉(zhuǎn)一周，移動(dòng)(yídòng)螺母移動(dòng)(yídòng)s1±s2（s1、s2為兩螺旋的導(dǎo)程，旋向相同時(shí)為正，螺母快速移動(dòng)(yídòng)，反之，螺母慢速移動(dòng)(yídòng)。）同軸雙螺旋傳動(dòng)，兩螺母同時(shí)與機(jī)架組成移動(dòng)副，工作時(shí)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，兩螺母實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，兩段螺旋線螺距相同，單懸想相反，該機(jī)構(gòu)(jīgòu)常用于車(chē)輛之間的聯(lián)接，可使車(chē)鉤較快的聯(lián)結(jié)和脫開(kāi)精品資料二、諧波傳動(dòng)原理的仿效諧波傳動(dòng)是一種靠中間撓性構(gòu)件（柔輪）的彈性(tánxìng)變形來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。常用于齒輪