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机构创新设计课件

机构创新设计课件

机构构型设计的方法
基于组合原理创新
变异构型创新设计 再生运动链法
10.3.1 利用组合原理构型新机构
1）齿轮－连杆机构
实 现 间 歇 传 送 运 动
实现 大摆 角、 大行 程往 复运 动
倍速剪切机构
位移增加的连杆－ 齿轮机构
较 精 确 地 实 现
给 定 运 动 轨 迹
2）凸轮－连杆机构
10.3.2 机构的变异创新设计（4）
移植： ——移植和模仿
将一机构中的某种结构应用于另一种机构中 的设计方法。
模仿：
利用某一结构特点设计新机构。
凸轮－滑块机构
共曲柄的多滑块机构
10.3.2 机构的变异创新设计（5）
——运动副的变异
10.3.3 利用再生运动链构型新机构
例：缝纫机送料七杆机构的创新设计 一 般 化 运 动 链
10.2.1 按运动形式要求选择机构
牛 头 刨 往 复 急 回 运 动 方 案
机构方案评价指标
根据机构系统设计的主要性能要求和机械设 计专家的意见设定

评价体系——确定评价指标及其评价方法
典 型 机 构 的 评 价
10.3 机构的构型
创新构型： 当应用选型的方法初选的机构形式不能完 全实现预期的要求，或存在结构复杂、运动精 度不够或动力性能欠佳等缺点时。 基本思路： 以通过选型初步确定的机构方案为雏形， 通过组合、变异、再生等方法进行突破，获得 新的机构。
机械系统设计
第 十 章 机构创新设计
机构创新设计概论
机构的选型设计
利用发散思维的方法，将现有的机构进行分类整理， 然后根据原理方案所需的运动特性或功能进行搜索 选择、评价，选出合适的机构形式。

机构组合与创新

机构组合与创新

三、机构的反馈组合
特点：一个多自由度机构作为基础机构，此构件中一个输入构件的 运动是通过一个单自由度附加机构从基础机构的输出构件反馈而得 一个单自由度的附加机构封闭基础机构的一个输入和输出运动。
四、机构叠加组合原理
机特点：是指在一个机构装在另外一个机构上，两机构各 自完成自己的运动，其叠加运动是所要求的输出运动副。把支 撑其它机构的机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上 面的机构称为附加机构。
一、机构的串联组合
前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件联接在一起，称之
为串联组合。起主要作用的机构称为基础机构，另一个机构称为附加机
构。其特征是基础机构和附加机构都是单自由度机构，组合后各机构的
特征保持不变。
机构1
机构2
基础机构
附加机构
串联机构示意图
连杆机构的组合
二、 机构的并联组合
特征：多自由度机构作为基础机构，在输入端接入若干单自由度机构（附 加机构）。 各机构有共同的输入运动和共同的输出运动
第一节 机构的组合方式
运动形态和运动轨迹的变换： 曲柄摇杆机构、曲柄滑块机 构、曲柄摇块机构、双曲柄机构、双摇杆机构、正弦机构、正切 杆机构、转动导杆机构、摆动导杆机构、平行四边形机构等
运动速度的变换：圆柱齿轮机构、圆锥齿轮机构、蜗杆蜗轮 机构等齿轮机构、带传动机构、链传动机构等
运动规律的变换：凸轮机构 运动中动、停的运动变换：棘轮机构、槽轮机构 转动到移动的运动变换：螺旋机构
第二节 创ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法简介
1、分析综合法 2、联想法 3、还原法 4、仿真与变异法 5、思维扩展法
1.传动系统（以调速为主）中的机构组合
(
带传动机构
电机

机构组合创新设计方法共17页

机构组合创新设计方法共17页

机构组合创新设计方法
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
机构组合创新设计 方法与实例
1) 机构串联组合方法 2) 机构并联组合方法 3) 机构复合组合方法 4) 机构叠加组合方法 5) 机构反馈组合方法
一、机构串联组合方法
1、目的
改善原有机构的运动特性;
使组合机构具有各基本机构的特性。
主动件曲柄旋转一周时， 滑块往复运动两次。
使组合机构具有各基本机构的特性。
二、机构并联组合Leabharlann 法I型并联II型并联
较小的汽缸推力可产生很大的工作压力
III型并联
三、机构复合组合方法
能实现滑块3复杂的运动规律
四、机构叠加组合方法
将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上； 机构输出运动是各机构输出运动的合成。
五、机构反馈组合方法
从主机构的运动过程中提取出信息，实时地输入到 主机构中去，使其运动情况产生适当的变化。
谢 谢！
Thank you
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。— —裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

机构运动方案创新设计(PPT 51页)

机构运动方案创新设计(PPT 51页)
15
另外一种形成移动副的拼接方式如图所示。选用两根轴 （6#或8#），将轴固定在机架上，仍后再将连杆11#的长 槽插入两轴的扁平轴颈上，旋入带垫片螺栓15#，则连杆 在两轴的支撑下相对机架作往复移动。
提示：根据实际拼接的需要，若选用的轴颈较长，此时需选用相应的运动构 件层面限位套17#对构件的运动层面进行限位。
如图所示拼接，连杆11#与齿轮2#形成转动副。视所选用盘杆 转动轴19#的轴颈长度不同，决定是否需用运动构件层面限位 套17#。
19
若选用轴颈长度L=35mm的盘杆转动轴19#，则可组成双联齿 轮，并与连杆形成转动副，参见图所示；若选用L=45mm的盘 杆转动轴19#，同样可以组成双联齿轮，与前者不同的是要在 盘杆转动轴19#上加装一个运动构件层面限位套17#。
2
二、实验目的
1
加深对平面机构组成原理、结构组成的认识， 熟悉杆组概念，了解机构运动特点
利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机
2
构，以培养机构创新设计能力及综合设计能力
通过对实际机械结构的拼接，增强工程实践动
3
手能力。
3
三、实验原理
任何机构都是由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架 上而构成的。
工作特点：滑块3、7作往复运动并有急回特性。适当选取机构运动学 尺寸，可使两滑块之间的相对运动满足协调配合的工作要求。
应用举例：蒸汽机的活塞运动及阀门启闭机构。
29
2、自动车床送料机构
结构说明：如图所示，由平底直动从动件盘状凸轮机构与连杆机构组 成。当凸轮转动时，推动杆5往复移动，通过连杆4与摆杆3及滑块2带 动从动件1（推料杆）作周期性往复直线运动。
下列实例的机构运动简图中所标注的数字编号的意义为：横杠 前面的数字代表构件编号，横杠后面的数字为建议该构件所占 据的运动层面。运动层面数的第1层是指机架的拼接起始参考面， 层面数越大距离第1层越远。

第五章-机构的组合与创新设计

第五章-机构的组合与创新设计
2、分类
图5-25 并联组合示意图 a）I型并联 b）II型并联 c） III型并联
机构的组合与创新设计
I型并联：共同输出
III型并联： 共同输入 共同输出
机构的组合与创新设计
二、并联组合的基本思路
串联机构组合目的主要是改变后置机构的运动速度或运动 规律，而并联机构组合目的主要是实现运动的分解或运动的合 成，有时也可改变机构的动力性能。其基本原则如下： 1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡
机构的组合与创新设计
3、I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。
B C
附加机构
基础机构
电机
D 基础机构
A
齿轮机构为附加机构，连杆机构为基 础机构，则输出齿轮+输入连杆相连。
附加机构
123与系杆为附加机构，45与系杆为 基础机构，则附加机构的系杆与基础 构件齿轮相连。
机构的组合与创新设计
第六节 机构的封闭组合与创新设计
机构的组合与创新设计
连接级杆组 连接RPR型杆组
+
图5-15 连接RRP和RRP杆组形式
机构的组合与创新设计
3R3RⅢ级杆组连接到三个原动件和机架上，称为机器人 领域的并联机器人
杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和机架 上可组成新机构。把基本杆组再连接到机构的从动件 和机架上可组成复杂机构。
机构的组合与创新设计
图示压片机由三个互不连接工作的机构组成， 各机构之间的运动必须满足协调关系
机构的组合与创新设计
3）各基本机构互相连接的组合
各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂 的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的。
基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、并联组合、 叠加组合和封闭组合等。其中串联组合是应用最普遍的组合。

第五章 机构的组合与创新设计

第五章 机构的组合与创新设计
联组合、并联组合、叠加组合和封 闭组合等。其中串联组合是应用最普遍的组合。
图示压片机由三个独立工 作的机构组成，各机构之间的 运动必须满足协调关系。
图5-1 互不连接的基本机构
图5-2 基本机构的串联组合 图5-3 基本机构的并联组合
图5-4 带式输送机一
图5-5 带式输送机二
第五章 机构的组合与创新设计
目录： 第一节 机构组合的基本概念 第二节 机构组成原理与机构创新设计 第三节 机构串联组合与创新设计 第四节 机构并联组合与创新设计 第五节 机构叠加组合与创新设计 第六节 机构封闭组合与创新设计 第七节 其他类型的机构组合与创新设计 第八节 剪切机构及其创新设计
第一节 机构组合的基本概念
一、基本机构的应用 1） 基本机构的单独使用 基本机构可以直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基 本机构，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。 2 ）互不连接的基本机构的组合 若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本 机构之间进行运动协调设计。 3）各基本机构互相连接的组合 各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统， 这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的。

3机构组合与创新设计


综合，确定待连接杆组与基本机构输出构件的连接点
位置。所以，这种方法还是属) 连接RRR杆组
(a) 曲柄摇杆机构 (b) 3R型级杆组 (c) 六杆机构1 (d) 六杆机构2
图3-28 连接RRR杆组
(2) 连接RRP型杆组
(a) 曲柄滑决机构 (b) RRP类杆组 (c) 六杆机构1
方法，开发出比基本机构性能更优异的新机构或机
构组合系统来满足要求。研究机构组合变换规律和
方法，提高机构设计水平，创造发明新机构，挖掘
基本机构的潜力。
§3-1 基本机构及其运动特性
§3.1 基本机构及其运动特性
一、基本机构的概念
在学习了连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、
其他常用机构的组成、运动原理以及设计与分析方法后，本
(a) RRR杆组
(b) RRP杆组
(c) PRP杆组
(d) RPR杆组
(e) PPR杆组
(f) PPP杆组
图3-23 Ⅱ级杆组的种类
二、 Ⅲ级杆组的类型
Ⅲ级杆组是具有4个构件和6个运动副的杆组，类型较
多。可用三个字母表示内接副，三个字母表示外接副。 三个内接副均为转动副时(称3R类杆组)，对应有四种 杆组类型，如图3-24所示。
常用的机构组合方法有：
(1) 利用机构的组成原理，不断连接各类杆组，可得 到复杂的机构系统。 (2) 按照串联规则组合基本机构，可得到复杂的机构 系统。 (3) 按照并联规则组合基本机构，可得到复杂的机构 系统。 (4) 按照叠加规则组合基本机构，可得到复杂的机构 系统。 (5) 按照封闭规则组合基本机构，可得到复杂的机构 系统。
§3.4机构的串联组合与创新设计
一、 机构的串联组合方法

机构的并联组合与创新设计

与创新设计1基本概念若干个单自由度基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接，称为并行连接。

根据并联机构输入与输出特性的不同，分为三种并联组合方法。

分类2各机构有共同的输入件，保留各自的输出运动的连接方式，称为Ⅰ型并联；I型并联机构并联组合框图各机构有各自的输入件，保留相同输出运动的连接方式，称为Ⅱ型并联分类2各机构有共同的输入运动和共同的输出运动的连接方式，称为Ⅲ型并联。

Ⅱ型并联机构并联组合框图Ⅲ型并联机构并联组合框图3组合示例Ⅰ型并联组合3组合示例Ⅰ型并联组合组合示例3Ⅱ型并联组合Ⅲ型并联组合示意图串联机构组合的目的主要是改变后置机构的运动速度或运动规律并联机构的组合目的主要是改变机构的动力性能，有时也用于实现运动的分解或运动的合成。

并联组合的基本原则1.对称并联相同机构实现机构的平衡2.实现运动的分解与合成3.改善机构受力状态4.同类机构或不同类机构都可以并联组合1对称并联相同机构，实现机构的平衡通过对称并联同类机构，可以实现机构惯性力的部分平衡与完全平衡。

利用I型并联组合可实现此类目的。

2实现运动的分解与合成I型并联组合可以实现运动的分解，II型并联组合可以实现运动的合成。

改善机构受力状态(1/2)3III型并联组合机构可使机构的受力状况大大改善，因而在冲床、压床机构中得到广泛的应用。

插入动画改善机构受力状态(2/2)3三个平动齿轮共同驱动一个外齿轮减速输出，不但增加了运动平稳性，而且改善了传力性能。

4同类机构也可以并联组合，不同类机构也可以并联组合为并联组合的设计提供了广泛的应用前景。

机构组合创新设计方法

机构组合创新设计 方法与实例
1) 机构串联组合方法 2) 机构并联组合方法 3) 机构复合组合方法 4) 机构叠加组合方法 5) 机构反馈组合方法
机构组合创新设计方法
一、机构串联组合方法
1、目的
改善原有机构的运动特性; 使组合机构具有各基本机构的特性。
机构组合创新设计方法
主动件曲柄旋转一周时， 滑块往复运动两次。
能实现滑块3复机杂构的组合运创新动设规计方律法
四、机构叠加组合方法
将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上； 机构输出运动是各机构输出运动的合成。
机构组合创新设计方法
五、机构反馈组合方法
从主机构的运动过程中提取出信息，实时地输入到 主机构中去，使其运动情况产生适当的变化。
机构组合创新设计方法
机构组合创新设计方法
使组合机构具有各基本机构的特性。
机构组合创新设计方法
二、机构并联组合方法
机构组合创新设计方法
I型并联
机构组合创新设计方法
II型并联
较小的汽缸推力可产生很大的工作机构压组力合创新设计方法
机构组合创新设计方法
III型并联
机构组合创新设计方法
三、机构复合组合方法
机构组合创新设计方法
机构组合创新设计方法
谢 谢！
Thank you
机构组合创新you again
机构组合创新设计方法

机械创新第五章 机构组合与创新设计


从动构件组：F=0
再拆成更简单的F=0的杆组
◆定义：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构 件组称为机构的基本杆组。
◆ 基本杆组的分类
对于全低副的杆组： n个构件、pl个低副
杆组应该满足的条件条件:
3 n 2 pl 0 2 n pl 3
n和pl为整数 n=2,4,6…
3 Pl n 2
运动副数
n 2, Pl 3
n 4, Pl 6 n 6, Pl 9
●●●●●●
构件数
讨论各基本杆的几种情况：
(1) n=2, pl =3的双杆组：又叫Ⅱ级杆组
常见Ⅱ级杆组的形式有 5 种(应用最广且最简单)
内接副—— 连接杆组内部构件的运动副
外接副—— 与杆组外部构件连接的运动副
Ⅱ级杆组
2.机构的组成原理
◆机构组成原理：任何机构都是由若干个基本杆组 依次连接于原动件和机架上所组成的系统。
机构＝基本机构＋基本杆组
牛头刨床的组合过程
◆机构命名方式：
按所含最高杆组级别命名，如 Ⅱ 级机构， Ⅲ 级机构等。(Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的
机构。例：杠杆机构、斜面机构)
◆ 机构创新设计应遵循的原则
◆ 结构分析的过程 把机构分解为基本杆组、机架和原动件。
◆ 机构结构分析步骤 1、正确计算机构的自由度； 2、根据机构拆分原则进行拆分 3、最后定出机构的级别。
★确定机构级别
解：该机构无虚约束和局部自由度 F=3×5－2×7=1 该机构为II级机构
二、杆组的基本类型 （一）II级杆组的类型
Ⅱ级杆组结构形式
§5-2 基本机构及其组合的概念
•
机构是机器中执行机械运动的主体装置，机构的类型与复 杂程度与机器的性能、成本、制造工艺、使用寿命、工作可 靠性等有密切关系。因此机构的设计在机械设计的全过程中 占有极其重要的地位。工程中的实用机械，很少由一个简单 的基本机构组成，大都由若干个基本机构通过各种连接方法 组合而成的一个机构系统组成。
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。2020年11月22日星期日下午4时23分15秒16:23:1520.11.22
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月下午4时23分20.11.2216:23November 22, 2020
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• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other fam ous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have knownyou
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。2 0.11.2220.11.22Sunday, November 22, 2020
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T H E E N D 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。下午4时23分15秒下午4时23分16:23:1520.11.22
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二、机构并联组合方法
I型并联
II型并联
较小的汽缸推力可产生很大的工作压力
III型并联
三、机构复合组合方法
能实现滑块3复杂的运动规律
四、机构叠加组合方法
将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上； 机构输出运动是各机构输出运动的合成。
五、机构反馈组合方法
从主机构的运动过程中提取出信息，实时地输入到 主机构中去，使其运动情况产生适当的变化。
机构组合创新设计 方法与实例
1) 机构串联组合方法 2) 机构并联组合方法 3) 机构复合组合方法 4) 机构叠加组合方法 5) 机构反馈组合方法
一、机构串联组合方法
1、目的
改善原有机构的运动特性;
使组合机构具有各基本机构的特性。
主动件曲柄旋转一周时， 滑块往复运动两次。
使组合机构具有各基本机构的特性。