機械創新設計指導(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 桿機構很難完成精確設計時，應考慮采用高副機構，如凸輪機構或連桿 凸輪機構。三是適當選擇原動機：執行機構的形式與原動機的形式密切相關，不要僅局限于選擇傳統的電動機驅動形式。如在只要求執行構件實現簡單的工作位置變換的機構中，采用氣壓或液壓缸作為原動機比較方便，它同采用電動機驅動相比，可省去一些減速傳動機構和運動變換機構，從而可縮短運動鏈，簡化機構，且具有傳動平穩、操作方便、易于調速等優點。此外，改變原動機的傳輸方式，也可能使結構簡化。在多個執行構件運動的復雜機器中，若由單機（原動）統一驅動改為多機分別驅動，雖然增加了原動機的數目和電控部分的要求，但傳動部分的運動鏈卻可大為簡化，功率損耗也可減少。因此，在一臺機器中指采用一個原動機驅動不一定就是最佳方案。四是選購用廣義機構，不要僅局限于剛性機構，還可選用柔性機構，以及利用光、電、磁和利用摩擦、重力、慣性等原理工作的廣義機構，許多場合可使機構更加簡單、實用。2）盡量縮小機構尺寸：如周轉輪系減速器的尺寸和重量比普通定軸輪系減速器要小得多。在連桿機構和齒輪機構中，也可利用齒輪傳動時節圓作純滾動的原理或利用杠桿放大或縮小的原理等來縮小機構尺寸。圓柱凸輪機構尺寸比較緊湊，尤其是在從動件形成較大的情況下。盤狀凸輪機構的尺寸也可借助杠桿原理相應縮小。3）應使機構具有較好的動力學特性：一是采用傳動角較大的機構，以提高機器的傳力效益，減少功耗。尤其對于傳力大的機構，這一點更為重要。如在可獲得執行構件為往復擺動的連桿機構中，擺動導桿機構最為理想，其壓力角始終為零。從減小運動副摩擦，防止機構出現自鎖現象考慮，則盡可能采用全由轉動副組成的連桿機構，因為轉動副制造方便，摩擦小，機構傳動靈活。二是采用增力機構，對于執行機構行程不大，而短時克服工作阻力很大的機構（如沖壓機械中的主機構），應采用“增力”的方法，即瞬時有較大機械增益的機構。三是采用對稱布置的機構，對于高速運轉的機構，其作往復運動和平面一般運動的構件，以及偏心的回轉構件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機構時，應盡可能考慮機構的對稱性，以較小運轉過程中的動載荷和振動。機構的選型：利用發散思維的方法，將前人創造發明出的各種機構按照運動特性或實現的功能進行分類，然后根據原理方案確定的執行機構所需要的運動特性或實現的功能進行搜索、選擇、比較和評價，選出合適的機構形式。下表給出了當機構的原動件為轉動時，各種執行構件運動形式、實現機構及應用舉例，供機構選型時參考：執行構件運動形式機構類型應用實例勻速轉動平行四邊形機構機車車輪聯動機構、聯軸器雙轉塊機構聯軸器齒輪機構減速、增速、變速裝置擺線針輪機構減速、增速、變速裝置諧波傳動機構減速裝置周轉輪系減速、增速、運動合成和分解裝置撓性件傳動機構遠距離傳動、無極變速裝置摩擦輪機構無極變速裝置非勻速轉動雙曲柄機構慣性振動器轉動導桿機構刨床滑塊曲柄機構發動機非圓齒輪機構撓性件傳動機構往復移動曲柄搖桿機構鍛壓機移動導桿機構縫紉機挑針機構齒輪齒條機構移動凸輪機構配氣機構楔塊機構壓力機、夾緊裝置螺旋機構千斤頂、車床傳動機構撓性件傳動機構遠距離傳動裝置氣液動機構升降機往復擺動曲柄搖桿機構破碎機滑塊搖桿機構車門啟閉機構擺動導桿機構刨床曲柄搖塊機構裝卸機構擺動凸輪機構齒條齒輪機構撓性件傳動機構氣液動機構間歇運動棘輪機構機床進給、轉位、分度等機構槽輪機構轉位裝置、電影放映機凸輪機構分度裝置、移動工作臺不完全齒輪機構間歇回轉、移動工作臺特定運動軌跡鉸鏈四桿機構鶴式起重機、攪拌機構行星輪系研磨機構、攪拌機構機構方案評價指標評價指標運動性能A工作性能B動力性能C經濟性D結構緊湊E具體項目1. 運動規律、運動軌跡2. 運轉速度、運動精度1. 效率高低2. 使用范圍1. 承載能力2. 傳力特性3. 振動、噪聲1. 加工難易、2. 維護方便性3. 能耗大小1. 尺寸2. 重量3. 結構復雜性連桿機構、凸輪機構、齒輪機構是最常用的首選機構，下表是對他們的初步評價，僅供參考。典型機構的評價評價指標具體項目評價連桿機構凸輪機構齒輪機構A運動性能、運動軌跡、運動精度任意性較差，只能達到有限個精確位置較低基本能任意較高一般作定比傳動或移動高B工作性能一般較大一般高C動力性能、噪聲較大一般較大較小一般較小較大較好較小D經濟性、易較方便一般難較麻煩一般一般方便一般E結構緊湊2重量較大較輕復雜較小較重一般較小較重簡單機構的構型當應用選型的方法初選出的機構形式不能完全實現預期的要求，或雖能實現功能要求但存在著機構復雜、運動精度不夠或動力性能欠佳等缺點時，可采用創新構型的方法，重新構筑機構的形式。機構創新構型的基本思路是：以通過選型初步確定的機構方案為雛形，通過組合、變異、再生等方法進行突破，獲得新的機構。1）利用組合原理構型新機構將兩種以上的基本機構進行組合，充分利用各自的良好性能，改善其不良特性，創造出能夠滿足原理方案要求的、具有良好運動和動力特性的新型機構。如：齒輪—連桿機構，能使先進歇傳送運動、實現大擺角、大行程的往復運動、同時能較精確的實現給定的運動軌跡；凸輪—連桿機構更能精確的實現給定的復雜軌跡，凸輪機構雖也可實現任意的給定運動規律的往復運動，但在從動件作往復擺動時，受壓力角的限制，其擺角不能太大，將簡單的連桿機構與凸輪機構組合起來，可以克服上述缺點，達到很好的效果；齒輪—凸輪機構常自由度為2的差動輪系為基礎機構，并用凸輪機構為附加機構，主要應用于以下場合：實現給定運動規律的變速回轉運動、實現給定運動軌跡，如機床的分度補償機構、誤差校正機構。2）利用機構變異構型新機構：機構倒置：機構的運動構件與機架的轉換；機構的擴展：以原有機構作為基礎，增加新的構件，構成新的機構，機構擴展后，原有各構件間的相對運動關系不變，但所構成的新機構的某些性能與原機構有很大差別。機構局部結構改變：如導桿機構的導桿槽由直線變為曲線，或機構的主動件被另一自由度為1的機構或構件組合所置換，即可得到運動停歇的特性。運動副的變異：高副低代法。三、設計方法任何平面機構都是由若干個基本桿組（阿蘇爾桿組）依次聯接到原動件和機架上而構成。因此必須掌握平面機構組成原理、桿組概念、基本桿組的拆分與拼裝方法桿組的概念：機構具有確定運動的條件是其原動件的數目應等于其所具有的自由度的數目。因此，機構可以拆分成機架、原動件和自由度為零的構件組。而自由度為零的構件組，還可以拆分成更簡單的自由度為零的構件組，我們將最后不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為基本桿組（或阿蘇爾