机械创新设计04PPT推荐.ppt

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构件、运动副少，可降低生产成本、减轻产品的质量。

构件数量少，有利于提高产品的刚度，减少产生扰动的环节，提高产品的可靠性。

运动副少，有利于减少运动副摩擦带来的功率损耗，提高机械传动效率及使用寿命。

运动副少，能有效地减少运动副的累。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则例例：

如图所示，三种能够实现直线轨迹运动的机构，其中图a中abbcbe，e点能精确实现直线轨迹。

图b为e点能实现近似直线轨迹的曲柄摇杆机构。

图c为有e点能精确实现直线轨迹的八杆机构。

由于八杆机构运动副较多，运动累积误差大，在同一制造条件下，八杆机构的实际运动误差大约为机构的2-3倍。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则图41三种能够实现直线轨迹运动的机构a）曲柄小滑块机构；

b）曲柄摇杆机构；

c）八杆机构图示图示图示图示三种能够实现直线轨迹运动的机构三种能够实现直线轨迹运动的机构三种能够实现直线轨迹运动的机构三种能够实现直线轨迹运动的机构aa）曲柄小滑块机构；

）曲柄小滑块机构；

bb）曲柄摇杆机构；

）曲柄摇杆机构；

cc）八杆机构）八杆机构）八杆机构）八杆机构机构设计的一般原则机构设计的一般原则2、机构尺寸应尽可能地小、机构尺寸应尽可能地小在满足相同工作要求的前提下，不同的机构，其尺寸、质量和结构的紧凑性是大不相同的。

例如，

（1）在传递相同功率并且设计合理的条件下，行星轮系的外形尺寸比定轴轮系小；

（2）在从动件要求作较大行程的直线移动的条件下，齿轮齿条机构比凸轮机构更容易实现体积小，质量轻的目标。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则3、注意运动副的选择类型、注意运动副的选择类型运动副元素的相对运动是产生摩擦和磨损的主要原因。

运动副的数量和类型对机构运动、传动效率和机构的使用寿命起着十分重要的作用。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则图示为三种曲柄长度相同的滑块行程为四倍曲柄长的机构）连杆齿轮齿条机构）连杆齿轮齿条机构）六杆机构）六杆机构）等腰对心式柄滑块机构）等腰对心式柄滑块机构机构设计的一般原则机构设计的一般原则图示为减少移动副或代替移动副的措施）用转动副代替移动副）不用移动副的直线导向机构机构设计的一般原则机构设计的一般原则4、选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机构的数量、选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机构的数量目前工程上使用的原动机主要有三类：

内燃机内燃机这类原动机主要有汽油机和柴油机。

内燃机不适合于在低速状态下工作，用内燃机来驱动低速执行机构必须要受用减速设备。

内燃机主要用于没有电力供应或需在远距离运动中提供动力且对运动精度要求不高的场合。

气、液马达，活塞气、液缸，摆动式气、液缸气、液马达，活塞气、液缸，摆动式气、液缸这些原动机可对外输出转动、往复直线运动、往复摆动，借助控制设备也能实现间歇运动。

电动机电动机电动机的类型不同机械特性也不相同，电动机的转速变化范围大，输出功率从零点几瓦到上万千瓦。

因此，电动机是工程设计中最常用的原动机。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则5、应使机构具有良好的传力条件和动力特性、应使机构具有良好的传力条件和动力特性在进行机构形式设计时，应选择效率高的机构类型，并在进行机构形式设计时，应选择效率高的机构类型，并保证机构具有较大的传动角和较大的机械增益，从而可以保证机构具有较大的传动角和较大的机械增益，从而可以减小机构中构件的截面尺寸和质量，减小原动机的功率。

减小机构中构件的截面尺寸和质量，减小原动机的功率。

机构形式设计要注意运动副组合带来的过约束。

过约束会机构形式设计要注意运动副组合带来的过约束。

过约束会造成机械装配困难，增大运动副中的摩擦与磨损。

造成机械装配困难，增大运动副中的摩擦与磨损。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则下图显示了几种构型，其过约束数计算如下：

下图显示了几种构型，其过约束数计算如下：

图图a中，由于导轨由三个平面副组成，每个平面副的中，由于导轨由三个平面副组成，每个平面副的约束数为约束数为3，而导轨只能保留一个移动自由度，即约束只，而导轨只能保留一个移动自由度，即约束只能为能为5，故其过约束数为，故其过约束数为3354。

图图b中，由于导轨由两个圆柱副组成，每个圆柱副的中，由于导轨由两个圆柱副组成，每个圆柱副的约束数为约束数为4，故其过约束数为，故其过约束数为4253。

图图c中，由于导轨由三个圆柱平面副组成，每个圆柱中，由于导轨由三个圆柱平面副组成，每个圆柱平面副的约束数为平面副的约束数为2，故其过约束数为，故其过约束数为3251。

图图d中，由于导轨由一个圆柱副和一个球体平面副组中，由于导轨由一个圆柱副和一个球体平面副组成，每个圆柱副的约束数为成，每个圆柱副的约束数为2，球体平面副的约束为，球体平面副的约束为1，故，故其过约束数为其过约束数为4150。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则图示为运动副组合的过约束图示为运动副组合的过约束a）三平面副的组合；

b）两圆柱副的组合；

c）三个圆柱平面副的组合；

d）圆柱副和球体平面副的组合机构设计的一般原则机构设计的一般原则例如图所示机构将滑块与导杆位置互换后，虽然作用力例如图所示机构将滑块与导杆位置互换后，虽然作用力的位置相同，大小也未变，但各物体的受力却发生了改变。

的位置相同，大小也未变，但各物体的受力却发生了改变。

图所示的复合铰链，将图中空构件与插入构件互换可以图所示的复合铰链，将图中空构件与插入构件互换可以得到另外不同的结构形式，原来构件为多位置对移动副得到另外不同的结构形式，原来构件为多位置对移动副受力的影响副杆，而构件、为单副杆。

经变化后，受力的影响副杆，而构件、为单副杆。

经变化后，构件、为单副杆，而构件、变为多副杆。

显然，构件、为单副杆，而构件、变为多副杆。

显然，从制造、安装和构件受力的角度看，将单副杆、变为从制造、安装和构件受力的角度看，将单副杆、变为多副杆并不是一个好的选择。

因此，应尽可能地减少多副多副杆并不是一个好的选择。

因此，应尽可能地减少多副杆数量，并让强度好、刚性高的构件作为多副杆，而且最杆数量，并让强度好、刚性高的构件作为多副杆，而且最好使其作为机架，这样有利于提高机构的刚度和机构的运好使其作为机架，这样有利于提高机构的刚度和机构的运动精度，改善构件的受力。

动精度，改善构件的受力。

机构设计的一般原则机构设计的一般原则图示为图示为图示为图示为低副元素位置互异对受力的影响低副元素位置互异对受力的影响低副元素位置互异对受力的影响低副元素位置互异对受力的影响）滑块与导杆位置互异）滑块与导杆位置互异）滑块与导杆位置互异）滑块与导杆位置互异）复合铰链结构变化）复合铰链结构变化）复合铰链结构变化）复合铰链结构变化机构设计的一般原则机构设计的一般原则对于有转动副的移动对于有转动副的移动副，转动副在移动副上的副，转动副在移动副上的位置也是一个应当认真注位置也是一个应当认真注意的问题。

如图所示的滑意的问题。

如图所示的滑块，转动副在移动构件上块，转动副在移动构件上的位置的改变将直接影响的位置的改变将直接影响到移动副中摩擦力的大小。

到移动副中摩擦力的大小。

因此，应尽量使转动副位因此，应尽量使转动副位于两移动副元素的直线上，于两移动副元素的直线上，从而可以减少移动副中摩从而可以减少移动副中摩擦，提高机构的传动效率。

擦，提高机构的传动效率。

图.移动副上的转动副常用基本机构的特性及评价常用基本机构的特性及评价机械产品的动作功能总是通过机构将原动机机械产品的动作功能总是通过机构将原动机的输出运动经过必要的转换来实现的。

在目前的的输出运动经过必要的转换来实现的。

在目前的条件下，尽管有这样那样类型的原动机，绝大多条件下，尽管有这样那样类型的原动机，绝大多数的机构产品仍然愿意采用运动特性好、能量转数的机构产品仍然愿意采用运动特性好、能量转换率高的换率高的笼型异步电动机。

因此，能将连续转动。

因此，能将连续转动转换为其他运动形式的机构仍然是设计者最常采转换为其他运动形式的机构仍然是设计者最常采用的机构。

掌握好这些常用机构的运动特性，熟用的机构。

掌握好这些常用机构的运动特性，熟悉它们所能实现的功能，了解它们的特点，对于悉它们所能实现的功能，了解它们的特点，对于设计者正确地选用或从中获得启示来创新机构都设计者正确地选用或从中获得启示来创新机构都是十分必要的。

下表给出了原动件是转动的常用是十分必要的。

下表给出了原动件是转动的常用机构功能表，可供设计者设计时选用参考。

机构功能表，可供设计者设计时选用参考。

常用基本机构的特性及评价常用基本机构的特性及评价表.常用机构的运动转换及功能表机构机构类型类型执行构件执行构件的运动的运动和功能和功能连杆机构连杆机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构其它常用机构其它常用机构匀速运动匀速运动平行四边形机构、平行四边形机构、双转块机构双转块机构圆柱齿轮机构、圆柱齿轮机构、周转轮系、谐周转轮系、谐波、活齿、摆波、活齿、摆线针轮传动线针轮传动带、链、挠性件带、链、挠性件传动、摩擦传动、摩擦轮机构轮机构非匀速运非匀速运动动双曲柄机构、转双曲柄机构、转动导杆机构、动导杆机构、转块机构转块机构非圆齿轮机构非圆齿轮机构往复运动往复运动曲柄滑块机构、曲柄滑块机构、移动导杆机移动导杆机构、楔块机构、楔块机构构移动从动杆凸轮机移动从动杆凸轮机构构齿轮齿条机构齿轮齿条机构螺旋机构、气、螺旋机构、气、液动换向液动换向往复摆动往复摆动曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构、摆动导杆机摆动导杆机构、曲柄摇构、曲柄摇块机构块机构摆动从动杆凸轮机摆动从动杆凸轮机构构齿轮齿条机构齿轮齿条机构气、液动机构气、液动机构间歇运动间歇运动可以实现可以实现凸轮机构容易实现凸轮机构容易实现不完全齿轮机构不完全齿轮机构螺旋机构、气液螺旋机构、气液动机构动机构点的复杂点的复杂轨迹运轨迹运动动连杆上的点连杆上的点行星轮系中行星行星轮系中行星轮上的点轮上的点差动差动两自由度连杆机两自由度连杆机构构差动轮系差动轮系增力增力肘杆机构、杠杆肘杆机构、杠杆机构机构减速传动减速传动过载保护过载保护带传动、摩擦传带传动、摩擦传动机构动机构换向换向增减懒轮、滑移增减懒轮、滑移齿轮齿轮常用基本机构的特性及评价常用基本机构的特性及评价从上表可以看出：

满足同一运动输出形式或具有相同功能特点的机构有很多。

根据专家们的经验，可以从运动性能、工作性能、动力性能、经济性和结构性能五个方面对机构进行评价。

下表以连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和组合机构四种最常用的机构，采用模糊评价法就上述五个方面作出一个初步的评价。

常用基本机构的特性及评价常用基本机构的特性及评价表.四种常见机构性能的初步评价表性能指性能指标标具体评价指标具体评价指标评价评价连杆机构凸轮机构齿轮机构组合机构功能功能1.运动规律形式任意性较差，只能达到有限个精确位置基本上任意一般定速比转动或移动基本上可以任意2.传动精度较高较高高较高工作能工作能力力1.应用范围较广较广广较广2.可调性较好较差较差较好3.运动速度高很高很高较高4.承载能力较大较小大较大5.耐磨性耐磨差较好较好6.可靠性可靠可靠可靠可靠动力性动力性能能1.加速度峰值较大较小小较小2.噪声较小较大小较小3.效率较低较高高较高4.平稳性较差较差好较好经济性经济性1.制造难易容易困难较难较难2.制造误差敏感不敏