-机构的组合与创新设计课件

3.33.3第四章第四章 机构的组合与创新设计机构的组合与创新设计第一节第一节 机构组合的基本概念机构组合的基本概念第二节第二节 机构组成原理与机构创新设计机构组成原理与机构创新设计第三节第三节 机构串联组合与创新设计机构串联组合与创新设计第四节第四节 机构并联组合与创新设计机构并联组合与创新设计第六节第六节 机构叠加组合与创新设计机构叠加组合与创新设计第七节第七节 机构封闭组合与创新设计机构封闭组合与创新设计第八节第八节 其他类型的机构组合与创新设计其他类型的机构组合与创新设计第五节第五节 复合式机构组合与创新复合式机构组合与创新3.3.13.3.1第一节第一节 机构组合的基本概念机构组合的基本概念一、基本机构的概念一、基本机构的概念1 1、最简机构、最简机构 把由把由2 2个构件和个构件和1 1个运动副组成的开链机构称个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为成机构的最多构件为2 2且为开链机构。且为开链机构。2112原动机的机构简图为最简机构原动机的机构简图为最简机构2 2、基本机构、基本机构把含有把含有3 3个构件以上、且不能再进行拆分的闭个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。分性。CBDAz1z2o1o2HCAB3 3、基本机构的应用、基本机构的应用1 1）基本机构的单独使用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。气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。2 2）互不连接的基本机构的组合）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。运动协调设计。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3 3）各基本机构互相连接的组合）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。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、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。组合是应用最普遍的组合。常用的机构组合方法如下。常用的机构组合方法如下。1 1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2 2、按照串联规则组合基本机构、按照串联规则组合基本机构3 3、按照并联规则组合基本机构、按照并联规则组合基本机构4 4、按照叠加规则组合基本机构、按照叠加规则组合基本机构5 5、按照封闭规则组合基本机构、按照封闭规则组合基本机构6 6、上述方法的混合连接，、上述方法的混合连接，可得到复杂的机构系统。可得到复杂的机构系统。CBDAz1z2o1o2CABBC串联组合并联组合3.3.23.3.2第二节第二节 机构组成原理与机构创新设计机构组成原理与机构创新设计一、级杆组的类型一、级杆组的类型 2 2，3 3的杆组，为级杆组。的杆组，为级杆组。当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副，动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副，或者两个外接副同时为移动副或者两个外接副同时为移动副级杆组分类图级杆组分类图 RRRPRRRRPRPPPRRPPRRPR内接副为转动副内接副为转动副内接副为移动副内接副为移动副 级杆组分类图级杆组分类图 3R3R杆组杆组(以三个内接副开始以三个内接副开始)3R3RPRRRRRRRRRPPRRPPRRP3R2RP3RR2P3R3P2RP3R2RP2RP2RPR2P2RP3P2 2杆组杆组R2PR2P杆组杆组R2P3RR2P2RPR2PR2PR2P3P3P3P杆组杆组3P3R3PR2P 3P3P 3P2RP三、机构组成原理与机构创新设计三、机构组成原理与机构创新设计1 1、机构组成原理、机构组成原理 把基本杆组依次连接到原动件和机架上，把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。系列的新机构提供了明确的途径。2 2、机构组成原理与机构创新、机构组成原理与机构创新 把前述的各种级杆组和级杆组连接到原动件把前述的各种级杆组和级杆组连接到原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各种级杆和机构上，可以组成基本机构；再把各种级杆组和级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组和级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。组成复杂的机构系统。BCA+=BCADE+DE=BCA杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上连接连接 级杆组级杆组BCDABCDAEFG+BCDAEFG=BEFGCDA杆组连接到原动件和机架上杆组连接到原动件和机架上杆组连接机构的从动件杆组连接机构的从动件和机架上和机架上连接连接级杆组到一个原动件和机架上级杆组到一个原动件和机架上ABCFGDEABCFGDE=+ABCFGDE=+ABCFGDEHKKH3R3R3R3R杆组连接到三个原动件杆组连接到三个原动件(并联机构并联机构)A+FGCEBD=AFGCEBD3R23R2杆组连接到一个原动件和机架上杆组连接到一个原动件和机架上杆组类型很多杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和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。机构的从动件和机架上可组成复杂机构。3.3.33.3.3第三节机构的串联组合与创新第三节机构的串联组合与创新设计设计一、机构的串联组合一、机构的串联组合1 1、基本概念、基本概念 前一个机构的输出构件与后一个前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。由度的机构。机构机构1机构机构2机构机构1机构机构2前置机构前置机构后置机构后置机构 I I型串联型串联 前置机构前置机构后置机构后置机构IIII型串联型串联2、串联组合分类、串联组合分类二、机构串联组合基本思路二、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的速度变换、实现后置机构的速度变换2、实现后置机构的速度变换、实现后置机构的速度变换3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）BCDAEFZ1CABDZ2I I型串联组合型串联组合型串联组合型串联组合前置机构中做简单运动的构件与后置机构的前置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接。原动件连接。CBDAz1z2EACBD减少连杆机构的速度减少连杆机构的速度改变滑块的运动规律改变滑块的运动规律组合实例：组合实例：二：串联式机构组合的主要功能分析二：串联式机构组合的主要功能分析1.型串联式组合型串联式组合 常用于改善输出构件的运动和动力特性；常用于改善输出构件的运动和动力特性；并可以实现增力、增程和各种特殊的运并可以实现增力、增程和各种特殊的运 动规律；动规律；双曲柄机构；双曲柄机构；槽轮机构槽轮机构 双曲柄机构工作，通过主动拨盘，带动槽轮作间歇双曲柄机构工作，通过主动拨盘，带动槽轮作间歇运动。通过对双曲柄机构进行尺寸综合，使得从动曲运动。通过对双曲柄机构进行尺寸综合，使得从动曲柄柄 E E点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，实现槽点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，实现槽轮的近似等速转位。轮的近似等速转位。组成机构 组合方式型串联式组合方式；槽轮机构的主动拨盘型串联式组合方式；槽轮机构的主动拨盘固接在双曲柄机构中的从动曲柄上。固接在双曲柄机构中的从动曲柄上。工作过程双曲柄机构与槽轮机构的串联组合1）用于改善输出构件的运动和动力特性：牛头刨床导杆机构 转动导杆机构；转动导杆机构；摆动导杆机构；摆动导杆机构；摇杆滑块机构；摇杆滑块机构；组成机构 组合方式型串联式组合型串联式组合 后置机构中，输入构件为后置机构中，输入构件为，输出构件为。，输出构件为。当曲柄当曲柄1匀速转动时，经过匀速转动时，经过3个个基本机构的串联，中和了后继基本机构的串联，中和了后继机构的转速变化，滑块机构的转速变化，滑块4在某区在某区段内实现近似匀速往复移动。段内实现近似匀速往复移动。前置机构中，曲柄前置机构中，曲柄1为主动为主动件，绕轴件，绕轴A匀速转动，从动件匀速转动，从动件2输出非匀速转动。输出非匀速转动。工作过程机构为摇杆滑块机构，输机构为摇杆滑块机构，输入构件为，输出构件为滑块。入构件为，输出构件为滑块。椭圆齿轮连杆机构（用于毛纺针梳机导条机构）组成机构 组合方式椭圆齿轮机构；齿轮机构；曲柄导杆机构椭圆齿轮机构；齿轮机构；曲柄导杆机构型串联式组合型串联式组合 工作过程前置机构是椭圆齿轮机构，输出非匀速转动，中间串前置机构是椭圆齿轮机构，输出非匀速转动，中间串联一个齿轮机构，用于减速，使后置机构的主动曲柄联一个齿轮机构，用于减速，使后置机构的主动曲柄3输入非匀速转动，后置机构是曲柄导杆机构，将转动输入非匀速转动，后置机构是曲柄导杆机构，将转动转变为移动，使从动件转变为移动，使从动件5近似实现匀速移动以满足工作近似实现匀速移动以满足工作要求。要求。对于改善输出构件运动特性的对于改善输出构件运动特性的型串联式型串联式机构组合，设计时应解决两方面的问题：机构组合，设计时应解决两方面的问题：1.1.按照后置机构输出的运动规律实际要求，按照后置机构输出的运动规律实际要求，2.2.确定前置机构应输出的运动规律。确定前置机构应输出的运动规律。2.2.按已经确定的运动规律，对前置机构进行按已经确定的运动规律，对前置机构进行 尺寸综合。尺寸综合。2）实现增力、增程和各种特殊的运动规律增力机构增力机构 组成机构 组合方式曲柄摇杆机构，摇杆滑块机构曲柄摇杆机构，摇杆滑块机构型串联式组合型串联式组合 连杆所受力为连杆所受力为F F，连杆所受力为，连杆所受力为P P，则滑块所产生的，则滑块所产生的冲压力为冲压力为Q Q。（式中减小。（式中减小和和S S，增大，增大L L均能增大均能增大Q Q力，力，设计时可根据要求确定设计时可根据要求确定、S S和和L L）Q=P =FLSQ=P 组合目的 是增加输出是增加输出构件、滑块构件、滑块E E的冲压能力。的冲压能力。工作过程利用齿轮齿条的大行程直移机构利用齿轮齿条的大行程直移机构 组成机构 组合方式两组齿轮齿条机构两组齿轮齿条机构型串联式组合型串联式组合 气缸中活塞杆移动，推动齿轮气缸中活塞杆移动，推动齿轮3 3在固定齿条在固定齿条1 1上滚动，上滚动，同时与同时与3 3齿轮同轴的齿轮齿轮同轴的齿轮5 5带动活动齿条带动活动齿条2 2移动。移动。工作过程用于增力、增程、增速要求的串联式组合用于增力、增程、增速要求的串联式组合，创新设计的主要问题是应根据增力、增，创新设计的主要问题是应根据增力、增程、增速的具体要求选择不同的方法：程、增速的具体要求选择不同的方法：若选择连杆机构，则按杠杆原理确定支点的位置，即确定相关杆的长度比；若选择齿轮机构，就需要确定适当的齿数比。2.2.型串联式组合型串联式组合 后置子机构的输入构件一般与前置子机构中作平面复杂运动的连杆在某一点联接。主要是利用前置子机构与后置子机构联接点处的特殊运动轨迹，使机构的输出构件实现所要求的运动规律。在曲柄摇杆机构中，在曲柄摇杆机构中，连杆连杆E E点的轨迹上有一段点的轨迹上有一段近似直线，以近似直线，以F F点为转动中心的导杆，在图示的点为转动中心的导杆，在图示的位置，其导向槽与位置，其导向槽与E E点轨迹的近似直线段重合，点轨迹的近似直线段重合，当当E E点沿直线部分运动时导杆停歇。点沿直线部分运动时导杆停歇。具有运动停歇的多杆机构具有运动停歇的多杆机构 组成机构 组合方式曲柄摇杆机构；曲柄摇杆机构；五杆机构五杆机构型串联式组合型串联式组合 工作过程型并联：每个基本机构具有各自的输入构件，型并联：每个基本机构具有各自的输入构件，而共有一个输出构件。而共有一个输出构件。3.3.43.3.4第四节并联式机构组合与创新第四节并联式机构组合与创新一：并联式机构组合原理一：并联式机构组合原理两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联式组合。两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联式组合。运动传递框图运动传递框图 型并联：各个机构有共同的输入构件，但却有型并联：各个机构有共同的输入构件，但却有 各自的输出构件。各自的输出构件。特点：两个机构并列布置，运动并行传递。特点：两个机构并列布置，运动并行传递。型并联：各个基本机构有共同的输入和输出型并联：各个基本机构有共同的输入和输出 构件。构件。二：并联式机构组合的主要功能分析二：并联式机构组合的主要功能分析 1.1.型并联式组合：型并联式组合：相当于运动的合成，其主要功能是对输出构相当于运动的合成，其主要功能是对输出构件运动形式的补充、加强和改善。件运动形式的补充、加强和改善。V型发动机的双曲柄滑块机构型发动机的双曲柄滑块机构 两个曲柄滑块机构两个曲柄滑块机构 曲柄可实现无死点的定轴回转运动，并且还具有良好的曲柄可实现无死点的定轴回转运动，并且还具有良好的平衡、减振作用。平衡、减振作用。组成机构 组合方式型并联式组合型并联式组合 工作过程 两气缸作两气缸作V V型布置，它型布置，它们的轴线通过曲柄回转的固定轴线，分们的轴线通过曲柄回转的固定轴线，分别向两个活塞输入运动时，通过连杆带动曲柄作定轴回转运动。别向两个活塞输入运动时，通过连杆带动曲柄作定轴回转运动。组合目的缝纫机针杆传动缝纫机针杆传动原动件曲柄原动件曲柄1 1和凸轮和凸轮4 4输入运动，通过构件输入运动，通过构件2 2和和5 5，带动针杆，带动针杆3 3作上下往复移动和摆动运动。作上下往复移动和摆动运动。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程凸轮机构、曲柄滑块机构凸轮机构、曲柄滑块机构型并联式组合型并联式组合实现从动件作复杂平面运动。实现从动件作复杂平面运动。钉扣机针杆传动钉扣机针杆传动 组成机构 组合方式 组合目的 工作过程摆动导杆机构、曲柄滑块机构摆动导杆机构、曲柄滑块机构型并联式组合型并联式组合原动件曲柄原动件曲柄1 1和曲柄和曲柄6 6输入运动，通过构件输入运动，通过构件2 2和和5 5、4 4，带动针杆，带动针杆3 3作上下往复移动和摆动运动。作上下往复移动和摆动运动。实现从动件作复杂平面运动。实现从动件作复杂平面运动。2.2.型并联式组合型并联式组合 是将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动是将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动合成为一个运动输出。合成为一个运动输出。用于改善输出构件的运动状态和运动轨迹，还可以改善机构的受力状态，使机构获得自身的动平衡。周期性转过周期性转过90无空行程的棘轮机构无空行程的棘轮机构 原动件原动件8 8输入一定的位移，使摇杆输入一定的位移，使摇杆1 1和和3 3每次转过每次转过4545，当，当构件构件8 8往复一个行程时，两个棘爪轮换推动棘轮转往复一个行程时，两个棘爪轮换推动棘轮转4545，则，则棘轮得到双倍即棘轮得到双倍即9090角位移。角位移。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程两个曲柄滑块机构两个曲柄滑块机构 型并联式组合，机构中型并联式组合，机构中对应构件的尺寸相等。对应构件的尺寸相等。改善输出构件的运动状态和运动轨迹改善输出构件的运动状态和运动轨迹活塞机齿轮杠杆机构活塞机齿轮杠杆机构齿轮转动时，通过连杆、，将运动传递给活塞，齿轮转动时，通过连杆、，将运动传递给活塞，使活塞沿气缸内壁作往复移动。使活塞沿气缸内壁作往复移动。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程两个曲柄滑块机构、组合两个曲柄滑块机构、组合型并联式组合，同时与两个相啮合型并联式组合，同时与两个相啮合的齿轮机构连接，机构对称布置。的齿轮机构连接，机构对称布置。若机构中的两齿轮和两连杆的质量分别相等，则气若机构中的两齿轮和两连杆的质量分别相等，则气缸壁将不会受到因构件的惯性力而引起的动压力，缸壁将不会受到因构件的惯性力而引起的动压力，改善构件的受力状态。改善构件的受力状态。压力机的螺旋杠杆机构压力机的螺旋杠杆机构由两个双滑块机构由两个双滑块机构 构件构件1 1输入转动，使滑块输入转动，使滑块A A和和C C向内或向外移动，通向内或向外移动，通过连杆、，从而使移动构件过连杆、，从而使移动构件2 2沿导轨沿导轨P P上下移动，上下移动，完成加压工作。完成加压工作。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程用于改善构件受力状况用于改善构件受力状况型并联式组合，机构对称布置。型并联式组合，机构对称布置。自动输送机械装置（输送轨迹为矩形）自动输送机械装置（输送轨迹为矩形）原动件的输入轴上分别安装有两个凸轮，其中端原动件的输入轴上分别安装有两个凸轮，其中端面凸轮面凸轮1 1控制输送托架左右往复移动，盘形凸轮控制输送托架左右往复移动，盘形凸轮2 2控制输送托架上下移动，从而使被输送的物料控制输送托架上下移动，从而使被输送的物料5 5沿沿矩形轨迹运动。矩形轨迹运动。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程端面凸轮机构、盘形凸轮机构端面凸轮机构、盘形凸轮机构型并联式组合型并联式组合获得输出构件特定的运动轨迹获得输出构件特定的运动轨迹3.3.型并联组合型并联组合是将一个运动分解为两个输出运动。是将一个运动分解为两个输出运动。主要功能是实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，完成较复杂的工艺动作。设计时应注意两个并联机构动作的协调和时序的控制。共同的输入构件主动杆共同的输入构件主动杆1 1作往复摆动，一个从动件是大滑作往复摆动，一个从动件是大滑块块2 2，杆，杆1 1的滚子在大滑块的曲线形沟槽内运动，使大滑块的滚子在大滑块的曲线形沟槽内运动，使大滑块左右往复移动。另一个从动件是小滑块左右往复移动。另一个从动件是小滑块4 4，由摇杆，由摇杆1 1经连杆经连杆3 3推动，使其在导槽内往复移动。即大滑块在右端位置先推动，使其在导槽内往复移动。即大滑块在右端位置先接受来自送料机构的工件，然后向左移动，再由小滑块将接受来自送料机构的工件，然后向左移动，再由小滑块将工件推出，使工件进入下一工位。工件推出，使工件进入下一工位。实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，完成实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，完成较复杂的工艺动作。较复杂的工艺动作。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程双滑块驱动机构双滑块驱动机构凸轮机构、连杆机构凸轮机构、连杆机构 型并联组合型并联组合丝织机的开口机构丝织机的开口机构当主动构件曲柄当主动构件曲柄1 1转动时，通过摇杆转动时，通过摇杆3 3将运动传给将运动传给两个摇杆滑块机构，使两个从动件滑块两个摇杆滑块机构，使两个从动件滑块5 5和和7 7实现实现上下往复移动，实现丝织机织物的开口动作。上下往复移动，实现丝织机织物的开口动作。组成机构 组合方式 组合目的 工作过程两个摇杆滑块机构组合，共同连接两个摇杆滑块机构组合，共同连接于曲柄摇杆机构。于曲柄摇杆机构。型并联组合型并联组合完成较复杂的工艺动作。完成较复杂的工艺动作。冲压机凸轮连杆机构冲压机凸轮连杆机构凸轮机构、凸轮连杆机构凸轮机构、凸轮连杆机构 当主动件凸轮转动时，推杆当主动件凸轮转动时，推杆2 2实现左右移动；同时摆实现左右移动；同时摆杆杆3 3实现摆动，并由摆杆的摆动而带动连杆实现摆动，并由摆杆的摆动而带动连杆4 4运动，使运动，使从动件滑块从动件滑块5 5实现上下移动。实现上下移动。（设计时应注意（设计时应注意2 2与与5 5的时序关系）的时序关系）组成机构 组合方式 组合目的 工作过程 型并联组合，两个盘型并联组合，两个盘状凸轮固接在一起状凸轮固接在一起完成较复杂的工艺动作。完成较复杂的工艺动作。3.3.53.3.5第五节第五节 复合式机构组合与复合式机构组合与 创新创新一：复合式机构组合原理一：复合式机构组合原理 是指以两自由度的机构为基础机构，单自由是指以两自由度的机构为基础机构，单自由度的机构为附加机构，再将两个机构中某些构件度的机构为附加机构，再将两个机构中某些构件并接在一起，组成一个单自由度的组合机构。并接在一起，组成一个单自由度的组合机构。一般是不同类型基本机构的组合，并且各种一般是不同类型基本机构的组合，并且各种基本机构融为一体，成为一种新机构，主要功能基本机构融为一体，成为一种新机构，主要功能是实现比较特殊的运动规律，如停歇、逆转、加是实现比较特殊的运动规律，如停歇、逆转、加速、减速、前进、倒退以及增力、增程等。速、减速、前进、倒退以及增力、增程等。是一种比较复杂的组合形式，基础机构的两个输入运动，一个来自机构的主动构件，另一个则来自附加机构。来自附加机构的输入有两种情况：一种是通过与附加机构的构件并一种是通过与附加机构的构件并接，称构件并接复合式组合。接，称构件并接复合式组合。另一种是通过附加机构的回接，另一种是通过附加机构的回接，称机构回接复合式组合。称机构回接复合式组合。基础机构：一般为二自由度机构，如差动齿 轮机构、五连杆机构；复合式机构组合中：附加机构：为各种基本机构，如单自由度的连 杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。二：复合式机构组合主要功能分析二：复合式机构组合主要功能分析1.1.构件并接复合式组合构件并接复合式组合 组成：基础机构：差动轮系基础机构：差动轮系附加机构：凸轮机构附加机构：凸轮机构凸轮行星机构凸轮行星机构 关系：从动杆从动杆2 2和行星齿轮和行星齿轮3 3联在一起，联在一起，2 2的摆动中心的摆动中心和和3 3的回转中心重合。的回转中心重合。当系杆当系杆4 4为主动件以等角速度转动时，中为主动件以等角速度转动时，中心心轮轮5 5则因凸轮的轮廓曲线变化可获得极其多则因凸轮的轮廓曲线变化可获得极其多样样化的运动规律。化的运动规律。输入运动（基础机构）基础机构的系杆基础机构的系杆4 4；附加机构的从动杆附加机构的从动杆2 2 工作过程凸轮凸轮连杆机构连杆机构 组成：基础机构：基础机构：5 5连杆机构连杆机构附加机构：凸轮机构附加机构：凸轮机构 关系：凸轮机构中的摆杆和连杆机构中的连杆并接凸轮机构中的摆杆和连杆机构中的连杆并接 输入运动（基础机构）基础机构的曲柄；附加机构的摆杆基础机构的曲柄；附加机构的摆杆 输出构件滑快输出构件滑快D D的行程比单一凸轮机构的行程比单一凸轮机构推杆行程增大几倍。推杆行程增大几倍。工作过程齿轮齿轮连杆机构连杆机构 组成：基础机构：差动轮系基础机构：差动轮系附加机构：曲柄滑块机构附加机构：曲柄滑块机构 关系：连杆与行星轮连杆与行星轮2 2并接并接 输入运动（基础机构）基础机构的系杆基础机构的系杆3 3；附加机构的连杆；附加机构的连杆 工作过程主动件主动件3 3转一周时，从动件转一周时，从动件1 1步进一定的角度。步进一定的角度。步进转角的大小、逆转角度的大小、停步进转角的大小、逆转角度的大小、停歇时间的长短可以通过选择不同的齿数比歇时间的长短可以通过选择不同的齿数比和不同的杆长比来实现。和不同的杆长比来实现。2.2.机构回接复合式组合机构回接复合式组合蜗杆凸轮机构基础机构：蜗杆机构基础机构：蜗杆机构附加机构：凸轮机构附加机构：凸轮机构附加机构的一个构件从动杆又回接到主动构件蜗杆上。附加机构的一个构件从动杆又回接到主动构件蜗杆上。蜗杆转动，从而使蜗轮以及与蜗轮并接的凸轮实现 转动；凸轮的转动又使蜗杆实现往复移动，从而使蜗轮的转速根据蜗杆的移动方向而增 加或减小。组成：关系：输入运动（基础机构）基础机构的蜗杆转动；附加机构的从动杆回接。基础机构的蜗杆转动；附加机构的从动杆回接。工作过程3.3.63.3.6第六节叠加式机构组合与创新第六节叠加式机构组合与创新一：叠加式机构组合的原理一：叠加式机构组合的原理 将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合形式为叠加式机构，其输出的运动是若干个机构输出运动的合成。这种组合的运动关系有两种情况：各机构的运动关系是相互独立的，常见于各种机械手。各机构的运动关系是相互独立的，常见于各种机械手。各机构之间的运动有一定的影响。各机构之间的运动有一定的影响。主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。运动独立式运动独立式 运动相关式运动相关式二：叠加式机构组合的主要功能分析二：叠加式机构组合的主要功能分析1.运动独立式曲柄摇块机构、两杆机构曲柄摇块机构、两杆机构 机构工作是分别由转动构件机构工作是分别由转动构件4 4和曲柄和曲柄1 1输入转动，致输入转动，致使马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加。使马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加。组成：关系：输入运动 工作过程由曲柄摇块机构安装在两杆由曲柄摇块机构安装在两杆机构的转动构件机构的转动构件4 4上组合而成的。上组合而成的。转动构件转动构件4 4和曲柄和曲柄1 1电动玩具马电动玩具马 组成：关系：输入运动：工作过程：液压挖掘机机构液压挖掘机机构3 3套液压摆缸机构套液压摆缸机构叠加组成叠加组成3 3套液压缸工作套液压缸工作（1-2-3-41-2-3-4、4-5-6-74-5-6-7、7-8-9-107-8-9-10）第一套液压摆缸机构第一套液压摆缸机构1 123234 4以挖掘机机身以挖掘机机身1 1为机架，输出为机架，输出 构件是大转臂构件是大转臂4 4，该机构的运动可以使大转臂，该机构的运动可以使大转臂4 4实现仰俯动作。实现仰俯动作。第二套液压摆缸机构是第二套液压摆缸机构是4564567 7，叠加在第一套机构的大转，叠加在第一套机构的大转 臂臂4 4上，该机构的输出构件是小转臂上，该机构的输出构件是小转臂7 7，其运动结果可使小转臂，其运动结果可使小转臂7 7 实现伸缩摇摆。实现伸缩摇摆。第三套机构是由第三套机构是由7 7一一8 89 9一一1010组成的液压摆缸机构，叠加在第组成的液压摆缸机构，叠加在第 二套机构的小转臂二套机构的小转臂7 7上、最终使铲斗上、最终使铲斗1010完成复杂的挖掘动作。完成复杂的挖掘动作。2.运动相关式 叠加式机构组合所形成的机构，除一般叠加式机构组合所形成的机构，除一般的分析综合外，常涉及到控制、驱动和传的分析综合外，常涉及到控制、驱动和传感器等方面的知识。感器等方面的知识。电风扇摇头机构电风扇摇头机构 组成：关系：输入运动：工作过程：蜗轮蜗杆机构、双摇杆机构蜗轮蜗杆机构、双摇杆机构蜗轮与连杆固接蜗轮与连杆固接蜗杆转动蜗杆转动电机向蜗杆输入转动后，使得电扇电机向蜗杆输入转动后，使得电扇在实现蜗杆快速转动的同时又以慢的速度摆动在实现蜗杆快速转动的同时又以慢的速度摆动（两个机构的运动又通过蜗轮与连杆的固接互（两个机构的运动又通过蜗轮与连杆的固接互相影响）。相影响）。1)I1)I型叠加机构型叠加机构 三、机构的叠加组合分类2)2)型叠加机构型叠加机构附加机构附加机构基础机构基础机构输出输出输入输入输入输入附加机构附加机构基础机构基础机构输入输入输出输出BCDA电机电机1)I1)I型叠加机构型叠加机构基础机构基础机构附加机构附加机构EDCBAF2)2)型叠加机构型叠加机构基础机构基础机构附加机构附加机构 四、机构叠加组合的关键问题 2 2、型叠加组合机构中，动力源安装在基础机构、型叠加组合机构中，动力源安装在基础机构的可动构件上，驱动附加机构的一个可动构件，的可动构件上，驱动附加机构的一个可动构件，按附加机构数量依次连接即可。按附加机构数量依次连接即可。1 1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构、选定附加机构与基础机构，确定附加机构与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。输出构件与基础机构的哪一个构件连接。3 3、I I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。有规律性。Z1HZ2Z3Z4图中图中,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接3.3.73.3.7第七节第七节 机构的封闭组合与创机构的封闭组合与创新设计新设计 一、机构的封闭组合一、机构的封闭组合1 1、基本概念、基本概念 一个两自由度机构中的两个输一个两自由度机构中的两个输入构件或两个输出构件或一个输入构入构件或两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件件和一个输出构件用单自由度的机构连接起来，形成一个自由用单自由度的机构连接起来，形成一个自由度的机构系统，称为封闭式连接。其特征度的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。单自由度机构。基础机构基础机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构附加机构基础机构基础机构基础机构基础机构附加机构附加机构 型封闭组合机构 型封闭组合机构 I 型封闭组合2 2、分类、分类3 3、封闭组合实例、封闭组合实例HZ3Z2Z1Z3Z1HZ3Z2Z1Z3Z4HZ3Z2Z1差动轮系差动轮系 I I型封闭机构型封闭机构 型封闭组合机构型封闭组合机构二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个输入和输出（系杆）输入和输出（系杆）二、二、封闭组合的基本思路封闭组合的基本思路 封闭组合的前提是两自由度的基础封闭组合的前提是两自由度的基础机构和单自由度的的组合，组合而成的新机构和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组合机构，基本组合思路如下。机构是组合机构，基本组合思路如下。1 1、常见的基础机构主要有五杆机、常见的基础机构主要有五杆机构和差动轮系机构，附加封闭机构可以是构和差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，有时也齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构作为封闭机构。用间歇运动机构作为封闭机构。2 2、附加机构封闭基础机构的两个输入运、附加机构封闭基础机构的两个输入运动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最为广泛。为广泛。3 3、附加机构封闭基础机构的一个输入构、附加机构封闭基础机构的一个输入构件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输入件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输入构件。构件。FDCBA 型封闭组合机构 I 型封闭组合机构 封闭组合实例封闭组合实例 3.3.8第八节 其他类型的机构组合与创新设计 一、机构的混合组合方法 工程中的实用机构系统中，经常联合使用上述组合方法，称为混合组合法。如串联组合后再并联组合，串联组合后再叠加杆组组合等。二、附加约束组合法二、附加约束组合法 附加约束组合法是指在多自由度机构中，附加约束组合法是指在多自由度机构中，人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目的。的。DCBA用凸轮机构约束五杆机构用凸轮机构约束五杆机构C C点的运动点的运动小结：机构组合原理与创新：串联式型：常用于改善输出构件的运动和动型：常用于改善输出构件的运动和动 力特性，或用于运动或力的放大。力特性，或用于运动或力的放大。型：主要是利用连接点处的特殊运动型：主要是利用连接点处的特殊运动 轨迹，使输出构件实现所要求的轨迹，使输出构件实现所要求的 运动规律。运动规律。并联式 型：是对输出构件运动形式的补型：是对输出构件运动形式的补 充、加强和改善。充、加强和改善。型：实现两个运动输出，完成较复型：实现两个运动输出，完成较复 杂的工艺动作。杂的工艺动作。型：用于改善输出构件的运动状态型：用于改善输出构件的运动状态 和运动轨迹，还可以改善机构和运动轨迹，还可以改善机构 的受力状态。的受力状态。复合式主要功能是可以实现任意运动规律的输出。主要功能是可以实现任意运动规律的输出。叠加式主要功能是实现特定的输出，完成复杂的主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。工艺动作。作业：利用串联组合技法构造一个组合机构，使输出构件实现360的摆动。要求：注明所选机构名称，并简述动作过程