机构方案设计案例

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械原理机构方案设计及参考方案,设计内容：,（选其一，或自选）,设计创新或改进生活中的小机构，如折叠桌椅、折叠衣架、折叠桑；厨房用具，生活用品，运动器械；,设计无碳小车，以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，小车能在“,8,”字形赛道上往复前进；,设计具有一定功能的机器人或机械手，由机构组成本体，完成一定动作。,设计要求,作品名称及功用描述；,作品方案描述、工作原理和设计思路；,机构运动简图或三维实物图；,设计和计算分析：如自由度计算，机构结构分析、运动分析，尺寸设计，力分析等；,作品创新点。,说明书,A4,纸,5,页以上。,机构选型,又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上，综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、制造成本、外形尺寸等因素，通过,机构组合,或,结构变异,等创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。,一、按执行构件,运动形式,进行机构选型 二、按执行机构,动作分解,进行机构选型 三、根据,机构组合,或,结构变异,进行机构的创新：,1,巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构,2,巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构,3,基于机构组成原理的机构创新,4,基于机构组合原理的机构创新,5,通过机构类型变异进行机构创新,按执行构件,运动形式,进行机构选型,1.,连续,转动,定传动比匀速,平行四杆机构、双万向联轴节机构、齿轮机构、轮系、谐波传动机构、,摆线针轮机构、摩擦轮传动机构、挠性传动机构等,变传动比匀速,轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变速机构、摩擦传动机构、,行星无级变速机构、挠性无级变速机构等,非匀速,双曲柄机构、转动导杆机构、单万向连轴节机构、非圆齿轮机构、,某些组合机构等,按执行构件,运动形式,进行机构选型,2.,往复运动,往复移动,曲柄滑块机构、移动导杆机构、正弦机构、移动从动件凸轮机构、,齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、气动、液压机构等,往复摆动,曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、,空间连杆机构、摆动从动件凸轮机构、某些组合机构等,按执行构件,运动形式,进行机构选型,3.,间歇运动,间歇转动,棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、,某些组合机构等,间歇摆动,特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮机构、齿轮,-连杆组合机构、,利用连杆曲线圆弧段或直线段组成的多杆机构等,间歇移动,棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件作间歇往复运动的凸轮机构、,反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆有停歇的斜面机构等,按执行构件,运动形式,进行机构选型,4.,预定轨迹,直线轨迹,连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、某些组合机构等,曲线轨迹,利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、凸轮,-连杆组合机构、,行星轮系与连杆组合机构等,按执行构件,运动形式,进行机构选型,5.,特殊运动要求,换向,双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换向机构）等,超越,齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等,过载保护,带传动机构、摩擦传动机构等,按执行构件,动作分解,进行机构选型,序号,动作分解后能实现的运动或功能,机,构 型 式,1,匀速转动机构（包括定传动比机构、变传动比机构）,（,1）摩擦轮机构,（2）齿轮机构、轮系,（3）平行四边形机构,（4）转动导杆机构,（5）各种有级或无级变速机构,2,非匀速转动机构,（,1）非圆齿轮机构,（2）双曲柄四杆机构,（3）转动导杆机构,（4）组合机构,（5）挠性件机构,按执行构件,动作分解,进行机构选型,序号,动作分解后能实现的运动或功能,机,构 型 式,3,往复运动机构（包括往复移动、往复摆动）,（,1）曲柄摇杆往复运动机构,（2）双摇杆往复运动机构,（3）滑块往复运动机构,（4）凸轮式往复运动机构,（5）齿轮式往复运动机构,（6）组合机构,4,间歇运动机构（包括间歇转动、间歇摆动、间歇移动）,执行机构实现的运动或功能,（,1）间歇转动机构（棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构等）,（2）间歇摆动机构（一般利用连杆曲线上近似圆弧或直线段实现）,（3）间歇移动机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、组合机构等）,按执行构件,动作分解,进行机构选型,序号,动作分解后能实现的运动或功能,机,构 型 式,5,差动机构,（,1）差动螺旋机构,（2）差动棘轮机构,（3）差动齿轮机构,（4）差动连杆机构,（5）差动滑轮机构,6,实现预期轨迹机构,（,1）直线机构（连杆机构、行星齿轮机构等）,（2）特殊曲线（椭圆、抛物线、双曲线等）绘制机构,（3）工艺轨迹机构（连杆机构、凸轮机构、凸轮-连杆机构等）,按执行构件,动作分解,进行机构选型,序号,动作分解后能实现的运动或功能,机,构 型 式,7,增力及夹持机构,（,1）斜面杠杆机构,（2）铰链杠杆机构,（3）肘杆式机构,8,行程可调机构,（,1）棘轮调节机构,（2）偏心调节机构,（3）螺旋调节机构,（4）摇杆调节机构,（5）可调式导杆机构,序号,组合方式,机构组合,方式,1,串,联,式,2,并,联,式,序号,组合方式,机构组合,方式,3,复,合,式,4,反,馈,式,序号,组合方式,机构组合,方式,5,叠联式,各基本机构没有共同的机架，互相叠联在一起。其特点是：,1,）每一个基本机构各有一个动力源；,2,）后一个基本机构的相对机架就是前一个基本机构的输出件。,挖掘机，装载机,最典型。,机构变异,方法,改变构件的形状及运动尺寸,改变运动副的尺寸,选用不同的构件为机架（即,机构的倒置,）,运动副元素的逆换,增加辅助构件,（,课本,p286,）,机构再生运动连设计法,（参看王德伦编写的机械原理教材，,2011.9,，机械工业出版社）,参考方案,方案一,X,型杆链设计及其应用,方案二,按给定轨迹要求设计六杆机构,方案三,换向机构,方案四,按任意给定的平面运动设计机构,方案五,蛙式夯土机,方案六,汽车雨刷机构,方案七,闭门机构,方案八,实现两位置要求机构（竖箱机构）,方案九,车库上翻门机构,方案十,简易关节机构机器人,方案十一,夹钳机构,方案十二,电动牙刷,方案十三,椭圆齿轮连杆机构,方案十四,印刷机送纸机构,方案十五,齿轮连杆机构,方案十六,柔性链,杆传动,方案十七,平动链轮机构,方案十八,空间球面机构,方案十九,迭联式组合机构,方案二十,十杆犁提升机构,方案一,X,型杆链设计及其应用,请思考利用,X,型杆单元集成构造具有弧型特征的杆链。考虑折叠条件，利用弧型和折叠创造一些实用机构，如野营帐蓬等。,方案二,按给定轨迹要求设计六杆机构,这是一种六杆机构，根据,A,点的轨迹要求，例如直线，设计该机构。,watt mechanism,A,方案三,换向机构,这是一种换向机构，请分析它的运动与力，并考虑进行参数优化。,1,2,3,4,5,6,该机构由,8,个构件，,9,个转动副组成的三个自由度的,8,杆机构，在该机构的构件,7,上任一点,P,可实现平面的任意运动轨迹。在进行机构分析时，构件,1,，,2,，,3,为原动件，各自具有独立的运动规律，构件,4,，,5,，,6,及运动副,D,、,E,、,F,、,G,、,H,、,I,组成一个三级基本杆组，通过对这个三级杆组进行运动分析可求得,P,点的运动规律。,方案四,按任意给定的平面运动设计机构,B,H,E,P,I,A,D,F,C,1,2,4,7,5,6,3,8,方案五,蛙式夯土机,建筑工地中常用到这种打夯机，请对其进行动力学分析，计算出冲击力的大小，并对配重及参数进行设计。,5,4,3,1,2,2,1,方案六,汽车雨刷机构,2,1,3,4,5,6,汽车雨刷机构多种多样，请分析该种机构，并提出一种新的机构。,方案七,闭门机构（地铁门）,1,2,6,5,3,4,此为由一曲柄滑块机构进行控制地铁门开合的应用实例，其设计分析加工制造及装配非常简单。通过构件,1,（滑块）的移动来控制构件,4,（门）的开启与闭合，当外力去除后，构件,1,在弹簧,6,的力作用下会自动关闭，以保证地铁在运行过程中，车厢门关闭的可靠性与安全性。设计该机构在适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。,该机构使箱体由横向位置转换至竖向位置，这个机构主体是一个四杆机构，主要是实现由,B,、,C,到,B,、,C,两个位置的设计。对该机构进行分析时，可令构件,3,为原动件，由构件,1,，,2,及运动副,A,，,B,，,C,组成一个,RRR,二级组，可利用解析法精确求解,B,、,C,的位置，也可以利用作图法进行二个位置的设计。这一机构已用于某电冰箱厂，试分析构件,2,在翻转运动过程中的受力分析。,方案八,实现两位置机构（竖箱机构）,A,D,E,C,B,B,E,F,C,1,4,5,2,3,方案九,车库上翻门机构（建设部标准）,B,G,C,A,4,1,2,3,这种车库门机构，实际是曲柄滑块机构。系统整体处于平衡状态，当汽车自由向外开出时，它可以靠车本身力量冲开。具有安全保护作用，请分析该构件中配重,G,的选择的合理性。,方案十,简易关节机器人（各种三关节）,简易机器人有多种类型，可设计其中一种。,每一个关节可以是移动副或转动副，有多少种机构类型请总结。,方案十一,夹钳机构（力放大机构）,夹钳是建筑工地常用的工具。它有各种类型的结构，请收集研究各种类型并比较优缺点，然后选优进行设计。,方案十二,电动牙刷,截面扩大运动副原理简图,3-,活动连杆,2-,牙刷头导杆,1-,牙刷外壳,5-,直流电机,6-,电池,4-,偏心轴,获得,从而有效减小结构尺寸,;,2.,运动原理图的曲柄摇杆机构在结构上通过扩大运动副,1.,牙刷头可绕轴线左右摆动,摆角范围为,45;,牙刷在日常生活中每天都要用到它，请提出几种新型的电动牙刷机构，使牙刷头部能具有摆动或移动或多撮转动等。,方案十三,椭圆齿轮连杆机构,请分析椭齿轮连杆机的运动轨迹图谱，并构思利用连杆上某一点的轨迹曲线进行实际应用。,该方案为凸轮机构与连杆机构的组合机构，用来实现任意给定轨迹的机构综合，五杆机构具有两个自由度，由双联凸轮作为原动件给该五杆机构提供两个已知的运动规律，该机构具有确定的运动。在进行连杆机构运动分析时，将构件,2,及构件,4,作为原动件，其运动规律已由凸轮给定，由构件,3,、,5,及,C,、,F,、,E,组成一个,RRR,二级组。在这个二级组中可以求得,G,点的运动轨迹，通过调整两原动件,2,、,4,的运动规律，可对,G,点的运动轨迹进行调整，实现给定轨迹的要求。同样，也可按给定的,G,点的运动轨迹及相应的运动规律来得到两个原动件的运动规律，最后得到双联凸轮的理论廓线，实际廓线及安装角。,方案十四,印刷机送纸机构,B,G,F,E,A,D,2,1,3,4,5,C,该机构用于将回转运动转换成往复直线运动，构件,1,为主动，以角速度,1,绕,A,点进行回转运动，由构件,1,，,2,，,3,，,4,及运动副,A,、,B,、,C,、,D,组成一个曲柄摇杆机构，在摇杆,CD,上固联一个齿轮，该齿轮随摇杆进行往复摆动，通过齿轮与齿条啮合传动，将曲柄,AB,的回转运动就转换成了齿条的往复直线运动。,方案十五,齿轮连杆机构,在进行运动分析时，可将构件,2,、,3,及运动副,B,、,C,、,D,拆分成一个,RRR,二阶基本杆组进行分析。,F,C,A,B,D,E,2,1,3,4,5,该机构中，构件,1,，,2,分别为两个链轮，构件,1,为主动件，以角速度,1,进行回转运动，通过构件,6,（链）的传动，实现构件,1,，,2,的回转运动。在构件,6,上有一个转动副与构件,3,相连接。在进行机构的运动分析时，,C,点的运动规律是由,1,及链轮确定，则将构件,3,，,4,及运动副,C,、,D,、,E,拆分成一个,RRR,二级组既可进行分析计算。请分析构件,4,的运动规律。,方案十六,柔性链,杆组合机构,A,C,B,E,D,2,6,5,4,3,1,1,方案十七,平动链轮机构（玩具）,平动机构具有很广泛的应用