机构的变异创新详解.ppt

第五章 机构的创新 5.1 简单动作功能 ——用来实现运动和力的简单转换5.1.1 简单机构的特点与应用 主要指人类最初创造的各种工具和简单的器械。如杠杆、斜面、滚轮。尤其是轮子是人类最伟大的创造发明，现代的各种机器中，是离不开旋转的轮子和轴的。 特点：只用极少的构件（一般不成为典型的“机构”），实现简单而巧妙的动作。 举例：电视机调节盒盖——双动操作器。 圆珠笔按钮 录音机的联动按键 魔方 百叶窗 拉链 安全带带扣 ———— 举例： 要实现特定的动作功能 ——巧妙的构思。 圆珠笔按钮功能原理分析 笔芯齿轮在笔套内时的情况 拉链功能原理分析 举例：钥匙与锁 举例：钥匙与锁 弹子锁——钥匙与锁芯 一把钥匙开多把锁？ 5.1.2 机械零件自由度分析 简单动作功能具有广泛的用途和宽阔的空间。简单动作功能通常通过两个零件之间接触表面形状的巧妙组合实现，求解动作功能时针对所要实现的动作功能（运动规律、运动轨迹），对零件的几何形体进行构思。 ——也叫几何形体组合法 对简单动作功能优秀设计案例的分析可以获得很多灵感，学到很多巧妙的设计方法。 引入虚约束 变换运动副 增加辅助机构 1.利用构件的运动性质演化变异 作往复运动的构件，可利用其单程的运动性质，改变构件的形状以实现这个单程运动间歇地重复再现，从而演化出新的机构。 例：平行四边形机构的变异 平行四边形机构运动到四个构件为一直线时，机构处于止点位置，造成机构运动不确定。可行的一个办法是采用两个以上相同机构的组合(图b)，由此联想，若曲柄上的各活动销轴铰接在同一个圆盘上，则变成了图c的形状。该机构还可进一步变异，把连杆2全部 例：双转块机构的变异 图示双转块机构，块1转动，通过连杆2将转动传递给块3，按机构原形的结构形状，两个转块是无法实现整周回转的。若分别将构件1、2、3的形状改变成含有滑槽和凸榫的圆盘形状，则构造了一个十字滑块联轴器(图b)，其中连杆2变成了图c所示的两面各有矩形条状凸榫的圆盘，且两凸榫的中心线互相垂直，并通过圆盘中心。转盘1和3上各开一个凹槽，2 3.增加辅助结构 采用辅助结构解决如运动不确定问题、运动规律可调性问题等。 (1)转动导杆机构 图a示转动导杆机构，若将导杆的中心线置于曲柄的活动铰链B的轨迹圆上(见图b)，则导杆将以曲柄速度的一半等速转动。加入第二个滑块，并将导杆做成带 (2)凸轮机构 图示一种廓线可变的凸轮机构。凸轮1绕固定轴A转动，推杆2在导轨B中实现一定运动规律的往复移动。为改变推杆2的运动规律，在轮1上装有四片凸轮片，凸轮片上开有圆弧槽，把凸轮片旋转到合适位置，然后用螺钉紧固，就可获得不同形状的凸轮廓线。 4.改变构件的运动性质 改变凸轮作定轴转动的运动性质，使凸轮相对于机架既转动又移动，则从动件实现凸轮的运动和自身相对于凸轮的运动这两项运动的合成，从而实现行程的增大。 图示一种压力角没有增加，凸轮尺寸也没有加大，而推杆行程增大的凸轮机构。 改变机构中运动副的形式，可构型出不同运动性能的机构，以增强运动副元素的接触强度，减小运动副元素的摩擦、磨损，改善机构的受力状态，改善机构的运动和动力效果，开拓机构的各种新功能。 运动副的尺寸变换 运动副元素的接触性质变换 运动副元素的形状变换 1.运动副的尺寸变换——主要是指转动副和移动副的尺寸增大。 1)转动副的扩大——主要指组成转动副的销轴和销轴孔在直径尺寸上的增大，但各构件之间的相对运动关系并没有发生改变，随着转动副的扩大，构件形状也发生了变异，当转动副连续扩大后可展直为移动副，由此可演化出新机构。 铰链四杆机构，通过运动副D尺寸的变化并截割成滑块形状，然后再使构件3的尺寸变长，即DC变长，则圆弧槽的半径也随之增大，到DC趋近于无穷大时，圆弧槽演变为直槽。若构件3改成滚子，它与圆弧槽形成滚滑副，则构件2的运动与原机构的运动相同。若将圆弧槽变为曲线槽，形成以凸轮为机架的凸轮机构，则构件2将得到更为复杂的运动。 2)移动副的扩大——主要是指组成移动副的滑块与导路尺寸的变大，且尺寸增大到把机构中其它运动副包含其中，构件间的相对运动关系并未改变。 图示冲压机构，移动副扩大，将转动副A、B及C均包括在其中。曲柄1通过连杆2带动冲头3作上下往复移动，实现冲压动作。将连杆头处设计成曲面 2.运动副元素的接触性质变换 低副元素的接触性质为滑动接触，高副元素包含有滚动和滑动两种接触性