机械创新设计第四章机构的创新设计.ppt

第4章 机构的创新设计
机械创新设计
机构的变异设计与创新
机构组合设计与创新
机构再生设计与创新
广义机构的应用
机械创新设计第四章机构的创新设计
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机构的变异设计与创新
机械创新设计
机构创新设计基本方法有机构的变异、组合、再生与广义机构的应用等。
机构的变异是在某个现有机构的基础上，进行结构的改变或变换。
变异与演化的方法──运动副或构件的变异与演化、机构的扩展、倒置、等效或移植等。所获得的新机构称为变异机构
应用变异机构是为了改善、扩展原始机构的性能，开发新功能，同时为机构的组合提供更多的基本机构。
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运动副的变异与演化
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运动副——两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联结；是构件与构件之间的可动连接，作用是传递运动与动力，变换运动形式。
运动副元素的特点影响著机构运动传递的精度，机构动力传递的效率。
1. 运动副元素尺寸的变异
扩大转动副：增大转动副的销轴和轴孔的直径尺寸，各构件之间的相对运动关系没有改变。
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右图所示曲柄摇杆机构，转动副B扩大，其销轴直径增大到包括了转动副A，此时，曲柄1就变成了偏心盘，连杆2就变成了圆环状构件，原始机构就演化成一个旋转泵。
该泵的工作原理是，偏心盘1为主动构件，绕固定铰A做定轴转动；环状连杆2沿机壳内表面做无间隙的平面运动，它们之间形成了变化的空间，用于流体的吸入与压出；连架杆3绕固定铰D做摆动，同时也作为隔板将泵体内的输入腔与输出腔隔离开。可以看出，由于转动副的扩大而导致具有新功能的机构产生。
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一端为杆状的套圈，圆环端套在偏心盘1上，杆状端插入支撑块3上，并沿支撑块3滑动；支撑块3与壳体4组成转动副。当偏心盘1转动时，液体按图示箭头方向流动，套圈2的叶片a用以把吸入腔与输出腔隔开。这样使一个曲柄摇块机构就变异演化为一个旋转泵。
右图所示曲柄摇块机构，转动副B扩大，其销轴直径增大到包括了转动副A，此时，曲柄1就变成了偏心盘1，偏心盘绕A转动；导杆2就变成了一端圆环状，另
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扩大移动副：增大移动副的滑块和导路的尺寸，并且尺寸增大到将机构中其他运动副包含在其中。
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如右图所示冲压机构系将移动副扩大，并将转动副A,B,C均包含在其中，并且连杆2的端部圆柱面a-a与滑块3上的圆柱孔b-b相配合，它们的公共圆心为C点。当曲柄1绕A轴回转时，通过连杆2使滑块3在固定导槽内作往复移动。因滑块质量较大，连杆的刚度也较大，将会产生较大的冲压力。
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上图所示为一曲柄导杆机构扩大水平移动副C演化为顶锻机构，大质量的滑块将会产生很大的锻压力。
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2. 运动副元素形状的变异
在下图(a)所示的曲柄摇杆机构中，摇杆3上点C的轨迹是以D为圆心，LCD长为半径的圆弧；若构造一个弧形槽，将滑块制成扇形结构并置于槽中，机构运动特性并未改变，见图(b)；若将弧形槽半径增至无穷大，则弧形槽就演变为直槽，滑块也变为长方形滑块，转动副也就演化为移动副。铰链四杆机构也就演化为偏置式曲柄滑块机构，见图(c)。当图中偏距e=0时，则成为对心式曲柄滑块机构，见图(d)。
(a) 　　　(b) 　　　　　 (c) 　　　　 (d)
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其他如齿轮的基圆半径增至无穷大时，其渐开线的形状就变成直线，圆形齿轮也演化为齿条。槽轮副的展直，棘轮副的展直，凸轮副的展直等等，都是这样的变异。
下图(a)是一个不完全齿条机构，主动齿条作往复移动，从动件2在往复摆动中间位置有停歇；图(b)是槽轮机构的展直变异。主动拨盘1连续转动，从动件2间歇移动，锁止形式与槽轮机构相似。
(a) 　　　(b)
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2) 绕曲
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如下图所示，楔块机构的斜面接触若在移动平面上进行绕曲，就变成盘形凸轮机构的平面