(附录)机构的创新设计

(附录)机构的创新设计 1 机构形式设计的原则 机构形式设计具有多样性和复杂性，满足同一原理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的要求，可采用不同的机构类型。在进行机构形式设计时，除满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下几项原则。 1(1 机构尽可能简单 1(机构运动链尽量简短 完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本:此外也可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，从而提高零件加入工艺性和增强机构工作可靠性。运动链简短也毛利于提高机构的刚度，减少产生振动的环节。考虑以上因素，在机构选型时，有时宁可采用有较小设计误差的简单近似机构，而不采用理论上无误差但结构复杂的机构。图1—1所尔为两个直线轨迹机构，其中国a为f点有近似直线轨迹的四仟机构，图b为理论广仓点有精确直线轨迹的八杆机构c实际分析表明，在保证同一制造精度条件F，后者的实际传动误差约为前者的2,3倍，其主要原因在于运动副数目增多而造成运动累积误差增大。 2适当选挥运动副 在基本机构中，高副机构只有3个构件和3个运动副，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方圆考虑，应优先采用高副机构。但从低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构。究竞选择何种机构，应根据具体设计要求全而衡量得失，尽可能做到“扬长避短”。在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副(制造巾不易保证高精度，运动中易出现自锁)。在执行构件的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构，如凸轮机构或这杆—凸轮组合机构。 图1—1 实现直线轨迹的机构 3适当选择原动机 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。在只要求执行构件实现简单的工作位置变换的机构中，采用图1—2所示的气压或液压缸作 为原动机比较方便，它同采用电动机驱动相比，可省去一些减速传动机构和运功变换机构，从刚可缩短运动链，简化结构，且具有传动平稳、操作方便、易音:调速等优点。再如，对 图1—3所示钢板叠放机构的动作要求是将轨道正的钢板顺滑到叠放槽中(图中右侧末示出)。图a为六杆机构，采用电动机作为原动机，带动机构中的曲柄转动(末画出减速装置);图b为连杆—凸轮(为固定件)机构，采用液压缸作为原动件直接带动执行构件运动。可以看出后吝比前者要简单。以上两例说明，改变原动件的驱动力式毛可能使机构结构简化。 此外，改变原动机的传输方式，也可能使然构简化。在多个执行构件运动的复杂机器巾，若由竿悦(原动)统一驱动改成多机分别驱动，虽然增加了原动机的数目和电控部分的要求，侗传功部分的运功链却可大为简化，功率损耗也可减少。因此，在 台机器中只采用一个原动机驱功不—定就是最佳方案。 4(选用广义机构 不要仅限于刚性机构，还可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理工作曲广义机构，许多场合可使机构更加简单、实用。 图1—2 实现位置受换的液压机构 图1—3钢板叠放机构 1.2 尽量缩小机构尺寸 机械的尺寸和重量随所选用的机构类型不同而有很大差别。众所周知，在相同的传动比情况下，周转轮系减速器的尺寸和重量比普通定轴轮系减速器要小得多。在连杆机构和齿轮机构中，也可利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理或利用杠杆故人或缩小的原理等米缩小机构尺4。在图1—4所示连杆—齿轮机构中，因为利用了小齿轮3的节圆与活动齿条在正点相切作纯滚动，而与固产齿条相切在D点，且为绝对瞬心。因此，活动齿条上z点的位移是c点位移的2倍，是曲柄长的4倍。显然在输出位移相同的前提下，其曲构比一般对心曲柄滑块机构的曲柄长可缩小—半，从而可缩小整个机构尺寸。 一般说来，圆柱凸轮机构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件行程较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠杆原理相应缩小。在图1—5所示凸轮-连杆机构中，利用—个输出端半径大于输入端半径的摇杆剧BAC，佼C点的位移大丁B点的位移，从而可在凸轮尺rr21 寸较小的情况下，使滑块获得较大行程。 图1—4 使位移增加的连杆—齿轮机构 图1—5 使位移增加的凸轮—连杆机构 1.3应使机构具有较好的动力学特性 机构在机械系统中不仅传递运动，而凰还要起列传递和承受力(或力矩)的作用，因此要选择有较好的动人学特件的机构。 1(采用传动角较大的机构 要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传力效益，减少功耗。尤其对于传力大的机构，这一点更为重要。如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，摆动导杆机构最为理想，其压力角始终为零。从减小运动副摩擦，防止机构出现自锁现象考虑，则尽可能采用全由转动副组成的连杆机构，因为转动副制造方便，摩擦小，机构传动灵活。 2采用增力机构 对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构(如冲压机械中的主机构)，应采用“增力”的方法，即瞬时有较大机械增益的机构。如图1—6所示为某压力机的主机构，曲柄AB为原动件，滑块5为冲头。当冲压工件时，机构所处的位置是和,角都很小的位, 置。通过分析可知，虽然冲头受到较大的冲压阻力F，但曲柄传给连杆2的驱动力很小。F12 ,,,,0、,,2当时，仅为F的7,左右。由此可知，采用了这种增力方法后，即使该F12 瞬时需要克服的工作阻力很大，但电动机的功率不需要很大。 3(采用对称布置的机构 对于高速运转的机构，其作替复运功和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性(以减小运转过程中的动载荷和振动。如图1—7所示的摩托车发动机机构，由于两个共曲柄的曲柄滑块机构以点A为对称，所以在每一瞬间共所有惯性力完全互相抵消，达到惯性力的平衡。 图1—6压力机主机构 图1—7 对称布置的连杆机构 2 机构的选型 所谓机构的选型，是指利用发敬思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，然后根据原理方案确定的执行构件所需耍的运动特性或实现功能进行搜索、选择、比较和评价，选出合适的机构形式。 2(1 按运动形式要求选择机构 机构选型一般先按执行构件的运动形式要求选择机构，同时还应考虑机构的功能持点和原动机的形式。本节以原动机采用电动机为例，说明机构选型的基本方法。 机械系统中，电动机输出轴的运动为转动，经过速度变换后，执行机构的原动件的运动形式亦为转动时，而完成各分功能的执行构件的运动形式却是各种各样的。表1—1给出了当机构的原动件为转动时，各种执行构件运动形式、实现机构及应用举例，供机构选型时参考。当机构执行动作的功用很明确，如夹紧、分度、定位、制动、导向等功用时，设计者可遵照这些功用查阅有关机构手册，分析相应功能的各类机构，进行选择。 实现同一功能或运动形式要求的机构可以有多种类型，选型时应尽可能将现有的各种 机构搜索到，以便选出最优方案。例如，能使牛头刨床的刨刀具有急回特性的往复直线运动的机构有多种方案(如图1—8所不)，可对这些方案进行分析、评价，最终选出理想方案。 图1—8 牛头刨床刨刀急回往复运动机构初选方案 表1—1 执行构件运动形式及其实现机构 2(2 机构方案的评价 1(评价指标和评价体系 满足同—运动形式或功能要求的机构方案有很多，对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等方面进行综合评价。表1—2列出了各项评价指标及其具体项目。 需要指出的是，表1-2所列的各项评价指标及其具体项目，是根据机构系统设计的主要 性能要求和机械设计专家的意见设定的。对于具体的机构，这些评价指标和具体项目还需要依实际情况加以增减和完善，以形成一个比较完整的评价指标。 表1—2机构方案评价指标 所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询，确定计价指标及其评定方法。对于不向的设计仟各，应根据具体情况，拟定不同的评价体系。例如，对于重载的机械，废对其承载能力一项给予较大的重视;对于加速度较大的机械，应特别重视其振动、噪声等问题。针对具体设计任务，科学地选取许价指标和建立评价体系是一项十分细致和复杂的工作，也是设计者面临的重要问题。只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质量和效率。 2(典型机构的评价 表1—3典型机构的评价 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种机构是最常用的机构，其机构特点、工作原理、设计方法巳为广大设计人员所熟悉，并且它们本身结构简单，易于应用，往往成为首选机构，故对它们作初步的评价，供初学者参考，见表1—3所示。 3机构的构型 当应用选型的方法初选出的机构形式不能完全实现预期的要求，或虽能实现功能要求但存在着结构复杂、运动精度不够或动力性能欠佳等缺点时，设计者可以采谢创新构型的方法，更新构筑机构的形式，这是比机构选型更具有创造性的上作; 机构创新构型的基本思路是:以通过选型初步确定的机构方案为雏型，通过组合、变异、再生等方法进行突破，获得新的机构。机构创新构型的方法很多，本节介绍几种常用的方法， 3(1 利用组合原理构型新机构 机器可用来减绊人们繁重的体力劳动，执行机构需要实现人们在劳动中的各种动作，如转功、移动、摆动、间歇运动以及预期的轨迹等。随着生产的发展(以及机械化、自动化程度的提高，刘其运动规律和动力特性都提出了更高的要求。简单的齿轮、连杆和凸轮等机构往并不能满足上述要求。如连杆机构难以实现一些特殊的运动规律;凸轮机构虽然可以实现任意运动规律，但行程不可调;齿轮机构虽然具有良好的运动和动力特性，但运动形式简单;棘轮机构、槽轮机构等间歇运动机构的运动和动力特性均不理想，具局不可避免的速度、加速度波动，以及冲击和振动。为了解决这些问题，可以将两种以上的基本机构进行组合，充分利用各白的良好性能，改善其不良特性，创造出能够满足原理方案要求的、具有良好运动和动力持件的新型机构。 组合机构的类型很多，每种组合机构具有各自特有的型组合、尺寸综合及分析设计方法。组合机构结构比较复杂，设计计算繁复，研究起来比较困难。随着计算机和现代设汁方法的发展，极大地推动了组合机构的研究发展，目前许多场合都采用了它，尤其在各种自动机器和白动生产线广得到广泛应用。本节按组成组合机构的基本机构的名称来分类，主要介绍常用组合机构的性能特点和适用场合。 1(齿轮—连杆机构 1)实现间歇传送运动 图1—9齿轮—连杆间歇传送机构 ,,图1—9所示为间歇传送机构，—对曲柄3与由齿轮1经两个齿轮2与推动同步回23 转，曲柄使连杆4(送料动梁)平动，5为工作滑轨，6为被报送的丁件。由十动梁上任一点的运动轨迹如图巾点画线所尔，故可间歇地报道工件。该机构常用十自动机的物料间歇送进，如冲床的间歇送料机构、轧钢厂成品冷却车间的钢材送进机构、糖果包装机的送纸和送糖条等机构。 2)实现大摆角、大行程的拄复运动 设计曲柄摇杆机构时，因许用传动角的关系，摇仟的摆角常受到限制。如果采用团1—lo a所示的曲柄摇杆机构和齿轮机构构成的组合机构(则可增大从动件的输出摆角。该机构常用于仪表中将敏感元件的微小位移放大后送到指示机构(指针、刻皮盘)或输出装置(电位计)等场合。图1—10 b所示KVL上使用的高度表，飞机因飞行高度不同，大气压力发生变化，使膜盒5与这杆2的铰链点c 4f移，通过连杆2使摆仟3绕轴心4摆动，与摆仟3相固联的扇齿轮4带动齿轮放大装置5、6，使指针6在刻度盘7上指出相应的飞机高度。