机构创新综合方法的应用

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1、第26卷第4期机械设计Vo1．26No．42009年4月JOURNALOFMACHINEDESIGNApr．2009机构创新综合方法的应用冯俊(重庆工商大学机械工程学院，重庆400067)摘要：单自由度机构是机械中应用连杆机构的最常见形式，它可将给定的输入运动变换成所需的输出运动，以实现预期功能。文中简要讨论了两种F=1的机构创新设计方法：一种是在有明确功能需求情况下进行机构创新综合法；另一种是基于原机械装置的机构创新综合法。关键词：机构创新综合；特定化创新；再生创新；设计树中图分类号：TH112文献标识码：A文章编号：10

2、01—2354(2009)04—0045—04在机构的创新综合过程中，通常可根据机构的杆件数及自轮一滑块机构，此时机构至少应增加2个中间杆件，则机构至由度数进行运动链的构型综合，得到满足基本条件的运动链原少为六杆运动链。F=1的六杆单铰运动链仅有瓦特链与斯蒂型。一般原型运动链仅仅包含转动副的单铰运动链，再以此作芬森链2种，如图1所示。为创造性设计的依据，通过运动链演化、衍生等多种途径来获得各种满足设计要求的新机构与机械系统⋯，其主要方法有：(1)运动副替代，产生自由度不变的包含多种运动副的运动链。(2)二元素杆的增加与减少，

3、产生自由度及构件均发生变化的新单铰运动链。(a)斯蒂芬森链(b)瓦特链(3)多元素杆的局部与全部收缩，产生复铰运动链。圈1六杆单铰运动链(4)运动链的功能结构化设计，产生机构及机械系统的功1．2以单铰运动链为原型进行机构的特定化创新能原理方案。当机构的原型运动链确定后，接下来应根据对单铰运动链现在主要针对F=1的机构讨论2种创新设计方法：一种创新综合的基本途径与方法来演化创新，得到满足实际功能需是在明确功能需求情况下进行机构创新综合；另一种是基于原求的机构。机械装置的机构创新综合。继续对上例分析，当选择平面四杆机构为最基本的

4、凸轮一滑块机构的原型运动链时，由于机构中存在凸轮高副，且输出新机构的创新设计为移动副，则应对四杆机构进行运动副的替代，不难发现替代后运动链为1R1P1Z[43形式(R为转动副、P为移动副、Z为凸1．1单铰运动链原型的选择轮高副)。同时可明确输入运动为转动，构件1为驱动件(即为任何一个设计，其首要工作应明确设计目的和设计任务以凸轮)，输出运动为移动，构件3为输出件(滑块)，构件2为相及设计出机构应实现的功能。机械系统的功能分析是机构创对固定的机架，从而得到其机构简图如图2所示。滚子4并非新设计中非常重要的环节，是后续设计的基础

5、。最基本的功能运动链中的构件，在此只是起到减少凸轮副磨擦损耗的作用。分析是确定输入、输出运动形式和相关约束条件，从而总结出为实现所需功能所需的机构自由度、各类型构件数目、机构中各类运动副的分配情况等J。在进行机械装置的功能分析之后，可根据现有的单铰运动链图谱找出满足机构自由度要求和输出移动基本功能要求的单铰运动链，且这些仅含连杆与转动副的所有单铰运动链原型可作为下一步创新综合的基础。现举一个实例说明。要求设计一个能较精确地实现预期运动规律(将转动变换为移动)的传动系统——凸轮控制机构。则可确定凸轮为原动件，滑块为输出构件，该

6、凸轮要求恒速转图2平面四杆运动链替代后的机构动，以驱动滑块沿固定导轨移动，而滑块要按规定的行程作往若要满足力或运动的扩大功能，则可分别选择瓦特链与斯复运动。按以上要求分析，机构的自由度为1，应选择F=1的蒂芬森链为原型的六杆运动链并使机构中同时存在凸轮高副运动链，而满足需求的最简单运动链为平面四杆链。假若要求有力(力矩)及运动的扩大(缩小)等功能，则必须增加主从动件和齿轮高副。先讨论瓦特链，如图3所示。根据运动副替代方间的中间传动系统。机构从凸轮滑块机构扩大为凸轮一齿法，可将瓦特链中的构件2与转动副曰和C替代为凸轮副HS，}

7、收稿日期：2008—10—27：修订日期：2009—02一l6作者简介：冯俊(1971一)，男，重庆人，讲师，工学硕士，研究方向：机械设计，发表论文10篇。机械设计第26卷第4期构件1则为凸轮；构件4与转动副E和G替代为齿轮副Hs，构动凸轮1转动时，利用凸轮传动使齿轮3实现往复摆动，由于齿件3为齿轮，构件5为齿条也即是滑块。接下来确定出三元素轮3与机架6所含齿条的啮合，齿轮3的中心相对于机架6成杆6为机架，即可设计出机构运动简图，如图4所示。图中1为往复直线运动，再通过齿轮3与滑块4的铰接，最终形成滑块4主动凸轮，通过主动凸

8、轮带动齿轮3摆动，再通过齿轮齿条的相对于机架6的往复直线运动输出。啮合，实现滑块5的往复移动输出，达到预期功能。图6b方案是以构件4为机架，通过凸轮驱动输入转动，再通过凸轮1将转动传递给齿轮3，齿轮3与滑块齿条6啮合，使滑块齿条6相对机架4作往复移动输出。在上述方案中为减少C凸轮上的磨擦损