A s at I odrgi teai ds n e o mehns cmb ai i sr si cn o bt c: n e t a h cet e i shme cai o i t n ei w c a acm- r r o n r v e g c f m n o n e h h c pi te etn fnt n o te io te c o aa s , gnrlc o id ie it sb lh epc t co , h bs f fnt n l i te ea fnt n i ddo - s h x a u i n a s h u i n y s h e u i s v n u fnt n ad nes mehns w i cncm lhdebfnt n aes nd ay u c o s te t b i cai i n h h a c ms c a a o pi e t s - c o s d i e b n h h c s h u u i r eg y p si eas Ma yai ds n e smehns aend uig m to o meh n m os l men. n cet e i shme o cai r gie b s te hd cai b r v eg c f m a y n h e f s cmb a o i sr s A crig te u e ette cai l t a d eeui meh- o i t n ei . od t h rq i m n o h mehnc ss m te ct e ca n i n e c n o e r f a ye n h x v ns cet e i shm sm cai ae l e ad l td ad bs mehn mhm i i m, rai ds n e e o ehns r aa zd ea ae , n te tcai s e e v eg c f m n y n vu h e s c s
J U N L Q N D ON V R I Y 《 &T O R A O I G A U I E ST E ) F
对上述子机构进行组合 , 得到 9 个创新设计方案。在这 9 种机构创新设 计方案中, 中间子机构采用图 2 所示子机构的 3 a 种方案, 由于滑块在工作过 程中受到法向力的作用 , 增大了滑块水平方 向运动时的摩擦力, 受力情况较 差; 中间子机构采用图 2 所示子机构的 3 c 种方案 , 滑块在工作过程 中也受到 法向力的作用而增大 了滑块水平方 向运动时的摩擦力, 受力情况也较差 , 另 外, 由于该子机构采用了扇形齿轮和齿条, 其加工成本和安装精度要求较高; 中间子机构采用图 2 所示子机构的 3 b 种方案, 滑块在工作过程中主要受水平 力的作用 , 摩擦力较小, 受力情况较好 , 加工成本较低。从结构简单、 占据的 所 空间尺寸小 、 便于加工等方面考虑, 在图 3 所示的 3 种后置子机构中, 选择 图 3 所示的后置子机构更为合适 。因此 , b 最终确定的创新设计方案如图 4 所示。 该串联式机构组合系统的原动件为盘形凸轮 , 凸轮 1 旋转时推动摆动从 动件 2 摆动, 从而带动水平执行构件 3 按照机械运动循环图要求的运动规律 运动并实现预期动作, 构件 3 与构件 4 之间采用了滚子高副联接, 以减小摩擦 图 4 机构组合创新设计方案 阻力同时保证构件的受力方向与运动方向一致; 构件 3 同时作为后置子机构的输人构件被设计成移动凸轮, 构件 3 移动到一定位置时, 将构件 5 压下从而实现将构件 6 抬起的动作。由于空间很小且构件受力较小 , 所
文章编号 :0 6 9 9 (0 4 0 一 00 0 10 一 7 8 2 0 )3 0 5 一 3
( 青岛大学机电工程学院, 山东 青岛 267) 601 摘要: 为了得到能实现预期功能的串联式机构组合创新设计方案, 在对预期功能进行认 真分析的基础上, 将总功能分解为若干个分功能, 然后尽可能多地构思能实现各分功能的 子机构。根据各子机构的特点, 按串联方式进行机构组合从而得到多种机构创新设计方 案。最后根据对机械系统以及执行机构的具体设计要求 , 已得到的创新设计方案进行 对 分析、 评估并从中选出最佳的机构组合设计方案。 关键词: 创新设计; 功能分析; 机构组合 中图分类号: H12 T 1 文献标识码: A 机构创新方法主要有特点利用法、 运动合成法、 联想扩展法、 组合创新法、 类型变异法、 类型替代法等多 种方法[ 2 C1 1 。根据机构的组合原理对机构进行组合设计是发展新机构的重要途径之一。机构的组合原理是 - 指将几个基本机构按一定的原则或规律组合成一个复杂的机构, 这个复杂的机构一般有两种形式 , 一种是几 种基本机构融合成性能更加完善、 运动形式更加多样化的新机构, 被称为组合机构 ; 另一种则是几种基本机 构组合在一起, 组合体的各基本机构还保持各 自特性, 但需要各个机构的运动或动作协调配合, 以实现组合 的目的, 这种形式被称作机构的组合。机构的组合方式主要有以下四种: 串联式机构组合、 并联式机构组合、
T eet es n Meh ns C mbn t n Sr s h C ai D i o r v e g f ca i mo iai i ei o n e
B sd ten t n ayi ls ae o h F ci A n u o n s
K yrs cet e in fnt na s ; ehns cm i t n e w d:a v ds ; u c o a l i m cai o bn i o r i eg i n ys m ao
收稿 日期 :0 3 15 20 一1 - 2 作者简介: 张继忠(94 )男 , 16 一 , 副教授, 工学硕士, 主要从事机械创新设计及新型动力机械方面的研究及开发工作。
在明确了各子机构的分功能后, 即可分别寻找实现上述分功能的具体机构。根据机械系统的整体布局 和结构设计要求前置子机构采用摆动滚子从动件盘形凸轮机构; 中间子机构有摇杆滑块机构、 扇形齿轮齿条 机构等 3 种选择, 其机构示意图如图 2 所示; 后置子机构可采用移动凸轮机构, 根据其余从动件组合方式的 不同可组成 3 种不同的机构, 即后置子机构有 3 种机构可供选择 , 其机构示意图如图 3 所示。
根据使用要求确定的该机构组合系统的总功能是将凸轮的旋转运动转化为水平方向的较大行程的往复 移动( 主要功能) 和铅垂方向的往复移动( 辅助功能) 。为实现上述总功能, 将其分解为 3 个分功能:
1 将凸轮的旋转运动转化为往复摆动; ) 2 将往复摆动转化为往复移动并将运动放大; ) 3 将水平方向往复移动转化为铅垂方向的往复移动。 )
子机构根据分功能要求选择平行 四边形机构 , 当平行 四边形机构的两连架杆做转速 相同的旋转运动时, 其连杆的运动形式为平动。中间子机构采用齿轮机构可实现改变 转动方向的功能要求 , 同时结合平行四边形机构的特点 , 同时驱动两连架杆做等速转 动。按照串联式机构组合原理对上述子机构进行组合后 , 形成了可实现总功能要求的 创新设计方案 , 机构示意图如图 5 所示。 当活塞杆 相对于液压缸 3 2 往复移动时, 液压缸 3 往复摆动, 同时活塞杆 2 推动 摆杆及中间齿轮( 构件 4转过一定的角度 , ) 中间齿轮带动 2 个从动齿轮转动并实现换 向。分别与从动齿轮固连在一起的 2 个曲柄作等速转动并带动连杆 6 作平动, 实现了 预期功能 。
复合式机构组合、 叠加式机构组合〔4 31 - 。本文采用基于功能分析的方法对作者在实际设计过程中遇到的两
串联式机构组合是指若干个单 自由度的基本机构顺序联接, 每一个前置机构的输出运动是后置机构的 输人, 若联接点设在前置机构中作简单运动的构件上, 即形成所谓的 I 型串联式组合, 如图 1 所示。 I 型串 联式组合常用于改善输出构件的运动和动力特性 , 或用于运动或力的放大。
参考 文献 : [] 1 [] 2 [] 3 [] 4 李瑞琴, 邹慧君. 现代机构的创新设计理论与方法研究〔]机械科学与技术, 0 ,2 ;3 8. J. 2 320)8 一 5 0 邹慧君, 孔凡国, 随文科. 机构创新方法研究[]机械设计与研究,961()5 7 J. 19 ,21: 一 . 张春林 , 曲继方 , 张美麟. 机械创新设计[ . M]北京: 机械工业出版社 ,99 19. 申永胜. 机械原理教程[ . M]北京 : 清华大学出版社 ,99 19.
以构件 5 与构件 6 之间采用了高副联接, 构件的回落动作靠弹簧实现。
在钢板折弯机中, 压紧机构的主要功能就是带动压板作平动, 将钢板压紧在工作台上, 为折弯机构完成 折弯动作做好准备。根据机械系统的总体设计要求, 该机构的原动件采用摆动式液压缸, 通过摇块机构将活 塞杆的往复移动转化为摆杆的往复摆动。 要实现压紧机构的预期功能, 单靠摇块机构是不可能实现的。为了改变运动形式 , 必须采用串联式机构 组合, 为此将其总功能分解为 3 个分功能: 1 将活塞杆相对于缸体的往复移动转化为摆杆的往复摆动; ) 2 根据空间位置的要求改变摆杆的摆动方向; ) 3 将往复摆动转化为压紧装置的平动, ) 以实现压紧动作并确保压紧可靠。 在此基础上寻找和构思实现上述分功能的子机构。前置子机构根据总体设计要求选择摇块机构 ; 后置
通过上述 个创新设计实例表明, 2 在对串联式机构组合系统进行创新设计时, 可 以首先从功能分析人手 , 明确功能要求 , 在此基础上将该机构组合系统需完成的总功 能分解为若干个分功能 然后尽可能多地构思实现各分功能的子机构, 并对其按串联 ,。 机构 组合示意图 t 曰 j 方式进行组合从而得到多种创新设计方案。最后根据具体设计要求对各创新设计方 案进行分析、 评估并从中选出最佳方案。