1机械创新设计-第一章

第一章 机械创新设计基础知识
•2.机械运动的调速与控制 •(1)调速电机——改变电机的工作速度，使电机 能在低速大扭矩的条件下工作，是最理想的调速 方式。 •(2)齿轮减速器
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•(3)其它减速装置——各类带传动、链传动、摩 擦传动都可起到减速作用。 •(4)变速器 有级变速 无级变速
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•(8)间歇运动机 构的基本型—— 指当主动件作连 续运动时，从动 件则随之出现周 期性停歇状态的 机构 •(9)气、液传动机构的基本型——由气压(b)、 液压(a)传动系统控制气缸、液压缸输出动力的机 构 •(10)电磁传动机构的基本型——由电气传动系 统控制电磁开关等动作的机构
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第二节 机械运动与控制 •一、机械运动形态
若不考虑空间运动则机械运动形态只有定轴 转动（含摆动和间歇转动）、往复移动及平面运 动三种。 •1.匀速转动机构——能将主动件的连续匀速转动 变换为从动件的连续匀速转动的机构。如齿轮传 动机构 •2.非匀速转动机构——能将主动件的连续匀速转 动变换为从动件的周期性角速度变化的转动的机 构。如非平行四边形双曲柄机构
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•(4)摩擦轮传动机构——由两个相互压紧的摩擦 轮组成，主动轮依靠摩擦力作用带动从动轮(图 a) •(5)带传动机构的基本型——利用皮带作为连接 主、从动轮的挠性件，依靠带与带轮之间的摩 擦力来传递运动的机构(图b) •(6)链传动机构的基本型——由链轮与链条组成 的具有中间挠性件的啮合传动机构(图c) •(7)螺旋传动机构的基本型——由螺杆和螺母组 成的螺旋副传动机构(图d)
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•二、创新思维
工程技术人员的创造力是多种能力、个性和心 理特征的综合表现，包括观察、记忆、想象、思维、 表达、自我控制等能力，文化素质、理想信念、意 志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能 力是创造力的核心，这些能力和素质，经过学习和 锻炼，都是可以改善提高的。 工程技术人员应该具备丰富的知识和经验、高 度的创新精神、健康的心理品质、严谨而科学的管 理等条件，自觉地开发和提高自己的创造力。 注意：要尽力克服思想僵化和片面性，树立辨证观 点；摆脱传统思想的束缚，不盲目相信权威；消除 胆怯和自卑；克服妄自尊大的排他意识，注意发挥 群体的创造意识。
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•2.机构的组合——把一些基本机构通过适当的 方式连接起来，组成一个机构系统，各基本机 构均保持原来的结构和运动特性，都有自己的 独立性。 •3.组合机构——指若干基本机构通过特殊的组 合而形成的一种具有新属性的机构。组合机构 中的各基本机构已不能保持各自的独立性，所 以不能用原基本机构的分析和设计方法进行组 合机构的设计。
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•平面机构——所有构件都只能在一个平面或相 互平行的平面上运动的机构。 •平面机构运动简图——不考虑那些与运动无关 的因素（如构件的外形和断面尺寸、组成构件 的零件数目、运动副的具体构造等），仅用简 单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一 定比例表示各运动副的相对位置，仅表达平面 机构各构件间相对运动关系的简单图形。 图示为油田 抽油机的机 构运动简图
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• 三、工程中常用机构的基本类型
• 1.机构的基本型 • (1)平面连杆机构——低副联结而成的机构 • 全转动副四杆机构的基本型：曲柄摇杆机构（图 a） • 含有一个移动副四杆机构的基本型：曲柄滑块机 构（图b） • 含有两个移动副四杆机构的基本型：正弦机构 （图c）
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电机正反转，经齿轮驱动固定在大门上的齿条， 使大门往复移动。图b为电动感应推拉门示意图， 两扇门固定在带的上下两侧，利用电机的正反转 和上下皮带的反向运动完成门的开启与关闭动作。
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•2)液压换向
图示为液压 换向传动控 制电路图
•3)自身换向机构——主动件连续转动，从动件作 往复的直线移动。如曲柄滑块机构
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•二、机、气、液机构组合
气缸或液压缸系统与连杆系统的组合，也可 称其为气、液驱动连杆机构。 •1.基本形式——由动作缸和活塞杆组合而成，主 动件一般均为活塞杆，对于比较复杂的工艺动作， 可采用多缸来完成。
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•2.常见运动形式 •(1)固定缸式机构——单出杆固定缸可直接应用 于定位、夹紧、送料、进给等工作中，实现移动 到移动的运动变换。
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第一节 机械的基础知识 • 一、机械及其组成
• 1.机械的概念——机械是人们用以代替或减轻 体力劳动、改善劳动条件、提高产品质量和生 产率的工具。特征： • 1)它们都是执行机械运动的装置。 • 2)它们都能进行物料或信息的变换与传递，并 完成有用的机械功或实现能量转换。 注：机构——用来传递运动和力或改变运动形式 的构件组合体，不做有用的机械功及能量转换， 如剥线钳、门窗启闭的杆件系统等，它们符合 机械的第一个特征，也归属机械。
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•三、机电机构组合
机械技术与微电子技术和信息技术有机结合， 集自动控制、智能、机械运动为一体。 •
机械系统的计算机控制框图
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•四、机械运动的控制
•1.机械运动的换向与控制 •(1)旋转运动的换向与控制 •1)改变电机转向 2） 限位开关换向
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•3.往复运动机构——能将主动件的连续转动变换 为从动件的往复摆动或往复移动的机构。如曲柄 滑块机构 •4.间歇运动机构——能将主动件的连续转动变换 为从动件的间歇转动、摆动或移动的机构。如棘 轮机构 •5.差动机构——能将两个运动合成一个运动的机 构。如差动螺旋机构 •6.实现预期轨迹的机构——从动件上指定点能按 预期轨迹运动的机构。如凸轮机构 •7.可调行程机构——从动件的行程或摆角可调节 控制的机构。如偏心调节机构
•(2)凸轮机构——凸轮与从动件组成的高副机构 •直动从动件平面凸轮机构的基本型：直动对心尖 底从动件平面凸轮机构（图a） •摆动从动件平面凸轮机构的基本型：摆动尖底从 动件平面凸轮机构（图b） •直动从动件圆柱凸轮机构的基本型：直动滚子从 动件圆柱凸轮机构（图c） •摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型：摆动滚子从 动件圆柱凸轮机构（图d）
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•二、机构及其运动简图 •零件——机械中最基本的制造单元，将一些相 互间无相对运动的零件组合起来即成为构件， 最简单的构件只有一个零件。 •构件——机械中最基本的运动单元。将一些相 互间具有确定相对运动的构件组合起来即成为 机构。 •构件类型 •1)机架——机构中固结定坐标参考系并视为固 定不动的构件 •2)主动件——驱动机构的外力所作用的构件 •3)从动件——机构中其余被推动的构件。 •运动副——两构件直接接触形成的可动联接。 •运动链——两个以上构件用运动副联接而成的 相对可动的多体系统。
•3)介轮换向 轮2、3为介轮，左图轮1、4反向转动；右图 轮1、4同向转动。
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•4)摩擦轮换向
•5)自身换向机构——利用机构本身的结构特点， 使从动件的运动自动换向。如曲柄摇杆机构
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•(2)直线移动的换向与控制 •1)改变电机转向来实现往复直线移动
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•3.机械运动的离合与控制 不停止原动机运转的状态下暂时中断执行机 构的工作。
•4.机械运动的制动与控制 缩短机械的停车时间。如机械式制动器、电 磁式制动器、液压制动器、液力制动器、气动制 动器等。
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第三节 机械创新设计中的创新思维与技法
•一、工程技术人员的创造力开发
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•(2)工作机——利用机械能来完成有用功的机 械。 •工作机中必须包含动力机，否则，只能成为 机械装置。 •动力机的种类有限，而工作机的种类却有多 种多样。由于工作机是完成各种复杂动作的机 械，它不仅有运动精度方面的要求，也有强度、 刚度、安全性、可靠性方面的要求。 •(3)信息机——通过各种复杂的信息来控制机 械运动的机械，是一种特殊的工作机。 •如打印机是通过计算机指令来控制打印工作 的，绘图机、复印机、传真机等都是信息机。
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•机械运动简图——构件和运动副用规定符号表 示，各运动副的相对位置按一定比例表示，用 以说明各机构的相对运动情况。 •斜轴侧投影 图示为内燃机的机械运动 简图。图中1–2–3–7为动力 机构（曲柄滑块机构）； 4–5–7及4–6–7为配气凸轮 机构；1–4为齿轮机构。
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•2.机械的分类 •(1)动力机(又叫原动机)——一种将其它形式 的能量转换为机械能的机械。按动力机转换能 量的方式不同可分为三大类。 •第一类：把电能转化为机械能的机械。如三 相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直 流电动机、步进电动机、伺服电动机等 •第二类：通过燃油、煤、铀等获得热能后再 转化为机械能的机械。如汽油机、柴油机、蒸 汽机、汽轮机、原子能发动机等 •第三类：把自然力转化为机械能的机械。如 水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、 太阳能发动机等
第一章 机械创新设计基础知识
第一章
机械创新设计基础知识
主要内容： 机械的基础知识——机械及其组成、机构及其 运动简图、工程中的常用机构 机械运动制 机械创新设计中的创新思维与技法——工程技 术人员的创造力、创新思维和常用创新技法 机械创新设计中的创新原理——组合原理、分 离原理、还原原理、移植原理、迂回原理和完 满原理
第一章 机械创新设计基础知识
•(3)齿轮机构——齿轮副组成的高副啮合传动机 构 •圆柱齿轮传动机构的基本型——外啮合直齿圆柱 齿轮传动机构（图a） •圆锥齿轮传动机构的基本型——外啮合直齿圆锥 齿轮传动机构（图b） •蜗杆传动机构的基本型——阿基米德圆柱蜗杆传 动机构（图c） •行星齿轮传动机构的基本型——渐开线圆柱齿轮 行星传动机构（图d）