人类历史上 、
最有价值的 知识是方法 的知识。 ——笛卡尔
科学发明需要创造方法 ——庞加来
授课教师：杨兰玉 联系方式：
机械创新设计
机构创新设计的思路
机构的变异创新
机构的组合创新
机构的原理移植创新
机构的仿生创新
机构的倒置 例 3：创造一种油泵机构
要抓住事物的本质， 不要被表面现象所迷惑。
例2 电影放映机 提问：间歇运动中应满足什么样的要求？同学自己总结？
5、构件和构件上点的位置导引
钢材送料运动 （构件的位置导引）
电影片的步进运动 （构件上点的位置导引）
插秧运动
（三）组合机构的实例
例1 带有近似停歇的往复运动机构 (一种串联式组合机构)
▲ 设计一个往复运动机构。在滑块运动到最远点时，有一段 时间近似停歇。 ▲ 设想，若用一个做一般平面运动的连杆来带动滑块。 ▲ 要产生近似停歇，则连杆的左端点在一段时间应走出一段 近似圆弧。
B
C
A
D E
它可以分为：一个五杆机构 ＋ 一个齿轮机构
B A
二自由度机构
B
C
A
D E
D E
F = 3×4 - 2×5 ＝ 2
并联式组合机构：以一个多自由度机构为基础机构，将一个或多个单自由度机构（这里统称为 附加机构）的某些输出构件同时接入基础机构。机构输出构件的运动规律是基础机构输入运动规 律的合成。
S t
停歇
▲ 机构的结构分析
ω1
S
P 一个周转齿轮机构 ＋ 一个二杆组
ω1
轨迹P
S
I
II
串联式组合机构
串联式组合机构 将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机构的输出即作为后一个机构的输入。
I
II
例 2 电影片抓片机构 （一种并联式组合机构）
一种齿轮连杆机构
把这个机构分解一下：
B
C
A
D E
滑槽带动蜗杆轴多转一些或少
转一些。
▲ 凸轮廓线根据测量得的蜗轮误差来设计。
φ1 S1
φ2
S1
Φ1（t）
φ2 （t） II
I S1（t）
反馈式组合机构：以一个多自由度机构II为基础机构，但基础机构中某个输入构件的运动是通过一 个单自由度附加机构I从基础机构或机构系统的输出构件反馈得到的。
例4 风扇摆头机构 ω1
分度蜗轮
▲ 齿轮的加工精度取决于它在机床上转动的均匀 性。而这在很大程度上取决于分度蜗轮的精度。 ▲ 分度蜗轮制造虽很精密，但仍难以保证完全没 有误差。
分度蜗轮
▲ 蜗轮的制造误差可以用蜗轮多转一些或少转一些来补偿。
滚齿机分度蜗轮误差补偿机构 S1
φ2
A
φ1
▲ 与蜗轮同轴的凸轮控制滚
子 A，滚子A 通过蜗杆轴上的
▲ 如何能让风扇摆头？用什么机构好呢？ 摆动──让我们想起了曲柄摇杆机构
均可产生摆动
▲ 曲柄摇杆机构和双摇杆机构在这里应用的比较 ω1
B ω3
C ω2
D A
需多安装一个电动机驱动这个曲柄摇 杆机构。
ω1
ω2 ω3 用双摇杆机构便于获得动 力。
运载式组合机构：将一个机构（包括动力源）安装在另一个机构 的构件上，两个机构各自完成自身的运动，其运动的叠加即为所 要求的输出运动
S
S
t 停歇
▲ 什么样的机构能产生一段圆弧呢？ 旋轮线
▲ 一个小圆在一个大圆内做纯滚动时，小圆上的一点走 出的轨迹称为旋轮线。 ▲ 旋轮线的一段近似一段圆弧。
D:d3
D:d4
▲ 机构的设计 B
A
C
旋轮线 AB 段 旋轮线 BC 段 旋轮线 CA 段
滑块向右运动 滑块近似停歇 滑块向左运动
一种齿轮连杆机构 S
曲柄滑块机构 将膜的运动转化为转动
齿扇－齿轮机构 第一级放大
齿轮－连杆机构
齿轮机构 第二级放大
▲ 为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以一定的方式加以组合后使用，称为组 合机构。
▲ 基本机构的组合方式： 串连组合 并联组合 反馈组合 运载组合。
（二）要求机构所实现运动的一般形式 1、匀速转动和移动
齿轮、蜗轮机构 螺旋机构
2、非匀速转动和移动 从动件的角位移 ψ 或线位移 s 与主动件的转角 ф 或时间 t成非线性关系。
液压机构
例6：大行程往复运动的实现──飞剪送料机构 飞剪：将棒料切断的机械。棒料高速运行。
夹紧棒料
松开棒料
夹紧棒料
曲柄滑块机构
用齿轮齿条代替导轨， 杆3 的运动不变
例7 飞机的高度表
功能：测量飞机的高度。 原理：把反映飞机高度的信号变成机械量。 用什么信号反映飞机的高度？ 大气压！
信号太小 ！ 需要放大。
I
III
I III
II
ω1
附加 机构
附加 机构
基础 机构
ω1
ω1
I
III
ω3
ω1 ω3
基础 机构
ω3
一种齿轮连杆机构
现在的抓片机构
例3 滚齿机分度蜗轮误差补偿机构
齿轮 滚刀
被加工 的工件
▲ 齿轮滚刀和被加工的工件被 强制地按照一对螺旋齿轮的运动 关系来运动。 ▲ 被加工工件安装在工作台上， 工作台下部安装着分度蜗轮。
ω1 I
ω1
ω1
I
ω1
ω3
II ω3
ω2
C B
ω2
ω3
II
A
D
组合机构组合形式小结
蜗杆凸轮机构
串联式Βιβλιοθήκη 反馈式齿轮连杆机构 并联式 运载式
组合机构功能小结
带有停歇的往复运动
实现复杂的特定轨迹
实现运动的合成
实现运动的合成
例5: 钢材送料机构
钢 材
持料器
▲ 给定了送料器的两个精确位置和三个近似位置。设计一机构实现这一运动要求。 ▲ 分析
非匀速转动
非圆齿轮机构
双曲柄机构
非匀速转动
3、往复摆动或移动
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
4、步进运动 棘轮机构
槽轮机构
例1 灌装冷霜的多工位自动机
完成灌装冷霜的工艺过程至少需要 5 个工 位
2 灌霜 在工位 2要停歇一定的时间 完成灌装
1
3 贴锡纸
4 盖盒盖
2
送出成品
5
1
带动工作台实现周期性间歇运动的机构 间歇运动机构 步进机构 分度机构
要看机构的运动副， 不要被构件形状所迷惑。
机构的倒置：只是取不同的构件为机架，就可以变换出不同的机构。
（一） 概述
机构的组合创新
▲ 随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出的运动学和动力学特性的要求也变得更加复 杂多样。
▲ 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不能满足各种复杂多样的要求。
问题 1：送料器的运动是什么运动？ 论断 1 ：一般平面运动。 问题 2：送料器是连架杆吗？ 论断 2 ：送料器不是一个连架杆。 问题 3：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般位置？
论断 2 ：连杆机构的连杆。 问题4：什么机构中的连杆能翻转 180 度？
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
双曲柄机构
问题 1：送料器的运动是什么运动？ 论断 1 ：一般平面运动。 问题 2：送料器是连接杆吗？ 论断 2 ：送料器不是一个连架杆。 问题 3：什么机构中的一个构件能走出几个指定的一般位置？
论断 2 ：连杆机构的连杆。 问题4：什么机构中的连杆能翻转 180 度？
论断 4 ：双摇杆机构。
▲ 根据给定的连杆（送料器）的几个位置，可以用机械原理课程中讲述的方法设计这一双摇杆 机构。
此机构之设计尚未完结。 如何驱动双摇杆机构运动？
如何驱动双摇杆机构运动？ 钢材运动较慢，所需的力较大，若用电动机则需要大传动比的减速装置。