1、应用实例： 摩托车后轮悬挂系统 摩托车后轮悬挂系统 第 第 6 6 章 章 机构再生与创新设计 机构再生与创新设计 BUCT 机械创新设计创新思路 创新思路 ： ：1）确定原始机构（已有机构），并分析其结构组成2）将原始机构转化成一般化运动链3）将一般化运动链结构系列化4）从系列化运动链中选出可用的特定化运动链5）将特定化运动链转化成特定化机构，即再生的新机构 BUCT 机械创新设计机构再生设计框图 机构再生设计框图 原始机构 一般化运动链 组合运动链 再生运动链 再生新机构 一般化原则 杆型类配 约束条件 一般化原则 BUCT 机械创新设计6.1一般化运动链 将运动链中各种运动副 按照等效原
2、则转化为 转动副，各种构件转化为一般化杆 ，则就形成了一般化运动链 * 一般化杆：（ 杆型：二副杆与多副杆） BUCT 机械创新设计一般化原则 将非刚性构件转化为刚性构件 将非杆形构件转化为一般化杆 将非转动副转化为转动副 将复合铰转化为简单铰 解除固定杆 转化过程中运动链的自由度保持不变 BUCT 机械创新设计一般化图例 名称 原始形式 一般化 说明 弹簧 级杆组代替弹簧连接 滚动副 转动副代替纯滚动副 移动副 转动副代替移动副 平面高副 两副杆代替平面高副 复合铰 复合铰转化为简单铰 BUCT 机械创新设计6.1.2、实例分析 1. 1. 含有平面高副的机构 含有平面高副的机构 (c) (
3、c) BUCT 机械创新设计2. 2. 含有复合铰的机构 含有复合铰的机构 BUCT 机械创新设计6.2 6.2 、杆型类配 、杆型类配 1. 1. 杆型 杆型 二副杆，多副杆（三副杆，四副杆等） 2. 2. 各类杆型数量的确定 各类杆型数量的确定 P nn n n n N n n n n n n 2 4 3 2 4 3 2 4 3 2 ) ( 2 ) 2 ( 2 ) 1 ( 2 ) 2 ( 4 3 N P n n n n n 得： 式 式 BUCT 机械创新设计若P,N 已知，则多副杆的类型及数目由（3 ）式可确定；而二副杆的数目则为： n n n n N n 4 3 2 3. 3. 环及环
4、数的确定 环及环数的确定 在杆型类配时还要考虑环数的问题。 所谓环是指由杆与副 所谓环是指由杆与副所包围的环状道路 所包围的环状道路。如图所示： BUCT 机械创新设计g f e c b d c b a 为两个内环 g f e d a 为外环 内环的数目为： 1 N P L 为三个内环 BUCT 机械创新设计为避免退化， 每个内环应至少包含 每个内环应至少包含4 4 个副 个副 ，否则对杆型产生了约束，有： 1 max L n n 由图可知： 3 1 2 max 2 1 6 7 n n n L 4. 4. 最大杆型的确定 最大杆型的确定 BUCT 机械创新设计由图可知： 4 1 3 max 3
5、 1 8 10 n n n L BUCT 机械创新设计由（ 由（3 3 ）式可知有 ）式可知有2 2 个三副杆，由（ 个三副杆，由（4 4 ）式可知有 ）式可知有4 4 个二副杆 个二副杆 六杆七副运动链的杆型类配方案 六杆七副运动链的杆型类配方案 BUCT 机械创新设计 ) ( 2 ) 2 ( 2 ) 1 ( 2 ) 2 ( 4 3 N P n n n n n 得： 式 式 n n n n N n 4 3 2八杆十副运动链的杆型类配方案 八杆十副运动链的杆型类配方案 类配方案 n 2 n 3 n 4 4 4 0 5 2 1 6 0 2 4 1 3 max 3 1 8 10 n n n L 按
6、（3 ），（4 ）式进行类配得下表： BUCT 机械创新设计 ) ( 2 ) 2 ( 2 ) 1 ( 2 ) 2 ( 4 3 N P n n n n n 得： 式 式 n n n n N n 4 3 26.3运动链的组合 运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合 运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合 6.3.1 、图的概念 图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点 图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点， 与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点，以及四度点等 以及四度点等 BUCT 机械创新设计6.3.2 、图的组
7、合 缩图：只含有多度点的图（先构造） 全图：包含所有点的图（完善） 六杆七副图的构造： 六杆七副图的构造： 4 ; 2 2 3 n n 缩图 全图 全图 BUCT 机械创新设计关于 n 4 =0 ， n 3 =4 ， n 2 =4 的拓扑图 BUCT 机械创新设计关于 n 4 =1 ， n 3 =2 ， n 2 =5 的拓扑图 BUCT 机械创新设计关于 n 4 =2 ， n 3 =0 ， n 2 =6 的拓扑图 BUCT 机械创新设计6.3.3 、运动链的组合 六杆七副的拓扑图与运动链 BUCT 机械创新设计II 型结构的运动链 八杆十副运动链 BUCT 机械创新设计Y型结构的运动链 BUC
8、T 机械创新设计BUCT 机械创新设计V型结构的运动链 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计O型结构的运动链 BUCT 机械创新设计6.4 机构的再生设计 实例：摩托车后轮悬挂机构 1）原始机构 BUCT 机械创新设计）分析其结构组成：* 自由度数：F=1 * 杆数：6 ，其中固定杆1 ，连架杆2 ，其余杆3 。活塞杆与汽缸组成的减振器s-s 。* 运动副数：7 ，其中6 个转动副，1 个移动副。 BUCT 机械创新设计）一般化运动链 BUCT 机械创新设计4）特定化运动链图谱（一般化的逆过程)指在一般化的基础上指定杆和副的具体类型以满足功能要求的过程 。具体过程：先将运动链中的杆与副
9、编号；指定固定杆，（指定固定杆时注意同类杆的问题）；再按功能要求逐一确定其余杆与副的类型。 BUCT 机械创新设计司蒂芬森型：1 、3 为同类杆，2 、4 为同类杆，5 、6 为同类杆。 BUCT 机械创新设计瓦特型：1 、2 、5 、6 为同类杆；3 、4 为同类杆。 BUCT 机械创新设计特定化图谱实例以摩托车后轮悬挂机构为例规定特征符号如下：G r 表示机架s-s 表示减振器（2 个二副杆以移动副连接）S w 表示后轮摆杆（连架杆）注意： G r ，s-s ， S w 为不同杆 BUCT 机械创新设计司蒂芬森型：获得2 种特定化运动链 BUCT 机械创新设计瓦特型：获得4 种特定化运动链
10、 BUCT 机械创新设计5）特定化机构将特定化运动链中的符号变为简图，各构件、运动副的位置按其各自的功能要求进行安置 BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 八杆机构创新实例 织机外侧式凸轮连杆开口机构 原始机构 一般化运动链 BUCT 机械创新设计设计约束 杆数与副数保持不变，N=8,P=10 固定杆为三副或四副杆 执行件综筐必须与机架组成移动副，不得与凸轮的从动件邻接 原动件（凸轮）必须是二副杆，并为连架杆 代替凸轮高副的二副杆必须与凸轮邻接，在邻接处不能有复合铰 凸轮的从动件不能为二副杆，至少为三副杆 BUCT 机械创新设计组合运动链（前面已有） 再生运动链
11、取一个三副杆或四副杆为固定杆，用G 表示; 选一个与固定杆相邻的二副杆为凸轮，用C表示; 选一个与凸轮相邻的二副杆为代替凸轮高副的假想二副杆，用HS表示; 选一个与假想二副杆相邻的三副杆或四副杆为为凸轮机构的从动杆，用F表示; 选一个不与凸轮从动杆相邻接，但与机架相邻接的执行构件,用E表示. BUCT 机械创新设计BUCT 机械创新设计 缝纫机的送布机构 1. 一般化运动链 BUCT 机械创新设计2. 图 BUCT 机械创新设计3. 组合运动链 确定内环路数目 ：L=P-N+1=4。 确定最大杆型 ：nmax =nL+1 =n 5 杆型类配 2 0 1 0 1 0 0 n 5 0 3 1 2
12、0 1 0 n 4 0 0 1 2 3 4 6 n 3 8 7 7 6 6 5 4 n 2 BUCT 机械创新设计No.1 No.2 BUCT 机械创新设计4. 确定设计约束 确定机架：机架应采用多副杆，而且应处于内环路位置上，这样可使机构运动具有良好的稳定性，设机架用符号Gr表示； 确定原动件 ：原动件必须是连架杆，能做整周转动，并且原动件应为三副杆，其中一副与机架连接，另外两副可确保分两个路线传递运动，以实现由简单运动转换为复杂运动，设原动件用符号y表示； 确定执行构件：执行构件即为送布牙，因要求其运动轨迹复杂，所以执行构件必须是浮动杆，并且是从原动件出发的两条传动路线的连接构件，不要与原
13、动件直接成副，应设置在外环路位置上，传动路线长，可以充分利用每个构件运动规律的影响，设执行构件用符号a 表示。 BUCT 机械创新设计5. 再生运动链 （1 ）确定机架：对No.1 运动链，仍以四副杆为机架；对No.2 运动链，以三副杆为机架，机架最好为处于内环路位置上，代号Gr。 （2 ）确定原动件：两种运动链均以三副杆为原动件，并且原动件直接铰接于机架上，代号y。对于No.1 运动链，有两种结构形式，分别用No.1-1 和No.1-2 表示；对于No.2 运动链，也有两种结构形式，分别用No.2-1 和No.2-2 表示。 BUCT 机械创新设计（3 ）确定执行构件：必须为浮动杆，可以是二
14、副杆，也可以是三副杆，但不要与原动件直接成副，代号a 。 对于No.1-1 运动链有三种结构形式分别用No.1-1-1 ，No.1-1-2 ，No.1-1-3 表示； 对于No.1-2 运动链有三种结构形式分别用No.1-2-1 ，No.1-2-2 ，No.1-2-3 表示； 对于No.2-1 运动链有三种结构形式分别用No.2-1-1 ，No.2-1-2 ，No.2-1-3 表示； 对于No.2-2 运动链有三种结构形式分别用No.2-2-1 ，No.2-2-2 ，No.2-2-3 表示。 总计共有12 种结构类型。 BUCT 机械创新设计No.1-1 No.1-1-1 No.1-1-2 No.1-1-3 No.1-2 No.1-2-1 No.1-2-2 No.1-2-3 BUCT 机械创新设计No.2-1-1 No.2-1 No.2-1-2 No.2-1-3 No.2-2 No.2-2-1 No.2-2-2 No.2-2-3 BUCT 机械创新设计No.2-2-2 No.1-2-3 6. 再生新机构 BUCT 机械创新设计
