機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)解析

1、<p>　　機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)解析</p><p>　　摘要：本文通過對(duì)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理的功用、機(jī)構(gòu)造型的基本原則以及機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)等三個(gè)方面的分析，對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)做了進(jìn)一步的探討與分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械機(jī)械構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p

2、>　　1 機(jī)械機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理的功用 </p><p>　　機(jī)構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新原理如為廣大機(jī)械設(shè)計(jì)人員掌握和推廣使用，將獲得顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　　1.1 啟迪新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造與發(fā)明 </p><p>　　機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理以典型機(jī)構(gòu)為原始機(jī)構(gòu)，通過對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)因素的變換開發(fā)新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)意，這是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的核心。掌握和推廣機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理可以培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)

3、造性思維，推動(dòng)技術(shù)革新創(chuàng)造發(fā)明的深入發(fā)展。 </p><p>　　1.2 改善機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　應(yīng)用機(jī)構(gòu)同性異形變換，可獲得一組具有相同運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)，供機(jī)械設(shè)計(jì)人員按機(jī)器工作性能要求選擇，為改善機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。 </p><p>　　1.3 提高機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能 </p><p>　　通過變換機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中運(yùn)動(dòng)學(xué)因素

4、來改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能；通過改變運(yùn)動(dòng)副受力狀態(tài)來改變機(jī)構(gòu)的力學(xué)性能，是開辟提高機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的有效途徑。 </p><p>　　1.4 統(tǒng)一機(jī)構(gòu)分析與綜合方法 </p><p>　　機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理揭示了各基本機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系，應(yīng)用機(jī)構(gòu)逆變換找到同性異形機(jī)構(gòu)的原始機(jī)構(gòu)后，可以直接應(yīng)用現(xiàn)成的計(jì)算公式和有關(guān)手冊(cè)，對(duì)各種異形同性機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與綜合，既減輕了機(jī)構(gòu)分析與綜合中遇到的困難，又節(jié)省時(shí)間、不易出錯(cuò)

5、，為統(tǒng)一機(jī)構(gòu)分析與綜合方法創(chuàng)造了條件。 </p><p>　　2 機(jī)構(gòu)選型的基本原則 </p><p>　　在進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型和組合時(shí)，設(shè)計(jì)者必須熟悉各種基本機(jī)構(gòu)和常用機(jī)構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并且還應(yīng)該遵循下列的基本原則： </p><p>　　2.1 滿足工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求 </p><p>　　選擇機(jī)構(gòu)首先應(yīng)滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求。

6、通常高副機(jī)構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡，但是高副的曲面加工制造比較麻煩，而且高副元素容易因磨損而造成運(yùn)動(dòng)失真。低副機(jī)構(gòu)雖然往往只能近似實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡，尤其當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多時(shí)，累計(jì)誤差較大，設(shè)計(jì)也比較困難，但低副元素（圓柱面或平面）易于加工且容易達(dá)到加工精度要求。因此從全面考慮，優(yōu)先采用低副機(jī)構(gòu)。 </p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈最短 </p><p>　　

7、在滿足使用要求的前提下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，構(gòu)件的數(shù)目要少，運(yùn)動(dòng)副數(shù)目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難，減輕重量，降低成本，而且還可以減少機(jī)構(gòu)的累計(jì)運(yùn)動(dòng)誤差，提高機(jī)器的效率和工作可靠性。 </p><p>　　2.3 原動(dòng)機(jī)的選擇有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和改善運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 </p><p>　　目前機(jī)器的原動(dòng)機(jī)多采用電動(dòng)機(jī)，也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動(dòng)力源時(shí)盡量采用液壓缸或氣缸，這樣

8、有利于簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈和改善運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，而且具有減振、易于減速、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于具有多執(zhí)行構(gòu)件的工程機(jī)械、自動(dòng)機(jī)，其優(yōu)越性就更突出。 </p><p>　　2.4 機(jī)構(gòu)有盡可能好的動(dòng)力性能 </p><p>　　這一原則對(duì)于調(diào)整機(jī)械或者栽荷變化很大的機(jī)構(gòu)尤應(yīng)注意。對(duì)于調(diào)整機(jī)械，機(jī)構(gòu)選型要盡量考慮其對(duì)稱性，對(duì)機(jī)構(gòu)或回轉(zhuǎn)構(gòu)件進(jìn)行平衡使其質(zhì)量合理分布，以求慣性力的平衡和減小動(dòng)載荷。對(duì)于傳力大的機(jī)

9、構(gòu)要盡量增大機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角或減小壓力角，以防止機(jī)構(gòu)自鎖，增大機(jī)器的傳力效益，減小原動(dòng)機(jī)的功率及其損耗。 </p><p>　　2.5 加工制造方便，經(jīng)濟(jì)成本低 </p><p>　　降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益是使產(chǎn)品有足夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有力保證。在具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)盡可能選用低副機(jī)構(gòu)，并且最好選用以轉(zhuǎn)動(dòng)副為主構(gòu)成的低副機(jī)構(gòu)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)副元素比移動(dòng)副元素更容易加工，也更容易達(dá)到精度要求。此外，在保證

10、使用條件的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)；盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的元器件，以達(dá)到最大限度降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。 </p><p>　　3 機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)元素的變異與演化 </p><p>　　結(jié)構(gòu)元素主要是指結(jié)構(gòu)的形狀、數(shù)量、位置、聯(lián)接等要素。經(jīng)過變異的結(jié)構(gòu)元素可適應(yīng)不同的工作要求，或比原有結(jié)構(gòu)具有更良

11、好而完善的功能。 </p><p>　　3.1.1 軸轂聯(lián)接的結(jié)構(gòu)元素變異與演化 </p><p>　　軸轂聯(lián)接的主要結(jié)構(gòu)形式是鍵聯(lián)接。單鍵的結(jié)構(gòu)形狀有方形、半圓形，主要靠鍵的側(cè)面工作。當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩不能滿足載荷要求時(shí)需要增加鍵的數(shù)量，就變?yōu)殡p鍵聯(lián)接。若進(jìn)一步增加其工作能力就出現(xiàn)了花鍵?；ㄦI的形狀又有矩形、梯形、三角形、漸開線形，以及滾珠花鍵，將花鍵的形狀繼續(xù)變換，由明顯的凹凸形狀變換為不明

12、顯的，則就產(chǎn)生了無鍵聯(lián)接，即成形軸聯(lián)接。 </p><p>　　3.1.2 棘輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)元素變異 </p><p>　　棘爪頭部的開關(guān)要適應(yīng)于棘齒的結(jié)構(gòu)形狀，則分別有尖底、平底、滾子、叉形等結(jié)構(gòu)；刺爪與棘齒的數(shù)量，位置應(yīng)滿足工作要求，有雙棘爪、單棘爪；棘齒的位置應(yīng)滿足工作要求，則出現(xiàn)有棘齒布置在刺輪圓周上的，也有布置在棘輪端面上的。 </p><p>　　3.1.

13、3 各種槽銷結(jié)構(gòu)元素的變異 </p><p>　　在機(jī)械中，銷除了用于聯(lián)接，還可用于定位、防松，以及作為安全裝置中的過載剪斷元件。銷的結(jié)構(gòu)形狀多種多樣，在結(jié)構(gòu)形狀變異與創(chuàng)新過程中，主要著眼于聯(lián)接、定位可靠、裝拆方便、快捷、成本低。開槽是為了防松，減少?zèng)_擊和振動(dòng)，也方便拆卸，槽的位置也因使用要求不同而各異，有的貫穿始終，有的設(shè)在中間，有的則開在端部。 </p><p>　　3.1.4 改善工

14、作性能的結(jié)構(gòu)變異 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)開關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到工作條件與外界因素對(duì)零件功能效果的影響。例如，對(duì)于調(diào)整帶傳動(dòng)，為增加帶的撓曲性，在帶的非工作面上一般均開有橫向溝槽；帶輪一般制成鼓形，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持帶位于帶輪的中部，以防止脫落；為避免帶與帶輪之間生成氣勢(shì)，影響傳力的可靠性，在小帶輪的輪緣上開有環(huán)形槽。 </p><p>　　3.2 方便制造與操作的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 </p

15、><p>　　在滿足使用功能的前提下，設(shè)計(jì)者應(yīng)力求使所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單、消耗少、成本低、使用方便、操作容易、壽命長(zhǎng)。 </p><p>　　3.2.1 加工工藝的結(jié)構(gòu)構(gòu)型 </p><p>　　對(duì)于機(jī)械加工零件，在構(gòu)型上要考慮到使裝卡、加工與測(cè)量時(shí)間比較短，設(shè)備費(fèi)用低等因素。主要體現(xiàn)在加工面的形狀力求簡(jiǎn)單，尺寸力求小，位置應(yīng)方便裝卡與刀具的退出，避免在斜面上鉆孔，

16、避免在內(nèi)表面上進(jìn)行復(fù)雜的加工等。 </p><p>　　3.2.2 裝配輸送的結(jié)構(gòu)構(gòu)型 </p><p>　　人工裝配時(shí)，希望裝配可靠、方便、省力。同時(shí)隨著裝配自動(dòng)化程度的提高，裝配自動(dòng)生產(chǎn)線和裝配機(jī)器人對(duì)結(jié)構(gòu)形狀的識(shí)別也提出了構(gòu)型的要求。例如一種易裝拆的V帶輪，帶輪由帶錐孔的辦轂和帶外錐的軸套組成。這種帶輪對(duì)軸的加工要求較低，聯(lián)接可靠，裝拆方便，不需要笨重的拆卸工具，不同的軸徑只需要更換

17、不同的軸套，因而也擴(kuò)大了帶輪的通用性。 </p><p>　　3.2.3 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) </p><p>　　只有精煉的，簡(jiǎn)單的才是設(shè)計(jì)的進(jìn)步，也是設(shè)計(jì)者的愿望。 </p><p>　?。?）聯(lián)接結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。例如塑料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較差，用螺紋聯(lián)接塑料零件很容易損壞，并且加工制造、安裝裝配都比較麻煩。若充分利用塑料零件彈性變形量大的特點(diǎn)，使搭鉤與凹槽實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，裝配過程簡(jiǎn)單、準(zhǔn)

18、確、操作方便。 </p><p>　　（2）鉸鏈結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。由金屬制成的鉸鏈結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于常用的載荷很小的鉸鏈結(jié)構(gòu)如果用塑料制作就可以將結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。 </p><p>　　3.2.4 宜人結(jié)構(gòu) </p><p>　　宜人結(jié)構(gòu)是指機(jī)構(gòu)設(shè)備的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)適合人的生理和心理要求，使得操作安全、準(zhǔn)確、省力、簡(jiǎn)便、減輕操作的疲勞，提高工作效率。 </p>&

19、lt;p>　?。?）提高操作能力的結(jié)構(gòu)。操作者在操作機(jī)構(gòu)設(shè)備和裝置時(shí)需要用力，人處于不同姿勢(shì)、不同方向、不同手段用力時(shí)發(fā)力能力差別很大。一般人的右手握力大于左手。腳力的大小也與姿勢(shì)有關(guān)，一般坐姿時(shí)腳的推力大，當(dāng)操作力超過50―150N時(shí)宜選腳力控制。用手操作的手輪、手柄或杠桿外形應(yīng)設(shè)計(jì)得使手握舒服，不滑動(dòng)，用腳操作最好采用坐姿，座椅要有靠背，腳踏板應(yīng)設(shè)在座椅前正中位置。 </p><p>　?。?）減少操作

20、錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)。為減少操作錯(cuò)誤，操作零件的外形要簡(jiǎn)單，容易辨認(rèn)。操作位置要合適，應(yīng)力求使操作零件位于操作者的手或腳能夠得著的位置。應(yīng)給操作者提供一個(gè)可減輕疲勞的座位，指示儀表在操作者視野范圍之內(nèi)。 </p><p>　　結(jié)束語：綜上所述，機(jī)構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)并不是漫無目的的空想，而是基于現(xiàn)有的技術(shù)的改進(jìn)或者創(chuàng)新以滿足生產(chǎn)生活中的新要求。在具有一定的專業(yè)水平之后，如何激活創(chuàng)新意識(shí)和掌握創(chuàng)新方法才是解決問題的根本。 <