机械机构结构设计概念和目的论文
随着社会的发展和社会的进步,机械行业需要解决的问题越来越多样化,同时也对机构构型的设计提出了更高的要求。要解决现实中面临的这些问题,就需要进行创新设计,以推动机械业的不断发展和进步。机构构型的创新设计会提高机械的性能,简化机器的内部构造,提高行业的工作效率,降低能耗,减少污染,提高机器设备的准确度和精确度,对整个机械行业的发展中有十分积极的意义。
1机械机构构型创新设计概述
机械机构仍然是机器的重要组成部分。在现代机械产品的创新开发中,从原理的构思、运动尺寸的确定,机器性能的分析以及结构形状的探讨,无不和机构设计的基本理论和基本方法有着相当紧密的联系。机械机构构型创新设计的目的是按照要求设计出符合条件的新机构,在总体方案设计阶段突破传统的设计方法,采用创造性思维,实现从选型设计向构型设计的转变。机构构型创新设计是一个比较抽象和复杂的设计过程,在没有任何依据,凭空设计出一种新机构是非常困难的。所以,可以采用再生设计的方法来实现机械机构构型的创新设计,即借鉴和吸收现有的机构设计特点,运用创造性的思维和方法,通过类型创新得到新的机构构型。
2机械机构构型创新设计的原理
2.1机构组合原理
事实上,在结构设计中和运用实践中,运用用单一的机构不能满足要求,不能完成任务。齿轮机构具有良好的运动性能和动力特性,但运动形式太简单;棘轮机构尽管可以进行间歇运动,但他的运动特性太差;连杆机构运动简单,使用方便,但是很难实现一些特殊运动规律;凸轮机构可以实现任意运动,但是行程的可调性太差。所以,在实际运用中,单一的机构往往具有自身的缺陷与不足,而为了弥补各自的不足,在机构构型创新设计中我们可以把两种或两种以上的机构进行组合,充分利用各自的性能,发挥各自的优势,创造出符合要求的新型机构。
2.2机构变异原理
这种原理的而基本思路是:首先要确定一个原始机构,并对该机构的结构组成和功能约束进行分析。然后通过一般化的处理将机构运动简图转化为一般化的运动链。再采取措施使运动链的结构系列化,即将运动链进行排列组合,找出其中的不同结构形式。最后按照该机构构型的功能所赋予的约束条件,演化成众多的再生运动链和相应的新机构。
3机械机构构型创新设计的原则
机械行业是一个比较古老的行业,经过其漫长的发展和演进,已经形成了很多关于机械机构构型设计方面的原则,这些原则对机械机构构型设计实践重要的指导意义。事实上,也只有遵循这些基本原则,才有可能使具有实用价值的机构构型设计得以实现。总的来说,机械机构构型创新设计的原则包括以下几点。
3.1缩短机构运动链原则
运动链太长会加大震动,增加积累误差,也增加了机械设计的成本。所以,在机构构型创新设计中,要尽量缩短运动链,以减小震动,减小积累误差,降低机械设计成本。
3.2恰当选择运动副原则
运动副是两构件直接接触组成的`可动连接,它限制了两构件之间的某些相对运动,在机械机构构型设计中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特点,低副在接触部分的压强较低,因而比高副更加耐磨损。在机械机构构型设计中,要充分认识高副和低副的不同特点,根据设计的实际需要选择使用,充分发挥运动副的优势,取长补短。
3.3恰当选择原动机原则
原动机是指用能源产生原动力的一切机械,包括热力、水力、风力、电力发动机等,机械也需要原动机,以提供动力,保障正常的运行工作。在机械机构构型设计中,要根据机械的具体要求选择适合的原动机,为了保证机械的正常运行,在设计中,可以考虑采用多个原动机,以保障充足的动力。
3.4缩小机构的尺寸原则
机构尺寸的大小对机械性能的发挥有着重要的作用。机构尺寸较小,占用的空间较少,有利于各个部分功能的发挥和空间的有效利用,反之,尺寸较大则不利于机械整体性能的发挥。为了缩小机构的尺寸,在设计中可以适当的选择凸轮、连杆、滑块等,以提高空间的使用效率,增加机械的整体性能。
4机械机构构型创新设计的实例
4.1利用组合原理创新设计的机械机构构型实例
设计一个间歇冲压装置并将该装置安装在一条流水生长线上,同时要求压力符合要求,结构紧凑,效率高。该设计方案电动机输出的是旋转运动。连杆1、连杆2和大轮构成凸轮—连杆—滑块结构,这种机构可以将旋转运动转化为直线往复运动。该设计的直线往复运动由连杆3、连杆4、连杆5构成,并且这三个连杆与中心呈对称分布,满足工作压力的要求。总之,该机构结构清晰,将旋转运动变成了直线往复运动,收到的效果也显著。此外,该机构拥有两个输出装置的配备,使得一机两用得以实现,不仅提高了机构构型的空间利用率,也有利于加工产品的效率的提高。
4.2利用变异原理创新设计的机械机构构型实例
为了满足某些工艺的要求,使机构具有某些特殊性能,实践中我们可以改变某些机构的结构,设计出新的机构构型,如图1所示。该图的左侧为传统的摆动从动件圆柱凸轮结构,从理论上来说,除了两个特殊点之外,摆角越大,摆杆的准确度越低,而经过改进后,凸轮2以角速度ω转动时,导杆3随着滚子4上下移动。滚子4又带动摆杆5以角速度ωo上下摆动,与此同时,摆杆5与摆快6作相对运动,摆快6和机架1相对转动实现了运动过程的自我调适。该机构弥补了传统机构的缺点与不足,突破了相对摆角的局限,并且摆动运动规律,摆动也十分精确,是典型的机械机构构型。
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