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機械機構構型的創新設計解析

作者:admin 更新時間:2019年03月19日 16:56:10

  摘要:本文通過對機構機構創新原理的功用、機構造型的基本原則以及機構構型的創新設計等三個方面的分析,對機械機構構型的創新設計做了進一步的探討與分析。


  關鍵詞:機械機械構型創新設計


  中圖分類號:S611文獻標識碼:A


  1機械機構創新原理的功用


  機構構型創新原理如為廣大機械設計人員掌握和推廣使用,將獲得顯著的社會效益和經濟效益。


  1.1啟迪新機構的創造與發明


  機構創新原理以典型機構為原始機構,通過對機構運動學因素的變換開發新機構的創意,這是機構創新的核心。掌握和推廣機構創新原理可以培養機械設計人員的創造性思維,推動技術革新創造發明的深入發展。


  1.2改善機構結構設計


  應用機構同性異形變換,可獲得一組具有相同運動性能的機構,供機械設計人員按機器工作性能要求選擇,為改善機構結構設計創造了條件。


  1.3提高機構的傳動性能


  通過變換機構運動簡圖中運動學因素來改變機構的運動學性能;通過改變運動副受力狀態來改變機構的力學性能,是開辟提高機構傳動性能的有效途徑。


  1.4統一機構分析與綜合方法


  機構創新原理揭示了各基本機構之間的聯系,應用機構逆變換找到同性異形機構的原始機構后,可以直接應用現成的計算公式和有關手冊,對各種異形同性機構進行分析與綜合,既減輕了機構分析與綜合中遇到的困難,又節省時間、不易出錯,為統一機構分析與綜合方法創造了條件。


  2機構選型的基本原則


  在進行機構選型和組合時,設計者必須熟悉各種基本機構和常用機構的功能、結構和特點,并且還應該遵循下列的基本原則:


  2.1滿足工藝動作和運動要求


  選擇機構首先應滿足執行構件的工藝動作和運動要求。通常高副機構比較容易實現所要求的運動規律和軌跡,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動失真。低副機構雖然往往只能近似實現所要求的運動規律或軌跡,尤其當構件數目較多時,累計誤差較大,設計也比較困難,但低副元素(圓柱面或平面)易于加工且容易達到加工精度要求。因此從全面考慮,優先采用低副機構。


  2.2結構最簡單,傳動鏈最短


  在滿足使用要求的前提下,機構的結構應盡可能簡單,構件的數目要少,運動副數目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難,減輕重量,降低成本,而且還可以減少機構的累計運動誤差,提高機器的效率和工作可靠性。


  2.3原動機的選擇有利于簡化結構和改善運動質量


  目前機器的原動機多采用電動機,也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動力源時盡量采用液壓缸或氣缸,這樣有利于簡化傳動鏈和改善運動質量,而且具有減振、易于減速、操作方便等優點,特別對于具有多執行構件的工程機械、自動機,其優越性就更突出。


  2.4機構有盡可能好的動力性能


  這一原則對于調整機械或者栽荷變化很大的機構尤應注意。對于調整機械,機構選型要盡量考慮其對稱性,對機構或回轉構件進行平衡使其質量合理分布,以求慣性力的平衡和減小動載荷。對于傳力大的機構要盡量增大機構的傳動角或減小壓力角,以防止機構自鎖,增大機器的傳力效益,減小原動機的功率及其損耗。


  2.5加工制造方便,經濟成本低


  降低生產成本,提高經濟效益是使產品有足夠的市場競爭力的有力保證。在具體實施時,應盡可能選用低副機構,并且最好選用以轉動副為主構成的低副機構,因為轉動副元素比移動副元素更容易加工,也更容易達到精度要求。此外,在保證使用條件的前提下,盡可能選用結構簡單的機構;盡可能選用標準化、系列化、通用化的元器件,以達到最大限度降低生產成本,提高經濟效益的目的。


  3機構構型的創新設計


  3.1結構元素的變異與演化


  結構元素主要是指結構的形狀、數量、位置、聯接等要素。經過變異的結構元素可適應不同的工作要求,或比原有結構具有更良好而完善的功能。


  3.1.1軸轂聯接的結構元素變異與演化


  軸轂聯接的主要結構形式是鍵聯接。單鍵的結構形狀有方形、半圓形,主要靠鍵的側面工作。當傳遞的轉矩不能滿足載荷要求時需要增加鍵的數量,就變為雙鍵聯接。若進一步增加其工作能力就出現了花鍵。花鍵的形狀又有矩形、梯形、三角形、漸開線形,以及滾珠花鍵,將花鍵的形狀繼續變換,由明顯的凹凸形狀變換為不明顯的,則就產生了無鍵聯接,即成形軸聯接。


  3.1.2棘輪傳動的結構元素變異


  棘爪頭部的開關要適應于棘齒的結構形狀,則分別有尖底、平底、滾子、叉形等結構;刺爪與棘齒的數量,位置應滿足工作要求,有雙棘爪、單棘爪;棘齒的位置應滿足工作要求,則出現有棘齒布置在刺輪圓周上的,也有布置在棘輪端面上的。


  3.1.3各種槽銷結構元素的變異


  在機械中,銷除了用于聯接,還可用于定位、防松,以及作為安全裝置中的過載剪斷元件。銷的結構形狀多種多樣,在結構形狀變異與創新過程中,主要著眼于聯接、定位可靠、裝拆方便、快捷、成本低。開槽是為了防松,減少沖擊和振動,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,有的設在中間,有的則開在端部。


  3.1.4改善工作性能的結構變異


  在結構開關設計時,還要考慮到工作條件與外界因素對零件功能效果的影響。例如,對于調整帶傳動,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,運轉時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,影響傳力的可靠性,在小帶輪的輪緣上開有環形槽。


  3.2方便制造與操作的結構設計與創新


  在滿足使用功能的前提下,設計者應力求使所設計產品的結構工藝簡單、消耗少、成本低、使用方便、操作容易、壽命長。


  3.2.1加工工藝的結構構型


  對于機械加工零件,在構型上要考慮到使裝卡、加工與測量時間比較短,設備費用低等因素。主要體現在加工面的形狀力求簡單,尺寸力求小,位置應方便裝卡與刀具的退出,避免在斜面上鉆孔,避免在內表面上進行復雜的加工等。


  3.2.2裝配輸送的結構構型


  人工裝配時,希望裝配可靠、方便、省力。同時隨著裝配自動化程度的提高,裝配自動生產線和裝配機器人對結構形狀的識別也提出了構型的要求。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。這種帶輪對軸的加工要求較低,聯接可靠,裝拆方便,不需要笨重的拆卸工具,不同的軸徑只需要更換不同的軸套,因而也擴大了帶輪的通用性。


  3.2.3簡單結構


  只有精煉的,簡單的才是設計的進步,也是設計者的愿望。


  (1)聯接結構的簡化。例如塑料結構的強度較差,用螺紋聯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,使搭鉤與凹槽實現聯接,裝配過程簡單、準確、操作方便。


  (2)鉸鏈結構的簡化。由金屬制成的鉸鏈結構比較復雜,對于常用的載荷很小的鉸鏈結構如果用塑料制作就可以將結構大大簡化。


  3.2.4宜人結構


  宜人結構是指機構設備的結構形狀應適合人的生理和心理要求,使得操作安全、準確、省力、簡便、減輕操作的疲勞,提高工作效率。


  (1)提高操作能力的結構。操作者在操作機構設備和裝置時需要用力,人處于不同姿勢、不同方向、不同手段用力時發力能力差別很大。一般人的右手握力大于左手。腳力的大小也與姿勢有關,一般坐姿時腳的推力大,當操作力超過50―150N時宜選腳力控制。用手操作的手輪、手柄或杠桿外形應設計得使手握舒服,不滑動,用腳操作最好采用坐姿,座椅要有靠背,腳踏板應設在座椅前正中位置。


  (2)減少操作錯誤的結構。為減少操作錯誤,操作零件的外形要簡單,容易辨認。操作位置要合適,應力求使操作零件位于操作者的手或腳能夠得著的位置。應給操作者提供一個可減輕疲勞的座位,指示儀表在操作者視野范圍之內。


  結束語:綜上所述,機構構型的創新設計并不是漫無目的的空想,而是基于現有的技術的改進或者創新以滿足生產生活中的新要求。在具有一定的專業水平之后,如何激活創新意識和掌握創新方法才是解決問題的根本。

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