由振華

(中航沈飛民用飛機有限責任公司,遼寧沈陽 110000)

關(guān)于機械機構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新性的研究

由振華

(中航沈飛民用飛機有限責任公司,遼寧沈陽 110000)

隨著社會對機械性能要求的提高,機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計更加引起人們的關(guān)注。文章從機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的概念和目的分析入手,探討了機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原理和原則,此外,文章還應用了實例來說明機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的相關(guān)問題。

機械機構(gòu) 機構(gòu)構(gòu)型 創(chuàng)新設(shè)計

隨著社會的發(fā)展和社會的進步，機械行業(yè)需要解決的問題越來越多樣化，同時也對機構(gòu)構(gòu)型的設(shè)計提出了更高的要求。要解決現(xiàn)實中面臨的這些問題，就需要進行創(chuàng)新設(shè)計，以推動機械業(yè)的不斷發(fā)展和進步。機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計會提高機械的性能，簡化機器的內(nèi)部構(gòu)造，提高行業(yè)的工作效率，降低能耗，減少污染，提高機器設(shè)備的準確度和精確度，對整個機械行業(yè)的發(fā)展中有十分積極的意義。

1 機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計概述

機械機構(gòu)仍然是機器的重要組成部分。在現(xiàn)代機械產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)中，從原理的構(gòu)思、運動尺寸的確定，機器性能的分析以及結(jié)構(gòu)形狀的探討，無不和機構(gòu)設(shè)計的基本理論和基本方法有著相當緊密的聯(lián)系。機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的目的是按照要求設(shè)計出符合條件的新機構(gòu)，在總體方案設(shè)計階段突破傳統(tǒng)的設(shè)計方法，采用創(chuàng)造性思維，實現(xiàn)從選型設(shè)計向構(gòu)型設(shè)計的轉(zhuǎn)變。機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計是一個比較抽象和復雜的設(shè)計過程，在沒有任何依據(jù)，憑空設(shè)計出一種新機構(gòu)是非常困難的。所以，可以采用再生設(shè)計的方法來實現(xiàn)機械機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計，即借鑒和吸收現(xiàn)有的機構(gòu)設(shè)計特點，運用創(chuàng)造性的思維和方法，通過類型創(chuàng)新得到新的機構(gòu)構(gòu)型。

2 機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原理

2.1 機構(gòu)組合原理

事實上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中和運用實踐中，運用用單一的機構(gòu)不能滿足要求，不能完成任務(wù)。齒輪機構(gòu)具有良好的運動性能和動力特性，但運動形式太簡單;棘輪機構(gòu)盡管可以進行間歇運動，但他的運動特性太差;連桿機構(gòu)運動簡單，使用方便，但是很難實現(xiàn)一些特殊運動規(guī)律;凸輪機構(gòu)可以實現(xiàn)任意運動，但是行程的可調(diào)性太差。所以，在實際運用中，單一的機構(gòu)往往具有自身的缺陷與不足，而為了彌補各自的不足，在機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計中我們可以把兩種或兩種以上的機構(gòu)進行組合，充分利用各自的性能，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，創(chuàng)造出符合要求的新型機構(gòu)。

2.2 機構(gòu)變異原理

這種原理的而基本思路是：首先要確定一個原始機構(gòu)，并對該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成和功能約束進行分析。然后通過一般化的處理將機構(gòu)運動簡圖轉(zhuǎn)化為一般化的運動鏈。再采取措施使運動鏈的結(jié)構(gòu)系列化，即將運動鏈進行排列組合，找出其中的不同結(jié)構(gòu)形式。最后按照該機構(gòu)構(gòu)型的功能所賦予的約束條件，演化成眾多的再生運動鏈和相應的新機構(gòu)。

3 機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原則

機械行業(yè)是一個比較古老的行業(yè)，經(jīng)過其漫長的發(fā)展和演進，已經(jīng)形成了很多關(guān)于機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計方面的原則，這些原則對機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計實踐重要的指導意義。事實上，也只有遵循這些基本原則，才有可能使具有實用價值的機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計得以實現(xiàn)。總的來說，機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原則包括以下幾點。

圖1

3.1 縮短機構(gòu)運動鏈原則

運動鏈太長會加大震動，增加積累誤差，也增加了機械設(shè)計的成本。所以，在機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計中，要盡量縮短運動鏈，以減小震動，減小積累誤差，降低機械設(shè)計成本。

3.2 恰當選擇運動副原則

運動副是兩構(gòu)件直接接觸組成的可動連接，它限制了兩構(gòu)件之間的某些相對運動，在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特點，低副在接觸部分的壓強較低，因而比高副更加耐磨損。在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中，要充分認識高副和低副的不同特點，根據(jù)設(shè)計的實際需要選擇使用，充分發(fā)揮運動副的優(yōu)勢，取長補短。

3.3 恰當選擇原動機原則

原動機是指用能源產(chǎn)生原動力的一切機械，包括熱力、水力、風力、電力發(fā)動機等，機械也需要原動機，以提供動力，保障正常的運行工作。在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中，要根據(jù)機械的具體要求選擇適合的原動機，為了保證機械的正常運行，在設(shè)計中，可以考慮采用多個原動機，以保障充足的動力。

3.4 縮小機構(gòu)的尺寸原則

機構(gòu)尺寸的大小對機械性能的發(fā)揮有著重要的作用。機構(gòu)尺寸較小，占用的空間較少，有利于各個部分功能的發(fā)揮和空間的有效利用，反之，尺寸較大則不利于機械整體性能的發(fā)揮。為了縮小機構(gòu)的尺寸，在設(shè)計中可以適當?shù)倪x擇凸輪、連桿、滑塊等，以提高空間的使用效率，增加機械的整體性能。

4 機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的實例

4.1 利用組合原理創(chuàng)新設(shè)計的機械機構(gòu)構(gòu)型實例

設(shè)計一個間歇沖壓裝置并將該裝置安裝在一條流水生長線上，同時要求壓力符合要求，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。該設(shè)計方案電動機輸出的是旋轉(zhuǎn)運動。連桿1、連桿2和大輪構(gòu)成凸輪-連桿-滑塊結(jié)構(gòu)，這種機構(gòu)可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復運動。該設(shè)計的直線往復運動由連桿3、連桿4、連桿5構(gòu)成，并且這三個連桿與中心呈對稱分布，滿足工作壓力的要求?？傊摍C構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰，將旋轉(zhuǎn)運動變成了直線往復運動，收到的效果也顯著。此外，該機構(gòu)擁有兩個輸出裝置的配備，使得一機兩用得以實現(xiàn)，不僅提高了機構(gòu)構(gòu)型的空間利用率，也有利于加工產(chǎn)品的效率的提高。

4.2 利用變異原理創(chuàng)新設(shè)計的機械機構(gòu)構(gòu)型實例

為了滿足某些工藝的要求，使機構(gòu)具有某些特殊性能，實踐中我們可以改變某些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計出新的機構(gòu)構(gòu)型，如圖1所示。

該圖的左側(cè)為傳統(tǒng)的擺動從動件圓柱凸輪結(jié)構(gòu)，從理論上來說，除了兩個特殊點之外，擺角越大，擺桿的準確度越低，而經(jīng)過改進后，凸輪2以角速度ω轉(zhuǎn)動時，導桿3隨著滾子4上下移動。滾子4又帶動擺桿5以角速度ωo上下擺動，與此同時，擺桿5與擺快6作相對運動，擺快6和機架1相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)了運動過程的自我調(diào)適。該機構(gòu)彌補了傳統(tǒng)機構(gòu)的缺點與不足，突破了相對擺角的局限，并且擺動運動規(guī)律，擺動也十分精確，是典型的機械機構(gòu)構(gòu)型。

[1]胡健.淺談機械機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計[J].科技風,2011(7).

[2]黃志,黃純穎.機械創(chuàng)新設(shè)計[M].北京：高等教育出版社,2010.