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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
摘要：随着社会对机械性能要求的提高, 机构构型的创新设计更加引起人们的关注。文章从机械机构构型创新设计的概念和目的分析入手, 探讨了机械机构构型创新设计的原理和原则, 此外, 文章还应用了实例来说明机械机构构型创新设计的相关问题。
关键词：机械机构,机构构型,创新设计
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