构件形状变异与新机构设计

随着运动副尺寸与形状的变异，构件形状也发生了相应的变化，以实现新的功能。但在运动副不变的条件下，仅构件进行变异也可以产生新机构或获得新功能。

1.构件形状的变异

图3-42是圆盘式联轴器的演化和变异过程，它是由平行连杆机构ABCD（见图3-42a）增加了约束后（见图3-42b）改变连架杆AD和BC的形状，即为两个圆盘（见图3-42c），并进一步改变机架CD的尺寸而形成，还可继续增加虚约束，以增加运动与动力传递的稳定性和联轴器的连接刚度。将圆盘式联轴器进一步变异，把连杆与两个转动副A、B用高副替代，即构成孔与销的结构，就形成了销式联轴器（见图3-42d）。这种联轴器结构紧凑，常用于摆线针轮减速器的输出装置。

图3-42 联轴器变异（1）

图3-43a所示的转动导杆机构，减小偏距e，将连杆1和3变异为两个圆盘，滑块2用滚动副替代，则构造了一种联轴器，用来传递轴线不重合的两轴之间的运动与动力，如图3-43b所示。

在摆动导杆中，若将导杆2的导槽某一部分做成圆弧状，并且槽中心线的圆弧半径等于曲柄OA的长度。这样，当曲柄的端部销A转入圆弧导槽时，导杆则停歇，实现了单侧停歇的功能，并且结构简单，如图3-44所示。

图3-43 联轴器变异（2）

1、3—连杆2—滑块

图3-44 间歇摆动导杆机构

1—曲柄 2—导杆

受导杆弧形槽的启发，可将滑块设计成带有导向槽的结构形状，直接驱动曲柄做旋转运动，构造出无死点的曲柄机构，可以用于活塞式发动机，如图3-45所示。

构件形状变异的内容是很丰富的，例如齿轮有圆柱形、截锥形、椭圆形、非圆形、扇形等；凸轮有盘形、圆柱形、圆锥形、曲面体等。经过这样的变异过程，新机构就可以实现新的功能，或改变运动传递的规律。总结构件形状的变异规律，一般是由直线向圆形、平面曲线以及空间曲线变异，以获得新的功能。另外，为了避免机构运动的干涉，也经常需要改变构件的形状。

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图3-45 无死点曲柄机构

2.构件的合并与拆分

构件的变异与演化还可以通过对机构中的某个构件进行合并与拆分实现新的功能或各种工作要求。

共轭凸轮可以看成是由主凸轮与副凸轮合并而成，如图3-46所示，其中图3-46a和c是分开结构，由于受到需要同步驱动装置的限制，以及体积大的影响，一般实际应用很少；图3-46b和d是合并结构，实际应用较多。

图3-46 共轭凸轮

图3-47所示的平行分度凸轮也是一种空间的共轭凸轮，两个凸轮、两个从动件系统合并，实现特殊要求的运动规律。

图3-48所示也是一种有特殊运动规律要求的凸轮机构，从动件往复运动时接触不同的凸轮廓曲线，并且不同的廓线被合并在一个凸轮上，凸轮向上运动时，从动件滚子与凸轮左侧廓线接触；凸轮向下时，滚子与凸轮右侧廓线接触。因此实现了从动件以不同运动规律往复运动。但是要注意，随着从动件的往复运动，外载荷方向也应交替变换，载荷方向始终与运动方向相反。

图3-47 平行分度凸轮

构件的拆分是指当某些构件进行无停歇的往复运动时，可以只利用其单程的运动性质，变无停歇的往复运动为单程的间歇运动。例如内外槽轮机构就可以看作是由摆动导杆机构拆分而获得的。如图3-49所示，分析摆动导杆机构的运动可以发现，当曲柄的B铰链处于B′位置时，摆杆的摆动方向与曲柄相同。当曲柄B铰链处于B″位置时，摆杆的摆动方向与曲柄相反。摆动方向改变的位置是曲柄垂直于导杆时的位置。若以该垂直位置为分界线，把导杆的槽拆分成两部分，一部分如图3-49c所示，为外槽轮机构；另一部分如图3-49d所示，为内槽轮机构。

图3-48 变廓凸轮

图3-49 构件拆分变异