為獲得機(jī)械設(shè)計(jì)的原理性方案，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，而機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)又可以說(shuō)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵和富有創(chuàng)造性的環(huán)節(jié)。對(duì)于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，有幾個(gè)基本原則，如機(jī)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單、盡量縮小機(jī)構(gòu)尺寸、使機(jī)構(gòu)具有較好的力學(xué)性能等，從理想化的角度考慮，上述原則的必要性是顯然的。

常用的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法包括機(jī)構(gòu)的選型和構(gòu)型兩方面，而機(jī)構(gòu)的構(gòu)型具有更強(qiáng)的創(chuàng)新含義。本節(jié)將通過(guò)分析機(jī)構(gòu)構(gòu)型中常用的創(chuàng)新方法，闡述TRIZ發(fā)明原理在其中的體現(xiàn)。

需要說(shuō)明的是，下面所列舉的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法并非見(jiàn)于TRIZ理論的有關(guān)資料，而是見(jiàn)于一般的機(jī)械創(chuàng)新資料。如前所述，各種創(chuàng)新方法之間是存在關(guān)聯(lián)的，在思想上是相通的。但是，換一個(gè)角度思考同一問(wèn)題和同一種結(jié)果卻是能給人以更多啟示的。

一、通過(guò)組合和擴(kuò)展構(gòu)形新機(jī)構(gòu)

通過(guò)組合和擴(kuò)展以構(gòu)形新機(jī)構(gòu)是創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)最基本的方式。它通常有以下幾種方式。

1.通過(guò)機(jī)構(gòu)組合以構(gòu)形新機(jī)構(gòu)

不同的機(jī)械機(jī)構(gòu)具有不同的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)）。在許多場(chǎng)合，特別是在要求多樣化的場(chǎng)合，采用單一機(jī)構(gòu)通常不能滿足設(shè)計(jì)的總體要求。如，凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但行程不可調(diào)；齒輪機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，但運(yùn)動(dòng)形式簡(jiǎn)單；連桿機(jī)構(gòu)組型多樣，但難以實(shí)現(xiàn)特殊的、精確度要求較高的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。抽取各種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)加以組合，就有可能得到能夠滿足所需性能的新機(jī)構(gòu)，下面舉幾例說(shuō)明。

（1）齒輪連桿機(jī)構(gòu)

連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)：轉(zhuǎn)動(dòng)→轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)→移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)→擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。它與齒輪機(jī)構(gòu)組合，將能獲得更多的新功能。

分析：齒輪的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)角速度不變的定速比傳動(dòng)，但如果需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)于齒輪傳動(dòng)而言，只能通過(guò)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；而連桿機(jī)構(gòu)能夠方便地實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)形式下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)），但由于連桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)許用傳動(dòng)角的要求，常使得搖桿的擺角不能達(dá)到要求（太?。?。

【例】齒輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大擺角的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖5-15所示為一種曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)，它常用于將儀表中微小位移放大后送到指示機(jī)構(gòu)。

【思考】圖5-15所示是連桿機(jī)構(gòu)在前，齒輪機(jī)構(gòu)在后。如齒輪機(jī)構(gòu)在前，連桿機(jī)構(gòu)在后，可能實(shí)現(xiàn)什么特殊的功能？

（2）凸輪連桿機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)能方便地實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以凸輪連桿機(jī)構(gòu)比齒輪連桿機(jī)構(gòu)更能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡。將簡(jiǎn)單的連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組合，可以有效地克服壓力角對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的擺角限制，達(dá)到更好的效果。

【例】凸輪連桿吸紙機(jī)構(gòu)。圖5-16所示為平板印刷機(jī)上的吸紙機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由一個(gè)自由度為2的五桿機(jī)構(gòu)和兩個(gè)固接在同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)組成。通過(guò)合理地設(shè)計(jì)凸輪廓線和連桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度，就可以實(shí)現(xiàn)使吸紙盤以圖示點(diǎn)畫線所示的矩形軌跡運(yùn)動(dòng)。以完成吸紙和送進(jìn)動(dòng)作。

除了齒輪與連桿的組合、凸輪與連桿的組合以外，連桿與連桿機(jī)構(gòu)的組合、齒輪與凸輪的組合也是創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)的常用方法。

2.機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展

組合原理在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新中的另一類應(yīng)用常稱為機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展，即以原有的機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)增加新的構(gòu)件以構(gòu)成新機(jī)構(gòu)。在機(jī)構(gòu)擴(kuò)展后，原有各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系保持不變，但新機(jī)構(gòu)的某些性能將與原機(jī)構(gòu)有很大的差別。

【例】圖5-17所示為插秧機(jī)的手動(dòng)分秧、插秧機(jī)構(gòu)。其基本工作過(guò)程為：來(lái)回?cái)[動(dòng)搖桿1時(shí)，連桿上的滾子B將沿著機(jī)架上的凸槽2運(yùn)動(dòng)，使連桿5上的M點(diǎn)沿圖示點(diǎn)畫線運(yùn)動(dòng)，完成取秧和鉛垂插秧動(dòng)作。在這一動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，凸輪機(jī)構(gòu)中的附加構(gòu)件活動(dòng)舌3起到了重要的作用，當(dāng)在圖示位置的滾子B向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾子所沿軌跡為凸輪左上的形狀，而當(dāng)行至下方準(zhǔn)備上行時(shí)，由于活動(dòng)舌的阻擋作用，滾子將沿凸槽的右下方軌跡運(yùn)行，從而保證了秧爪正反路線的不同。

上例也可以看成是NO.4不對(duì)稱原理的應(yīng)用?？梢赃@樣說(shuō)，原理是一種思想和思考方法的提示，其作用在于指導(dǎo)具體采用的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法的選擇，而最終的選擇將是在專業(yè)知識(shí)的支撐下完成的。

二、機(jī)構(gòu)的倒置

機(jī)構(gòu)的倒置是指將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不變性，機(jī)構(gòu)倒置后各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變。根據(jù)這一特點(diǎn)可以獲得多種不同的新機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)倒置所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理就是所謂的反向原理。

在機(jī)械原理中有這樣一個(gè)事實(shí)：當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在滿足曲柄存在的桿長(zhǎng)條件時(shí)，通過(guò)選取不同的構(gòu)件為機(jī)架，可以分別獲得雙曲柄機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。在行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，如系桿固定它就是通常的定軸輪系；但當(dāng)系桿轉(zhuǎn)動(dòng)，分別固定兩個(gè)中心輪，就將得到不同的行星輪機(jī)構(gòu)。

【例】圖5-18所示為卡當(dāng)機(jī)構(gòu)及其倒置變換機(jī)構(gòu)，當(dāng)001桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)滑塊S、P作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；若令001為機(jī)架，則原機(jī)構(gòu)的機(jī)架將成為轉(zhuǎn)子，曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)一周，轉(zhuǎn)子3也同步轉(zhuǎn)動(dòng)一周，同時(shí)滑塊2及4在轉(zhuǎn)子的十字槽中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這一運(yùn)動(dòng)方式使它成為一種容積泵機(jī)構(gòu)。

三、機(jī)構(gòu)的局部改變

通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的局部形狀作適當(dāng)?shù)淖儞Q，從而使原有的機(jī)構(gòu)獲得某種新功能的方法稱為機(jī)構(gòu)的局部改變創(chuàng)新方法。

眾所周知，通常的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是沒(méi)有停歇功能的，如圖5-19a所示。當(dāng)曲柄回轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)桿將來(lái)回?cái)[動(dòng)，但通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的局部形態(tài)作適當(dāng)?shù)母淖儯蜁?huì)使停歇功能變?yōu)榭赡堋?/p>

【例】圖5-19b所示為有停歇特征的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，在左邊極限位置附近有停歇的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)之所以有停歇的運(yùn)動(dòng)性能，是因?yàn)閷?dǎo)桿槽中間的某一部分做成了圓弧形，且圓弧半徑等于曲柄的長(zhǎng)度，當(dāng)滑塊運(yùn)行于圓弧段時(shí)，導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn)了停歇要求。

上述的改變是對(duì)零件結(jié)構(gòu)在局部所作的變動(dòng)，但從發(fā)明原理而言，它既可以認(rèn)為是局部性能的應(yīng)用，也可以看成是曲線化的應(yīng)用。而在實(shí)際的思考過(guò)程中，有可能是兩者同時(shí)結(jié)合的產(chǎn)物，從作局部改變想起，而后想到了圓?。ㄇ婊┑奶厥庑?。

四、機(jī)構(gòu)的移植和模仿

機(jī)構(gòu)的移植和模仿是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的常用手段，其要點(diǎn)是：①移植，將一機(jī)構(gòu)中的某種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于另一種機(jī)構(gòu)的方法；②模仿，利用某一機(jī)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的移植和模仿更多的是屬于聯(lián)想思維的某種結(jié)果；而從變異的形式來(lái)看，它又可以從原理的多用性得到解釋。

圖5-20所示為模仿齒輪展開(kāi)獲得齒條的方式（圖5-20a），將槽輪展開(kāi)從而獲得能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)-間歇平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)。當(dāng)分析上述兩種機(jī)構(gòu)相似性的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)這樣一點(diǎn)，在機(jī)構(gòu)模仿和復(fù)制過(guò)程中所做的工作是從對(duì)原有機(jī)構(gòu)的效能劃分開(kāi)始的，然后取其某一部分效能，最后通過(guò)組合方式獲得一種具有全新功能的機(jī)構(gòu)。

五、廣義機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

廣義機(jī)構(gòu)是指利用液、氣、聲、光、電、磁等工作原理的機(jī)構(gòu)，所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理除了機(jī)械系統(tǒng)的替代原理以外，氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)、機(jī)械振動(dòng)等的應(yīng)用也將有助于產(chǎn)生各種新的廣義機(jī)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這類機(jī)構(gòu)的應(yīng)用日趨廣泛。下面給出幾個(gè)廣義機(jī)構(gòu)的實(shí)例。

1.利用液氣物理效應(yīng)

利用液體、氣體為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能量和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)，分別稱為液動(dòng)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖5-21所示為一貼商標(biāo)機(jī)的工作原理圖。取紙放紙構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，分別經(jīng)歷吹吸氣泵的吸、吹區(qū)；在吸附區(qū)完成涂膠工作；在吹出區(qū)完成粘貼工作；經(jīng)壓刷平整后完成整個(gè)貼商標(biāo)工作。在該裝置中采用氣動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了取放紙動(dòng)作。

液動(dòng)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，已成為一門專門的學(xué)科。對(duì)于液動(dòng)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，可以參考有關(guān)液壓、氣壓聯(lián)動(dòng)方面的資料，這里不再贅述。

2.利用光電和電磁物理效應(yīng)

光電和電磁機(jī)構(gòu)是利用光電和電磁作用的物理效應(yīng)，來(lái)完成所需要的動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的如采用紅外光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)件的位置控制，而不是用機(jī)械微動(dòng)開(kāi)關(guān)等；而電磁機(jī)構(gòu)的應(yīng)用則更為普遍，常見(jiàn)的如利用電磁鐵的各類機(jī)構(gòu)等等。

3.利用重力原理

圖5-22所示為巧妙利用重力而設(shè)計(jì)的、在斜坡上工作的自動(dòng)礦車。礦車用鋼索連接在重錘上?？蛰d時(shí)，礦車被重錘拉至上位，自動(dòng)打開(kāi)料斗，實(shí)現(xiàn)加料；當(dāng)加料重量大于重錘時(shí)，下車下行，關(guān)閉料斗；當(dāng)?shù)V車下行至下位時(shí)，導(dǎo)軌面推動(dòng)礦車的銷子，將車斗反倒卸料，如此往復(fù)上述動(dòng)作。

4.利用振動(dòng)及慣性原理

利用振動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)稱為振動(dòng)機(jī)構(gòu)，它們被廣泛地用于散狀物體的搗實(shí)、輸送、篩選、研磨、粉碎、混合等工藝中。

圖5-23所示為一種慣性激振蛙式夯土機(jī)，帶有偏心塊的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在偏心塊處于上方時(shí)帶動(dòng)夯頭抬起，而在偏心塊處于下方時(shí)帶動(dòng)夯頭下落，實(shí)現(xiàn)夯實(shí)動(dòng)作。在這一機(jī)構(gòu)中，慣性力以兩種不同的方式被巧妙地應(yīng)用：①夯頭抬起時(shí)的離心力使得夯的移動(dòng)阻力變??；②夯頭落地時(shí)的離心力使得夯頭具有了夯地所需的沖擊力。這一裝置也可以看成是“曲面化原理”中“離心力”提示點(diǎn)的具體應(yīng)用。

圖5-24給出一種振動(dòng)上料機(jī)構(gòu)的實(shí)物照片。在電磁激振力的作用下，料斗將產(chǎn)生振動(dòng)，料斗中的零件隨著螺旋槽上升至出料口，最終由出料槽送出。

機(jī)構(gòu)的具體創(chuàng)新方式還有多種，如通過(guò)改變機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副的形式，構(gòu)型出不同運(yùn)動(dòng)性能的機(jī)構(gòu)；或者是具有相似功能但運(yùn)動(dòng)副迵異的機(jī)構(gòu)等，可以參考相關(guān)資料。