为获得机械设计的原理性方案，机构设计是关键，而机构形式的设计又可以说是机构设计中最为关键和富有创造性的环节。对于机构设计，有几个基本原则，如机构尽可能简单、尽量缩小机构尺寸、使机构具有较好的力学性能等，从理想化的角度考虑，上述原则的必要性是显然的。

常用的机构设计方法包括机构的选型和构型两方面，而机构的构型具有更强的创新含义。本节将通过分析机构构型中常用的创新方法，阐述TRIZ发明原理在其中的体现。

需要说明的是，下面所列举的机构创新方法并非见于TRIZ理论的有关资料，而是见于一般的机械创新资料。如前所述，各种创新方法之间是存在关联的，在思想上是相通的。但是，换一个角度思考同一问题和同一种结果却是能给人以更多启示的。

一、通过组合和扩展构形新机构

通过组合和扩展以构形新机构是创造新机构最基本的方式。它通常有以下几种方式。

1.通过机构组合以构形新机构

不同的机械机构具有不同的特点（优点和缺点）。在许多场合，特别是在要求多样化的场合，采用单一机构通常不能满足设计的总体要求。如，凸轮机构可以实现任意的运动规律，但行程不可调；齿轮机构具有良好的运动和动力特性，但运动形式简单；连杆机构组型多样，但难以实现特殊的、精确度要求较高的运动规律等。抽取各种机构的特点加以组合，就有可能得到能够满足所需性能的新机构，下面举几例说明。

（1）齿轮连杆机构

连杆机构能够实现：转动→转动、转动→移动、转动→摆动的运动转换功能。它与齿轮机构组合，将能获得更多的新功能。

分析：齿轮的优点是可以方便地实现瞬时角速度不变的定速比传动，但如果需要往复运动，对于齿轮传动而言，只能通过反转实现；而连杆机构能够方便地实现往复运动（摆动是圆周运动形式下的往复运动），但由于连杆传动设计时对许用传动角的要求，常使得摇杆的摆角不能达到要求（太小）。

齿轮连杆机构实现大摆角的往复运动。图5-15所示为一种曲柄摇杆机构和齿轮机构的组合机构，它常用于将仪表中微小位移放大后送到指示机构。

图5-15所示是连杆机构在前，齿轮机构在后。如齿轮机构在前，连杆机构在后，可能实现什么特殊的功能？

（2）凸轮连杆机构

凸轮机构能方便地实现任意运动规律，所以凸轮连杆机构比齿轮连杆机构更能实现复杂运动规律和轨迹。将简单的连杆机构和凸轮机构组合，可以有效地克服压力角对凸轮机构的摆角限制，达到更好的效果。

凸轮连杆吸纸机构。图5-16所示为平板印刷机上的吸纸机构。该机构由一个自由度为2的五杆机构和两个固接在同一转动轴上的摆动凸轮机构组成。通过合理地设计凸轮廓线和连杆机构各杆的长度，就可以实现使吸纸盘以图示点画线所示的矩形轨迹运动。以完成吸纸和送进动作。

除了齿轮与连杆的组合、凸轮与连杆的组合以外，连杆与连杆机构的组合、齿轮与凸轮的组合也是创造新机构的常用方法。

2.机构的扩展

组合原理在机构创新中的另一类应用常称为机构的扩展，即以原有的机构为基础，通过增加新的构件以构成新机构。在机构扩展后，原有各构件的相对运动关系保持不变，但新机构的某些性能将与原机构有很大的差别。

图5-17所示为插秧机的手动分秧、插秧机构。其基本工作过程为：来回摆动摇杆1时，连杆上的滚子B将沿着机架上的凸槽2运动，使连杆5上的M点沿图示点画线运动，完成取秧和铅垂插秧动作。在这一动作实现过程中，凸轮机构中的附加构件活动舌3起到了重要的作用，当在图示位置的滚子B向下运动时，滚子所沿轨迹为凸轮左上的形状，而当行至下方准备上行时，由于活动舌的阻挡作用，滚子将沿凸槽的右下方轨迹运行，从而保证了秧爪正反路线的不同。

上例也可以看成是NO.4不对称原理的应用。可以这样说，原理是一种思想和思考方法的提示，其作用在于指导具体采用的机构创新方法的选择，而最终的选择将是在专业知识的支撑下完成的。

二、机构的倒置

机构的倒置是指将机构的运动构件与机架进行转换。按照相对运动规律的不变性，机构倒置后各构件间的相对运动关系不变。根据这一特点可以获得多种不同的新机构。机构倒置所对应的发明原理就是所谓的反向原理。

在机械原理中有这样一个事实：当铰链四杆机构在满足曲柄存在的杆长条件时，通过选取不同的构件为机架，可以分别获得双曲柄机构、曲柄摇杆机构和双摇杆机构。在行星齿轮传动机构中，如系杆固定它就是通常的定轴轮系；但当系杆转动，分别固定两个中心轮，就将得到不同的行星轮机构。

图5-18所示为卡当机构及其倒置变换机构，当杆转动时将带动滑块S、P作往复运动；若令为机架，则原机构的机架将成为转子，曲柄1转动一周，转子3也同步转动一周，同时滑块2及4在转子的十字槽中往复运动，这一运动方式使它成为一种容积泵机构。

三、机构的局部改变

通过对机构的局部形状作适当的变换，从而使原有的机构获得某种新功能的方法称为机构的局部改变创新方法。

众所周知，通常的导杆机构是没有停歇功能的，如图5-19a所示。当曲柄回转时，导杆将来回摆动，但通过对机构的局部形态作适当的改变，就会使停歇功能变为可能。

图5-19b所示为有停歇特征的导杆机构，在左边极限位置附近有停歇的导杆机构。此机构之所以有停歇的运动性能，是因为将导杆槽中间的某一部分做成了圆弧形，且圆弧半径等于曲柄的长度，当滑块运行于圆弧段时，导杆实现了停歇要求。

上述的改变是对零件结构在局部所作的变动，但从发明原理而言，它既可以认为是局部性能的应用，也可以看成是曲线化的应用。而在实际的思考过程中，有可能是两者同时结合的产物，从作局部改变想起，而后想到了圆弧（曲面化）的特殊性。

四、机构的移植和模仿

机构的移植和模仿是机构创新的常用手段，其要点是：①移植，将一机构中的某种结构应用于另一种机构的方法；②模仿，利用某一机构特点设计新机构。机构的移植和模仿更多的是属于联想思维的某种结果；而从变异的形式来看，它又可以从原理的多用性得到解释。

图5-20所示为模仿齿轮展开获得齿条的方式（图5-20a），将槽轮展开从而获得能实现连续转动-间歇平动的运动变换机构。当分析上述两种机构相似性的时候，可以发现这样一点，在机构模仿和复制过程中所做的工作是从对原有机构的效能划分开始的，然后取其某一部分效能，最后通过组合方式获得一种具有全新功能的机构。

五、广义机构创新设计

广义机构是指利用液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构，所对应的发明原理除了机械系统的替代原理以外，气动与液压结构、机械振动等的应用也将有助于产生各种新的广义机构。随着科学技术的发展，这类机构的应用日趋广泛。下面给出几个广义机构的实例。

1.利用液气物理效应

利用液体、气体为工作介质，实现能量和运动转换的机构，分别称为液动和气动机构。图5-21所示为一贴商标机的工作原理图。取纸放纸构件转动，分别经历吹吸气泵的吸、吹区；在吸附区完成涂胶工作；在吹出区完成粘贴工作；经压刷平整后完成整个贴商标工作。在该装置中采用气动装置实现了取放纸动作。

液动和气动机构被广泛地应用于各个领域，已成为一门专门的学科。对于液动和气动机构的应用，可以参考有关液压、气压联动方面的资料，这里不再赘述。

2.利用光电和电磁物理效应

光电和电磁机构是利用光电和电磁作用的物理效应，来完成所需要的动作的机构。常见的如采用红外光电开关进行运动件的位置控制，而不是用机械微动开关等；而电磁机构的应用则更为普遍，常见的如利用电磁铁的各类机构等等。

3.利用重力原理

图5-22所示为巧妙利用重力而设计的、在斜坡上工作的自动矿车。矿车用钢索连接在重锤上。空载时，矿车被重锤拉至上位，自动打开料斗，实现加料；当加料重量大于重锤时，下车下行，关闭料斗；当矿车下行至下位时，导轨面推动矿车的销子，将车斗反倒卸料，如此往复上述动作。

4.利用振动及惯性原理

利用振动产生运动和动力的机构称为振动机构，它们被广泛地用于散状物体的捣实、输送、筛选、研磨、粉碎、混合等工艺中。

图5-23所示为一种惯性激振蛙式夯土机，带有偏心块的飞轮转动，在偏心块处于上方时带动夯头抬起，而在偏心块处于下方时带动夯头下落，实现夯实动作。在这一机构中，惯性力以两种不同的方式被巧妙地应用：①夯头抬起时的离心力使得夯的移动阻力变小；②夯头落地时的离心力使得夯头具有了夯地所需的冲击力。这一装置也可以看成是“曲面化原理”中“离心力”提示点的具体应用。

图5-24给出一种振动上料机构的实物照片。在电磁激振力的作用下，料斗将产生振动，料斗中的零件随着螺旋槽上升至出料口，最终由出料槽送出。

机构的具体创新方式还有多种，如通过改变机构中运动副的形式，构型出不同运动性能的机构；或者是具有相似功能但运动副迵异的机构等，可以参考相关资料。