机械创新设计(1-3章)

1、机械创新设计机械创新设计 张春林主编张春林主编 机械工业出版社机械工业出版社 2007.9 主讲：孟晓军主讲：孟晓军 EmailEmail： 一、为什么开设机械创新课程一、为什么开设机械创新课程 培养创新的意识和提高机械创新设计培养创新的意识和提高机械创新设计 的能力的能力 二、课程精髓：创新意识，创新技法二、课程精髓：创新意识，创新技法 三、如何学习这门课程三、如何学习这门课程 听课与创新设计实践相结合听课与创新设计实践相结合 四、考核方法：考试四、考核方法：考试80% + 80% + 平时成绩平时成绩20% 20% 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 创新与创新方法创新与创新方法 第二节

2、第二节 常规设计、现代设计与创新设计常规设计、现代设计与创新设计 第三节第三节 机械创新设计的内容机械创新设计的内容 第四节第四节 创新教育与人才培养创新教育与人才培养 第一节第一节 创新与创新方法创新与创新方法 一、创新的概念一、创新的概念 1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断 努力和探索后被人们认知的具体结果。努力和探索后被人们认知的具体结果。 3、创新：是指提出或完成具有独特性、新颖性和实、创新：是指提出或完成具有独特性、新颖性和实 用性的理论或产品的过程。用性的理论或产品的过程。 2、发明：是指人们提出或完成原本不存在的、经过、发明

3、：是指人们提出或完成原本不存在的、经过 人们不断努力和探索后提出的或完成的具人们不断努力和探索后提出的或完成的具 体结果。体结果。 2.5、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的 参照物，而不强调原本不存在的事物。参照物，而不强调原本不存在的事物。 4、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体 实现。但创新更强调创造成果的实现。但创新更强调创造成果的 新颖性、独特性和实用性新颖性、独特性和实用性 5、创新分类：、创新分类： 6 6、创新方式：其一是由无到有的创新，其二是由有、创新方式：

4、其一是由无到有的创新，其二是由有 到新的创新到新的创新 知识创新知识创新 技术创新技术创新 应用创新应用创新 人们认识世界、改造世界 的基本理论的总结 针对具体的事物，提出并完成具有 新颖性、独特性和实用性的新产品 的过程 把已存在的事物应用到某个新领域， 并发生很大的社会与经济效益的具 体实现过程 二、二、 创新设计的概念创新设计的概念 1 1、设计的概念：是指根据社会或市场的需要，、设计的概念：是指根据社会或市场的需要， 利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动，利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动， 借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机 等

5、）进行反复判断、决策、量化，最终实现把等）进行反复判断、决策、量化，最终实现把 人、物、信息资源转化为产品的过程。人、物、信息资源转化为产品的过程。 2 2、创新设计：是指在设计领域中，提出的新、创新设计：是指在设计领域中，提出的新 的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而 得到具有独特性和新颖性的产品。得到具有独特性和新颖性的产品。 1 1、创造性思维创造性思维与与潜创造能力潜创造能力 逻辑逻辑 思维思维 灵感灵感 思维思维 知识知识 三、三、 创造性思维与创造能力的培养创造性思维与创造能力的培养 逻辑思维：纵向推理，横向推理，逆向推逻辑思维：纵向推理

6、，横向推理，逆向推 理理 灵感思维：产生的实然性，过程的突发性，灵感思维：产生的实然性，过程的突发性， 成果的突破性成果的突破性 2、创新的涌动力、创新的涌动力 存在于人类自身的存在于人类自身的 潜创造能力，只有潜创造能力，只有 在一定压力和一定在一定压力和一定 条件下才会释放出条件下才会释放出 能量。能量。 来自于 自身 强烈的事业心 社会 周边环境的内外压 力 社会因素+自身因素涌动力 涌动力创新成果 创新的过程: 知识（潜创造力）+ 涌动力+ 灵感思维 创新成果 第二节第二节 常规设计、现代设计与创新设计常规设计、现代设计与创新设计 机械设计方法机械设计方法 反向设计反向设计 正向设计正

7、向设计 创新设计创新设计 现代设计现代设计 常规设计常规设计 （反求设计）（反求设计） 1 1、常规机械设计、常规机械设计 常规机械设计方法是依据力学和数常规机械设计方法是依据力学和数 学建立的理论公式和经验公式为先导，学建立的理论公式和经验公式为先导， 以实践经验为基础，运用图表和手册等以实践经验为基础，运用图表和手册等 技术资料，进行设计计算、绘图和编写技术资料，进行设计计算、绘图和编写 设计说明书的过程设计说明书的过程。 该方法强调以成熟的技术为基础，该方法强调以成熟的技术为基础， 目前常规机械设计方法仍然是机械工目前常规机械设计方法仍然是机械工 程中的主要设计方法。程中的主要设计方法。

8、 各高等工科学校的机械设计教科书各高等工科学校的机械设计教科书 主要讲授这种方法。主要讲授这种方法。 轴的结构设计过程轴的结构设计过程 按功率计算出轴的按功率计算出轴的 最小直径最小直径 根据轴上零件的周根据轴上零件的周 向固定和轴向固定向固定和轴向固定 查阅设计手册查阅设计手册 结构设计结构设计 3 . . n P cd 2 2、现代设计方法、现代设计方法 现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软 件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。 可靠性设计、优化设可靠性设计、优化设 计、有限元设计、计算机计、有限元

9、设计、计算机 辅助设计、虚拟设计等都辅助设计、虚拟设计等都 是常用的现代设计方法。是常用的现代设计方法。 现代设计方法在强调运用计算机、现代设计方法在强调运用计算机、 工程设计与分析软件和现代设计理念工程设计与分析软件和现代设计理念 的同时，其基本的设计内容是建立在的同时，其基本的设计内容是建立在 常规设计的基础上。常规设计的基础上。 在强调现代设计方法的时候，不在强调现代设计方法的时候，不 可忽视可忽视常规设计方法常规设计方法的重要性。的重要性。 3 3、创新设计方法、创新设计方法 机械创新设计是指充分发挥设计机械创新设计是指充分发挥设计 者的创造力，利用人类已有的相关科学者的创造力，利用人

10、类已有的相关科学 技术知识，进行创新构思、设计出具有技术知识，进行创新构思、设计出具有 新颖性、创造性新颖性、创造性及及实用性实用性机械产品的一机械产品的一 种实践活动。种实践活动。 结论：结论： 无论设计方法如何，常规设计仍然是最无论设计方法如何，常规设计仍然是最 基本的设计方法，是机械设计课程的根基本的设计方法，是机械设计课程的根 本内容。有关常规设计的基本理论、基本内容。有关常规设计的基本理论、基 本方法与基本技能不应减少。本方法与基本技能不应减少。 三、不同设计方法的实例分析三、不同设计方法的实例分析 设计实例一：薯条加工机的设计设计实例一：薯条加工机的设计 设计实例二：椰肉加工机的设

11、计设计实例二：椰肉加工机的设计 设计实例三：内平动齿轮传动装设计实例三：内平动齿轮传动装 置置的设计的设计 设计实例一：薯条加工机的设计设计实例一：薯条加工机的设计 1、常规设计：、常规设计： 2、现代设计：、现代设计： 3、创新设计：、创新设计： 需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由 于于红薯红薯形状形状 和大小差异很大，控制削皮的厚度较难，导致浪费严重，和大小差异很大，控制削皮的厚度较难，导致浪费严重， 生产率也低。生产率也低。 1 1、 常规设计方法常规设计方法 第一道工序：清洗：设计清洗机第一道工序：清洗：设计清洗机 第二道工序：削皮：设计削皮机第二

12、道工序：削皮：设计削皮机 红薯固定，刀旋转，完成削皮的红薯固定，刀旋转，完成削皮的 任务。任务。 第三道工序：切片后再切条。第三道工序：切片后再切条。 刀刀 红薯红薯 2 2、现代设计：、现代设计： 在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、 优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产 率，但仍然不理想。率，但仍然不理想。 3 3、创新设计：、创新设计： 清洗清洗 粉碎粉碎 过滤去皮过滤去皮 挤压成型挤压成型 油炸成产品油炸成产品 创新导致加工设创新导致加工设 备的改变备的改变 红薯泥红薯泥 薯薯 条条 椰椰 子子 椰肉椰肉

13、刀具刀具 设计实例二：椰肉加工机的设计设计实例二：椰肉加工机的设计 1、常规设计：、常规设计： 椰子剖开椰子剖开 旋转旋转 刀具切削刀具切削 结果不理想结果不理想 2 2、现代设计：、现代设计： 在设计思想没有改变时，通过计算机在设计思想没有改变时，通过计算机 仿真、优化设计等，可减少椰肉的损仿真、优化设计等，可减少椰肉的损 失、提高生产率，但结果仍然不理想失、提高生产率，但结果仍然不理想 3 3、创新设计：、创新设计： 注入溶剂，椰肉注入溶剂，椰肉 溶化成汁溶化成汁 椰子椰子 创造性思维改变了创造性思维改变了 产品加工方法产品加工方法 由机械加工方法到化学方法生产由机械加工方法到化学方法生产

14、 结论：结论： 1、常规设计方法是一切方法的基础、常规设计方法是一切方法的基础 2、现代设计方法是在常规设计方法、现代设计方法是在常规设计方法 的基础上，提高设计效率、产品的基础上，提高设计效率、产品 可靠性和质量的设计方法可靠性和质量的设计方法 3、创新设计的要素是强调创造性的、创新设计的要素是强调创造性的 设计思维，其结果具有巨大效益设计思维，其结果具有巨大效益 4、加强创新教育是高等学校的职责、加强创新教育是高等学校的职责 第三节机械创新设计的内容第三节机械创新设计的内容 一、有关机构的几个名词术语 机械： 机器实例机器实例 一、机器一、机器 机器所共有的三个基本特征：机器所共有的三个基

15、本特征： 3) 3)机器可以实现人所期望的机械能、物体和信息的变机器可以实现人所期望的机械能、物体和信息的变 换和传递。换和传递。 2)2)机器都有确定的运动。机器都有确定的运动。 1)1)它们都是一种人为的实体的组合，而不是自然之物。它们都是一种人为的实体的组合，而不是自然之物。 凡同时具备上列三个特征的实体组合便称为机器。凡同时具备上列三个特征的实体组合便称为机器。 (2) (2) 执行部分执行部分 执行部分处于整个机器传动运动的终执行部分处于整个机器传动运动的终 端，完成预期的机械动作。执行部分可以是一个或端，完成预期的机械动作。执行部分可以是一个或 多个构件，且其结构形式随机器的用途不

16、同而呈现多个构件，且其结构形式随机器的用途不同而呈现 不同形式。有时机构也能成为执行部分，如许多机不同形式。有时机构也能成为执行部分，如许多机 械手的抓取部分常为连杆机构。械手的抓取部分常为连杆机构。 最一般意义上的机器由下列四部分组成：最一般意义上的机器由下列四部分组成： (1) (1) 原动部分原动部分 原动部分是机器动力的来源。常用的原原动部分是机器动力的来源。常用的原 动机可分成一次原动机和二次原动机。一次原动机动机可分成一次原动机和二次原动机。一次原动机 把自然界的能源转变为机械能。二次原动机把二次把自然界的能源转变为机械能。二次原动机把二次 能源如电能、液能转变为机械能。有的简单机

17、器的能源如电能、液能转变为机械能。有的简单机器的 原动部分为人力。原动部分为人力。 (4) (4)控制和操纵部分控制和操纵部分 该部分的作该部分的作 用是使机器上的原动部分、执行用是使机器上的原动部分、执行 部分和传动部分协调工作。控制部分和传动部分协调工作。控制 部分是指通过测量元件取得机器部分是指通过测量元件取得机器 运行的一定信息，并转换为控制运行的一定信息，并转换为控制 信息，交由控制器发出信号到操信息，交由控制器发出信号到操 纵部分，使被控制对象的运动情纵部分，使被控制对象的运动情 况发生变化。况发生变化。 (3) (3)传动部分传动部分 传动部分介于原传动部分介于原 动机与执行部分

18、之间，用以动机与执行部分之间，用以 传递传递运动运动及及动力动力。当原动部。当原动部 分的速度大小不能满足执行分的速度大小不能满足执行 部分的需要时，传动部分用部分的需要时，传动部分用 以实现运动的增速或减速。以实现运动的增速或减速。 机机 器器 动力部分 传动部分 执行部分 控制部分 二、机构二、机构 常用的机构常用的机构 连杆机构连杆机构 凸轮机构凸轮机构 齿轮机构齿轮机构 间歇运动机构间歇运动机构 带传动和链传动机构带传动和链传动机构 螺旋机构螺旋机构 组合机构组合机构 按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为：按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为： 空间机构

19、 Spatial Mechanisms 平面机构 Planar Mechanisms 机机构构 Mechanisms 1、机构的创新设计、机构的创新设计 （1）设计出新机构；）设计出新机构； 机械创新设计的内容机械创新设计的内容 瓦特发明的蒸气机现 安放于西班牙马德里 1、机构的创新设计、机构的创新设计 （2）原有机构演化、变异，导致结构变化）原有机构演化、变异，导致结构变化 平底推杆盘形凸轮机构凹圆弧底推杆盘形凸轮机构 传动寿命和效率提高 2、机构应用创新设计、机构应用创新设计 4 C 3 1 2 1 B A B A C a)曲柄滑块机构 b）偏心盘机构 c）剪床机构 3、机构组合设计，导致

20、新机构系统的出现、机构组合设计，导致新机构系统的出现 机构组合创新机构组合创新 E D C B A F 第四节第四节 创新人才的基本要求创新人才的基本要求 1 1、具备基础知识和专业知识、具备基础知识和专业知识 2 2、具有进取与追求的精神、具有进取与追求的精神 3 3、具有创新的思维方式、具有创新的思维方式 （打破定势思维，提倡发散思维）（打破定势思维，提倡发散思维） 4 4、善于扑捉瞬间的灵感、善于扑捉瞬间的灵感 5 5、掌握一定的创新技法（本书重点内容）、掌握一定的创新技法（本书重点内容） 思考题思考题: 1、创新的分类，技术创新与应用创新的区别、创新的分类，技术创新与应用创新的区别 2

21、、机械创新设计与现代设计、常规设计、机械创新设计与现代设计、常规设计 的主要区别是什么？的主要区别是什么？ 3、学习机械创新设计的内容有那些？、学习机械创新设计的内容有那些？ 4、创新人才应具备那些基本素质？、创新人才应具备那些基本素质？ 思维方法是创新设计的重要组成部分，与思维方法是创新设计的重要组成部分，与 创新理论、创新技法结合互补，使机械创新设创新理论、创新技法结合互补，使机械创新设 计的内容更加完善计的内容更加完善。 第一节第一节 思维概述思维概述 第二节第二节 思维的类型思维的类型 第三节第三节 创造性思维的形成与发展创造性思维的形成与发展 第四节第四节 思维方式与创新方法思维方式

22、与创新方法 第二章第二章 机械创新设计的思维基础机械创新设计的思维基础 、思维的间接性和概括性、思维的间接性和概括性 思维的间接性指的是凭借其它信息的触发，思维的间接性指的是凭借其它信息的触发， 借助于已有的知识和信息，去认识那些没有直借助于已有的知识和信息，去认识那些没有直 接感知过的或根本不能感知的事物，以及预见接感知过的或根本不能感知的事物，以及预见 和推知事物的发展过程。和推知事物的发展过程。 思维的概括性指的是它能够去除不同类型思维的概括性指的是它能够去除不同类型 事物的具体差异，而抽取其共同的本质或特征事物的具体差异，而抽取其共同的本质或特征 加以反映。加以反映。 第一节第一节 思

23、维概述思维概述 二、思维的多层性二、思维的多层性 思维有高级和低级，简单和复杂之分，也就是 说，思维具有层次性。 三、思维的自觉性与创造性三、思维的自觉性与创造性 思维的自觉性也称为灵感思维。其最大的特征思维的自觉性也称为灵感思维。其最大的特征 是爆发性与瞬间性，只有善于扑捉这一短暂的是爆发性与瞬间性，只有善于扑捉这一短暂的 灵感思维，才会发生量变到质变的创造成果。灵感思维，才会发生量变到质变的创造成果。 第二节第二节 思维的类型思维的类型 一、形象思维一、形象思维 形象思维又称为具体思维或具体形象的思维。形象思维又称为具体思维或具体形象的思维。 它是人脑对客观事物或现象的外部特点和具体它是人

24、脑对客观事物或现象的外部特点和具体 形象的反映活动形象的反映活动 二、抽象思维二、抽象思维 抽象思维又称为逻辑思维。它是凭借概念、判抽象思维又称为逻辑思维。它是凭借概念、判 断、推理而进行的反映客观现实的思维活动。断、推理而进行的反映客观现实的思维活动。 三、发散思维三、发散思维 发散思维又称辐射思维、扩散思维、开放思发散思维又称辐射思维、扩散思维、开放思 维等。它是以少求多的思维形式，其特点是从维等。它是以少求多的思维形式，其特点是从 给定的信息输入中产生出众多的信息输出。给定的信息输入中产生出众多的信息输出。 四、收敛思维四、收敛思维 收敛思维又称集中思维、求同思维等。是收敛思维又称集中思

25、维、求同思维等。是 一种寻求某种正确答案的思维形式。它以某种一种寻求某种正确答案的思维形式。它以某种 研究对象为中心，将众多的思路和信息汇集于研究对象为中心，将众多的思路和信息汇集于 这一中心的思维过程。这一中心的思维过程。 五、动态思维五、动态思维 动态思维是一种运动的、不断调整的、不动态思维是一种运动的、不断调整的、不 断优化的思维活动。断优化的思维活动。 其特点是根据不断变化的环境、条件来不其特点是根据不断变化的环境、条件来不 断改变自己的思维秩序、思维方向，对事物进断改变自己的思维秩序、思维方向，对事物进 行调整、控制，从而达到优化的思维目标。行调整、控制，从而达到优化的思维目标。 六

26、、有序思维六、有序思维 有序思维是一种按一定规则和秩序进行的有序思维是一种按一定规则和秩序进行的 有目的的思维方式，它是许多创造方法的基础有目的的思维方式，它是许多创造方法的基础 七、直接思维七、直接思维 基于有限的信息，调动已有的知识积累，基于有限的信息，调动已有的知识积累， 摆脱惯常的思维规律，对新事物、新现象、新摆脱惯常的思维规律，对新事物、新现象、新 问题进行的一种直接、迅速、敏锐的洞察和跳问题进行的一种直接、迅速、敏锐的洞察和跳 跃式的判断。跃式的判断。 八、创造性思维八、创造性思维 创造性思维是一种最高层次的思维活动创造性思维是一种最高层次的思维活动 其特点是：综合性、跳跃性、新颖

27、性、潜意识其特点是：综合性、跳跃性、新颖性、潜意识 中的自觉性和顿悟性中的自觉性和顿悟性 九、质疑思维九、质疑思维 用怀疑和批判的眼光看待一切事物，既敢于用怀疑和批判的眼光看待一切事物，既敢于 否定。提出疑问，是许多新事物新观念产生的否定。提出疑问，是许多新事物新观念产生的 开端，质疑是人类思维的精髓，也是创新思维开端，质疑是人类思维的精髓，也是创新思维 的最基本方式之一。的最基本方式之一。 十、互动思维十、互动思维 互动思维又称为头脑风暴法互动思维又称为头脑风暴法 ，是与集体，是与集体 思维互动的思维方式。思维互动的思维方式。 十一、灵感思维十一、灵感思维 灵感思维是一种特殊的思维现象，是一

28、个灵感思维是一种特殊的思维现象，是一个 人长时间思考某个问题得不到答案，中断了对人长时间思考某个问题得不到答案，中断了对 它的思考以后，却又会在某个场合突然产生对它的思考以后，却又会在某个场合突然产生对 这个问题的解答的顿悟这个问题的解答的顿悟。 第三节第三节 创造性思维的形成与发展创造性思维的形成与发展 一、创造性思维的形成过程一、创造性思维的形成过程 创造性思维的形成大致可分为三个阶段：创造性思维的形成大致可分为三个阶段： 1 1、酝酿准备阶段：、酝酿准备阶段： 2 2、潜心加工阶段、潜心加工阶段 3 3、顿悟阶段、顿悟阶段 二、创造性思维的培养与发展二、创造性思维的培养与发展 1 1、潜

29、创造思维的培养、潜创造思维的培养 潜创造思维的基础是知识，人的知识来源与潜创造思维的基础是知识，人的知识来源与 教育和社会实践。由于受教育的程度和社会实教育和社会实践。由于受教育的程度和社会实 践经验的不同，人的文化知识、实践经验知识践经验的不同，人的文化知识、实践经验知识 存在很大差异，即人的知识深度、广度不同，存在很大差异，即人的知识深度、广度不同， 但人人都有知识，只是知识结构不同。也就说，但人人都有知识，只是知识结构不同。也就说， 人人都有潜创造力。人人都有潜创造力。 2 2、创新涌动力的培养、创新涌动力的培养 来源于社会因素或自我因素的影响，潜创造来源于社会因素或自我因素的影响，潜创

30、造 力转换为力转换为涌动力。涌动力。 社会因素包括工作环境中的外部或内部压力社会因素包括工作环境中的外部或内部压力 自我因素主要是强烈的事业心自我因素主要是强烈的事业心 所以，塑造良好的工作环境和培养强烈的事所以，塑造良好的工作环境和培养强烈的事 业心是出现创新涌动力的最好保证。业心是出现创新涌动力的最好保证。 潜创造力潜创造力+ +创新涌动力创新涌动力+ +灵感灵感 = = 创新成果创新成果 第四节第四节 思维方式与创新方法思维方式与创新方法 一、群体集智法一、群体集智法 二、系统分析法二、系统分析法 三、联想法三、联想法 四、类比法四、类比法 五、仿生法五、仿生法 六、组合创新法六、组合创

31、新法 七、反求设计法七、反求设计法 八、功能设计法八、功能设计法 一、群体集智法 请一位养牛专家猜其重量。跟实际重量没差多少 七百个人，他们跟养牛完全无关，有教师，有清 洁工、律师、医生、渔夫、园丁、政客等。得出 的平均数，却比那个养牛专家更加接近实际重量 群体集智法 会议集智： 书面集智: 函询集智: 二、系统分析法 案例 某锻造厂是以生产解放、东 风140和东风130等汽车后 半轴为主的小型企业，现在 年生产能力为1.8万根，年 产值为130元。半轴生产工 艺包括锻造、热处理、机加 工、喷漆等23道工序，由于 设备陈旧，前几年对某些设 备进行了更换和改造，但效 果不明显，生产能力仍然不 能

32、提高。 限定问题限定问题 确定目标确定目标 调查研究调查研究 收集数据收集数据 提出备选方案提出备选方案 和评价标准和评价标准 备选方案评估备选方案评估 最可行方案最可行方案 二、系统分析法 限定问题限定问题 确定目标确定目标 调查研究调查研究 收集数据收集数据 提出备选方案提出备选方案 和评价标准和评价标准 备选方案评估备选方案评估 最可行方案最可行方案 通过限定问题，咨询人员发现，在半轴生产23道工序 中，生产能力严重失调，其中班产能力为120-190根的 有9道工序，主要是机加工设备。班产能力为70-90根 的有6道工序，主要是淬火和矫直设备。其余工序班产 能力在30-45根之内，都是锻

33、造设备。 由于机加工和热处理工序生产能力大大超过锻造工序， 造成前道工序成为“瓶颈”，严重限制后道工序的局 面，使整体生产能力难于提高。所以，需要解决的真 正问题是如何提高锻造设备能力 确定出发展目标，即通过对锻造设对锻造设 备的改造，备的改造，使该厂汽车半轴生产能 力和年产值都提高1倍。 初步提出了三个备选方案，即： 1、新装一台平锻机； 2、用轧制机和碾压机代替原有夹 板锤和空气锤； 3、增加一台空气锤。 评价标准或约束条件，即：投资不 能超过20万元； 第1个方案（新装一台平锻机）， 技术先进，但投资高，超过约束条 件，应予以淘汰。对其余2个方案， 采取打分方式评比，结果第3方案 （增加

34、一台空气锤）被确定为最可 行方案，该方案具有成本低，投产 周期短，耗电量低等优点，技术上 虽然不够先进，但符合小企业目前 的要求，客户对此满意， 提问追溯法提问追溯法 （补充）（补充） (1)5W2H(1)5W2H法法 1)Why1)Why？ 为何设计该产品？采用何种总体布为何设计该产品？采用何种总体布 局？局？ 2)What2)What？ 产品有何功能？是否需要创新？产品有何功能？是否需要创新？ 3)Who3)Who？ 产品用户是谁？谁来设计？产品用户是谁？谁来设计？ 4)When4)When？ 何时完成该设计？各设计阶段时间如何时完成该设计？各设计阶段时间如 何划分？何划分？ 5)Wher

35、e5)Where？ 产品用于何处？在何处生产？产品用于何处？在何处生产？ 6)How to do6)How to do？ 如何设计？形状、材料、结构如何设计？形状、材料、结构 如何？如何？ 7)How much7)How much？ 单件还是批量生产？单件还是批量生产？ (2)(2)设问法设问法针对问题，从不同的角度提出疑问进行启针对问题，从不同的角度提出疑问进行启 发，以其出现创新成果。发，以其出现创新成果。 1)1)转化转化：该产品能否稍作改动或不改动而移作它用？该产品能否稍作改动或不改动而移作它用？ 2)2)引申：引申：能否从该产品中引出其它产品？或用其它产品能否从该产品中引出其它产品？

36、或用其它产品 模仿该产品？模仿该产品？ 3)3)变动：变动：能否对产品进行某些改变？如运动、结构、造能否对产品进行某些改变？如运动、结构、造 型、工艺？型、工艺？ 4)4)放大：放大：该产品放大（加厚、变深、该产品放大（加厚、变深、）后任何？）后任何？ 5)5)缩小：缩小：该产品缩小（变薄、变软、该产品缩小（变薄、变软、）后任何？）后任何？ 6)6)颠倒：颠倒：能否正反（上下、前后、能否正反（上下、前后、）颠倒使用？）颠倒使用？ 7)7)替代：替代：该产品能否用其它产品替代？该产品能否用其它产品替代？ 8)8)重组：重组：零件能否互换？零件能否互换？ 9)9)组合：组合：现有几个产品能否组合为

37、一个产品？或者部件现有几个产品能否组合为一个产品？或者部件 组合、功能组合、组合、功能组合、？ 第三章第三章 机械创新设计的技术基础机械创新设计的技术基础 第一节第一节 机器的组成分析机器的组成分析 第二节第二节 机械运动形态及其变换机械运动形态及其变换 第三节第三节 机械运动及其控制机械运动及其控制 第四节第四节 机械系统及其发展机械系统及其发展 一、机器的组成一、机器的组成 机械创新设计的内容主要涉及到机械运动系统机械创新设计的内容主要涉及到机械运动系统 从机构学的角度看，传动机构和工作执行机构是相同的，二者统称机械运动系统从机构学的角度看，传动机构和工作执行机构是相同的，二者统称机械运动

38、系统 原动机原动机传动机构传动机构 控制系统控制系统 工作执行机构工作执行机构 第一节第一节 机器的组成分析机器的组成分析 二、原动机二、原动机 电动机电动机 内燃机内燃机 一次能源动力机：水力机、风力机一次能源动力机：水力机、风力机 液压马达液压马达 三相交流异步电动机三相交流异步电动机 直流电动机直流电动机 伺服电动机伺服电动机 汽油机汽油机 柴油机柴油机 交流电动机交流电动机 三、机械传动系统三、机械传动系统 1 1、啮合传动：齿轮传动、链传动、啮合传动：齿轮传动、链传动 2 2、摩擦传动：带传动、摩擦轮传动、摩擦传动：带传动、摩擦轮传动 3 3、螺旋传动、螺旋传动 4 4、万向轴传动、

39、万向轴传动 5 5、钢丝软轴传动、钢丝软轴传动 6 6、液压传动、液压传动 7 7、液力传动、液力传动 8 8、电磁传动、电磁传动 四、工作执行系统四、工作执行系统 1 1、连杆机构、连杆机构 2 2、凸轮机构、凸轮机构 3 3、齿轮机构、齿轮机构 4 4、间歇运动机构、间歇运动机构 6 6、螺旋机构、螺旋机构 7 7、电磁机构、电磁机构 五、控制系统五、控制系统 1 1、机械控制、机械控制 2 2、电器控制、电器控制 3 3、自动控制、自动控制 要求：要求：明白如果需要某种形式的运动，有 哪些实现方式。为什么采用这种方式？ 第二节第二节 机构及其运动形态分析机构及其运动形态分析 问题实例 为

40、了使钳口上下受力均衡，希望其做平动， 采用何种机构来实现？ 1 1、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构 2 2、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构 3 3、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构 4 4、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构 5 5、连续转动到平面运动的变换与实现机构、连续转动到平面运动的变换与实现机构 6 6、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构 7 7、直线

41、移动到定轴转动或摆动的运动变换与实现机构、直线移动到定轴转动或摆动的运动变换与实现机构 第二节第二节 机构及其运动形态分析机构及其运动形态分析 10.绳索传动机构绳索传动机构 11.液力传动机构液力传动机构 12.钢丝软轴传动机构钢丝软轴传动机构 13.万向节传动机构等万向节传动机构等 1.齿轮传动机构齿轮传动机构 2.连杆机构连杆机构 6.摩擦轮传动机构摩擦轮传动机构 8.带传动机构带传动机构 9.链传动机构、链传动机构、 1、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构 椭圆齿轮传动椭圆齿轮传动 具有变速传动性能（变传动比） 转动到转动（连杆机构） 双曲柄

42、机构双曲柄机构 例：惯性筛例：惯性筛 转动导杆机构转动导杆机构 注意与摆动导杆的区别：都是曲柄导杆机构， LBC LBA,则是转动导杆，否则是摆动导杆机构 带传动机构带传动机构 液力传动机构液力传动机构 绳索传动机构绳索传动机构 钢丝软轴传钢丝软轴传 动机构动机构 摩擦轮传动机构摩擦轮传动机构 同步带传动机构同步带传动机构 钢丝软轴 汽车 传动 软轴 专利： 软轴传 动潜水 泵 特点： 主、从动件的位置具有随意性 2 2、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构 5.间歇运动机构间歇运动机构 槽轮机构槽轮机构 棘轮机构棘轮机构 不完全齿轮机构不完全齿轮机构

43、 分度凸轮机构分度凸轮机构 3 3、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构 3.凸轮机构凸轮机构 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 摆动导杆机构摆动导杆机构 2.连杆机构连杆机构 摆动从动件摆动从动件 凸轮机构凸轮机构 摆动从动件平面凸轮机构摆动从动件平面凸轮机构 摆动从动件圆柱凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构 4 4、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 正弦机构正弦机构 直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构 齿轮齿条机构齿轮齿条机构 螺旋机构螺旋机构 5 5、连续转动到平面运动的变换与

44、实现机构、连续转动到平面运动的变换与实现机构 行星齿轮机构行星齿轮机构行星轮行星轮 6 6、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构 双滑块机构双滑块机构 移动凸轮机构移动凸轮机构 双滑块机构（椭圆仪） 双滑块机构双滑块机构 移动凸轮机构移动凸轮机构 7 7、直线移动到定轴转动或摆动的运动变换与、直线移动到定轴转动或摆动的运动变换与 实现机构实现机构 2.曲柄滑块机构曲柄滑块机构滑块主动滑块主动 1.齿轮齿条机构齿轮齿条机构齿条主动齿条主动 滑块主动滑块主动 齿条主动齿条主动 专利：专利： 往复齿轮发动机往复齿轮发动机 将曲轴传动改成齿条将曲轴传动改成齿条

45、 带动齿轮旋转运动带动齿轮旋转运动 配重配重 配重配重 曲轴 配重 8、机、气、液机构组合 气缸或液压缸系统与连杆系统的组合，气缸或液压缸系统与连杆系统的组合， 也可称其为气、液驱动连杆机构。也可称其为气、液驱动连杆机构。 由动作缸和活塞杆组合而成，主动件由动作缸和活塞杆组合而成，主动件 一般均为活塞杆，对于比较复杂的工艺动一般均为活塞杆，对于比较复杂的工艺动 作，可采用多缸来完成。作，可采用多缸来完成。 第四节第四节 多功能平口钳的创新设计案例分析多功能平口钳的创新设计案例分析 北京化工大学全国一等奖 第三节第三节 机械的控制系统机械的控制系统 一、机械控制系统的类型一、机械控制系统的类型

46、1、机械式控制系统、机械式控制系统 2、液压控制、液压控制 3、气压控制、气压控制 4、电气控制、电气控制 5、智能控制、智能控制 二、机械控制系统的发展趋势二、机械控制系统的发展趋势 5、智能控制（机电机构组合） 智能技术是集计算机技术、电子技术、传感智能技术是集计算机技术、电子技术、传感 器技术和控制技术融为一体的先进控制手段。器技术和控制技术融为一体的先进控制手段。 机械系统的微机控制框图机械系统的微机控制框图 一、机械运动的换向与控制一、机械运动的换向与控制 (1)(1)旋转运动的换向与控制旋转运动的换向与控制 1)1)改变电机转向改变电机转向 2 2）限位开关换向）限位开关换向 第四

47、节第四节 机械运动及其控制机械运动及其控制 1)1)改变电机转向改变电机转向 L1 L2 L3 QS U11 V11 W11 FU2 U12 V12 W12 U13 V13 W13 FR UVW PE M 3 KM1KM2 FR SB3 SB1 SB2 0 KM2 KM2 KM1 KM1 KM2KM1 FU1 1 2 3 4 5 6 7 滚轮式行程开关外形图 (a) 单轮旋转式； （b） 双轮旋转式； （c） 电气符号 2）限位开关换向）限位开关换向 3)3)介轮换向介轮换向 轮轮2 2、3 3为介轮，左图轮为介轮，左图轮1 1、4 4反向转动；反向转动； 右图轮右图轮1 1、4 4同向转动。

48、同向转动。 4)4)摩擦轮换向摩擦轮换向 控制摩擦轮控制摩擦轮A A、 B B在轴上的滑动在轴上的滑动 位置，使得与位置，使得与C C 交替接触，实现交替接触，实现 C C轮的正反转，轮的正反转， 完成螺旋完成螺旋D D的往复的往复 移动。移动。 5)5)自身换向机构自身换向机构利用机构本身的结构特点，利用机构本身的结构特点， 使从动件的运动自动换向。如曲柄摇杆机构使从动件的运动自动换向。如曲柄摇杆机构 (2)(2)直线移动的换向与控制直线移动的换向与控制 1)1)改变电机转向来实现往复直线移动改变电机转向来实现往复直线移动 电机正反转，经齿轮驱动固定在大门上的齿条，电机正反转，经齿轮驱动固定在大门上的齿条， 使大门往复移动。图使大门往复移动。图b b为电动感应推拉门示意图，为电动感应推拉门示意图， 两扇门固定在带的上下两侧，利用电机的正反转两扇门固定在带的上下两侧，利用电机的正反转 和上下皮带的反向运动完成门的开启与关闭动作和上下皮带的反向运动完成门的开启与关闭动作 2)2)液压换向液压换向 图示为液压图示为液压 换向传动控换向传动控 制电路图制电路图 我认为更加典型的液压换向应该是几位几通的换向阀我认为更加典型的液压换向应该是几位几通的换向阀 3)3)自身换向机构自身换向机构主主 动件连续转