已知机械设备中的反求与创新设计

【Word版本下载可任意编辑】已知机械设备中的反求与创新设计（1）机械设备反求设计的特点

●具有形象直观的实物，有利于形象思维；

●可对产品或设备的性能、材料等项内容直接开展测试与分析，以获得详细的设计资料；

●可对产品或设备的尺寸直接开展测试与分析，以获得重要的尺寸设计资料；

●目的是反求仿制时，缩短了设计周期，提高了产品的生产起点与速度；

●仿制产品与引进产品有可比性，有利于提高产品的质量；

●在仿制的根底上加以改良和创新，为开发新产品提供了有利条件。

（2）机械设备反求设计的过程

机械设备反求设计一般要经历图所示的流程。

图机械设备反求设计流程图

（3）零部件测绘前的准备和设备的分解原则

在开展测绘之前，应备齐、读懂有关资料，为反求设计做前期准备工作，如产品说明书、维修手册、同类产品样本及产品广告等。还要收集与测绘有关的资料，如机器的装配与分解方法，零件的公差及测量，典型零件（齿轮、轴承、螺纹、花键、弹簧等）的画法，标准件的有关资料，制图及国家标准等资料。

在开展零部件的测绘之前，首先要明确待反求设备中各零部件的功能。这是测绘过程中开展分析的不可缺少的内容。

测绘之前，要对样机开展分解，以便开展尺寸测量。分解实物时要注意以下原则：

①遵循“能恢复原机”的原则开展拆机。也就是说，拆完后能按原样装配。

②分解的零部件按机器的组成开展编号，并有专人保管。

③拆后不易复位的零件（如游标、度盘等部件）、过盈配合的零件或有些特殊的组件可不开展分解。

④分解过程中要有分解记录。要特别注意记录那些难拆的零件和有装拆技巧的零件的分解过程，以减少恢复原机的困难。

（4）测绘的一般方法

被测零件的形状千差万别，但按其在机械中所起的作用可分为连接、紧固零件、传动零件、密封件和箱壳类零件等。在测绘时要标明是否为标准件。

测绘时要基本按比例画出零件草图，然后标注测量尺寸。尺寸的测量对实物反求至关重要。在开展尺寸测量时要注意以下问题：

①选择测量基准。机械零件有两种尺寸，即表示零件基本形体相对位置的定位尺寸和表示零件基本形体大小的形状尺寸，定位尺寸确定后才能确定形体尺寸。一般可选择零件的底面、端面、中心线、轴线或对称面为尺寸基准。

②关键零件的尺寸要开展多次测量，取其干均值为测量尺寸。

③对配合尺寸、定位尺寸等功能性尺寸要测量到小数点后三位数字，没有公差的非功能性尺寸，仅测量到小数点后一位数字到小数点后三位数字即可，没有公差的非功能性尺寸，仅测量到小数点后一位数字即可。

④坝刂量具有复杂形面的零件时（如汽轮机叶片、凸轮廓线等），要边测量、边画放大图，以检查测量中出现的问题，及时修正测量结果。

⑤有些不能直接测量到的尺寸，要根据产品性能、技术要求、工作范围等条件，通过分析计算求出来。

（5）实测尺寸数据的处理

实测尺寸不等于原设计尺寸，需要从实测尺寸推论出原设计尺寸。假设所测的零件尺寸均为合格的尺寸，实测值一定是图样上规定的公差范围内的，其计算公式为：

实测值＝基本尺寸±制造误差±测量误差

式中，制造误差与测量误差之和，必定小于或等于给定的公差，故实测值应在极限尺寸和极限尺寸之间。又根据概率统计原理，零件尺寸的制造误差与测量误差的概率分布服从正态分布规律，尺寸误差位于公差中值的概率，这是处理实测数据的根底。

对于有些国家的英制产品，也可参照上述方法处理。

对于一些重要的配合尺寸，还要把实测尺寸分解为基本尺寸和公差值。

（6）公差的反求设计与创新

机械零件的尺寸公差确定的优劣，直接影响部件的装配和整机的工作性能。反求设计中，因为零件的公差是不能测量的，尺寸公差只能通过反求设计来解决。.

（7）机械零件材料的反求设计与创新

机械零件材料的选择与热处理方法直接影响到零件的强度、刚度、寿命、可靠性等指标，材料的选择是机械设计中的重要问题。

①材料的成分分析：是指确定材料中的化学成分。在对材料的整体、局部1表面开展定性分析或定量分析时，可通过火花鉴别法、音质判别法、原子发射光谱分析法、红外光谱分析法、化学成分分析法、微探针分析法等手段对材料的表面开展定性分析或定量分析。

②材料的组织构造分析：是指材料的宏观组织构造和微观组织构造。开展材料的宏观组织构造分析时，可用放大镜观察材料的晶粒大小、淬火硬层的分布、缩孔的缺陷等情况。利用显微镜可观察材料的微观组织构造。

③材料的工艺分析：是指材料的成型方法，铸造、锻压、挤压、烧结、焊接、机加工以及热处理等是常见的工艺。反求时，可酌情处理。

④材料的硬度分析：可通过硬度计测定材料的表面硬度，并根据硬度或表面处理的厚度判别材料的表面处理方法。

（8）关键零件的反求设计与创新

因为机械是可见的实物，容易仿造，所以任何机器中都会有一些关键零件，也就是生产商要控制的技术。这些零件是反求的重点，也是难点。在开展反求设计时，要找出这些关键零件。如发动机中的凸轮轴、纺织机械中的打纬凸轮、高速机械中的轴承、重型减速器中的齿轮等都是反求设计中的关键零件。特别是高速凸轮的反求，要把实测的凸轮廓线坐标值拟合为若干段光滑曲线，而且要利其运动规律相一致，难度很大。因此，发动机厂家都把凸轮作为发动机的垄断技术。对机械中关键零件的反求成功，技术上就有突破，就会有创新。不同的机械设备，其关键零件不同。关键零件确实定，要视具体情况。一般情况下，关键零件的反求都需要较深的专门知识和技术。

（9）机构系统的反求与创新

根据工作要求设计出机构系统的简图，然后选择材料，根据强度、刚度、制造工艺等要求开展构造设计，画出总装图、零件图，这一过程为正设计。而根据已有的设备，画出其机构系统的运动简图，对其开展运动分析、动力分析及性能分析，并根据分析结果改良机构系统的运动简图，称之为反设计。机构系统的反求设计就属此类。它是反求设计中的重要创新手段。

开展机构系统的反求时，要注意产品的设妙策略反求。一般情况下，可借助价值工程中提高价值的5个基本途径作为产品的反求设妙策略有：

①功能不变，降低成本；

②增加功能，降低成本；

③增加功能，成本不变；

④减少功能，降低更多的成本；

⑤增加功能，增加成本。

其中第二条为理想，但有困难，只有依赖新技术、新材料、新工艺的突破。例如，大规模的集成电路的研制成功，计算机产品的功能越来越强大，