机械创新设计-绪论

1、第一章 绪 论,.,创新是人类文明进步的原动力,第一节 创新与社会进步,我国古代在机械研制方面有许多杰出的发明创造。,指南车,地动仪,水碾,机械发展的历史是一部创新的历史。,.,.,哈格里沃斯发明的“珍妮纺纱机”,法国陆军技术军官古诺发明了世界上第一辆蒸汽动力车,1898年问世的“雷诺”牌汽车,“圣路易斯精神”号飞机 1927年美国人林德伯格驾驶着它完成了人类首次不着陆飞越大西洋的壮举。,.,.,国际太空站,航天飞机正在利用机械臂施放哈勃空间望远镜,用光刻技术做成的微米尺寸的微机械,蜘蛛形探雷机器人,.,.,科学技术的发展，使得机械创新设计不断向宏观、微观、智能、多学科交叉等领域延伸。,机器蟑

2、螂视频,.,机器恐龙视频,.,仿人机器人视频,.,回顾人类发展的历史，创新在人类进步过程中发挥了极其重要的作用，它推动人类社会从野蛮走向文明，从蒙昧走向智慧，从封闭走向开放。,当世界进入知识经济的时代： 创新是个人适应竞争的保证； 创新是国家繁荣强盛的根本； 创新是民族屹立不倒的灵魂。,.,目前，核心技术和关键技术缺失，既是我国自主创新要解决的高端问题，又严重制约着国内创新活动的展开。 我国发明专利授权中四分之三为外国人所拥有； 申请专利数量最多的10家电子信息企业，5年申请之和仅相当于美国IBM公司1年申请的专利数量。 由于缺少拥有自主知识产权的核心技术，我国不少行业存在产业技术空心化的危险

3、。 除了核心技术受制于人，我国自主创新面临的障碍还有：产业链支离破碎；投融资体制改革滞后；竞争环境尚欠“公平”。,.,2. 当前我国机械领域创新能力现状,改制后的机械工程研究所正在失去研究实力； 中科院没有设置机械工程研究所； 中国机械制造企业很少从事基础研究； 机械学科的创新项目90落在研究型大学；,.,缺少有国际重大重要影响的机械工程原创性成果； 缺少国家自然科学和国家发明一等奖； 缺少国际知名的科学家； 缺少重要国际会议上中国学者的大会报告； 缺少优秀的机械工程基础研究创新团队。,2. 当前我国机械领域创新能力现状,.,目的：引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力

4、和协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。 主题： “健康与爱心”，内容为“健身机械、康复机械、助残机械、运动训练机械等机械产品的创新设计与制作”，方式为自选题方式。所有参赛作品必须与本次大赛的主题和内容相符。 说明：由教育部高等教育司批准的组委会负责组织与实施。采用各省预赛和全国决赛的两级竞赛方式。参赛队每队的学生人数不超过5人，每队的指导教师不超过去2人。,3. 全国机械创新设计大赛,.,不需要很复杂，关键是有新意。,.,多功能齿动平行口钳,.,设计目的,稳定钳口的用力 扩大钳子使用范围 实现一钳多能,.,稳定钳

5、口的用力,我们平时用的钳子，在钳夹物体时，钳口的张开是V字形，显然有一个向钳口外的分力存在，这样就使得要夹持的物体体积越大，钳口张开就越大，用于夹持物体的分力也越小，且越不稳固。,.,设计原理,采用齿轮齿条传动机构的简单原理，钳把的转动转化为扇形的齿轮转动，从而带动齿条钳口的平动，实现钳口的平行相夹。,.,齿轮齿条传动的优点,无论齿轮啮合是否标准安装，啮合线N1N2的位置总是不变的，而且啮合角恒等于分度圆的压力角，也就是齿条的齿形角。（齿形角越小越好） 一般钳子钳口相夹时的力是随钳口变化而不断变化的，而且钳口开的越大，钳夹力越小，很不适用于夹持体积大一些的物体。 而齿动原理使钳夹力的方向大小都

6、是不变的，除了平行钳夹的优势外，齿动平行口钳在钳夹较大体积物体更省力更有优势。,F,F1,F2,F,F2,F1,.,扩大钳子使用范围,普通钳子钳口张角过小，使其在使用范围上有所限制；齿动平行口钳可将钳把转角加到足够大，而其作用在钳口的力不变，从而扩大了钳口的应用范围。,.,多功能性,我们将钳口作成燕尾槽结构，并配合以不同功能的工作块，使钳口工作面可以更换，这样就使它具有了多功能性： 1.普通钳口工作块； 2.橡胶质工作块； 3.圆弧形工作面块； 4.剪切工作块 ； 5.剥线工作块； 6.压线工作块； 7.订书机工作块； 8.尖嘴钳工作块； 根据；平行钳口的优势，可以直接当活扳手使用。 再将主轴

7、下边小部分延伸引进普通钳子的钳口样式。,.,普通钳口工作面,适合平面刚性材料物体的夹持,.,橡胶质工作面,可以用来夹持玻璃类、塑料类脆性材料的物体,并有平行钳夹的优点,.,圆弧形工作面,可用来夹持圆柱类表面的物体,.,剪切工作面,实现剪切功能,.,可用以实现剥线钳的功能,剥线工作块,.,可用以实现压线钳的功能，并有平行钳夹的优点,压线工作块,.,订书机工作块,.,尖嘴钳工作块,.,绞杠扳手工作块：可以简单 的实现绞杠、六角扳 手的功能,.,活扳手功能,., 几乎所有种类的钳类工具都能以可拆装工作块代替，因此，一把多功能齿动平行口钳就能代替多把不同种类的钳子，实现一钳多能。,.,多功能齿动平行口

8、钳能够代替一套的钳具包，不但同样能够实现它们的功用，而且实现了一钳多能，节省空间、节省成本等。所有能够制作成工作块的工具都可以拿来开发利用。其所配套的工作块，常用的可以成套销售，有特殊用途的亦可单独销售。一旦销入市场，必能够很快占有一席之地。,将来产品展望,.,双向多功能齿动平行口钳,.,模型照片,.,实物和模型照片,.,1. 机械创新设计的概念 机械创新设计（Mechanical Creative design, MCD）是指充分发挥设计者的创造力，利用已有的相关科学技术成果（含理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性、实用性的机构或机械产品的一种实践活动。,第二节

9、 机械创新设计的概念和过程,.,2创新设计的特点,（1）独创性 独创性体现为敢于提出与前人、众人不同的见解，敢于打破一般思维的常规惯例，寻找更合理的新原理、新机构、新功能、新材料，独创性能使设计方案标新立异，不断创新。,点评：发现问题、提出问题有时候比解决问题更重要！,.,（2）实用性 实用性体现在对市场的适应性和可生产性两方面，创新设计的最终目的在于应用。,点评：没有实践就没有创新！,.,（3）突破性 人们往往从考虑某类问题获得成功的思维模式中寻求解题方案，受到“思维定式”的约束。突破性敢于克服心理上的惯性，从思维定式的框框中解脱出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新原理、创造新模

10、式、贡献新方法，为工程技术问题打开新局面。,点评：构成我们学习的最大障碍是已知的东西，而不是未知的东西。,.,（4）多向性 善于从多种不同角度考虑问题，是创新设计的重要特征。,点评：有时换个方向考虑，会使前进的道路豁然开朗、柳暗花明。,.,（5）连动性 创造性思维也是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开阔思路。连动思维包括纵向、横向、逆向思维。纵向思维针对某现象和问题进行纵深思考，探寻其本质而得到新的启示。横向思维通过某一现象联想到特点与它相似和相关的事物，从而发现新应用。逆向思维针对现象、问题和解法，分析其相反的方面，从另一角度探寻新的途径。,点评：工欲善其事，必先利其器。好的创新思维

11、方法与技巧可以事半功倍。,.,（6）突变性 自觉思维、灵感思维是在创造性思维中对问题产生的一种突如其来的领悟和理解。在思维过程中突然闪现出一种新设想、新观念，从而使问题得到解决。如果阿基米德从洗澡时浴缸中水的溢出产生灵感而推出浮力定律。又如美国工程公司杜里埃看到妻子喷洒香水而受到启发，创造了发动机的汽化器。,点评：创新的道路上没有投机取巧，灵光一现的后面是长期的知识积累。,.,3创新设计的类型,（1）开发设计 在未知情况下，根据产品总功能和约束条件，提出新原理、进行技术设计。,（2）变异设计 在已有产品的基础上，针对产品的缺点和用户的要求，进行变型产品的开发，以适应市场需要。,.,（3）反求设

12、计 针对已有的新进展产品和样机，分析其关键技术，在消化、吸收、引进先进技术的基础上，利用移植、组合、改造等方法，设计创新产品。,.,1. 机械创新设计的内容 （1）机械创新设计的基础知识； （2）机构虚拟设计及其在ADAMS上的实现 ； （3）机构组合原理与创新 ； （4）机构演化、变异原理与创新 ；,第三节 机械创新设计的内容 及特点,.,（5）乐高机器人机电一体化创新设计 ； （6）机构再生运动链原理与创新 ； （7）机械运动方案与创新设计 ； （8）机械运动形态与控制及机电一体化设计 ； （9）典型机构创新设计实例分析 ； （10）典型机械系统创新设计实例分析 ；,.,2. 机械创新设计的特点 （1）需要扎实、广泛的基础知识；,.,（2）需要与其它现代设计方法相结合，充分反映现代科学技术的最新进展。 机械创新设计（MCD） 机械系统设计（SD） 计算机辅助设计（CAD） 优化设计（OD） 可靠性设计（RD） 摩擦学设计（FD） 有限元设计（FED） 虚拟样机设计（VSD）,.,运用Pro/E或UG软件进行零件三维设计,.,运用Pro/E或UG软件进行零件三维设计,.,部件的虚拟装配,.,部件的虚拟装配,.,机械系统的虚拟装配,.,机械系统的运动仿真,.,机械系统的运动仿真,.,机械系统