第二章 机械创新设计的基础知识

第二章机械创新设计的基础知识,第一节机械的基础知识第二节机械系统及其发展第三节机构运动简图及其结构设计第四节创新设计过程中的创新思维方法,第一节机械的基础知识,一、机械及其组成1机械的概念机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械功的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。注意区分：机器、机构、机械三个概念机械的特点如下：机械首先必须是执行机械运动的装置。机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用的机械功。机械中必须要完成能量的转换。,判别：汽车、机床、纺织机、手摇钻、脚踏式缝纫机、电视机、计算机、洗衣机,2机械的组成,二、机械运动系统,主要指机械中的传动机构和工作执行机构。它可以是机构的基本型，也可以是基本型的机构组合或组合机构。,1、机构的基本型,接补充,补充,机构机器中的机械运动系统。是由构件以可动联接方式联接起来的用来传递运动和力的构件系统。,构件机构中运动的单元体。可以是单一整体，也可以是由几个零件组成的刚性体。,构件是运动单元，零件是制造单元,构件分三类：固定构件（机架）主动件（原动件）从动件,两构件之间的直接接触而又能产生一定相对运动的活动联接称为运动副。,运动副分类：,低副两构件通过面接触组成的运动副高副通过点、线接触组成的运动副空间运动副,转动副移动副,球面副螺旋副,机构运动简图,为便于分析和研究机构的运动，只需根据机构运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对位置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而保持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简化图形称机构运动简图。,返回机构基本型,机构具有确定运动的条件,1、构件的自由度对于平面运动机构中各个构件而言，每一个构件的自由度即独立运动参数为3（X，Y移动，Z转动），而另外三个独立运动参数（Z移动，X，Y转动）由于运动平面的公共约束而受到限制。2、机构的自由度两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，使相对运动的数目减少，这种限制作用称为约束，而仍具有的相对运动叫做机构的自由度。,3、平面机构自由度的计算,自由度数,活动构件数,低副个数,高副个数,补充暂告一段落,返回机构基本型,2、机构的组合,将几种基本机构通过适当的方式连接起来，组成一个机构系统，称之为机构组合。,特点：在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和运动特征，具有独立性。,3、组合机构,指由若干基本机构通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。,特点：在组合机构中，各基本机构不能保持各自的独立性，也不能用原基本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。常用于完成复杂运动的机械系统中。,三、机械的控制系统,第二节机械系统及其发展,一、机械系统的基本组成形式,二、机械系统的发展与演变,刚性机械系统,柔性机械系统,第三节机构运动简图及其结构设计,构件的结构设计运动副的结构设计机构系统的结构设计,一、构件的结构设计,1、设计原则1)根据受力大小、方向及对机械的具体要求，选择构件材料，选择材料要合理。2)工艺过程要合理。3)选择横截面的形状与尺寸，有适当的形状。4)结构化的构件要满足强度，刚度等项要求，符合安全性与可靠性指标。5)要考虑到与其它构件的可联接性及联接特点。6)构件之间不能发生运动干涉。7)要考虑到经济性，尽量降低成本。8)维修、安装方便。,2、常用构件的结构设计,齿轮类构件的结构设计凸轮类构件的结构设计杆件类构件的结构设计块状类构件的结构设计,（1）齿轮类构件的结构设计,（2）凸轮类构件的结构设计,直动滚子从动件盘形凸轮机构,端面形锁合：,圆柱面形锁合：,（3）杆件类构件的结构设计,二、运动副的结构设计,1、转动副的结构设计,2、移动副的结构设计,三、机构系统的结构设计,由连杆机构组成的机构系统的结构设计难度较大，也是创新设计成果最多的领域。,如图所示双曲柄机构：,在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：,1、各构件的运动不能发生干涉,一般情况下，尽量避免各构件安装在同一平面内,当DCAD时：,2、要考虑机构系统的运动精度,亦即：,例如：,求解各杆公差,第四节创新设计过程中的创新思维方法,一、思维的定义和特性,思维是人脑对所接受和已储存的来自客观世界的信息进行有意识或无意识、直接的或间接的加工处理，从而产生新信息的过程。,思维有如下特性：,思维的间接性和概括性思维的多层性思维的自觉性和创造性,二、介绍几种辩证思维类型,1、形象思维和抽象思维,2、发散思维和收敛思维,3、逻辑思维和非逻辑思维,4、直达思维和旁通思维、逆向思维,三、创新思维特点：,表现为思维对存在的能动性；表现在联想能力上，使思维向多方向扩展即为发散性思维；有时会表现出飞跃的性质，通过直觉和想象得到科学技术的创新成果；表现在综合性思维上，包括智慧的“融合”能力。,四、几种常用的创新技法,1、群智集中法（头脑风暴法）,2、仿生创新法,3、反求设计创新法,4、类比求优法,5、功能思考法（正向设计法）,6、移置法,7、5W2H法,8、组合创新法,5W2H法What：工作的内容和达成的目标Why：做这项工作的原因Who：参加这项工作的具体人员，以及负责人When：在什么时间、什么时间