第五章 原理方案的创新设计.ppt

第五章原理方案的创新设计,范兴铎工程学院,产品开发产品规划方案设计技术设计施工设计方案设计阶段：针对产品的主要功能提出原理性的构思，探索解决问题的物理效应和工作原理，并用各种简图表达构思的内容。方案好责产品结构、工艺、成本、性能、使用维护就好。因此是关键环节。,工程设计内容错综复杂，孤立静止的分析某个问题，得到的结论往往是片面的，局限的，因此应系统地从整体入手解决分析问题，因此原理方案设计往往采用系统工程的观点方法解决复杂的问题。,1、产品规划,市场调研与预测，国内外信息研究与分析，论证产品开发的必要性和可行性，进而确定产品的功能目标。,2、方案设计阶段,以系统的总功能目标为基础，对系统进行分析分解，确定各子系统的分功能和功能元，并对各功能目标进行创新、探索、优化、筛选，从而确定较理想的工作原理方案。,3、技术设计阶段,在原理方案设计基础上，进行系统中零部件的尺寸，形状，结构，强度，刚度，精度设计，绘制出相应的工作图，编制出相应的设计技术资料。,4、施工设计阶段,在技术设计的基础上进行加工和制造的工艺设计，进行安装，调试，维护及使用的设计与说明。,5.1、功能设计法,1、功能设计法是指将口头提出的任务形成技术系统的目的或要求。其主要工作是功能的分析与功能的分解在设计机械产品时，先把该产品看作一个技术系统，在构思方案之前，把该系统看作内部结构不清楚的黑箱。也就是首先分析要达到的结果，并不说明如何达到这个结果。如洗衣机，只要求洗出的衣服是干净的，具体是怎么洗我不管，干洗湿洗滚筒，冷水热水。,机械产品的用途或所具有的特定工作能力，称为机械产品的功能。一台机器所能完成的功能，常称为机器的总功能，而实现一个总功能要由多个分功能系统来完成，通过分功能的协调工作来完成总功能。功能分析法就是将机械产品的总功能，分解成若干功能元，通过对功能元求解，然后组合，可以得到机械产品方案的多种解。分解收敛,2、功能分类,机电系统一般由驱动、传动、执行、测控四部分组成，各部分功能分别不同。1）执行部分：主要是去完成机器的工作任务，使实现功能。如汽车的车轮行走功能，机床的刀具的切削功能,2）驱动部分的功能为系统提供能源动力的部分。如：汽车的发动机，机床的电机3）传动部分：将驱动部分的力和运动传输给执行部件。如：汽车的传动轴，自行车的车链，机床的齿轮，带等4）测控部分：包括测试和控制。如：传感片测试车刀的进给，汽车的方向盘，刹车控制车的车速。,3、原理方案的总体分析,就是选择一个实现功能的总体方案，通过分析输入输出来确定总体方案。如：洗衣机，干洗，湿洗，冷洗，热洗，波轮式，滚筒式。螺纹的加工机总体方案设计可以用车销、铣销加工，也可以用搓丝加工，用搓丝板或搓丝轮，应根据总体加工要求分析来确定方案,复杂系统有多个执行功能，在总体分析时要对各执行件间的关系配合和动作协调进行规划，如打印机的喷墨和送纸。,4、功能分解,实际工作中，机械产品复杂难以直接求得满足总功能的功能原理方案，因此采用系统分解的原则，进行功能分解，然后分别求解。总功能可以分解为分功能二级功能功能元，可以用功能树来表示。,齿轮减速器,输入连轴器,传动,齿轮,润滑,支撑,箱体,轴,轴承,端盖,密封,连接,螺钉,销钉,键,输出,连轴器,5、功能求解,1）功能元解方法：参考借鉴有关产品资料或专利。利用设计目录运用各种创新方法探索新的解法如动力源：电动机、汽油机、柴油机移位设计：齿轮传动、蜗杆传动2）系统解将功能元解合理组合可以得到多个系统原理解。Nn1n2n3nm见课本P114例55,各功能元解组成系统原理方案时，应注意的问题：1、采用新的物理原理，使主功能发生根本性的变化，开发新产品如：激光加工车床，微波炉，电磁炉等2、采用创新思维和技术成果，新思路新构思与新技术新能源新材料新工艺有密切联系如：激光加工是利用产生激光束的特殊材料，微波炉是用磁控管产生微波,3、要考虑设计的附加要求如：要求采用机械传动，就不必考虑液压传动，电力传动4、要兼顾到设计的全局要求，不仅要考虑功能元本身的要求，而且要考虑它在总功能中的作用，使之与总功能相协调。,5.2设计目录,就是根据设计需要，编制的一种设计信息库，包含各种功能元的所有解。针对每项功能元尽量多的收集解例57P125P123表58,5.3、评价系统,多方案中要选出最优最实用。性价比最高的。一、评价目标评价产品应有评价目标作为依据，这样才能给出定性定量的评价。,1、评价目标的内容,1）技术评价目标工作性能指标，加工装配工艺性，使用维护性，技术上的先进性等2）经济评价目标成本、利润、投资回收期等3）社会评价目标方案实施的社会影响，市场效应，节能，环境保护，可持续发展等,选主要的要求和约束条件为实际评价目标，最好不要超过68项，过多易掩盖主要影响因素，不利于方案的选出。例P127表510行星齿轮减速器的评价目标,2、加权系数,定量评价时，需要根据各目标的重要程度设置加权系数，加权系数是反映目标重要程度的量化系数。加权系数高则重要程度高。各评价目标加权系数gi1且总系数和为1,加权系数的确定：由经验确定或采用强制判别法。根据工作经验确定，利润高一些，现在社会环保高强制判定时编制判别表,判别表,同等重要各2分，某项比另一项重要分别给3分1分，重要很多则分别4分0分。,Ki各评价目标的总分N评价目标数,P127例58,3、评价目标树,用系统分析法对目标系统进行分解并图示，将总目标具体化为便于定性或定量评价的目标元，从而形成目标树。,总目标,子目标加权系数,子目标加权系数,二级子目