第五章 原理方案的创新设计

1、 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。 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。 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

2、、优化、筛选，从而确定较理想的工作原理方案。 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。 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。 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

3、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 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

4、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。 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。 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

5、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 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

6、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。 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57P125 P123表58 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）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

7、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 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1212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。niiiikkg1Ki各评价目标的总分N评价目标数P127例58 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标加