机械创新设计结课论文

1、 太原科技大学TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY机械创新理论设计结课报告 姓名： 徐 今 班级： 研1505班 学号： S20150202 机械创新理论设计摘要：传统机械机械零部件的设计和应用中，存在腐蚀、磨损、疲劳断裂、表面剥落、拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等一系列问题，由于运用了新材料、新的热处理和化学处理工艺及新的表面处理技术，腐蚀、磨损、表面剥落等问题在一定程度上获得了解决，但疲劳断裂、拆后重装失准、加工废时和废料过多等问题解决得还远远不够。为了解决机械零部件设计和应用中仍然存在的问题，我们需要开动脑筋，进行大胆

2、创新。关键词：机械零部件；设计方法；创新思维；创新方向 1引言创新的作用体现在我们生活中的方方面面，大到人类文明进步、人类科学的发展、现代科学体系、技术和经济发展、综合国力，小到我们的日常生活，一个创新的点子往往能给我们带来太多的便利。世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的剧烈竞争。实质上是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。然而，渗透人们生活点点滴滴的东西，总是与机械有千丝万缕的联系，因此，如何培养和提高大学生的创新能力，特别是对机械类学生来说，更应该把培养学生的创新思维和动手能力摆在重要位置。2. 机械设计的三种方法及特点2.1 常规设计 常规设计也称为传统设计，分为初

3、步设计，技术设计，施工设计三个步骤，常规设计是指以成熟技术结构为基础，运用常规方法来进行的产品设计，它在工业生产中大量存在，并且是一种经常性的工作。常规设计的方法是依据力学和数学建立的理论公式和经验公式为指导，以实践经验为基础，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算，绘图，编制设计说明的过程。如机械原理中的连杆机构综合方法、凸轮廓线设计方法、齿轮几何尺寸计算方法、平衡设计方法、飞轮设计方法、减速机的设计等。 图2.1 凸轮廓线的设计 图2.2平衡设计法 图2.3 齿轮啮合的设计2.2 现代设计现代设计是将传统设计中的经验，类比法设计提高到逻辑的，理性的，系统的新设计方法，是在静态分析的基础上，

4、进行动态多变量的最优化。现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，其基本的设计内容是建立在常规设计的基础上，但是在强调现代设计方法时，不可忽略常规设计方法的重要性，运用现代设计理念进行的机械设计，现代设计方法从不同的角度深化了机械设计，提高了产品的质量，也降低了产品的成本。现代设计方法主要分为可靠性设计，优化设计，有限元设计，计算机辅助设计，虚拟设计等。现代工程设计常用的分析软件有ADINA ,NASTRAN ,I-DEAS ,UG ,ANSYS-等。图2.4 ansys应力分析图 图2.5 ADINA软件的应用 2.3 创新设计 创新性设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相

5、关科学技术知识，进行创新构思，设计出具有新颖性的，创造性及实用性机械产品的一种实践活动。创新设计强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖而且独特的设计。其特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。 创新设计方法分为智力激励法，提问追溯法，联想类推法，返向探索法，系统分析法，组合创新发六种。创新设计没有局限性，创新成果是知识、智慧、勤奋和灵感的结合，生活中一些看似很简单的机械都是机械创新设计的结果。3. 机械零部件的创新思维3.1类比思维设计新零部件类比思维就是基于某一个相同点，将外观、性质、用途不完全相同甚至完全不同的事物进行比较分析，从而找出能够达到目的的最佳方案。如飞机与鸟类、飞机与蜻蜒

6、，由鸟的飞行运动制成了飞机，飞机高速飞行时机翼产生强烈振动，有人根据蜻蜒羽翅的减振结构设计了飞机的减振装置。天津大学某学生根据小狗爬楼的运动方式创作了狗爬式上楼车，其类比的结果关键之处在于小车前轮与狗的腿在上楼时动作的类比。又比如机械手爪，就是与人的手类比而创造出来的。有人测试出蚊子翅膀振动的频率最高可达600Hz，对蚊子翅膀的结构与相关零部件进行类比研究，或许能帮人类有效解决零部件疲劳损坏的问题。3.2 发散思维创造新方案发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起

7、”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。又如根据夹紧的方式有弹力式、螺栓式、压力式等，人类发明出弹簧夹，活动扳手，气压夹具。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。3.3 逆向思维走出全新捷径逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，树立新思想，创立新形象。当大家都朝着一个固定的思维方向思考问题时，而你却独自朝相反的方向思索，这样的思维方式就叫逆向思

8、维。人们习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法。其实，对于某些问题，尤其是一些特殊问题，从结论往回推，倒过来思考，从求解回到已知条件，反过去想或许会使问题简单化。比如在设计发电机时，你为转子达不到所要求的转速而苦恼时，是不是可以运用逆向思维，让定子也转呢，我国发明家苏卫星正是运用了这一逆向思维发明了“两向旋转发电机”定子也转动，发电效率比普通发电机提高了四倍。4. 机械零部件的创新方向4.1 性能更好，缺陷更少对于零部件在使用过程中表现出来的缺陷，应用创新思维，采取针对性的改进措施来克服，从而提高其性能，是机械零部件创新的方向之一。对机械零件的设计创新，一方面可以提升整机的使用性能

9、，另一方面也能提高机器运行中的安全性。如汽车的刹车制动装置，现有的汽车在刹车时通常是刹车片从里向外扩张从而抵住轮毂以达到制动目的，这经常导致制动效果不够理想。又如，某些场合的大皮带轮，往往在采用辐条式结构之后重量仍然过大，对此，我们完全可以采用同样能够满足强度要求的新型轻型复合材料，而不是一味的只用铸铁或钢来制造。4.2 维护方便，更宜人很多机械零部件在使用和维护过程中经常会出现拆后重装失准的问题，导致零部件更换过于频繁，造成了不必要的浪费，设计不够人性化也是常遇到的问题。研究发现，对于零部件的装拆难的情况，大多出现在过盈配合以及硬度差别较大的场合，而对于零部件更换过于频繁的现象，则经常出现在

10、需要与人体接触的零部件上。对于前者，我想我们有必要尝试着以间隙配合并辅以其他联结方式（比如螺栓连结等）来代替一些过盈配合，对需要可能拆卸的零件配对时尽量使其接触表面硬度接近；对于后者，我们的机械设计人员应当多从宜人的角度，来对某些零部件作一些必要的改进，比如将直接与人手接触的零部件表面的粗糙度降低一些。4.3 制造更简单，更高效，成本更低加工废时和废料过多也是当代机械零部件制造过程中经常存在的问题，要解决这个问题我们必须进行创新设计。其设计创新可以从以下方面进行。首先，要想缩短时间，我们可以试着缩短加工工艺路线，比如将引孔检验钻孔扩孔倒角铰孔检验改为引孔钻孔倒角铰孔检验，只要采用较大一点直径的钻头，则既可满足要求，又可缩短加工时间。要节约材料减少废料，我们就要在材料切割时合理的布局，在同一块材料上大小零件搭配布置，并且尽量将有相似边的用料布局在一起。这