机械设计基础第章4

第16章机械创新设计简介 创新是技术和经济发展的原动力，是国民经济发展的重要因素。当今世界各国之间在政治、经济、军事和科学技术方面的激烈竞争，其实质就是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造力的竞争。本章围绕机械设计中常用的创新技法、机构创新设计和结构方案的创新设计，简要地介绍创新设计原理。16.1常用的创新技法 创新技法是解决创新设计问题的创意艺术，是人们对创造性思维和创造原理进行具体化运用的技巧。16.1.1群体集智法1.智力激励法 智力激励法是美国人奥斯本（Osborn）于1938年提出的最早的创新方法，又称头脑风暴法、智暴法、激智法等。它是通过多人集体讨论或书面交流，相互启迪，激发灵感，从而引起创造性思维的连锁反应，以形成综合创新思路的一种方法。它是通过召开智力激励会来实施的，在会上遵循自由奔放原则、延迟批判原则、以量求质原则、综合改善原则。2.书面集智法 书面集智法又称635法，由德国人鲁尔巴赫提出，其做法是召集6人参加会议，宣布任务后，要求每人针对议题在卡片上写出3种设想方案，时间是5分钟，然后将卡片传递给下一个邻座；每人借助前者所提方案的启发再在卡片上写出3种设想方案，时间也是5分种，然后再将卡片传给下一个邻座。如此循环，半小时之内完成5次传递，即6人中每人所提的最初方案均经其他5人作出了修改、合成和发展，共得到108种方案，635法由此而得名。3.函询集智法 函询集智法又称德尔菲法，由美国兰德公司提出，其基本原理是借助信息反馈，反复征求专家的书面意见来获得新的创意，其基本做法是选择若干专家作为函询调查的对象，针对要解决的课题编写“意见征询表”寄给他们，限期填好寄回。收到全部复函后，将所得设想或建议加以概括、整理，然后把综合意见表再以征询表的形式寄给专家们，使其在别人设想的激励启发下提出新的设想或对已有设想予以补充或修改。视情况需要，经过数轮函询，就可得到许多有价值的新设想。16.1.2系统分析法

1.设问探求法 这是用系统提问的方式打破传统思维的束缚，以拓展设计思路、提高创新能力的一种方法。设问探求法主要有“5W2H法”和“奥斯本设问法”两种。2.列举分析法 列举分析法是通过详细列举待设计、改进产品的各种特性，在全面分析的基础上找出更多设计方案的创新方法，常见的有特性列举法、缺点列举法和希望点列举法。3.形态分析法 形态分析法是一种系统搜索和程式化求解的创新技法，是综合运用发散思维和收敛思维，对创造对象进行因素分解和形态综合的过程。创造过程中，将创造课题分解为若干相互独立的基本因素（事物的特征因子），找出实现每个因素要求的所有可能的形态（实现功能的技术手段），然后加以系统综合而得到多种可行方案，经筛选可获得最佳方案。16.1.3联想创新法 联想是由一事物想到另一事物的心理活动或思维方式。联想思维由此及彼、由表及里，形象生动，无穷无尽。利用联想思维进行创造的方法称为联想创新法。联想创新法的主要类型如下。（1）相似联想（2）接近联想（3）对比联想（4）强制联想16.2机构创新设计16.2.1根据组合原理创新 组合机构的类型很多,每种组合机构具有各自特有的组合、尺寸综合及分析设计方法。组合机构结构、设计计算都比较复杂。随着计算机和现代设计方法的发展，极大地推动了组合机构的研究发展，目前在许多场合上得到了广泛应用。16.2.2根据机构的演化与

变异原理创新1.运动副的演化与变异 改变机构中运动副的形式，可以构造出不同运动性能的机构。运动副的变换方式有很多种，常用的有高副和低副之间的变换、运动副尺寸的变换和运动副类型的变换。图16.1所示为运动副尺寸变化和类型变换的例子。2.机机构构的的倒倒置置机构构的的运运动动构构件件与与机机架架的的转转换换，，称称为为机机构构的的倒倒置置。。按按照照运运动动相相对对性性原原理理，，机机构构倒倒置置后后各各构构件件间间的的相相对对运运动动关关系系不不变变，，但但可可以以得得到到不不同同特特性性的的机机构构。。图图16.2为为机机构构倒倒置置的的例例子子。。16.3结结构构方方案案的的创创新新设设计计机械结构设设计的任务务是在总体体设计的基基础上，根根据所确定定的原理方方案，决定定满足功能能要求的机机械结构，，所确定的的结构除应应能够实现现原理方案案所规定的的动作要求求外，还应应能满足设设计对结构构的强度、、刚度、精精度、稳定定性、工艺艺性、寿命命、可靠性性等方面的的要求。16.3.1结结构方案的的变异设计计1.连接的的变异连接作用是是通过零件件的工作表表面与其他他零件的相相应表面接接触来实现现的，不同同形式的连连接由于相相接触的工工作表面的的形状不同同，表面间间所施加的的紧固力也也不同，从从而对零件件的自由度度形成不同同的约束。。2.功能面面的变异零件的几何何形状由它它的表面所所构成，一一个零件通通常有多个个表面，在在这些表面面中与其他他零部件相相接触的表表面，与工工作介质或或被加工物物体相接触触的表面称称为功能表表面。3.支承的的变异轴系的支承承结构是一一类典型结结构，轴系系的工作性性能与它的的支承设计计状况和质质量密切相相关。旋转转轴至少需需要两个相相距一定距距离的支点点支承，支支承的变异异设计包括括支点位置置的变异和和支点轴承承的种类及及其组合的的变异。4.材料的的变异机械设计中中可以选择择的材料种种类很多，，不同的材材料具有不不同的性能能，不同的的材料对应应于不同的的加工工艺艺，结构设设计中既要要根据功能能的要求合合理地选择择材料，又又要根据材材料的种类类确定相应应的加工工工艺，并根根据加工工工艺的要求求来确定恰恰当的结构构，只有通通过适当的的结构设计计，才能充充分地发挥挥所选择材材料的优势势。16.3.2提提高性能的的设计机械产品的性能能不但与原原理设计有有关，结构构设计的质质量也直接接影响产品品的性能，，甚至影响响产品功能能的实现。。在图16.3（a）中，过过盈配合连连接结构在在轮毂端部部应力集中中严重，图图（b）、、（c）、、（d）的的结构通过过降低轴或或毂相应部部位的局部部位置的刚度度使应力集集