产品设计中的理论与方法

设计概论本课程：产品设计中的理论及方法。----概念设计、形体设计到制造过程按教学大纲要求，主要讲解六方面的内容： 1．功能分析及产品构思设计——产品的机构设计方法学； 2．机构的组合方法； 3．设计评价；4．柔性制造系统的建模设计——柔性系统中的求解算法。包括资源规划、机床规划、精良生产及并行工程 5.

模糊理论与模糊规划 6.机器人构型设计中的模糊优化建模1文库专用第一章绪论

1.1设计概念

人类的社会活动：物质财富创造财富的分配设计---物质财富创造---最基本的概念1．狭义的设计概念：设计--客观需求---满足需求的技术系统活动。技术系统活动：产品创新设计或产品开发设计中的一切活动。包括：机构设计--结构（功能结构与工艺结构）与精度设计---装配设计--维修与运输及安装--报废回收设计--制造规划设计--……等。2．广义设计概念：例1，设计是一种针对目标问题的求解活动；例2，设计是一种创造性的活动，创造前所未有的，新颖而有益的东西。2文库专用例3，设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划通过一定的手段转为视觉化的活动过程”。涵盖面更广的概念：对发展过程的安排对发展过程进行的活动发展过程：发展方向、程序、细节、要达到的目标。涵盖面更广的3．创新是设计的灵魂设计目标——产品——赢得市场，产品的竞争力：——性能使用户满意；——开发周期最短；——成本最低；——无污染或污染被降低到最低的限度。“创新”的含义：A.原创新：B.新产品创新：非圆齿轮：凸轮与齿轮的组合；手机：新型手机=手机+电子记事本+……+网络。3文库专用1.2设计过程及产品的开发过程1.设计的四个过程阶段：——需求分析——构思设计——结构与精度设计——制造过程设计。2.现代产品制造的特点：A.创造设计过程长，制造过程缩短；B.由原来的满足精度，经久耐用的特点—→现代的个性化、流行化的特征发展。3.产品设计的模式：反馈闭环的模式

4文库专用2.1功能概念及分析方法

2.2功能原理与运动规律之间的关系2.3运动规律与机构组合的关系2.4制定运动规律的原则和步骤

2.5创新技法2.6机构组合时的基本原则及影响因素

2.7按功能－结构矩阵设计运动简图

2.8.按机构的结构特性作机构组合

第二章功能分析与机构设计5文库专用2.1功能概念及分析方法

1．功能概念：——效能——用途——作用——目的2．功能定义的方法：动词+名词3．功能分析法（1）总功能确定（2）功能树作功能分解功能分解获取—→机构运动简图—→机构控制简图6文库专用（3）功能分解的方法——（目的——手段）

2.2功能原理与运动规律之间的关系板材送料机构都有三个操作：供料，取料与送料。但不同的机构，原理不同，结构也不同；原理相同，结构也不同；功能原理：推力摩擦吸力7文库专用8文库专用归纳：功能与运动规律之间的对应关系

A．功能与运动规律之间有对应关系，这个映射关系实现机构构思中由功能设计向运动规律设计的转化。B．功能与运动规律之间为1∶n的关系，即：单对多的关系。9文库专用10文库专用（2）直直线往复复运动的的机构（（水平））图2-7往复运运动的机机构11文库专用用归纳：运运动规律律与机构构之间的的对应关关系A．运运动规律律与机构构之间存存在对应应关系，，这种关关系能实实现由运运动规律律到机构构设计的的转化。。这种转转化实现现了由设设计构思思到实体体产品之之间的联联接。B．运动动规律与与机构之之间为1∶n的的关系系，即：：单对多多关系。。12文库专用用2．功能能原理、、运动规规律与机机构综合合之间的的关系（1）功能与运动规律律之间存在在着对应应关系，，运动规律律与机构之间存在在着对应应关系；；设计活动动从从功能能分析→→运动规规律分析析→机构构设计过程转化化的有序序性、逻逻辑性（2）两两个1∶n（单对对多）关关系13文库专用用2.4制制定运运动规律律的原则则和步骤骤1．步骤骤（1）功功能分析析（2）运运动规律律分析（3）型型选择a.原原理类类型b.结结构类型型（4）运运动协调调分析及及协调设设计a.能能完成要要求的操操作动作作，满足足使用性性能；b.动动作协调调，无碰碰撞、干干涉、过过程平稳稳。14文库专用用2．制定定运动规规律的原原则І．运动动最简原原则及规规律集最最小原则则减少冗余余环节规律集最最小运动规律律为简单单运动II．结结构最简简原则采用新机机构、新新技术采用简单单轮廓结结构15文库专用用2.5创创新技技法1．分析析综合法法例1：设设计方形形罐头瓶瓶自动贴贴签的机机构16文库专用用（1）分分析成熟熟产品：：取签上胶压签及贴贴签贴签瓶的的输入与与输出（2）提提取特征征机构，，组合成成设计机机构17文库专用图2-10纸纸张分离离机构图2-11邮邮票上胶机构构18文库专用19文库专用图2-12带带式上胶机构构20文库专用图2-13方方瓶自动贴贴签的机构3)组合与与调整，最后后形成方瓶自自动贴签的设设计机构21文库专用2．思维扩展展性在已有成熟产产品的机构上上作扩展设计，获取新机构构例2：要设计计实现大行程的复杂运动规律的机构图2-14大大行程复复杂运动机构构22文库专用大行程用线性性函数Sk实实现，即：Sk=K（t））复杂运动用非非线性函数Sf实现，即即：Sf=f（t）机构系统：机机械（丝杠））机构+电磁磁控制综上所述：思思维扩展法有有两个特点：：（1）将多种种技术综合应应用；（2）在原有有的机构上，，根据产品的的新要求，延延续构思，创创造出新机构构。2.6机构构组合时的基基本原则及影影响因素1)结构最最简原则选取的基本机机构，减小加加工误差与加加工累积误差差对产品性能能的影响。23文库专用图2-15直直线机构24文库专用2）机械效益益最大原则图2-16曲曲柄滑块机构构（2-1）（2-2）不计摩擦，瞬瞬间输入功应应等于输出功功（2-3）（2-4）25文库专用3）机构效率率最大的原则则图2-17高高副低代的的机构26文库专用4）获得较大大的传动角µµ原则图2-18机机构的传动动角图2-19高高副机构的的传动角27文库专用在一个周期中中，传动角是是变化的，总总存在一个最最小的传动角角作机构综合时时：≥0且且≥[µ]要有有越越过过死死点点措措施施，，通通常常应应用用惯惯性性力力越越过过死死点点=028文库库专专用用5））机机构构动动力力源源因因素素动力力源源有有多多种种形形式式：：电电能能、、电电磁磁能能、、气气能能、、液液压压、、波波能能…………量能能转转换换形形式式——————电电动动机机、、气气、、液液压压机机构构6））动动载载荷荷最最小小原原则则高速速机机构构，，力力争争平平衡衡惯惯性性力力重载载机机构构也也要要有有平平衡衡惯惯性性力力措施施是是：①机机构构取取对对称称结结构构，，重重力力矩矩自自行行平平衡衡②机机构构最最有有利利于于重重力力平平衡衡29文库库专专用用2.7按按功功能能－－结结构构矩矩阵阵设设计计运运动动简简图图一、、设设计计原原理理与与过过程程1.原原理理功能能——运运动动规规律律——机机构构之之间间存存在在的的映映射射关关系系分解与与组合合完成成矩矩阵阵的手手段2．功功能－－结构构矩阵阵设计计过程程1）功功能分分类，，用图图形符符号表表示2）作作功能能分解解按关联联树组组成功功能－－结构构矩阵阵；3）作作原型型选择择，即即：基基本机机构选选择；；4）组组合成成机构构，并并构造造多个个方案案；5）分分析比比较，，选出出最佳佳方案案30文库专专用图2-20关关联数数图31文库专专用二、示示例设计一一个锻锻压设设备，，它采采用电电动机机作为为动力力源，，要求求锻压压部件件（锻锻头））作上上下往往复运运动，，锻造造出高高精度度的毛毛坯。。（1））功能能分解解分析：：电机机旋转转，锻锻压头头上、、下往往复运运动，，机构构应有有：A.运运动动形式式变换换功能能，将将旋转转运动动变为为直线线运动动；B.驱驱动动力放放大功功能C.锻锻压压头作作上、、下往往复运运动方向变变换的的功能能32文库专专用（2））建立立功能能－机机构矩矩阵33文库专专用（3））构造造机构构方案案构造机机构注注意三三项原原则：：a.组组合合的可可能性性原则则，相相关点点的运运动要要一致致；b.组组合合的有有效性性原则则组合后后运动动不干干涉，，保证证运动动范围围，满满足运运动精精度要要求；；c.构构件件的轮轮廓应应有可可加工工性。。（4））分析析比较较，确确定最最佳方方案结论：：依据据设计计要求求，选选出方方案A34文库专专用图2-21运运动动简图图筛选选方案案35文库专专用2.8.按按机构构的结结构特特性作作机构构组合合1.单单自由由度机机构中中构件件数与与运动动副的的配置置1）不不同运运动符符的构构件类类型及及构件件数代代号二极杆杆：一一个构构件上上有两两个铰铰接点点；三极杆杆：一一个构构件上上有三三个铰铰接点点；四级杆杆：一一个构构件上上有四四个铰铰接点点；若：n2：：二极极杆的的构件件数n3：：三极极杆的的构件件数n4：：四极极杆的的构件件数……nn：：n极杆杆的构构件数数N：：机机构的的总件件数36文库专专用2）单单自自由度度机构构中不不同运运动副副的构构件的的配置置（2-5））四杆机机构：：只只有一一种配配置方方案；；n2=4；；六杆机机构：：有有两种种配置置方案案n2=4，，n3=2有效配配置案案一种种，构构成两两种运运动链链即为：：瓦特链链斯蒂芬芬链：37文库专专用八杆机机构：：具具有三三种配配置方方案构成16种种运动动链图图图2-22六六杆杆机构构的运运动链链图38文库专专用图2-23八八杆杆机构构的运运动链链图39文库专专用2．运运动链链图及及机构构的生生成法法运动链链图：：去掉机机构中中构件件的工工程（（功能能）含含义，，只保保留构构件