1、第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計 主要內(nèi)容主要內(nèi)容v原理方案設(shè)計原理方案設(shè)計確定產(chǎn)品工作原理確定產(chǎn)品工作原理 v功能原理方案的創(chuàng)新設(shè)計功能原理方案的創(chuàng)新設(shè)計圍繞功能分析而圍繞功能分析而進(jìn)行工作原理和工藝動作過程的構(gòu)思，將機(jī)械進(jìn)行工作原理和工藝動作過程的構(gòu)思，將機(jī)械產(chǎn)品的功能目標(biāo)轉(zhuǎn)化為工藝動作的過程產(chǎn)品的功能目標(biāo)轉(zhuǎn)化為工藝動作的過程v設(shè)計目錄設(shè)計目錄設(shè)計信息庫設(shè)計信息庫v原理方案創(chuàng)新設(shè)計的評價原理方案創(chuàng)新設(shè)計的評價評價內(nèi)容、評價評價內(nèi)容、評價指標(biāo)和評價方法指標(biāo)和評價方法v原理方案的創(chuàng)新設(shè)計實(shí)例原理方案的創(chuàng)新設(shè)計實(shí)例抓斗的原理方案

2、抓斗的原理方案創(chuàng)新設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v本章要求本章要求v要求掌握原理方案創(chuàng)新設(shè)計的一般方法要求掌握原理方案創(chuàng)新設(shè)計的一般方法v1)1)從功能分析入手從功能分析入手v2)2)通過總體方案分析，構(gòu)思各功能的工作原理通過總體方案分析，構(gòu)思各功能的工作原理方案方案v3)3)進(jìn)行功能分解得到功能樹，進(jìn)而求出功能解，進(jìn)行功能分解得到功能樹，進(jìn)而求出功能解，得出系統(tǒng)的多種原理解方案，得出系統(tǒng)的多種原理解方案，v4)4)運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法來分析機(jī)械各組成部分運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法來分析機(jī)械各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)與外界環(huán)境的關(guān)系，

3、之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)與外界環(huán)境的關(guān)系，v5)5)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價，再經(jīng)優(yōu)化篩選，求得最進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價，再經(jīng)優(yōu)化篩選，求得最佳原理方案。佳原理方案。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第一節(jié)第一節(jié) 原理方案設(shè)計原理方案設(shè)計 v原理方案設(shè)計原理方案設(shè)計構(gòu)思機(jī)械產(chǎn)品的工藝動作和工藝構(gòu)思機(jī)械產(chǎn)品的工藝動作和工藝動作實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的機(jī)理即工作原理。動作實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的機(jī)理即工作原理。v重要特點(diǎn)：重要特點(diǎn)：方案的解具有多解性，即實(shí)現(xiàn)同一功能方案的解具有多解性，即實(shí)現(xiàn)同一功能目標(biāo)可以采用各種不同的工作原理。目標(biāo)可以采用各種不同的工作原理。v如：要實(shí)現(xiàn)將一疊紙張逐

4、一分開這一功能目標(biāo)如：要實(shí)現(xiàn)將一疊紙張逐一分開這一功能目標(biāo)a)a)切向力推開切向力推開 b)b)摩擦力摩擦力“擦開擦開” c)c)離心力拋開離心力拋開 d)d)重力落下脫開重力落下脫開 e)e)氣體力吹開氣體力吹開 f)f)負(fù)壓吸力吸住移負(fù)壓吸力吸住移開開g)g)靜電吸力吸住移開靜電吸力吸住移開 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v原理方案設(shè)計中采用的工作原理不同，所設(shè)計出來的原理方案設(shè)計中采用的工作原理不同，所設(shè)計出來的機(jī)械產(chǎn)品具有的工藝動作不同，則機(jī)械產(chǎn)品的性能、機(jī)械產(chǎn)品具有的工藝動作不同，則機(jī)械產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性也不相同。結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性

5、也不相同。v如：在圓柱形工件表面加工出螺紋如：在圓柱形工件表面加工出螺紋1)1)采用車削加工的工作原理采用車削加工的工作原理，所設(shè)計的機(jī)床應(yīng)具有夾緊，所設(shè)計的機(jī)床應(yīng)具有夾緊工件、旋轉(zhuǎn)工件、刀具對準(zhǔn)工件軸線沿軸線方向按一工件、旋轉(zhuǎn)工件、刀具對準(zhǔn)工件軸線沿軸線方向按一定速度運(yùn)動的工藝動作，加工效率低，螺紋精度難以定速度運(yùn)動的工藝動作，加工效率低，螺紋精度難以控制，但對機(jī)床要求低控制，但對機(jī)床要求低2)2)采用板牙套絲的工作原理采用板牙套絲的工作原理，設(shè)計出來的機(jī)床應(yīng)具有夾，設(shè)計出來的機(jī)床應(yīng)具有夾緊工件、板牙中心軸線對準(zhǔn)工件軸線加壓后，或使刀緊工件、板牙中心軸線對準(zhǔn)工件軸線加壓后，或使刀具不動工件轉(zhuǎn)

6、動，或使工件不動刀具轉(zhuǎn)動的工藝動作，具不動工件轉(zhuǎn)動，或使工件不動刀具轉(zhuǎn)動的工藝動作，加工效率較高加工效率較高3)3)采用搓絲的工作原理采用搓絲的工作原理，設(shè)計出來的機(jī)床應(yīng)具有按一定，設(shè)計出來的機(jī)床應(yīng)具有按一定位姿進(jìn)送工件并讓搓絲板壓緊工件作平移運(yùn)動的工藝位姿進(jìn)送工件并讓搓絲板壓緊工件作平移運(yùn)動的工藝動作，加工效率高，加工精度高，但對機(jī)床要求也高動作，加工效率高，加工精度高，但對機(jī)床要求也高機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v在傳統(tǒng)的原理方案設(shè)計中，純機(jī)械式的工作原理應(yīng)用在傳統(tǒng)的原理方案設(shè)計中，純機(jī)械式的工作原理應(yīng)用十分廣泛，能表現(xiàn)出性能穩(wěn)定、工作

7、可靠的特性。十分廣泛，能表現(xiàn)出性能穩(wěn)定、工作可靠的特性。v綜合運(yùn)用機(jī)、光、電、磁、熱、化等各種物理效應(yīng)來綜合運(yùn)用機(jī)、光、電、磁、熱、化等各種物理效應(yīng)來構(gòu)思方案可以收到全新的、更理想的設(shè)計效果。構(gòu)思方案可以收到全新的、更理想的設(shè)計效果。v如：在清洗回收玻璃瓶的方案設(shè)計中，采用化學(xué)液浸如：在清洗回收玻璃瓶的方案設(shè)計中，采用化學(xué)液浸泡、高壓水沖洗、超聲波去污比用刷子作機(jī)械運(yùn)動來泡、高壓水沖洗、超聲波去污比用刷子作機(jī)械運(yùn)動來清洗的效果更好。清洗的效果更好。v如：機(jī)械式的鐘表用縱擒機(jī)構(gòu)和物理擺的工作原理來如：機(jī)械式的鐘表用縱擒機(jī)構(gòu)和物理擺的工作原理來控制鐘表的走時精度，鐘表的結(jié)構(gòu)不僅復(fù)雜，而且實(shí)控制鐘表

8、的走時精度，鐘表的結(jié)構(gòu)不僅復(fù)雜，而且實(shí)現(xiàn)高精度的報時十分困難?，F(xiàn)高精度的報時十分困難。 用石英晶體振蕩來控用石英晶體振蕩來控制電磁擺擺動的頻率，制成了機(jī)電結(jié)合的石英鐘表，制電磁擺擺動的頻率，制成了機(jī)電結(jié)合的石英鐘表，鐘表的結(jié)構(gòu)得到簡化，報時精度也得到很大提高。鐘表的結(jié)構(gòu)得到簡化，報時精度也得到很大提高。 引入液晶顯示技術(shù)，進(jìn)一步省掉電磁擺和鐘表的指針，引入液晶顯示技術(shù)，進(jìn)一步省掉電磁擺和鐘表的指針，獲得一種用液晶顯示時間的純電子工作原理的電子鐘獲得一種用液晶顯示時間的純電子工作原理的電子鐘表，使鐘表的體積進(jìn)一步縮小，報時精度得到顯著提表，使鐘表的體積進(jìn)一步縮小，報時精度得到顯著提高，產(chǎn)品的品質(zhì)

9、發(fā)生了質(zhì)的飛躍。高，產(chǎn)品的品質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v原理方案設(shè)計步驟原理方案設(shè)計步驟 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第二節(jié)第二節(jié) 功能原理方案的創(chuàng)新設(shè)計功能原理方案的創(chuàng)新設(shè)計 v一、功能的描述v功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述，。功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述，。在功能原理方案設(shè)計時，對設(shè)計對象中功能的描述要在功能原理方案設(shè)計時，對設(shè)計對象中功能的描述要準(zhǔn)確、簡潔，要合理抽象，抓住本質(zhì)。準(zhǔn)確、簡潔，要合理抽象，抓住本質(zhì)。v“黑箱法黑箱法”

10、（Black BoxBlack Box）利用外部觀測，通過利用外部觀測，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的聯(lián)系、輸入和輸出，了解其功分析黑箱與周圍環(huán)境的聯(lián)系、輸入和輸出，了解其功能、特性，從而進(jìn)一步探求其內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)。能、特性，從而進(jìn)一步探求其內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)。a)a)液體增壓液體增壓( (物料與能量結(jié)合物料與能量結(jié)合) b) b)物料分離物料分離 c)c)信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v二、功能分類 v驅(qū)動部分驅(qū)動部分相當(dāng)于人的心肌，為系統(tǒng)提供能量，其功能相當(dāng)于人的心肌，為系統(tǒng)提供能量，其功能載體為各種形式的原動機(jī)。載體為各種形式的

11、原動機(jī)。v傳動部分傳動部分反映驅(qū)動與執(zhí)行部分間運(yùn)動和動力的傳遞，反映驅(qū)動與執(zhí)行部分間運(yùn)動和動力的傳遞，包括運(yùn)動形式、方向、大小、性質(zhì)的變化，它的功能包括運(yùn)動形式、方向、大小、性質(zhì)的變化，它的功能載體可以是電力、液壓、氣壓或機(jī)械式的。載體可以是電力、液壓、氣壓或機(jī)械式的。v執(zhí)行部分執(zhí)行部分相當(dāng)于人的手和足，各種機(jī)器以不同的執(zhí)行相當(dāng)于人的手和足，各種機(jī)器以不同的執(zhí)行元件完成執(zhí)行功能，達(dá)到它的工作目的。元件完成執(zhí)行功能，達(dá)到它的工作目的。v測控部分測控部分包含傳感和控制功能。傳感部分相當(dāng)于人的包含傳感和控制功能。傳感部分相當(dāng)于人的眼、耳、鼻等感覺器官。它把機(jī)器工作過程中各種參眼、耳、鼻等感覺器官。它

12、把機(jī)器工作過程中各種參數(shù)和狀況檢測出來，變成可測定和控制的物理量，傳數(shù)和狀況檢測出來，變成可測定和控制的物理量，傳送到信息處理部分。此處相當(dāng)于人的大腦，經(jīng)過信息送到信息處理部分。此處相當(dāng)于人的大腦，經(jīng)過信息處理，發(fā)出對各部分工作的指令和控制信號。處理，發(fā)出對各部分工作的指令和控制信號。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v三、原理方案的總體分析 v分析其工藝過程，在較大的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行工作原理的搜分析其工藝過程，在較大的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行工作原理的搜索。索。 v如：石墨電極加工設(shè)備總體原理方案的分析。如：石墨電極加工設(shè)備總體原理方案的分析。v根據(jù)石墨電極形狀

13、復(fù)雜和石墨材質(zhì)的特點(diǎn)可提出以下根據(jù)石墨電極形狀復(fù)雜和石墨材質(zhì)的特點(diǎn)可提出以下幾種加工原理：幾種加工原理：v1)1)數(shù)控加工成型法數(shù)控加工成型法：編程加工。數(shù)控銑床：編程加工。數(shù)控銑床v2)2)研磨成型法研磨成型法：研具研磨石墨電極。研磨機(jī)：研具研磨石墨電極。研磨機(jī) v3)3)離散堆積成型法離散堆積成型法：分層堆積石墨材料和膠接劑而直：分層堆積石墨材料和膠接劑而直接成型?？焖俪尚蜋C(jī)接成型?？焖俪尚蜋C(jī)v4)4)激光束聚焦法激光束聚焦法：在充滿：在充滿C C2 2H H2 2的密閉容器中采用激光的密閉容器中采用激光束聚焦，聚焦點(diǎn)處束聚焦，聚焦點(diǎn)處C C2 2H H2 2分解，碳原子沉積下來堆積成分解

14、，碳原子沉積下來堆積成電極。激光加工機(jī)電極。激光加工機(jī) 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v四、功能分解用系統(tǒng)工程分解性原理將功能系用系統(tǒng)工程分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能、分功能、統(tǒng)按總功能、分功能、功能元進(jìn)行分解，化繁、功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，通過各功能元解的有機(jī)組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。為簡，通過各功能元解的有機(jī)組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。 v功能樹功能樹功能分解圖示為樹狀的功能結(jié)構(gòu)。功能樹功能分解圖示為樹狀的功能結(jié)構(gòu)。功能樹起于總功能，按分功能、二級分功能起于總功能，按分功能、二級分功能分解，其末分解，其末端為功能元。端為功能元。v功能元功能元可以直接

15、求解的系統(tǒng)最小組成單元?？梢灾苯忧蠼獾南到y(tǒng)最小組成單元。v如：激光快速成型機(jī)的功能分析。如：激光快速成型機(jī)的功能分析。 激光快速成型機(jī)用激光對箔材（涂復(fù)紙）進(jìn)行切激光快速成型機(jī)用激光對箔材（涂復(fù)紙）進(jìn)行切割獲得一個層面的形狀，將層面疊加膠接起來獲得三割獲得一個層面的形狀，將層面疊加膠接起來獲得三維實(shí)體。維實(shí)體。 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計第2版 ppt 課件第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v采用激光束聚焦的能量氣化切痕以得到一定精度輪廓采用激光束聚焦的能量氣化切痕以得到一定精度輪廓的紙型，并用壓輥加熱逐層粘合各層紙。的紙型，并用壓輥加熱逐層粘合各層紙。 1 1收紙卷收紙卷2 2塊體塊體 3

16、 3層框和正層框和正交小塊交小塊4 4透鏡系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)5 5激光器激光器6 6熱壓輥熱壓輥7 7計算機(jī)計算機(jī)8 8供紙卷供紙卷 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v激光快速成型機(jī)功能分析激光快速成型機(jī)功能分析第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v五、功能求解v1. 1. 功能元解功能元解v1)1)參考借鑒有關(guān)產(chǎn)品資料或?qū)＠?；參考借鑒有關(guān)產(chǎn)品資料或?qū)＠?；v2)2)利用利用“設(shè)計目錄設(shè)計目錄” ；v3)3)運(yùn)用各種創(chuàng)造技法探索新解法。運(yùn)用各種創(chuàng)造技法探索新解法。v如：輸送液體原理解法分析。如：輸送液體原理解法分析。 v(1)(1)負(fù)壓效應(yīng)負(fù)壓效應(yīng)v1)1)利用壓力利用

17、壓力p p與容積與容積V V的關(guān)系的關(guān)系( (pVpV常數(shù)常數(shù)) )，增大容積空間形成負(fù)壓吸入液體，減小增大容積空間形成負(fù)壓吸入液體，減小容積空間形成高壓輸出液體。容積空間形成高壓輸出液體。如波紋管如波紋管水泵，拉壓塑料波紋管水泵，拉壓塑料波紋管1 1改變其容積，液改變其容積，液體從單向閥體從單向閥2 2吸入，從單向閥吸入，從單向閥3 3壓出，水壓出，水頭可達(dá)頭可達(dá)3m3m多。多。第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v2)2)利用流速與壓力的關(guān)系即文丘里喉管原理，使流體利用流速與壓力的關(guān)系即文丘里喉管原理，使流體（液體或氣體）流經(jīng)變截面喉管，在狹窄處流速增大，（液體或氣體）流經(jīng)變

18、截面喉管，在狹窄處流速增大，形成負(fù)壓。形成負(fù)壓。被輸送液體就可從小孔被輸送液體就可從小孔M M抽進(jìn)喉管，當(dāng)流抽進(jìn)喉管，當(dāng)流速達(dá)速達(dá)600600700m/s700m/s時，水頭可達(dá)時，水頭可達(dá)5 56m6m。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v(2)(2)慣性力效應(yīng)慣性力效應(yīng)v1)1)利用離心慣性力將水引出利用離心慣性力將水引出。一般離心泵、化工系統(tǒng)的考拉。一般離心泵、化工系統(tǒng)的考拉泵都是應(yīng)用這種原理。泵都是應(yīng)用這種原理。v2)2)利用往復(fù)運(yùn)動的慣性力利用往復(fù)運(yùn)動的慣性力。將管。將管1 1置于水中，在置于水中，在A A、B B方向往復(fù)方向往復(fù)運(yùn)動，水即通過單向閥運(yùn)動，水即通過單

19、向閥2 2、3 3由管由管4 4輸出。輸出。v3)3)虹吸原理。虹吸原理。將軟管將軟管1 1插入盛液桶插入盛液桶7 7中，反舉吸液器缸套使活中，反舉吸液器缸套使活塞到塞到A A位置，放下缸套使其位置比液面低，活塞由位置位置，放下缸套使其位置比液面低，活塞由位置A A落至落至B B，上部形成真空，盛液桶中的液體在大氣壓作用下進(jìn)入軟管到上部形成真空，盛液桶中的液體在大氣壓作用下進(jìn)入軟管到達(dá)吸液器底部流出，形成虹吸流。達(dá)吸液器底部流出，形成虹吸流。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v(3)(3)毛細(xì)管效應(yīng)毛細(xì)管效應(yīng) 高性能的輕質(zhì)熱管為兩端封閉的管子，襯里為數(shù)高性能的輕質(zhì)熱管為兩端封

20、閉的管子，襯里為數(shù)層金屬絲網(wǎng)，管內(nèi)封裝液體，在高溫端液體吸熱蒸發(fā)，層金屬絲網(wǎng)，管內(nèi)封裝液體，在高溫端液體吸熱蒸發(fā)，蒸氣流至低溫端放熱，冷凝后的液體由毛細(xì)管效應(yīng)通蒸氣流至低溫端放熱，冷凝后的液體由毛細(xì)管效應(yīng)通過金屬絲網(wǎng)流回?zé)岫?。此種熱管用于人造衛(wèi)星和凍土過金屬絲網(wǎng)流回?zé)岫恕４朔N熱管用于人造衛(wèi)星和凍土層輸油管保溫等。層輸油管保溫等。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v2.2.系統(tǒng)解系統(tǒng)解將各功能元解合理組合可以得到多個系將各功能元解合理組合可以得到多個系統(tǒng)原理解。統(tǒng)原理解。 若各功能元的解分別為若各功能元的解分別為n n1 1、n n2 2、n nm m個時，最多個時，最多可以組

21、合出可以組合出N N種方案：種方案：如：行走式挖掘機(jī)的原理方案分析。如：行走式挖掘機(jī)的原理方案分析。(1)(1)功能分析功能分析 mjnnnnN21第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(2)(2)探索功能元解并列出形態(tài)學(xué)矩陣探索功能元解并列出形態(tài)學(xué)矩陣(3)(3)方案組合方案組合 可能組合的方案數(shù)為：可能組合的方案數(shù)為：如：如：A1A1B4B4C3C3D2D2E1E1履帶式挖掘機(jī)履帶式挖掘機(jī) A5A5B5B5C2C2D4D4E2E2液壓輪胎式挖掘機(jī)液壓輪胎式挖掘機(jī) 144034456N第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v3.3.最佳系統(tǒng)解最佳系統(tǒng)解 在多個系統(tǒng)解中

22、，首先根據(jù)不相容性和設(shè)計邊界在多個系統(tǒng)解中，首先根據(jù)不相容性和設(shè)計邊界條件的限制刪去不可行方案和明顯的不理想方案。選條件的限制刪去不可行方案和明顯的不理想方案。選擇較好的幾個方案通過定量的評價方法評比、優(yōu)化，擇較好的幾個方案通過定量的評價方法評比、優(yōu)化，最后求得最佳原理方案。最后求得最佳原理方案。 如上例中的如上例中的A1A1B4B4C3C3D2D2E1E1履帶式挖掘機(jī)就是履帶式挖掘機(jī)就是一種較好的行走式挖掘機(jī)原理方案。一種較好的行走式挖掘機(jī)原理方案。第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第三節(jié)第三節(jié) 設(shè)計目錄設(shè)計目錄 v一、原理解法的設(shè)計目錄v用功能設(shè)計法進(jìn)行原理方案設(shè)計，功能元

23、解是組合原用功能設(shè)計法進(jìn)行原理方案設(shè)計，功能元解是組合原理方案的基礎(chǔ)。工程系統(tǒng)的基本功能元可歸結(jié)為物理理方案的基礎(chǔ)。工程系統(tǒng)的基本功能元可歸結(jié)為物理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元三類。功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元三類。v(1)(1)邏輯功能元邏輯功能元“與與”、“或或”、“非非”三元，主三元，主要用于控制功能?；具壿嬯P(guān)系如要用于控制功能。基本邏輯關(guān)系如表表2-32-3所示。所示。v由機(jī)械、強(qiáng)電、電子、射流、氣體、液體等領(lǐng)域可尋由機(jī)械、強(qiáng)電、電子、射流、氣體、液體等領(lǐng)域可尋找相應(yīng)的找相應(yīng)的“與與”、“或或”、“非非”邏輯動作的各種解邏輯動作的各種解法，其部分解法目錄列于法，其部分解法目錄列于

24、表表2-42-4。v(2)(2)數(shù)學(xué)功能元數(shù)學(xué)功能元可分為加減、乘除、乘方和開方、可分為加減、乘除、乘方和開方、積分和微分四組，也可按機(jī)、強(qiáng)電、電子各領(lǐng)域列出積分和微分四組，也可按機(jī)、強(qiáng)電、電子各領(lǐng)域列出有關(guān)解法目錄。有關(guān)解法目錄。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v(3)(3)物理功能元物理功能元物理功能元反映系統(tǒng)中能量、物物理功能元反映系統(tǒng)中能量、物料及信號變化的物理基本作用。料及信號變化的物理基本作用。v1)1)功能元功能元“變換變換”包括各種類型能量或信號形式的轉(zhuǎn)包括各種類型能量或信號形式的轉(zhuǎn)變、運(yùn)動形式轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變等。變、運(yùn)動形式轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變等。v2)2)功

25、能元功能元“縮放縮放”指各種能量、信號向量（力、速度指各種能量、信號向量（力、速度等）或物理量的縮小和放大。等）或物理量的縮小和放大。v3)3)功能元功能元“聯(lián)接分離聯(lián)接分離”包括能量、物料、信號、同質(zhì)包括能量、物料、信號、同質(zhì)或不同質(zhì)數(shù)量上的結(jié)合和分離。或不同質(zhì)數(shù)量上的結(jié)合和分離。v4)4)功能元功能元“傳導(dǎo)傳導(dǎo)”和和“離合離合”反映能量、物料、信號反映能量、物料、信號的位置變化。的位置變化。v5)5)功能元功能元“儲存儲存”體現(xiàn)一定時間范圍內(nèi)對能量、物料、體現(xiàn)一定時間范圍內(nèi)對能量、物料、信號保存的功能。信號保存的功能。第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v工程系統(tǒng)中常用的物理

26、效應(yīng)有：工程系統(tǒng)中常用的物理效應(yīng)有：v力學(xué)效應(yīng)：力學(xué)效應(yīng)：重力、彈性力、慣性力、離心力、摩擦力重力、彈性力、慣性力、離心力、摩擦力等；等；v液氣效應(yīng)：液氣效應(yīng)：流體靜樂、流體功壓、毛紉管效應(yīng)、帕斯流體靜樂、流體功壓、毛紉管效應(yīng)、帕斯卡效應(yīng)、虹吸效應(yīng)等；卡效應(yīng)、虹吸效應(yīng)等；v電力效應(yīng)：電力效應(yīng)：靜電、壓電效應(yīng)，電動力學(xué)等；靜電、壓電效應(yīng)，電動力學(xué)等；v磁效應(yīng)：磁效應(yīng)：電磁效應(yīng)、永磁效應(yīng)等；電磁效應(yīng)、永磁效應(yīng)等；v光學(xué)效應(yīng)：光學(xué)效應(yīng)：反射、折射、衍射、光干涉、偏振、激光反射、折射、衍射、光干涉、偏振、激光效應(yīng)等；效應(yīng)等；v熱力學(xué)效應(yīng)：熱力學(xué)效應(yīng)：膨脹、熱傳導(dǎo)、熱存儲、絕熱效應(yīng)帶；膨脹、熱傳導(dǎo)、熱存

27、儲、絕熱效應(yīng)帶；v核效應(yīng)：核效應(yīng)：輻射、同位素效應(yīng)等。輻射、同位素效應(yīng)等。v表表2-52-5所示為部分物理功能元的解法目錄。所示為部分物理功能元的解法目錄。表表2-62-6和和表表2-72-7為力的放大功能元解。為力的放大功能元解。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v二、設(shè)計目錄的編制 v例：機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計目錄編制例：機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計目錄編制v如如圖圖2-172-17所示為機(jī)械傳動系統(tǒng)的功能分析。所示為機(jī)械傳動系統(tǒng)的功能分析。v如如表表2-82-8為運(yùn)動方向變化基本機(jī)構(gòu)目錄，為運(yùn)動方向變化基本機(jī)構(gòu)目錄，表表2-92-9為運(yùn)動為運(yùn)動形式變化的常用機(jī)構(gòu)目錄。形式變化的常用機(jī)

28、構(gòu)目錄。v設(shè)計目錄是計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)中知識庫的重要內(nèi)容，設(shè)計目錄是計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)中知識庫的重要內(nèi)容，為了更好地描述知識還有必要將每個基本機(jī)構(gòu)作為特為了更好地描述知識還有必要將每個基本機(jī)構(gòu)作為特定的功能模塊列出其基本性能特點(diǎn)（如傳動比、功率定的功能模塊列出其基本性能特點(diǎn)（如傳動比、功率范圍等）、特殊性能（如遠(yuǎn)距離傳動、自鎖等）、評范圍等）、特殊性能（如遠(yuǎn)距離傳動、自鎖等）、評價數(shù)據(jù)（如對性能、成本、工藝性等基本評價目標(biāo)的價數(shù)據(jù)（如對性能、成本、工藝性等基本評價目標(biāo)的評分或隸屬度）等。每個功能模塊也列為一個基本目評分或隸屬度）等。每個功能模塊也列為一個基本目錄，這將是具體選擇并確定方案的依據(jù)

29、。錄，這將是具體選擇并確定方案的依據(jù)。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v例如：設(shè)計化工廠雙桿攪拌器的機(jī)械傳動裝置。該傳動裝置例如：設(shè)計化工廠雙桿攪拌器的機(jī)械傳動裝置。該傳動裝置中已知電動機(jī)轉(zhuǎn)速中已知電動機(jī)轉(zhuǎn)速n n960r/min960r/min，要求兩攪拌桿以，要求兩攪拌桿以240240次次/min/min同步往復(fù)擺動（擺動方向不限）。同步往復(fù)擺動（擺動方向不限）。v(1)(1)功能分析功能分析v(2)(2)機(jī)械傳動方案綜合機(jī)械傳動方案綜合雙桿攪拌器傳動方案的形態(tài)學(xué)矩陣雙桿攪拌器傳動方案的形態(tài)學(xué)矩陣 可組合的最多方案數(shù)為：可組合的最多方案數(shù)為： v(3)(3)方案評選方案

30、評選 考慮化工廠工作環(huán)境惡劣，且摩擦傳動體積相對較大，故考慮化工廠工作環(huán)境惡劣，且摩擦傳動體積相對較大，故選用嚙合傳動，有兩方案可供進(jìn)一步選擇。選用嚙合傳動，有兩方案可供進(jìn)一步選擇。 24234N第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v方案方案A A：113322，電動機(jī)齒輪傳動凸輪機(jī)，電動機(jī)齒輪傳動凸輪機(jī)構(gòu)對稱凸輪（雙擺動桿），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊構(gòu)對稱凸輪（雙擺動桿），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 。v方案方案B B：331111，電動機(jī)鏈傳動曲柄搖桿，電動機(jī)鏈傳動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)（雙擺動桿），其特點(diǎn)是可遠(yuǎn)機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)（雙擺動桿），其特點(diǎn)是可遠(yuǎn)距離傳動，成本較低。距離傳動，成本

31、較低。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第四節(jié)第四節(jié) 原理方案創(chuàng)新設(shè)計的評價原理方案創(chuàng)新設(shè)計的評價 v一、評價內(nèi)容v(1)(1)功能性功能性是否能順利完成機(jī)械產(chǎn)品的預(yù)期功能是否能順利完成機(jī)械產(chǎn)品的預(yù)期功能目標(biāo)，與同類產(chǎn)品比較是否具有先進(jìn)性和新穎性，其目標(biāo)，與同類產(chǎn)品比較是否具有先進(jìn)性和新穎性，其工作原理是否有創(chuàng)新或突破。工作原理是否有創(chuàng)新或突破。v(2)(2)經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性從產(chǎn)品的設(shè)計制造成本、運(yùn)行成本兩從產(chǎn)品的設(shè)計制造成本、運(yùn)行成本兩方面評價。方面評價。v(3)(3)可操作性可操作性產(chǎn)品操作是否方便、簡單，人機(jī)關(guān)產(chǎn)品操作是否方便、簡單，人機(jī)關(guān)系的協(xié)調(diào)性能如何等。系的協(xié)調(diào)性能如

32、何等。v(4)(4)安全性安全性包括產(chǎn)品本身的安全性和對人身、對包括產(chǎn)品本身的安全性和對人身、對環(huán)境的安全性問題。如產(chǎn)品是否具有安全保護(hù)裝置，環(huán)境的安全性問題。如產(chǎn)品是否具有安全保護(hù)裝置，對操作者或使用者有無采取安全防護(hù)措施，有否考慮對操作者或使用者有無采取安全防護(hù)措施，有否考慮環(huán)境保護(hù)問題等。環(huán)境保護(hù)問題等。v(5)(5)可推廣性可推廣性從方案實(shí)施的市場效應(yīng)、社會影響、從方案實(shí)施的市場效應(yīng)、社會影響、可持續(xù)發(fā)展情況等方面評價。可持續(xù)發(fā)展情況等方面評價。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v二、評價指標(biāo)v評價指標(biāo)是由機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計所應(yīng)滿足的要求而確評價指標(biāo)是由機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計

33、所應(yīng)滿足的要求而確定的，評價指標(biāo)的總數(shù)不易過多，否則容易掩蓋主要定的，評價指標(biāo)的總數(shù)不易過多，否則容易掩蓋主要影響因素，不利于運(yùn)動方案的選出。影響因素，不利于運(yùn)動方案的選出。v表表2-122-12為原理方案的評價指標(biāo)。為原理方案的評價指標(biāo)。v三、評價方法 v對各個評價指標(biāo)進(jìn)行定性或定量的評價。具體評價方對各個評價指標(biāo)進(jìn)行定性或定量的評價。具體評價方法有多種，如評分法、模糊綜合評價法、系統(tǒng)工程評法有多種，如評分法、模糊綜合評價法、系統(tǒng)工程評價法等。價法等。v評分法是用分值作為衡量方案優(yōu)劣的定量評價。首先評分法是用分值作為衡量方案優(yōu)劣的定量評價。首先對參評的各項指標(biāo)進(jìn)行評分，然后再求各項指標(biāo)分值對

34、參評的各項指標(biāo)進(jìn)行評分，然后再求各項指標(biāo)分值的總分，作為方案評價的得分，并以此來衡量原理方的總分，作為方案評價的得分，并以此來衡量原理方案的優(yōu)劣，分值高者為優(yōu)。案的優(yōu)劣，分值高者為優(yōu)。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v1.1.評分評分v根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)確定出相應(yīng)的分值。評分標(biāo)準(zhǔn)可采用根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)確定出相應(yīng)的分值。評分標(biāo)準(zhǔn)可采用5 5分制或分制或1010分制，如采用分制，如采用5 5分制，則分制，則“理想狀態(tài)理想狀態(tài)”取為取為5 5分，分，“太差太差”或或“不能用不能用”取為取為0 0分。具體可見分。具體可見表表2-2-1212 。v在評分時，一般采用集體評分法，以減少由于個人主

35、在評分時，一般采用集體評分法，以減少由于個人主觀因素對分值的影響。對幾個評分者所評的分?jǐn)?shù)取平觀因素對分值的影響。對幾個評分者所評的分?jǐn)?shù)取平均值或去除最大、最小值后的平均值作為有效分值。均值或去除最大、最小值后的平均值作為有效分值。v2.2.加權(quán)計分法加權(quán)計分法v對于多評價目標(biāo)的方案，在求其方案總分時常采用加對于多評價目標(biāo)的方案，在求其方案總分時常采用加權(quán)計分法。權(quán)計分法。N = Pi giv式中，式中，N為方案總分；為方案總分；Pi為各評價指標(biāo)的分值；為各評價指標(biāo)的分值；gi為為各評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。各評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。v表表2-132-13為三種方案汽車發(fā)動機(jī)的三項基本性能評分表為三種方案

36、汽車發(fā)動機(jī)的三項基本性能評分表 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計第五節(jié)第五節(jié) 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計實(shí)例原理方案的創(chuàng)新設(shè)計實(shí)例 v抓斗的原理方案創(chuàng)新設(shè)計抓斗的原理方案創(chuàng)新設(shè)計 v設(shè)計背景：設(shè)計背景：抓斗是重型機(jī)械的一種取物裝置，主要用抓斗是重型機(jī)械的一種取物裝置，主要用來就地裝卸大量散粒物料，用于港口、車站、礦山、來就地裝卸大量散粒物料，用于港口、車站、礦山、林場等處。目前使用的一些抓斗，還不能完全滿足裝林場等處。目前使用的一些抓斗，還不能完全滿足裝卸要求，長撐桿雙顎板抓斗雖應(yīng)用廣泛，但由于其具卸要求，長撐桿雙顎板抓斗雖應(yīng)用廣泛，但由于其具有閉合結(jié)束時閉合力呈減小趨勢的致命弱點(diǎn)，

37、影響抓有閉合結(jié)束時閉合力呈減小趨勢的致命弱點(diǎn)，影響抓取效果。其他類型的抓斗雖有使用，但不很普通，也取效果。其他類型的抓斗雖有使用，但不很普通，也存在各自的缺點(diǎn)，故市場上希望有一種裝卸效率高、存在各自的缺點(diǎn)，故市場上希望有一種裝卸效率高、作業(yè)快、功能全、適用廣的散貨抓斗。作業(yè)快、功能全、適用廣的散貨抓斗。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v一、設(shè)計任務(wù)v在分析調(diào)查的基礎(chǔ)上，運(yùn)用缺點(diǎn)列舉法、實(shí)現(xiàn)希望法在分析調(diào)查的基礎(chǔ)上，運(yùn)用缺點(diǎn)列舉法、實(shí)現(xiàn)希望法等創(chuàng)新技法，制定抓斗開發(fā)設(shè)計任務(wù)書如表所示。等創(chuàng)新技法，制定抓斗開發(fā)設(shè)計任務(wù)書如表所示。 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新

38、設(shè)計v二、功能分析 起重機(jī)功能樹起重機(jī)功能樹 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計抓斗功能樹抓斗功能樹 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計抓斗功能結(jié)構(gòu)圖抓斗功能結(jié)構(gòu)圖 第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計原理方案的創(chuàng)新設(shè)計v三、功能求解 v運(yùn)用反求工程設(shè)計方法，確定抓斗可變元素為：運(yùn)用反求工程設(shè)計方法，確定抓斗可變元素為：vA A能實(shí)現(xiàn)支承、容料和啟閉運(yùn)動的原理機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)支承、容料和啟閉運(yùn)動的原理機(jī)構(gòu)vB B能完成啟閉動作、加壓、自鎖的動力裝置（即能完成啟閉動作、加壓、自鎖的動力裝置（即動力源形式）動力源形式）v運(yùn)用各種創(chuàng)新技法，對可變元素進(jìn)行變換（即尋找作運(yùn)用各種創(chuàng)

39、新技法，對可變元素進(jìn)行變換（即尋找作用效應(yīng)），建立形態(tài)矩陣表（見用效應(yīng)），建立形態(tài)矩陣表（見表表2-152-15）。）。v理論上可以組合出理論上可以組合出5 55 52525種原理方案，其中包括明種原理方案，其中包括明顯不能組合在一起的方案。經(jīng)分析得出明顯不能組合顯不能組合在一起的方案。經(jīng)分析得出明顯不能組合在一起的方案有：在一起的方案有：A A2 2B B2222、A A4 4B B1 1、A A4 4B B2222、A A4 4B B3 3、A A4 4B B4 4、A A5 5B Bl l、A A5 5B B2121、A A5 5B B3 3、A A5 5B B4 4，把這些方案排除，剩，把這些方案排除，剩1616種方種方案。案。第二章第二章 原理方案的創(chuàng)新