2022年《机械创新设计》选修课.docx

精品学习资源第一章创新实践可分为3 个阶段（ 1）明白问题：目标是什么？未知量、已知量是那些？情形如何？能满意情形的需要吗？能拒绝定未知量，是否足够，是否重复或抵触？可以画张图，引入合适的标志，把情形的各部分 加以分解；（ 2）设计技术方案：遇到过这个问题吗？知道相关的问题吗？可能运用什么原理？通过不同的方法设计各种技术方案，并进行优化；（3） 执行技术方案：实施设计技术方案，在每一步骤中对技术方案修改完善，必要时重新设计技术方案，以取得最好的成效；任何一个创新几乎都要经过上述3 个阶段，一般最困难的是其次阶段，最关键的往往是第三阶段；创新设计设计类型的内容特点，一般将设计分为下面3 种：1 开发性设计在工作原理、结构等完全未知的情形下，针对新任务提出新技术方案，开发设计出以往没有过的新产品； 2变型设计在工作原理和功能结构不转变的情形下，对已有产品的结构、参数、尺寸等方面进行变异，设计出适用范畴更广的系列化产品；3适应性设计亦称反求设计；针对已有的产品设计，在消化吸取的基础上，对产品作局部变更或设计一个新部件，使产品更能满意使用要求；开发设计以开创、 探究创新， 变型设计通过变异创新， 适应性设计在吸取中创新；创新是各种类型设计的共同点；二、设计思路和设计过程1产品规划阶段 明确设计任务和要求，提出设计任务书2. 原理技术方案设计阶段 确定工作原理，分解子系统，绘制技术方案简图3. 技术技术方案设计 进行总体设计和结构设计，完成产品全部生产图纸，编制设计说明书、工艺卡等技术文件4. 改进设计机械的功能要求1）运动要求：如运动规律、轨迹、行程、速度、加速度、转速、调速范畴、运动的精确性等； （2） 动力要求：传递的功率、转矩、力、加速性能、效率等；（3） 安全要求：强度、刚度、稳固性、热力学性能、摩擦特性、振动、机械工作的安全性及操作人员的安全性等；（4） 经济要求：设计和制造的经济性、使用和爱护的经济性等；（5） 牢靠性和寿命要求：包括零部件和机械实现预期功能的牢靠性，零部件和机械的耐磨性、疲惫强度、失效和使用寿命等；6）机动性要求：对尺寸、体积、重量、功率的要求；（7）环境爱护要求：防止污染（噪声、废气、废水、废尘），防止 “三漏 ”（漏气、漏水、漏油） ，无公害和绿色产品等； 8 产品造型要求：如美观、人性化，外观、颜色与环境的和谐等；创新设计的三种方法1开发性设计 在工作原理、结构等完全未知的情形下，针对新任务提出新技术方案，开发设计出以往没有过的新产品；2变型设计在工作原理和功能结构不转变的情形下，对已有产品的结构、参数、尺寸等方面进行变异，设 计出适用范畴更广的系列化产品；3适应性设计亦称反求设计；针对已有的产品设计，在消化吸取的基础上，对产品作局部变更或设计一个新部件，使产品更能满意使用要求；开发设计以开创、探究创新，变型设计通过变异创新，适应性设计在吸取中创新；创新是各种类型设计的共同点；其次章人类的思维方式可以归纳为如下几种1形象思维与抽象思维形象思维也称为具体思维，是人脑对客观事物和现象的具体形象的反抽象思维是以抽象的概念、判定和推论为形式的思维方式，概念是客观事物本质属性的反映，判定是两个以上概念的联系，推论就是两个以上判定的联系；形象思维具有敏捷、新颖的特点，而抽象思维较为严密；2发散思维与收敛思维发散思维又叫分散思维、求异思维、开放思维等；它是依据供应的信息，多方位寻求问题的答案的思维方式收敛思维也叫集中思维、求同思维等；是一种在大量设想或多技术方案的基础上寻求某种正确答案的思维方式；在制造活动中，提出的技术方案越多，挑选最优技术方案的回旋余地就越大，但光有发散思维并不欢迎下载精品学习资源能使问题得到有效的解；既需要有充分的信息为基础，设想多种技术方案，又需要对各种信息进行综合、归纳，多技术方案优化；发散思维与收敛思维的有效结合组成了创新活动的一个循环过程；3规律思维与非规律思维规律思维是抽象思维方式；它是严格遵循规律规章按部就班、有条不紊进行的思维；它的主要方法是分析、归纳、综合与演绎；非规律思维是一种不严格遵循规律规律，突破常规，通过想象、直觉、灵感等方式进行的自由思维方式；4. 直达思维与旁通思维直达思维始终环绕需要解决的问题进行摸索，旁通思维就将问题转化为另一个问题， 间接分析求解；旁通思维后要返归到直达思维，才能较好地解决提出的制造性思维的特点1思维结果的新颖性、特殊性它指思维结果的首创性，具备与前人、众人不同的特殊见解，思维的结果是过去未曾有过的；也可以说， 是主体对学问、体会和思维材料进行新颖的综合分析、抽象概括，以致达到人类思维的高级外形，其思维结果包含着新的因素 2思维方法的多样敏捷性、开放它指对于客观事物或问题，表现出勇于突破思维定势，善于从不同的角度摸索问题，善于提出多种解决技术方案；能依据条件的进展变化，准时转变从前的思维过程，查找解决问题的新途径3思维过程的潜意识自觉性4顿悟性制造性思维是长期实践和摸索活动的结果，经过反复探究，思维运动进展到肯定关节点时，或由外界偶然机遇所引发，或由大脑内部积淀的潜意识所触动，就产生一种质的飞跃，使问题突然得到解决，这就是思维的顿悟性；影响制造才能的非智力因素1. 爱好和奇怪心 2进取心 3自信心 4士气 5组织才能影响制造才能的智力因素包含：1想象力想象力就是在记忆的基础上通过思维活动，把对客观事物的描述构成形象或独立构思出新形象的才能；简而言之，想象力是人的形象思维才能， 2洞悉力洞悉力指的是深化细致的观看才能；具有这种才能就可以透过现象看本质3动手才能动手才能包括制作、试验及绘图等方面的技能；李政道博士曾经说过：动手才能是制造发 明者所必备的基本素养； 4智能和学问因素 5制造性思维与制造技法制造性思维的外部表现就是人们常说的制造力，制造力是物化制造性思维成果的才能，在一切制造活动领域都不行缺少，是现代创造者制造才能的最重要因素第三章制造原理综合制造原理综合制造，就是指运用综合法就的创新功能去寻求新的制造；它的基本模式如图所示； 2 分别制造原理分别原理在创新设计过程中，提倡将事物打破并分解，而综合原理就提倡组合和集合，因此，分别原理是与综合原理思路相反的另一个制造原理；3 移植制造原理移植制造具有以下基本特点 l）移植是借用已有技术成果进行新目的下的再创 造，它使已有技术在新的应用领域得到连续和 拓展； 2）移植实质上是各种事物的技术和功能相互之间 的转移和扩散； 3）移植领域之间的差别越大，就移植制造的欢迎下载精品学习资源难度也大，成果的制造性也愈明显；4物场分析原理5仍原制造原理仍原制造的本质是使思路回到事物的基本功能上去，6 价值优化原理综合制造原理 分别制造原理 移植制造原理物场分析原理 仍原制造原理 价值优化原理第四章制造技法基本原理1 主动原理制造者主设问问题， 保持剧烈制造冲动 2 刺激原理善吸纳信息， 对新颖事物有剧烈的爱好并进行追3 期望原理不满意现状和已得体会，怀疑提问，追求事物抱负4环境原理有容许探究， 从失败中求胜利的社会环境5量多原理有尽可能多的制造性设想和技术方 案，多多益善 6 群众原理人人都有制造力， 群众聪明大于个人聪明7 激发原理制造性思维相互鼓励， 活化，引伸，改进，综8 自由原理打破定势，不受权威和传统规律或常规限制常用创新技法 1群体集智法 2系统分析法 3联想类比法 4转向创新法 5组合创新法1 智力鼓励法智力鼓励法的四项原就 l ）自由摸索原就 2）推迟评判原就 3）以量求质原就 4）综合改善原就 2智力鼓励法运用程序 1）智力鼓励会的预备 2）热身活动 3）明确问题 4）自由畅谈 5）加工整理 412 书面集智法 4.1.3 函询集智法1函询集智的特点函询集智法有两个特点，也是其优点；它不是把专家召集起来开会争论，而是用书信方式征询和回答，使整个提设想过程具有相对的匿名性；专家相互之间不见面，有利于克服一些心理障碍，便于充分发表新颖看法或特殊看法；轮间反馈就保证了专家之间的信息沟通和思维鼓励联想类比法4.3.1联想法 联想是从一概念想到他概念从一事物想到他事物的一种心理活动或思维方式1相像联想相像联想是从某一思维对象想到与它具有某些相像特点的另一思维对象的联想思维；2接近联想 接近联想是从某一思维对象想到与它有接近关系的思维对象上去的联想思维；3对比联想对比联想就是由事物间完全对立 或存在某些差异而引起的联想；4强制联想 强制联想法是综合运用联想方法而形成的一种非规律型制造技法，是由完全无关或亲缘相当远的多个事物及见解之间，牵强附会地找出其联系的方法第五章5.1. 机械系统的概念 由如干机械装置组成的一个特定系机械系统 机械系统的组成 一 般机械系统由动力部分、 传动部分、执行部分和掌握（测控）部分四部分组成；动力部分相当于人的心脏，为系统供应动力源，动力部分接受掌握系统信息处理部分发出的掌握指令和信号，完成由其他能向机械能的转化；传动部分传递动力与运动，完成运动形式、运动规律等的转换；执行部分是系统的末端，相当于人的手和足，是与作业对象接触的部分，用来转变作业对象的性质、状态、外形、位置等；掌握部分包含传感和掌握功能；传感部分相当于人的眼、耳、鼻等感觉器官；它把机器工作过程中的各种参数和状况检测出来，变成可测定和掌握的物理量，传送到信息处理部分，此处相当于人的大脑，经过信息处理，发出对各部分工作的指令和掌握信号；是用来操纵与掌握动力、传动、执行等部分和谐运行，准确牢靠 地完成系统的预定功能；它们之间关系用框图描述如图2机械系统的相关性；每个系统一般都由如干个子系统组成，子系统又由各种元件与操作构成统中的各子系统之间相互影响，相互关联，同时各子系统也影响着系统，而系统又受超系统的制约；超系统可以懂得是系统的环境，系统得以存在的条件；这种各子系统之间，系统与子系统之间，以及系统与超系统之间相互关联的性质称为系统的相关性；机械系统设计经受以下四个阶段1）产品规划阶段主要是进行市场需求调研与猜测，进行国内外信息的争论与分析； 论证产品开发的必要性、可行性，进而确定产品的功能目标；（2）技术方案设计阶段以系统的总功能目标为基础，连续对系统进行分析、分解，确定各子系统的分功能及功能元；并针对各功能目标进行创新、探究、优化、挑选，从而确定较抱负的工作原理技术方案；最终仍要针对不同的工作原理进行构型综合，确定机构类型与结构外形；（ 3）技术设计阶段在技术方案原理设计的基础上，进行系统中零部件的尺寸、外形、结构、强度、刚度、欢迎下载精品学习资源精度设计；绘制出相应的工作图，编制出相应的设计技术资料；（4）施工设计阶段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、爱护及使用的设计与说明；在这四个设计阶段中，技术方案设计对产品的性能、成本、使用与竞争力的影响最大， 也是最具有创新的阶段；功能分类功能分类就是将系统中输入与输出的三要素操作具体化，这将有利于功能的分析，也有利于原理的综合与构型的综合；功能分类可以依据机械系统的组成进行，也可按三要素变换的物理作用进行分类； 1按机械系统的组成进行功能分类按机械系统的组成可将系统功能分为以下几类；（1）驱动功能为系统供应能量或动力， 它接受测控部分发出的指令，执行驱动部分工作；其功能载体为各种类型原动机；如电动机、内燃机等； （ 2）传动功能传递驱动和执行部分之间的运动和动力；包括运动形式、性质、方向、大小的变换；其功能载体可以是机械式、液压气动式或电磁式等（3）执行功能实现和完成产品的最终功能；简 单系统可用简洁的构件实现特定的动作；复杂的系统有多个执行功能，各动作需要（4）掌握功能包括检测、传感与掌握；它把系统工作过程中各种参数和工作状况检测出来，变换成可测定和可掌握的物理量，传送到信息处理部分，并发出对各部分的工作指令和掌握信号；机构能实现的基本功能机构能实现的基本功能可归纳为以下几类；变换运动的形式运动形式主要有转动、单双向移动、单双向摇摆以及间歇运动等；变换运动的速度即减速、增速、变速或调速等；变换运动的方向主要指转动件的两轴线可平行、相交、空间交叉；对于空间连杆机构与空间凸轮机构可在运动空间实现任意方向运动的变换；进行运动的合成与分解两个自由度的机构以及各种差速机构；对运动进行操纵与掌握主要指各种离合装置、操纵装置；实现给定的运动轨迹机构中的浮动构件可实现各种轨迹要求；如连杆机构中的连杆；行星齿轮机构中的行星齿轮以及挠性件传动机构中的挠性构件等；实现给定的运动位置指两个连架杆的对应位置，以及浮动构件的导引位置；实现某些特别功能有增力、增程、微动、急回、夹紧、定位和自锁等；5.4.3构型综合的留意的六个问题1应尽量满意或接近功能目标2要力求结构简洁3要便利加工制造，提高精度4要保证良好的动力特性 5应留意机械效益与机械效率问题6要考虑动力源及其形式.第六章 1机构形式设计的原就1机构运动链尽量简短完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本；此外也可削减由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，从而提高零件加工工艺性和增强机构工作牢靠 性；运动链简短也有利于提高机构的刚度，削减产生振动的环节；考虑以上因素，在机构选型时，有时宁可采纳有较小设计误差的简洁近似机构，而不采纳理论上无误差但结构复杂的机2适当挑选运动副在执行构件的运动规律要求复杂，采纳连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采纳高副机构 3适当挑选原动机执行机构的形式与原动机的形式亲密相关，不要仅局限于挑选传统的电动机驱动形式4选用广义机构不要仅限于刚性机构，仍可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦；重力、惯性等原理工作的广义机构，很多场合可使机构更加简洁、有用欢迎下载精品学习资源.应使机构具有较好的动力学特性机构在机械系统中不仅传递运动，而且仍要起到传递和承担力（或力矩）的作用，因此要挑选有较好的动力学特性的机构；1. 采纳传动角较大的机构2采纳增力机构 3采纳对称布置的机构2机构的选型所谓机构的选型， 是指利用发散思维的方法， 将前人制造创造出的各种机构依据运动特性或实现的功能进行分类，然后依据原理技术方案确定的执行构件所需要的运动特性或实现功能进行搜寻、挑选、比较和评判，选出合适的机构形式；.第七章 1结构技术方案的变异设计2提高性能的设计 3结构的宜人化设计4新型结构设计 1结构技术方案的变异设计制造性思维在机械结构设计中的重要应用之一就是结构技术方案的变异设计方法；它能使设计者从一个欢迎下载精品学习资源已知的可行结构技术方案动身，通过变换得到大量的可行技术方案；通过对这些技术方案中参数的优化， 可以使设计者得到多个局部最优解，再通过对这些局部最优解的分析和比较，就可以得到较优解或全局最优解；变异设计的目的是寻求满意设计要求的独立的设计技术方案，以便对其进行参数优化设计，通过变异设计所得到的独立的设计技术方案数量越多，掩盖的范畴越广泛，通过优化得到全局最优解的可能性就越大；变异设计的基本方法是第一通过对结构设计技术方案的分析， 得出一般结构设计技术方案中所包含的技术要素的构成，然后再分析每一个技术要素的取值范畴，通过对这些技术要素在各自的取值范畴内的充分组合， 就可以得到足够多的独立的结构设计技术方案； 变异设计的目的是为设计供应大量的可供挑选的设计技术方案，使设计者可以在其中进行评判、比较和挑选，并进行参数优化；一般机械结构的技术要素包括零件的几何外形， 零件之间的联接和零件的材料及热处理方式；以下分别分析这几个技术要素的变异设计方法；2 提高性能的设计 1 提高强度和刚度的设计 2 提高精度的设计 3 提高工艺性的设计 3 结构的宜人化设计 1 适合人的生理特点的结构设计 1削减疲惫的设计 2简洁发力的设计 4 适合人的心理特点的结构设计4新型结构设计 1弹性结构2快动联接结构 3组合结构组合结构是指通过合理的结构设计，将多个零件的功能组合到一个零件上，起到削减零件数量，便于装配，降低成本的目的第八章反求设计是以先进技术或产品的实物、软件（图纸、程序、技术文件等）、影像（照片、广告等）作为争论对象，应用现代设计理论方法学、生产工程学、材料学等有关专业学问进行系统深化的分析与探索，并把握其关键技术，进而开发出先进产品；运用反求技术，可以缩短新产品开发的时间，提高新产品开发的胜利率，是创新设计的一种有效方法；反求设计的争论对象从工程技术角度分析， 反求设计的争论对象一般分为三类；它们分别是实物反求、软件反求和图片反求； 反求对象应当是比较先进的技术或产品；也可能是自然界的产物1实物反求实物反求是指在已有产品实物的条件下，通过试验、测绘、分析，确定其关键技术，再制造出新产品的过程；反求的产品实物可以是整机、部件或零件；反求的内容包括产品的功能、原理技术方案、结构性能、材料、精度等；2. 软件反求在软件反求过程中，产品样本、技术文件、设计说明书、使用说明书、设计图纸以及有关规范和规范等均为软件；反求工作的内容主要有，深刻懂得图样与技术要求；挑选合适的材料、工艺过程与热处理方法；试制样机并进行性能测试；最终创新出新产品；3. 影像反求在影像反求过程中， 产品的图片、 照片、广告介绍， 以及参观印象或影视画面等均属于影像；这是反求对象中信息量最少、难度最大，但也最富有创新性的反求设计；反求工作主要是依据影像供应的产品外形、尺寸、比例，运用透视变换与投影以及各种专业学问进行琢磨、分析、领悟其功能、性能、结构特点等，然后进行从原理技术方案、构型综合、直到完成产品的创反求设计的内容与过程反求设计的主要内容1设计思想的反求反求设计的最重要内容是探求设计者的设计思想；设计思想是设计者的灵魂，设计者会挖掘个人的所有学问与体会用来开发新产品，是设计者本人或设计小组全体成员聪明的结晶；设计思想主要应包括设计产品开发的必要性与适应性，产品是在何种条件下产生的，为什么要研制开发这种产品；产品造型的特别性，这种造型会产生何种效应与影响，是单纯为操作者供应便利，仍是具有某种特别功能； 产品的结构特点，有些什么与众不同的特点，进而分析这些特别结构的特别缘由，以及会造成的结果等；设计思想的反求是贯穿反求全过程的工作，在反求设计中的每一步骤都不要遗忘揣摩设计者的意图；2功能原理的反求 功能原理的反求也是一个分析过程；对于一个已知产品，其总功能是已知的，但深化分析其组成结构时，会发觉产品的各组成部分的分功能，乃至功能元并非全明白，因此很有必欢迎下载精品学习资源要第一分析组成产品各部分存在的意义；其次应深化分析实现这一功能的工作原理，是简洁的机械效应，或是气动与液压的效应，仍是电磁等效应；是采纳了分割，仍是合并原理等；把握了功能原理，就可以变被动为主动，开发出实现同样功能的不同原懂得，也就实现了从反求到创新的过程；3结构外形与尺寸参数的反求结构外形与尺寸参数的反求既是一个分析过程，也是一个实际测绘过程；反求活动中包含有实物测量、数据处理、误差分析等内容；4材料的反求材料的反求包括材料成分的反求、材料组织结构的反求、材料的力学性能反求以及材料的工艺反求；5关键技术的反求关键技术是指那些能够实现同类产品难以达到的技术水平、仿照难度较大，且具有肯定竞争力的技术；关键技术是反求设计的重点，也是难点；关键技术包括关键功能、关键原理、关键结构和关键材料反求设计的主要过程1实物（整机）反求实物反求形象直观，可面对产品进行分析、测试、运行，以获得具体的设计资料；同时仍具有参照性、可比性，有利于改进产品，开发新产品；其反求过程如下所述： （1）分析分析是指对原始产品的功能特点、原理技术方案、结构构型、工艺过程、产品的造型特色等宏观内容的分析；功能分析是要分析产品的主要功能、分功能和帮助功能；并依据体现机电产品功能的能量、物料、信息，以及与超系统的关系进行分析原理技术方案分析是要分析总功能及每项分功能各自采纳什么样的工作原理，实现同样功能的仍可能有的工作原理是什么，比较它的优越性和特色；结构构型分析就主要分析外观构造与外形、颜色；外形构造和谐、配色恰当的产品会具有较大的吸引力 工艺过程分析 主要是分析产品的工作流程，并与同类产品进行比较其复杂性，以及流程的长短，资源的利用等； 2） 测测试是指开车运行，并在运行中进行有关性能的测试，即对产品质量有影响的关键性能进行测试；. 试 3）分解 分解是指对原始产品的解体、拆卸；在有条件的情形下最好能对反求的原始产品进行分解，其主要目的是进一步探究产品的工作原理、结构特性及零部件的特别结构等； 4）测绘 测绘主要是对零部件的测量与绘制； 测绘前第一要分清规范件与非规范件，分清规章外形零件与不规章外形零件，分清重要零件与一般零件；（ 5）改进与创新在反求已知产品的基础上进行设计的形式有三种，它们是：仿照设计、改进设计和创新设计；仿照设计没有太大的实际意义；改进设计是在分析原有产品的基础上对原产品的某些结构、参数、材料等进行部分的改进性设计；创新设计就是在分析原产品的基础上，抓住功能的本质，从原理技术方案开头进行创新设计2软件反求 在软件反求过程中，产品样本、技术文件、 设计书、 使用说明、 图纸、 有关规范和规范、安装说明、经管规范等均为可用的技术软件；影像反求 依据照片、图片、影视画面、宣扬广告等资料进行反求设计为影像反求欢迎下载