4反求工程与创新设计.docx

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1、4 反求工程与创新设计41 反求工程411反求工程的概念反求工程（Reverse Engineering）这一术语起源于60年代，但对它从工程的广泛性去研究，从反求的科学性进行深化还是从90年代初刚刚开始。反求工程类似于反向推理，属于逆向思维体系。它以社会方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品进行解剖、分析、重构和再创造，在工程设计领域，它具有独特的内涵，可以说它是对设计的设计。反求工程技术是测量技术，数据处理技术，图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟，近年来在新产品

2、设计开发中愈来愈多的被得到应用，因为在产品开发过程中需要以实物（样件）作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，所以在汽车、摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计，家电产品外形设计，艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。所谓反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制、修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。412反求工程的研究内容反求工程技术的研究对象多种多样，所

3、包含的内容也比较多，主要可以分为以下三大类：实物类：主要是指先进产品设备的实物本身；软件类：包括先进产品设备的图样、程序、技术文件等；影像类；包括先进产品设备的图片、照片或以影像形式出现的资料。反求工程包含对产品的研究与发展、生产制造过程、管理和市场组成的完整系统的分析和研究。主要包括以下几个方面：1. 探索原产品设计的指导思想 掌握原产品设计的指导思想是分析了解整个产品设计的前提。如微型汽车的消费群体是普通百姓，其设计的指导思想是在满足一般功能的前提下，尽可能降低成本，所以结构上通常是较简化的。2. 探索原产品原理方案的设计 各种产品都是按定的使用要求设计的，而满足同样要求的产品，可能有多种

4、不同的形式，所以产品的功能目标是产品设计的核心问题。产品的功能概括而论是能量、物料信号的转换。例如，一般动力机构的功能通常是能量转换，工作机通常是物料转换，仪器仪表通常是信号转换。不同的功能目标，可引出不同的原理方案。设计一个夹紧装置时，把功能目标定在机械手段上，则可能设计出斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、定心夹紧、联动夹紧等原理方案；如把功能目标确定扩大，则可设计出液动、气动、电磁夹紧等原理方案。探索原产品原理方案的设计，可以了解功能目标的确定原则，这对产品的改进设计有极大帮助。3. 研究产品的结构设计 产品中零部件的具体结构是实现产品功能目标是保证，对产品的性能、工作能力、经济性、寿命和可靠

5、性有着密切关系。4. 确定产品的零部件形体尺寸 分解产品实物，由外至内、由部件至零件，通过测绘与计算确定零部件形体尺寸，并用图样及技术文件方式表达出来。它是反求设计中工作量很大的一部分工作。为更好地进行形体尺寸的分析与测绘，应总结箱体类、轴类、盘套类、齿轮、弹簧、曲线曲面及其它特殊形体的测量方法，并合理标注尺寸。5. 确定产品中零件的精度 确定零件的精度（即公差设计），是反求设计中的难点之一。通过测量，只能得到零件的加工尺寸，而不能获得几何精度的分配。精度是衡量反求对象性能的重要指标，是评价反求设计产品质量的主要技术参数之一。科学合理地进行精度分配，对提高产品的装配精度和力学性能至关重要。6.

6、 确定产品中零件的材料 通过零件的外观比较、重量测量、力学性能测定、化学分析、光谱分析、金相分析等试验方法，对材料的物理性能、化学成分、热处理等情况进行全面鉴定，在此基础上，遵循立足国内的方针，考虑资源及成本，选择合用的国产材料，或参照同类产品的材料牌号，选择满足力学性能及化学性能的国有材料代用。7. 确定产品的工作性能 针对产品的工作特点机器主要性能进行试验测定、反计算和深入地分析，了解产品的设计准则和设计规范，并提出改进措施。8. 确定产品的造型 对产品的外形构型、色彩设计等进行分析，从美学原则、顾客需求心里、商品价值等角度进行构型设计和色彩设计。9. 确定产品的维护与管理 分析产品的维护

7、和管理方式，了解重要零部件及易损零部件，有助于维修及设计的改进和创新。413反求工程的研究特点1. 反求工程的理论于方法基础要进行反求工程分析，必须运用现代设计理论和方法（如系统工程、价值工程、优化工程、工业美学、相似理论等），同时要深入掌握基础理论（数学、力学、材料学、机械、液压、光及电子技术等）与有关专业的理论和知识。此外，还要掌握材料的力学性能、化学成分及产品个中工作性能的测试方法与手段，并运用计算机等先进工具提高计算、测试、数据处理和分析等工作的质量和效率。2. 了解有关产品及技术的发展动向为了更好地对先进产品进行反求设计，必须了解有关产品的技术发展动向。如在分析机械传动系统时，要对目

8、前发展较快的各种无级变速器、周转轮系、同步带传动等有所了解；分析汽车时要收集掌握汽车结构、新工艺、新材料等有关信息。此外，了解工程材料的发展动向尤为重要，如金属、非金属及高分子材料将成三足鼎立；陶瓷、塑料、复合材料等新型材料的应用越来越广等。3. 深入分析研究，掌握关键技术 对研究对象进行全面的反求分析，最重要的掌握其关键技术。关键技术涉及到功能、结构、工艺、材料等方面，掌握关键技术对提高产品的水平将起到决定性作用。414反求工程的设计程序 反求工程的设计过程首先是明确设计任务，然后进行反求分析，在此基础上进行反求设计，最后进行施工设计及试验试制。它与一般产品设计的区别，主要是反求分析和反求设

9、计。1反求分析反求分析是指对反求对象从功能、原理方案、零部件结构尺寸、材料性能、加工装配工艺等有全面深入的了解，明确其关键功能和关键技术，对设计中的特点和不足之处作出必要的评估。针对反求对象的不同形式实物、软件或影像，可采用不同的手段和方法。对于实物反求，可利用实测手段获取所需的参数和性能，尤其是掌握各种性能、材料、尺寸的测定及试验方法是非常关键的。对于已有的图样，技术资料文件，产品样本等软件反求，可直接分析了解有关产品的外形、零部件材料、尺寸参数和结构，但工艺、实用性能则必须进行适当的计算和模拟试验。对于已有的照片、图片、影视画面等影像资料反求，需仔细观察、分析和推理，了解其功能原理和结构特

10、点，可用透视法与解析法求出主要尺寸间的相对关系，再用类比法求出几个绝对尺寸，进而推算出其它部分的绝对尺寸；此外，材料的分析必须联系到零件的功能和加工工艺，应通过试验试制才能解决。2反求设计反求设计是在反求分析的基础上进行测绘仿制、变参数设计、适应性设计或开发性设计。测绘仿制由于没有创新，一般不能称其为设计。但若不将原设计分析透彻，要完全仿制也并非易事。变参数设计是指在原有产品原理方案及结构方案的基础上，仅改变尺寸和性能参数以满足不同工作需要的设计。适应性设计是指在原有产品原理方案的基础上，改变部分参数、结构或零部件，克服原有产品的缺点或适应新的使用要求的设计。开发性设计针对反求对象的功能，提出

11、新的原理方案，完成从方案设计、技术设计到施工设计的全过程。这是比较彻底的创新设计。创新42实物反求设计与421实物反求设计的特点实物反求设计是以产品实物为依据，对产品的功能原理、设计参数、尺寸、材料、结构、工艺装配、包装使用等进行分析研究，研制开发出与原型产品相同或相似的新产品。这是一个从认识产品到再现产品或创造性开发产品的过程。实物反求设计需要全面分析大量同类产品，以便取长补短，进行综合。在反求过程中，要触类旁通，举一反三，迸发出各种创造性的新的设计思想。根据反求对象的不同，实物反求可分为三种：1.整机反求 反求对象是整台机器或设备。如一台发动机、一辆汽车、一架飞机、一台机床、成套设备中的某

12、一设备等。2.部件反求 反求对象是组成机器的部件。这类部件是由一组协同工作的零件所组成的独立装配的组合体。如机床的主轴箱、刀架等，发动机的连杆活塞组、机油泵等。反求部件一般是产品中的重点或关键部件，也是各国进行技术控制的部件。如空调中的压缩机，就是产品的关键部件。我国在大量进口压缩机的同时加紧进行了压缩机的反求设计，目前，许多国产品牌空调机全用上了国产化的压缩机，有些已经打入国际市场。3.零件反求 反求对象是组成机器的基本制造单元。如发动机中的曲轴、凸轮轴，机床主轴箱中的轴齿轮等零件。反求的零件一般也是产品中的关键零件。通常，实物反求的对象大多是比较先进的设备与产品，包括国外引进的先进设备与产

13、品及国内的先进设备与产品。相对于其它反求设计法，实物反求设计有一下特点： 具有直观、形象的实物，有利于形象思维。 可对产品的功能、性能、材料等直接进行试验及分析，以获得详细的设计参数。 可对产品的尺寸直接进行测绘，以获得重要的尺寸参数。 缩短了设计周期，提高了产品的生产起点与速度。 引进的产品就是新产品的检验标准，为新产品开发确定了明确的赶超目标。实物反求虽形象、直观，但引进产品时费用较大，因此要充分调研，确保引进项目的先进性与合理性。422实物反求设计的一般过程如下图所示为实物反求设计一般流程图。图4.2 实物反求设计一般流程图423实物反求的准备过程1决策准备（1）广泛收集国内外同类产品的

14、设计、使用、试验、研究和生产技术等方面的资料，通过分析比较，了解同类产品及其主要部件的结构、性能参数、技术水平、生产水平和发展趋势。同时还应对国内企业（或本企业）进行调查，了解生产条件、生产设备、技术水平、工艺水平、管理水平及原有产品等方面的情况，以确定是否具备引进及进行反求设计的条件。（2）进行可行性分析研究，写出可行性研究报告。（3）在可行性分析的基础上进行项目评价工作。其主要内容包括：反求工程设计的项目分析；产品水平；市场预测；技术发展的可能性；经济效益。2思想和组织准备由于反求工程是复杂、细致、多学科且工作量很大的一项工作，因此需要各方面人才，并且一定要有周密、全面的安排和部署。3技术

15、准备主要是收集有关反求对象的资料并加以消化，通常有以下两方面的资料： 收集反求对象的原始资料，主要包括：产品说明书（使用说明书或构造说明书）；维修手册；维护手册；各类产品样本；维修配件目录；产品年鉴；广告；产品性能标签；产品证明书。对于从国外进口的样机、样件，若能得到维修手册，将给测绘带来很大帮助。 收集有关分解、测量、制图等方面的方法、资料和标准，主要包括：机器的分解与装配方法；零部件尺寸及公差的测量方法；制图及校核方法；标准资料；齿轮、花键、弹簧等典型零件的测量方法；、外购件、外协件的说明书及有关资料；与样机相近的同类产品的有关资料。其中，标准资料在测绘过程中是一种十分重要的参考资料，通过

16、它可对各国产品的品种、规格、质量和技术水平有较深入的了解。424实物的功能分析和性能分析1实物的功能分析产品的用途或所具有的特定工作能力称为产品的功能。也可以说功能就是产品所具有的转化能量、物料、信号的特性。实物的功能分析通常是将其总功能分成若干简单的功能元，即将产品所需完成的工艺动作过程进行分解，用若干个执行机构来完成分解所得的执行动作，再进行组合，即可获得产品运动方案的多种解。在实物的功能分析过程中，可明确其各部分的作用和设计原理，对原设计有较深入的理解，为实物反求打好坚实基础。2实物的性能测试在对样机分解前，需对其进行详细的性能测试，通常有运转性能、整机性能、寿命、可靠性等，测试项目可视

17、具体情况而定。一般来说，在进行性能测试时，最好把实际测试与理论计算结合起来，即除进行实际测试外，对关键零部件从理论上进行分析计算，为自行设计积累资料。425典型机电产品的分解与装配4，2，5，1概述新材料、新技术，新工艺、（新结构）在机电产品上的不断应用，迫使人们必须不断提高自己，努力掌握系统基础理论知识，积极参加技术实践活动，在实践中开阔眼界，开拓进取，提高技能，发现问题，解决问题，以求可持续发展。机电产品种类繁多，充斥着整个社会生活中的每个角落，为培养高素质人材，从实践开始，从装拆起步，培养学生动手能力，在实践中学习提高、发展、创新。在机电产品工程训练中找到发明创新成功之路。在机电产品反求

18、工程训练中，为找到举一反三，发明创新的成功之路，特选择如下几种典型机电产品进行分解与装配训练，实施流程图中“分解”反求绘制部件装配、总装配图和零件图阶段，共六大项机电产品。典型机电产品如下：1、462Q微型汽车汽油发动机2、微型汽车离合器和变速器3、小型柴油机（Q175A）4、摩托车及摩托车发动机（JS12512，12A）5、电力拖动类 电动汽车，电动自行车6、其它电动工具上述产品中，在训练指导书中仅给出了462Q汽油机的工作原理、拆装工艺和相关零部件名称及尺寸等。其它几种机电产品的工作原理、组成结构和拆装顺序，可由同学们自己搜集有关资料，在老师指导下，分解、装配、然后自己完成工艺规程编制。在

19、完成典型机电产品拆装过程后，同学们对机电产品有了初步认识，然后选择一种或几种典型零部件，对其进行功能分析、反设计，绘制零部件图，制定零件工艺路线和工艺规程，提出创新建议。同学还可以自选课题，对所选的机电产品提出新想法、新思维、新方案和新的研究路线。426 零件技术条件的反求零件技术条件的确定，直接影响零件的制造、部件的装配和整机的工作性能。1尺寸公差的确定在反求设计中，零件的公差是不能测量的，故尺寸公差只能通过反求设计来解决。实测值是知道的，基本尺寸可以计算出来，因此二者的差值是可以求的，再由二者的差值查阅公差表，并根据基本尺寸选择精度，按二者差值小于或等于所对应公差的一半的原则，最后确定出公

20、差的精度等级和对应的公差值。2形位公差的确定零件的几何形状及位置精度对机械产品性能有很大的影响，一般零件都要求在零件图上标出形位公差，形位公差的选用和确定可参考国标GB/T11841996，它规定了标准的公差值和系数，为形位公差值的选用和确定提供了条件。具体选用时应考虑： 确定同一要素上的形位公差值时，形状公差值应小于位置公差值。如要求平行的两个表面，其平面度公差值应小于平行度公差值。 圆柱类零件的形状公差值（轴线的直线度除外），一般情况下应小于其尺寸公差值。 形状公差值与尺寸公差值相适应。 形状公差值与表面粗糙度值相适应。 选择形位公差时，应对各种加工方法出现的误差范围有一个大概的了解，以便

21、根据零件加工及装夹情况提出不同的形位公差要求。 参照验证过的实例，采用与现场生产的同类型产品图样或测绘样图进行对比的方法来选择形位公差。3表面粗糙度值的确定通常机械零件的表面粗糙度值可用粗糙度仪较准确地测量出来，再根据零件的功能、实测值、加工方法，参照国家标准，选择出合理的表面粗糙度。4零件材料的确定零件材料的选择直接影响到零件的强度、刚度、寿命、可靠性等指标，故材料的选择是机械创新设计的重要问题。 材料的成分分析 材料的成分分析是指确定材料中的化学成分。对材料的整体、局部、表面进行定性分析或定量分析时，可通过以下手段：火花鉴别法 根据材料与砂轮磨削后产生的火花定型判别材料的成分。音质鉴别法

22、根据敲击材料声音的清脆不同，判别材料的成分。原子发射光谱分析法 可通过几毫克至几十毫克的粉末对材料进行定量分析。红外光谱分析法 该方法多用于橡胶、塑料等非金属材料的成分分析。化学成分分析法 该方法是金属材料的常用定量分析法。可根据分析结果从有关手册上查取材料的牌号。微探针分析法 该方法是最近发展起来的材料表面成分的分析方法，利用电子探针、离子探针等仪器对材料的表面进行定性分析或定量分析。 材料的组织结构分析 材料的组织结构是指材料的宏观组织结构和微观组织结构。进行材料的宏观组织结构分析时，可用放大镜观察材料的晶粒大小、淬火硬层的分布、缩孔缺陷等情况。利用显微镜可材料的微观组织结构。 材料的工艺

23、分析 材料的工艺分析是指材料的成形方法。最常见的工艺有铸造、锻造、挤压、焊接、机加工以及热处理等。5热处理及表面处理的确定在零件热处理等技术要求时，一般应设法对实物有关这方面的原始技术条件（如硬度等）进行识别测定，在获得实测资料的基础上，参照下述各点，合理选择。 零件的热处理要求是与零件的材料密切相关的。 对零件是否提出热处理要求，主要考虑零件的作用和对零件的设计要求。 对零件是否提出化学热处理和表面热处理的要求，主要根据零件的功用和使用条件对零件的要求而定，如渗碳、镀铬等。427 关键零件的反求设计 实物易于仿造，但其中必有一些关键零件，也就是生产商要控制的技术。这些关键零件是反求的重点，也

24、是难点。在进行实物反求设计时，要找出这些关键零件。不同的机械设备，其关键零件也不同。要根据具体情况确定关键零件。如发动机中的活塞和凸轮轴、汽车主减速器中的锥齿轮等都是反求设计中的关键零件。对机械中的关键零件的反求成功，技术上就有突破，就会有创新。一般情况下，关键零件的反求都需要较深的专门知识和技术。428 机构系统的反求设计机构系统的反求设计通常是根据已有的设备，画出其机构系统的运动简图，对其进行运动分析、动力分析及性能分析，再根据分析结果改进机构系统的运动简图。它是反求设计中的重要创新手段。进行机构系统的反求设计时，要注意产品的设计策略反求。主要包括以下及格方面：1) 功能不变，降低成本。2

25、) 成本不变，增加功能。3) 增加一些成本以换取更多的功能。4) 减少一些功能使成本更多地降低。5) 增加功能，降低成本。前4种策略应用较普遍，而最后一种策略是最理想的，但困难最大。它必须依赖新技术、新材料、新工艺等方面的突破才能有所作为。例如，大规模集成电路的研制成功，使计算机产品的功能越来越大，但其价格却在下降。429 实物反求设计实例倒车灯开关的反求设计倒车灯开关装在汽车变速箱上，当变速器挂入倒车挡时，开关闭合，接通电路，点亮倒车灯。南京汽车电器厂根据产品配套要求进行倒车灯开关设计，有从日本引进的实物产品。1. 原产品分析原产品的结构如图4-3所示，其开关工作原理是：当把变速杆拨到倒档位

26、置时，倒车灯开关中的顶杆1被压下，力经4、3、6、7、10传到回位弹簧11，当顶杆1的行程在1mm以内时，铜顶住3推动小弹簧6产生变形，弹簧力通过顶圈7作用在接触片10上，但此时回位弹簧11因预加载荷作用其弹簧力大于小弹簧6的弹簧力，故触点9保持闭合；只有当顶杆1继续受压，其行程大于1mm后，小弹簧6产生的弹簧力大于回位弹簧11的预紧弹簧力，接触片10被推开，触电9分开。释放压力后，在回位弹簧11的作用下，顶杆1复位，触点9闭合。从倒车灯开关工作原理得知，实现基本开闭功能的关键零件是两个弹簧，而弹簧的变形和力参数难以保证，而弹簧预紧力的大小有顶圈7的厚薄来控制，造成质量不稳定，装配工艺性差，倒

27、车灯开关性能很难控制。为此，在进行反求设计时需改进开关结构。2. 反求设计图4.3 倒车灯开关原产品结构图1-顶杆 2-外壳 3-铜顶柱 4-密封圈 5-钢碗 6-小弹簧7-顶圈 8-导电片 9-触点 10-接触片 11-回位弹簧 12-底座(1) 设计目标1) 不改变产品外形尺寸和安装尺寸，保证配套产品的要求。2) 保证产品的开关功能，提高可靠性。希望装配后无需调整即能满足产品技术要求。开闭动作的寿命大于104次，且开关顶杆仍能自动复位而无轴向窜动。3) 降低成本，提高经济效益。(2) 功能分析 采用功能分析方法，对产品主要功能进行分析研究，按功能系统分解出各个功能部（零）件，根据产品技术要

28、求或有关资料，对产品性能、结构、功能、特性等进行消化、吸收，掌握设计中需解决的关键问题。由功能分析可知，倒车灯开关中的通断电路是其基本功能，另外，保证复位和密封防油是实现其基本功能所必不可少的辅助功能。在反求设计时，必须保证这些功能的实现。各零件功能分析如表4-1所示，不难发现其中的小弹簧和回位弹簧是实现通断电路和保证复位功能的关键零件。表4-1 倒车灯开关零件功能分析表实现功能作用产品功能通断电路保证复位密封防油零件名称关键件执行件辅助件关键件执行件辅助件关键件执行件辅助件顶 杆外 壳铜顶柱密封圈钢 碗小弹簧顶 圈导电片触 点接触片回位弹簧底 座(3) 方案的评价和选优 为满足倒车灯开关的设

29、计目标，必须解决原产品质量不稳定和装配工艺性差的问题，故应重新确定结构方案。一般可拟出3种不同的结构方案，组织技术、质检、生产、财务等部门的专业技术人员，对3个方案进行评价，挑选出最佳方案。图4.4 改进后倒车灯开关结构图1-顶杆 2-外壳 3-顶柱 4-密封圈 5-弹簧 6-垫片7-导电片 8-触点 9-接触片 10-回位弹簧 11-底座图4-3所示为经过综合评价后选出的最佳方案，其特点是：当顶杆1不受力或受力较小、行程小于1mm时，接触片9在回位弹簧10的作用下，触点8保持闭合；当顶杆1受力压下大于1mm时，利用顶柱3的台肩面推开接触片9，触点8分开。这种结构通过零件装配尺寸链，实现按行程

30、要求完成电路通断的基本功能，与原来那种依靠弹簧的变形量，且两弹簧的变形要满足顶杆的行程要求，来保证基本功能实现的结构完全不同。显然，该方案的结构在质量可靠性和装配工艺性方面要比原产品好。3. 技术经济评价设计完成后，应评价改进后产品的生产能力、实用性和经济性，对其结构和零件加工也要进行经济分析。表4-2是对改进后产品进行经济分析并与原产品相比较后得出的。表4-2 技术经济评价名称原产品改进后备 注产品零件数1211取消钢碗，大弹簧同时起支承作用顶柱材料铜Q235钢节省铜材，材料及加工费降低弹 簧小弹簧大弹簧成本略有增加，质量可靠性提高，寿命提高不同零件顶圈（尼龙注塑成型）垫片（环氧布板、冲压件

31、）加工成本降低装配工艺性差好提高装配工效2倍从表中可见，改进后产品的经济性要优于原产品。4210 软件反求设计与创新在技术引进过程中，常把产品实物、成套设备或成套设备生产线等的引进叫做硬件引进，而把产品设计、研制、生产及使用有关的技术图样、产品样本、产品标准、产品规范、设计说明书、制造验收技术条件、使用说明书、维修手册等技术文件的引进成为软件引进。硬件引进模式是以应用或扩大生产能力为主要目的，并在此基础上进行仿造、改造或创新设计新产品。软件引进模式则是以增强本国的设计、制造、研制能力为主要目的，它能促使技术进步和生产力发展。软件引进模式比硬件引进模式更经济，但需具备现代化的技术条件和高水平的科

32、技人员。1.软件反求设计的特点软件反求设计的目的，是为了对引进的技术软件进行破译以探求其技术奥秘，再经过消化、吸收、创新达到大力发展本国生产技术的目的。其主要特点有以下几个方面。 软件反求设计的抽象性 由于引进的技术软件不是实物性产品，可见性差，因此，软件反求设计的过程主要是处理抽象信息的过程。 软件反求设计的科学性 从引进的技术软件中提取信息，经过科学的转换、分析与反求、去伪存真，由低级到高级，逐步破译出反求对象的技术奥秘，从而获取接近客观的真值。因此，软件反求设计具有高度的科学性。 软件反求设计的智力性 由于软件反求设计过程主要是人的思维过程，是用逻辑思维分析引进的技术资料，最后返回到设计

33、出新产品的形象思维。由抽象思维到形象思维的不断反复，全靠人的脑力进行。因此，软件反求设计具有高度的智力性。 软件反求设计的综合性 由于软件反求设计要综合运用优化理论、相似理论、模糊理论、决策理论预测理论、计算机技术等多学科的知识。因此，软件反求设计需集中各种专门人员共同工作，才能完成任务。 软件反求设计的创造性 软件反求设计是在引进的技术软件基础上的产品反设计，不是原产品设计过程的重复，而是一种创造、创新的过程，是加快发展国民经济的重要手段。2.软件反求设计的一般过程软件反求设计的工作阶段，一般分为反求产品规划、原理方案反求、结构方案反求、反求产品的施工设计等阶段。软件反求设计主要是根据引进的

34、技术软件，合理地进行逻辑思维的过程，其反求设计的一般过程如下： 论证软件反求设计的必要性 对引进的技术软件进行反求设计要花费大量时间、人力、财力、物力，反求设计之前，要充分论证引进对象的技术先进性、可操作性、市场预测等项内容，否则会导致经济损失。 论证软件反求设计成功的可能性。并非所有的引进技术软件都能反求成功，因此要进行论证，避免走弯路。 分析原理方案的可行性、技术条件的合理性。 分析零部件设计的正确性、可加工性。 分析整机的操作、维修的安全性和便利性。 分析整机综合性能的优劣。3.软件反求设计实例电动机减速器的反求设计 原产品的分析反求对象为德国某公司AF系列电动机减速器，有装配简图一张及

35、图上部分参数。1）设计特点分析 电动机通过三级斜齿轮减速，输出较低转速好较大转矩，电动机减速器装置在生产中有较广泛的应用。 结构紧凑。a.采用锥形转子电动机，停车时能自动制动，不必用制动器；b.齿轮全部采用硬齿面20CrNiMo钢渗碳淬火，传递载荷大；c.齿轮与轴之间采用过盈配合，减少轴向固定元件。 按系列产品设计，有5种机座号，每种减速器的中心距如表4-3所示，中心距公比a=1.25（R10）；每种中心距均有传动比23种，i=9180，传动比公比i=1.12（R20）。能适应较宽的工作范围。表4-3 AF系列电动机减速器中心距机座号中心距AF05AF06AF08AF10AF12a105125

36、160200250a13341516481.6a241516481.6120a36574921201512存在问题1）参数不甚合理，很多主要参数包括齿轮中心距都未采用优先树，三级齿轮强度不匹配。2）系列产品中模块化设计特点不够突出。3）若想使硬齿面广泛用于我国，还需探索适合中小企业工厂水平的加工工艺。 反求设计减速器为三级齿轮减速，传动示意图如图4-4所示。图4-4 减速器传动示意图1）优化参数 针对使用需要和我国标准，确定齿轮减速器的工作范围和参数。总中心距有6种，a=100315mm，a=1.25。总中心距与分中心距皆定为优先数，且每种机座号后两级齿轮与高一级机座号前两级齿轮中心距一致，便

37、于齿轮模块通用，中心距分配如表4-4所示。表4-4 新减速器系列中心距机座号中心距010203040506a100125160200250315a140506380100125a2506380100125160a36380100125160200各中心距齿轮传动比有32种，i=9160，i=1.12，共组成32种不同规格的减速器。 以三级齿轮减速器接触强度等强度为目标，进行参数优化设计，承载能力较原设计提高20%。2）模块化系列设计 减速器的模块设计 对减速器进行分析，得出减速器的功能及功能模块系统图如图4-5所示。建立齿轮、轴、轴承、密封件等功能模块，尽量考虑全系列中模块的通用性。如齿轮设计

38、经优化分析，斜齿轮的螺旋角统一取=15°，模数、齿数、齿宽、齿轮变位系数等也尽可能取成一致。设计中齿轮、轴、箱体、箱盖等主要零件的通用化率平均值为83.56%。4-5 减速器的功能及功能模块系统图 模块化的传动装置系列 为满足用户需要，提供使用范围更广泛的传动装置系列，除保证132种传动比的减速装置外，进一步设计出动力源、力流转向、输出方式和安装方式各不相同的传动装置。传动装置功能模块的形态学矩阵如表4-5所示。表4-5 传动装置的形态学矩阵功能模块分功能动力源锥形转子电动机三相异步电动机直流电动机无电动机力流转向锥齿轮箱（无转向机构）联接轴梅花联轴器弹性柱销联轴器减速增矩齿轮减速器

39、输出方式内花键外花键圆柱轴平键双出轴安装方式轴装式固定式椐此可组合出不同传动参数的减速器和电动机减速器（一般功能或有制动功能）上万种，供用户选用，传动装置的几种基本结构如图4-6所示。图4-6 减速器传动装置的几种结构a）减速器 b）电动机减速器 c）带转向系统的减速器 d）带转向系统的电动机减速器 硬齿面齿轮工艺的探索 试验证明，利用CS系列研合剂对硬齿面齿轮进行负载对研跑合，齿面接触斑点由30%提高至近100%，各项精度提高一级，齿轮噪声下降610Db。通过试验找到了不采用磨削工艺也能保证硬齿面齿轮加工精度的一种途径。 建立传动系统模块的计算机辅助管理系统 几分钟内即可按用户要求用模块组成

40、所需的传动装置，并给出明细表，大大便于管理和使用。4211 创新构思及设计过程1.设计背景火车钢轨（图4-7）是轨道结构最重要的部件，它直接承受车辆荷载，由于长时间行车，致使钢轨表面疲劳点蚀和磨损破坏、圆弧部分压溃为不规则形状、侧面形成毛刺等。钢轨打磨技术可用来消除钢轨的波形磨耗、车轮檫伤、轨头裂纹、接头的马鞍型磨耗和轨道表面裂纹萌生等，控制钢轨表面接触疲劳的发展。因此，钢轨打磨是铁道建设和养护的重要措施。随着高速、重载列车的普及，钢轨打磨尤为重要。图4-7 钢轨横断面示意图目前，线路维修用于钢轨打磨的机具主要分为两类：一是进口的大型钢轨打磨列车；二是各铁路单位自行研制的小型钢轨打磨朵。二者均

41、以砂轮为磨具，实际使用中这两类钢轨打磨机具分别存在一些不足。前者价格昂贵，能耗大，砂轮耗材大等；后果者的功能和应用多限于小范围离散害点的修理性打磨，而且因结构局限性，不能打磨道岔，对钢轨顶面、侧面和圆弧联接部分需分次打磨，打磨效率低，无法打磨出较理想的标准轨头的复杂廓面。因此，设计出一种实用可靠、效率高的小型打磨机很有必要。二创新构思及设计过程1打磨机的设计要求产品的性能要求来自市场及用户的需求，根据调研，铁路现场对小型打磨机的性能要求主要有：1）安全实用，轻便，两人能搬动。2）能打磨道岔。3）能较准确打磨标准钢轨轮廓面。4）打磨效率高，质量好，调节方便。上述性能要求中的在部分是现有小型 打磨

42、不具备的，也就是新型打磨机应达到的主要功能要求。2设计过程（1）总体创新构思 在小型打磨机的总体构思中，突破原产品的约束，提出以下创新点：1）采用移植创造原理，把切削加工中的砂带磨削技术引入打磨机的设计中，变刚性打磨为柔性打磨，从而改善磨削质量；2）在柴油机气缸盖等复杂曲面砂带磨削装置的诱导启发下，构思出快速、准确打磨钢轨轮廓面的成形打磨头；3）现有小型砂轮打磨机都是单轨行驶，由于道岔宽度宽于单轨宽度，所以不能打磨道岔，为此运用变性创造原理和技法，设计出双轮行走部分，解决了打磨道岔的问题。在上述创造新构思基础上，通过功能设计法，设计出了小型砂带打磨机，其总体方案见图4-8图4-8 打磨机总体方

43、案图1-底盘 2-汽油机 3-离合器 4-打磨头5-调节机构 6-滑板 7-张紧轮 8-锁紧机构该打磨机由打磨系统和行走系统两个部分组成。打磨系统安装在滑板6上，滑板可在导轨上移动，导轨固定在带四个行走轮的减震底盘上。滑板移动至预定位置，可通过缩紧机构8加以固定。两个打磨头4经两个带滚动轴承的多片摩擦离合器，分别由两台汽油机2驱动，打磨头与钢轨相对接触位置的调节和锁定由竖直方向和轨距方向的螺旋调节机构进行。底盘轮轴上装配可调间隙的圆柱滚子轴承，使打磨机通过时其曲线具有随轨自适性。该打磨机的执行动作为：将打磨机推至工作区间，放下接触轮，然后预调打磨头与钢轨的接触位置。根据钢轨病害诊断结果（由专门

44、设备完成），确定分次打磨的实际切深，再细调并锁定，最后开机至一定转速，合上离合器，开始打磨。打磨机由人力推动进给，打磨效果用专门的检验设备检验。（2） 打磨磨具的移植创新 与砂轮磨削相比，砂带磨削有如下特性：1）高效 磨削效率约为砂轮磨削4倍以上。2）低耗 一般砂轮旋转运动所消耗的能量约占总功率的15%-20%，而维持砂带运动的功率占4%-10%，工作是，磨削发热低。3）适用范围广 可打磨各种钢轨及进行各种复杂形面的修整。4）磨削质量好 表面粗糙值可小于Ra 0.10.5µm,在工件表面的残余应力状态及微观裂纹等方面，优于砂轮磨削。5）寿命较高 由于涂附磨料磨具的新发展和静电植砂砂带

45、的使用，以及抗“粘盖”添加剂的采用，砂带使用寿命可达812h。因此在打磨机功能实现上，完全可以引入砂带磨削技术，但它也有下列问题需通过进一步的试验才能解决，即砂带选型、最佳砂带打磨速度、最佳打磨进给量、最佳行走速度等。（3）成形打磨头部件的相似诱导移植设计 为了提高打磨效率和打磨质量，在创新构思的基础上，对成形打磨构件进行相似诱导移植设计。相似诱导移植是指借助类似或相近结构和技术，移植相似元中的部分要素或全部要素，结合当前具体问题，使求解该问题的有用信息幅度大大增加，以至于形成突发性灵感思维，从而获得当前问题的解决。图4-9 打磨头传动示意图1-驱动轮 2-张紧轮 3-接触轮图4-9为打磨头传动示意图，图中驱动轮1、张紧轮2和接触轮3为实体式，以钢、铝材料为轮芯，外包弹性橡胶等耐磨材料制成，其外缘硫化一层耐磨的耐油胶料。张紧轮与接触轮均采用凹型结构，形状与钢轨轮廓相似，以减少砂带在打磨过程中的变形次数，提高寿命。接触轮的轮廓曲线采用仿轮缘踏面曲线，X锯齿形外缘，并在轮缘上沿圆周方向开平行的环形沟