机械设计学第三章.ppt

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1、机械设计学第三章第三章第三章 机械产品的功能原理设计机械产品的功能原理设计功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容 功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构 功能原理的发展历史及其基本类型功能原理的发展历史及其基本类型两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路4123工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路5关键技术功能和综合技术功能关键技术功能和综合技术功能及其对应的求解思路及其对应的求解思路6功能原理设计的工作要点功能原理设计的工作要点引言引言二、功能原理设计的相关概念：二、功能原理设计的相关概念：1 1、功能原理设计的概念：、

2、功能原理设计的概念：机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为以简称为“功能原理设计功能原理设计”。2 2、功能原理设计的重点：、功能原理设计的重点：在于提出创新构思，使思维尽量在于提出创新构思，使思维尽量“发散发散”，力求提出较多的，力求提出较多的解法供比较选优。解法供比较选优。引言引言点钞机分离功能原理构思a)推括 b)摩擦 c)离心力d)重力 e)粘力 f)气吹g)气吸 h)静电进行原理构思时，首先要考进行原理构思时

3、，首先要考虑应用某种虑应用某种“物理效应物理效应”，然后考虑利用某种然后考虑利用某种“作用原作用原理理”来达到实现功能目标的来达到实现功能目标的设计结果设计结果引言引言例例1 1：洗衣机的功能原理方案：洗衣机的功能原理方案 洗衣机的核心功能是洗衣机的核心功能是“洁衣洁衣”，从污物和衣物分离的需要出，从污物和衣物分离的需要出发，它的功能原理有：发，它的功能原理有：化学方法的干洗式化学方法的干洗式 力学方法的机械搅拌式力学方法的机械搅拌式 声学方法的超声波振荡式声学方法的超声波振荡式 如果采用机械搅拌式的工作原理还可以分成三种形式：如果采用机械搅拌式的工作原理还可以分成三种形式：波轮式（漩涡式）波

4、轮式（漩涡式）搅拌式（摆动式）搅拌式（摆动式）滚筒式（拍洗式）滚筒式（拍洗式）模拟人手搓动的搓动方式。模拟人手搓动的搓动方式。引言引言例例2 2：点火机的功能原理方案：点火机的功能原理方案 点火机的核心功能是点火机的核心功能是“点火点火”：可以利用摩擦式取火法可以利用摩擦式取火法-火柴式点火；火柴式点火；利用可燃气、液体燃烧法利用可燃气、液体燃烧法-打火式点火打火式点火 利用电热法得到利用电热法得到-电热式点火；电热式点火；此外还可以用聚光取火法等。此外还可以用聚光取火法等。引言引言三、功能原理设计的作用三、功能原理设计的作用 功能原理设计是对产品的成败起决定性作用的工作。一功能原理设计是对产

5、品的成败起决定性作用的工作。一个好的功能原理设计应该既有创新构思，又应同时考虑其个好的功能原理设计应该既有创新构思，又应同时考虑其市场竞争潜力。市场竞争潜力。四、产品更新换代的途径：四、产品更新换代的途径：（1 1）改革工作原理；）改革工作原理；（2 2）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；）通过改进工艺、结构和材料提高技术性能；（3 3）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。）加强辅助功能使其更适应使用者的心理。引言引言通过改进工艺、结构和材料提高技术性能通过改进工艺、结构和材料提高技术性能一、一、功能原理设计的工作特点功能原理设计的工作特点：1 1、功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代

6、替旧的物、功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本变化的设计理效应，使机器的工作原理发生根本变化的设计2 2、引入某种新技术、引入某种新技术(新材料、新工艺、新材料、新工艺、)，但首先要求设，但首先要求设计人员有一种新想法计人员有一种新想法(New Idea)(New Idea)、新构思。没有新想法，、新构思。没有新想法，即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。3 3、功能原理设计使机器品质发生质的变化。、功能原理设计使机器品质发生质的变化。功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容二

7、、功能原理设计的任务和主要工作内容二、功能原理设计的任务和主要工作内容 功能原理设计的任务：功能原理设计的任务：针对某一确定的针对某一确定的“功能目标功能目标”。寻求一些。寻求一些“物理效应物理效应”并借助某些并借助某些“作用原理作用原理”来求得一些实现该功能目标的来求得一些实现该功能目标的“解解法原理法原理”。功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容主要工作内容：主要工作内容：构思能实现功能目标的新的解法原理。构思能实现功能目标的新的解法原理。工作步骤：工作步骤：先从明确功能目标做起，然后才能进行创新构思；先从明确功能目标做起，然后才能进行创新构思；得出某些解法原理后

8、还应通过模型试验，进行技术分得出某些解法原理后还应通过模型试验，进行技术分析，验证其原理上的可行性；对于不完善的构思还应析，验证其原理上的可行性；对于不完善的构思还应按实验结果作修改、完善和提高的工作；最后对几个按实验结果作修改、完善和提高的工作；最后对几个解法作技术经济的评价对比，选择其中一种较合理的解法作技术经济的评价对比，选择其中一种较合理的解法作为最优方案予以采用。解法作为最优方案予以采用。功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作步骤和工作内容功能原理设计的工作步骤和工作内容功能原

9、理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容举例说明功能原理设计过程中的工作内容举例说明功能原理设计过程中的工作内容例例1 1：有关部门需要设计肌电假手，要求不很具体，只提出要有能模仿真：有关部门需要设计肌电假手，要求不很具体，只提出要有能模仿真手抓握物体的假手。手抓握物体的假手。经分析，如能像真手一样能拿起一个质量约为经分析，如能像真手一样能拿起一个质量约为300g300g的物体，应实现的具体的物体，应实现的具体功能目标如下：功能目标如下：手指应能实现手指应能实现0.5rad0.5rads s的抓握运动速度，以模仿人手的真实运动。的抓握运动速度，以模仿人手的真实运动。手指触物后

10、，应能产生手指触物后，应能产生50N50N左右的捏紧力，以满足实际工作的需要。左右的捏紧力，以满足实际工作的需要。所用微型电动机需在假手掌心中放置，故其外径应不大于所用微型电动机需在假手掌心中放置，故其外径应不大于20mm20mm。传动机械的效率应足够高，以保证充电电池至少能工作传动机械的效率应足够高，以保证充电电池至少能工作1 1天。天。例例2 2：为了改进设计计算机集成制造系统中的运输小车而作的功：为了改进设计计算机集成制造系统中的运输小车而作的功 能目标分析。能目标分析。通过调查分析明确了以下几个功能目标：通过调查分析明确了以下几个功能目标：1 1）装设导向系统的费用应该较小；）装设导向

11、系统的费用应该较小；2 2）允许扩充和调整设备，变动运输路线；）允许扩充和调整设备，变动运输路线；3 3）在拥挤的工作环境中小车能灵活运行；）在拥挤的工作环境中小车能灵活运行；4 4）在工件转接站上小车能准确定位；）在工件转接站上小车能准确定位；功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容针对这几个功能目标，提出了下面一些原理性的设想作为新的解法针对这几个功能目标，提出了下面一些原理性的设想作为新的解法原理（看书上图）原理（看书上图）1 1）应用惯性导航技术，利用所设参考点用预置程序给出理论轨迹，）应用惯性导航技术，利用所设参考点用预置程序给出理论轨迹，并作轨迹误差的修正；

12、并作轨迹误差的修正；2 2）应用传感器引导绕过障碍物；）应用传感器引导绕过障碍物；3 3）在工件转接站上用超声波定向，使小车实现准确定位；）在工件转接站上用超声波定向，使小车实现准确定位；功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容 那么为了实现那么为了实现上述原理性设上述原理性设想，必须设计想，必须设计新的小车来实新的小车来实现灵活运动和现灵活运动和准确定位。准确定位。无人驾驶小车的各种原理性方案的比较无人驾驶小车的各种原理性方案的比较 a)a)曲线运动小车曲线运动小车 b)b)平面移动小车平面移动小车功能原理设计的工作特点和工作内容功能原理设计的工作特点和工作内容功能、

13、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构一、功能的含义及三个功能要素功能的含义及三个功能要素二、二、功能元素和功能单元功能元素和功能单元三、三、功能结构和功能系统分析功能结构和功能系统分析四、四、功能结构的基本结构形式功能结构的基本结构形式1 1、功能是对某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述。、功能是对某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述。一、功能的含义一、功能的含义可以把产品的功能理解为产品的功效产品的功效功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构功能与我们常用的功用、用途、性能、能力等概念功能与我们常用的功用、用途、性能、能力等概念既有区别又有联系既有区别又有联系以电机为例：以

14、电机为例：功用功用-作机械的原动机 用途用途-驱动机械运转电动机电动机 性能性能-（电机本身的）效率、振动、耐用性、过载等 能力能力-功率、转速大小等 电机的功能：将电能转变为旋转运动的动能。电机的功能：将电能转变为旋转运动的动能。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构2 2、功能是指某一机器（或装置）所具有的转化能、功能是指某一机器（或装置）所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。量、运动或其它物理量的特性。由这个例子，得出功能的另一个含义：由这个例子，得出功能的另一个含义：以上是功能的两个含义以上是功能的两个含义功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构u三个功能要素：能

15、量、物料、信息三个功能要素：能量、物料、信息能量包括：机械能、热能、电能、光能、核能、化学能、能量包括：机械能、热能、电能、光能、核能、化学能、生物能等。生物能等。物料可以是：材料、毛坯、物件、气体、液体、颗粒、物物料可以是：材料、毛坯、物件、气体、液体、颗粒、物体等。体等。信息体现为：测量值、显示值、控制信号、通讯、数据、情信息体现为：测量值、显示值、控制信号、通讯、数据、情报等。报等。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构机械产品由外界输入一定形式的能量、物料、机械产品由外界输入一定形式的能量、物料、信息，又将某种形式的能量、物料、信息输出给外界。信息，又将某种形式的能量、物料、

16、信息输出给外界。例如：例如：水泵水泵-将水和机械能变成压力水（具有势能的水）将水和机械能变成压力水（具有势能的水）冲床冲床-将板料和机械能变换成冲压后的工件和耗散将板料和机械能变换成冲压后的工件和耗散的能量的能量u三个功能流：能量流、物料流、信息流三个功能流：能量流、物料流、信息流 分别由随时间变化的能量、物料、信息形成。分别由随时间变化的能量、物料、信息形成。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构三个功能流三个功能流能量流能量流能量流在机械系统中存在于能量变换和能量传递的能量流在机械系统中存在于能量变换和能量传递的整个过程中。整个过程中。电能电能机械能机械能举例：举例：例例1 1：

17、电动机的能量流：电动机的能量流-电动机是将电能电动机是将电能变换成机械能变换成机械能功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构能量流举例能量流举例化学能化学能热能热能机械能机械能机械能机械能电能电能机械能机械能气体位能气体位能例例2 2：内燃机的能量流：内燃机是将燃油的化学能通过：内燃机的能量流：内燃机是将燃油的化学能通过燃烧变成热能，再由热能变成机械能燃烧变成热能，再由热能变成机械能例例3 3：发电机的能量流：发电机将机械能变换成电能：发电机的能量流：发电机将机械能变换成电能例例4 4：压气机的能量流：压气机是把机械能变换成气体：压气机的能量流：压气机是把机械能变换成气体的位能的位能

18、功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构能量流总结能量流总结从以上这几个能量流来看：机械系统必须有机械能与从以上这几个能量流来看：机械系统必须有机械能与其他形态能量的互换，机械能的利用等，如果只有化学能其他形态能量的互换，机械能的利用等，如果只有化学能变换成热能而不再变成机械能，那么这个系统就成为燃烧变换成热能而不再变成机械能，那么这个系统就成为燃烧器，也就是说这个系统不成为机械系统。器，也就是说这个系统不成为机械系统。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构物料流是机械系统完成特定工作过程中工作的物料流是机械系统完成特定工作过程中工作的对象和载体。没有物料流也就体现不出机械系

19、统的对象和载体。没有物料流也就体现不出机械系统的工作过程和工作特点。机械系统的物料只有形态、工作过程和工作特点。机械系统的物料只有形态、构型、包容、混合的变化，即物料只产生物理的、构型、包容、混合的变化，即物料只产生物理的、机械的变化。机械的变化。物料流物料流功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构例例1 1：缝纫机的物料流，输入面料、缝线，输出缝制后的：缝纫机的物料流，输入面料、缝线，输出缝制后的缝纫制品。缝纫制品。物料流举例物料流举例缝纫机缝纫机包装机械包装机械金属切削机床金属切削机床例例2 2：包装机械的物料流，输入被包装的物件、包装容器，：包装机械的物料流，输入被包装的物件、包

20、装容器，输出包装后的成品。输出包装后的成品。例例3 3：金属切削机床的物料流，输入工件的毛坯、切削冷：金属切削机床的物料流，输入工件的毛坯、切削冷却液，输出制成的工件及切削冷却废液却液，输出制成的工件及切削冷却废液 。面料面料缝线缝线缝制后成品缝制后成品被包物体被包物体包装容器包装容器包装后成品包装后成品切削冷却液切削冷却液 制成的零件制成的零件切削冷却废液切削冷却废液毛坯毛坯功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构信息流是反映信号、数据的检测、传输、变换和显信息流是反映信号、数据的检测、传输、变换和显示的过程。信息流的功用是实现机械系统工作过程中的示的过程。信息流的功用是实现机械系统

21、工作过程中的操纵、控制及对某些信息实现传输、变换和显示。操纵、控制及对某些信息实现传输、变换和显示。信息流信息流功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构例如：例如：“傻瓜傻瓜”相机的主要信息流的示意图相机的主要信息流的示意图 傻瓜照相机傻瓜照相机信息流举例信息流举例光强信号光强信号图像信号图像信号光圈电机控制信号光圈电机控制信号调焦电机控制信号调焦电机控制信号功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构 任何一台机器的主要特征是从能量流、物料流和信息任何一台机器的主要特征是从能量流、物料流和信息流中体现出来的，要设计一台新机器首先应从剖析能量流、流中体现出来的，要设计一台新机器首先

22、应从剖析能量流、物料流和信息流着手。物料流和信息流着手。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构电机电机（黑箱）（黑箱）车床车床（黑箱）（黑箱）黑箱法描述功能黑箱法描述功能零件零件已耗损的冷却液已耗损的冷却液 已耗损的润滑剂已耗损的润滑剂 切削功率切削功率 自动开动自动开动 切屑切屑 无功热无功热 振动振动 噪声噪声电能电能热能热能机械能机械能毛坯毛坯冷却液冷却液润滑剂润滑剂驱动能驱动能信号能信号能启动信号启动信号 功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构任何一个技术系统都有输入和输出，把技术系统看成任何一个技术系统都有输入和输出，把技术系统看成一个黑箱，其输入用物料流一个黑箱

23、，其输入用物料流MM、信息流、信息流S S和能量流和能量流E E来描述；来描述；其输出用相应的其输出用相应的MM、SS和和EE来描述。来描述。用用“黑箱黑箱”描述技术系统的功能描述技术系统的功能黑箱法描述功能概括黑箱法描述功能概括功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构黑箱法描述功能举例黑箱法描述功能举例一台硬币计数包卷机的外形一台硬币计数包卷机的外形 按照黑箱描述，按照黑箱描述，可以这样定义可以这样定义“功能功能”，是一个技术系统，是一个技术系统在以实现某种任务为在以实现某种任务为目标时，其输入量和目标时，其输入量和输出量之间的关系。输出量之间的关系。功能、功能单元和功能结构功能、功

24、能单元和功能结构用黑箱法描述的硬币机的总功能用黑箱法描述的硬币机的总功能黑箱法描述功能举例黑箱法描述功能举例功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构通过这种方式来抽象设计对象便于抓住其本质，摆脱通过这种方式来抽象设计对象便于抓住其本质，摆脱具体东西的干扰，利于启发设计者寻求新的更好的解决具体东西的干扰，利于启发设计者寻求新的更好的解决方案。方案。在系统分析中，还有在系统分析中，还有“白箱白箱”和和“灰箱灰箱”的概的概念念“白箱白箱”-指内部结构完全已知的技术系统指内部结构完全已知的技术系统“灰箱灰箱”-内部结构部分已知的技术系统内部结构部分已知的技术系统黑箱描述的优点：黑箱描述的优点：

25、功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构1.1.系统论的观点：系统论的观点：一个系统可以分解为一些子系统一个系统可以分解为一些子系统 即：系统即：系统子系统子系统一个系统的总功能也可以分解为一些分功能一个系统的总功能也可以分解为一些分功能 即：系统总功能即：系统总功能分功能分功能二、功能元素和功能单元二、功能元素和功能单元功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构 是否可以把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，是否可以把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，并把这些基本动作理解为并把这些基本动作理解为“功能元素功能元素”，由这些功能元，由这些功能元素可以构成任何技术系统的复杂的总功

26、能。素可以构成任何技术系统的复杂的总功能。复杂动作复杂动作基本动作基本动作 功能元素功能元素 总功能总功能2.2.一种设想：一种设想：功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构共有共有1212对：对：放出放出吸收吸收 传导传导绝缘绝缘 集合集合扩散扩散 引导引导阻碍阻碍 转变转变恢复恢复 放大放大缩小缩小变向变向定向定向 调整调整激动激动 联结联结开断开断 结合结合分离分离 接合接合拆开拆开 贮存贮存取出取出3.3.典型的基本动作典型的基本动作这种功能元素的设想似乎很有道理，但在机械设计的实践中并不是很有效。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构如果我们不把功能分解得过细，而只

27、是分解到如果我们不把功能分解得过细，而只是分解到“功能单元功能单元”的水平上，那么这样的的水平上，那么这样的“功能单元功能单元”是既有是既有一定的独立性，又有一定复杂程度的技术单元。一定的独立性，又有一定复杂程度的技术单元。4.4.另外的分解方式：另外的分解方式：功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构举例：硬币计数包卷机举例：硬币计数包卷机的的7 7个功能单元个功能单元功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构三、功能结构和功能系统分析三、功能结构和功能系统分析硬币计数包卷机的功能分解硬币计数包卷机的功能分解功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构 硬币计数包卷机的功能

28、结构图硬币计数包卷机的功能结构图功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构（系统分析）：由总功能分解为分功能，（系统分析）：由总功能分解为分功能，最后作出功能结构图的过程。最后作出功能结构图的过程。功能分析的概念：功能分析的概念：功能分析的过程是设计人员功能分析的过程是设计人员初步酝酿功能原理设计总体初步酝酿功能原理设计总体方案的过程。这个过程往往方案的过程。这个过程往往不是一次完成的，需要不断不是一次完成的，需要不断修改、完善。修改、完善。功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构串联结构：各分功能按顺序相继作用串联结构：各分功能按顺序相继作用;并联结构：各分功能并列作用并联结构

29、：各分功能并列作用;回路结构：各分功能组成环状循环回回路结构：各分功能组成环状循环回 路，体现反馈作用路，体现反馈作用.四、功能结构的三种基本结构形式四、功能结构的三种基本结构形式串联、并联和回路串联、并联和回路功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构串联、并联和回路串联、并联和回路功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构此图给出了实现同一种功能（硬币包卷功能）而设计的两种不同功能结构形式。这两种功能结构都是串联、并联的组合。举例：举例：功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构两大类功能类型：两大类功能类型：功能功能动作功能动作功能-是以实现动作为目的的功能是以实现动作

30、为目的的功能工艺功能工艺功能-是以完成对对象物的加工为是以完成对对象物的加工为目的的功能目的的功能其中：其中：简单动作功能简单动作功能动作功能动作功能复杂动作功能复杂动作功能功能原理的发展历史及其基本类型功能原理的发展历史及其基本类型综合运用机械、电、光、磁、热、化学等各种综合运用机械、电、光、磁、热、化学等各种“广义广义物理效应物理效应”，更好地实现各种动作功能和工艺功能。我，更好地实现各种动作功能和工艺功能。我们把它称为们把它称为“综合技术功能综合技术功能”。“综合技术功能综合技术功能”实际上综合技术功能仍然是实际上综合技术功能仍然是动作功能或工艺功能。动作功能或工艺功能。功能原理的发展历

31、史及其基本类型功能原理的发展历史及其基本类型“关键技术功能关键技术功能”是作为某个企业或部门独有的技术，暂时还是作为某个企业或部门独有的技术，暂时还没有被别人掌握。没有被别人掌握。这种技术可能是工艺功能，也可能这种技术可能是工艺功能，也可能是动作功能，也可以是综合技术功是动作功能，也可以是综合技术功能，只是因为它在竞争中的特殊地能，只是因为它在竞争中的特殊地位，才称为位，才称为“关键技术功能关键技术功能”。功能原理的发展历史及其基本类型功能原理的发展历史及其基本类型功能类型的概括：功能类型的概括：就是说两种基本功能可能同时又是就是说两种基本功能可能同时又是“综合技术功能综合技术功能”和和“关键

32、技术功能关键技术功能”功能类型功能类型动作类动作类工艺类工艺类-工艺功能工艺功能简单动作功能简单动作功能复杂动作功能复杂动作功能关键技术功能关键技术功能综合技术功能综合技术功能（纯机械）（纯机械）（广义物理效应）（广义物理效应）功能原理的发展历史及其基本类型功能原理的发展历史及其基本类型动作功能动作功能-是指那些只完成动作而不同时对物体进行加是指那些只完成动作而不同时对物体进行加工的功能。工的功能。动作功能分为动作功能分为:（按其是否为一次性（按其是否为一次性还是连续运动来分）还是连续运动来分）一一.简单动作功能简单动作功能二二.复杂动作功能复杂动作功能两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功

33、能及其对应的求解思路图3-14 拉链 a)链米式 b)塑槽式一、简单动作功能一、简单动作功能两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路举例：电视机调节盒盖举例：电视机调节盒盖双动操作器。双动操作器。圆珠笔按钮圆珠笔按钮 录音机的联动按键录音机的联动按键 魔方魔方 百叶窗百叶窗 拉链拉链 安全带带扣安全带带扣 两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路简单动作功能的特点：简单动作功能的特点：简单动作功能是由两个或两个以上具有特定简单动作功能是由两个或两个以上具有特定几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征，可几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征，可以实现相

34、互运动或锁合的动作。以实现相互运动或锁合的动作。简单动作功能的求解思路：几何形体组合法。简单动作功能的求解思路：几何形体组合法。这是一种适合于求解简单动作功能的方法。这是一种适合于求解简单动作功能的方法。两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路举例：举例：要实现特定的动作功能 巧妙的构思。笔套上有凸块圆珠笔按钮圆珠笔按钮圆珠笔按钮功能原理分析功能原理分析对齐笔套槽时笔芯齿轮与按钮齿轮错开笔芯齿轮在笔套内时的情况笔芯齿轮在笔套内时的情况错开时缩回（外）对齐时探出（内）笔芯齿轮在笔套内外的情况比较拉链拉链功能原理分析功能原理分析简单几何体简单几何体简单几何体的组合简单几何体的组

35、合 剖开看剖开看简单几何体的组合简单几何体的组合 合上看合上看举例：钥匙与锁举例：钥匙与锁举例：钥匙与锁弹子锁弹子锁钥匙与锁芯钥匙与锁芯弹簧钥匙简单动作功能总结：简单动作功能总结：3、不是每个人都可以获得合理的解决思路。所以多看不是每个人都可以获得合理的解决思路。所以多看现有的优秀设计实例，联系设计巧妙的简单动作功能，现有的优秀设计实例，联系设计巧妙的简单动作功能，对训练设计创造力是很有帮助的。对训练设计创造力是很有帮助的。1、在构思简单动作功能时，首先要明确、在构思简单动作功能时，首先要明确“功能目标功能目标”，然后针对功能目标，对几个构件上的几何形体进，然后针对功能目标，对几个构件上的几何

36、形体进行构思。行构思。2 2、由于在构件上设置几何形体的可能性非常多，这就、由于在构件上设置几何形体的可能性非常多，这就为实现这类功能创造了宽广的途径，总有几种几何形为实现这类功能创造了宽广的途径，总有几种几何形体可以实现所要求的功能目标体可以实现所要求的功能目标。两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路二、复杂动作功能二、复杂动作功能两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路机械要求的动作是复杂多变的。机械要求的动作是复杂多变的。如：有位置要求；位移、速度、加速度要求；运动空间如：有位置要求；位移、速度、加速度要求；运动空间和运动轨迹要求等。有些机械还要

37、求运动或力按一定规和运动轨迹要求等。有些机械还要求运动或力按一定规律变化。律变化。硬币机卷边功能的执行机构硬币机卷边功能的执行机构复杂动作功能的例子：硬币包卷压边机复杂动作功能的例子：硬币包卷压边机两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路这类功能以采用常用基本机构为主，其设计已有很成熟的这类功能以采用常用基本机构为主，其设计已有很成熟的理论和经验。尽管这类功能原理要实现相当复杂的功能目标，理论和经验。尽管这类功能原理要实现相当复杂的功能目标，设计起来并非毫无困难，但是比起设计起来并非毫无困难，但是比起“简单动作功能简单动作功能”的设计的设计来，还是要容易得多，因为它毕竟被人

38、们研究得相当透彻了。来，还是要容易得多，因为它毕竟被人们研究得相当透彻了。复杂动作功能的特点：复杂动作功能的特点：复杂动作功能的求解思路：基本机构组合法复杂动作功能的求解思路：基本机构组合法两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路凸轮机构、齿轮齿条、连杆、螺旋机构、槽轮、棘轮、链轮机构等。凸轮机构、齿轮齿条、连杆、螺旋机构、槽轮、棘轮、链轮机构等。无论是简单动作功能还是复杂动作功能都是动作功能，动作功能是最基本的最重要的功能。常用的基本机构：常用的基本机构：两种动作功能及其对应的求解思路两种动作功能及其对应的求解思路工艺功能是以完成对对象物的加工为目的的功能。工艺功能是以完

39、成对对象物的加工为目的的功能。工艺功能工艺功能求解思路求解思路工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路1 1、要把钢制的零件加工成一个平面，在考虑工艺功能时，、要把钢制的零件加工成一个平面，在考虑工艺功能时，可以有刨切和铣切的方法。由此我们设计出具有刨刀的可以有刨切和铣切的方法。由此我们设计出具有刨刀的刨床和具有铣刀的铣床。这两种方案来实现工艺功能。刨床和具有铣刀的铣床。这两种方案来实现工艺功能。举例说明工艺功能：举例说明工艺功能：工艺功能要考虑两个重要因素：工艺功能要考虑两个重要因素：采用哪种加工工艺采用哪种加工工艺工作头的形状和动作工作头的形状和动作工艺功能及其对应的求解思路工

40、艺功能及其对应的求解思路绞肉机绞肉机3 3、家用切肉机、家用切肉机2 2、耕地的犁也是工艺功能的一个典型。、耕地的犁也是工艺功能的一个典型。犁的工作曲面犁的工作曲面 11犁尖犁尖 22犁镜犁镜 33曲面曲面功能、功能单元和功能结构功能、功能单元和功能结构 家用切碎机家用切碎机由于工艺方法的多样性，由于工艺方法的多样性，因此工艺功能的原理设计因此工艺功能的原理设计也是多种多样的，相应地也是多种多样的，相应地设计的机械产品也具有多设计的机械产品也具有多样性样性工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路工艺功能的特点：工作头的形状、运动方式和作用场是完成工艺功能的特点：工作头的形状、运动方

41、式和作用场是完成工艺功能的三个主要因素。这里，工作头和工作对象是对立的统工艺功能的三个主要因素。这里，工作头和工作对象是对立的统一，通过一，通过“场场”产生相互作用。产生相互作用。总结：总结：工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路工艺功能的求解思路：工艺功能的求解思路：标准物标准物场模式场模式 S S指研究对象或物体指研究对象或物体在任何一个最小技术系统在任何一个最小技术系统中，至少有一个主体中，至少有一个主体（S1S1），一个客体（），一个客体（S2S2）和）和一个场（一个场（F F），这三者缺少），这三者缺少一个即不能发生作用。一个即不能发生作用。物物场模型：场模型：它是由前

42、苏联科学家提出来的。物物场分析法场分析法工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路S2-S2-客体，即被加工的物体，也就是工艺动作的对象物体，客体，即被加工的物体，也就是工艺动作的对象物体，如被加工的工件如被加工的工件F-F-场，广义地指场，广义地指S1S1向向S2S2作用时发出的力、运动、电、磁、作用时发出的力、运动、电、磁、光、热等作用。光、热等作用。图中，图中，S1S1通过通过F F作用于作用于S2S2。S1-S1-主体，是对客体发生作主体，是对客体发生作用的物体，如工作头用的物体，如工作头工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路物物场分析法求解的基本形式：场分析法

43、求解的基本形式：1 1、F F、S1S1搜寻搜寻;2 2、完善、完善;3 3、增加、增加;4 4、变换。、变换。工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路 拉力拉力-可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高度，所以无法保证草地平整。度，所以无法保证草地平整。1、F、S1搜寻 用物用物场分析法求解的基本形式是：已知客体场分析法求解的基本形式是：已知客体S2S2，寻求合理的场寻求合理的场F F和主体和主体S1S1。以构思除草机的工作原理为例：以构思除草机的工作原理为例：S2 S2是草地上的草，是已知的，接下来的问题就是寻求是草地上的草，是已知的，接下来的问

44、题就是寻求合理的合理的F F和和S1S1。寻找各种可能利用的场寻找各种可能利用的场F F加以分析比较：加以分析比较：工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路剪断力剪断力-利用剪刀合拢，可以剪断草。利用剪刀合拢，可以剪断草。选择剪断力作为理想的场选择剪断力作为理想的场F F。那么：那么：S2-S2-草草 F-F-剪断力剪断力 S1-S1-剪刀剪刀把剪刀做成象理发推子把剪刀做成象理发推子那样就是传统的剪草机那样就是传统的剪草机的解法原理。的解法原理。割断力割断力-象割麦子一样，这就需要握住草的上部才象割麦子一样，这就需要握住草的上部才能割断。能割断。工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及

45、其对应的求解思路2 2、完善、完善 平板玻璃制造工艺的完善平板玻璃制造工艺的完善 a)垂直引上法垂直引上法 b)浮法浮法S2-液态玻璃液态玻璃 S1-低熔点合金液面低熔点合金液面F-合金液体的表面张力合金液体的表面张力有的时候在设计中会出现有的时候在设计中会出现缺少缺少F或或S1的现象，这样的现象，这样就可能导致不良后果，这就可能导致不良后果，这就需要补全就需要补全F或或S1，使物，使物场模式得到完善。例如：场模式得到完善。例如：工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路前面我们讲过一个最小技术系统至少应具有一个前面我们讲过一个最小技术系统至少应具有一个S1、一、一个个S2和一个场和

46、一个场F，但有时还需要增补，但有时还需要增补S1、F，才能更好地，才能更好地完成希望实现的功能。完成希望实现的功能。例子：在金属切削过程中，例子：在金属切削过程中，S2-钢质工件钢质工件 S1-刀具刀具 F-切削力切削力3 3、增加、增加工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路如果我们再加上如果我们再加上S1-冷却润滑冷却润滑液，那么工件的加工质量就会得到液，那么工件的加工质量就会得到很大的提高。很大的提高。由于由于S1切削液的存在，实际上还切削液的存在，实际上还附加了另外一种物理场附加了另外一种物理场F-分子分子吸附膜，使得刀具与工件之间的摩吸附膜，使得刀具与工件之间的摩擦减小，

47、同时还起到了冷却作用。擦减小，同时还起到了冷却作用。物物场模式变为右图：场模式变为右图：SF模式的变型模式的变型工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路对已有工艺功能解法中的对已有工艺功能解法中的S1和和F进行分析后，常常可进行分析后，常常可以发现它们并非是不可替换的。有时通过变换可能会以发现它们并非是不可替换的。有时通过变换可能会产生意想不到的好效果。前面我们讲的剪草机的原理，产生意想不到的好效果。前面我们讲的剪草机的原理，是利用剪刀是利用剪刀S1和剪切力和剪切力F，那么能不能有别的东西来，那么能不能有别的东西来替代剪刀替代剪刀S1和剪切力和剪切力F呢？呢？4 4、变换、变换工艺

48、功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路 人类生活在这个世界上，就注定要改造这个世界，工艺人类生活在这个世界上，就注定要改造这个世界，工艺功能是改造这个世界的主要手段。对工艺功能的研究，功能是改造这个世界的主要手段。对工艺功能的研究，对我们有着重要的意义。现在人类已经开始学会利用各种对我们有着重要的意义。现在人类已经开始学会利用各种广义的物理效应。这就为工艺工能提供了更多的可利用的广义的物理效应。这就为工艺工能提供了更多的可利用的“场场”，就有可能创造出更多更好的工艺功能来。，就有可能创造出更多更好的工艺功能来。总结：总结：工艺功能及其对应的求解思路工艺功能及其对应的求解思路1 1、这

49、两种功能成了时、这两种功能成了时代发展和技术进步的代发展和技术进步的象征；象征；2 2、这两种功能所实现、这两种功能所实现的还是动作和工艺两的还是动作和工艺两种基本功能，不过技种基本功能，不过技术上更难、更高、更术上更难、更高、更持殊而已。持殊而已。一、一、关键技术功能关键技术功能二、二、综合技术功能综合技术功能关键技术功能和综合技术功能关键技术功能和综合技术功能及其对应的求解思路及其对应的求解思路一、关键技术功能一、关键技术功能 在一些机器中，常常采用一些非同一般的技术手段，在一些机器中，常常采用一些非同一般的技术手段，以达到同类机器难以达到的技术水平。以达到同类机器难以达到的技术水平。非同

50、一般的技术手段有些属于特殊材料，有些属于非同一般的技术手段有些属于特殊材料，有些属于特殊工艺，有些属于特殊结构。由于这种技术关系到重特殊工艺，有些属于特殊结构。由于这种技术关系到重要的技术性能，因而称之为要的技术性能，因而称之为“关键技术关键技术”。关键技术功能和综合技术功能关键技术功能和综合技术功能及其对应的求解思路及其对应的求解思路1 1、产品中的关键技术主要与以下几个方面有关：、产品中的关键技术主要与以下几个方面有关：1)1)材料：例如高强度、高耐磨性、特殊的润滑性、特殊轻材料：例如高强度、高耐磨性、特殊的润滑性、特殊轻质材料质材料(例如复合材料例如复合材料)、特殊物理性能要求等。、特殊