机械创新设计003

第三章原理方案的创新设计1原理方案设计步骤功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。功能的描述要准确、简洁、合理抽象，抓住本质。一般不同的功能描述有不同的原理解法例：取核桃仁的问题功能描述原理解法砸壳外部加压：砸、夹、压、冲、射压壳外部加压内部加压：通入高压气体内部加压；整体加压，外压骤减，内压破壳壳仁分离外部加压内部加压去壳：培养薄壳核桃、化学方法溶壳螺纹加工机总体方案分析激光分层实体制造设备的功能分析激光分层实体制造设备利用激光对箔材进行切割获得一个层面的形状，将层面叠加胶接起来获得三维实体。经过广义范围的方案搜索，确定采用激光束聚焦的能量气化切痕以得到一定精度轮廓的纸型，并用压辊加热逐层粘合各层纸成型。功能分解（功能树）激光分层实体制造设备功能元求解参考、借鉴相关产品的资料或专利利用“设计目录”运用各种创造技法探索新的解法例“分纸”功能元解例手动除须刀原理方案设计要求:设计便携式手动微型除须刀，要求体积小、使用方便，价格低廉解：①功能分析总功能：须肤分离②工作原理分析须肤分离类似草地去草、切削工作，但是皮肤需要保护。机械式去须可用拔须、剪须、剃须（移动刀剃须和回转刀剃须）。要求刀具运动均匀，以提高去须效果并保护皮肤。③功能分解动力：往复手动往复运动单向连续回转运动转换回转剃须刀片运动升速运动调节贮须④功能求解功能元解功能元123Ⅰ手动方式往复移动往复摆动Ⅱ1往复移动-连续回转齿条齿轮滑块曲柄Ⅱ2往复摆动-连续回转扇形齿轮摇杆曲柄Ⅲ升速定轴轮系周转轮系摩擦轮系Ⅳ运动调节离心调速飞轮Ⅴ贮须盒式袋式⑤原理方案N=2×2×3×2×2=48种选择：往复移动（Ⅰ1）-齿条齿轮（Ⅱ11）-定轴轮系（Ⅲ1）-飞轮（Ⅳ2）-盒式（Ⅴ1）组合，该设计已为专利产品。2设计目录设计目录是一种设计信息库。把设计过程中所需的大量信息有规律地加以分类、排列、存储，以便设计者查找和调用。采用系统方法建立目录，针对对象进行系统分析和系统搜索。例机械传动系统的目录编制运动形式变换基本机构其他机构原动运动从动运动连续回转连续回转变向平行轴同向圆柱齿轮机构（内啮合）带传动机构链传动机构双曲柄机构回转导杆机构反向圆柱齿轮机构（外啮合）圆柱摩擦轮机构交叉带传动机构反平行四边形机构相交轴锥齿轮机构圆锥摩擦轮机构交错轴蜗杆机构交错轴邪齿轮机构双曲柱面摩擦轮机构半交叉带传动机构变速减速增速齿轮机构蜗杆机构带传动机构链传动机构摩擦轮机构绳、线传动机构变速齿轮机构无级变速机构塔轮带传动机构塔轮链传动机构运动形式变换基本机构其他机构原动运动从动运动连续回转间歇回转槽轮机构不完全齿轮机构摆动无急回性质摆动从动件凸轮机构曲柄摇杆机构有急回性质曲柄摇杆机构摆动导杆机构摆动从动件凸轮机构移动连续移动螺旋机构齿轮齿条机构带、绳、线及链传动机构中的绕性件往复移动无急回对心曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构正弦机构不完全齿轮齿条机构有急回偏置曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构间歇移动不完全齿轮齿条机构移动从动件凸轮机构平面复杂运动特定运动轨迹连杆机构（连杆运动）连杆上特定点的运动轨迹3方案评价（一）评价目标1评价准则技术评价：工作性能指标加工装配工艺性使用维护性技术先进性经济评价：成本利润投资回收期社会评价：社会影响市场效应节能环保2加权系数根据各目标的重要程度，加权系数评价。系数越大意味着重要程度越高。加权系数gi1,∑gi=1。强制判定法（FD法）：目标进行两两比较，同等重要各给2分；某项比另一项重要分别给3分和1分；某项比另一项重要的多分别给4分和0分。gi=ki/∑kiki:各评价目标数洗衣机评价目标加权系数比较目标评价目标价格洗净度维修性寿命外观耗水量kigi价格×34444190.31洗净度1×3344150.25维修性01×234100.17寿命012×34100.17外观0011×350.08耗水量00001×10.02∑=601洗衣机的评价目标树（二）评价方法1评分法（5分制、10分制）2加权计分法得分最高的最优012345678910不能用差较差勉强可用可用中良较好好优理想加权计分法过程1）确定评价目标2)确定各加权目标的评价系数3）按评分制（如10分制）列出评分标准4）对各评价目标评分5）求各方案总分，分值最高者为优例评分法对三种汽车发动机进行性能方案比较评分价值特性参数燃料消耗g/kW·h单位功率质量kg/kW铸件复杂性寿命km04003.5极复杂20×10313803.330×10323603.1复杂40×10333402.960×10343202.7中等80×10353002.5100×10362802.3简单120×10372602.1140×10382401.9极简单200×10392201.7300×103102001.5理想500×1033模糊评分法1）隶属度隶属度表示某方案对评价标准的从属程度，0-1表达，越接近1，隶属度越高。隶属度可用统计方法求得；也可通过隶属函数求得。梯形分布的隶属度函数图求隶属度带传动要求寿命为10000h以上为优，4000-6000h为良，小于2000h为差。传动方案1的寿命为6564.5h,求其对三种评价的隶属度。隶属度为{0.141,0.859,0}2）模糊评价步骤：①取评价目标集Ｙ＝｛ｙ１，ｙ２，…ｙｎ｝加权系数集Ａ＝｛ａ１，ａ２，…ａｎ｝评价标准集Ｘ＝｛ｘ１，ｘ２，…ｘｎ｝②某方案对ｎ评价目标的模糊评价隶属度矩阵Ｒ１ｒ１１，ｒ１２，…ｒ１ｊ…ｒ１ｍＲ２ｒ２１，ｒ２２，…ｒ２ｊ…ｒ２ｍＲ＝Ｒｉ＝ｒｉ１，ｒｉ２，…ｒｉｊ…ｒｉｍ……，…，……Ｒｎｒｎ１，ｒｎ２，…ｒｎｊ…ｒｎｍ加权系数矩阵Ａ＝［ａ１，ａ２，…ａｎ］③综合模糊评价隶属度矩阵Ｂ＝Ａ·Ｒ＝［ｂ１，ｂ２，…ｂｊ…ｂｎ］④方案选优两个原则：最高隶属度原则；排序原则（同级中隶属度高者在先）例：对以下５个方案进行排序选优已知：评价标准Ｘ＝｛优，中，差｝综合模糊评价集：Ｂ１＝｛０．３８，０．３４，０．２８｝Ｂ２＝｛０．１１，０．４８，０．４１｝Ｂ３＝｛０．２８，０．３９，０．３３｝Ｂ４＝｛０．５２，０．３２，０．１６｝Ｂ5＝｛０．０８，０．４０，０．５２｝按最高隶属度原则评价，方案１，４为优，方案２，３为中，方案５为差方案排序：４，１，３，２，５。方案４为最优例对某钢厂高炉上料控制系统方案模糊评价要求：自动化程度高、加工周期短、投资不大于60万解：1）评价目标及加权系数分析2）初步评价评价目标控制方案y1一次性投资万元y2备用费用y3自动化程度y4维修性能Y5施工周期Ⅰ继电器15低低易短Ⅱ分立逻辑元件30中中难长Ⅲ顺序控制器30中中一般中Ⅳ计算机30高高一般中3）对方案进行模糊评价评价目标集Y={y1,y2,y3,y4,y5}评价集X={x1,x2,x3}={优，中，差}加权系数矩阵A=[0.120.080.330.220.25]4个方案模糊评价矩阵BⅠ=A·RⅠ=[0.250.300.33]=[0.280.340.38]BⅡ=A·RⅡ=[0.100.330.25]=[0.150.480.37]BⅢ=A·RⅢ=[0.200.330.10]=[0.320.520.16]BⅣ=A·RⅣ=[0.330.250.12]=[0.470.360.17]进行归一化处理4）决策利用最大隶属度原则判断方案优劣顺序为：Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ决定选用计算机控制的高炉上料系统。作业：手动扫地机原理方案设计要求：设计一款利用手推进行扫地功能的扫地机，要求环保，没有任何电动件或其他能源设备，完全靠人工，可以打扫落叶。作业要求：按照原理方案步骤进行，每一步叙述详细。最后选择最优方案，同时画出原理简图。第8周上交作业（11月8日）