3 原理方案的创新设计

第三章原理方案的创新设计1、概述2、机械创新设计常用的方法3、机电一体化系统的创新设计4、方案评价方法第一节概述机械设计中把确定产品工作原理的设计称为方案设计。原理方案设计的特点：方案的解具有多解性，即实现同一功能目标可以采用不同的工作原理。实例：实现的目标是将一叠纸张逐一分开。1、力学原理2、摩擦原理3、重力原理4、离心惯性力原理5、气体在管道中形成负压或正压的原理6、静电吸引的原理往复直线运动的打推杆，将纸张叠层上逐一从纸张叠层上推开旋转的摩擦轮，将纸从纸张叠层上逐一“擦开”纸叠倾斜的限位装置，使纸张逐一自然脱开纸张旋转产生的离心力，将纸张逐抛开将纸张吸住挪开或逐一将纸吹开纸张叠最上层的纸张带电后，被带电了工作板吸住后移开分纸原理图创造性在设计中的作用：A、所设计出来的机械产品具有的工艺动作不同，则机械产品的性能、结构及经济性也不相同。B、在传统的方案设计中，纯机械式的工作原理应用十分广泛，然而，原理方案设计是一个极富创造性的构思过程。第二节机械系统创新设计常有的方法方法名称方法的主要特点方法的主要目的组合法按一定技术原理，将两个或多个元素合并，形成新产品、新工艺、新材料产生新功能转向法在求解问题中变换求解因素，采用其它原理改变思索方向完善计划、个修改方法、修正观点仿生法模仿人或生物原理、结构、外形、感觉机理向人和生物索取启迪1、部分常用的几种创新设计方法如下表如示：联想类比法通过比较，借助原有知识，在异中求同，在同中求异分析两事物的相同或相似点，由此及彼缺点列举法挑事物的毛病，提出改进设想所示完满、追求卓越635法6人参加，每次每人写3个设想，5分钟后交换，看过别人的设想后再修正和补充3个设想。以笔代口，相互激励，短时间内可产生较多的设想方案。智暴法合集5-15个人，根据议题自由畅谈，不准批评，寻求人创意以量求质2、用法举例1）用类比法中的直接类比法进行方案的提出、新产品的开发。2）形态分析法又称为方格法、棋盘法或形态综合法。形态分析方法的具体过程：因素分析、形态分析、方案综合。例：挖掘机设计方案：功能因素-动力、移动、挖掘和分别给移动、挖掘传递动力功能因素123456A动力电动机汽油机柴油机蒸汽透平液压机气马达B移动动力齿轮传动蜗轮带传动链传动液力耦合器C移动轨道及车轮轮胎履带气垫D挖掘动力拉杆绳传动气缸液压缸E挖掘挖斗抓斗钳式斗3）输入输出法输入输出法又称“黑匣”或“黑箱”分析法。在没有获得方案的具体内容前，把方案内容用一个黑匣来描述，黑匣的一侧是设计方案的已知条件，即输入内容；另一侧是方案要达到的，即输出内容例自动照明装置图3－3自动照明方案构思4）设问探求原理举例：搓丝工作原理一般加工螺钉都用车削或用丝搬加工，生产效率低。采用滚压方法对螺纹进行搓丝加工，效率得到大大提高，特别适用标准件工厂采用。5）功能分析法举例：纸币分离工作原理功能分解功能求解第三节机电一体化系统的创新设计1、机电一体化分类：1）刚性系统刚性机械系统是指由机械装置与电气装置独立组合，只有简单的开、关、正反转、停止等控制要求的机械系统。2）柔性系统柔性机械系统通常指那些需借助传感器或控制电路，通过计算机按位置、位移、速度、压力、温度等实施智能化控制的机械系统。典型的如数控机床、机器人都属于这类机械系统。2、机电一体化技术的发展对机械设计的创新：⑴增加了产品的新功能。⑵结构更简单。例如：电脑缝纫机比传统的机械机可减少机械零件约350个；一台插齿机如果省去传动部分可减少30的零部件。⑶加工精度更高。由于运动的累积误差小，系统中使用计算机误差校正和补偿系统，可以达到单纯机械加工方法难以达到的加工精度。例如：在大型铣、镗床中安装感应同步器数显设备，可使机床的加工精度从0.06mm/1000mm提高到0.02mm/1000mm。⑷使工艺过程柔性化。只需要改变计算机程序就能迅速地改变设备的加工能力和工艺流程，从而能迅速适应市场对产品的多方面的简单要求。⑸操作、维修更方便。由机电一体化设备组成的机械系统的运动规律、工艺过程、工艺参数均可以通过程序控制来实现和调整，从而很容易实现各机械设备运动的相互协调配合和实现机械加工的全部自动化，使机械设备的操作更加简便，设备的调整、维修也十分方便。3、机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种：1）机电互补法2）结合法，也称融合法3）组合法请看举例机电一体化自动转位刀架工作原理第四节方案评价方法1、评价目标该项包含三方面的内容：技术评价、经济评价、社会评价。2、评价方法评价方法有很多，有淘汰法、各项计分法、技术经济评价法、综合评价法、价值工程评价法、模糊评价法等。下面就简单介绍两种简单评价方法：评分法、模糊评价法A、评分法评分法是用分值大小作为衡量方案优劣的尺度，用分值对方案进行定量评价的一种方法。对于多个评价目标的系统，应先对各目标分别评分，经加权计算求得总分后再进行评价。理想评分值可设为10分（或5分），评分标准可参考下表：012345678910不能用差较差勉强可用可用中良较好好优理想评分法举例用评分法对三种汽车发动机A、B、C进行性能比较。三种发动机性能及加权系数见下表：性能燃油消耗/[g/(kW.h)]单位功率质量/(Kg/Kw)寿命/Km加权系数0.50.20.3A3402.4120B2802.2100C2201.980评价过程如下：1）确定评价目标R={燃料消耗，单位功率质量，寿命}2）确定各评价目标的加权系数G=(g1,g2,g3)=(0.5,0.2,0.3)3）确定评价标准根据发动机的工作要求制定出发动机的特性参数评价分值表，如下：评分分值特性参数燃料消耗单位功率质量寿命（x1000）04003.52013803.33023603.14033402.96043202.78053002.510062802.31202602.114082401.920092201.7300102001.55004）对三种发动机按评价根据表进行评分得出评分值矩阵5)求各方案的总分，并进行比较，分值高者为优。发动机A的总分为：0.5x3+0.2x5.5+0.3x6=4.4发动机B的总分为：0.5x6+0.2x6.5+0.3x5=5.8发动机C的总分为：0.5x9+0.2x8+0.3x4=7.3B模糊评价法1）隶属度选用0-1之间的任意一个实数作为方案对该项评价标准的隶属度，数值越接近1说明隶属度超高。2）模糊评价对于有多个方案的模糊评价，应首先依据评价标准求出每个方案对评价目标的隶属度，形成每个方案的模糊评价矩阵;然后结合综合评价目标的加权系数，根据模糊矩阵的合成规则，求出各方案的综合模糊评价矩阵，利用隶属度的定级和排序原则对各方案定级、排序，最后根据各方案定级、排序情况对方案作出评价。