第二章 机械创新设计的基础知识

第二章机械创新设计的基础知识第一节机械的基础知识第二节机械系统及其发展第三节机构运动简图及其结构设计第四节创新设计过程中的创新思维方法第一节机械的基础知识一、机械及其组成1．机械的概念——机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械功的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。注意区分：机器、机构、机械三个概念机械的特点如下：机械首先必须是执行机械运动的装置。机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用的机械功。机械中必须要完成能量的转换。判别：汽车、机床、纺织机、手摇钻、脚踏式缝纫机、电视机、计算机、洗衣机2．机械的组成二、机械运动系统——主要指机械中的传动机构和工作执行机构。它可以是机构的基本型，也可以是基本型的机构组合或组合机构。1、机构的基本型接补充[补充]机构——机器中的机械运动系统。是由构件以可动联接方式联接起来的用来传递运动和力的构件系统。构件——机构中运动的单元体。可以是单一整体，也可以是由几个零件组成的刚性体。构件是运动单元，零件是制造单元构件分三类：•固定构件（机架）•主动件（原动件）•从动件两构件之间的直接接触而又能产生一定相对运动的活动联接称为——运动副。运动副分类：低副——两构件通过面接触组成的运动副高副——通过点、线接触组成的运动副空间运动副转动副移动副球面副螺旋副机构运动简图——为便于分析和研究机构的运动，只需根据机构运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对位置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而保持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简化图形称机构运动简图。返回机构基本型机构具有确定运动的条件1、构件的自由度对于平面运动机构中各个构件而言，每一个构件的自由度即独立运动参数为3（X，Y移动，Z转动），而另外三个独立运动参数（Z移动，X，Y转动）由于运动平面的公共约束而受到限制。2、机构的自由度两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，使相对运动的数目减少，这种限制作用称为约束，而仍具有的相对运动叫做机构的自由度。3、平面机构自由度的计算pphlnF23自由度数活动构件数低副个数高副个数4、机构具有确定运动的条件F＝3×3－2×4－0＝1F＝3×4－2×5－0＝2F＝3×4－2×6－0＝0F＝3×3－2×5－0＝－1综上所述可知：1）F≤0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对运动。2）F＞0时，原动件数小于机构的自由度时，各构件没有确定的相对运动；原动件数大于机构的自由度时，则在机构的薄弱处遭到破坏。机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等于机构的自由度的数目。[补充]暂告一段落返回机构基本型计算平面机构自由度时应注意的事项1复合铰链2局部自由度3虚约束2、机构的组合——将几种基本机构通过适当的方式连接起来，组成一个机构系统，称之为机构组合。特点：在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和运动特征，具有独立性。3、组合机构——指由若干基本机构通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。特点：在组合机构中，各基本机构不能保持各自的独立性，也不能用原基本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。常用于完成复杂运动的机械系统中。三、机械的控制系统第二节机械系统及其发展一、机械系统的基本组成形式二、机械系统的发展与演变刚性机械系统柔性机械系统第三节机构运动简图及其结构设计构件的结构设计运动副的结构设计机构系统的结构设计一、构件的结构设计1、设计原则1)根据受力大小、方向及对机械的具体要求，选择构件材料，选择材料要合理。2)工艺过程要合理。3)选择横截面的形状与尺寸，有适当的形状。4)结构化的构件要满足强度，刚度等项要求，符合安全性与可靠性指标。5)要考虑到与其它构件的可联接性及联接特点。6)构件之间不能发生运动干涉。7)要考虑到经济性，尽量降低成本。8)维修、安装方便。2、常用构件的结构设计齿轮类构件的结构设计凸轮类构件的结构设计杆件类构件的结构设计块状类构件的结构设计（1）齿轮类构件的结构设计（2）凸轮类构件的结构设计直动滚子从动件盘形凸轮机构端面形锁合：圆柱面形锁合：（3）杆件类构件的结构设计二、运动副的结构设计1、转动副的结构设计2、移动副的结构设计三、机构系统的结构设计•由连杆机构组成的机构系统的结构设计难度较大，也是创新设计成果最多的领域。•如图所示双曲柄机构：•在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：1、各构件的运动不能发生干涉一般情况下，尽量避免各构件安装在同一平面内当DCAD时：2、要考虑机构系统的运动精度亦即：例如：求解各杆公差第四节创新设计过程中的创新思维方法一、思维的定义和特性——思维是人脑对所接受和已储存的来自客观世界的信息进行有意识或无意识、直接的或间接的加工处理，从而产生新信息的过程。思维有如下特性：•思维的间接性和概括性•思维的多层性•思维的自觉性和创造性二、介绍几种辩证思维类型1、形象思维和抽象思维2、发散思维和收敛思维3、逻辑思维和非逻辑思维4、直达思维和旁通思维、逆向思维三、创新思维特点：•表现为思维对存在的能动性；•表现在联想能力上，使思维向多方向扩展——即为发散性思维；•有时会表现出飞跃的性质，通过直觉和想象得到科学技术的创新成果；•表现在综合性思维上，包括智慧的“融合”能力。四、几种常用的创新技法1、群智集中法（头脑风暴法）2、仿生创新法3、反求设计创新法4、类比求优法5、功能思考法（正向设计法）6、移置法7、5W2H法8、组合创新法5W2H法What：工作的内容和达成的目标Why：做这项工作的原因Who：参加这项工作的具体人员，以及负责人When：在什么时间、什么时间段进行工作Where：工作发生的地点How：用什么方法进行Howmuch：需要多少成本意义：做任何工作都应该从5W2H来思考，这有助于我们的思路的条理化，杜绝盲目性。我们的汇报也应该用5W2H，能节约写报告及看报告的时间。