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1、机械创新设计,河北联合大学机械工程学院工程训练中心,张好强,,第六章 机械运动方案与创新设计,机械功能目标的拟定,1,机械工作原理的拟定,2,机构选型及组合,3,机械运动方案创新设计的评价,4,,前言,机械产品的设计过程由多个设计阶段组成，方案设计和构型设计是机械设计的重要阶段，且方案设计更具有创造性。 机械运动方案设计是机械产品设计的重要阶段，是确定机械产品质量好坏、性能优劣和经济效益高低的关键步骤。,,,第一节 机械功能目标的拟定,机械功能目标指该机械产品的功用。 拟定机械的功能目标时应该对机械产品或机械装置的具体性能参数和各项技术指标进行限定，如：运转速度、输出功率、效率大小、移动距离、
2、使用要求，操作程序、维护与保养、对使用者的技术要求、安全可靠性能、对环境的要求、影响以及价格、成本、经济效益等内容均属功能目标的限定范畴。,,进行市场预测；同类产品在技术、经济、以及市场销售情况；产品预期的经济效益和社会效益等,开发的可能性,开发的合理性,一、拟定功能目标要进行可行性分析,开发的必要性,1)自然因素；2)设计因素；3)产品自身的各种因素；4)使用因素。,查阅文献，了解同类产品的发展动向，掌握新工艺、新结构、新材料的信息，使产品开发趋向合理,,二、拟定功能目标要分清主次，利于实现功能,对于复杂的机械系统或机械装置来说，在拟定功能目标时要把总功能进行分解，分解成各个子功能，并且详细
3、、合理地制定好每个子功能的目标。这种功能分解的过程可用树状结构来表达。 在拟定功能目标时应从整体出发，客观地处理各子功能之间以及子功能与总功能之间的关系，正确地分析每个子功能的各种性能指标对总功能影响的程度，没有必要对每个子功能都提过高的要求。,,三、拟定功能目标要利于扩大设计思路,合理地拟定机械功能目标，尽量地增大设计空间，为机械的创新保留较宽松的环境。目标仅是提出技术指标而不能限定原理与方法。,,四、拟定功能目标要具有一定的超前意识,设计的目的不只是限于解决问题，还必须积极地寻找问题。 这就要求在拟定功能目标时，不仅要满足机械产品的技术条件和性能要求，而应该跳出老框子，注入新的设计观念和思
4、维方式，应该寻找新路子，寻找出竞争对手还未考虑到的一些特殊功能。具有这种超前意识，才能有所创新。,,五、拟定功能目标要注意产品生命周期循环问题,生命周期循环是指产品的制作过程、使用过程、以及使用后过程的一个封闭式循环。 传统的设计只注意前两个过程，而没有考虑产品使用后的过程。使用后的过程一般包括产品的可拆卸功能，可回收利用功能，以及无危害处理功能。 注意产品整个生命周期循环问题，可使资源、能源得到最大限度的利用，可减轻或消除废弃产品对环境的污染 。,,第二节 机械工作原理的拟定,机械的功能目标确定之后，就要按功能目标的要求拟定机械的工作原理。 拟定机械工作原理的过程就是把机械的功能目标转化为工
5、艺动作的过程。,,一、拟定工作原理的主要内容,1工艺动作的构思 确定机械的工作原理是一个严谨、巧妙的构思过程，是进行机械创新的重要环节之一。需要在思维方法上进行各种努力。需要放开思路、大胆设想，尽可能多提出一些原理方案，然后再去粗取精。,,2工艺动作的分解 对于复杂的运动形式不要一味强行思索，要考虑机械的运动特性，通常采用的办法就是把复杂的运动先进行分解，然后再合成。,,例如：插齿机 插齿机工作时，插刀的基本动作有切削、展成、让刀。插刀的运动方式是比较复杂的。将复杂的动作进行分解，切削由移动来实现；展成由转动来实现；让刀由间歇运动来实现。后将各动作进行协调配合。,,例如：针织机 针织机的钩针要
6、实现预定的平面复合运动，即沿针织品的表面上下穿行的移动和钩针钩线的摆动。设计时先分解成简单的移动和摆动，分别可用两个凸轮连杆机构实现。,,固定运动循环,可变运动循环,机械运动循环,各执行机构的运动是彼此独立的，或其运动规律是非周期性。设计时不必考虑动作协调配合问题。,各执行机构的运动是周期性的，各动作关系互相制约。设计时要保证各执行机构的运动和动作的协调配合。需要制定一个机械运动循环图 。,3各子工艺动作的协调与配合,,制定运动循环图的主要步骤是：,确定一个基准动作,设定主要动作的位置起点、终点和运动循环周期,分析其它动作相对主要动作的衔接位置,制定运动循环图,,1要充分注意机械自身的特点 机
7、构有机构独特性质，机械运动的特点是连续的，可整周转动的，简单的，循环的，坚硬的，稳定的等等。无视这一点去一味的模仿人或同类产品的动作是毫无意义的，也不一定会成功。,二、拟定工作原理时应注意的几个问题,,例如，物品的包装,,2要注意制品的特点并争取利用 制品即工作对象，若能让制品也参与机械的运动那将大大的简化机构的结构，也是一条很巧妙的构思。 如：,,第三节 机构选型及组合,同一个机械工作原理方案可用不同的机构组合来实现。所以在分析机械工作原理方案基础上，根据工艺动作的要求，选择合适的机构和机构组合是机械运动方案设计的重要步骤。,,一、机构的选型,根据现有的各种机构按功能要求进行类比地或近似地选
8、择。选择结果是设计方案的初解，再根据初解采用各种演化与变异技法进行改造、创新，寻求最优解。,,,,,机构的控制方法与性能 :,,在进行机构选型时要注意下列问题： 1)按已拟定的工作原理进行机构选型时，应尽量满足或接近功能目标。 2)机构选型时应力求其结构简单。 3)机构选型要注意选择那些加工制造简单、容易保证较高的配合精度。 4)机构选型要能保证机构高速运转时动力特性良好。 5)机构的选型须注意机械效益和机械效率问题。 6)机构选型要考虑动力源的形式。,,机构的组合是指在机构选型的基础上，根据功能目标或工艺动作的各种需要，组合创建新机构系统。 1）机构的工艺动作复杂。 2）所选择的机构性能不好
9、，但又无更好的机构可选。 3）有时由于不具备某种动力源，或受其他条件的限制，只有进行机构组合才能实现所要求的工艺动作。,二、机构的组合,,插刀的工艺动作有：移动 (切削)、转动(展成)、间歇运动(让刀)。以往复切削移动为例进行机构选型分析。 具体技术指标和动力源条件如下： 插刀的切削速度v是1428m/min； 行程L是被加工齿轮的齿宽b与让刀量之和； 插齿机竖立放置，向下移动为切削，向上移动是空行程返回； 制品材料是未经热处理的钢制材料。 交流异步电动机驱动，原动机运动形式是转动。,实例:,,根据下表，采取排除法，逐一进行淘汰。,,采用曲柄滑块机构，根据具体的工艺动作要求，进行一定的改进。
10、若滑块相当于插刀，为实现转动，需将滑块与连杆铰接的平面转动低副改为3个自由度的空间球面副，使插刀的复合运动得以实现。,,第四节 机械运动方案创新设计的评价,机械运动方案设计是机械设计全过程的第一阶段，也是对机械设计乃至以后的制造和使用最关键的一个阶段，其创新效果如何直接影响机械产品的功能质量和使用效果。因此很有必要对这个阶段工作进行一个总体评价。,,一、评价内容,评价内容,安全性,经济性,可操作性,功能性,舒适性,,对于机械运动方案的评价可采取各项功能指标量化法，即把参评的各项功能指标用分数来评价。评分标准的判断有两种情况：（1）可用数值表示的；（2）不能用数值表示，只能用良好、较好等形容词定性描述。,二、评价的方法,,机械运动方案的评价指标：,表中利用加权系数是因为参评的功能指标并非一项，而且各项指标重要性也不尽相同，对此可采用评分结果乘以加权系数以示区别。,,机械运动方案的评价指标：,各项指标的重要性取决于该项指标所代表的内容对整个方案影响的程度，影响大的加权系数值就大，反之，加权系数值就小。,Thank You !,
