机械创新设计第三章

机械创新设计BUCTBUCTPage1第三章第三章机械系统方案设计的创新机械系统方案设计的创新第一节机械系统第二节功能综合第三节原理综合第四节构型综合换页机械创新设计BUCTBUCTPage2第一节机械系统一、机械系统的概念1.机械系统的组成动力部分控制部分传动部分执行部分换页机械创新设计BUCTBUCTPage32.机械系统的相关性系统分系统1分系统2子系统1子系统2子系统3超系统换页机械创新设计BUCTBUCTPage43.机械系统的进化性TRIZ理论的创始人Altshuller时间功能潜力换页机械创新设计BUCTBUCTPage5进化法则进化法则法则法则1:1:完备性法则完备性法则有助于确定创新方法，并节约资源有助于确定创新方法，并节约资源法则法则2:2:能量传递法则能量传递法则必须保证能量能流向系统中所有元件；并向使能量流必须保证能量能流向系统中所有元件；并向使能量流动路径缩短的方向发展。动路径缩短的方向发展。有助于减少系统中的能量损失保证昀大效率有助于减少系统中的能量损失保证昀大效率例：用刀片旋转运动代替刀的垂直运动，减少能例：用刀片旋转运动代替刀的垂直运动，减少能量损失，提高效率量损失，提高效率————绞肉机绞肉机换页机械创新设计BUCTBUCTPage6法则法则33::动态性进化法则动态性进化法则提高柔性提高柔性提高可移动性提高可移动性提高可控性提高可控性刚体刚体————单铰链单铰链————多铰链多铰链————柔性体柔性体————液（气）体液（气）体————场场例：扇子例：扇子————折扇折扇————电风扇电风扇————空调空调例：四腿椅例：四腿椅————转椅转椅————滚轮椅滚轮椅直接控制直接控制————间接控制（利用中介物）间接控制（利用中介物）————引入反馈控制引入反馈控制————自自我控制（智能控制）我控制（智能控制）例：照相机的进化：手动调焦例：照相机的进化：手动调焦————按钮调焦按钮调焦————感应光圈调焦感应光圈调焦————自动调焦自动调焦换页机械创新设计BUCTBUCTPage7法则法则4:4:提高理想度法则提高理想度法则系统的质量、尺寸、能量消耗系统的质量、尺寸、能量消耗00实现的功能数量实现的功能数量例：手机：例：手机：19731973年第一部手机，重年第一部手机，重800800克，功能：通话克，功能：通话现代手机：重仅数十克，功能超过现代手机：重仅数十克，功能超过100100种种法则法则5:5:子系统不均衡进化法则子系统不均衡进化法则有助于及时发现并改进不理想的子系统有助于及时发现并改进不理想的子系统换页机械创新设计BUCTBUCTPage8法则法则6:6:向超系统进化法则向超系统进化法则单系统单系统————双系统双系统————多系统多系统当进化到极限时，某子系统会从系统中剥离，转至超当进化到极限时，某子系统会从系统中剥离，转至超系统，简化了原系统系统，简化了原系统例：空中加油机：长距离飞行时，燃油箱是飞机的一个子系统，进化例：空中加油机：长距离飞行时，燃油箱是飞机的一个子系统，进化至空中加油机至空中加油机法则法则7:7:向微观级进化法则向微观级进化法则例：电子管例：电子管————晶体管晶体管————集成电路集成电路换页机械创新设计BUCTBUCTPage9法则法则8:8:协调性法则协调性法则结构协调结构协调性能参数协调性能参数协调节奏节奏//频率协调频率协调例：积木由摞、搭进化成拼插结构例：积木由摞、搭进化成拼插结构例：网球拍重量与力量的协调例：网球拍重量与力量的协调————降低整体重量的同时，增加球拍降低整体重量的同时，增加球拍头部的重量头部的重量例：混凝土浇注中，一面灌土一面振荡例：混凝土浇注中，一面灌土一面振荡换页机械创新设计BUCTBUCTPage10二、机械系统设计的内容1.产品规划阶段：市场需求调研与预测；信息的研究与分析；论证产品开发的必要性，可行性；确定产品的功能目标2．方案设计阶段：功能综合；原理综合；构型综合3．技术设计阶段：4．施工设计阶段：换页机械创新设计BUCTBUCTPage11三方案设计的创新任务功能综合功能分析功能分解功能分类原理综合创新技法形态矩阵冲突矩阵解法目录资源利用确定方案方案评价构形综合机构构形结构构形换页机械创新设计BUCTBUCTPage12第二节功能综合从功能角度，对系统进行分析、分从功能角度，对系统进行分析、分解、分类，进行适当裁减，实现设解、分类，进行适当裁减，实现设计的突破计的突破换页机械创新设计BUCTBUCTPage13一、功能分析：对系统输入输出的描述（黑箱法）技术系统机器设备仪器输入接口输出接口能量物料能量信号物料信号约束约束对外影响对外影响净衣系统电能接通净衣物脏衣物水污物切断水洗水洗低噪音低噪音换页机械创新设计BUCTBUCTPage14二、功能分类1.按机械系统的组成进行功能分类（1）驱动功能驱动功能::为系统提供能量或动力，它接受测控部分发出的指令，执行驱动部分工作。其功能载体为各种类型原动机。如电动机、内燃机等（2）传动功能传动功能::传递驱动和执行部分之间的运动和动力。包括运动形式、性质、方向、大小的变换。其功能载体可以是机械式、液压气动式、电磁式等。（3）执行功能执行功能:实现和完成产品的昀终功能。简单系统可用简单的构件实现特定的动作；复杂的系统有多个执行功能，各动作需要协调与配合。（4）控制功能控制功能：包括检测、传感与控制。它把系统工作过程中各种参数和工作状况检测出来，变换成可测定和可控制的物理量，传送到信息处理部分，并发出对各部分的工作指令和控制信号。换页机械创新设计BUCTBUCTPage152．按三要素变换的物理作用进行分类（1）转变转变--复原复原：凡是引起能量、物料、或信号特性发生变化的活动都应称为转变或复原。具有类型的特征。（2）放大放大--缩小缩小：一切使物理量放大或缩小的活动都称为放大或缩小。具有大小的特征。（3）混合混合--分离分离：凡是根据不同的物理特性参量（密度、原子量、波长、频率、几何形状等）使两个或几个混合在一起的流分离开，或者使已经分开的流混合在一起的活动都应称为分离-混合。或者使能量和物料、能量和信号、物料和信号混合和分离的过程也称为混合-分离。具有数量的特征。换页机械创新设计BUCTBUCTPage16（4）接合接合--分开分开：用来把体现能量的物理量如功率、力、位移等合成（相加），或者分解成几个分量的过程；以及用来产生或取消相同或不同物料间结合力的活动都可归纳为接合-分开。具有位置的特征。（5）存贮存贮--取出取出：能量、物料、信号可以存放起来，或从存贮器中取出来的活动称为存贮-取出。具有数量、位置、时间的特征。（6）传导传导--中断中断：指能量、物料、信号通过电流、光纤、管道、机构等进行传输或断开的活动。具有位置与时间的特征。换页机械创新设计BUCTBUCTPage17（1）变换运动的形式变换运动的形式转动，单双向移动，单双向摆动，间歇运动等（2）变换运动的速度变换运动的速度减速，增速，变速，调速等（3）变换运动的方向变换运动的方向两轴线平行、相交、空间任意方向运动的变换（4）运动的合成与分解运动的合成与分解两个自由度的机构，以及各种差速机构（5）操纵与控制操纵与控制主要指各种离合装置，操纵装置（6）实现运动轨迹实现运动轨迹机构中的浮动构件可实现各种轨迹要求（7）实现运动位置实现运动位置例两个连架杆对应位置，连杆导引位置（8）实现特殊功能实现特殊功能例增力，增程，微动，急回，夹紧，定位，自锁3．机构能实现的基本功能换页机械创新设计BUCTBUCTPage18三、功能分解F1F12F11F121F122F1F2F3F1F2F11F1F2F11树状结构串联结构并联结构环状结构换页机械创新设计BUCTBUCTPage19包装机包装纸化妆品电能信号袋装化妆品数量信号包装纸走纸截断纸化妆品输送截流装袋输送并记数电能自动包装机功能结构图黑黑箱箱换页机械创新设计BUCTBUCTPage20齿轮减速器输入传动支撑联接输出齿轮润滑箱体轴轴承端盖密封联轴器联轴器键销钉螺钉齿轮减速其结构功能图齿轮减速其结构功能图换页机械创新设计BUCTBUCTPage21第三节原理综合一、技术冲突解决原理（TRIZ理论）1．设计中的技术冲突TRIZ理论认为发明问题的核心是解决冲突。设计人员在设计过程中不断发现冲突，并利用相应的发明原理解决这些冲突，使产品向理想化方向进化。TRIZ理论研究人员通过对世界上250万项专利的详细研究提出了39个通用工程参数来描述的技术冲突问题。这些工程参数见表换页序号序号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参数通用工程参数11运动物体的重量运动物体的重量1414强度强度2727可靠性可靠性22静止物体的重量静止物体的重量1515运动物体作用时间运动物体作用时间2828测试精度测试精度33运动物体的长度运动物体的长度1616静止物体作用时间静止物体作用时间2929制造精度制造精度44静止物体的长度静止物体的长度1717温度温度3030物体外部有害因素物体外部有害因素作用的敏感性作用的敏感性55运动物体的面积运动物体的面积1818光照度光照度3131物体产生的有害因物体产生的有害因素素66静止物体的面积静止物体的面积1919运动物体的能量运动物体的能量3232可制造性可制造性77运动物体的体积运动物体的体积2020静止物体的能量静止物体的能量3333可操作性可操作性88静止物体的体积静止物体的体积2121功率功率3434可维护性可维护性99速度速度2222能量损失能量损失3535适用性及多用性适用性及多用性1010力力2323物质损失物质损失3636装置的复杂性装置的复杂性1111应力与压力应力与压力2424信息损失信息损失3737监控与测试的困难监控与测试的困难程度程度1212形状形状2525时间损失时间损失3838自动化程度自动化程度1313结构的稳定性结构的稳定性2626物质或事物的数量物质或事物的数量3939生产率生产率机械创新设计BUCTBUCTPage232．发明原理在对全世界专利分析研究的基础上，TRIZ理论的研究人员在抽象层次上提出了40条发明原理，用于指导冲突的解决和产品的创新。这些发明原理见表换页序序号号名称名称序序号号名称名称序号序号名称名称序号序号名称名称11分割分割1111预补偿预补偿2121紧急行动紧急行动3131多孔材料多孔材料22提炼提炼1212等势性等势性2222变有害为变有害为有益有益3232改变颜色改变颜色33改变局部改变局部1313反向反向2323反馈反馈3333同质性同质性44不对称不对称1414曲面化曲面化2424中介物中介物3434抛弃与修抛弃与修复复55合并合并1515动态化动态化2525自服务自服务3535参数变化参数变化66多用性多用性1616未达到或超未达到或超过的作用过的作用2626复制复制3636状态变化状态变化77套装套装1717维数的变化维数的变化2727廉价替代廉价替代品品3737热膨胀热膨胀88质量补偿质量补偿1818振动振动2828机械系统机械系统的替代的替代3838加速强氧加速强氧化化99预加反作用预加反作用1919周期性作用周期性作用2929气动与液气动与液压结构压结构3939惰性环境惰性环境1010预操作预操作2020有效作用的有效作用的连续性连续性3030柔性壳体柔性壳体或薄膜或薄膜4040复合材料复合材料机械创新设计BUCTBUCTPage25将一个物体组成相互独立的部分将一个物体组成相互独立的部分将一个物体组成容易组装或拆卸的部分将一个物体组成容易组装或拆卸的部分例挖掘机铲头例挖掘机铲头提炼提炼22分割分割11从物体中抽出一部分单独存在从物体中抽出一部分单独存在炼油中生成沥青炼油中生成沥青实例实例换页活字印刷活字印刷机械创新设计BUCTBUCTPage26改变局部改变局部33让物体各部分具有各自的功能，或让物体各部分具有各自的功能，或各部分处于