机械创新设计课件(PPT 91页)

机械创新设计第一节创新与创新一、创新的概念1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断努力和探索后被人们认知的具体结果。3、创新：是指提出或完成具有独特性、新颖性和实用性的理论或产品的过程。2、发明：是指人们提出或完成原本不存在的、经过人们不断努力和探索后提出的或完成的具体结果。2.5、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的参照物，而不强调原本不存在的事物。4、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体实现。但创新更强调创造成果的新颖性、独特性和实用性5、创新分类：6、创新方式：其一是由无到有的创新，其二是由有到新的创新知识创新技术创新应用创新人们认识世界、改造世界的基本理论的总结针对具体的事物，提出并完成具有新颖性、独特性和实用性的新产品的过程把已存在的事物应用到某个新领域，并发生很大的社会与经济效益的具体实现过程二、创新设计的概念1、设计的概念：是指根据社会或市场的需要，利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动，借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机等）进行反复判断、决策、量化，最终实现把人、物、信息资源转化为产品的过程。2、创新设计：是指在设计领域中，提出的新的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而得到具有独特性和新颖性的产品。1、创造性思维与潜创造能力逻辑思维灵感思维知识三、创造性思维与创造能力的培养2、创新的涌动力存在于人类自身的潜创造能力，只有在一定压力和一定条件下才会释放出能量。四、创新方法简介1、群智集中法：群智集中法又称头脑风暴法2、仿生创新法3、功能设计创新法4、移置技术创新设计法5、类比求优创新设计法6、反求创新法第二节常规设计、现代设计与创新设计机械设计方法反向设计正向设计创新设计现代设计常规设计（反求设计）1、常规机械设计常规机械设计方法是依据力学和数学建立的理论和经验公式为先导，以实践经验为基础，运用图表和手册等技术，进行设计计算、绘图和编写设计说明的过程。该方法强调以成熟的技术为基础，目前常规机械设计方法仍然是机械中的主要设计方法。各高等工科学校的机械设计教科书主要讲授这种方法。例如：轴的结构设计过程按功率计算出轴的最小直径根据轴上零件的周向固定和轴向固定查阅设计手册结构设计2、现代设计方法现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。可靠性设计、优化设计、有限元设计、计算机辅助设计、虚拟设计等都是常用的现代设计方法。现代设计方法在强调运用计算机、工程设计与分析软件和现代设计理念的同时，其基本的设计内容是建立在常规设计的基础上。在强调现代设计方法的时候，不可忽视常规设计方法的重要性。3、创新设计方法机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。结论：无论设计方法如何，常规设计仍然是最基本的设计方法，是机械设计课程的根本内容。有关常规设计的基本理论、基本方法与基本技能不应减少。三、不同设计方法的实例分析设计实例一：薯条加工机的设计设计实例二：椰肉加工机的设计设计实例三：内平动齿轮传动装置的设计设计实例一：薯条加工机的设计1、常规设计：2、现代设计：3、创新设计：需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由于红薯形状和大小差异很大，控制削皮的厚度较难，导致浪费严重，生产率也低。1、 常规设计方法第一道工序：清洗：设计清洗机第二道工序：削皮：设计削皮机红薯固定，刀旋转，完成削皮的任务。第三道工序：切片后再切条。刀红薯2、现代设计：在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产率，但仍然不理想。3、创新设计：清洗粉碎过滤去皮挤压成型油炸成产品创新导致加工设备的改变红薯泥薯条椰子椰肉刀具设计实例二：椰肉加工机的设计1、常规设计：椰子剖开旋转刀具切削结果不理想2、现代设计：在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、优化设计等，可减少椰肉的损失、提高生产率，但结果仍然不理想3、创新设计：注入溶剂，椰肉溶化成汁椰子创造性思维改变了产品加工方法由机械加工方法到化学方法生产结论：1、常规设计方法是一切方法的基础2、现代设计方法是在常规设计方法的基础上，提高设计效率、产品可靠性和质量的设计方法3、创新设计的要素是强调创造性的设计思维，其结果具有巨大效益4、加强创新教育是高等学校的职责第三节　机械创新设计的内容一、有关机构的几个名词术语机械：机器和机构的总称机器：人为的通过运动变换或传递机械能、物体和信息的物件的组合体机构：机器中执行机械运动的装置机器实例一、机器机器所共有的三个基本特征：3)机器可以实现人所期望的机械能、物体和信息的变换和传递。2)机器都有确定的运动。1)它们都是一种人为的实体的组合，而不是自然之物。凡同时具备上列三个特征的实体组合便称为机器。(2)执行部分执行部分处于整个机器传动运动的终端，完成预期的机械动作。执行部分可以是一个或多个构件，且其结构形式随机器的用途不同而呈现不同形式。有时机构也能成为执行部分，如许多机械手的抓取部分常为连杆机构。最一般意义上的机器由下列四部分组成：(1)原动部分原动部分是机器动力的来源。常用的原动机可分成一次原动机和二次原动机。一次原动机把自然界的能源转变为机械能。二次原动机把二次能源如电能、液能转变为机械能。有的简单机器的原动部分为人力。(4)控制和操纵部分该部分的作用是使机器上的原动部分、执行部分和传动部分协调工作。控制部分是指通过测量元件取得机器运行的一定信息，并转换为控制信息，交由控制器发出信号到操纵部分，使被控制对象的运动情况发生变化。(3)传动部分传动部分介于原动机与执行部分之间，用以传递运动及动力。当原动部分的速度大小不能满足执行部分的需要时，传动部分用以实现运动的增速或减速。机器动力部分传动部分执行部分控制部分下图为一台单缸内燃机，可以把燃油燃烧时产生的热能转化为机械能。二、机构机构是机器中用来传递运动和力或改变运动形式的机械装置。2）组成机构的各构件间有确定的相对运动。1)机构都是人为的构件的组合体，且构件总数在3件及以上（机架也算一件）。具有机器的前两个特征：常用的机构连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构带传动和链传动机构螺旋机构组合机构按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为：空间机构SpatialMechanisms平面机构PlanarMechanisms机构Mechanisms1、机构的创新设计（1）设计出新机构；机械创新设计的内容瓦特发明的蒸气机现安放于西班牙马德里1、机构的创新设计（2）原有机构演化、变异，导致结构变化平底推杆盘形凸轮机构凹圆弧底推杆盘形凸轮机构传动寿命和效率提高2、机构应用创新设计BACa)曲柄滑块机构b）偏心盘机构c）剪床机构3、机构组合设计，导致新机构系统的出现机构组合创新EDCBAF第四节创新人才的基本要求1、具备基础知识和专业知识2、具有进取与追求的精神3、具有创新的思维方式（打破定势思维，提倡发散思维）4、善于扑捉瞬间的灵感5、掌握一定的创新技法（本书重点内容）思考题:1、创新的分类，技术创新与应用创新的区别2、机械创新设计与现代设计、常规设计的主要区别是什么？3、学习机械创新设计的内容有那些？4、创新人才应具备那些基本素质？2、创新涌动力的培养来源于社会因素或自我因素的影响，潜创造力转换为涌动力。社会因素包括工作环境中的外部或内部压力自我因素主要是强烈的事业心所以，塑造良好的工作环境和培养强烈的事业心是出现创新涌动力的最好保证。潜创造力+创新涌动力+灵感=创新成果第二章机械创新设计的技术基础第一节机器的组成分析第二节机械运动形态及其变换第三节机械运动及其控制第四节机械系统及其发展一、机器的组成机械创新设计的内容主要涉及到机械运动系统(从机构学的角度看，传动机构和工作执行机构是相同的，二者统称机械运动系统)原动机传动机构控制系统工作执行机构第一节机器的组成分析二、原动机电动机内燃机一次能源动力机：水力机、风力机液压马达直流电动机伺服电动机汽油机柴油机交流电动机（三相，单相）三、机械传动系统1、啮合传动：齿轮传动、链传动2、摩擦传动：带传动、摩擦轮传动3、螺旋传动4、万向轴传动5、钢丝软轴传动6、液压传动7、液力传动8、电磁传动四、工作执行系统1、连杆机构2、凸轮机构3、齿轮机构4、间歇运动机构6、螺旋机构7、电磁机构五、控制系统1、机械控制2、电器控制3、自动控制要求：明白如果需要某种形式的运动，有哪些实现方式。为什么采用这种方式？第二节机构及其运动形态分析1、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构2、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构3、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构4、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构5、连续转动到平面运动的变换与实现机构6、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构7、直线移动到定轴转动或摆动的运动变换与实现机构第二节机构及其运动形态分析10.绳索传动机构11.液力传动机构12.钢丝软轴传动机构13.万向节传动机构等1.齿轮传动机构2.连杆机构6.摩擦轮传动机构8.带传动机构9.链传动机构、1、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构椭圆齿轮传动具有变速传动性能（变传动比）转动到转动（连杆机构）双曲柄机构例：惯性筛转动导杆机构注意与摆动导杆的区别：都是曲柄导杆机构，LBC>LBA,则是转动导杆，否则是摆动导杆机构带传动机构液力传动机构绳索传动机构摩擦轮传动机构同步带传动机构钢丝软轴汽车传动软轴专利：软轴传动潜水泵特点：主、从动件的位置具有随意性2、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构5.间歇运动机构槽轮机构棘轮机构不完全齿轮机构分度凸轮机构3、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构3.凸轮机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构2.连杆机构摆动从动件凸轮机构摆动从动件平面凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构4、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构曲柄滑块机构正弦机构直动从动件凸轮机构齿轮齿条机构螺旋机构5、连续转动到平面运动的变换与实现机构行星齿轮机构——行星轮6、直线移动到直线移动的运动变换与实现机构双滑块机构移动凸轮机构双滑块机构（椭圆仪）双滑块机构移动凸轮机构7、直线移动到定轴转动或摆动的运动变换与实现机构2.曲柄滑块机构——滑块主动1.齿轮齿条机构——齿条主动滑块主动齿条主动专利：往复齿轮发动机将曲轴传动改成齿条带动齿轮旋转运动配重配重曲轴配重8、机、气、液机构组合气缸或液压缸系统与连杆系统的组合，也可称其为气、液驱动连杆机构。由动作缸和活塞杆组合而成，主动件一般均为活塞杆，对于比较复杂的工艺动作，可采用多缸来完成。第四节多功能平口钳的创新设计案例分析北京化工大学全国一等奖案例分析：多功能平口钳第三节机械的控制系统一、机械控制系统的类型1、机械式控制系统2、液压控制3、气压控制4、电气控制5、智能控制二、机械控制系统的发展趋势以计算机技术、微电子技术、信息技术、软件工程技术、无线电通讯技术之综合运用为手段，朝着智能化、数字化、集成化的方向发展。以上述技术为支撑，实现个性化、人性化、柔性化、低碳化等等。一、机械运动的换向与控制(1)旋转运动的换向与控制1)改变电机转向2）限位开关换向第四节机械运动及其控制1)改变电机转向（接触器互锁正反转控制电路）滚轮式行程开关外形图(a)单轮旋转式；（b）双轮旋转式；（c）电气符号2）限位开关换向3)介轮换向轮2、3为介轮，左图轮1、4反向转动；右图轮1、4同向转动。4)摩擦轮换向控制摩擦轮A、B在轴上的滑动位置，使得与C交替接触，实现C轮的正反转，完成螺旋D的往复移动。5)自身换向机构——利用机构本身的结构特点，使从动件的运动自动换向。如曲柄摇杆机构(2)直线移动的换向与控制1)改变电机转向来实现往复直线移动电机正反转，经齿轮驱动固定在大门上的齿条，使大门往复移动。图b为电动感应推拉门示意图，两扇门固定在带的上下两侧，利用电机的正反转和上下皮带的反向运动完成门的开启与关闭动作2)自身换向机构——主动件连续转动，从动件作往复的直线移动。如曲柄滑块机构二、机械运动的调速与控制调速电机——利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机。调速电机机械式调速器(3)其它减速装置——各类带传动、链传动、摩擦传动都可起到减速作用。(4)变速器有级变速无级变速大都通过摩擦传动实现，故不能传递过大的功率三、机械运动的离合与控制不停止原动机运转的状态下暂时中断执行机构的工作。四、机械运动的制动与控制为缩短机械的停车时间，许多机械都有制动器。如机械式制动器、电磁式制动器、液压制动器、液力制动器、气动制动器等。第五节机械系统及其发展机械系统类型一、单一基本机构组成的机械二、多个独立的基本机构协调工作的机械三、多个基本机构连接组成的机械四、智能机械一、单一基本机构组成的机械由一个基本机构组成的简单机械具有多样化、用途广泛且实用性好的特点。许多基本机构都有应用价值。在简单机械中的应用最为普遍。二、多个独立的基本机构协调工作组成的机械由多个基本机构独立工作，但他们之间的运动必须互相协调配合，完成特定的工作任务。三、多个基本机构连接组成的机械多个基本机构通过串联组合、并联组合、叠加组合、封闭组合等连接方式，组成一个完整的机械系统，完成特定的工作。此类机械在工程中应用最为广泛。四、智能机械智能机械也是近代产生的体现高科技的机械，其本质是把机械运动、传感技术、测试技术和现代控制技术有机结合在一起，形成的具有智能的新机械。智能机器人机械系统的发展趋势简介刚性机械系统正在向柔性机械系统发展。伺服电机负载全柔性机械减速或变速机构工作执行机构伺服电机负载柔性机械减速或变速机构工作执行机构普通电机负载刚性机械思考题:1、机械创新设计的内容主要涉及到什么机构（或系统）？2、各类运动变化与实现机构。3、机械运动的换向、调速、离合与制动等控制有哪些？4、了解机械系统的发展与演变过程。