ch机械系统最优方案拟定课件

大家好大家好1第三章机械系统最优方案拟定2本章内容本章内容:机械产品设计史机械产品设计史1产品选型与创新点提炼产品选型与创新点提炼2机械系统运动方案设计要点机械系统运动方案设计要点3机构设计要点机构设计要点4机构特点及应用机构特点及应用5基于功能元求解的机械系统设计基于功能元求解的机械系统设计6机械产品的可行性和综合评价机械产品的可行性和综合评价7先进机构学理论先进机构学理论83一一,机械产品设计史机械产品设计史（1）直觉设计阶段直觉设计阶段（2）经验设计阶段经验设计阶段（3）传统设计阶段传统设计阶段（4）现代设计阶段现代设计阶段4二二,产品选型与创新点提炼产品选型与创新点提炼 一个好的机械产品，应该是在实用功能或巧妙的结构设计等方面让人“耳目一新”，让他人看到产品后产生“一探究竟”的本能欲望。5设计和制造一个机械产品，首先是要明确产品的类型和功能。要善于发现问题和提出问题，这一点有时甚至比解决问题更重要。6如何提炼机械创新作品-作品选型（1）善于发现生活中的机械产品，研究分析其不足之处，加以改进，或根据生活中缺乏某类功能的产品而进行原创设计.一定要摒弃“先入为主”的被动思想7简易蚊香盒简易蚊香盒8划船健身器划船健身器9可折叠儿童椅可折叠儿童椅10彩虹花洒彩虹花洒11葡萄酒收纳袋葡萄酒收纳袋12存钱哑铃存钱哑铃13成长自行车成长自行车14袋鼠机器人袋鼠机器人15海底茶几海底茶几16新型插座新型插座173 3合合1 1青蛙座椅青蛙座椅18光电电动车光电电动车19干燥沥水杯干燥沥水杯20耳机线缠绕器耳机线缠绕器21风能路灯风能路灯22行人脚踏发电瓷砖行人脚踏发电瓷砖23行走自行车行走自行车24河流桌河流桌25花朵钉子花朵钉子26环保铅笔制造机环保铅笔制造机27绘画机器人臂绘画机器人臂28可变高度高跟鞋可变高度高跟鞋29可扩展晾衣架可扩展晾衣架30可折叠办公桌可折叠办公桌31可拉动调节桌子可拉动调节桌子32模块化吊灯模块化吊灯33七彩记事戒指七彩记事戒指34骑行购物车骑行购物车35模块沙发模块沙发36跷跷板滑板跷跷板滑板37倾听大自然的声音倾听大自然的声音38秋千椅秋千椅39容易拔起的图钉容易拔起的图钉40算盘计算器算盘计算器41可显数圆规可显数圆规42贴合拖鞋贴合拖鞋43小轮滑板车小轮滑板车44钥匙挂钥匙挂45异形台球桌异形台球桌46（2）广泛涉猎互联网资源或创新设计作品集，从他人的作品中找到灵感，消化吸收后再创新，要体现新产品的新功能、新技术、实用性。为了了解到目前市场上已有的类似功能的产品、相关技术，有必要进行市场调查和专利文献检索。检索资料的目的，一是了解现有的产品和所使用的相关技术；二是查新47数字图书馆数字图书馆-中文期刊有维普、万方、知网等中文期刊有维普、万方、知网等48（3）对现有产品落后的功能舍弃，将多个功能揉合进一个产品，要注意多功能揉合后的系统，其动力传递系统的干涉、协调设计。这是我们广大学生在学好专业课的基础上,能做到的机械产品创新设计.49想常人之未想，才能突出“创新”：产品新颖、功能新颖、技术实现手段新颖产品新颖、功能新颖、技术实现手段新颖。创新思维是关键，创新是一个国家的灵魂，也是一个机械产品有别于已有产品或能占据市场的重要因素，同时对于参与机械创新设计大赛的学生来说，所设计的作品能走多远，一个关键的因素就是所设计的作品是否创新点突出。50多轮滑板车多轮滑板车51创新点创新点创新点可以分为大的创新点和小的创新点。创新点可以分为大的创新点和小的创新点。大的创新点指的是机械产品整体结构的创意设计、产品功能的独创性等。而小的创新点则是针对大创新点来说的一些细枝末节方面的设计思想，当确定了大创新点后，在具体实现机械产品的研发中，总是会有一些小的创新点不断涌现的。小的创新点可以是他山之石可以攻玉，如引入已有不相干产品的部分成熟技术。52机械产品的创新设计，关键是要发掘出具有至少一个大的创机械产品的创新设计，关键是要发掘出具有至少一个大的创新点的机械产品，附带有若干个小的创新点。新点的机械产品，附带有若干个小的创新点。在明确了一个或多个大的创新点后，只要做有心人，在后续在明确了一个或多个大的创新点后，只要做有心人，在后续研发过程中，小的创新点会不断涌现。研发过程中，小的创新点会不断涌现。小的创新点是来源于对产品功能分析、计算等深入思考的基小的创新点是来源于对产品功能分析、计算等深入思考的基础上，做出的改进和完善。础上，做出的改进和完善。机械产品研发的意义，关键在于早期大、小创新点的发掘！机械产品研发的意义，关键在于早期大、小创新点的发掘！53三三,机械系统运动方案设计要点机械系统运动方案设计要点运动方案设计的优劣，决定了机械产品的性能、造价和市场前景。运动方案的设计是设计者通过何种原动机、何种机构组合、何种执行机构，组合为一部完成特定工作任务的机械系统的全面构思。在设计之初，这种构思往往是最为艰难的，仅仅是达到或满足设计要求已经不易，如果设计方案相对已有方案而言具有多方面的优越性，则该设计不仅仅体现了设计者深厚的设计功底，还应具备一些不可预期的偶然性-设计灵感，因此原始创新一般是可遇不可求的54必须掌握必要的知识和环境信息，必须了解有关学科在实现运动方案设计中所能起到的作用。（1）充分了解并掌握各种常用机构的基本知识；（2）必须了解和掌握各种动力源的性能和使用要求；（3）必须熟悉对设计方案的选择有重要影响的周围环境信息（如加工制造条件、产品使用条件等）；（4）充分重视其他学科的技术发展和应用情况。55运动方案设计的主要步骤如下：（1）工艺参数的给定及运动参数的确定；（2）方案的比较和决策；（3）执行构件间运动关系的确定及运动循环图的绘制；（4）动力源的选择及执行机构的确定；（5）机构的选择及创新设计，机构运动和力学性能的分析。56四四,机构设计要点机构设计要点如果机器比作一个人，那么机构则是机器的骨架。机械产品的创新设计，其核心在于机构的创新设计。机构可实现功能可归结为增力、增程、构件特定运动规律三大功用类型。57在选择和评价机械运动方案中，机构形式设计的原则为：（1）机构简单（2）结构尺寸小（3）较好的动力特性58五五,机构特点及应用机构特点及应用 实现同一简单、基本功能的机构是多样的，进行归纳和总结，有助于快速、高效地完成简单功能对应的机构设计；复杂的机构设计，可建立在简单机构的基础上，也可以在平时的机械设计知识与经验的基础上，创造性地设计出新机构。59 机构的类型是有限的，但是机构的组合创新是无限的，而且，即便是同一类型的机构，其研究与应用也是无限的，更进一步，同一构型的机构，当选取不同的结构尺寸或构件型式时，其用途也是不一样的。这些特性是机构创新设计的魅力所在，也是设计的难点所在。606162636465666768组合机构设计一般依靠单一机构，只能完成简单的动作和功能，一个内含复杂机构的机械产品，往往是多个机构的组合。机构的组合是将几种基本机构组合在一起，保持各自的运动特性，完成各自的工作，相互协作完成运动要求，达到组合目的。机构的组合方式有串联、并联、复合、叠加等。组合机构则是将几种机构融合成一个整体，各机构间的运动相互耦合和作用，使得运动性能更加完善、运动形式更加多样化，但是设计较单一机构更加困难。69齿轮连杆组合机构齿轮连杆组合机构70凸轮连杆组合机构凸轮连杆组合机构71机构的变异与演化在看待事物的时候，由于视角或出发点不同，“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”。在机械产品创新设计过程中，要特别注意构件外形创新设计与功能实现。72三种四杆机构变异结构和功能三种四杆机构变异结构和功能73四杆机构的变异与演化四杆机构的变异与演化1414种不同类型机构种不同类型机构7475六六,基于功能元求解的机械基于功能元求解的机械系统方案设计系统方案设计法国著名的生理学家贝尔纳曾说过：“良好的方法能使我们更好地发挥天赋的才能，而笨拙的方法则可能阻碍才能的发挥。”76创新思维方法1,发散与收敛2,逻辑与非逻辑3,定向与非定向4,动态与有序5,直觉与灵感77 任何一个复杂的机械系统，都由完成各个不同动作的功能元组成，而一个功能元对应一个或多个动作，一个或多个动作的完成对应单一机构或组合机构，即遵循“功能-动作-机构”的倒推机理。基于此，本文提出了基于功能元的机械系统方案设计与求解的方法。此外，要想设计出构思巧妙、功能多样的产品，必须打好基础，重视机械原理的基础知识学习，善于归纳总结常见机构的功用，熟悉简单动作的实现有哪些可行的方案。78除了对各种机构在动作转换方面的特性有较深入的了解外，还应对各种典型机构的设计难易程度、制造成本和条件有比较合理的分析论证，从而对机械系统中每一个功能元排列出所有可能的设计子方案。79常见简单动作转换与对应基本机构常见简单动作转换与对应基本机构808182从机构的角度，某一功能就意味着某一个特定的动作，单独为一个动作设计一个运动链或运动方案是比较简单的，难度在于整体地将多个功能即多个动作揉合到一个运动链中，或者将多个独立的机构整合到一个机械产品中，要求相互协调、互不干涉。83在机械原理各类机构教学过程中，多次有学生问到同一个问题：既然各类机构均有自己的设计难点和应用局限性，而开式链则具有设计灵活、可实现任意输出运动轨迹等优点，为什么还需要学习和使用如此众多的机构呢？这个问题貌似简单，实则道出了机构的真正使用价值。84基于杆组的结构分解法阿苏尔（Assur）杆组理论认为：任何一个平面闭式链机构，都可以认为是由机架、原动件和若干个基本杆组组成，其中原动件或主动件的数目等于机构自由度的数目。杆组是自由度为0的结构单元，是组成机构的基本模块。85采用基于阿苏尔杆组理论分析机构的运动学，具有模块化的优点。当杆组的外接运动副位置确定，该杆组其他关键点的位置一般也可计算获得。因此，若获得所有阿苏尔杆组构型综合结果，并且对有限的、常见常用的2杆组、4杆组（4A杆组对应3级组、4B杆组对应4级组）进行模块化程序设计，在分析机构的运动学时，只需要调用相应的模块即可，从而将机构的分析大大简化。86878889七七,机械系统的可靠性和方机械系统的可靠性和方案评价案评价 产品的可行性分析，一言以蔽之，即能否用现有技术加工制造出该产品.包括技术实现手段的科学性和合理性、加工制作的难易程度和加工方法选择的合理性、制作时间安排、人员技能水平、现有制造设备条件等。90方案评价指标:（1）机械产品的功能（2）机械产品的工作性能（3）机械产品的动力性能（4）机械产品的经济性（5）机械产品的结构紧凑性 建立机械产品评价体系是量化评价的方法之一，评价体系可将机械产品评价指标划分为五大类型，具体评价时分别对五大类型及更为细致的子项给出分值，然后对整机进行评价。91八八,先进机构学理论先进机构学理论（1）受控机构（2）变胞机构变胞机构（3）柔顺机构（4）并联机构92（1）受控机构93（2）变胞机构变胞机构9495