浙大机械的发展与创新设计课件

l学而由其统，言而要其中，学而由其统，言而要其中，l文而济其用，行而显于众。文而济其用，行而显于众。l进学解进学解 韩愈韩愈 机械的发展与创新设计l1-1 机械的发展与创新概述l机械产品的发展与材料科学密切相关：l（1）石器时代l（2）铜器时代l（3）铁器时代l（4）半导体时代早期机械实例早期机械实例地动仪牛顿手制的望远镜Structure of old bikeSimple machine-Nut crackerGalileo 望远镜英国早期的火车（1847年）水泵的结构现代机械实例现代机械实例现代机械实例国际空间站（2005年）机械设计方法发展l1、60年代：优化设计、可靠设计、仿生设计l2、70年代：计算机辅助设计、摩擦学设计、设计方法学、有限元设计、边界元设计l3、80年代：质量驱动设计、参数化设计、智能设计、分形设计机械设计方法发展l4、90年代：并行设计（基于网路的设计）、虚拟设计，基于实例的设计l5、21世纪：计算设计（计算实验或数字设计）、集成设计优化设计方法仿生设计示例仿生设计示例人机工程学设计实例机械的发展与创新设计l 1-2 机械创新设计综述l一、机械创新设计的涵义：利用技术原理进行创新构思的设计实践活动。l(1)Improvementl(2)Innovationl(3)Creation齿轮有限元设计数字化设计示例陈奎霖2006机械的发展与创新设计l二、创新设计的基本类型及其活动特点l1、原理开拓创新l2、组合创新l3、转用创新（变异的创新）l4、克服偏见的创新机械的发展与创新设计l 1-3 机械功能原理设计及创新l一、机械系统及功能l二、功能原理设计的意义l三、功能结构设计分析l四、功能元求解及求系统原理解机械的发展与创新设计l五、功能原理的创新洗衣机的设计原理l机械式洗衣机（波轮式、滚筒式）l干洗（蒸汽洗衣机）l超声波洗衣机l纳米洗衣机洗衣机的设计方案l电机带传动轮论（滚筒）l电机波轮（滚筒）机械的发展与创新设计l 1-4 传动方案及机构创新l一、传动方案l二、机构创新l 1-5 机械结构的改进与创新传动方案的布置原则l1、传递载荷能力小的（例如、带）放在高速级l2、有动载荷的（例如、链）放在低速级l3、传动平稳的（例如、斜齿轮）放在高速级，传动平稳性较差的（例如、直齿轮）放在低速级l4、运动链中有摩擦传动的（例如、带与摩擦轮传动），制动器应放在工作机前，才能实现有效制动机械的发展与创新设计l 1-6 现代机械设计与机电一体化l1、现代设计方法l功能原理结构l2、CAD计算机辅助设计l3、FEM与BEM设计l4、价值设计（VD）l5、人机工程设计示例纸张分离原理解机械的发展与创新设计l6、新的设计与分析方法1990年前：运动学设计，动力学设计，强度设计，疲劳设计，优化设计，可靠性设计，概念设计，系统设计，有限元设计，摩擦学设计，工业造型设计1990年后：并行设计，虚拟设计，协同设计，网络设计，智能设计，集成设计模糊设计，反求设计，可重构设计，生态设计.机械的发展与创新设计l6、新的设计技术与软件CAD/CAE/CAPP，设计数据库，设计工具库，设计应用软件；集成化设计信息系统（并行网络设计系统）；例如，UNIGRAPHYSICS,ProE,Ansys等机械的发展与创新设计l二、机电一体化l1、机电原理与技术的集成原理的替换与集成结构的替换与集成技术的替换与集成l2、光声机电 原理与技术的集成l3、微机械的设计机械系统设计机械系统设计机械系统设计有限元设计机电一体化设计磁悬浮列车“火箭之父”齐奥尔科夫斯基神舟五号成功完成神舟六号出发神舟六号圆满成功未来的星球车l目前机械：lMicro-chip devices:lPlant cell:lAnimal cell:lBaterium:机械学的发展趋势机械设计的发展要求l2004年统计数字：l（1）USA：制造业GDP占 60l（2）JAPAN:制造业GDP占 50%l（3）中国：制造业GDP占 38l中国自主设计的机械产品占 46工学的组成工具方法原理产品，例如：计算机、汽车等等。数学，物理，化学，生物。例如：优化组合法、电磁转换，换原反应，发酵等等。以工程为例：力学原理、电机原理、机械原理、化工原理.等等 设计总流程功能原理结构机械创新设计的内容l（1）原理的创新设计l（2）机构的创新设计l（3）结构的创新设计l（4）消化吸收再创新设计（反求设计）l（5）设计计算方法的创新设计定量到变量；静态到动态；单元到系统集成串行并行协同设计创新设计常用方法l（1）群体集智法例如，635法、调查问卷法、l（2）系统分析法例如，设问探求法、缺点列举法、希望点列举法、特性列举法、形态分析法l（3）联想、类比法l（4）转向创新法l（5）组合创新法功能组合法、材料组合法、同类组合法、技术组合法、信息组合法工业革命的历史l第一次工业革命：从1775年蒸气机发明到19世纪初。l第二次工业革命：从1883年内燃机和电的发明开始到20世纪初。l第三次工业革命：从1910年原子能的发现开始，核能的利用（1943年）。l第四次工业革命：从1946年计算机的出现，开始信息革命至今。l第五次工业革命：从1953年DNA双螺旋结构的提出，开始生物科技革命。Improvementsby G.Kivenson1、More economical to produce2、More economical to use3、Easier to learn to use4、Simpler5、Adapt to home use6、Change from“masculine”to“feminine”or vice versa7、Employ alternate form of powerImprovementsby G.Kivenson8、Remove a present limitation9、Extend area of use10、Improve public acceptance11、Make larger12、Make smaller13、Change color14、Change shape15、Increase strength16、Decrease strength创新实例：以滚动代替滑动l（1）滚动花键l（2）滚动螺旋l（3）滚动蜗杆l（4）滚动轴承l（5）滚动导轨滑动花键滚动花键滑动螺旋滚动螺旋滚动蜗杆薄壁轴瓦薄壁轴瓦滑动轴承滑动轴承进油孔进油孔油沟油沟F厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套整体轴套卷制轴套卷制轴套滚动轴承创新实例：以流体摩擦代替滚动l（1）静压螺旋l（2）静压导轨l（3）静压轴承l（4）磁力轴承、磁力导轨滚动螺旋传动静压螺旋传动创新实例：顺应性原则l（1）滑动螺旋l（2）蜗杆传动l（3）滑动轴承l（4）滑动导轨（由于机床要有长期精度保持性、因而不可行）创新实例：赫兹公式应用l（1）圆弧齿轮l（2）齿形链l（3）圆弧蜗杆l（4）凹凸接触副的摩擦无级变速器创新实例：精加工面最小原则l（1）凸台l（2）凹陷l（3）焊接结构（例如：焊接链轮）l（4）轴肩设计l学不可以已。青，取之于蓝，而青于蓝；冰，水为之，而寒于水。l 劝学荀子机械设计结语l工学的组成工学的组成l工工具具:产品，例如：计算机、汽车.等等。l方方法法:数学，物理，化学，生物。例如：优化组合法、电磁转换，换原反应，发酵等等。l原原理理:以工程为例：力学原理、电机原理、机械原理、化工原理.等等。发明家所需具备的主要素质(710人中所占百分比)机械设计l政治l社会学l心理学l经济学l自然科学-工程科学-工程设计-工程技术-生产l工业设计l艺术设计l艺术机械设计结语自然界物质能量信息机械设计结语自然界人类的工作物质能量信息物质与能量间的转换物质能量1、光合作用2、植物体的生长3、动物体的生长1、液体、气体、固体的燃烧2、肌肉的运动3、生物分子的运动物质与信息间的转换物质信息1、物态信息2、熵、焓的信息3、结构信息4、物质的运动信息1、物质的制造2、在光、电、磁、声能信息作用下物质的变化信息与能量间的转换信息能量1、光能生物结构信息2、生物能生命结构信息3、电能、磁能信息监测与控制1、电磁转换2、电磁机械运动转换3、声能机械能转换4、电、磁、声生物能转换物料的发展历史能量的发展历史信息的发展历史l弟弟子子不不必必不不如如师师，师师不不必必贤贤于于弟弟子子，l闻闻 道道 有有 先先 后后，术术 业业 有有 专专 攻攻。l师说师说 韩愈韩愈