产品设计中的理论与方法

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,设 计 概 论,本课程：产品设计中的理论及方法。 -概念设计、形体设计到制造过程,按教学大纲要求，主要讲解六方面的内容：,1功能分析及产品构思设计,产品的机构设计方法学；,2机构的组合方法；,3设计评价；,4柔性制造系统的建模设计,柔性系统中的求解算法。,包括资源规划、机床规划、精良生产及并行工程,5.,模糊理论与模糊规划,6. 机器人构型设计中的模糊优化建模,1,文库专用,第一章 绪 论,1.1设计概念,人类的社会活动：,物质财富创造,财富的分配,设计-物质财富创造-最基本的概念,1狭义的设计概念：,设计-客观需求-满足需求的技术系统活动。,技术系统活动 ：产品创新设计或产品开发设计中的一切活动。,包括：机构设计-结构（功能结构与工艺结构）与精度设 计-装配设计-维修与运输及安装-报废回收设计-制造规划设计-等。,2广义设计概念：,例1，设计是一种针对,目标问题,的,求解,活动；,例2，设计是一种,创造性的活动,，创造前所未有的，新颖而,有益,的,东西,。,2,文库专用,例3，设计是“一种构思与计划，以及把这种构思与计划通过,一定的手段转为视觉化的活动过程”。,涵盖面更广的概念：,对发展过程的安排,对发展过程,进行的活动,发展,过程：,发展,方向,、,程序,、,细节、要达到的目标,。,涵盖面更广的,3创新是设计的灵魂,设计目标产品赢得市场，产品的竞争力 ：,性能使用户满意；,开发周期最短；,成本最低；,无污染或污染被降低到最低的限度。,“创新” 的含义：A.原创新：,B.新产品创新 ：非圆齿轮：凸轮与齿轮的组合；,手机： 新型手机= 手机+电子记事本+网络。,3,文库专用,1.2设计过程及产品的开发过程,1.,设计的四个过程阶段：,需求分析,构思设计,结构与精度设计,制造过程设计。,2. 现代产品制造的特点：,A. 创造设计过程长，制造过程缩短；,B.由原来的满足精度，经久耐用的特点现代 的个性化、流行化的特征发展。,3.产品设计的模式：反馈闭环的模式,4,文库专用,2.1 功能概念及分析方法,2.2 功能原理与运动规律之间的关系,2.3 运动规律与机构组合的关系,2.4 制定运动规律的原则和步骤,2.5 创新技法,2.6 机构组合时的基本原则及影响因素,2.7 按功能结构矩阵设计运动简图,2.8.按机构的结构特性作机构组合,第二章 功能分析与机构设计,5,文库专用,2.1 功能概念及分析方法,1功能概念：,效能,用途,作用,目的,2功能定义的方法：,动词+名词,3功能分析法,（1）总功能确定,（2）功能树作功能分解,功能分解获取机构运动简图,机构控制简图,6,文库专用,（3）功能分解的方法（目的手段）,2.2 功能原理与运动规律之间的关系,板材送料机构都有三个操作：供料，取料与送料。但不同的机构，原理不同，结构也不同；原理相同，结构也不同；,功能原理：,推力 摩擦 吸力,7,文库专用,8,文库专用,归纳：功能与运动规律之间的对应关系,A功能与运动规律之间有对应关系，这个映射关系实现机构构思中由功能设计向运动规律设计的转化。,B功能与运动规律之间为1 n的关系，即：单对多的关系。,9,文库专用,10,文库专用,（2）,直,直线往,复,复运动,的,的机构,（,（水平,）,）,图2-7往复,运,运动的,机,机构,11,文库专,用,用,归纳：,运,运动规,律,律与机,构,构之间,的,的对应,关,关系,A,运,运动规,律,律与机,构,构之间,存,存在对,应,应关系,，,，这种,关,关系能,实,实现由,运,运动规,律,律到机,构,构设计,的,的转化,。,。这种,转,转化实,现,现了由,设,设计构,思,思到实,体,体产品,之,之间的,联,联接。,B运,动,动规律,与,与机构,之,之间为1n,的,的关,系,系，即,：,：单对,多,多关系,。,。,12,文库专,用,用,2功,能,能原理,、,、运动,规,规律与,机,机构综,合,合之间,的,的关系,（1）,功能,与,运动规,律,律,之间存,在,在着对,应,应关系,，,，,运动规,律,律,与,机构,之间存,在,在着对,应,应关系,；,；,设计活,动,动,从,从功,能,能分析,运动,规,规律分,析,析机,构,构设计,过程转,化,化的有,序,序性、,逻,逻辑性,（2）,两,两个1n（单,对,对多）,关,关系,13,文库专,用,用,2.4,制,制定,运,运动规,律,律的原,则,则和步,骤,骤,1步,骤,骤,（1）,功,功能分,析,析,（2）,运,运动规,律,律分析,（3）,型,型选择a.,原,原理,类,类型,b.,结,结构类,型,型,（4）,运,运动协,调,调分析,及,及协调,设,设计,a.,能,能完成,要,要求的,操,操作动,作,作，满,足,足使用,性,性能；,b.,动,动作协,调,调，无,碰,碰撞、,干,干涉、,过,过程平,稳,稳。,14,文库专,用,用,2制,定,定运动,规,规律的,原,原则,运,动,动最简,原,原则及,规,规律集,最,最小原,则,则,减少冗,余,余环节,规律集,最,最小,运动规,律,律为简,单,单运动,II,结,结构最,简,简原则,采用新,机,机构、,新,新技术,采用简,单,单轮廓,结,结构,15,文库专,用,用,2.5,创,创新,技,技法,1分,析,析综合,法,法,例1：,设,设计方,形,形罐头,瓶,瓶自动,贴,贴签的,机,机构,16,文库专,用,用,（1）,分,分析成,熟,熟产品,：,：,取签,上胶,压签及,贴,贴签,贴签瓶,的,的输入,与,与输出,（2）,提,提取特,征,征机构,，,，组合,成,成设计,机,机构,17,文库专用,图2-10,纸,纸张分,离,离机构,图2-11,邮,邮票上胶机,构,构,18,文库专用,19,文库专用,图2-12,带,带式上胶机,构,构,20,文库专用,图2-13,方,方瓶自动,贴,贴签的机构,3) 组合,与,与调整，最,后,后形成方瓶,自,自动贴签的,设,设计机构,21,文库专用,2思维扩,展,展性,在已有成熟,产,产品的机构,上,上作,扩展设计,，获取新机,构,构,例2：要设,计,计实现,大行程,的,复杂运动,规律的机构,图2-14,大,大行程,复,复杂运动机,构,构,22,文库专用,大行程用线,性,性函数Sk,实,实现，即：Sk= K（t,）,）,复杂运动用,非,非线性函数Sf实现，,即,即：Sf=f（t）,机构系统：,机,机械（丝杠,）,）机构+电,磁,磁控制,综上所述：,思,思维扩展法,有,有两个特点,：,：,（1）将多,种,种技术综合,应,应用；,（2）在原,有,有的机构上,，,，根据产品,的,的新要求，,延,延续构思，,创,创造出新机,构,构。,2.6 机,构,构组合时的,基,基本原则及,影,影响因素,1) 结构,最,最简原则,选取的基本,机,机构，减小,加,加工误差与,加,加工累积误,差,差对产品性,能,能的影响。,23,文库专用,图2-15,直,直线机构,24,文库专用,2）机械效,益,益最大原则,图2-16,曲,曲柄滑块机,构,构,（2-1）,（2-2）,不计摩擦，,瞬,瞬间输入功,应,应等于输出,功,功,（2-3）,（2-4）,25,文库专用,3）机构效,率,率最大的原,则,则,图2-17,高,高副低代,的,的机构,26,文库专用,4）获得较,大,大的传动角, 原则,图2-18,机,机构的传,动,动角,图2-19,高,高副机构,的,的传动角,27,文库专用,在一个周期,中,中，传动角,是,是变化的，,总,总存在一个,最,最小的传动,角,角,作机构综合,时,时：,0,且,且,要,有,有,越,越,过,过,死,死,点,点,措,措,施,施,，,，,通,通,常,常,应,应,用,用,惯,惯,性,性,力,力,越,越,过,过,死,死,点,点,=0,28,文,库,库,专,专,用,用,5,）,）,机,机,构,构,动,动,力,力,源,源,因,因,素,素,动,力,力,源,源,有,有,多,多,种,种,形,形,式,式,：,：,电,电,能,能,、,、,电,电,磁,磁,能,能,、,、,气,气,能,能,、,、,液,液,压,压,、,、,波,波,能,能,量,能,能,转,转,换,换,形,形,式,式,电,电,动,动,机,机,、,、,气,气,、,、,液,液,压,压,机,机,构,构,6,）,）,动,动,载,载,荷,荷,最,最,小,小,原,原,则,则,高,速,速,机,机,构,构,，,，,力,力,争,争,平,平,衡,衡,惯,惯,性,性,力,力,重,载,载,机,机,构,构,也,也,要,要,有,有,平,平,衡,衡,惯,惯,性,性,力,力,措,施,施,是,是,：,机,机,构,构,取,取,对,对,称,称,结,结,构,构,，,，,重,重,力,力,矩,矩,自,自,行,行,平,平,衡,衡,机,机,构,构,最,最,有,有,利,利,于,于,重,重,力,力,平,平,衡,衡,29,文,库,库,专,专,用,用,2.7,按,按,功,功,能,能,结,结,构,构,矩,矩,阵,阵,设,设,计,计,运,运,动,动,简,简,图,图,一,、,、,设,设,计,计,原,原,理,理,与,与,过,过,程,程,1.,原,原,理,理,功,能,能,运,运,动,动,规,规,律,律,机,机,构,构,之,之,间,间,存,存,在,在,的,的,映,映,射,射,关,关,系,系,分解,与,与组,合,合完,成,成,矩,矩,阵,阵的,手,手段,2,功,功能,结,构,构矩,阵,阵设,计,计过,程,程,1）,功,功能,分,分类,，,，用,图,图形,符,符号,表,表示,2）,作,作功,能,能分,解,解,按关,联,联树,组,组成,功,功能,结,构,构矩,阵,阵；,3）,作,作原,型,型选,择,择，,即,即：,基,基本,机,机构,选,选择,；,；,4）,组,组合,成,成机,构,构，,并,并构,造,造多,个,个方,案,案；,5）,分,分析,比,比较,，,，选,出,出最,佳,佳方,案,案,30,文库,专,专用,图2-20,关,关联,数,数图,31,文库,专,专用,二、,示,示例,设计,一,一个,锻,锻压,设,设备,，,，它,采,采用,电,电动,机,机作,为,为动,力,力源,，,，要,求,求锻,压,压部,件,件（,锻,锻头,）,）作,上,上下,往,往复,运,运动,，,，锻,造,造出,高,高精,度,度的,毛,毛坯,。,。,（1,）,）功,能,能分,解,解,分析,：,：电,机,机旋,转,转，,锻,锻压,头,头上,、,、下,往,往复,运,运动,，,，机,构,构应,有,有：,A.,运,运,动,动形,式,式变,换,换功,能,能，,将,将旋,转,转运,动,动变,为,为直,线,线运,动,动；,B.,驱,驱,动,动力,放,放大,功,功能,C.,锻,锻,压,压头,作,作上,、,、下,往,往复,运,运动,方向,变,变换,的,的功,能,能,32,文库,专,专用,（2,）,）建,立,立功,能,能,机,机构,矩,矩阵,33,文库,专,专用,（3,）,）构,造,造机,构,构方,案,案,构造,机,机构,注,注意,三,三项,原,原则,：,：,a.,组,组,合,合的,可,可能,性,性原,则,则，,相,相关,点,点的,运,运动,要,要一,致,致；,b.,组,组,合,合的,有,有效,性,性原,则,则,组合,后,后运,动,动不,干,干涉,，,，保,证,证运,动,动范,围,围，,满,满足,运,运动,精,精度,要,要求,；,；,c.,构,构,件,件的,轮,轮廓,应,应有,可,可加,工,工性,。,。,（4,）,）分,析,析比,较,较，,确,确定,最,最佳,方,方案,结论,：,：依,据,据设,计,计要,求,求，,选,选出,方,方案A,34,文库,专,专用,图2-21,运,运,动,动简,图,图筛,选,选方,案,案,35,文库,专,专用,2.8.,按,按机,构,构的,结,结构,特,特性,作,作机,构,构组,合,合,1.,单,单自,由,由度,机,机构,中,中构,件,件数,与,与运,动,动副,的,的配,置,置,1）,不,不同,运,运动,符,符的,构,构件,类,类型,及,及构,件,件数,代,代号,二极,杆,杆：,一,一个,构,构件,上,上有,两,两个,铰,铰接,点,点；,三极,杆,杆：,一,一个,构,构件,上,上有,三,三个,铰,铰接,点,点；,四级,杆,杆：,一,一个,构,构件,上,上有,四,四个,铰,铰接,点,点；,若：n2,：,：二,极,极杆,的,的构,件,件数,n3,：,：三,极,极杆,的,的构,件,件数,n4,：,：四,极,极杆,的,的构,件,件数,nn,：,：n极,杆,杆的,构,构件,数,数,N,：,：,机,机构,的,的总,件,件数,36,文库,专,专用,2）,单,单,自,自由,度,度机,构,构中,不,不同,运,运动,副,副的,构,构件,的,的配,置,置,（2-5,）,）,四杆,机,机构,：,：,只,只有,一,一种,配,配置,方,方案,；,；n2=4,；,；,六杆,机,机构,：,：,有,有两,种,种配,置,置方,案,案,n2=4,，,，n3=2,有效,配,配置,案,案一,种,种，,构,构成,两,两种,运,运动,链,链,即为,：,：,瓦特,链,链斯蒂,芬,芬链,：,37,文库,专,专用,八杆,机,机构,：,：,具,具有,三,三种,配,配置,方,方案,构成16,种,种运,动,动链,图,图,图2-22,六,六,杆,杆机,构,构的,运,运动,链,链图,38,文库,专,专用,图2-23,八,八,杆,杆机,构,构的,运,运动,链,链图,39,文库,专,专用,2,运,运动,链,链图,及,及机,构,构的,生,生成,法,法,运动,链,链图,：,：,去掉,机,机构,中,中构,件,件的,工,工程,（,（功,能,能）,含,含义,，,，只,保,保留,构,构件,之,之间,的,的联,接,接关,系,系，,所,所构,成,成的,连,连接,结,结构,图,图称,为,为运,动,动链,图,图,。,例4.,按,按步,行,行机,构,构的,轨,轨迹,，,，用6杆,机,机构,设,设计,步,步行,机,机构,图2-24,步,步,行,行机,构,构轨,迹,迹图,40,文库,专,专用,图2-25,瓦,瓦,特,特链,的,的倒,置,置机,构,构,图2-26斯,蒂,蒂芬,链,链链,的,的倒,置,置机,构,构,41,文库,专,专用,图2-27,选,选出,的,的步,行,行机,构,构,图2-28,机,机,构,构变,异,异,3,基,基本,结,结构,变,变异,（1,）,）转,动,动副,变,变异,成,成移,动,动副,演化,原,原理,：,：构,件,件杆,长,长变,为,为时,，,，,构件,：,：转,动,动副,移,移动,副,副。,42,文库,专,专用,（2,）,）低,副,副变,异,异为,高,高副,变异,原,原理,：,：变,异,异前,、,、后,各,各构,件,件之,间,间的,拓,拓扑,关,关系,保,保持,不,不变,。,二极,杆,杆,高,副,副配,合,合面,图2-29机,构,构变,异,异（4杆,机,机构,的,的低,副,副变,高,高副,）,）,43,文库,专,专用,4.,瓦,瓦特,链,链的,代,代换,过,过程,图2-30瓦,特,特链,的,的低,副,副变,高,高副,44,文库,专,专用,5.,斯,斯蒂,芬,芬链,的,的代,换,换过,程,程,图2-31斯,蒂,蒂芬,链,链的,低,低副,变,变高,副,副,45,文库,专,专用,演讲,完,完毕,，,，谢,谢,谢观,看,看！,