第2讲 机械系统方案

机构科技创新训练机构科技创新训练袁湘月袁湘月森工楼森工楼1.1. 机械系统机械系统2.2. 功能综合功能综合3.3. 原理综合原理综合4.4. 构型综合构型综合第二讲第二讲 机械系统方案设计的创机械系统方案设计的创新新1.1. 机械系统机械系统2.2. 功能综合功能综合3.3. 原理综合原理综合4.4. 构型综合构型综合第二讲第二讲 机械系统方案设计的创机械系统方案设计的创新新1 1） 机械系统：机械系统：由若干机械装置组成的一个特定系统。由若干机械装置组成的一个特定系统。2 2） 组成：组成：1 1 机械系统机械系统3 3）机械系统的相关性）机械系统的相关性1 1 机械系统机械系统4 4）机械系统的进化性）机械系统的进化性1 1 机械系统机械系统5 5）机械系统设计的内容）机械系统设计的内容a. 产品规划阶段：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b.方案设计阶段：方案设计阶段： 功能综合；原理综合；构型综合c技术设计阶段：技术设计阶段：d施工设计阶段：施工设计阶段：1 1 机械系统机械系统1.1. 机械系统机械系统2.2. 功能综合功能综合3.3. 原理综合原理综合4.4. 构型综合构型综合第二讲第二讲 机械系统方案设计的创机械系统方案设计的创新新 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、解、分类，进行适当裁减，实现设分类，进行适当裁减，实现设 计的突破。计的突破。1 1） 功能综合概念功能综合概念2 2）功能分析：）功能分析：对系统输入输出的描述（黑箱法）：对系统输入输出的描述（黑箱法）：3 3）功能分类）功能分类A. 按机械系统的按机械系统的组成组成进行功能分类进行功能分类 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 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 执行功能：执行功能：实现和完成产品的最终功能。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 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3 3）功能分类）功能分类B. 按按三要素三要素变换的物理作用进行分类变换的物理作用进行分类 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。 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。 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。3 3）功能分类）功能分类 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。 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。 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。3 3）功能分类）功能分类C. 机构能实现的基本功能机构能实现的基本功能 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，间歇运动等转动，单双向移动，单双向摆动，间歇运动等 变换运动的速度变换运动的速度 减速，增速，变速，调速等减速，增速，变速，调速等 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两轴线平行、相交、空间任意方向运动的变换 运动的合成与分解运动的合成与分解 两个自由度的机构，以及各种差速机构两个自由度的机构，以及各种差速机构 操纵与控制操纵与控制 主要指各种离合装置，操纵装置主要指各种离合装置，操纵装置 实现给定的运动轨迹实现给定的运动轨迹 机构中的浮动构件可实现各种轨迹要求机构中的浮动构件可实现各种轨迹要求 实现给定的运动位置实现给定的运动位置 两个连架杆对应位置，连杆导引位置两个连架杆对应位置，连杆导引位置 实现特殊功能实现特殊功能 增力，增程，微动，急回，夹紧，定位，自锁增力，增程，微动，急回，夹紧，定位，自锁4 4）功能分解）功能分解例例1 1：化妆品自动包装机功能结构图：化妆品自动包装机功能结构图 例例2 2：齿轮变速箱功能结构图：齿轮变速箱功能结构图 1.1. 机械系统机械系统2.2. 功能综合功能综合3.3. 原理综合原理综合4.4. 构型综合构型综合第二讲第二讲 机械系统方案设计的创机械系统方案设计的创新新p 在功能分析与综合的基础上，方案设计阶段的在功能分析与综合的基础上，方案设计阶段的主要工作就是原理综合。原理没有一个统一的主要工作就是原理综合。原理没有一个统一的规律可遵循，其方案解是发散的，有很多规律可遵循，其方案解是发散的，有很多可行可行解解，需要根据，需要根据实用性、经济性、可靠性实用性、经济性、可靠性等各项等各项性能指标进行评定推出其中一种方案。因此方性能指标进行评定推出其中一种方案。因此方案设计的过程是一个案设计的过程是一个发散发散-收敛收敛的过程，是创的过程，是创新的过程，是新的过程，是最富有创造性最富有创造性的阶段。的阶段。1 1）原理综合）原理综合A A设计中的技术冲突设计中的技术冲突p TRIZTRIZ理论认为发明问题的核心是理论认为发明问题的核心是解决冲突解决冲突。设。设计人员在设计过程中不断发现冲突，并利用相计人员在设计过程中不断发现冲突，并利用相应的应的发明原理发明原理解决这些冲突，使产品向理想化解决这些冲突，使产品向理想化方向进化。方向进化。p TRIZTRIZ理论研究人员通过对世界上理论研究人员通过对世界上250250万项专利万项专利的详细研究提出了的详细研究提出了3939个通用工程参数来描述的个通用工程参数来描述的技术冲突问题。这些工程参数见表技术冲突问题。这些工程参数见表2 2）技术冲突解决原理（）技术冲突解决原理（TRIZTRIZ理论）理论）B B发明原理发明原理p 在对全世界专利分析研究的基础上，在对全世界专利分析研究的基础上，TRIZ TRIZ 理理论的研究人员在抽象层次上提出了论的研究人员在抽象层次上提出了4040条条发明原发明原理，用于指导冲突的解决和产品的创新。这些理，用于指导冲突的解决和产品的创新。这些发明原理见表发明原理见表2 2）技术冲突解决原理（）技术冲突解决原理（TRIZTRIZ理论）理论）3939项参数描述了问题的空间，项参数描述了问题的空间，4040条发条发明原理则填充了问题解的空间明原理则填充了问题解的空间必须找出问题与解的对应关系必须找出问题与解的对应关系TRIZTRIZ研究人员通过长时间的分析与研研究人员通过长时间的分析与研究提出了冲突矩阵的概念究提出了冲突矩阵的概念矩阵的行表示冲突恶化的的参数，矩矩阵的行表示冲突恶化的的参数，矩 阵的列表示冲突改善的参数，矩阵中阵的列表示冲突改善的参数，矩阵中的元素则为第的元素则为第i i个恶化的参数与第个恶化的参数与第j j个个改善的参数构成的技术冲突的原理解改善的参数构成的技术冲突的原理解该解用发明原理的序号表示。其中若该解用发明原理的序号表示。其中若 i i与与j j相同，则该元素为空相同，则该元素为空2 2）TRIZTRIZ理论理论冲突矩阵冲突矩阵振动筛在选矿、化工原料分选、粮食分选以及垃圾分选中振动筛在选矿、化工原料分选、粮食分选以及垃圾分选中都是主要设备，其中，筛网的损坏是设备报废的原因之一，都是主要设备，其中，筛网的损坏是设备报废的原因之一，尤其对筛分垃圾的振动筛，分析其原因，利用冲突矩阵寻尤其对筛分垃圾的振动筛，分析其原因，利用冲突矩阵寻求解决问题的办法。求解决问题的办法。1.1. 机械系统机械系统2.2. 功能综合功能综合3.3. 原理综合原理综合4.4. 构型综合构型综合第二讲第二讲 机械系统方案设计的创机械系统方案设计的创新新p 为实现原理解而进行的运动机构类型的选择与为实现原理解而进行的运动机构类型的选择与构造构造p 各种功能，尤其机械运动的变换功能，多数是各种功能，尤其机械运动的变换功能，多数是由机构来实现的由机构来实现的 机构的构型与创新将在以后章节进行专门的研究与探机构的构型与创新将在以后章节进行专门的研究与探讨，本节主要罗列各种基本机构的基本功能讨，本节主要罗列各种基本机构的基本功能1 1） 构型综合构型综合2 2） 机构选型机构选型3 3） 构型选择的注意事项构型选择的注意事项