第一篇：綠色機械創(chuàng)新設計

綠色機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計

摘要：我國制造業(yè)的工業(yè)增加值已經(jīng)進入世界前四位,成了制造大國,但遠遠不是制造強國,與發(fā)達國家的差距還很大，在可持續(xù)發(fā)展的推動下，綠色產(chǎn)品逐漸興起，相應的，綠色產(chǎn)品的研究方法成為了一個熱點。

Abstract: our manufacturing value added of industry has entered the world top four, became a manufacturing power, but far from manufacturing power, the gap with developed countries is very big still, in the push of sustainable development, green products gradually arisen, corresponding, green product research method has become a hot topic.關鍵詞：綠色；機械產(chǎn)品；創(chuàng)新設計

Key words: green；mechinary products；innovation design

一、機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計的原則

(一)經(jīng)濟效益最好原則

設計的機械零件既要功能滿足客戶要求,又要成本低廉?？紤]經(jīng)濟最佳性必須從設計和制造兩個方面上入手。設計上保證合理的原理方案,選用正確的材料;制造上考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。

(二)生態(tài)效益最好原則

不論是在產(chǎn)品制造過程中,還是在產(chǎn)品使用過程中,都要求產(chǎn)品對周圍環(huán)境“零污染”。這就要求在設計過程中盡量選擇低污染的材料及零部件,避免選用有毒、有害和有輻射性的材料。

(三)安全可靠原則

安全可靠是機械產(chǎn)品品質(zhì)的保證,必須確定零件在強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性及熱平衡性上滿足設計要求。對于重型機械,一般要求有自鎖裝置和保險裝置,以確保操作員人身安全。

二 綠色機械創(chuàng)新設計

2.1 綠色設計綠色設計是指借助產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品相關的技術信息、環(huán)境協(xié)調(diào)性信息、經(jīng)濟信息等，利用并行設計等各種先進的設計理論，使設計出的產(chǎn)品具有先進的技術性、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及合理的經(jīng)濟性的一種系統(tǒng)設計方

法。綠色設計要求產(chǎn)品具有以下屬性：節(jié)能、可拆卸和可維修性、產(chǎn)品報廢后的可回收和可再利用、不含有害物質(zhì)、廢棄物的處理過程經(jīng)濟或不會對環(huán)境、安全和身體健康造成危害等。

2.2 創(chuàng)新設計創(chuàng)新設計，要求設計者充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，吸收最新科技成果，運用現(xiàn)代設計理論和方法，設計出更具競爭力的新穎產(chǎn)品。機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計類型可分為三種：原創(chuàng)設計、變異設計和反求設計。現(xiàn)代公司必須致力于開發(fā)新產(chǎn)品，必須學習如何有效的創(chuàng)新，從產(chǎn)品概念到投放市場，都必須融合新的“設計”。產(chǎn)品設計可以看成是一種以解決問題為直接目標的活動，需要一系列復雜而系統(tǒng)的努力，包括：提出拓展設計概念，修改細節(jié)，評價合理的解決方案等

2.3 綠色創(chuàng)新設計綠色創(chuàng)新設計是綠色設計與創(chuàng)新設計互相交合后產(chǎn)生的一種具有綠色特點的創(chuàng)新設計。目前產(chǎn)品開發(fā)中，有的綠色設計是創(chuàng)新設計，有的綠色設計不是創(chuàng)新設計；綠色設計與創(chuàng)新設計不應互為排斥，而要互相交合，形成綠色設計中有創(chuàng)新設計，創(chuàng)新設計中有綠色設計，構成綠色創(chuàng)新設計。綠色創(chuàng)新設計是綜合考慮環(huán)境影響和資源效率，應用創(chuàng)造性思維，進行創(chuàng)新設計的一種方法。

三

綠色創(chuàng)新設計原則

3.1 生態(tài)效益最好原則綠色設計強調(diào)不論是在產(chǎn)品制造過程中，還是在產(chǎn)品使用過程中，都要求產(chǎn)品對周圍環(huán)境“零污染”。這就要求在設計過程中盡量選擇低污染的材料及零部件，避免選用有毒、有害和有輻射性的材料；設計能源消耗少的產(chǎn)品，減少對材料和資源的需求，保護地球的礦物資源。噪聲也是一種環(huán)境污染，影響到人體健康。隨著環(huán)保意識的增強，人們對環(huán)境要求越來越苛刻，低噪聲設計日趨重要。從設計上就考慮產(chǎn)品的生態(tài)平衡性，應用綠色設計理念，是一種從源頭上控制污染的有效策略。

3.2 經(jīng)濟效益最好原則設計的機械零件既要功能滿足客戶要求，又要成本低廉?？紤]經(jīng)濟最佳性必須從設計和制造兩個方面上入手。設計上保證合理的原理方案，選用正確的材料；制造上考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。

3.3 安全可靠原則安全可靠是機械產(chǎn)品品質(zhì)的保證，必須確定零件在強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性及熱平衡性上滿足設計要求。對于重型機械，一般要求有自鎖裝置和保險裝置，以確保操作員人身安全。

3.4 人機工程學原則綠色設計倡導“以人為本”，進行人性化設計，實現(xiàn)對人體的良好保護。通過研究組成人機系統(tǒng)的人和機器的相互關系，以提高整個系統(tǒng)的工作效率，并使“人一機器一環(huán)境”相互協(xié)調(diào)，以求達到人的能力與作業(yè)活動要求相適應，創(chuàng)造高效、舒適、安全的勞動條件。機器外觀造型應比例協(xié)調(diào)、大方，給人以時代感和美感，色彩要和產(chǎn)品功能相適應。如醫(yī)療器械要用淺色，給人以衛(wèi)生、安靜感；冰箱、制冷器要用冷色，給人以清涼感。綠色設計與傳統(tǒng)設計的根本區(qū)別在于：綠色設計要考慮產(chǎn)品的整個生命周期，從產(chǎn)品的構思開始，在產(chǎn)品的結構設計、零部件的選材、制造、使用、報廢和回收利用過程中對環(huán)境、資源的影響，希望以最小的代價實現(xiàn)產(chǎn)品“從搖籃到再現(xiàn)”的循環(huán)。綠色設計綜合考慮環(huán)境因素和資源利用率等。

四

綠色創(chuàng)新設計的特點

4.1 體現(xiàn)綠色設計理念基于綠色原型的創(chuàng)新設計所依賴的設計實施技術方法群是建立在綠色設計的理論基礎上，設計者充分利用創(chuàng)造原理，發(fā)揮創(chuàng)新性思維，以尋找產(chǎn)品設計的創(chuàng)新點。其重點表達產(chǎn)品在制造、使用和回收利用的過程中可能造成的對環(huán)境的污染及資源的過分消耗。

4.2 面向產(chǎn)品全生命周期進行設計傳統(tǒng)設計方法局限于考慮產(chǎn)品在使用過程中具有的功能屬性(使用功能)，設計者缺乏環(huán)境保護意識。在基于綠色原型的創(chuàng)新設計中，強度方案設計是基于產(chǎn)品全壽命周期，通過分析產(chǎn)品在設計、生產(chǎn)、使用和再利用整個過程可能造成的對人和周圍環(huán)境的影響。

4.3 強調(diào)創(chuàng)造原理與程序化思考創(chuàng)造性活動的開展和完成，不僅依賴于創(chuàng)新性思維，更需要應用創(chuàng)造原理。當邏輯思維、直覺思維、抽象思維等創(chuàng)新思維不能滿足產(chǎn)品設計要求時，通過建立設計方案形態(tài)學矩陣，進行系統(tǒng)的搜索，把創(chuàng)新變成程序化的思考過程，能夠克服經(jīng)驗總結設計的不足，促使創(chuàng)造性成果的生成。

4.4 超前性、綜合性與先進性特征①超前性。綠色創(chuàng)新設計體現(xiàn)了未來新產(chǎn)品開發(fā)的趨勢，將有助于縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，如快新產(chǎn)品開發(fā)，使開發(fā)的新產(chǎn)品更能符合滿足未來社會的需要，具有超前性。②綜合性。綠色創(chuàng)新設計綜合了綠色設計和創(chuàng)新設計的概念、方法、特點、技術等各種因素，形成新的設計方法或設計思路。從創(chuàng)新設計的角度看，綠色創(chuàng)新設計是綠色設計與創(chuàng)新設計的有機

聯(lián)系與綜合。③先進性。綠色創(chuàng)新設計是對綠色設計和創(chuàng)新設計各種因素的優(yōu)化組合，增加了新產(chǎn)品的價值，是面前市場，具有競爭優(yōu)勢的設計。

五

綠色創(chuàng)新設計的方法

5.1 逆向設計法逆向設計是相對正向設計而言，其基礎是應用逆向思維，利用事物的對立面。如對立、對立并存、對立綜合等，從原理逆向、大小逆向和屬性逆向等方面進行綠色創(chuàng)新設計。①簡化。簡化產(chǎn)品結構。如減少部件的數(shù)量，以便于裝備、拆卸、減少緊固件數(shù)量等；簡化拆卸過程。如結構設計時，采用易于拆卸的連接方式，減少緊固件數(shù)量等；簡化回收工藝：廢舊產(chǎn)品的回收工藝技術應簡單可行。②極小化。朝極小化方向思考：如產(chǎn)品的輕、薄、短、小化。③極大化。朝極大化方向思考：如采用新技術、新原理、新材料等構思功能極大化的結構簡單、材料少、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長的產(chǎn)品。④廢舊產(chǎn)品的回收利用。利用新構思、新技術、回收利用廢舊產(chǎn)品?；厥召Y源、減少環(huán)境污染，如對全塑汽車的回收利用。

5.2 組合法將兩個或兩個以上的技術要素通過巧妙的組合，獲得創(chuàng)新綠色產(chǎn)品的方法。

①材料組合。如A綠色材料+B綠色材料→C綠色材料。

②工藝組合。如標賣內(nèi)噴涂絳子激光處理新工藝。

③技術組合。如以無污染、資源廣泛的純水作為液壓傳動的工作介質(zhì)，加快

研制適用于純水的液壓元件與系統(tǒng)。

④模塊組合。不同功能模塊的有機組合，構成不同的產(chǎn)品，如集成罰。模塊組合有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，維修、廢棄產(chǎn)品的拆卸回收。

5.3 移植法運用其它領域綠色設計和創(chuàng)新設計的理論、方法和技術，研究本領域綠色設計和創(chuàng)新設計中存在的問題，開發(fā)具有綠色特點的新產(chǎn)品。

①原理移植。如將太陽能炊具的集熱原理移植到雨傘上，研制成雨天擋雨，晴天能燒水或做飯的新型多功能傘。

②結構移植。如將機床滑動摩擦導軌的摩擦面置于滾子間，則得到牽引力小，傳動效率高，潤滑系統(tǒng)簡單，維修方便的滾動摩擦導軌。這種新型導軌是平面滾動軸承結構方式的一種移植。

③材料移植。如將工業(yè)陶瓷用于發(fā)動機氣缸，可大幅度提高熱效率，降低燃

料消耗，是材料的創(chuàng)造性移植。

④方法移植。如突變論→材料的突變論→新型綠色材料。

5.4 選擇綠色材料綠色材料是構成綠色產(chǎn)品的基礎，綠色創(chuàng)新設計應選擇綠色材料。選擇的綠色材料應是能耗低、成本低、來源廣泛、污染小、易回收、可降解的材料。

如常用電冰箱制冷劑氟利昂具有良好的制冷效果，但由于其使用會破壞大氣臭氧層，因而使用受到限制，應研制、選擇對環(huán)境無污染的新型制冷劑。

綠色產(chǎn)品的創(chuàng)新設計可以說是一項重大的設計，他既創(chuàng)新了機械產(chǎn)品又保護了環(huán)境，它可以從機械產(chǎn)品德形狀，材料，結構，工藝等方面經(jīng)行綠色設計。

參考文獻：

【1】 張春林，機械創(chuàng)新設計 北京

機械工業(yè)出版社 【2】 申永勝

機械原理

北京

清華大學出版社 【3】 劉光復

綠色設計與綠色制造

機械工業(yè)出版社 【4】 吳宗澤

機械結構設計準則與實例

機械工業(yè)出版社

第二篇：機械創(chuàng)新設計

學習機械創(chuàng)新設計后的感想與收獲

機信087 王橙巖 08080803110239

機械創(chuàng)新設計技術是一門培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、提高學生綜合素質(zhì)、啟發(fā)創(chuàng)新思維、注重工程能力培養(yǎng)、介紹機械創(chuàng)新設計方法與機電產(chǎn)品制作實踐的課程。而機械創(chuàng)新設計正是以培養(yǎng)學生主動實踐、工藝實踐及創(chuàng)新能力的一門課程。

通過老師的講解與播放多媒體典型機電產(chǎn)品設計案例的分析與指導，使我進一步了解了創(chuàng)新設計、產(chǎn)品制作的過程與方法。緊接著老師讓我們分組親自動手設計一件物品，在實踐中我培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新能力，加深了知識的理解與動手能力。機械創(chuàng)新，精髓便在創(chuàng)新二字，雖然身在大三，閱歷尚淺，然則閱歷過多 則多會犯經(jīng)驗主講之錯誤，很多人也由于知識過多而導致思想嚴重保守，從而失去了創(chuàng)新能力，因此從這一方面看，閱歷少既是我們的劣勢，同時也是優(yōu)勢，劣勢在于我們所接觸知識不多，從而導致思想與實際情況相脫離甚至相違背，而優(yōu)勢則在于思想不受限制，許多突發(fā)廳想便在瞬間產(chǎn)生，其擺脫傳統(tǒng)，得到創(chuàng)新。很多人談到設計首先想到的是“我的能力不足，我的學歷不夠”首先就進行了自我否定，認為設計是一件很難的事，是一件常人很難企及的事。其實設計并不是燈塔上的明珠，難以企及，只要我們注意生活、觀察生活中的不足，就一定能設計出我們想要的產(chǎn)品。

以前聽電視上講了一個未讀完初中的保安，覺得現(xiàn)現(xiàn)代馬桶不好用，尤其是那種自動抽紙的馬桶。所以想方設法對其進行了改進，最后經(jīng)過一年的努力終于發(fā)明了一種機械式馬桶。很多大公司紛紛找上

門要購買其專利，有的甚至高達兩百萬。值的我們深思的是，這些公司人才濟濟，而且都是名校的高材生??

一個未念完初中的人，讓一群高材生都汗顏。他沒有什么特別之處，但他有那種敢想敢做的精神，并為之不懈努力。他沒有認為自己該有什么文憑，所以設計發(fā)明也是大眾的事，人人都是發(fā)明家，人人都是設計師。

另外我們研究學問的同時我們也要更多的注重人際交往的能力，交往是更好的合作的前提，只有更好的交往才能更好的合作，才能做出最棒的產(chǎn)品，我們可以想象一個不會交往的人，縱使他在有才華，也是很難做出一件十分完美的產(chǎn)品的，因為一個人的力量，一個人能想到的問題，一個人的創(chuàng)意畢竟有限，只有依靠大家的力量，通力合作才能做出更偉大的成就，我們可以想象在現(xiàn)在這樣一個科技發(fā)展迅速的世界里，時間就是金錢，時間就是效率，只有抓住時間通力合作，才能縮短時間，才能縮短上市時間，才能抓住商機，創(chuàng)造更大的價值，所以交往并非是演說家的專利，更是技術家的專利，交往是每個人應該掌握的一門技能，它不但服務于我們的社會生活，還可以服務于我們的工作學習，所以交際是一門學問，每個人都要學習的。

我們平日所學習的，多為課本上的理論知識，然而無數(shù)事實證明理論與實際是有區(qū)別的，理論上成立的東西實際上可能很難完成，除此之外，我們在實踐中亦可以學習不少課本上從未出現(xiàn)的東西，通過學習這些，我們的動手能力與實踐能力在很大的程度上會有所加強，從而使自己的綜合素質(zhì)能夠上一個臺階，這些對我們進入社會都會有

十足的好處，畢竟，現(xiàn)代社會追求的是擁有綜合素質(zhì)的人才，只有在大學里通過積極參與各項活動，才能充分地鍛煉自己，才能使自己的能力得到鍛煉，才能使自己成為社會需要，用人企業(yè)需要的人才，這樣才不辜負自己在大學的幾年學習。

第三篇：機械創(chuàng)新設計.

機械創(chuàng)新設計實訓設計說明書

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實訓班級： 組長姓名： 組員姓名： 組員姓名： 組員姓名： 組員姓名： 組員姓名： 組員姓名： 組員姓名：

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目錄

摘要..................................................................................................................................................3 1 課題背景及意義...........................................................................................................................3

1.1 課題背景............................................................................................................................3 1.2 創(chuàng)新設計意義....................................................................................................................3 2 設計條件與要求...........................................................................................................................3

2.1..............................................................................................................................................3 2.2..............................................................................................................................................3 2.3..............................................................................................................................................3 3 方案選擇.......................................................................................................................................4

3.1..............................................................................................................................................4 3.2..............................................................................................................................................4 3.3..............................................................................................................................................4 4 結構設計.......................................................................................................................................4

4.1..............................................................................................................................................4 4.2..............................................................................................................................................4 5 分析計算.......................................................................................................................................4

5.1..............................................................................................................................................4 5.2..............................................................................................................................................5 6 創(chuàng)新點及應用...............................................................................................................................5

6.1..............................................................................................................................................5 6.2..............................................................................................................................................5 6.3..............................................................................................................................................5 7 總結..............................................................................................................................................5

7.1..............................................................................................................................................5 7.2..............................................................................................................................................5 8 參考文獻.......................................................................................................................................5

摘要 課題背景及意義

1.1 課題背景

1.2 創(chuàng)新設計意義 設計條件與要求

2.1

2.2

2.3 方案選擇

3.1

3.2

3.3 結構設計

4.1

4.2 分析計算

5.1 理論分析與計算

5.2 工作原理 創(chuàng)新點及應用

6.1

6.2

6.3 總結

7.1

7.2 參考文獻

附圖： 附圖一 附圖二 …… 附圖N

第四篇：機械創(chuàng)新設計

機械創(chuàng)新設計中的機構創(chuàng)新設計

摘要

機械創(chuàng)新設計是指規(guī)劃構思出新穎有價值的機械產(chǎn)品的活動過程，而機構創(chuàng)新是機械創(chuàng)新設計的一個重要方面。本文首先簡述了機械創(chuàng)新設計的內(nèi)涵，隨后針對機構創(chuàng)新方面進行了舉例說明，最后以折疊式擔架車為實例對機構創(chuàng)新在機械設計創(chuàng)新中的應用進行了簡要介紹。關鍵詞

機械 創(chuàng)新 設計 機構 再生 原理

一、機械創(chuàng)新設計概述

1、引言

機械設計是指根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。一般來說，機械設計分為以下幾步：第一步就是敢發(fā)現(xiàn)問題，感悟需求；第二步是弄清問題的本質(zhì)；第三步是尋求問題的科學原理解，解決問題都是要遵循科學原理或利用科學規(guī)律、現(xiàn)象；第四步是選定科學原理解，規(guī)劃工藝動作，規(guī)劃功能；第五步是機械系統(tǒng)的構思，尺度綜合；第六步是機械系統(tǒng)的評價選優(yōu)；第七步是對被選定機械系統(tǒng)作結構設計；第八步是造型包裝設計。

創(chuàng)新是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程。起源于拉丁語，它原意有三層含義，第一，更新；第二，創(chuàng)造新的東西；第三，改變。創(chuàng)新是人類特有的認識能力和實踐能力，是人類主觀能動性的高級表現(xiàn)形式，是推動民族進步和社會發(fā)展的不竭動力。

機械創(chuàng)新設計是充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力和智慧，利用人類已有的相關科學理論、方法和原理，進行新的構思，設計出新穎、有刨造性及實用性的機構和機械產(chǎn)品[1]。

2、機械創(chuàng)新設計的內(nèi)涵

狹義的機械創(chuàng)新設計是指規(guī)劃構思出新穎有價值的機械產(chǎn)品的活動過程，它的標志是設計產(chǎn)品具有新穎性。廣義的機械創(chuàng)新設計應該包括設計思想方法、手段的創(chuàng)新。一般情況下，機械創(chuàng)新設計被理解為狹義的。

從機械的定義、機械設計過程看機械創(chuàng)新設計的內(nèi)涵主要在以下幾方面[2]： 1)產(chǎn)品功能的創(chuàng)新設計。包括滿足人類需求的全新功能的產(chǎn)品和增加新功能的產(chǎn)品的創(chuàng)造。

2)完成產(chǎn)品功能的新的科學原理的運用。

3)實現(xiàn)工藝動作的新規(guī)劃，用工藝動作完成產(chǎn)品功能是機械產(chǎn)品的重要特征。4)機械系統(tǒng)的創(chuàng)新組合。

5)機構創(chuàng)新，包括基本機構的演變創(chuàng)新和機構的組合創(chuàng)新。

6)結構創(chuàng)新。機器由具體的功能結構結合而成，結構元素的變化構成機械創(chuàng)新設計最為具體的部分。

7)檢測控制系統(tǒng)創(chuàng)新。8)產(chǎn)品造形創(chuàng)新。

機械創(chuàng)新設計的實質(zhì)內(nèi)容是“新”字，構成一個機械產(chǎn)品的某一部分相對于舊有產(chǎn)品而言，具有新穎價值，其設計過程中就進行了創(chuàng)新設計。機械創(chuàng)新設計只是機械設計過程中，對產(chǎn)品規(guī)劃構思的某些部分作了新穎有價值的設計。機械創(chuàng)新設計只是機械設計中的一個環(huán)節(jié)，前者不能取代后者。

本文將針對機構創(chuàng)新這一點，闡述機構學相關理論在機械創(chuàng)新設計方面的應用。

二、機械創(chuàng)新設計中的機構創(chuàng)新

1、新機構的創(chuàng)新設計

任何一個設計，其首要工作應明確設計目的和設計任務以及設計出機構應實現(xiàn)的功能。機械系統(tǒng)的功能分析是機構創(chuàng)新設計中非常重要的環(huán)節(jié)，是后續(xù)設計的基礎。最基本的功能分析是確定輸入、輸出運動形式和相關約束條件，從而總結出為實現(xiàn)所需功能所需的機構自由度、各類型構件數(shù)目、機構中各類運動副的分配情況等[3]。在進行機械裝置的功能分析之后，可根據(jù)現(xiàn)有的單鉸運動鏈圖譜找出滿足機構自由度要求和基本功能要求的單鉸運動鏈，且這些僅含連桿與轉動副的所有單鉸運動鏈原型可作為下一步創(chuàng)新綜合的基礎。

例如，要求設計一個能較精確地實現(xiàn)預期運動規(guī)律(將轉動變換為移動)的傳動系統(tǒng)——凸輪控制機構。則可確定凸輪為原動件，滑塊為輸出構件，該凸輪要求恒速轉動，以驅(qū)動滑塊沿固定導軌移動。而滑塊要按規(guī)定的行程作往復運動。按以上要求分析，機構的自由度為l，應選擇F=l的運動鏈，而滿足需求的最簡單運動鏈為平面四桿鏈。由于機構中存在凸輪高副，且輸出為移動副，則應對四桿機構進行運動副的替代，不難發(fā)現(xiàn)替代后運動鏈為1R1P1Z[4]形式(R為轉動副、P為移動副、Z為凸輪高副)。同時可明確輸入運動為轉動，構件1為驅(qū)動件(即為凸輪)，輸出運動為移動，構件3為輸出件(滑塊)，構件2為相對固定的機架，從而得到其機構簡圖如圖2-1所示。滾子4并非運動鏈中的構件，在此只是起到減少凸輪副磨擦損耗的作用。

圖2-1平面四桿運動鏈替代后的機構

若要滿足力或運動的擴大功能，則可分別選擇瓦特鏈與斯蒂芬森鏈為原型的六桿運動鏈并使機構中同時存在凸輪高副和齒輪高副。先來討論瓦特鏈的形式，如圖2-2所示。根據(jù)運動副替代方法，可將瓦特鏈中的構件2與轉動副B和C替代為凸輪副HS，構件l則為凸輪；構件4與轉動副E和G替代為齒輪副HS，構件3為齒輪，構件5為齒條也即是滑塊。接下來確定出三元素桿6為機架，即可設計出機構運動簡圖，如圖2-3所示。圖中l(wèi)為主動凸輪，通過主動凸輪帶動齒輪3擺動，再通過齒輪齒條的嚙合，實現(xiàn)滑塊5的往復移動輸出，達到預期功能。

圖2-2 替代后的瓦特鏈

圖2-3 根據(jù)瓦特鏈創(chuàng)作的機構

再來看斯蒂芬森鏈，如圖2-4所示?？蓪嫾?和轉動副B和C替代為凸輪副HS，構件1則為凸輪；構件5與轉動副E和F替代為齒輪副HS，構件3為齒輪，構件6為齒條。此時三元素桿3既是與凸輪連接的從動桿，又是齒輪。三元素桿6則

既可能成為帶固定齒條的機架(如圖2-5a所示)，也可能成為與機架通過移動副連接的齒條滑塊(如圖2-5b所示)。從而可能得出兩種不同結構的機構。

圖2-4替代后的斯蒂芬森鏈

圖2-5 根據(jù)斯蒂芬森鏈創(chuàng)新出的機構

圖2-5a方案是以構件6為帶固定齒條的機架，當輸入轉矩驅(qū)動凸輪1轉動時，利用凸輪傳動使齒輪3實現(xiàn)往復擺動，由于齒輪3與機架6所含齒條的嚙合，齒輪3的中心相對于機架6成往復直線運動，再通過齒輪3與滑塊4的鉸接，最終形成滑塊4相對于機架6的往復直線運動輸出。圖2-5b方案是以構件4為機架，通過凸輪驅(qū)動輸入轉動，再通過凸輪1將轉動傳遞給齒輪3，齒輪3與滑塊齒條6嚙合，使滑塊齒條6相對機架4作往復移動輸出。在上述方案中為減少凸輪上的磨擦損耗均采用了滾子結構。

2、基于原機構的再生創(chuàng)新與綜合

另一種基于現(xiàn)有裝置的再生創(chuàng)新綜合，其設計全過程可分如下5步：(1)明確所設計機器的功能要求，并作相關調(diào)研；(2)根據(jù)已有的機構將其轉換成僅含構件和轉動副的單鉸運動鏈；(3)是根據(jù)原型單鉸運動鏈的基本特性進行構型綜合，即在機構自由度保持不變的情況下，根據(jù)需要可適當調(diào)整原機構桿件數(shù)，并對其各類運動鏈型綜合而獲得所有獨立異構的運動鏈；(4)是根據(jù)設計的功能需求與約束條件，選取滿足條件的運動鏈，并進行機構的演化與創(chuàng)新；(5)最后進行機構的結構化設計，得到機械裝置的運動簡圖[5]。現(xiàn)以一個凸輪控制機構的創(chuàng)

新設計為例作簡單討論。

已知一凸輪控制機構使一個大質(zhì)量M，按給定的行程D作往復運動，要求根據(jù)創(chuàng)新綜合方法，提出其它設計方案，并要求比原機構能獲得更大的機械效益。

首先應明確機構設計的基本功能是用機械效益大的凸輪控制機構去驅(qū)動連接點P，同時機構的自由度應為1。為簡化問題，僅研究驅(qū)動點P之前的傳動機構，它是F=1的凸輪搖桿機構，其對應運動鏈如圖2-6所示。

圖2-6 傳動部分運動鏈圖

接下來進行運動鏈的綜合。因創(chuàng)新機構需要獲得更大的機械效益，故應考慮增加機構桿件數(shù)。為保證自由度不變，最少應增加2個桿件，則得到新裝置應為六桿運動鏈，它僅有2種獨立異構型式，即瓦特鏈與斯蒂芬森鏈。以斯蒂芬森鏈為例，根據(jù)功能需求進行結構的演化。因該裝置為凸輪控制機構，必然進行運動副的替代，即用一個凸輪副去替代運動鏈中的一個二元素桿與2個轉動副，故得到演化后運動鏈，如圖2-7所示，其中虛線表示的Hs即是凸輪副的替代部分[6]。

圖2-7 斯蒂芬森鏈的代替

3、機構創(chuàng)新設計應用實例

折疊式擔架車車能在急救中快速實現(xiàn)擔架與擔架車的轉換，大大降低了急救時間。

圖3-1 折疊式擔架車的機構運動簡圖

如圖3-1所示，臺板承擔病人，支桿和連桿通過若干個轉動副與臺板相連。該設備中應用了4個萬向輪，同高度的4個為一組，展開時一組工作，折疊時另一組工作。連桿之間由轉動副連接，該擔架車由2套這種桿機構組合而成，其中左右對稱的支桿－觸板連桿－短連桿分別組成2套復合鉸鏈。根據(jù)需要該車有2個工作狀態(tài)：高位工作狀態(tài)和低位工作狀態(tài)。高位工作狀態(tài)是該車作為擔架車急救時推行所用；而低位工作狀態(tài)則是該車作為擔架或進入救護車時所用[7]。

當需要將擔架車折疊或?qū)⑵渫粕暇茸o車時，只需要挨著鎖死掛鉤的急救人員將掛鉤7旋轉就可以打開，如圖2所示。其后面的急救人員用力向前推，前面的支桿3’撞到車沿，向里面扣進來。由長連桿6’，短連桿5’和觸板連桿4’組成的桿機構也就是E點向右上方移動，之后帶動長連桿6’，在連桿6’的作用下，向右拉動支桿3，支桿3也隨動向里面扣進去。隨后由觸板連桿4，短連桿5和長連桿6組成的桿機構，也就是B點向左上方移動，帶動長連桿6，同時又給支桿3’ 一個向里面扣的力。這樣就實現(xiàn)了自動平穩(wěn)折疊的功能。在支桿全部收進去后，旋轉掛鉤，掛在車體的臺板L點的柱銷上，就實現(xiàn)了折疊時的鎖死，其示意圖如圖3-2所示。

圖3-2 折疊式擔架車示意圖

如果想要將擔架車展開，只要將L點掛鉤旋轉，向外扳動一個觸板連桿。例如扳動觸板連桿4’，如圖3-3所示，由連桿組成的轉動副短連桿5’和觸板連桿4’運動到一條直線上。連在E點的長連桿6’驅(qū)動支桿3展開。長連桿6也就是H點向右下方運動，同時驅(qū)動觸板連桿4，短連桿5組成的轉動副成一條直線，驅(qū)動支桿3展開，最后經(jīng)長連桿之間它們相互作用成展開狀態(tài)。展開后將掛鉤掛在支桿的柱銷上進行鎖死。

圖3-3 折疊式擔架車的折疊狀態(tài)

結論

進行機械創(chuàng)新設計要有兩個必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創(chuàng)新設計思維并能激發(fā)創(chuàng)新思維的設計系統(tǒng)。運用機構學原理進行機械設計創(chuàng)新，首先要學習掌握相關的機構理論與已有的結構，才能在創(chuàng)新思維的指導下進行創(chuàng)新設計。參考文獻

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第五篇：機械創(chuàng)新設計

《創(chuàng)新設計》單元測驗1

一、單項選擇題

1、齒輪輪齒的嚙合所構成的運動副屬于（）。(C)A、移動副 B、低副 C、高副 D、轉動副

2、新產(chǎn)品設計開發(fā)的第一個階段是（）。(B)A、研究設計階段 B、調(diào)查決策確定階段 C、樣機試制階段 D、方案設計階段

3、機械零件由于某些原因不能（）時稱為失效。(C)A、工作 B、連續(xù)工作 C、正常工作 D、負載工作

4、下面不屬于機械零件的失效形式的是（）。(D)A、整體斷裂 B、過大的殘余變形 C、表面破壞 D、摩擦

5、下面不屬于機械零件的設計準則的是（）。(A)A、美觀準則 B、剛度準則 C、強度準則 D、可靠性準則

6、通常把機構解釋為（）。(A)A、具有確定相對運動構件的組合B、具有確定相對運動元件的組合

C、具有確定相對運動機件的組合 D、具有確定相對運動零件的組合

7、在平面機構中，機構的原動件的自由度應為（）。(B)A、0 B、1 C、2 D、3

8、在平面機構中原動件數(shù)目（）機構的自由度時，該機構的運動將不完全確定。(C)A、大于 B、等于 C、小于 D、以上都不正確

9、平面機構具有確定運動的條件是（）。(B)A、機構的自由度大于零

B、機構的自由度等于原動件數(shù)

C、機構的自由度大于1 D、機構的自由度小于零

10、在一個零件的磨損過程中，代表使用壽命長短的是（）。(B)

11、國家知識創(chuàng)新體系包括（）。(D)

A、知識創(chuàng)新體系 B、技術創(chuàng)新體系 C、知識傳播系統(tǒng)和知識應用系統(tǒng) D、以上均是

12、目前世界上的發(fā)明專利（）掌握在發(fā)達國家手里。(A)A、90% B、80% C、70% D、60%

13、我國關鍵技術對外依存率達到（），與發(fā)達國家的差距還非常大。(B)A、40% B、50% C、60% D、70%

14、美國經(jīng)濟學家舒彼特在1912年出版的“經(jīng)濟發(fā)展理論”中提出創(chuàng)新的具體內(nèi)容包括（）。(D)A、采用新技術 B、生產(chǎn)新產(chǎn)品 C、研制新材料和開辟新市場 D、以上均是

15、在國際競爭中，國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領域內(nèi)的競爭越來越表現(xiàn)魏科學技術能力和人才的競爭，特別是（）的競爭。(B)A、高技能型人才 B、創(chuàng)新型人才 C、高學歷型人才 D、科技復合型人才

16、從創(chuàng)新的內(nèi)容來看，一般把創(chuàng)新分為（）。(C)A、知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新兩部分 B、知識創(chuàng)新和應用創(chuàng)新兩部分 C、知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新三部分 D、應用創(chuàng)新和技術創(chuàng)新兩部分

17、知識創(chuàng)新又稱為（）。(C)A、技術創(chuàng)新 B、應用創(chuàng)新 C、理論創(chuàng)新 D、文化創(chuàng)新

18、社會實踐中，創(chuàng)新方式指（）。(D)

A、由無到有的創(chuàng)新 B、從由到新的創(chuàng)新 C、憑空創(chuàng)新 D、包括A和B項

19、自行車和縫紉機應屬于（）。(A)A、機器 B、機構 C、通用零件 D、專用零件 20、一般的機械鐘表應屬于（）。(B)A、機器 B、機構 C、通用零件 D、專用零件

共 3 頁 第 １ 頁

21、（）可以用來代替人的勞動，完成有用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉換。(B)A、機構 B、機器 C、構件 D、零件

22、構件是機器中每一個獨立（）的剛性單元體。(B)A、制造 B、運動 C、分析 D、設計

26兩構件在未構成運動副之前，在空間中它們共有（）個相對自由度。(D)A、3 B、4 C、5 D、6

29、在平面機構中，如果引入一個平面低副（轉動副和移動副），則提供（）個約束。(B)A、1 B、2 C、3 D、4 30、在平面機構中，如果引入一個平面高副，則提供（）個約束。(A)A、1 B、2 C、3 D、4

二、多項選擇題

1、(ABCD)要進行機械創(chuàng)新首先應了解機械原理（）方面。

A、機構結構和運動分析基本知識 B、機器動力學

C、常用機構的分析與設計 D、機械系統(tǒng)的方案設計

2、機械原理研究的對象是（）。(AD)A、機構 B、構件 C、運動副 D、機器

3、機構結構分析的主要內(nèi)容和目的是（）。(ABCD)A、研究機構的組成及機構運動簡圖的繪制

B、掌握機構具有確定運動的條件 C、研究機構的組成原理 D、研究機構的結構分類

4、關于運動副的解釋下面的敘述正確的是（）。(ABC)A、運動副是一種連接

B、運動副由兩個構件組成

C、組成運動副的兩個構件之間有相對運動 D、運動副可以由一個構件組成

5、在繪制機構的運動簡圖的過程中，下面的敘述（）必須明確表示出來。(ABCD)A、構件的數(shù)目和長度

B、運動副的類型、數(shù)目和運動副之間的相對位置 C、機構的原動件 D、機構的機架

6、下面關于運動的分類，按照運動副接觸部分的幾何形狀分類的有（）。(ABC)A、圓柱副 B、球面副 C、螺旋副 D、移動副

7、下面的機器是利用機械的振動來工作的有（）。(ABD)A、按摩機 B、振動臺 C、發(fā)電機 D、振動運輸機

8、對于靜不平衡的轉子，只需要（）就可以獲得平衡。(AB)A、在同一個平面內(nèi)增加一個平衡質(zhì)量

B、在同一個平面內(nèi)除去一個平衡質(zhì)量

C、分別在兩個平面內(nèi)各增加一個平衡質(zhì)量 D、分別在兩個平面內(nèi)各除去一個平衡質(zhì)量

三、判斷題

1、從運動學的角度看，機構與機器是相同的。（）(A)

3、各種機構都是用來傳遞與變換運動和力的可動裝置（）。(A)

5、機構是把一個或多個構件的運動，變換成其他構件所需運動的確定運動構件系統(tǒng)（）。(A)

6、機器中獨立運動的剛性單元體，稱為零件（）。(B)

7、一個構件可以是不能拆開的單一整體，也可能是由若干不同零件組裝起來的剛性體（）。(A)

8、虛約束對運動不起作用，也不能增加構件的剛性（）。(B)

9、若兩個構件之間組成兩個導路平行的移動副，在計算自由度時應算作兩個移動副（）。(B)

11、當機構的自由度F>0，且等于原動件數(shù)，則該機構具有確定的相對運動（）。(A)

12、虛約束對機構的運動不起作用（）。(B)

14、機構的運動不確定，就是指機構不能具有相對運動（）。(B)

15、機構的運動簡圖是用來表示機構結構的簡單圖形（）。(B)

16、在繪制機構運動簡圖時，必須按比例繪制，否則，不能表明構件之間的相對運動關系（）。(A)

18、平面機構中如果有4個構件在同一處用鉸鏈連接在一起，則它們構成了4個轉動副（）。B

共 3 頁 第 ２ 頁

19、平面機構中的虛約束，如果制造、安裝精度不夠時，會成為真約束（）。(B)

21、從機構組成看，機構可看作為構件與運動副的組合，也可以看作為原動件與機架和從動件的組合（）。(A)

22、只要兩個以上的構件匯交在一起，并有回轉副存在，就一定存在復合鉸鏈（）。(B)

24、機構中有一個固定不動的構件稱為機架，故機架相對于地面肯定是固定不動的()。(B)

25、構件是組成機構的基本要素之一，而運動副是機械原理中最重要的概念之一（）。(A)

26、從運動學的角度分析，任何機器都是由若干（兩個以上）構件組合而成（）。(A)

27、構件通過運動副的連接而構成的可相對運動的系統(tǒng)稱為運動鏈（）。(A)

29、同一機構因所取的原動件不同，有可能成為不同級別的機構，但當機構的原動件確定后，桿組的拆法和機構的級別就一定了（）。(A)30、當機械自鎖時，機械已經(jīng)不能運動，所以此時機械所能克服的生產(chǎn)阻抗力為小于等于零的值（第 ３ 頁

共 3 頁。(A)）