机械创新设计第六章
第六章 机械结构与创新设计
（一）滑动轴承的基本结构形式 3、调心式滑动轴承
轴承盖 轴瓦
R (球 )
轴承座
B
特点：轴瓦相对轴可一定范围内摆动，
避免安装误差或轴弯曲变形引起的偏磨和发热
缺点：球面加工不易 应用：轴承长径比较大的场合
（二）
径向滑动轴承轴瓦的结构
1、轴瓦的形式和构造
（1）整体式
整 体 轴 套
卷制轴套结构
（二）
径向滑动轴承轴瓦的结构
3. 螺钉尾 • 导向功能
为方便安装一般应具有倒角。为进一步扩大螺钉尾
部功能，可设计成自钻自攻的尾部结构。
第二节 转动副的结构与创新设计
一、对转动副结构的基本要求
4
1 2
5
2 1 3
转动副------保证两个构件之间的相对运动是转动 转动副常由销、销轴、轴承构成 对转动副结构的基本要求：保证两相对回转件的位置精 度、承受压力、减小摩擦损失和保证使用寿命。
特点：结构简单、要求制造精度高 应用：高速、高旋转精度，高载荷或转速变化小的场合
（三） 液体静压润滑轴承
液体静压润滑轴承：外界高压油输入轴承间隙， 轴径与轴瓦由油膜分开 特点：系统复杂、工作可靠 应用：低速、频繁启动，载荷或转速变化大场合
四、滚动轴承作为转动副
摩擦阻力小，起动灵活、效率高、润滑简便，易于 互换，但抗冲击能力较差，高速时有噪音径向尺寸较大， 工作寿命差。
齿轮类
实心式 腹板式 轮辐式
小
齿轮尺寸
大
涡轮结构
为了减摩的需要，蜗轮通常要用青铜制作。为了节省铜 材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜， 轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下：
整体式蜗轮
机械创新设计 第3版课件第6章
5）机构的选型也须注意机械效益和机械效 率问题。
6）机构选型也要考虑动力源的形式。
二、机构的组合
指在机构选型的基础上，根据功能目标或 工艺动作的各种需要，组合创建新机构系统。
1.机构的工艺动作复杂：
一般常采用并联式、复合式或叠加式组合方式。
2.所选择的机构性能不好，但又无更好 的机构可选：
门、推拉门和升降门。平开门可分为双扇平开 门和四扇平开门；推拉门可分为整体推拉门和 伸缩推拉门；升降门可分为整体升降门和卷闸 门。
平开门
双扇平开门
四扇平开门
单扇推拉门
整体推拉门
电
双扇推拉门
动
推拉门
大
单扇伸缩门
门
伸缩推拉门
双扇推拉门
升降门
整体升降门
卷闸升降门
a
二扇平开门
b
四扇平开门
c
上导轮
d
电机
电机 上导轮
二、拟定工作原理时应注意的几个问题
1. 要充分注意机械自身的特点 机械运动的特点是连续的、可整周转
动的、简单的、循环的、稳定的等。
2. 要注意制品的特点并争取利用
让制品也参与运动将大大的简化机构 的结构。
§6-3 机构选型及组合
同一个机械工作原理方案可用不同的机 构组合来实现。
一、机构的选型
是根据现有的各种机构按功能要求 进行类比地或近似地选择。并可在此 基础上采用各种演化与变异技法进行 改造、创新、寻求最优解。
拟定机械工作原理的过程就是把机械的功能目标转化为工艺动作的过 程。所以，拟定机械工作原理是一个在功能分析的基础上，创新构思、 搜索探求、优化筛选工艺动作的过程。
【教学课件】《机械设计与创新》齿轮传动
6.3.1 直齿圆柱齿轮各部分名称和符号
6.3.1 直齿圆柱齿轮各部分名称和符号
齿数：圆周上均匀分布的轮齿总数，用 z 表示。 齿宽：轮齿的轴向长度，用 b 表示。 齿顶圆：过所有轮齿顶部的圆，其半径用 ra 表示。 齿根圆：过所有齿槽底部的圆，其半径用 rf 表示。 齿厚：在半径为 rK 的圆周上，同一轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上 的齿厚，用 sK 表示。 齿槽宽：相邻两齿之间的空间称为齿槽。在半径为 rK 的圆周上，相邻 两齿反向齿廓间的弧长称为该圆上的齿槽宽，用 eK 表示。内齿轮的齿厚相 当于外齿轮的齿槽宽。
6.3.2.1 标准直齿圆柱齿轮的基本参数
(4) 齿顶高系数h *a 和顶隙系数c* 齿轮的齿顶高、齿根高都与模数m成正比。即
ha=ha*m hf=(ha* + c*)m h=(2ha* +c*)m
6.3.2.2 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
6.3.2.2 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算
标准齿轮是指分度圆上的齿厚s等于齿槽宽e，且齿顶高和齿根高及m、 α、ha* 、c* 均为标准值的齿轮。
6.5.1 渐开线齿轮的切制原理
范成法切制齿轮
范成法是利用一对齿轮（或 齿轮与齿条）啮合时，两轮齿廓 互为包络线的原理来切制轮齿的 加工方法 。
6.5.2 渐开线齿轮的根切现象及最少齿数
轮齿的根切现象
用范成法加工齿轮时，有时会发现 刀具的顶部切入了轮齿的根部，而把齿 根切去了一部分，破坏了渐开线齿廓， 如图所示。这种现象称为根切。
m1 cos α1 = m2 cos α2
由于渐开线齿轮的模数和压力角均为标准值，所以两轮的 正确啮合条件为
m1 = m2 = m α1 = α2 = α
机械创新设计课程设计
机械创新设计课程设计一、课程目标本章节“机械创新设计课程设计”旨在达成以下目标：1. 知识目标：（1）掌握机械设计的基本原理和概念；（2）了解我国机械行业的发展现状和趋势；（3）学会运用创新思维方法进行机械设计；（4）熟悉机械设计的相关规范和标准。
2. 技能目标：（1）能够运用所学的理论知识进行简单的机械创新设计；（2）具备分析机械设计案例的能力，并提出优化方案；（3）掌握使用CAD软件进行机械零件绘制和装配的基本操作；（4）具备团队协作和沟通交流的能力，能够完成小组设计任务。
3. 情感态度价值观目标：（1）培养学生对机械设计的兴趣和热情，激发创新意识；（2）增强学生的工程意识，培养严谨的科学态度；（3）提高学生的环保意识，关注绿色设计和可持续发展；（4）培养学生具备良好的职业道德，尊重知识产权，遵循设计伦理。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论知识与实际应用相结合。
学生特点：高中阶段学生具有一定的物理和数学基础，思维活跃，好奇心强，具备一定的动手能力和创新潜能。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动参与，培养其独立思考和解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，本章节“机械创新设计课程设计”的教学内容如下：1. 机械设计基本原理：包括力学基础、材料力学、机械原理等，参考教材第二章；2. 机械设计方法：介绍创新设计思维方法、设计流程和设计原则，参考教材第三章；3. 机械设计案例分析：分析国内外典型机械设计案例，总结成功经验和启示，参考教材第四章；4. 机械设计规范与标准：学习相关国家标准和行业规范，了解设计过程中的合规性要求，参考教材第五章；5. CAD软件应用：学习CAD软件的基本操作，包括零件绘制、装配设计和工程图绘制，参考教材第六章；6. 机械创新设计实践：分组进行创新设计项目，结合所学理论知识，完成设计方案和实物制作。
机械创新设计
机械创新设计说明书题目：多功能笔记本收纳盒院（部）：应用技术学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导教师：完成日期：技术领域:本实用新型关于一种笔记本收纳、放置支架，具体为一种可自动收纳笔记本、支持多个USB插头、集笔记本散热与一体。
背景技术 :目前市场可以见到的笔记本支架各种各样，但均是结构简单，功能单一，而且没有收纳功能，然而在我们生活中，我们有时候需要的各种功能我们的笔记本又达不到使用要求，所以我们常常需要接各种外置的设备，所以我们需要很多的USB接口或者其他的接口转换器；当我们使用个别软件或者玩游戏时，电脑通常都会发热，所以一个可以使电脑散热良好的产品正是我们所需要的；电脑的清洁问题，往往是我们所面临的一件麻烦的事，所以我们需要一个时常会把电脑不用的时候收好，但是电脑上往往会接各种数据线，所以在不用的时候可以直接收好电脑是我们不变的选择；我们在寝室的时候，习惯性的把电脑垫高，会使自己用起来感觉舒服些，其实是把电脑适当的垫高可以有效的保护自己的颈部，所以为了我们的健康、方便、整洁，我们设计了一多功能电脑收纳盒。
现有的笔记本支架产品设计改良的首要问题１、产品是以功能为核心的，没有功能的存在，产品也将不复存在。
而功能存在的前提条件是需求，即需求不存在功能也将不复存在。
2、接下来相同的功能可以用不同的原理来实现，随着科技的进步，在需求、功能存在的前提下，原理在不断的更新，随之产品在不断更新。
3、随着原理的确定，我们可以用不同的结构方式去构造产品，即相同的原理可以对应不同的结构方式。
而结构方式以原理为核心的同时，依据就是材料与工艺。
4、当一种结构方式成熟以后，以上所言的产品就进入了成长期，这时的产品会被设计成不同风格，以满足需求的差异，即同样的结构我们可以用不同的造型风格来最终完善产品。
产品设计外接USB 插头太多电脑USB 插孔太少电脑与桌面接触，散热条件不好电脑长期暴露在空气中，会进入灰尘市场环境因素（市场消费趋势、成本）B D AC 人的因素 (人机关系、使用方式） 技术因素（材料与工艺、结构和功能）审美形态要素（色彩、情感与个性化、文化）发明内容分析问题：1、在寝室里，很多的人都会把电脑垫高，使眼睛与电脑保持平视，不会俯视，因为这样会使你的脖子保持正常的高度，所以你的脖子不会酸。
机械创新设计(第六章)
类配方案 L2
Ⅰ
4
Ⅱ
5
L3 L4
2
0
0
1
L2 L3 L4 L3 2L4
6
2
6
2
将四个二副元素杆与二个三副元 素杆进行组合构建新的运动链
将五个二副元素杆与一个四副元 素杆进行组合构建新的运动链出 现一个由三构件构成的刚体，运 动链将还原成四杆机构，不同于 原始机构故应剔除。
故原始机构（图6-5）经一般化处理后得到一六杆七副一般化 运动链，图6-7所示。
基础知识 一、运动链
若干构件通过运动副连接而成的系统称为运动链。
闭链 开链
如果组成运动链的每个构件至少包含两个运动 副要素从而时运动链形成封闭的系统。
机构
把运动链中的某一构件加以固定或相对固定（成为 机架），当其中一个或几个具有独立运动的构件推动其 余构件作确定的运动时，则这个运动链就成其为机构。
2）减振器（Sc-Sc）：只有二级杆组可作减振器
对图6-9所示机构中的二级杆组选作减振器，可再生出4种 运动链，如图6-10所示。
3）摆动杆（Sw），对图6-10所示的运动链，选取不同的构 件作为摆动杆，最后再生出10种可行的再生机构，图6-11所示
4 25
316
26 34
15
第四节 可用特定化运动链图谱及机构图谱
根据一般化原则，则五十铃后轮悬置机构被转化成如 图所示的六杆七副一般化运动链。(自身连杆类配)
5、运动链的连杆类配
将机构转化为一般化运动链后，得到一个只有转动副的连 杆的组合，称为连杆的类配。一般化运动链中连杆类配可 用字符表示为：
LA L2 / L3 / L4 // Ln
其中L2、L3、L4、、Ln分别表示二副元素杆、三副元素杆、四副元素杆、 、n副元素杆的数量
机械创新设计(较完整版)
机械创新设计(较完整版)第一讲1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。
独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。
现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。
常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计关联：机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。
创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。
现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。
2.现代创新人才应具备那些基本素质？(1) 具备必须的基础知识和专业知识(2) 不断进取与追求的精神(3) 合理的创新思维方式（突破传统定式）(4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件）(5) 掌握一定的创新技法3.学习机械创新设计的内容有那些？1.机构的创新设计2.机构应用创新设计3.机构组合设计产生新机构系统4.机械结构的创新设计5.利用反求原理进行创新设计6.利用仿生原理进行创新设计第二讲1简述创造性思维四大特性(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。
影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？(1)天赋能力：与生俱来的所有神经元(2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义(3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。
3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。
概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技术，并利用于其他新事物。
特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾；2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值；3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。
机械创新设计-6-结构创新设计
第二种情况—滑动联接 滑动联接由于轮毂要相对于轴移动，所以轴表面必须是 滑动联接 除完整圆柱面以外的其他柱面，通过改变轴的截面形状可以形成不同的 联接形式，常用的有滑键联接、导键联接、花键联接和特形柱面联接 （如方形轴联接）等。 第三种情况—转动联接 转动联接和第四种情况—移动、转动联接的联接中由于 移动、转动联接 转动联接 移动 轮毂要相对于轴转动，所以联接中轴的截面形状必须是圆形，第四种情 况由于轮毂要相对于轴移动，所以联接中轴的表面形状必须是柱面（不 能是锥面），第三种情况下考虑加工方便和避免产生附加轴向力通常也 采用柱面，综合这两点分析，这两种联接中的轴表面形状为圆柱面。
棘轮机构的变异设计分析 如图所示为通过变换功能面的位置得到的多种结构方案，图中方案a为内棘轮结构，
通过将棘爪设置在棘轮内的方法减小了结构尺寸；方案b为轴向棘轮结构，这种结构只 有在空间条件允许的条件下才能应用。
如图所示为通过变换工作面的尺寸得到的多种结构方案。
将以上这些要素进行交叉组合变换可以得到更多的结构方案，这些方案各 有其优缺点，通过对这些方案各自特点的分析并结合具体的应用条件可以 从中确定较好的结构方案。
以轴毂联接为例。按照设计要求，轴与轮毂的联接对相对运动自由度的限制可能有以下几种情况： 轴毂联接为例。按照设计要求，轴与轮毂的联接对相对运动自由度的限制可能有以下几种情况： 为例 1．固定联接，联接后轴与轮毂完全固定，不具有相对运动自由度，通常的轴毂联接多为这种情况， ．固定联接，联接后轴与轮毂完全固定，不具有相对运动自由度，通常的轴毂联接多为这种情况， 固定 这种轴毂联接需要限制 个相对运动自由度 这种轴毂联接需要限制6个相对运动自由度。 限制 个相对运动自由度。
工作面——功能面 功能面 工作面
机械创新设计06PPT课件
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⑷特种加工机床
随着工件形状的日益复杂，以及材料的特殊性能（高 硬度材料及高脆性材料），引入了电加工、超声波加工的 方法，为机床开辟了新的领域。图中超声波加工原理是： 利用火花放电时能烧毁金属表面的电蚀现象进行金属的加 工。另外图中还显示了电解原理的磨削加工示意图及超声 波加工的应用实例。
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机械系统创新设计实例
随着科技的发展，对机械产品的精度要求越来越高。例如宇宙 飞行用陀螺仪中的30mm球形转子，要求其不圆度不大于0.12um；导 弹控制系统的齿轮传动允许误差只有几秒。这些高精度的零件当然需 要高精度机床来加工。高精度机床除本身具有高精度以外，主要还附 加了一些特殊的校正、测量与定位装置。如图所示的机构。
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机械系统创新设计实例
1、蒸汽机
⑴原始蒸汽机 17世纪末，法国技师巴本制成了世界 第一台蒸汽机。其工作原理是，通过向汽缸中注水并加热， 水蒸气将活塞推动上去，当活塞被推到汽缸顶部时再撤热， 然后使缸内汽冷却，大气压力便将活塞推下来。该蒸汽机 虽然很原始，但就其具备汽缸与活塞来说是具有划时代意 义的。
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机械系统创新设计实例
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机械系统创新设计实例
③有效负载：指操作机在工作时臂端可能搬运物体的重量
或所能承受的力及转矩。机器人的有效负载除受到驱动功率 的限制外，还受到材料、环境、运动参数（如速度、加速度 及其方向）的限制。如图示的加拿大手臂，用于航天飞机上 的机器人，额定搬运质量为14500kg，在运动速度较低情况 下能达到29500kg。然而，这种负荷能力只有在太空中失重 条件下才有可能达到。在地球上，该手臂本身重量达410kg， 连自重引起的臂杆变形都无法承受。
机械创新设计教材(PPT79张)
6.1.1 机构尽可能简单
2．适当选择运动副 在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少 采用移动副。 采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用 高副机构。
6.1.1 机构尽可能简单
3．适当选择原动机 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要 仅局限于选择传统的电动机驱动形式。
6．2．1 按运动形式要求选择机构
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系 满足同一运动形式或功能要求的机构方案有很多， 对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等 方面进行综合评价。
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系
所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询， 确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务， 应根据具体情况，拟定不同的评价体系。 只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决 定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质 量和效率。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
当递纸吸嘴开始向 前递纸时，摆杆3上 的滚子与凸轮小面 接触,齐纸块5绕01点 逆时针方向摆动让 纸。 当递纸吸嘴放下纸 张，摆杆3顺时针方 向摆动，齐纸块5顺 时针方向摆动靠向 纸堆，把纸张理齐。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
6．3．1 利用组合原理构型新机构
3．齿轮—凸轮机构
1) 实现给定运动规律的变速回转运动 齿轮、双曲柄和转动导杆 机构虽能传递匀速和变速转 动，但无法实现任意给定的 运动规律的转动。
齿轮和凸轮组合而成的组合机 构，则能实现这一要求。图中系 杆3为原动件，齿轮1为输出件。 摆杆2’与行星轮2固接，由于固 定凸轮的作用，行星轮2相对系杆 3产生往复摆动，使齿轮1得到预 期。
《机械创新设计》doc版
《机械创新设计》doc版《机械创新设计》doc版膀莄蒄蚄袀膇莀蚃羂莃芆螃肅膆薄螂螄莁蒀螁袇膄蒆螀聿葿莂蝿膁节蚁螈袁肅薇螇羃芀蒃螇肆肃荿袆螅艿芅袅袇肂薃袄羀芇蕿袃膂膀蒅袂袂莅莁袁羄膈蚀袁肆莄薆袀腿膆蒂罿袈莂莈薅羁膅芄薅膃莀蚃薄袃芃蕿薃羅蒈蒄薂肇芁莀薁膀肄虿薀衿芀薅虿羁肂蒁虿肄芈莇蚈螃肁莃蚇羆莆蚂蚆肈腿薈蚅膀莄蒄蚄袀膇莀蚃羂莃芆螃肅膆薄螂螄莁蒀螁袇膄蒆螀聿葿莂蝿膁节蚁螈袁肅薇螇羃芀蒃螇肆肃荿袆螅艿芅袅袇肂薃袄羀芇蕿袃膂膀蒅袂袂莅莁袁羄膈蚀袁肆莄薆袀腿膆蒂罿袈莂莈薅羁膅芄薅膃莀蚃薄袃芃蕿薃羅蒈蒄薂肇芁莀薁膀肄虿薀衿芀薅虿羁肂蒁虿肄芈莇蚈螃肁莃蚇羆莆蚂蚆肈腿薈蚅膀莄蒄蚄袀膇莀蚃羂莃芆螃肅膆薄螂螄莁蒀螁袇膄蒆螀聿葿莂蝿膁节蚁螈袁肅薇螇羃芀蒃螇肆肃荿袆螅艿芅袅袇肂薃袄羀芇蕿袃膂膀蒅袂袂莅莁袁羄膈蚀袁肆莄薆袀腿膆蒂罿袈莂莈薅羁膅芄薅膃莀蚃薄袃芃蕿薃羅蒈蒄薂肇芁莀薁膀肄虿薀衿芀薅虿羁肂蒁虿肄芈莇蚈螃肁莃蚇羆莆蚂蚆肈腿薈蚅膀莄蒄蚄袀膇莀蚃羂莃芆螃肅膆薄螂螄莁蒀螁袇膄蒆螀聿葿莂蝿膁节蚁螈袁肅薇机械创新设计创新设计项目：新型助残车系列设计者：阮成功设计者所在单位：福州大学机械系机械电子工程专业福州大学98级综合班指导老师：叶仲和教授新型助残车系列福州大学机械工程系阮成功随着城市规模的进一步扩大，居民住房条件的进一步改善，厂矿企事业单位、居民住宅区中高楼林立，楼道中因缺乏电梯造成如购物后的搬运不便，老弱病残者及医院急救时病人的上下楼困难等问题。
其独特的四齿啮合式车轮及双自由度传动系统、单片机控制的智能控制系统，保证在整个过程中系统的振动小、运行平稳。
加之其结构简便，操作简单，载重量大,因而适用于残疾人助残车系列，稍经组合还可以应用于居民住宅区及厂矿企事业单位的上下楼物品搬运。
1 现有装置的结构与分析现有装置的结构有一种是在回绕轴心转动的分叉构件(三叉或两叉)的每个叉端设置能相对叉杆空转的小圆轮(见图1 )。
当将它们设置在车架下方时，通过推拉车架沿楼梯倾斜方向运动，小轮在楼梯的垂直面和水平面上接触滚动，从而解决了一般车轮无法上下楼梯的问题。
机械创新设计课程设计是啥
机械创新设计课程设计是啥一、课程目标知识目标：1. 学生能理解机械创新设计的基本概念，掌握机械设计的基本原理和流程。
2. 学生能掌握并运用机械创新设计中常用的创新思维方法和工具，如TRIZ、六顶思考帽等。
3. 学生能了解我国机械行业发展现状及趋势，认识机械创新设计在工程实际中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，结合实际需求，独立完成简单的机械创新设计方案。
2. 学生具备团队协作能力，能够在小组讨论中发表见解，共同完成复杂的机械创新设计项目。
3. 学生能够通过查阅资料、实地考察等方式，收集并整理与机械创新设计相关的信息。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发学生的创新意识和创造潜能。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，提高学生对工程实际问题的解决能力。
3. 增强学生的社会责任感和使命感，让学生认识到机械创新设计在推动社会进步和经济发展中的重要作用。
本课程旨在通过理论教学与实践操作相结合的方式，使学生在掌握机械创新设计基本知识的同时，提高创新能力和实践能力，为我国机械行业的发展培养具有创新精神和实践能力的优秀人才。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 机械创新设计基本概念：介绍机械创新设计的定义、分类及发展趋势，使学生了解机械创新设计的基本内涵。
2. 机械设计原理与流程：讲解机械设计的基本原理，如力学原理、材料力学性能等，并介绍机械设计的完整流程，包括需求分析、方案设计、详细设计、试制与试验等。
3. 创新思维方法与工具：介绍TRIZ、六顶思考帽等创新思维方法和工具，帮助学生掌握解决机械设计问题的有效策略。
4. 机械创新设计方法：分析各种机械创新设计方法，如功能分析法、形态分析法、仿生设计法等，并举例说明其在实际工程中的应用。
5. 机械创新设计案例解析：分析典型的机械创新设计案例，使学生了解成功案例的设计思路、方法及经验教训。
6. 机械创新设计实践：组织学生进行团队项目实践，要求学生运用所学知识完成一个具有实际意义的机械创新设计项目。
《机械创新设计》选修课资料
第一章创新实践可分为3个阶段（1）了解问题：目标是什么？未知量、已知量是那些？情况如何？能满足情况的需要吗？能否决定未知量，是否足够，是否重复或抵触？可以画张图，引入合适的标志，把情况的各部分加以分解。
（2）设计方案：遇到过这个问题吗？知道相关的问题吗？可能运用什么原理？通过不同的方法设计各种方案，并进行优化。
（3）执行方案：实施设计方案，在每一步骤中对方案修改完善，必要时重新设计方案，以取得最好的成效。
任何一个创新几乎都要经过上述3个阶段，一般最困难的是第二阶段，最关键的往往是第三阶段。
创新设计设计类型的内容特点，一般将设计分为下面3种：1开发性设计在工作原理、结构等完全未知的情况下，针对新任务提出新方案，开发设计出以往没有过的新产品。
2．变型设计在工作原理和功能结构不改变的情况下，对已有产品的结构、参数、尺寸等方面进行变异，设计出适用范围更广的系列化产品。
3．适应性设计亦称反求设计。
针对已有的产品设计，在消化吸收的基础上，对产品作局部变更或设计一个新部件，使产品更能满足使用要求。
开发设计以开创、探索创新，变型设计通过变异创新，适应性设计在吸取中创新。
创新是各种类型设计的共同点。
二、设计思路和设计过程1．产品规划阶段——明确设计任务和要求，提出设计任务书2．原理方案设计阶段——确定工作原理，分解子系统，绘制方案简图3．技术方案设计——进行总体设计和结构设计，完成产品全部生产图纸，编制设计说明书、工艺卡等技术文件4．改进设计机械的功能要求1）运动要求：如运动规律、轨迹、行程、速度、加速度、转速、调速范围、运动的精确性等。
（2）动力要求：传递的功率、转矩、力、加速性能、效率等。
（3）安全要求：强度、刚度、稳定性、热力学性能、摩擦特性、振动、机械工作的安全性及操作人员的安全性等。
（4）经济要求：设计和制造的经济性、使用和维护的经济性等。
（5）可靠性和寿命要求：包括零部件和机械实现预期功能的可靠性，零部件和机械的耐磨性、疲劳强度、失效和使用寿命等。
创新方法与创新设计
S1
S2
物－场分析法的功能描述
Altshuller 对功能进行了认真的分析，总结出３条：（1） 所有功能都可分解为三个基本元素（两个物质S1、S2和一个场F）； 2 将相互作用的三个基本元素有机组合，可构成一个功能； 3 一个完整的功能必须由这三个基本元素组成。
F
S
S
2
1
F
S
S
2
1
F
S
S
2
1
场F 通过物质S2 作用于物质S1, 并改变S1
F
S2
S1
有害效应的完整模型
建立物-场模型： S2 ：地壳；S1：房屋 F ：机械场（地震波）
思考题2
★ 假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯
➢嫌犯：“警察同志，我没 有杀人，您应该相信我。 您必须相信我。”
➢“我只相信事实。”警察 反驳道：“事实与你说的 不一样，小伙子。在那个 星期有人见你威胁过死者。 打死死者的手枪与你的手 枪是一样的。我们没有找 到子弹是事实，但是我们 会找到证据。”
标准解法是针对标准问题而提出的解法，适用于 解决标准问题并快速获得解决方案，标准解法是根里 奇·阿奇舒勒后期进行TRIZ理论研究的最重要课题， 同时也是TRIZ高级理论的精华之一。
标准解法
✓ 标准解法是指不同领域发明问题的通用解法，具有应用的广 泛性、一致性和有效性。
✓ 标准解法是TRIZ理论研究技术系统转化和发展的工具之一。 是通过物－场模型来使设计人员能有序地进行解决发明问题 的方法。
一般解法
实例：车轮打滑的解决途径（向串联式物场模型转换）
机械场 F1
S1
S2
车轮 冰雪路面
解决办法：
一般解法
机械结构与创新设计PPT课件
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齿轮类
链轮类
凸轮类
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20
带轮类
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三、轴类构件
1、直轴类:由轴上零件的轴向定位和周向定位 确定轴的结构
2、曲轴类:由曲拐的数量、支撑和平衡配重来 设计曲轴的结构
配重
配重
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结构由轴上零件的轴向定位和周向定位及 支撑确定
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四、执行机构的执行构件
工作执行机构种类繁多，其构件类型也多，设计 时要具体问题具体分析，这是最能体现创新的环 节之一。
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28
F
不正确 正确 加强筋的形式
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293、合理开孔和加盖 4 Nhomakorabea提高局部刚度和接触刚度 5、增加阻尼以提高抗振性 6、材料的选择 7、结构工艺性
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第六节 机械零件结构的集成化与 创新设计
一、集成化设计： 机械结构的集成化设计是指一个构件实现多 个功能的结构设计。 集成化设计具有突出的优点，结构的集成化 设计是结构创新设计的一个重要途径。
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第五节 机架的结构与创新设计
一、机架的分类和基本要求
机架的种类虽然很多，但根据其结构形状 可大体分为四类，即梁型、板型、框型和箱型。
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摇臂钻
锻床
车床
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26
二、保证机架功能的结构措施
1、合理确定截面的形状和尺寸
1） 无论圆形、方形，还是矩形，空心截面都
比实心的刚度大，故机架一般设计成空心
滑动轴承按表面间的润滑状态可分为两种， 即非液体润滑状态和液体润滑状态。润滑状态 不同，对滑动轴承的结构提出的要求也不相同。
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8
整体式滑动轴承
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后置子机构可以是连杆机构、齿轮机构、槽轮机构、凸轮机 构等。 当凸轮机构演化成固定凸轮的凸轮机构时，从动件可实现平面 复杂运动，这样也可采用Ⅱ型串联组合。 3. 前置子机构为齿轮机构
齿轮机构输出转动或移动。 后置子机构可以是齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等等，可 获得各种减速、增速以及其它的功能要求。 行星齿轮机构的输出构件可以是行星轮上，这属于Ⅱ型串联 机构组合。 利用这种轨迹可以实现较特殊的运动规律要求。后置子机构 理论上也可以是各种基本机构，但常用的是连杆机构。
在一个运动循环内，滑块 可实现两个不同的行程。
在铰链四杆机构BCDE中， 连杆2的A点画出一个具有自 交点的横向8字形的连杆曲线 (图中虚线所示)，与连杆2铰 接在A点的构件4又和沿固定 导路移动的滑块5在F点铰接。
这样就导致曲柄1回转一 周时，滑块5可往复移动两次。
图6-7 实现从动件两次动程的六杆机构
II型串联，输出构件是作平面运动的连杆，利用连杆上某些 点的特殊轨迹——直线、圆弧曲线、“8”字曲线等等，使后置 子机构的输出构件获得某些特殊的运动规律，如停歇、行程两 次重复等。
后置子机构常采用连杆机构，从而组合成多杆机构。 也可以尝试采用其它类型基本机构作为后置子机构，也许会 获得可喜的创新效果。 2. 前置子机构为凸轮机构 凸轮机构的从动件输出移动或摆动时，其特点是输出的移动或 摆动可以实现任意的运动规律，但行程太小。 后置子机构利用凸轮机构输出构件的运动规律改善后置子机构 的运动特性，或使其运动行程增大。
个前置机构的输出运动是后置机构的输入，分为： I型串联——联接点设在前置机构作简单运动的连架杆上； II型串联——联接点设在前置机构作平面复杂运动的构件上。
Ⅰ型串联
II型串联
讨论两个基本机构的串联组合，设定这两个基本机构分别为
前置子机构和后置子机构，需要了解每种基本机构的性能特点，
可推荐的串联组合方法常有以下几种：
1. 前置子机构为连杆机构 I型串联，输出构件为连架杆，能实现往复摆动、往复移动、变 速转动输出，可具有急回性质。常采用的后置机构有： (1) 连杆机构 可利用变速转动的输入获得等速转动的输出，还 可以实现增程和增力的作用； (2) 凸轮机构 可获得变速凸轮、移动凸轮，使后置子机构的从 动件获得更多的运动规律； (3) 齿轮机构 获得从动齿轮或齿条的大行程摆动或移动，还可 利用变速转动的输入获得齿轮机构的增速或减速； (4) 槽轮机构 利用变速转动输入，减小槽轮转位的速度波动； (5) 棘轮机构 利用往复摆动和移动拨动棘轮间歇转动。
二、Ⅱ型串联组合 利用前置子机构与后置子机构联接点处的特殊运动轨迹，使
机构的输出构件实现所要求的运动规律。
图6-6 具有停歇的六杆机构
在铰链四杆机构OBCD中，连 杆E点的轨迹上有一段近似直线 (图中虚线所示)，以F点为转动 中心的导杆，在图示位置，其 导向槽与E点轨迹的近似直线段 重合，当E点沿直线部分运动时 导杆停歇。
两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联式组合。按 基本机构输入和输出形式分：a)Ⅰ 型并联；b)Ⅱ型并联； c)Ⅲ型并联
Ⅰ 型并联
Ⅱ型并联
Ⅲ型并联
并联式机构组合的特点是，两个子机构并列布置，运动并 行传递。如果按输出运动的性质划分，又可分为简单型和复 杂型。
一、I型并联式组合
Ⅰ 型并联
图6-10 V形双缸发动机
Ⅲ型并联
图6-18 冲压机机构
图6-19 织丝机构开口机机构
Ⅲ型并联 图6-20 冲压机的凸轮连杆机构
6.1.3 复合组合机构
一个具有两个自由度的基础机构A和一个附加机构B并接在一 起的组合复合式机构。基础机构A一般为二自由度机构，如差动 齿轮机构，五连杆机构，或引入空间运动副的空间运动机构；附 加机构B如单自由度的连杆机构，凸轮机构，齿轮机构等。
一、I型串联组合 I型串联式组合常用于改善输出构件的运动和动力特性，或
用于运动或力的放大。
1 给定的运动规律
椭圆齿轮连杆机构 前置机构为输出非匀速转动的椭圆齿轮机构，通过一对齿轮串联后置机构。
使后置机构的主动曲柄3输入非匀速转动，使从动件5近似实现匀速移动。
牛头刨床的导杆机构 前置机构为转动导杆机构，输出杆 BE作非匀速运动，从而使从动件4实现 近似匀速往复移动。 ABD为前置机构，曲柄1为主动件， 绕固定轴A匀速转动， BE输出非匀速转 动。 六杆机构BCEFG为后置机构，曲柄 BE输入的是非匀速转动，中和后续机构 的转速变化。 当曲柄1匀速转动时，滑块4在某区段 内实现近似匀速往复移动。
系杆1为输入构件，行星齿轮2与固定齿轮5相啮合，当两齿轮的齿数满足 z3＝3z2时，轮2节圆上点的轨迹是3段近似圆弧的摆线，其圆弧的半径近似等 于8r2 。
选连杆4的长度等于8r2时，滑块5与连杆4的铰接点近似位于圆心处，则滑 块处于停歇状态。
图6-8 行星齿轮连杆机构
间 歇 机 构
6.1.2 并联组合机构
图6-11 襟翼操纵机构
Ⅰ 型并联
图6-12 缝纫机针杆传动
图6-13 钉扣机针杆传动
二、Ⅱ型并联式组合
Ⅱ型并联
图6-14 双棘爪机构
图6-15 活塞机的齿轮杠杆机构
Ⅱ型并联
图6-16 压力机的螺旋杠杆机构
图6-17 矩形轨迹输送机构
Ⅱ型并联
y
x
图6-21 写R字的凸轮机构动画
三、III 型并联组合
第6章 机构方案创新设计
6.1 组合创新机构 是用多种基本机构组合来实现某些复杂的要求。 进组合方式可划分为以下四种： 6.1.1 串联组合机构 6.1.2 并联组合机构 6.1.3 复合组合机构 6.1.4 叠加组合机构
6.1.1 串联组合机构 是指若干个单自由度的基本机构A、B、C…顺序联接，每一
2 增力
前置机构为铰链四杆机构ABCD， 后置子机构为摇杆滑块机构DCE。
串联组合的目的是增加输出构件 滑块E的冲压力。
若连杆BC所受力为F，连杆CE所 受力为P，则滑块所产生的压力Q为
Q=Pcosα=（F×L/S）cosα 减小α和S，增大L均能增大Q力。 设计时可根据要求确定α、S和L。
3 运动速度和行程的放大