机械创新设计-绪论

瓦特发明的蒸气机现 安放于西班牙马德里
44
（2）原有机构演化、变异，导致结构变化
平底推杆盘形凸轮机构
凹圆弧底推杆盘形凸轮机构
传动寿命和效率提高
45
2、机构应用创新设计 B
1
2
1
C3
A
4
a)曲柄滑块机构
B A
C
b）偏心盘机构
c）剪床机构
46
3、机构组合设计，导致新机构系统的出现
FE CB
DA
机构组合创新
23
2、现代设计： 在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、 优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产 率，但仍然不理想。
24
3、创新设计：
清洗
粉碎
过滤去皮
挤压成型
油炸成产品
红薯泥 薯 条
创新导致加工设 备的改变
25
设计实例二：椰肉加工机的设计
1、常规设计： 椰子剖开
旋转
刀具切削
刀具
椰 子
椰肉
结果不理想
❖ 机械总体方案设计——机械的运动设计——机械的动力设 计——机械的结构设计
❖ ②机械创新设计：相对常规设计，它特别强调人在设计 过程中（总体方案，结构设计）的主导性及创造性作用。
31
2）MCD与创造发明
❖ ①机械的创造发明大多属于机械结构方案的创 新设计
❖ ②MCD要探索机械产品创新发明的机理、模式 及方法，具体描述机器产品的创新设计过程，并将 它程式化、定量化、乃至符号化、算法化。
❖ ③现代机械设计方法学库：机械创新设计 （MCD），机械系统设计(SD)，计算机辅助设计 （CAD）、优化设计(OD)、可靠性设计（RD）、 摩擦学设计（FD） 、有限元设计（FED）。
32
二、机械创新设计的过程
1．MCD的基本过程：
综合过程、选择过程、分析过程。
2．四个阶段：
（1）确定机械的基本原理； （2）机构结构类型综合及优选； （3）机构运动尺寸综合及其运动参数优选； （4）机构动力学参数综合及其动力参数优选
组合设计与创新、机构再生与创新 ❖ 第六章：结构创新 ❖ 第七章：反求设计与创新 ❖ 第八章：典型机械创新与进化
3
第一章 绪论
第一节 创新与创新方法 第二节 常规设计、现代设计与创新设计 第三节 机械创新设计的内容 第四节 创新与社会进步 第五节 创新教育与人才培养
4
第一节 创新与创新方法
一、创新的概念
19
结论：
无论设计方法如何，常规设计仍然是最基本的设 计方法，是机械设计课程的根本内容。有关常规 设计的基本理论、基本方法与基本技能不应减少。
20
三、不同设计方法的实例分析
设计实例一：薯条加工机的设计 设计实例二：椰肉加工机的设计 设计实例三：内平动齿轮传动装
置的设计 （作业）
21
设计实例一：薯条加工机的设计
6
5、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体 实现。但创新更强调创造成果的 新颖性、独特性和实用性
知识创新
人们认识世界、改造世界 的基本理论的总结
6、创新分类：
技术创新 应用创新
针对具体的事物，提出并完成具有 新颖性、独特性和实用性的新产品
的过程
把已存在的事物应用到某个新领域， 并发生很大的社会与经济效益的具
5
创新
❖ 最早提出来的是美国经济学家J.I.熊彼特在1912年 最早提出，他归纳了5个内容： 生产一种新产品； 采用一种新技术； 利用或开拓一种新材料； 开辟一个新市场； 采用一种新的组织形式或管理方式。
❖ 创新具有多个侧面，提高工作效率或巩固了企业的 竞争地位；改善人们生活质量等。
❖ 创新不一定是全新的东西，旧的东西以新的形式出 现或以新的方式结合出现都是创新。
和信息的物件的组合体 机构：机器中执行机械运动的装置
36Biblioteka 1、机器机器实例37
机器所共有的三个基本特征： 1)它们都是一种人为的实体的组合，而不是自然之物。 2)机器都有确定的运动。 3)机器可以实现人所期望的机械能、物体和信息的变 换和传递。
凡同时具备上列三个特征的实体组合便称为机器。
38
最一般意义上的机器由下列四部分组成：
39
(3)传动部分 传动部分介于原 动机与执行部分之间，用以 传递运动及动力。当原动部 分的速度大小不能满足执行 部分的需要时，传动部分用 机 以实现运动的增速或减速。
(4)控制和操纵部分 该部分的作 器 用是使机器上的原动部分、执行 部分和传动部分协调工作。控制 部分是指通过测量元件取得机器 运行的一定信息，并转换为控制 信息，交由控制器发出信号到操 纵部分，使被控制对象的运动情 况发生变化。
1、常规设计： 2、现代设计： 3、创新设计：
22
1、 常规设计方法
第一道工序：清洗：设计清洗机
第二道工序：削皮：设计削皮机
红薯固定，刀旋转，完成削皮的 红薯
刀
任务。
第三道工序：切片后再切条。
需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由 于红薯形状 和大小差异很大，控制削皮的厚度较难，导致浪费严重， 生产率也低。
的基础上，提高设计效率、产品 可靠性和质量的设计方法 3、创新设计的要素是强调创造性的 设计思维，其结果具有巨大效益 4、加强创新教育是高等学校的职责
29
第三节 机械创新设计的概念及过程
一、机械创新设计的概念：
1．机械创新设计（Mechanical Creative Design, MCD）： 充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术
26
2、现代设计：
在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、 优化设计等，可减少椰肉的损失、提高生产 率，但结果仍然不理想。
27
3、创新设计：
注入溶剂，椰肉溶化成 汁创造性思维改变了产品 加工方法
椰子 由机械加工方法到化学方法生产
28
结论：
1、常规设计方法是一切方法的基础 2、现代设计方法是在常规设计方法
33
34
3．机械创新设计的特点：
❖ 1）多种学科的交叉、渗透与融合。 ❖ 2）在知识和经验积累的基础上进行思考、
推理、判断，以及创造性发散思维（灵感、形 象的突发性思维）相结合的方法。 ❖ 3）应尽可能在较多方案中进行方案优选。 ❖ 4）多次反复、多级筛选过程。
35
三、有关机构的几个名词术语
机械：机器和机构的总称 机器：人为的通过运动变换或传递机械能、物体
17
现代设计方法在强调运用计算机、工程设计与分 析软件和现代设计理念的同时，其基本的设计内容是 建立在常规设计的基础上。
在强调现代设计方法的时候，不可忽视常规设计方 法的重要性。
18
3、创新设计方法
机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利 用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思、设计 出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活 动。
成果（理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出 具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一 种实践活动。
2．机械创新设计包含两部分：一是改进完善现有机械产品的 性能；二是创造设计出新机器（产品）
3．MCD与常规机械设计及创造发明的关系
30
1）MCD与常规机械设计
❖ ①常规机械设计：是在给定机械结构或只对某些结构 作微小改动的情况下进行的。
11
四、 创新方法简介
1、群智集中法：群智集中法又称头脑风暴法 2、仿生创新法 3、功能设计创新法 4、移置技术创新设计法 5、类比求优创新设计法 6、反求创新法
12
第二节 常规设计、现代设计与创新设计
常规设计
正向设计 现代设计
机械设计方法
创新设计
反向设计 （反求设计）
13
1、常规机械设计
(1) 原动部分 原动部分是机器动力的来源。常用的原 动机可分成一次原动机和二次原动机。一次原动机 把自然界的能源转变为机械能。二次原动机把二次 能源如电能、液能转变为机械能。有的简单机器的 原动部分为人力。
(2) 执行部分 执行部分处于整个机器传动运动的终 端，完成预期的机械动作。执行部分可以是一个或 多个构件，且其结构形式随机器的用途不同而呈现 不同形式。有时机构也能成为执行部分，如许多机 械手的抓取部分常为连杆机构。
47
五、《机械创新设计》的特点及功用
1．特点：
（1）内容的现代化；（2）具有适应性； （3）具有灵活性；（4）重视理论与工程实践密切结合。
2．功用：
（1）启迪新机构的创造与发明；（2）改善机构结构设计； （3）提高机构的传动性能；（4）统一机构分析与综合方法。
48
第四节 创新与社会进步
一、创新是人类文明进步的原动力
常用的机构
连杆机构 凸轮机构 齿轮机构 间歇运动机构 带传动和链传动机构
螺旋机构 组合机构
42
按照组成机构元素的相互运动平面的平行与否，机构可分为：
机构 Mechanisms
平面机构
Planar Mechanisms
空间机构
Spatial Mechanisms
43
四、机械创新设计的内容
1、机构的创新设计 （1）设计出新机构；
没有创新就没有新兴技术，也就没有经济建设所必须依 靠和重视的高科技人才。
21世纪将是知识经济占主导地位的时代。知识经济是以现代 技术为核心、以高科技产业为主要支柱，以智力资源为主要 依托的新型经济。在知识经济时代创新更是一个国家国民经 济可持续发展的基石。对于一个国家而言，拥有持续创新能 力和大量的高素质人力资源，就具备了发展知识经济的巨大 潜力。缺乏科学储备和创新能力的国家，将失去知识经济带 来的机遇。
1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断 努力和探索后被人们认知的具体结果。