机械创新设计范例1
机械创新设计的表达方法及典型实例缝纫机
（2）以大连杆带动的抬牙运动
抬牙凸轮4与抬牙轴6上的
拨叉5相接触，凸轮4摆动
时使抬牙轴6往复摆动，
抬牙轴上固结的抬牙曲柄
7使牙架上的送布牙作上
升和下降运动。
1-曲柄 2-连杆 3-摆杆 4-抬牙凸轮 5-拨叉 6-抬牙轴
7-抬牙曲柄 8-牙架 9-送布牙 10-送布轴 11-牙叉
12-滑块 13-导槽 14-凸轮 15-调节螺钉 16-压力弹簧
送布牙
送布牙送料时的工作情况
（1）以送布凸轮为主动的送料运动
当凸轮14转动时，带动牙叉11左右摆动，因此与牙叉固结的滑块 12在针距导槽13内上下移动（针距导槽13倾斜时），牙叉的摆动 和上下运动的合成运动使送布轴10作往复摆动；送布轴的摆动推 送送布牙9作往返送料运动。
调节针距导槽13的倾角大小和方向也就改变了牙叉上下移动的距 离，从而改变了送布牙的移动距离和方向。
手工线迹 ——一根线
互连、交织
缝纫机线迹
——上下两根缝线
工 艺 原 理 示 意 图
家用缝纫机的结构实照 主机 工作台
机身部分
动力源 ——踏板
机头—— 关键部件
传动部分
动力源 ——踏板
缝纫机踏板传递运动和动力原理
曲柄摇杆机构
曲柄
摇杆
连杆
工业缝纫机
JA型仿古手摇缝纫机
JA型缝纫机采用手摇 式杠杆传动，木质底 座，使用方便，操作 简单，维修方便，它 不仅能进行一般的缝 纫工作，而且还富有 古董色彩，具有很高 的欣赏价值。
功能关系
主要功能＋辅助功能＋控制功能=总功能
总结：
家用缝纫机的总功能
缝纫机的总功能：将线按一定规律缝于缝料上。
机械创新设计案例
机械创新设计案例研究背景：在城市交通日益拥挤的背景下，绿色出行方式成为人们关注的焦点。
电动自行车因其环保、便捷、经济的特点而逐渐受到人们的喜爱。
然而，传统电动自行车在携带和存放上存在一定的难题，特别是在使用过程中如果需要上楼或是放在狭窄的空间中时，存放起来非常不便。
因此，设计一种可以折叠的电动自行车成为了一个创新的方向。
设计目标：本设计的目标是设计一款方便携带、易于存放的可折叠电动自行车，以满足人们在城市出行中便利性和灵活性的需求。
设计原理：利用结构设计的原理，将电动自行车的主要零部件可以通过折叠的方式实现紧凑的体积，方便携带和存放。
同时，为了保持电动自行车的骑行舒适度和安全性，需要在折叠设计中保持车架的稳定性和强度。
设计方案：1.车架设计：采用高强度合金材料制作车架，以确保折叠状态下的稳定性和抗压性。
同时，车架设计需要合理分配重心，以保持骑行的稳定性和舒适性。
2.脚踏板设计：采用可折叠设计，通过引入可折叠机构，使踏板在需要存放时可以折叠起来，减小整车体积。
3.折叠机构设计：通过引入折叠机构，实现整车的折叠。
机构设计需要结合实际情况，确保机构的稳定性和易操作性。
同时，机构的设计需要避免锁固复杂，以提高折叠和展开的效率。
4.电池及电机布置：为了减小车体体积，电池和电机布置需要合理设计。
可以采用分散布置的方式，将电池和电机分别放置在车架的不同位置，以降低整车的重心，提高稳定性。
5.控制系统设计：电动自行车的控制系统需要进行适当的调整，以适应折叠状态下的使用。
6.安全设计：在车辆折叠设计中需要考虑到安全性问题，加入必要的安全装置，避免在折叠和展开过程中出现意外伤害。
设计效果：通过以上的设计方案，可以实现一款方便携带、易于存放的可折叠电动自行车。
该车在折叠状态下体积较小，便于携带进入公共交通工具或是存放在狭小的家庭空间。
展开后，保持电动自行车的骑行舒适性和稳定性。
同时，还可以提供一定的储物空间，方便用户携带必要的物品。
机械创新设计案例
三种参数的测量结果同时送人由单片机系统组 成的测量仪表并显示。
三、原理方案的设计 1、电机的选择——摆线针轮减速电机 2、电机的调速方式——变频调速 3、定位夹紧的方法——气动装夹定位 4、动作顺序的控制——PLC控制 5、转矩的测量——非接触式转矩传感器 6、摆矩的测量——扭矩传感器 7、摆角的测量——光电编码器 8、摆动施力方式——步进电机+蜗轮蜗杆减速机 9、测量显示方式——单片机数字显示
摆动力矩、转动力矩的测量原理如图 1 所示。
力矩性能测量原理如下：
（1）摆动力矩的测量方法 : 万向节外圈以角速度ω旋转 , 摆杆带动内圈在
一定的平面摆角±β范围内左右对称摆动 , 摆杆所 受的弯矩即为万向节的摆动力矩。
(2)转动力矩的测量方法: 万向节内圈先摆动到一定的角度β,后并保持此
角度固定不变 , 万向节外圈以角速度ω旋转 , 外圈 所受的扭矩即为万向节的转动力矩。
三、裹包机的工作原理
四、预拉伸送膜机构工作原理
五、预拉伸送膜机构结构图
六、主机构结构图
[案例二] 汽车万向节力矩性能 试验机的设计
一、机器的用途 该试验机主要用于汽车万向节力矩性能的在线检
测，测量参数包括万向节的摆动力矩、转动力矩、最 大摆角等。操作者除了完成装卸试件的动作外，整 个试验过程自动完成。 二、测量原理
第九章 机构创新设计案例
[案例一] 预拉伸塑膜裹包机的设计
一、机器的用途 对于采用集装箱运输的货物，一般在装箱之前，
需要将单箱的货物按一定大小的体积码堆成四方体， 然后利用具有一定弹性和粘性的塑料薄膜缠绕成易 于搬运的单元整体，此项工作需要在裹包机上进行。 二、原理方案的设计
机械创新设计范例1
顾客至上，改革求实，以人为本，团 结进取 。2020年12月 上午8时 37分20.12.3108:37D ecemb er 31, 2020
发挥ISO9000科学效应，促进企业走 上新台 阶。2020年12月31日 星期四8时37分 50秒08: 37:5031 December 2020
规程领先操作，安全领跑生产。上午8时37分 50秒上 午8时37分08: 37:5020.12.31
导辊的运动有定轴齿轮来完成，两个从 动轮的同向旋转带动导辊的同向转动， 而带动瓶子转动。（如下页图示）
2020/12/31
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导辊的俯视图
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品质改善我们需要全员参与。20.12.3120.12.31Thur sday, December 31, 2020
2020/12/31
7
推瓶机构的方案构思
推头的运动要求主要是满足急回特性,能 满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机 构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机 构.
运用前述创新设计的思想方法,再考虑到 机构的急回特性和推头做往复直线运动 的特点，设计出了曲柄滑块机构，其主 要参数如下表所示：
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只有防而不实，没有防不胜防。20.12.3120.12.3108: 37:5008:37:50December 31, 2020
急用户所急，想用户所想，在提高产 品质量 上下功 夫。2020年12月31日 上午8时 37分20.12.3120.12.31
火灾不难防，重在守规章。2020年12月31日 星期四 上午8时 37分50秒08:37:5020.12.31
作业之中忌嬉闹，集中精力莫大意。08:37:5008:37: 5008:3712/31/2020 8:37:50 AM
机械结构设计中的创新设计
机械结构设计中的创新设计
随着科技的发展和社会经济的不断发展，机械结构的设计也在不断的更新和升级。
特
别是在近年来，随着计算机技术的迅猛发展，机械结构的创新和设计变得更加容易和快捷，设计师可以更加专注于创新的思考，从而为用户提供更加稳定、节能、安全、耐用的机械
产品。
机械结构的创新设计主要是指设计师针对用户需求和使用环境，进行创新性的设计，
从而提升机械产品的功能和效率。
以下是一些机械结构的创新设计范例：
1. 自适应结构设计
自适应结构设计可以使机械产品在不同的工况下保持稳定的性能和效率。
例如，一些
自适应的制动器可以根据车速和路况自动调整制动力度，从而使驾驶过程更加安全和稳定。
另外，自适应结构还可以应用于振动控制和自动调节等领域。
2. 新材料应用
新材料的应用可以大大提高机械产品的强度、韧性、耐久性和抗腐蚀性能，从而延长
机械产品的使用寿命。
例如，现代航空发动机中，采用的高温合金材料可以适应高温高压
的工作环境，保证发动机的高效稳定运行。
3. 智能化控制系统
智能化控制系统可以使机械产品更加智能和高效。
例如，在工厂生产线上，可以采用
智能化控制系统对生产过程进行自动控制和监控，从而大大提高生产效率和质量。
另外，
在一些自动化设备中也可以采用智能化控制系统进行自动化控制和处理。
4. 模块化设计
模块化设计可以使机械产品更加易于维护和升级。
例如，某些机械设备采用了模块化
设计，可以方便地更换或升级关键部件，提升产品的可靠性和性能。
此外，模块化设计还
可以使机械产品更加灵活，方便用户根据需要进行组合和拆卸。
机械工程中的创新设计案例分析
机械工程中的创新设计案例分析机械工程是一个关键的工程领域，负责设计、制造和维护各种机械设备。
在这个领域中，创新的设计方案对于推动技术进步和提高效率至关重要。
本文将分析几个机械工程领域中的创新设计案例，以便更好地了解这些项目的价值和影响。
案例一：自主控制车辆导航系统在机械工程的领域中，自动驾驶技术一直是一个热门话题。
一家汽车公司最近研发出了一种自主控制车辆导航系统，该系统利用了激光雷达和摄像头等传感器，能够识别周围的道路和障碍物，实现真正的自主导航。
这项创新设计的突破之处在于其高度精确的实时反馈和决策能力，使得车辆能够更好地适应不同的交通环境，并大幅提高了行驶的安全性。
案例二：智能家居系统随着物联网的快速发展，智能家居系统在机械工程领域中逐渐崭露头角。
一家科技公司推出了一种智能家居系统，该系统能够通过自动化控制和智能传感器实现对家居环境的全面管理。
例如，用户可以通过手机应用程序控制家中的温度、照明和安防系统，并根据自己的需求进行个性化设置。
这个创新的设计方案为用户带来了更加便捷和舒适的家居体验，也提高了能源的利用效率。
案例三：3D打印技术在制造业中的应用3D打印技术是机械工程领域中的一项创新技术。
通过这项技术，制造业能够以更快、更便宜的方式制造产品。
例如，有一家制造公司将3D打印技术应用于机械零件的制造过程中，极大地提高了生产效率和灵活性。
该公司能够根据客户的需求快速设计和生产定制化的零件，同时减少了传统制造过程中的浪费。
案例四：飞机发动机的节能设计在航空领域中，提高发动机的燃油效率一直是一个重要的目标。
一家航空公司开发了一种先进的涡轮风扇发动机，通过结构和材料的创新设计，大幅降低了燃油消耗量。
该发动机采用了复合材料和先进的空气动力学设计，使得飞机能够以更低的燃油消耗飞行，减少对环境的影响。
这些案例展示了机械工程领域中的创新设计对于改善生活和推动技术进步的重要性。
通过不断研究和应用新的技术和方法，机械工程师能够为各个行业带来更高效、更安全和更可持续的解决方案。
机械创新设计范例1
机械创新设计范例11. 引言机械创新设计是指在工程领域中，通过引入新的机械设计理念和技术，设计出具有创新性和优越性能的机械产品。
本文将介绍一个机械创新设计的范例，以展示机械创新设计的方法和过程。
2. 范例介绍2.1 背景在工业生产中，传统的液压系统在某些应用中存在一些问题，例如能效低、噪音大、易损件多等。
为了解决这些问题，我们进行了一项机械创新设计。
2.2 设计目标本次设计的目标是开发一种新型液压系统，具有以下特点：•高能效性：提高工作效率，降低能源消耗。
•低噪音：减少噪音污染，提供更好的工作环境。
•高可靠性：降低易损件的使用，减少维修成本。
2.3 设计过程本次设计包括以下步骤：1.确定需求：分析传统液压系统的问题，确定设计目标。
2.市场调研：了解当前市场上已有的液压系统，并分析其优缺点。
3.创新设计：根据需求和市场调研结果，进行创新设计。
4.模拟分析：通过计算机仿真软件对设计方案进行分析和优化。
5.实验验证：制作样机并进行实验验证，评估设计方案的性能。
6.优化改进：根据实验结果，进行相应的优化改进。
3. 设计方案在本次设计中，我们提出了一种新的液压系统设计方案。
该方案的核心思想是引入变频电机和可调速液压泵，通过控制系统对液压泵进行精确调速，从而实现高能效和低噪音。
3.1 变频电机传统液压系统中使用定频电机驱动液压泵，无法根据实际工况调整工作速度，造成能源浪费和噪音污染。
而我们采用的变频电机能够根据需求实时调整转速，提高工作效率，并且减少噪音。
3.2 可调速液压泵传统液压系统中使用的液压泵转速固定，无法适应不同工作负载的需求。
而我们采用的可调速液压泵可以根据需要实时调整转速，提供所需的液压工作压力和流量，从而提高工作效率和能源利用率。
3.3 控制系统为了实现对变频电机和可调速液压泵的精确控制，我们设计了一个先进的控制系统。
该控制系统可以根据实际工况自动调整液压泵的转速，并监测液压系统的工作状态，提供实时报警和故障诊断功能。
机械创新设计案例
机械创新设计案例概述机械创新设计是指基于机械原理和工程知识的创新设计过程。
机械创新设计案例是指以机械创新设计为基础，通过解决实际问题和满足需求的方式，创造出新的机械产品或改进现有机械产品的设计案例。
在这篇文章中，我们将介绍一些机械创新设计的案例，并探讨其在工程领域中的应用和意义。
案例一：自动化垃圾分类系统在现代社会中，垃圾分类成为了一个重要的环保问题。
传统的垃圾分类方式需要人工操作，效率低下且容易出错。
为了解决这个问题，某公司设计了一套自动化垃圾分类系统。
该系统通过使用机器视觉技术和机械臂控制系统，能够精准地识别和分拣垃圾。
用户只需将垃圾投放到系统中，系统便能够自动地将不同种类的垃圾分拣到不同的垃圾桶中。
这种自动化垃圾分类系统不仅大大提高了垃圾分类的效率，还减少了人力成本和环境污染。
案例二：智能电动自行车随着城市化进程的不断加快，电动自行车成为了一种常见的交通工具。
然而，传统的电动自行车存在电量不稳定、续航里程不够长等问题。
为了解决这些问题，一家公司开发了一款智能电动自行车。
这款智能电动自行车配备了一套先进的电池管理系统和能量回收系统。
电池管理系统能够根据用户的习惯和行驶条件，智能地控制电池的放电和充电，提高电池的使用寿命和续航里程。
能量回收系统能够将制动过程中产生的能量转化为电能，回馈给电池进行充电，进一步延长续航里程。
这款智能电动自行车不仅解决了传统电动自行车的短板，还提升了用户的乘坐体验。
案例三：无人驾驶汽车无人驾驶汽车是近年来快速发展的机械创新设计领域。
它基于人工智能、传感器和控制系统等技术，能够在无需人类干预的情况下自主行驶。
这种创新设计不仅在交通运输领域中具有重要意义，还对未来的城市规划和交通系统的发展产生了深远的影响。
无人驾驶汽车通过使用激光雷达、摄像头和超声波传感器等技术，能够实时感知周围环境的情况，并做出相应的决策。
它能够通过精确的导航算法和先进的控制系统，安全地驾驶在不同的路况下。
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17
S=100*(120-φ*φ)/120*120 V=-200*70*2π*(120-φ)/60*120*120 =0.10*(120-φ )
方案选择与分析
压制成形 曲柄滑块 组合机构 六杆机构
功能
机构
增压功能 曲柄滑块 组合机构 六杆机构 机构
输送功能 组合机构 凸轮机构 六杆机构
工艺过程 槽轮机构 不完全齿 凸轮式间
转换功能
轮机构 歇运动机
构 9
方案选择
一.冲压机构的选择: 冲压机构的主要运动要求:
主动件作回转运动,从动件(上模)作直线往复 运动,行程中有匀速阶段,并具有急回特性,机 构有效好的动力特性等! 综合以上特点我们的冲压机构由铰链四杆机构 和摇杆滑块机构串联组成.四杆机构可按行 程速比系数设计,然后选择压杆的长度，按 工作行程段几乎匀速的要求确定铰链点的位 置。同时可是在工作段中运动是机构的传动 角满足要求，前机构工作锻压力角较小。
（４）生产率为每分钟７０件．
（５）执行构件（上模）的工作段长度为１
００mm,对应曲柄转角φ＝２００°
5
（６）行– 。程速度比系数Ｋ＞＝１．５ （７）送料距离为５０mm （８）载荷为３０００Ｎ按此功率选择
电机．
6
功能分解与工艺动作分解
１）功能分解
为了实现打印机的总功能将功能分 解为上料输送功能、压制成型功能、增 压功能、脱模功能、下料输送功能。 ２）工艺动作过程
4
原始参数及设计要求
(1)从动件(执行机构)为上模,作上下往复运动.其 大致运动规律如上图,有快速下沉,等速工作 和快速返回的特性.
(2)机构应具有较好的传力性能,特别是工作段 的压力角α应尽可能的小；传动角γ应大于或 等于许用传动角［γ］（一般取［γ］＝４０ °）
（３）上模到达工作段前送料机构以将坯料送 至待加工位置（下模上方）．
推程有S=h/2（1-cosφ）=25（1-cosφ)
Φ
30° 60° 90° 120° 150° 180°
S(mm) 3.37 12.5 25 -37.5 -46.65 -50
v(mm/s) 91.5 158.63 183.1 158.63 91.5 016
Hale Waihona Puke V=25*ω*sinφ =25*70*2π*sin φ/60=183.17*sinφ 回程有 S=h-2*h*φ*φ=50-φ*φ/144 V=-200*2π*70*φ/120*120*60=-0.10*φ
取曲柄固定铰链中心A为(-83 ,142),可将 以上二式表达的Xb2,Yb2及Xb3,Yb3与 Xb1,Yb1及A代入方程2—17最后得到
Lab=37.5 Lbc=188.5 Lcd=208.82
14
凸轮送料机构图形说明
此机构为坯料送料凸轮 机构图中三个位置分别 表示三个不同的运动位 置。（最高点、最低点 和中点）
C2（-208，81），G （-200，-50）有： θ12=14°，
θ13=28°
12
故有可由刚体位移矩阵D12，D13分别 为：
D12= {(0.970 -0.242 -2.71),(0.242 0.970 0.1), (0 0 1)}T D13={(0.883 -0.469 0.05),(0.469 0.883 -0.35), (0 0 1)}T CD长为208.81 故以下只需求B点
要实现上述分功能，有下列工艺动作 过程。 （１）利用凸轮自动上料，上料到位后， 输送机构改革迅速返回原位，停歇等待 下一循环。
7
（２）上模往下作直线运动，同时下 模向下作直线运动，对坯料冲压成型。
（３）下模带动成品返回压迫弹片。 （４）到最低点时弹片将徽章由出料
口弹出。 完成一个工作循环。
8
1
工作行程演示
2
产品特点
本产品主要用于徽章打印,可快速进行徽 章生产.适合学校及公司等团体的徽章 批量生产. 产品机构简单还可方便改装 成其它的冲压装置.
3
设计原理
原理图 原理 在冲制薄片徽章时上模先
以较大的速度接近坯料, 同时下模也以较大速度 接近坯料.此时进料凸 轮推杆将薄牌推入压制 腔中,然后上下模将坯 料压制成型.并随下模 向下运动被弹片弹出入 筐.完成一次冲压工作 循环.
定齿轮系减速传动比为2:1.最终实现上 述要求.
由于机构传力较大,故采用斜齿轮机构 同时可以凑准中心距.
我们采用β,β=10度
23
齿轮参数一览表
推算过程由公式:a=mn(z1+z2)/2cosβ 其中β=10度.中心距a=165.可凑得模数Mn等
于3.所以得到齿数配合如下表
Mn 3 3 3 3 3 3 3 3 3 齿 72 36 36 18 36 28 36 30 1 数 α 20 20 20 20 20 20 20 20 20 代 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 号
25
打印图
26
解析方法同上模. 再计算曲柄摇杆机构最后解析方法同上. 得到杆长如下: L1=180 L2=70 L3=170 L4=40
21
传动机构简图
皮带轮 传动
蜗杆 涡轮
电动机
22
齿轮传动机构说明
电机每分钟转1800转,机器每分钟打印 30个徽章,传动比为60:1.通过两个机构 实现.
蜗轮蜗杆减速机构.其中蜗轮齿数为30
10
上模运动机构图形说明
图中三个不同颜色 表示三个不同的位 置，曲柄的极位夹 角为20°，上模运 动行程为100mm ， 工作压头压力角小 于8°，有利于增大 压印力度。综上所 述符合设计要求。 四杆机构的计算过 程
11
四杆机构的计算过程
AD为机架以D 点为 中心建立直角坐标 系。即为引导平面 通过G（-200，-50）
其中推程为180度，为 余弦加速度运动规律。
回程为120度等加速度 等减速度规律
远休止角为60度 基圆半径为30.52mm
15
凸轮原始数据计
从动件杆为150,e=32mm,
h=50mm,r1=20mm Rb=30.52mm
推程为余弦加速度向右推:φ1=180度
回程为等加速度φ2=120度静休止极为 满意为φ3=60度。
18
下模行程运动简图
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下模机构设计思路
图中C1.C2.C3分别为下 模的最高点中点和最低 点.
B1.B2.B3分别与 C1.C2.C3对应.
本机构设计采用反推法. 由已知C1.C2.C3的位置 通过平面矩阵解析运算 导出B1.B2.B3的坐标从 而进一步求出所有杆长.
20
解析思路
– 分为两次解析第一次为摇杆滑块机构
24
创新设计心得体会
在此次的创新设计中我们遇到了不少 的困难其中还有一次一下午的劳动都 化为了乌有.但是我们始终相信一点坚 持就是胜利!我们东西做得比较多工作 量也比较大,大家分工合作,虽然很累,但 是在成果出来以后都很高兴.通过这次 创新设计训练，巩固了所学的理论知 识，而且都至少学到了一种应用软件 的用法,收获很大.
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(Xb2 Yb2 1)T=D12(Xb1 Yb2 1)=(0.970Xb10.242Yb1-2.71 0.242Xb1+0.970Yb1-0.1 1)T
(Xb3 Yb3 1)=D13(Xb1 Yb1 1)=(0.883Xb10.469Yb1+0.05 0.469Xb1+0.883Yb1-0.35 1)