第三章机械产品功能原理设计

输入量和输出量之间的相互转换的关系。
硬币计数包卷机
用来整理、清点、 计数，最后按50枚一 卷将硬币用纸包卷起 来；也可以在计数后 装袋而不包卷。
“黑箱”只是描述了从技术系统外部观察到的 “功能特点”，而黑箱的内部结构是未知的，是 需设计者进行具体构思和设计的。
系统工程学中的“白箱”和“灰箱”，则指内 部结构完全已知或部分已知的技术系统。
第一节 功能原理设计的工作特点和工作内容
一、功能原理设计的工作特点
1) 是用一种新的物理效应来代替旧的物理效 应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。
2) 引入某种新技术(新材料、新工艺、……)， 但首先要求设计人员有一种新想法( )、新构 思。
3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。 例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时 的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。
(2) 以转换物料为主： 机床、管道输送系统
黑箱
在功能原理设计中，用黑箱描述产品的 功能。
方式：每班准备1-2个案例，推选1-2位同学作为代 表，在课堂上讲解。每人时间控制在10分钟左右。
要求：
1、广泛收集资料，精心制作，两周准备，3月18日 讨论。3月12日报名，3月14日提交初稿。
2、每班推选1名评委。共推选2名组织者。
奖励措施
第二节 功能、功能单元和功能结构
一、功能的含义 功能是对于某一产品特定工作能力的抽象化描
4) 在工件转接站上小车能准确定位。
23型：
中枢用两个驱动 轮驱动，可实现 进退和转弯。
车架可绕中枢回 转，以保证与转 接站对接时的方 位调整。
课堂讨论
主题：产品及其功能原理的分析
内容: 介绍某产品及其功能原理的演进过程（或者 某产品的不同功能原理），对产品所采用的工作原理 或者引入的某种新技术（如新材料、新工艺等）进行 分析。参考案例：火车、打印机、钟表、显示设备
设计者的任务就是使“黑箱”变成“白箱”， 这个技术系统就设计出来了。
技术系统的功能（任务）就是将输入量转换为 输出量。所以技术系统也可看作是一个转换装置。
（1）物料 用双线箭头表示
可以是固体、液体、气体、混合物
金属机床 水泵 天然气管道 汽车
（2）能量 用实线箭头表示
包括机械能、电能、热能、光能、化学能、 核能、生物能等…… 机械能的描述：力和运动 平移：力、线速度 旋转：转矩、角速度
章 机械产品的功能原理设计
功能原理设计的概念
机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品 的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对 主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原 理设计”。
包括两个方面：
功能分析——由总功能分解为分功能，最后做 出功能结构图的过程。
工作原理设计——确定实现功能的工作原理
设计一台点钞
当然，在实践中，每一个功能原理设计不一 定都能体现上述三个特点，而能体现这三个特 点的，则应该是高品位的功能原理设计。
二、功能原理设计的任务和主要工作内容
任务：
针对某一确定的“功能目标”，寻求一些 “物理效应”并借助某些“作用原理”来求得 一些实现该功能目标的“解法原理”。
举例：喷墨打印技术
最初的解法原理
（3）信号 用虚线箭头表示，可以是数字信号、模拟
信号
① 输入信号 一般为控制信号 开关控制、大小/速度/流量/强度控制 ② 输出信号 一般为状态信号，可以是测量值、指示值 温度、压力、粗糙度、位置、报警信号……
（4）伴生输入和伴生输出 伴生输入：外界环境对技术系统的影响和作 用，用实线箭头画在下方。 伴生输出：技术系统对外界环境的影响和作 用，用实线箭头画在上方。
述。
（洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来 ）
功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有的转化能 量、运动或其它物理量的特性。
系统工程学把一个机械产品看成技术系统，在 设计初期时该技术系统还不清楚，故用“黑箱”（ ） 来描述功能。
系统工程学对功能的定义： 一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其
功能目标：喷墨打印
工作原理：受显示成像原理（用电场控制电子 束扫描屏幕）启发，用电场控制喷嘴喷出的墨
水滴扫描白纸。
存在的问题：喷墨效果差
当前市场上正在激烈竞争着的两种喷墨技术
日本公司采用
日本佳能公司采用
主要工作内容：
明确功能目标，构思能实现功能目标的新的 解法原理。
举例 柔性制造系统中运输小车的改进设计
机，首先构思将 钞票逐张分离的 工作原理。
功能原理设计的重点 提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多
的解法供比较选优。 对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有
成熟的考虑，因此只需用简图或示意图来表示百度文库构思的 内容。
功能原理设计的重要性 是对产品的成败起决定性作用的工作 原理方案的拟定和构思从质的方面决定了设计的水平 是产品设计和实现创新的关键阶段 火车一演个变好的的例功子能原理设计应该既有创新构思，又应 同时考虑其市场竞争力。因为脱离市场需求的盲目创 新是没有意义的。——一次成像照相机的例子
任何一种机器的更新换代都存在三个途径:
改革工作原理
例如用激光打孔机替代机械钻，使一 些精密仪器、仪表的精度得到很大的提高。
通过改进工艺、结构和材料提高技术性能
例如螺纹的加工工艺
加新强工辅艺、助新功材能料使的其出更现适也促应进使了用新者工的作心原理理的产
生。—— 例如液晶材料的实用化， 促使钟表的工作 原理发生了本质的变化。
举例 —— 水泵
说 明： 输出的能量为“压力水”中蕴含的机械能 没有明显的输出信号，可以不画出。 没有明显的伴生输入和伴生输出，可以不画出。
举例 —— 冲床
产品设计中，输入量和输出量被称为“流”
主要传递信号流的技术系统——仪器 主要传递能量流与物料流的技术系统——机 器
(1) 以转换能量为主：电动机、发电机、汽轮 机、锅炉
分析：以前的运输系统是采用地面下埋设电缆 用电磁感应的方式来进行导向的，该种方式的 缺点是：铺设电缆的费用昂贵且不易调整运输 路线。
举例：柔性制造系统中运输小车的改进设计
通过调查分析，明确了以下几点功能目标： 1)装设导向系统的费用应较小。
2)允许扩充和调整设备，变动运输路线。 3)在拥挤的工作环境中小车能灵活运行。