机械结构与创新设计
探究机械结构设计中的创新设计
探究机械结构设计中的创新设计
机械结构设计是机械工程中的重要环节，它涉及到机械产品功能的实现和性能的优化。
随着科技的不断进步和市场的需求不断变化，创新设计成为了机械结构设计中不可忽视的
一部分。
本文将探究机械结构设计中的创新设计。
机械结构设计的创新可以从不同的角度考虑，包括材料选择、结构形式、动力传递和
驱动方式等。
创新设计在材料选择上可以突破传统的材料界限，采用高性能材料或新型材料，如纳米材料、复合材料等。
这些材料具有优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性能，能
够提高机械产品的使用寿命和可靠性。
在结构形式上的创新设计可以改变传统机械产品的外形和结构布局，从而提升产品的
性能和功能。
采用仿生学原理设计机械结构，可以使机械产品更加符合人体工程学要求，
提高用户的使用体验；又如，采用紧凑型、模块化设计，可以降低产品的体积和重量，增
加产品的灵活性和便携性。
在动力传递上的创新设计可以改变传统机械产品的传动方式，提高机械系统的效率和
可靠性。
采用电动传动代替机械传动，可以减少传动件的数量和传动损失，提高机械产品
的效率；又如，采用气动传动代替液压传动，可以降低产品的成本和维护难度，提高产品
的可靠性。
机械结构设计中的创新设计对于提高机械产品的性能和竞争力具有重要意义。
创新设
计不仅可以改变传统机械产品的外观和结构，还可以改进机械系统的动力传递和驱动方式，从而实现更高的性能和更广泛的应用。
在机械结构设计中积极探究创新设计，对于进一步
推动机械工程领域的发展具有重要意义。
【课程思政优秀案例】《机械创新设计》课程
一、课程简介《机械创新设计》课程是面向机械类本科专业大三学生开设的一门专业选修课，课程总共32学时。
课程构架包括理论讲授和项目实践两个部分。
课程的主要任务是学习创新设计的理论基础、创造性思维方法和创造原理，掌握创新设计方法，并能应用于机械创新设计的实践活动。
课程引用了丰富的创新案例，举一反三，达到融会贯通的效果；并将思政元素融合在创新思维空间、创新案例剖析以及创新设计实践中，引导与培养学生的专业精神、职业素养与爱国主义，融传授知识、培养能力、价值塑造为一体。
二、案例名称机械结构创新设计-标准件的结构创新（一）学情分析（1）学生已完成创新思维、创新原理与技法、方案创新和机构创新设计内容的学习。
（2）课后的项目设计作业中，学生以小组为单位，进行了方案设计和机构设计，部分学生小组已经完成了第一版项目设计作品的制作，但结构设计部分的创新性不够。
（3）学生通过先修课程，理解与掌握了机械结构设计的概念、工程图要求、材料性能、加工工艺等基础知识，但综合考虑这些因素的机械结构创新设计教学与实践尚待开展。
（二）知识目标掌握功能分析法、功能组合法、功能移植法这三种功能分析法的特点、要素及分析设计过程。
（三）能力目标通过团队合作，完成课程项目的结构创新设计工作。
（四）课程思政目标体验“螺丝钉精神”，激发利用专业知识与技能服务国家、服务社会的热情；通过“永不松动螺母”的研发案例，体会与培养工匠精神。
（五）重点难点重点：功能分解法、功能组合法、功能移植法的设计要素分析。
难点：将几种功能分析法综合应用到课程项目作品的创新设计中，选择最优的结构创新设计方案。
（六）课程思政元素（1）核心关键技术的深刻内涵、工匠精神、增强专业自信心。
（2）不墨守成规、不遵循守旧，具有强烈的创新与改革意识。
（七）融入方式（1）课程知识的导入与功能分解法首先让学生思考有哪些螺丝钉的类型，通过各类螺丝钉的应用举例（图1），使学生体会标准件等结构件也要不断创新的意义；讲授利用功能分解法开展结构创新设计的具体技法；讨论不同螺纹紧固件的应用场合与作用，分析小小螺丝钉对工程和设备运行可靠性的重要性，并引出我国在标准件研发中还存在很多“卡脖子”技术有待突破，标准件还需要大力开展结构创新设计。
创新创业教育 3.1：机械产品功能结构设计与创新
3.1机械产品功能结构设计与创新机械结构设计是将机构和构件具体化为某个零件或某个部件的形状、尺寸、连接方式、顺序、数量等具体结构方案的过程，用以实现机械对它的工作要求。
结构设计不是简单重复的操作性工作，而是创造性工作。
工程知识是从事结构设计工作的前提，巧妙构型与组合是结构创造性设计的核心。
每个零件的每个部位各承担着不同的功能，具有不同的工作原理。
若将零件功能分解、细化，则会有利于提高其工作性能，有利于开发新功能，也使零件整体功能更驱于完善。
3.1.1实现零件功能的结构设计与创新在结构设计过程中，设计者首先应掌握各种零件实现功能的工作原理，提高零件工作性能的方法与措施，还要具备善于联想、类比、组合、分解及移植等创新技法，这样才能在结构设计时根据零件的功能构造它们的形状，确定它们的位置、数量、联接方式等结构要素，更好地实现零件应具备的功能要求。
（一）功能分解每个零件的不同部位承担着不同的功能，具有不同的工作原理。
若将零件功能分解、细化，则会有利于提高其工作能力，有利于开发新功能，从而使零件整体功能更趋于完善。
例如螺钉是一种最常用的联接零件，其主要功能是联接。
联接可靠、防止松动、抵抗破坏能力是设计的主要目标。
若将各部分功能进行分解，则更容易实现整体功能目标。
螺钉功能可分解为螺钉头、螺钉体、螺钉尾三个部分。
螺钉头又可分为扳拧功能与支承功能；而螺钉体可分为定位功能与联接功能；螺钉尾则为导向与保护功能。
螺钉头的扳拧功能应与扳拧工具、操作环境相结合进行结构创新设计。
根据所需拧紧力矩的大小，变换功能面的形状、数量和位置，可得到螺钉头的多种设计方案。
图3-1所示为12种螺钉头扳拧结构。
其中，前三种(图3-1a、b、c)头部结构使用一般活动扳手拧紧，即可获得较大的预紧力，但不同的头部形状所需的最小工作空间不同；第四种(图3-1d)滚花形螺钉头和第五种(图3-1e)蝶形螺钉头主要用于手工拧紧，不需要专门工具，使用方便，但预紧力较小；第六、七、八种方案(图3-1f、g、h)的扳手作用在螺钉头的内表面，可使螺纹联接表面整齐美观，但需专用扳手；最后四种(图3-1i、j、k、1)分别是用十字和一字槽螺钉旋具拧紧的螺钉头部形状，所需工作空间小，但拧紧力矩也小。
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。
探究机械结构设计中的创新设计
探究机械结构设计中的创新设计机械结构设计是指利用机械原理和运动学方法，设计出能够完成特定功能的机械系统的过程。
而创新设计则是在传统的机械结构设计的基础上，运用新的思路和技术，提出独特的设计方案，以达到更高效、更可靠的效果。
在机械结构设计中，创新设计的核心思想是通过提高设计方案的科学性、先进性和实用性，满足现代社会对高性能机械系统的需求。
创新设计应具备以下特点：创新设计应能够提高机械系统的执行性能。
通过运用先进的材料、执行元件和控制技术等手段，提高机械系统的运动速度、精度和稳定性，使其能够更好地适应复杂的工况要求。
在航空航天领域，创新设计可以通过减小系统的重量和体积，并提高系统的可靠性和适应性，满足对高性能和高精度的要求。
创新设计应能够降低机械系统的成本和能耗。
通过改进结构设计和优化工艺流程，提高机械系统的制造效率，降低生产成本。
通过提高能源利用率和降低能源消耗，减少对环境的影响，提高机械系统的可持续发展能力。
创新设计应能够提高机械系统的安全性和可靠性。
通过运用新的安全措施和先进的故障检测技术，提高机械系统的抗干扰能力和自动检测能力，减少故障发生的概率和影响范围。
如在汽车工业，创新设计可以通过引入智能控制系统和主动安全装置，提高车辆的安全性能，减少交通事故的发生。
创新设计应能够提高机械系统的智能化和自动化水平。
通过引入传感器、计算机视觉、人工智能等先进技术，实现机械系统的智能感知、智能决策和智能执行，提高系统的自动化水平和智能化程度。
在制造业中，创新设计可以通过引入工业机器人和自动化生产线，提高生产效率和产品质量，降低人力资源成本。
机械结构设计中的创新设计是一项追求技术突破和改革的工作。
通过运用新的思路和技术，创造出更加先进、高效、可靠的机械系统，满足现代社会对高性能机械的需求。
只有不断探索和实践创新设计，才能推动机械结构设计的发展，为社会的进步和发展做出贡献。
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不断进步，机械结构设计领域也在不断涌现出新的创新设计。
机械结构设计是工程领域中非常重要的一部分，它关系到产品的性能、稳定性、安全性等方面，因此在不断追求创新设计的也必须注重产品的可靠性和稳定性。
本文将结合实际案例，探讨机械结构设计中的创新设计。
1. 利用新材料传统的机械结构设计中常用的材料包括钢铁、铝合金等，但随着新材料的不断涌现，例如碳纤维复合材料、钛合金等，设计师们可以根据不同的产品需求选择更轻、更坚固、更耐腐蚀的材料，从而实现更好的性能和更高的可靠性。
在航空航天领域，碳纤维复合材料的应用大大减轻了飞机的重量，提高了燃油效率，同时也增加了飞机的结构强度，改善了安全性能。
2. 使用先进的制造工艺随着3D打印、激光切割、数控加工等制造技术的发展，设计师们可以更加灵活地进行结构设计。
通过这些先进的制造工艺，可以实现更为复杂的结构形态，从而提高产品的性能和稳定性。
利用3D打印技术可以打印出具有复杂内部结构的零部件，从而提高其强度和稳定性。
3. 充分利用智能化技术智能化技术在机械结构设计中也发挥着越来越重要的作用。
传感器技术的应用可以实现对机械结构的实时监测，从而提前发现潜在问题，提高产品的可靠性和稳定性。
人工智能技术的应用也使得机械结构设计更加智能化和自适应，根据不同的工作条件实时调整结构形态，从而实现更好的性能和稳定性。
4. 结构优化设计通过有限元分析和计算机仿真技术，可以对机械结构进行全面的优化设计，从而实现更好的性能和稳定性。
通过优化设计可以使结构更加轻量化、更加坚固、更加稳定，提高了产品的使用寿命和可靠性。
通过有限元分析可以针对零部件的应力分布进行分析，从而针对性地进行结构设计，提高其抗疲劳性能。
5. 整体设计思维在机械结构设计中，不仅要注重单一零部件的设计，还需要注重整体设计思维。
通过整体设计思维，可以实现各个零部件之间的协同作用，从而提高产品的性能和稳定性。
数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究
数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究摘要：广大设计师只有更好地通过创新思维来提升设计制造的技术才能够更好地创新数控机床内部的结构，为的是更好地增强数控机床的开发能力。
因此，只有在实践中有效地掌握与数控机床设计有关的原则才能够更好地提升数控机床设计的效率。
只有有效地创新数控机床内部的机械结构才能够更好地提升设计机床的效率，实际也可以更好地改进机床自身的质量。
通过在实践中有效地创新关键性结构才能够更好地改善设计的质量，最终才能够更好地提升机床本身的动态性能。
本文重点分析数控机床机械结构设计和制造技术，以更好地达到理想的效果。
关键词：数控机床;机械结构;结构设计;制造技术1数控机床机械结构概述1.1数控机床概念数控机床又称数控机床，是一种直接装有程序的自动机床。
大多数数控机床的内部机械都能在第一时间更有效地处理相关的编码和符号程序，并用编码来处理相关的数字，最终需要借助信息载体来控制整个数控设备[1]。
经过计算，大多数数控设备可以发出不同类型的控制信号，并根据不同图形的形状和要求直接加工零件。
大多数数控机床不仅能解决比较复杂、小批量等不同的问题，而且属于柔性技术。
大多数数控机床不仅代表了现代机床的控制方向，而且是典型的机电一体化产品。
1.2数控机床机械结构特点1.2.1灵活性强数控机床在加工零件方面与普通机床有着直接的区别，即使是整个机床也可以在没有更多程序的帮助下得到更好的调整。
因此，更多的数控机床可用于加工不同类型的零件，并可用于产品开发过程中。
在实际应用中，不仅可以直接缩短生产周期，而且可以直接降低生产成本。
1.2.2高加工精度大多数数控机床的实际精度可达0.05-0.1mm。
在实际应用中，利用不同的数字信号形式可以直接输出不同的脉冲信号。
数控机床中的大多数数控装置都可以用来控制传动链之间的间隙和螺杆之间的平均误差。
因此，从实践来看，数控机床的实际加工精度更高。
1.2.3实际质量稳定可靠如果能用合适的数控机床直接加工零件，所涉及的刀具、程序和刀具是相同的，数控机床生产的零件质量是相对稳定的。
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。
机械的运动方案及机构的创新设计PPT课件
点
上受力较大
边形效应
速运动
用于运动传递 较差, 效率不高
开式 0.92~0.96
开式 0.5~0.7
平皮带 0.92~0.98 开式 0.9~0.93
在运动过程中效 随运动位置和 滑动 0.3~0.6
效 闭式 0.96 ~0.99
闭式 0.7~0.9
三角带 0.92~0.94 闭式 0.95~0.97 率随时发生变化 压力角不同 , 滚动 0.85~0.98
（5）能满足生产过程自动系统各种不同的特殊运行要求。 （6）缺点是直流电动机结构复杂，制造成本高，维护工作
量大。
11
伺服电机
在精密的机械设备中，如数控机床、机 器人等均采用伺服电动机作为原动机， 伺服电动机的机械特性曲线如图所示。
其最大的优点为：在非连续工作区可 n
以给出大的扭矩。
伺服电动机的反馈环节是光电码盘 来实现的。主要控制方式有位置反馈 和速度反馈两种形式。
15几种常用传动机构的基本特性齿轮机构蜗杆蜗轮机构带传动链传动连杆机构凸轮机构螺旋机构传动比准确外廓尺寸小交率高寿命长功率及速度范围广适宜于短距离传动传动比大可实现反向自锁用于空间交错轴传动动平稳中心距变化范围可用于长距离传动起到缓冲及过载保护作用中心距变化范围可用于长距离传动平均传动比准确特殊链可用于传送物料适用于宽广的载菏范围可实现不同的运动轨迹大或缩小行程等能实现各种运动规律机构紧凑可改变运动形制造精度要求高效率较低有打滑现象上受力较大有振动冲击边形效应设计复杂不宜高速运动易磨损主要用于运动传递滑动螺旋刚度较差效率不高开式092096闭式096099开式050704045平皮带092098三角带092094同步齿形带096098开式09093095097在运动过程中效率随时发生变化随运动位置和压力角不同效率亦不同滑动0306滚动085098级精度直齿v18ms级精度非直齿v36ms级精度直齿v200ms圆弧齿轮v100ms滑动速度1535ms三角带25kw同步齿形带50ms滚子链15ms齿形链30ms渐开线齿轮50000kw圆弧齿轮6000kw锥齿轮1000kw小于750kw常用为50kw三角带40kw同步齿形带200750kw最大可达3500kw通常为100kw10通常i开式i100常用i156060常用i1040平皮带10滚子链710齿形链主要用于传动主要用于传动常用于传动链的高速端常用于传动链中速度较低处既可做为传动机构又可做为执行机构主要用于执行机构主要用于转变运动形式为调整机构16基本机构的组合基本机构的组合大致可分为三种形式
浅谈创新设计在机械结构设计中的应用
浅谈创新设计在机械结构设计中的应用创新设计是指在某个领域中针对某个问题或者需求所进行的全新设计。
在机械结构设计中，创新设计可以为产品带来更优秀的性能和更出色的表现，让产品在市场竞争中更具有竞争力。
1. 提高设计效率在机械结构设计过程中，创新设计可以帮助设计师更快速地完成关键部件的设计，提高设计效率。
例如，针对一些传统机械结构中存在的缺陷或者优化点，可以尝试采用新材料、新工艺和新技术，从而优化设计方案。
创新设计的应用可以减少设计时间，提高产品的研发速度和投产速度。
这对于企业来说是非常有利的。
2. 提高产品的品质创新设计可以为产品的品质带来显著的提升。
通过创新的设计，可以降低生产成本，提高产品的性能和品质。
例如，在机械结构设计中，采用模块化设计方法可以更方便地调整产品的参数和结构形式，从而加强产品的韧性和耐久性。
采用一些新的工艺和技术，也可以保证产品的精度和质量。
3. 增强产品的可靠性创新设计可以增强机械产品的可靠性，提高产品的稳定性和安全性。
例如，采用新材料和新工艺，可以增加机械产品的抗压、抗拉和抗腐蚀能力，使产品更加耐用。
同时，采用新的设计思路和方法，也可以提高产品的可靠性和是产品更加容易维护和修理。
创新设计是机械产品在市场竞争中具有重要优势的因素之一。
通过创新的设计，可以提高产品的技术含量和附加值，使其在市场上更具有竞争力。
同时，创新的设计也可以为企业带来更多的盈利和利润，提升企业在市场的地位和影响力。
总之，创新设计对机械结构设计的影响是深远的。
通过对传统机械结构中存在的问题和需求的深入分析，结合新材料和新技术，采用创新的设计方法和思路，可以使机械产品更加优异，更加具有市场竞争力。
创新设计也可以促进机械行业发展和进步，为社会带来更多的技术和经济价值。
机械创新设计复习手册
机械创新设计复习手册第一章绪论第一节创新与创新方法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。
2、发明是指人们提出或完成原本不存在的、经过人们不断努力和探索后提出的或完成的具体结果。
3、创造也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的参照物，而不强调原本不存在的事物。
4、创新是指提出或完成具有独特性、新颖性和实用性的理论或产品的过程。
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。
6、从创新内容分，创新分为知识创新、技术创新、应用创新。
技术创新：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。
应用创新：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体实现过程。
7、创新方式：其一是由无到有的创新，其二是由有到新的创新。
8、设计指根据社会或市场的需要，利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动，借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机等）进行反复判断、决策、量化，最终实现把人、物、信息资源转化为产品的过程。
9、创新设计：是指在设计领域中，提出的新的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而得到具有独特性和新颖性的产品。
10、机械创新设计：是指机械工程领域内的创新设计，它涉及机械设计理论与方法的创新、制造工艺的创新、材料及其处理的创新、机械产品维护及管理的创新。
第二节常规设计、现代设计与创新设计1、机械设计方法可以分为正向设计和反向设计，正向设计可以分为常规设计、现代设计和创新设计。
2、常规机械设计方法是依据力学和数学建立的理论公式和经验公式为先导，以实践经验为基础，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明书的过程。
3、现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。
4、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。
探究机械结构设计中的创新设计
改变调整 ， 然 后构造出不同类型结构方案 ， 达到优化设计 目的。 会效 益、 结 构系统 可行性 、 工艺性以及技 术经济相关指 标要求等 内容。 １ ． １ 材料变元 然 后从 各个备 选结 构方案 中挑出最优 的结构 方案。 在机械 结构 方案 已 机械 设计 中可以选 择的 材料很 多， 不 同的材 料对应 不用的加 工工 经 确定的情况下， 也可以对关键 构件或零件 构进行不同变元 的分析， 以 艺， 结构 类型 ， 零件尺寸。 通过 调整材料 变元可以创新性 制定不 同结 构 及变 元之 间联 动配合 修改 ， 已达到优 化设计 目的 。 另外， 也可 以建议一 方案 例如 ： 在运 用钢材料 的结 构设计 中， 通常加大零 件的截面尺寸以 些 数学模 型， 因为数学模 型可 以很 好描述 结构 设计 中的尺寸和数 量变 增加 结构的强度和 刚度 ・ 而 在铸 铁的结构 设计 中， 则是通过加 强筋和隔 板的 方法加强结构 的刚度和强度－ 塑料材料 的结构设 计中， 塑料 件的筋 板与壁厚相近并均 匀对 称。
形后 ， 再 附加 整形 工序修 复工件 ， 弯 曲件 如果 增加 弯曲角度Ａ ０ 【 ， 允 许 ２ 。 － ３ 。 变形 ， 弯曲后不需 整形。
１ ． ３ 位置 变元
（ 图一） 早期出现的转盘结构图纸
对产 品结构 中各个 元素 间的对应位 置进行 适 当改变 ， 可以获 得结 构 设计的优 化。 例 如： 在安 排零件 的焊 缝位置 时， 焊 缝应相对 构件 中性 轴， 或靠近 中性轴 ， 以减 少收缩力矩或弯曲变形。 另外， 在有限 空间箱体 中装配若 干零件， 零件摆放位 置不 同也会影 响装配操作的操作性 。 １ ． ４ 尺寸 变元 其 中尺寸变元 内容有角度 、 长 度以 及距离等 内容 ， 调 整构件 、 零件 尺寸 大小能起 到改变 整体结 构的 效果 。 例如 ： 在冷冲压 弯曲工艺 中， 由 于 材料 的 弹性 变形 ， 弯 曲件 如果 严格 要求某 角度 ， 则需 要在 弯曲件成
机械创新设计机构的创新设计
(a)
(b)
(c)
(d)
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机械创新设计
其他如齿轮的基圆半径增至无穷大时，其渐开线的形状就 变成直线，圆形齿轮也演化为齿条。槽轮副的展直，棘轮 副的展直，凸轮副的展直等等，都是这样的变异。 下图(a)是一个不完全齿条机构，主动齿条作往复移动， 从动件2在往复摆动中间位置有停歇；图(b)是槽轮机构的 展直变异。主动拨盘1连续转动，从动件2间歇移动，锁止 形式与槽轮机构相似。
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机械创新设计
4.1.1 运动副的变异与演化
运动副——两构件直接接触而又能产生一定相对运动的 联结；是构件与构件之间的可动连接，作用是传递运动 与动力，变换运动形式。
运动副元素的特点影响著机构运动传递的精度，机构动 力传递的效率。
1. 运动副元素尺寸的变异
1) 扩大转动副：增大转动副的销轴和轴孔的直 径尺寸，各构件之间的相对运动关系没有改 变。
当然面接触的移动副也有承载能 力高的优点，例如面接触的槽轮 滚滑副代替移动副 机构中，由移动副替代滚滑副以 增加联接的刚性。
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球面副的替代 右上图所示，从运动副的自由 度特性考虑构造替代的运动副。 如球面副具有三个转动的自由 度，它可由汇交于球心的三个 转动副替代，既保留原球面副 的自由度特性，又提高了联接 的刚度，也容易加工制造,常用 于万向联轴器。
(a)
(b)
(c)
(d)
构件拆分变异
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4.1.3 机构的扩展
机械创新设计
机构的扩展──在原始机构的基础上，增加构件及与之相 适应的运动副，用以改变机构的工作性能或开发新功能。
1. 引入虚约束
如下页图(a)所示的转动导杆机构可以传递非匀速转动，
机械创新设计范文
机械创新设计范文
现代机械创新设计
随着社会的进步，人们越来越重视机械的创新设计，使机械更加高效，安全，经济和环保。
人类的发展需要更多有效的机械技术，以实现更高级
的机械控制和自动化。
机械创新设计的研发是机械技术革新的重要方面，
它是机械技术发展的核心。
机械创新设计分为三个基本领域：动力系统、结构设计和用户体验。
动力系统研发旨在提高机械装置的动力效率和智能化；结构设计强调兼容
性和可靠性，提供更安全、高效和经济的构造方案；用户体验注重机械设
备的可操纵性，保证用户使用舒适、便捷和简单的设备。
通过上述三个领
域的创新设计，能够使机械装备具有更强的动力性能、较高的耐久性能、
更紧凑的结构和更安全的运行环境；同时能够提供更加舒适、便捷和人性
化的用户体验。
在动力系统的创新设计中，发动机技术是机械发展的关键词之一、发
动机的结构设计着重于机械结构、气体流动、燃烧过程和机械传动系统的
系统化，可以提高发动机的动力效率，降低消耗能源，并实现更高级的全
自动控制。
机械设计专业学习心得机械结构与设计创新之道
机械设计专业学习心得机械结构与设计创新之道机械设计专业学习心得：机械结构与设计创新之道在机械设计专业的学习过程中，我深刻认识到了机械结构与设计创新的重要性。
机械结构是机器的骨架，而设计创新则是为了使机器在不断发展的社会中具备竞争力。
本文将从理论与实践两个方面分享我的学习心得，并探讨机械设计中的创新之道。
一、理论学习机械结构的理论学习是机械设计专业的基础。
我在学习过程中发现，在掌握基本的数学、力学和材料力学等知识后，我们需要深入学习机械结构的设计原理与方法。
这一部分内容涵盖了静力学、动力学、热力学、材料力学等多个领域，我们需要了解其中的基本原理并能够熟练运用于实践中。
在学习机械结构理论时，我认识到了结构的稳定性与强度的重要性。
我们需要合理设计结构，使其具备足够的刚度和强度，以满足使用条件下的稳定性要求。
此外，还需要考虑结构的可制造性和可维修性，尽可能简化结构并减少零件的数量。
通过系统的学习，我逐渐掌握了机械结构的设计原则和方法，能够合理设计出满足要求的机械结构。
二、实践训练机械设计专业的实践训练是理论学习的重要组成部分。
通过实践，我们能够将理论应用于实际问题，感受机械结构的设计与创新过程。
在实践训练中，我参与了多个项目，积累了丰富的经验。
首先，实践训练帮助我培养了解决实际问题的能力。
在项目中，我们需要面对各种真实的挑战，如空间限制、材料选择、工艺要求等。
通过与团队合作，我们学会了运用所学知识解决复杂问题，经过多次实践锻炼，我们的设计能力和实践能力得到了有效提升。
其次，实践训练也是创新的机会。
在项目中，我们可以尝试不同的设计思路，挖掘潜在的创新点。
例如，在某个项目中，我们面临着挑战：如何减小机器的体积并提高工作效率。
通过团队的不断探索与实践，我们发现了一种全新的结构设计方案，成功地实现了目标。
这个过程让我深刻认识到，在机械设计中，创新是推动行业进步的关键。
三、机械设计创新之道机械设计创新是机械工程师所需具备的重要素质。
机械创新第五章 机构组合与创新设计
从动构件组：F=0
再拆成更简单的F=0的杆组
◆定义：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构 件组称为机构的基本杆组。
◆ 基本杆组的分类
对于全低副的杆组： n个构件、pl个低副
杆组应该满足的条件条件:
3 n 2 pl 0 2 n pl 3
n和pl为整数 n=2,4,6…
3 Pl n 2
运动副数
n 2, Pl 3
n 4, Pl 6 n 6, Pl 9
●●●●●●
构件数
讨论各基本杆的几种情况：
(1) n=2, pl =3的双杆组：又叫Ⅱ级杆组
常见Ⅱ级杆组的形式有 5 种(应用最广且最简单)
内接副—— 连接杆组内部构件的运动副
外接副—— 与杆组外部构件连接的运动副
Ⅱ级杆组
2.机构的组成原理
◆机构组成原理：任何机构都是由若干个基本杆组 依次连接于原动件和机架上所组成的系统。
机构＝基本机构＋基本杆组
牛头刨床的组合过程
◆机构命名方式：
按所含最高杆组级别命名，如 Ⅱ 级机构， Ⅲ 级机构等。(Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的
机构。例：杠杆机构、斜面机构)
◆ 机构创新设计应遵循的原则
◆ 结构分析的过程 把机构分解为基本杆组、机架和原动件。
◆ 机构结构分析步骤 1、正确计算机构的自由度； 2、根据机构拆分原则进行拆分 3、最后定出机构的级别。
★确定机构级别
解：该机构无虚约束和局部自由度 F=3×5－2×7=1 该机构为II级机构
二、杆组的基本类型 （一）II级杆组的类型
Ⅱ级杆组结构形式
§5-2 基本机构及其组合的概念
•
机构是机器中执行机械运动的主体装置，机构的类型与复 杂程度与机器的性能、成本、制造工艺、使用寿命、工作可 靠性等有密切关系。因此机构的设计在机械设计的全过程中 占有极其重要的地位。工程中的实用机械，很少由一个简单 的基本机构组成，大都由若干个基本机构通过各种连接方法 组合而成的一个机构系统组成。
对机械结构设计的创新性探讨
对机械结构设计的创新性探讨内容摘要：机械结构设计是一个非常有创新性的工作，作为一名机械设计工作者，务必需要保持不竭的创新思绪动力，时刻想着对机械结构设计的创新，达到设计最大优化，以期实现对机械产品缺陷或用途扩大的完善与改进。
本文从对机械结构设计的创新必要性入手，结合自己实践经验，阐述了用于机械结构设计的变元创新方法，最后通过综合测评达到设计方案优化最大值，促进企业保持竞争实力取得经济社会效益双丰收。
关键词：机械；结构设计；变元创新；方案探讨创新是发展的不竭动力，而机械结构设计是一项非常有创造性的工作。
因此，要求从事机械结构设计的工作者，应该具备有效的创新思维与意识，用于在日常的机械结构设计实践工作进行中，去努力创新机械结构的功能完善和用途适宜范围扩大，以达到设计优化最大值，从而为促进行业发展，实现强国之梦做出应有贡献力量。
1、对机械结构设计创新的必要性随着科技水平的飞速发展，机械制造企业产品同质化的现象非常严重，随着市场竞争加剧，机械制造产品要想占有更多的市场份额，必须对其功能与用途不断改进与完善，以独特的优势在市场中胜出竞争对象的产品，从而取得经济社会效益最大化。
这也就要求我们从事机械设计的工作者，要花心思，下苦功夫，将工作重心放在对机械设计上，特别是机械结构设计，利用现代机械设计理念，不断创新方法，优化各种结构模块的组合，构建起满足整个产品系统需要的机械结构，与企业一道去赢得市场的竞争，这也是当下机械设计工作者的一项重要而迫切的工作任务。
2、简要介绍机械结构设计的七种变元创新起源于德国，用于机械产品结构设计创新的一种变元法，它是一种最为科学简便的新方法，极具富有创造性的内涵，主要含有两个方面，一方面是变化法创新有七个变元内容，指的是材料、数量、位置、尺寸、形状、联接和工艺变无元素[1]。
另一方面是变元创新在设计中的运用，是在先期确定机械基本结构的前提条件下，将将这些变元元素进行适当的改变调整，从而研究多种变异和改进新的机械结构方案，达到优化设计的目的。
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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
配合式蜗轮 （过盈）
拼铸式蜗轮
螺栓联接式蜗轮
组合式蜗轮
链轮类
实心式
腹板式
组合式（焊接） 组合式（螺栓）
（2）剖分式
1、轴瓦的形式和构造
剖分式 轴瓦
2、轴瓦定位
轴瓦和轴承座不允许有相对移动，定位两种方法： 轴瓦端部做成凸缘、用销钉或螺钉将其固定
轴瓦端部做成凸缘
销钉或螺钉固定
3、油孔及油槽的开设
垂直于轴线在中 位线处开油沟有 不合理的地方
油沟
油孔
油室
壁厚
定位唇
油孔
油沟
油孔
油沟
油沟形状
油沟
油孔、油槽开设原则：
图
6-50
中往复移动
2、摆缸2
绕轴线c转动
依赖摆缸的摆动， 摆缸与吸入口b和 输出口d轮换连通
曲 柄 摇 块 型 摆 缸 式 活 塞 泵
例6-3 送料装置
滑块4是执行机构，
图6-51 曲柄滑块式送料装置
1 F O
A
2 5 6 4 C
B
3 D E
自由度
n = 5、PL = 7、PH = 0 F=3n-2PL-PH =35-27–0 =1
二 滑动导轨的特点及常见结构形式
优点：结构简单，接触刚度大 缺点：摩擦阻力大，磨损快，低速时易产生爬行现象
导轨由凹凸两种形式相互配合组成。
当凸形导轨为下导轨时，不易积存切屑和赃物，
但也不易保存润滑油，故易作低速导轨 例：车床的床身导轨 反之： 当凹形导轨为下导轨时，可作高速导轨 例：磨床的床身导轨
气体轴承
磁轴承
三、滑动轴承作为转动副
滑动轴承的结构简单，适用于高速或低速 重载以及结构上要求剖分等场合。
（一）滑动轴承的基本结构形式
1、整体式滑动轴承 2、剖分式滑动轴承 3、调心式滑动轴承
油杯孔
轴承座 轴承Leabharlann （一）滑动轴承的基本结构形式 1、整体式滑动轴承
1-轴承座 2-整体轴瓦 3-油孔 4-螺纹孔
（不对称 V型） 对称三角形 （V型）
不对称三角形
矩形
燕尾槽
圆形
凸形
凹形
2、常用滑动导轨的组合形式
双V 形与平面组合：工艺性好了，但二轨 形组合：导向精度高，承载能力大， 矩形与平面组合：承载能力大，制作简 磨损后能自动补偿间隙，故精度保持好； 磨损不均匀，且磨损后不能自动调整间 单，侧面间隙可用镶条调整；但侧向接 但制作、检验、维修困难 隙 触刚度低
特点：结构简单、成本低、刚度大等优点 缺点：不便于装拆，磨损后无法调整间隙 应用：轻载、不经常拆卸且不重要的场合
（一）滑动轴承的基本结构形式 2、剖分式滑动轴承
1-轴承座 2-轴承盖 3-双头螺柱 4-螺纹孔 5-油孔 6-油槽 7-剖分式轴瓦
特点：装拆方便，调整轴瓦与轴颈间隙方便 缺点：结构复杂，制造费用较高 应用：应用广泛
二、机械结构设计的基本要求
传递运动和动力
1、功能要求 2、使用要求
3、结构工艺性要求
4、人机学要求
保证零部件间相对位置 受力合理 保证运动轨迹 提高强度、刚度 应使零件形状简单合理 节省材料 适应生产条件和规模 延长使用寿命 合理选用毛坯类型 便于切削加工 安全 便于装配和拆卸 操作舒适 易于维护和修理 环境保护
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。
梁型－某一方向尺寸比其它两个方向大很多，计算分析时可简 化为梁，车床床身、立柱、横梁、伸臂等 板型－某一方向尺寸比其它两个方向小很多，可近似简化为板
件，如转床工作台、机器较薄底座。
第六章
机械结构与创新设计
第一节 机械结构设计的概念与基本要求 第二节 转动副的结构与创新设计 第三节 移动副的结构与创新设计 第四节 构件的结构与创新设计 第五节 机架的结构与创新设计
第六节 机械零件结构的集成化与创新设计
第七节 机械零件结构的模块化与创新设计
第一节 机械结构设计的概念与基本要求
机械创新过程：
功能 机构 结构
一、机械结构设计
机械结构设计就是将原理方案设计结构化，即把
机构系统转化为机械实体系统的过程。
一方面，原理方案及其创新需要通过结构设计得 以实现； 另一方面，结构设计不但要使零部件的形状和尺 寸满足原理方案的要求，还必须解决与零部件有关的 力学、工艺、材料、装配、使用、美观、成本、安全 和环保等一系列问题。
二、轴承用于转动副
为了减少摩擦和磨损，将相对转动的圆柱 表面用轴承代替。
滑动轴承
滚动轴承
二、轴承用于转动副
新型轴承：
气体轴承 (gas bearing)：用 磁轴承是利用磁力使轴承稳 气体作润滑剂的滑动轴承。 定悬浮起来且轴心位置可以 最常用的气体润滑剂为空气， 由控制系统控制的一种新型 轴承 在气体压缩机、膨胀机和循 环器中，常以工作介质作为 润滑剂
1、油槽的轴向长度应比轴瓦长度短（80%），不能
沿轴向完全开通，以免润滑油流失
轴向油沟
油孔、油槽开设原则：
2、液体润滑轴承，油孔和油槽应开在非承载区，以免 破坏承载区润滑油膜的连续性，降低轴承的承载能力
油沟布置不当降低油膜承载能力
（三）
液体静压润滑轴承
轴径与轴瓦相对运动，形成动压油 膜，使轴径与轴瓦由油膜分开
三、滚动导轨的特点及常见结构形式
优点：摩擦系数小，运动灵活，不易出现爬行； 导向和定位精度高，且精度保持性好； 磨损小，寿命长，润滑简便。 缺点：结构复杂，加工困难，成本较高； 对赃物及导轨面的误差比较敏感 上导轨
滚柱 下导轨
保持架
滚动导轨常见结构形式 1、滚珠导轨
滚珠
优点：结构紧凑，制造容易，成本相对较低； 缺点：刚度低，承载能力小
V 形与燕尾形组合：导向精度高；但加 双矩形组合：特点与矩形与平面组合相 燕尾形与矩形组合：矩形导轨承受大部 工和测量都比较复杂 分压力，燕尾形导轨作侧导向面 同。导向面间的距离较大，导向精度稍
差
标准化的滚动导轨
圆导轨
双圆形组合：结构简单，圆 柱面既是导向面又是支撑面。 对两导轨的平行度要求严。 刚度较差，磨损后不易补偿
1、导轨截面基本形式
优点：结构紧凑、调整间隙方便 如果导轨受力在两个斜面上的分量相差很大，应采用不 导轨磨损后能自动补偿，故导向精度较高。 缺点：几何形状较复杂，配合精度低；摩擦力大； 优点：结构简单，制造、检验和修理容易； 优点：加工、检验简单，精度高 对称V形导轨，使力（两个斜面的合力）的作用方向尽可 截面角度一般90° 运动灵活性较差 承载能力和刚度较大； 缺点：导轨间隙不能调整，尤其是磨损后不能调整和补偿 能垂直于导轨面。 大顶角（ 110°~120°）：承载面积加大，压强减小 应用：结构尺寸较小及导向精度与运动灵活性要求不高的场合 缺点：磨损后不能自动补偿间隙 小顶角（ 60°）：提高导向性 应用：广泛
一、杆类构件 1、连杆类构件 2、凸轮推杆类构件
3、可调长度杆类构件
（1）连杆类构件示例
杆类构件端部的结构形式
（a）具有转动副的构件结构
（b） 具有转动副和移动副的构件结构
（2）凸轮推杆类构件示例
B B
A
C
C
2、可调节杆长的结构
在某些情况下，连杆机构的结构要求具备一定的调节 能力，以满足实际应用中的一些特殊要求。 如图所示为采 用螺旋机构来调整构件长度的方法。此外，还可以通过偏 心轮来调节构件的长度。 调节支座的位置可以采用蜗轮蜗
滚动轴承内圈连接一 个构件，外圈连接一个构
件；设计要点是滚动轴承
的类型选择、零件的周向 定位与轴向定位、零件与 轴承内外圈的配合问题。
径向接触 轴承 向心角接 触轴承
第三节 移动副的结构与创新设计
一、对移动副结构的基本要求
导向和运动精度高 刚度大 耐磨性高 结构工艺性好
机床导轨是最常见的移动副。导轨分为滑动导轨和 滚动导轨
例6-1 机械手结构
图6-47 齿轮式自锁性抓取机构
例 6-1 机 械 手 结 构
图
6-48
斜 楔 杠 杆 式 抓 取 机 构
结构创新原理： 例 6-2 泵 结 构 特殊轮廓线制出的 齿形d把吸入腔a
和输出腔b隔开
图6-49 六齿摆线齿轮泵
例6-2 泵结构 两 个 执 行 机 构
1、活塞杆3
在摆缸2的缸体a
液体动压润滑轴承：
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。
1.螺钉头
• 支撑功能
由与被联接件接触部分的螺钉头部端面实现的，此 端面称为结合面。 法兰面螺钉头结构： 不仅实现了支撑功能，还可以 提高联接强度，防止松动。
若扩大结合面功能，将结 合面制成齿纹，则防松功 能将会增加。
2. 螺钉体 • 联接功能
由螺牙部分实现，是螺钉的核心结构，其工作原理 是靠摩擦力实现联接。连接螺纹采用的是三角形螺纹。
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