机械创新设计(第四章)
机械创新设计04课件
第四节 还原创造原理
2021/3/15 山东理工大学农业工程与食品科学学院
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
2021/3/15 山东理工大学农业工程与食品科学学院
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
实例4 流化床燃烧炉的改造
在发电厂的流化床燃烧炉系统中，煤被送入炉中后经过初始燃烧后 变为液态，并流入高温旋流器，之后，这种不完全燃烧的煤再循环 燃烧。但是，这种流态煤会腐蚀管道表面，需要经常检修而造成停 工。对该问题进行物－场分析可知：管道为物质S1，流态煤为S2， F为化学能（腐蚀），化学能（F）通过不完全燃烧的流态煤（S2） 作用于管道（S1）并改变S1（使其腐蚀而不能长期正常使用），属 于基本物-场模型中的有害的完整系统。对于这个问题，只需设法消 除其中的负面效应———腐蚀，就可得到解决。应用 “引入第三种 物质或改良物质”，我们通过在管道表面添加一层防腐蚀涂层来防 止管道腐蚀。这样流化床燃烧炉管道腐蚀的问题就得到了解决。
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
第五节 物场分析原理
机械创新设计课程网络习题
习题第一章绪论1.1 查阅资料或进行调查研究，写出一份关于某项专利，或某一新技术创新设计过程的调查报告。
其报告内容应包括：新技术(新产品)名称；发明人；发明原因；发明过程；使用情况。
1.2 良好的创造心理包含哪些内容?请举出一个自己感受最深刻的例子说明，你是如何通过非智力因素的培养促进智力因素的发展与提高的。
1.3 根据自己的体会，简述影响创新活动进行的各种障碍。
第二章创新思维与技法2.1运用联想方式提出至少3个新产品设想(填表)2.2 分别运用相似、相关、对比三种联想方式将两端的名词连起来(不考虑联想方式的运用顺序)。
例如：食品柜(相似联想) →冰箱(相关联想)→压缩机(对比联想)→发动机。
(1)鱼——火(2)炉子——电吹风(3)红外线一一石头块2.3 创造想象降低地球温室效应的妙法(摘自2004．7科学画报)。
2.4 预示想象未来的城市交通。
2.5 按照捕捉灵感的方法，提出一项别开生面的家用电子新产品设想。
2.6 回忆自己的成长与学习过程，是否产生过灵感，是属于自发、触发、诱发还是逼发的?2.7 利用发散思维方法写出纸的用途(按用途的分类数量与总数量的结果评分)。
2.8 由于某种原因，需要用温度计测出小甲虫的体温，试利用横向思维方法找出解决的办法。
2.9 针对以下信息，运用逆向思维提出新设想(填表)。
2.10观察图中前两个算式,可发现一定的规律，按照这个规律，请在待选的图形中选择一个填到第三个等式右边。
2.11 观察图示的9种容器, 从上向下倒水时，哪些容器的盛水量随水面高度的变化规律呈图1和图2曲线所描述的规律?2.12 分析以下设计可用什么进行类比，类比方式如何：高压锅密封装置的设计；钢球制造设备的设计；玻璃瓶制造设备的设计。
2.15运用缺点列举法提出改进普通自行车的若干新设想。
2.16列举自己曾使用过的笔的种类，运用缺点与希望点列举法列出这些笔的特点，并提出改进设想。
2.17 运用635法在课堂上进行集智法训练，题目有：(1)对海洋的利用前景；(2)对未来城市的设想；(3)对未来学校的设想。
5机械创新设计-Triz理论
2、TRIZ的形成与发展 3、TRIZ的核心思想 4、TRIZ的理论体系 5、TRIZ的主要内容
机 械 创 新 设 计
6、TRIZ的主要工具
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1、什么是TRIZ？
发明问题解决理论
TRIZ 理论是由前苏联海军部专家Genrich S.Altshuller在1940年代创立。他审阅世界 各种专利二百五十万件，而发现这些发明之 后的规律。 Triz是俄文发明问题解决理论单词的词头缩 写，其英文缩写为TIPS（Theory of Inventive Problem Solving）
查尔斯.固特异和他的橡胶硫化技术
1851年5月1日，固特异靠借来的3万美元参加了维多利亚女王主办的展览会，他的展 品从家具到地毯，从梳子到钮扣都是由橡胶制成的，有成千上万的人参观了他的作 品。他因此被授予国会勋章以及拿破伦三世的英雄荣誉勋章、军团英雄十字勋章。 机 但他的债权人以他的发明得不到收益为由将他告上法庭，这次他挂着勋章进了牢房。 械 1860年6月1日，固特异在贫病中去世，这时他还欠债权人20万-60万美元。 创 在固特异去世后的38年以后，为了纪念查尔斯.固特异对美国橡胶工业做出的巨大贡 新 献，弗兰克.克伯林把自己创建的轮胎橡胶公司命名为——固特异。 . 设 6 计
技术矛盾实例
汽车
改善 增加速度
机 械 创 新 设 计
恶化 稳定性降低 安全性降低
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物理矛盾
存在于更基本层次的矛盾；
对系统同一个参数有不同的要求
机 械 创 新 设 计
结实
厚
轻便
薄
厚度（桌面）
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技术矛盾和物理矛盾比较
物理矛盾 技术矛盾
机 械 创 新 设 计
机构的创新设计共101页文档
牛头刨床刨刀具有急回特性的往复直线运动机构方案
第四章 机构的创新设计
第二节 机构的选型
二、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。 附表列出了各项评价指标及其具体项目。
齿轮—凸轮机构主要应用于以下场合： １）实现给定运动规律的变速回转运动
实现变速转动的齿轮—凸轮组合机构 凸轮与行星轮固联的齿轮—凸轮机构 蜗杆蜗轮—凸轮机构 ２）实现给定运动轨迹
பைடு நூலகம் 第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
二、利用机构的变异构型新机构
为了实现一定的工艺动作要求，或为了使机构具有某些 特殊的性能，改变现有机构的结构，演变发展出新机构的设 计，称为机构变异构型。
可避免的速度、加速度波动，以及冲击和振动。
可以将两种以上的基本机构进行组合，充分利用各自的 良好性能，改善其不良特性。
第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
一、利用组合原理构型新机构（续）
组合机构的类型很多，每种组合机构具有各自特有的型 组合、尺寸综合及分析设计方法。
按组成组合机构的基本机构的名称来分类： 1．齿轮—连杆机构
1）实现间歇传送运动 2）实现大摆角、大行程的往复运动
倍速剪切机构
3）较精确地实现给定的运动轨迹
第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
一、利用组合原理构型新机构（续）
２．凸轮—连杆机构 凸轮—连杆机构较齿轮—连杆机构更能精确实现给定的
复杂运动规律和轨迹。凸轮机构虽也可实现任意的给定运动 规律的往复运动，但在从动件作往复摆动时，受压力角的限 制，其摆角不能太大。将简单的连杆机构与凸轮机构组合起 来，可以克服上述缺点，达到很好的效果。
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。
机械创新设计第四章-机构的演化变异与创新设计课件
机械创新设计第四章-机构的演化变异与创新设计课件本节课将讨论机构的演化变异与创新设计。
机构是机械系统中的重要组成部分，它可以实现不同的功能和运动。
机构的演化变异是指机构在不断的发展中逐渐改变和演化的过程。
而机构的创新设计则是指在已有机构的基础上进行改进和创新，提高其性能和功能。
首先，机构的演化变异是与时间和环境紧密相关的。
随着时间的推移，机构可以通过自身的变异适应新的环境和需求。
机构的变异可以包括结构的变化、形态的改变以及功能的扩展等。
这种演化过程中的变异使得机构具有更好的适应性和灵活性。
其次，机构的演化变异可以通过遗传的方式进行。
像生物一样，机构的演化也可以通过基因的传递来实现。
在设计机构的过程中，可以通过调整机构的设计参数来获得更优化的结构。
这种遗传算法可以通过计算机模拟来实现，从而提高机构设计的效率和准确性。
另外，机构的演化变异还可以通过仿生学的方法进行。
仿生学是指从生物体中汲取灵感，将其应用于机械系统的设计中。
通过研究生物体的结构和运动原理，可以获得很多创新的设计思路。
例如，借鉴昆虫的运动方式可以设计出更高效的机构。
因此，通过借鉴生物的优点，可以推动机构的演化和创新。
在机构的创新设计中，需要注意以下几点。
首先，要明确需求和目标。
只有明确了机构所需实现的功能和性能要求，才能有针对性的进行创新设计。
其次，要注重团队的合作和创新意识的培养。
机构的创新设计离不开团队的合作和创新思维的培养。
有一句俗话说：“两个头胜过一个头”，只有团队成员之间的密切合作，才能够推动机构设计的创新。
最后，要注重实验和测试。
创新设计是一个不断尝试和验证的过程，需要通过实验和测试来验证设计的可行性和有效性。
总结起来，机构的演化变异与创新设计是机械创新中非常重要的一部分。
通过机构的演化变异，可以使得机构具有更好的适应性和灵活性。
而机构的创新设计则是在已有机构的基础上进行改进和创新，提高其性能和功能。
机构的创新设计需要明确需求和目标、注重团队的合作和创新意识的培养，以及注重实验和测试。
机械创新设计课程教学大纲
《机械创新设计》课程教学大纲课程名称：机械创新设计英文名称：Mach inery Inno vati on Desig n课程代码：11113103一、课程基本情况1.学分：2 学时：32 （理论学时：28 实验学时：4 ）2.课程类别：专业限定选修课3•适用专业：机械设计制造及其自动化4•适用对象：本科5•先修课程：机械原理机械设计机械制图6.教材与参考书目教材：《机械创新设计》，高志刘莹编著，清华大学出版社，2009年。
二、课程介绍机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发，重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍，以及创新设计的实例的引入，使学生对创新的方法有了更全面的了解•从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力•此外通过创新失误的原因了解，提高从事创新设计的实践成功率•在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。
本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。
三、课程内容、学时分配及教学基本要求第一章（单元）绪论（共2学时）（一）教学内容：第一节创新的含义知识要点：，创新的实用性和新颖性第二节创新的意义知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力第三节创新与设计知识要点：创新是设计的本质属性第四节创新学与创新教育知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。
第五节设计理论与教育知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。
第六节本课和的教学内容和方法知识要点：本门课程的教学内容是介绍创新机械设计的典型方法和生动的实例。
教学重点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为的理解。
机械创新设计第4章功能原理创新设计3发明解决理论精品PPT课件
电冰箱——冷冻箱+冷藏箱 货运汽车——动力（机车）+装载（拖车）
将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分
结构设计——构件——多个独立的零件—分别制造
提高物体的可分性
刀具可拆卸结构——刀头+刀杆
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原理2：分离——隔开
① 从混合物中隔离出来 ② 与其他部分或整体、主体分开
32 可制造性
33 可操作性
34 可维修性
35 适应性或多用性
36 装置的复杂性
37 监控与测试的困难程度
38 自动化程度
39 生产率
发明问题解决理论
机械创新设计
并总结了常用来解决技术冲突的40条发明原理：
发明原理
序号
名称
1 分割
2 分离 3 局部质量
4 不对称
5 合并
6 多用性
7 套装
序号
名称
11 预补偿
机器的总功能由机器的多个部分协调实 现，这些互相协调的部分各自所完成的功 能称为机器的分功能。
将总功能分解为分功能，将分功能进
一步分解为更基本的分功能……，直到所有 的分功能（功能单元）都可以直接实现。
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4.4 功能组合方法
机械创新设计
步骤2.求解分功能
每一项分功能（功能单元）通常都有多 种实现方法，求解分功能可以应用各种方
28 机械系统的替代
29 启动与液压结构
30 柔性壳体或薄膜
序号
名称
31 多孔材料
32 改变颜色 33 同质性
34 抛弃与修复
35 参数变化
36 状态变化
37 热膨胀
38 加速强氧化 39 惰性环境 40 复合材料
机械创新设计的课程设计
机械创新设计的课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握机械创新设计的基本概念、原理和方法；2. 了解我国机械行业的发展现状及趋势，理解机械创新设计在产业发展中的重要性；3. 掌握运用CAD软件进行简单的机械零件设计与绘制。
技能目标：1. 能够运用创新思维方法，提出具有创新性的机械设计方案；2. 学会分析机械系统的性能，优化设计方案；3. 能够运用团队协作和沟通技巧，完成创新设计项目的实施。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械学科，增强对机械设计的兴趣；2. 培养学生的创新意识，提高创新能力和实践能力；3. 树立正确的价值观，认识到机械创新设计在促进社会进步中的重要作用。
课程性质：本课程为选修课程，旨在提高学生的创新能力和实践能力，培养学生的团队协作精神。
学生特点：学生处于高中阶段，具备一定的机械基础知识，思维活跃，动手能力强，对新鲜事物充满好奇。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与讨论和实践，注重培养学生的创新思维和团队协作能力。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际机械创新设计项目中，提高其综合素质。
二、教学内容1. 引言：介绍机械创新设计的概念、意义及其在机械工程领域的应用。
教材章节：第一章 机械创新设计概述2. 创新思维与方法：- 创新思维训练：头脑风暴、六顶思考帽等；- 创新方法介绍：TRIZ、DFMA等。
教材章节：第二章 创新思维与方法3. 机械设计原理：- 机械原理：机构、传动、联接等；- 设计原理：强度、刚度、稳定性、可靠性等。
教材章节：第三章 机械设计原理4. 机械创新设计案例：- 国内外机械创新设计成功案例；- 分析案例中的创新点及设计方法。
教材章节：第四章 机械创新设计案例5. CAD软件应用：- CAD软件操作基础；- 机械零件设计与绘制实践。
教材章节：第五章 CAD软件在机械设计中的应用6. 机械创新设计实践：- 团队协作完成创新设计项目；- 设计方案的分析、优化与实施。
第八讲机械第四章创新设计方法1
(2)确定会议主题 确定会议主题 (3)确定会议人选 确定会议人选 (4)提前下达会议通知 提前下达会议通知
例4-1 金属磨损问题
问题：机械设备失效70%是由于金属磨损引起的。
美国曾统计，每年因磨损造成的国民生产总值的 4%。 我国GDP占世界4%，消耗了世界30%以上的钢材 。每年经济损失1000亿人民币以上。仅磨料磨损每 年要消耗300多万吨钢。
(Auto-estoration Technology of Wear of Metals)
2002年9月18日，国家经贸委会同国防科工委、铁道部、交通部、 教育部、国家环保总局等有关部门在哈尔滨主持召开了“金属磨损自 修复材料”产品鉴定会。由徐滨士院士、钟群鹏院士、丁传贤院士、 张福泽院士等17位专家组成的鉴定委员会一致同意该项目通过鉴定： “金属磨损自修复材料是一项具有自主知识产权的的高科技产品， 具有世界先进水平”。
2010-11-17
内燃机缸套金属陶瓷保护层的光学显微镜像
2010-11-17
超细粉体微粒铁谱照片（< 10µm）
FALEX试样BX60型光学显微镜像
2010-11-17
例4-2电缆线积雪问题
几种设想： （1）采用专用电缆清雪机 （2）采用电热化解积雪 （3）采用震荡技术清除积雪 （4）……
2010-11-17
2010-11-17
应用智力激励法，提出了多种解决途径与方案： 1.提高材料表面硬度； 2.合理选用配对的摩擦副，提高减摩性； 3.加强摩擦副间的润滑； （1）开发效果更好的润滑剂； （2）研制添加剂，提高润滑油的性能 （3）加强机械装置润滑与密封结构的设计 ……
2010-11-17
金属磨损自修复技术(ART技术)
4机械创新设计_第四章 机构的创新设计_2
若使： 3 0 ，则： 1 2 (1 i13 ) 。 对机构按照不同的运动规律要求进行综合时，主要的设计 问题是确定 1 齿轮和 3 齿轮的齿数比，以及附加的四连杆 机构尺寸综合问题。
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4.2.3.2 实例分析
机械创新设计
1. 实现特定的运动规律 特定的运动规律包括任意角度的转位，停歇，逆转， 连架杆的函数运动要求，浮动杆的轨迹要求，以及急 回特性等运动规律。 图4-78(a)所示为一封闭式组合的齿轮连杆机构。中心 轮1，行星轮2和系杆3组成了差动齿轮机构；附加机构 为曲柄滑块机构 ABC 。主动构件为系杆 3 ，连杆BC 与行 星 轮 2 并 接 ， 输 出 构 件 为 中 心 轮 1 。 当 BC=2AB ， z2/z1=4/5时，中心轮 1 输出的运动线图 4-78(b) 所示。 从图中可以看出，当主动构件 3转动一周时，从动轮1 步进转角为72º，并且在转位的开始和终结位置出现逆 转。 设计这种机构时，步进转位角的大小，逆转角度的大 小，停歇时间的长短，可以通过选择不同的齿数比， 以及连杆机构中不同杆长比来实现。
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机械创新设计
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2. 以差动凸轮机构为基础机构
机械创新设计
二自由度的差动凸轮机构常见的结构组成如图 4-75 所示。 其中图(a)构件2为浮动杆，构件2与连架杆3可以组成转动 副，也可以组成移动副；连架杆3与机架可以组成转动副， 也可以组成移动副。图(b)是凸轮为浮动构件；若将图 (b) 中的机架长度缩短至零，就演变成图(c)的结构。 单自由度的附加机构若是连杆机构，则构成了凸轮连杆 机构；若是齿轮机构，则构成了凸轮齿轮机构。
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机械创新设计
图 4-67 所示是活塞机的齿 轮杠杆机构。其中两个尺 寸相同的曲柄滑块机构 ABE和CDE并联组合，同时 与齿轮机构串联。AB和CD 与气缸的轴线夹角相等， 并且对称布置。齿轮转动 时，活塞沿汽缸内壁往复 移动。若机构中两齿轮与 两个连杆的质量相同，则 气缸壁上将不会受到因构 件的惯性力而引起的动压 力。
机械创新设计课件-第4章 机构变异与创新设计
移动从动件圆柱凸轮机构——圆柱凸轮间歇机构
工作原理
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• 运动副的替代
机械创新设计
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• 滚滑副代替移动副
机械创新设计
•平面低副与平面高副的等效代换
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机械创新设计
为了减小蜗杆传动工作时齿面间的磨损，采用圆柱滚 子活齿代替蜗轮上的固定齿；图2是采用圆锥滚子活 齿代替固定齿。使机构传动效率得到提高。该机构在 汽车转向器中得到广泛应用。
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机械创新设计
第四章 机构变异与创新设计
第一节 机构的倒置（机架变换） 第二节 运动副的变异与演化 第三节 构件的变异与演化 第四节 机构的扩展 第五节 机构的等效代换 第六节 运动原理的移植
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机械创新设计
第一节 机构的倒置（机架变换）
（1）连杆机构
￭全转动副四杆机构
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￭ 扩大移动副
机械创新设计
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曲柄导杆机构——顶锻机构 δ ω1
α
机械创新设计
V 1r(cos sin tan )
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分度机构
机械创新设计
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二、运动副元素形状的变异
机械创新设计
￭ 展直
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￭ 绕曲
机械创新设计
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机械创新设计
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￭重复再现
机械创新ห้องสมุดไป่ตู้计
普通凸轮
三峰凸轮
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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。
机械创新设计方法与技术（含5篇）
机械创新设计方法与技术（含5篇）第一篇：机械创新设计方法与技术机械创新设计方法与技术摘要：创新的概念最早有美国的经济学家舒彼特提出，他把创新概括成：采用新技术；生产新产品；研制新材料；开辟新市场。
[1]现代设计则是一种新型设计方法，其在机械设计过程中的优越性日渐突出，应用日益广泛。
本文将简单介绍现代设计方法、设计过程、现代设计方法创新及现在设计的发展趋势展望。
前言：发明创造是人类文明进步的原动力，在人类社会的发展与进步过程中发挥了极其重要的作用，设计是人类改造自然的一种基本活动。
也是一种复杂的创造性思维过程。
所谓的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、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。
所谓的现代设计是以计算机为工具、以工程设计与分析软件为基础、运用现代设计理念的新型设计方法。
[2]一、现代设计方法现代设计方法是以设计产品为目标的一个知识群体的总称，所涉及的具体方法和具体内容十分广泛。
包括优化设计、可靠性设计、价值工程、反求工程和绿色设计。
二、机械设计过程机械设计的一般设计过程可分为四个阶段：产品规划（明确设计任务）、方案设计、技术设计和制造及试验。
三现代设计方法创新3.1 创新设计原则(1)生态效益最好原则要在设计过程中尽量选择污染较低的材料，避免使用有毒有害以及有辐射的材料。
这是由于在产品制造和使用过程中，都要求产品对周围环境要满足“零污染”原则。
(2)安全可靠性原则机械产品品质的保证要通过产品的安全可靠性来体现，产品在强度、刚度、稳定性、以及耐磨性均要满足设计要求，对于一些重型机械，要保证有一定的自锁和保险装置，确保操作人员的人身安全。
(3)经济效益最好原则经济最佳性要从设计以及制造两方面考虑，设计上要选用正确的材料，保证合理的原理方案；制造上要保证零件的加工工艺和装配工艺。
设计的产品不仅要满足客户的功能要求，还要保证成本低廉[3]。
2021知到答案 机械创新设计(山东联盟) 最新智慧树满分章节测试答案
第一章单元测试1、判断题：创造能力的最终结果是物化了的创造性思维。
（）选项：A:错B:对答案: 【对】2、判断题：创新性思维和创造性思维完全相同。
（）选项：A:对B:错答案: 【错】3、判断题：能否创新的决定因素是思维方式。
（）选项：A:错B:对答案: 【对】4、判断题：思维按照性质分为直接思维和间接思维。
（）选项：A:对B:错答案: 【对】5、判断题：创造成果的新颖性是其本质特征。
（）选项：A:错B:对答案: 【错】6、判断题：收敛思维是创造的出发点。
（）选项：A:错答案: 【错】7、判断题：可能性与选择思维方法是美国心理学家德波诺提出的一种动态思维方法（）选项：A:错B:对答案: 【对】8、判断题：创造性思维不是人类生命本质的属性。
（）选项：A:错B:对答案: 【错】9、多选题：形象思维和抽象思维的关系是:（）。
选项：A:互不相关B:相互联系C:人脑不同部位对客观实体的反映活动D:相互渗透答案: 【相互联系;人脑不同部位对客观实体的反映活动;相互渗透】10、多选题：创造力的形成与构成:（）+必要条件+专业知识。
选项：A:思维定式B:实践C:技法D:创造性思维答案: 【技法;创造性思维】第二章单元测试1、判断题：移植实质上是各种事物的技术和功能之间的转移或扩散。
（）选项：A:错答案: 【对】2、判断题：动词特性主要是指事物的物理性质。
（）选项：A:对B:错答案: 【错】3、判断题：按照还原换元原理，电冰箱的设计原点是保持低温。
（）选项：A:错B:对答案: 【错】4、判断题：组合机床、模块化机床的设计体现了分离创造原理的应用。
（）选项：A:对B:错答案: 【对】5、判断题：人们在消除技术冲突的过程中，往往通过分析将技术矛盾过渡到物理矛盾。
（）选项：A:错B:对答案: 【对】6、判断题：CT扫描仪的创新设计得益于分离创造原理的应用。
（）选项：A:错B:对答案: 【错】7、判断题：从创造原理的观点看同步带传动的设计是综合了传统平带传动技术与齿轮啮合传动技术的产物。
机械创新设计第四章 机构的演化变异与创新设计
二、高副与低副的等效变换
图4-17 偏心盘凸轮机构的等效代替机构
三、滑动摩擦副与滚动副的等效代换
本章结束
二、满足特定的工作要求
图4-8 连杆机构中杆块形状变异
图4-9 曲杆滑块机构中构件形状变异
Байду номын сангаас
图4-10 曲杆滑块机构中滑块形状变异
第三节
运动副形状变异与创新设计
一、转动副的变异设计
图4-11 曲柄摇杆机构中转动副的形状变异
图4-12 机构演化实例
二、移动副的变异设计
图4-13 转动副的变异
图4-14 滑块扩大示意图
图4-15 移动副的形状变异
第四节
运动副等效代换与创新设计
一、空间运动副与平面运动副的等效替换
二、高副与低副的等效代换
三、滑动摩擦副与滚动副的等效变换
一、空间运动副与平面运动副的等效替换
图4-16 球面副与转动副的等效替换
空间机构原动件与机架连接为球面副S时,三自由度运动很难控制， 采用三个互成垂直布置的转动副R可代替球面副。
(二)低副机构的机架变换
图4-2 曲柄滑块机构的机架变换
图4-3 双滑块机构的机架变换
二、高副机构的机架变换
图4-4 齿轮机构的机架变换
图4-5 凸轮机构的机架变换
第二节
构件形状变异与创新设计
一、避免构件之间的运动干涉
图4-6 曲柄滑块机构中曲柄的形状变异
图4-7 凸轮机构中摆杆的形状变异
第四章
目录：
机构的演化、变异与创新设计
第一节 机架变换与创新设计
第二节 构件形状变异与创新设计
第三节 运动副形状变异与创新设计 第四节 运动副等效代换与创新设计
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2020/11/18
机械创新设计(第四章)
•图4-15 行星齿轮连杆机构
•第二节 并联式机构组合与创新
• 一、并联式机构组合原理与创新方法
• 两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联组合。
• I型并联； 各基本机构输入构件独立，输出构件共用 • Ⅱ型并联： 各基本机构有共同的输入和输出构件。 • Ⅲ型并联： 各机构有共同的输入，独立的输出。
•图4-22 活塞机的齿轮杠杆机构
•图4-23 压力机的螺旋杠杆机构
•双滑块
•双滑块
•端面凸轮机构 •平底直动盘形凸轮
•Ⅱ型并联（复杂型）
•图4-24 矩形轨迹输送机构
• 例4-18 双滑块驱动机构 • 凸轮机构与连杆机构并联组合 • 例4-19 丝织机开口机构 • 两个摇杆滑块机构并联组合
• 图4-27所示冲压机凸轮连杆机构 • 由一个凸轮机构和一个凸轮连杆机构并联组合而成
A—拨销
•椭圆齿轮机构
•槽轮机构
• 图4-7 双槽轮机构的串联
• 1—前置槽轮机构的主动拨盘 2—前置槽轮 • 3—向置槽轮 A、B—拨销
•槽轮机构
•槽轮机构
•图4-8 牛头刨床导杆机构
•转动导杆机构
•六杆机构
• 例4-2 图4-8所示为牛头刨床的导杆机构 • 转动导杆+摆动导杆 • 目的：使滑枕4实现近似匀速往复移动（原动件匀速转动） • 例4-3 毛纺针梳机导条机构 图4-9 • 椭圆齿轮机构+圆柱齿轮机构+（变形）正弦机构 • 变传动比 定传动比
• 3．前置子机构为齿轮机构
• 输出运动为转动或移动
• 后置子机构可以是各种类型的基本机构， 齿轮机构、
•
连杆机构、
•
凸轮机构
• 4．前置子机构可以是非圆齿轮机构、槽轮机构等
• 5．I型串联式机构组合的用途：
• （1）改善输出构件的运动和动力特性
• （2）放大运动或力
• 6．I型串联式机构组合实例
•蜗轮蜗杆 •凸轮机构
•第四节 叠加式机构组合与创新
• 一、叠加式机构组合的原理与创新方法
• 叠加式机构组合：将一个机构安装在另一个机构的某个 运动构件上的组合形式，其输出运动是若干个机构输出运 动的合成。 • 基本叠加形式 • 两种运动关系： • （1）运动独立式 • （2）运动相关式
•图4-34 叠加式机构组合
•平面运动构件并 接
•五杆机构
•反凸轮机 构
•输出
•既是曲柄，又是活动机 架
•图4-30 凸轮—连杆组合机构 •滑块行程 但凸轮的α不会
•平面运动的构件并接
•图4-31 齿轮连杆机构
•差动轮系 •曲柄滑块
•当主动构件3转动一周时，中心轮步进转角为72º，并且在 转位的始末还有瞬时反转现象。
•图4-33 传动误差补偿机构
•反移动凸轮 •摇杆滑块
•Ⅲ型并联（复杂型）
•图4-25 冲压机机构
•曲柄摇杆
•摇杆滑块 •摇杆滑块
•图4-26 丝织机构开口机机构
•移动从动件盘形凸轮 •摆动从动件… •摆动滑块
•Ⅲ型并联（复杂型） •图4-27 冲压机的凸轮连杆机构
•第三节 复合式机构组合与创新
•
一、复合式机构组合原理与创新方法
• a) Ⅰ型并联 b) Ⅱ型并联
c) Ⅲ型并联
•图4-17 V型双缸发动机
•曲柄滑块
•曲柄滑块
•图4-18 襟翼操纵机构
•齿条齿轮 •齿条齿轮
•摆动凸轮 •曲柄滑块
•Ⅰ型复杂型并 联
•图4-19 缝纫机针杆传动
•摆动导杆 •曲柄滑块
•Ⅰ型复杂型并 联
•图4-20 钉扣机针杆传动
• 2．Ⅱ型并联式组合 • 将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动合成为一 个运动输出。 • 例4-14 双棘爪机构 • 由两个曲柄滑块机构并联组合而成 • 例4-15 活塞机的齿轮杠杆机构 • 由两个曲柄滑块机构与齿轮机构组合而成
•①来自于机构的主动构件 •基础机构的两个输入运动
•②来自于附加机 构 •⑴通过与附加机构的构件并接。
•⑵通过附加机构的回接
•复合式机构组合主要功能：可以实现任意预定的运动规律的 输出，例如一定规律的停歇、逆转、加速、减速、前进、倒 退等，设计较复杂缺乏共同的规律。需对具体的机构进行分 析和综合。
• 二、复合式机构组合主要功能分析
• 1．并接复合式组合 • 例4-20 凸轮-行星机构 • 例4-21 凸轮连杆机构组合 • 例4-22 齿轮连杆机构
• 2．机构回接复合式组合 • 齿轮加工机床误差补偿机构 图4-33
•差动轮系
•反凸轮机 构
•平面运动的 构件并接。
•可获得多样化的运动规 律
•输出 •图4-29 凸轮—行星机构
• ②联接点设在前置机构中作复杂平面运动的构件上，
称为
•
Ⅱ型串联
• 3．框图表示： 图4-1
• 图4-1 串联式机构组合
• a) Ⅰ型串联
b) Ⅱ型串联
• 二、串联式机构组合的主要功能分析
• 一）I型串联式组合
• 1．前置子机构为连杆机构
• 输出构件为连架杆，可实现的运动有往复摆动、往复移
动
• 变速转动输出，可有急回运动特征
•图4-9 毛纺针梳机导条机构
•椭圆齿轮机构
•齿轮机构
•正弦机构
•图4-10 增力机构
•曲柄摇杆机构
•摇杆滑块机构
•受力分析：设BC，CE为二力杆
•对杆CD有： FL=PS
•对滑块有：
•摩擦忽略不 计
• 故减小α和S，增大L均能增大Q力。 • 例4-5 共轭凸轮连杆机构 图4-11 • 凸轮机构+连杆机构（ABCD）+摇杆滑块机构（DFE） 增大滑块9的行程 • 例4-6 齿轮齿条大行程直移机构 • 齿轮齿条机构+齿轮齿条机构 • 活塞行程为A 设齿轮模数相等
•
一个具有两个自由度的基础机构A和一个附
加机构B在一起
•
的组合形式为复合式机构组合。
•
组合形式 并接 图4-28 a)
•
回接 图4-28 b)
•
组合特点：①一般为不同类型的基本机构的组
合，并有机地融为一体成为新机构
•
②基础机构一般为二自由度机构，
如差动齿轮机构，五连杆机构，空间机构
•附加机构一般为单自由度基本机构
机械创新设计(第四章)
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2020/11/18
机械创新设计(第四章)
•第一节 串联式机构组合与创新
• 一、串联式机构组合的原理与创新方法
• 1．串联组合：
• 若干机构顺序联接，前置机构的输出为后置机构的输
入
• 2．联接方式：
• ①联接点设在前置机构中作简单运动的连架杆上，称
为
•
I型串联
• 二、叠加式机构组合的主要功能分析
• 1．运动独立式
• 例4-23 电动玩具马 图4-35 • 例4-24 工业机器手 图4-36 • 例4-25 液压挖掘机 图4-37 • 2．运动相关式 • 电风扇摇头机构 图4-38
•ABC―曲柄摇块机构 •机架与构件4 ―2杆机构
•图4-35 电动玩具马
•并联式机构组合的特点：两个子机构并列布置，运动并行传递。
•如• 果按输出简运单动型的并性联质：划两分个有子：机构类型、形状和尺寸完
全相同，并
•
且对称布置。
•
用
途：改善受力及动力特性，过死点。
•
复杂型并联：两个不同类型或相同类型不同尺
寸的子机构
•
的关联以实现性质复杂的、合成
• 图4-16 并联式机构组合
• 例4-16 压力机螺旋杠杆机构 • 特点：机构类型相同，对应构件的尺寸相同，对称布置。 • 例4-17 矩形轨迹输送机构 • 两个凸轮机构组合 • 3．Ⅲ型并联组合 • 将一个运动分解为两个输出运动，主要问题是机构动作的 协调和时序的控制。
•曲柄滑块 •曲柄滑块
•图4-21 双棘爪机构
•曲柄滑 块 •曲柄滑 块
• 常用的后置机构：
• （1）连杆机构
• 可利用变速转动输入获得等速
转动的输出，还可以利用杠杆
原理确定合适的铰接位置，在
不减小γ的情况下实现增程、
增力的作用。
•（2）凸轮机构
•作为后置机构，可获得变速凸轮、移 动凸轮，使后置机构的从动件获得更 多的运动规律。
•（3）齿轮机构：利用摆动或移动输入，获得从动齿轮或齿条 的大行程摆动和移动，还可利用变速转动的输入进一步通过后 置的齿轮机构进行增速或减速。
•（1） Ⅱ型串联组合的主要问题是如何确定前置机构 中连杆的运动轨迹问题，（如何实现特殊的运动轨迹， 如何按预定轨迹对连杆机构进行尺寸综合的问题，）可 采用解析法、实验法或直接从连杆图谱中查取。
•（2）直线轨迹或曲弧线轨迹可使后置子机构的输出 构件实现运动的停歇，自交曲线轨迹可使后置子机构 的输出构件实现两个行程。
• 目的：使从动件近似实现匀速移动
• 总结：对于要求改善输出构件运动特性的I型串联式机构组合
•
的设计的步骤
• （1）按照后置子机构输出的运动规律的要求，确定前置子机
•
构应输出的运动规律。
• （2）按确定的运动规律，对前置子机构进行尺寸综合
• （二）放大运动和增力
• 例4-4 增力机构
• 铰链四杆机构+摇杆滑块机构
•例4-8 链链四杆机构+连杆滑块 图4-14
•实现曲柄1回转1周，滑块5可往复移动两次
•图4-13 具有停歇的六杆机构
•பைடு நூலகம்柄摇杆机构
•摆动导杆机构
•图4-14 实现从动件两次动程的六杆机构