机械设计学_第三章_机械产品的功能原理设计

第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
二、复杂动作功能
实例
机构创新实验
多机构组合螺旋加工机床
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
无论简单还是复杂动作功能，都是纯机械的功能，它们 的基本特点是“以形体来实现功能”。这个特征使机械实现 动作功能的方式变化无穷。机械动作原理实现得好与不好， 全在于形体设计的变化。
进行形体设计的思维方法主要要用形象思维、视觉思 维和动作思维的思维方式，也就是说不能全靠抽象思维来 进行形体的构思。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路
一、工艺功能的特点
工艺类机器的执行机构的动作和工作头的形状往往以被加 工工作物质的工艺过程密切相关，工作头对物体的作用形式 （作用场）有纯机械的作用，也有不是纯机械的作用。因此， 工作头的形状、运动方式和作用场构成完成工艺功能的三要素。 工艺功能比起动作功能来，更容易进行改进和革新，因为工 作头的变革可能性是很大的。工艺功能的解法往往在工艺上发生 了巧妙的革新，而在技术上不一定有很困难的问题。 这一类功能的特点是要设计工艺，由于完成原理的工艺是 可以变化的。因此这类功能原理可以有更多的灵活性。往往通 过改善工艺而设计出更新颖、更有效的原理解法。
简单动作功能并没有过时，而仍以其简单可靠的特点， 在各个领域可靠地为人类服务。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
二、复杂动作功能
1、复杂动作功能的特点：以采用常用基本机构为主， 演变和组合成各种形式的机构，从而实现各种复杂的运动规 律或运动轨迹。 2、基本机构组合法——复杂动作功能的法之一
在这个问题里，S2——草，寻求合适的F和S1。
可能被利用的F：
（1）拉力——可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高 度，无法使草地整齐； （2）割断力——像农夫割麦一样，需要握住草的上部才 能割断；
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
二、功能原理设计的工作特点 1、新的物理效应代替旧的物理效应；例如，手表的发展
2、引入某种新技术（新材料、新工艺……）。 关键是新想法（New Idea）。如超导技术－磁悬浮列车
把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，并把这些基本 动作理解为“功能元素”，由这些“功能元素”可以构成任何 技术系统的复杂的总功能。典型的基本动作共有12对。 放出---吸收 传导---绝缘 集合---扩散
引导---阻碍
变向---定向 结合---分离
转换---回复
调整---激动 接合---拆开
放大---缩小
市 场 调 查
信 息 收 集
需 求 发 现
资 料 研 究 弱 点 发 现 建 立 准 则
任 务 确 定
多 向 联 想 问 题 剖 析 评 价 比 较
明确功能目标
用 户 调 查
创 新 构 思 改 错 修 正 权 衡 利 弊
功 能 澄 清
思 维 实 验 完 善 提 高 去 劣 存 优
目 标 建 立
模 型 试 验
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
五、功能原理的基本类型与解法特点
各种功能类型的关系
简单动作功能 动作功能 关键技术功能 功能类型 复杂动作功能 工艺功能 综合技术功能 (纯机械） (广义物理效应)
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
四、功能、功能单元和功能结构
例： 硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。
形式不同的硬币点钞机
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硬币计数包装机的外形及硬币总功 能的黑箱描述
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
四、功能、功能单元和功能结构
3、使机器品质发生质的变化； 三、功能原理设计的任务和主要工作内容
1、任务：寻找一种物理效应和相应的作用原理以实现所追 求的功能目标。
2、主要工作内容：构思能实现功能目标的新的解法原理。 包括明确功能目标、创新构思、模型试验、修改完善构 思、评价选优等工作内容。
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功能原理设计的工作步骤和工作内容
F场
S1 主体 S—Field 法
S2 客体
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、S－Field（Substance-Field）法(物——场分析法) 讨论:如何用S－Field模式来求解工艺功能的功能原理问题。 1、F、S1搜索
如需要完成修剪草地的任务，如何构思剪草机的工作原理呢？
1－硬币堆放，输送功能单元 2－硬币排列，分选，挑残功能单元 3－硬币分选，计数功能单元 4－硬币堆码、整理功能单元 5－送纸，撕纸功能单元 6－硬币包卷功能单元 7－卷边功能单元
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
4、功能结构和功能分析 一个系统的总功能可以逐步分解为很多分功能。 功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计总体方 案的过程，这个过程往往不是一次完成，而是随设计工作的 逐步深入而不断修改、不断完善的。
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第三章 机械产品的功能原理设计
本章重点：功能的概念、功能原理设计的特点和内容、机械功 能基本类型以及对应的求解思路、创新性思维的基本知识。 基本要求：通过授课、练习、课堂讨论等环节，体会功能原理 求解的构思过程及思维特点。对简单动作功能及工艺功能这两 类基本功能作测绘及设计构思练习。 §3-1概述 一、功能原理设计 1、定义：针对产品的主要功能所进行的原理性设计简称为 功能原理设计。即应用某种“物理效应”通过某种“作用原理” 来实现“功能目标”的结果。例如：点钞机分离功能原理构思 2、重点：创新构思。例如：洗衣机功能原理的改进 3、创新与市场竞争潜力。例：两种喷墨打印机 4、产品更新换代的三个途径：改革工作原理；改进工艺、 材料和结构以提高技术性能；加强辅助功能使其更适应使用 者的心理。 下一页
联结---开断 贮存---取出
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
四、功能、功能单元和功能结构 3、功能单元 把机器中的总功能只分解到“功能单元”，这样的功能单 元是既有一定的独特性，又有一定复杂程度的技术单元。功能 单元的概念与零件、部件、或机构的概念是有区别的，前者特 别适宜于在功能原理设计时进行原理性解法的构思。 例： 硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。
水 刀 切 割 工
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路
一、工艺功能的特点
工艺功能相对于动作功能，更容易改进
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路
二、S－Field（Substance-Field）法(物——场分析法) 这种方法是前苏联的科学家提出的，最适合求解工艺功能。 这个方法的基础是对“最小技术系 统”的理解和分析。 在任何一个最小技术系统中，至少 有一个主体（S1），一个客体（S2）和 一个场（F）。这三者缺一即不可能发 生技术作用。S1（主体）即对客体发生 作用的物体，也就是所说的工作头；S2 （客体）即被加工的物体，也就是工艺 动作的对象。F（场）即指S1向S2作用 时发生的一切作用场。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
二、复杂动作功能
六种基本机构:


硬币机卷边功能的执行结构


1 连杆机构 2 齿轮机构 3 挠性机构 4 凸轮机构 5 螺旋机构 6 间歇机构
复杂动作功能设计求解思路:
基本机构组合法
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a、简单动作功能：仅完成简单的一次性动作的功能。 b、复杂动作功能：能实现连续的传动的动作功能。 （2）工艺功能：以完成对对象物的加工为目的的功能。 （3）综合技术功能：综合应用机、光、电、磁、热、化 等各种“广义物理效应”更好地去实现各种动作功能和工 艺功能的功能。 （4）关键技术（Know how）功能：以关键技术实现动作 功能或工艺功能而使产品在某方面占有特殊优势的功能。
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
一、简单动作功能
人类近代十大发明之一:拉链---典型简单动作
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
一、简单动作功能
电视机盒盖、圆珠笔、魔方
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
一、简单动作功能
1、简单动作功能的特点：简单动作功能是由两个或两个以 上的具有特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征， 可以实现互相运动或锁合的动作。常用2～3个构件组成。
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第三章 机械产品的功能原理设计
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黑箱：系统内部结构完全未知的技术系统。
白箱：系统内部结构完全已知的技术系统。
灰箱：系统内部结构部分未知的技术系统。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述 四、功能、功能单元和功能结构 2、功能元素
从系统论的观点看，一个系统可以分解为一些子系统，那 么一个系统的总功能也应该可以分解为一些分功能。
一、简单动作功能
简单动作求解思路:几何形体组合法
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-2两种动作功能及其对应的求解思路
一、简单动作功能
2、几何形体组合法——简单动作功能的求解思路之一 在构思简单动作功能时，针对功能目标，对几个构件上 的几何形体进行构思。由于在构件上设置几何形体的可能性 非常多，为实现这类功能创造了宽广的途径，总有几种形体 可以实现所要求的功能目标。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
五、功能原理的基本类型与解法特点 2、功能原理解法的特点 （1）有法而无定法。分析和综合是两种不同的科学方法， 分析可以按某些既定的方法按步进行，而综合则是 “有法而无定法”，即不可能只要按某种“方法”去 做就一 定能得到某种好的解法。
（2）解的非唯一性。功能原理解是多解的问题，即解不是唯 一的，也不是绝对无解，而且也很难得到绝对理想的解。
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
百度文库
4、功能结构和功能分析
硬币计数包卷机的功能结构图
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
4、功能结构和功能分析
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
五、功能原理的基本类型与解法特点 1、基本类型： 动作功能和工艺功能。 （1）动作功能：以实现动作为目的的功能。
酝酿解法原理
改进、完善解法原理
选出满意解
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-1概述
四、功能、功能单元和功能结构
1、功能：功能是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述，是 指某一机器（或装置）所具有转化能量、运动或其它物理量的特性。 功用：作原动机 用途：驱动电扇、机床 能力：功率、转速
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路
一、工艺功能的特点
犁的工作曲面 1－犁尖 2－犁镜 3－曲面
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第三章 机械产品的功能原理设计
§3-3工艺功能及其对应的求解思路
一、工艺功能的特点
绞 肉 机
注意:工艺功能是广义上的,不一定是纯 机械的,如水刀、激光刀
input
信号 S 技术系统
S
output
S′信息 E′能量 转换 M′物料
电动机
性能：效率、耐用性、振动 能量 E
物料 M
进行 E
M
功能： 将电能转变为旋转运动的动能。 系统工程学用“黑箱”（Black Box）来描述功能：任何一个技术系 统都有输入和输出。把技术系统看成一个输入输出信息流S（Signal）、 能量流E（Energy）和物料流M（Materiel）的黑箱