现代机械创新设计介绍及基础知识

2 机械创新设计简介与基础知识

在新的世纪里竞争日益激烈，科学技术依然是推动人类社会进步的第一生产力。创新是人类文明进步的原动力，是技术和经济发展的源泉，也是培养和造就人才的重要途径，在世界进入知识经济的时代，创新更是一个国家国民经济可持续发展的基石。人类的科技已经到达很高的水平，特别是机械行业，传统的设计水平进步很慢。而现在人们的需求也越来越高，所以人们迫切需要创新设计。

创新设计概论2.1创新设计是一种现代设计方法，它是研究设计程序、设计规

律和设计思维与方法的一门新型综合性科学。在机械设计过程中，创新设计对更大程度的满足人类生产和生活的需要，促进经济的发展和社会的进步有非常重要的作用。

说起创新设计大家总觉得很神秘、陌生。其实回想历史上的许多发明家，我们不难看出，创新发明其实有时候只是我们身边存在的小问题，经过我们思考之后加上灵感找到解决问题的方法或是发现新的事物。比如传说鲁班爬山时手被草割破，经过他的仔细思考发明了至今仍在使用的锯子；还有瓦特观察大水烧开后能将壶盖顶起，依据这个原理他发明了蒸汽机，导致了第一次工业革命。

另外创新设计需要勇气和毅力。大家一定知道袁隆平先生历尽磨难研究成功杂交水稻的事迹。这正是告诉了我们在进行创新设计过程中要破除思想封锁，树立信心，持之以恒，最终一定能解决问题。但是我们也需要逐步培养起分析创新设计可行性的能力，不能盲目到想要发明一种以水为燃料的内燃机。

）的概念及创新人才培养MCD2.2 机械创新设计（机械创新设计（MCD）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成果（含理论、方法、

技术、原理等），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。其目的是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或创造发明新机械实现预期1 / 35

的功能，并使其具有良好的工作品质及经济性。所以培养创新人才要做到如下几点：

第一；要勇于创新和善于探索，有信心，勇气和创意。

第二：要掌握创新原理和创新技法。我们应通过学习和训练培养良好的创造心理，并要多思考多练习，将思维运用到实际中去，以提高创新的技法。

第三：要有创新的物质条件和精神条件。

第四：要有创新的意识，有较强的逻辑思维能力。创新不是空想，更不是不切合实际的想象，应该拥有创新的意识和较强的逻辑思维能力，能够把感性认识上升到理性认识，能够透过现象看其内在的本质，而且不能将思维停留在过去或现有的模式中，这样才可能创造出新颖先进的产品。

第五：加强创新实践。在实践中锻炼创新能力更胜于学习理论知识。创新设计实践包括了解问题、设计方案和执行方案三个阶段。

创新设计的分类2.3

机械创新设计通常分为以下几种类型。

1.开发性设计即在工作原理、结构等完全未知的情况下，针对新任务提出新方案，开发设计出以前没有的新产品。例如有人利用磁铁的同极相斥异极相吸的原理设计了一种磁力驱动装置，该装置使用固定磁铁与旋转磁铁同极相对，使两磁铁间出现相斥的力，先由外力启动，然后由永久磁铁的磁力驱动转子继续旋转，并向外输出能量，从而产生一种洁净、高效廉价的新能源。

2.变型设计应包括转用创新即将某一已有的成熟的技术和结构进行适当变异，设计出使用领域更广的产品。

3.适应性设计亦称反求设计。针对已有的产品设计，在消化吸收的基础上，对产品作局部变更或设计出一个新部件，使产品更能满足使用要求。

4.组合创新设计将已有的零部件组合成为一种新产品，实现一种新的整体功能。例如，世界上的第一辆汽车就是组合创新的优秀成果，它是将汽车时代以前就有的转向装置、刹车装置、弹簧悬架等组合在一起成为新的交通工具。组合创新设计要求组合后的产品在性能上具有1+1＞1的效果，而在结构上则为2 / 35

1+1＜1。

开发设计以开拓、探索创新，变型设计通过变异创新，适应性设计在吸取中创新，组合创新设计，则是在结构或机构的综合上创新。总之，创新是各种创新设计的共同点。

创新设计的特点2.4创新设计具有以下特点：

1.创新设计是有目的、有约束的创造活动。它以满足社会需要为出发点，为社会提供实现预期功能的产品。因此创新设计的创造模式为：社会需要→设计→产品。

2.创新设计离不开继承。创新设计当然要求不断的更新换代，但是任何一种创新设计都是在前人设计或是理论的基础上进行改造、创新发展起来的，是一种“继承+创新”的成果。

3.创新设计的模糊性。创新设计的过程不如传统的再现性设计那样明确。因此当你拿到一个设计课题时，必须先进行需求调查，考虑已有条件分析其可行性，然后进行创新思维，所以说创新设计是一个探索的过程。

机械创新设计的基础知识2.5

在上面的介绍中我们了解了机械创新设计的概念和特点等，也知道了进行机械创新设计需要具备很多的条件（包括创新设计的原理和方法），在介绍机械创新设计的基本原理和方法前，我们还应该掌握机械创新设计的基础知识。只有有了具备了创新设计的条件，再结合机械创新设计的基础知识、原理和方法，才能在实际工程领域的创新实践中发挥出很好的成绩。

2.5.1机械的基础知识

1.机械的概念

机械是机构和机器的总称。我们在实际工程的领域中，常把具体的机械叫机器或机构，把机器中的机械运动系统叫机构。从功能变换的观点看，机构与3 / 35 机械有很大的区别。机器指用来根据某种使用要求而设计的一种执行机械运动的装置，而机构都是用来传递与变换运动和力的可动装置。

机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械功的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。其特点如下：

1）机械首先必须是执行机械运动的装置。

2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用的机械功。

3）机械中必须要完成能量的转换。

执行机械运动的装置是机械的主体，该部分是创新设计的重点内容。其运动方案部分相当于机械原理中的机构运动系统简图的设计。是否完成有用的机械功是辨别能否成为机械的关键条件。从机械学的角度看，电视机、计算机不是机械，这是因为它们的内部结构不是执行机械运动的装置，也没有克服外力作机械功。而剥线钳、手摇钻、门窗启闭的杆件系统等装置，因没有能量的转换，一般称之为机构，由于机构也是执行机械运动的装置，故纳入机械的概念中。根据机械的特