机械运动方案设计与创新
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o 执行功能——实现和完成产品的最终功能。简单系统 可用简单的构件实现特定的动作；复杂的系统有多个 执行功能，各动作需要协调与配合。
o 测控功能——包括检测、传感与控制。它把系统工作 过程中各种参数和工作状况检测出来，变换成可测定 和可控制的物理量，传送到信息处理部分，并发出对 各部分的工作指令和控制信号。
模块名称 箱体 齿轮
轴
轴承 端盖
通用化程 97 度（%）
85.6 77.4 98.4 98.6
9.2 工作原理的构思与设计
工作原理是指实现产品功能最基本形式。创新设计的 核心是原理创新。按新的原理工作的机器、设备、仪 器才具有竞争力。 构思新的工作原理一般可通过以下的途径来解决： 1.建立设计目录 2.参考、借鉴相关产品的资料或专利 3.利用技术冲突解决原理 4.充分应用可利用资源
2）按系统中各部分的基本物理功能进行分类 基本物理功能反映系统中三个基本要素（能量、物 料、信息）变换的物理作用
变换功能——能量的类型，运动的形式，材料的性质，物态，讯号 类型等变换。具有类型变换特征。
缩放功能——三要素量的缩放，能量的缩放，物理量的缩放，讯号 的缩放等。具有大小特征。
联结功能——三要素同质。
3）模块的划分与组合：
划分模块时要注意模块在整个系统中的作用 及其更换的可能性与必要性；要注意保持模块在功 能及结构方面的独立性与完整性；模块间的结构要 素应便于分离与联接；模块的划分不能影响系统的 主要功能。
模块的组合有开式与闭式组合，组合的原则 是以求用较少模块组合成更多不同功能的变形产品。
模块化设计实例——齿轮减速器系列设计
区段内模块通用。
❖ 全系列模块化设计：包括纵系列与横系列。
❖ 跨系列模块化设计：指具有相近动力参数的不同类型产品。
它有两种模块化形式：一种是在在相同的基础件结构上，选用不 同模块组成跨系列产品。如德国生产的双柱坐标镗床，通过改变 测量系统模块，还可得到一种专门用于测量的产品。另一种是在 基础不同的跨系列产品中，选用相同功能的模块。如自卸车与载 重汽车，选用同样的变速箱与制动器等通用模块。
储存功能——具有时间的特征。如物料的存储，能量的存储等。 传导功能——三要素在不同位置通过电、光、机构、等变化传导，
具有位置特征。 离合功能——使系统时而接通、切断。具有时间位置的特征。
3）机构的基本功能
变换运动的形式——转动，移动，摆动，间歇运动 变换运动的速度——减速，增速，变速 变换运动的方向 进行运动的合成与分解 对运动进行操纵与控制 实现给定的运动位置与轨迹 实现某些特殊功能——增力，增程，微动，急回，夹
紧，定位等
三、功能的分解
❖ 将产品的总功能进行分解成分功能，子功能，乃至功 能元，使功能分析与设计更加方便。
❖ 功能分解可图解为树状结构，如下图所示：
减速器功能树
四、功能设计（模块化设计）
1）模块化设计概念与特点： 其核心思想是将系统根据功能分解为若干 模块，通过模块的不同组合，可以得到不 同品种、不同规格的产品。 其特点是产品更新换代快，缩短了 设计制造周期，降低成本，维修方便，性 能稳定可靠；但系统比较复杂。
例如：解决取出核桃仁的问题，功能描述不同，解 决该问题的思路与方法就会受到影响。
功能 工作原理 工艺动作
描述
砸壳 外部加压 砸、压、冲、射等
压壳
壳仁 分离
外部加压 砸、压、冲、射等
内部加压 通高压气，外压骤减，内压破壳
外部加压 砸、压、冲、射等
内部加压 通高压气，外压骤减，内压破壳
去壳
培育薄壳品种，化学法脆皮、溶壳
结构、强度、刚度、精度设计；绘制相应的工作图，编写 说明书。
➢ 施工设计——加工、制造等工艺设计；安装、调试及维
护、使用说明。
在这四个设计阶段过程中，方案设计对 产品的性能、成本、使用与维护等影响很 大，也是最具有可创新的阶段。因此很有 必要探索该阶段的创新设计方法与技巧。
9.2 功能分析与设计
功能分析与设计的目的是从完成功能的角度而 不是从技术的角度分析系统，子系统。其设计 过程包括裁剪、重组。即研究每一个功能是否 必须，如果必须，系统中其它部分是否可代替
2）模块化设计方式：
❖ 横系列模块化设计：在基型品种上更换或添加模块，形成新
的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧
铣头、转塔铣头等，形成立式铣床，卧式铣床或转塔铣床等。
❖ 纵系列模块化设计：产品功能及原理方案相同，结构相似，
而参数尺寸有变化，随参数变化对系列产品划分合理区段，同一
一、功能的概念：
所谓功能（Function）就是用简明的语言 对产品对象的各种工作能力抽象化的描述。 功能的描述一定要准确、合理、简洁、抽 象，不带有任何倾向性。使得在方案构思 时不致产生框框，使思路开阔。它与产品 的用途、性能等不尽相同。例如，钢笔的 用途是写字，而功能的描述是“存送墨 水”。
9 机械运动方案设计与创新
9.1 机械产品的开发过程
开发一个新的机械产品一般经历四个阶段：
➢ 产品规划——市场需求调查；科技信息调研；论证
必要性，可行性，确定产品功能目标。
➢ 方案设计——进行系统的功能分析与设计；工作原理构
思与设计；工艺动作构思与设计；方案性能评价。
➢ 技术设计——进行系统中的零部件尺寸、参数、形状、
二、功能分类
1）按机电产品各组成部分具体功能进行分类：
o 驱动功能——为系统提供能量，它接受测控部分发出 的指令，驱动执行部分工作。其功能载体为各种类型 原动机。
o 传动功能——传递驱动和执行部分之间的运动和动力。 包括运动形式、性质、方向、大小的变换。其功能载 体可以是机械式、液压气动式、电磁式等。
如减速器功能图所示，分别进行了齿轮模块，轴的 模块，箱体的模块等设计，采用了112对斜齿圆 柱齿轮和70对锥齿轮模块，代替了非模块化设计 的1252对齿轮；可组成332种平行轴和220种相交 轴的传动。只需要3种箱体。模块化设计降低了 成本，并且便于管理。下表列出了减速器模块化 系列中零部件件的通用化程度。
一、建立设计目录
设计目录是一种设计信息库，他把设计过程中 所需要的大量信息有规律的加以分类、排列、储 存，以便设计者查找、调用。
o 测控功能——包括检测、传感与控制。它把系统工作 过程中各种参数和工作状况检测出来，变换成可测定 和可控制的物理量，传送到信息处理部分，并发出对 各部分的工作指令和控制信号。
模块名称 箱体 齿轮
轴
轴承 端盖
通用化程 97 度（%）
85.6 77.4 98.4 98.6
9.2 工作原理的构思与设计
工作原理是指实现产品功能最基本形式。创新设计的 核心是原理创新。按新的原理工作的机器、设备、仪 器才具有竞争力。 构思新的工作原理一般可通过以下的途径来解决： 1.建立设计目录 2.参考、借鉴相关产品的资料或专利 3.利用技术冲突解决原理 4.充分应用可利用资源
2）按系统中各部分的基本物理功能进行分类 基本物理功能反映系统中三个基本要素（能量、物 料、信息）变换的物理作用
变换功能——能量的类型，运动的形式，材料的性质，物态，讯号 类型等变换。具有类型变换特征。
缩放功能——三要素量的缩放，能量的缩放，物理量的缩放，讯号 的缩放等。具有大小特征。
联结功能——三要素同质。
3）模块的划分与组合：
划分模块时要注意模块在整个系统中的作用 及其更换的可能性与必要性；要注意保持模块在功 能及结构方面的独立性与完整性；模块间的结构要 素应便于分离与联接；模块的划分不能影响系统的 主要功能。
模块的组合有开式与闭式组合，组合的原则 是以求用较少模块组合成更多不同功能的变形产品。
模块化设计实例——齿轮减速器系列设计
区段内模块通用。
❖ 全系列模块化设计：包括纵系列与横系列。
❖ 跨系列模块化设计：指具有相近动力参数的不同类型产品。
它有两种模块化形式：一种是在在相同的基础件结构上，选用不 同模块组成跨系列产品。如德国生产的双柱坐标镗床，通过改变 测量系统模块，还可得到一种专门用于测量的产品。另一种是在 基础不同的跨系列产品中，选用相同功能的模块。如自卸车与载 重汽车，选用同样的变速箱与制动器等通用模块。
储存功能——具有时间的特征。如物料的存储，能量的存储等。 传导功能——三要素在不同位置通过电、光、机构、等变化传导，
具有位置特征。 离合功能——使系统时而接通、切断。具有时间位置的特征。
3）机构的基本功能
变换运动的形式——转动，移动，摆动，间歇运动 变换运动的速度——减速，增速，变速 变换运动的方向 进行运动的合成与分解 对运动进行操纵与控制 实现给定的运动位置与轨迹 实现某些特殊功能——增力，增程，微动，急回，夹
紧，定位等
三、功能的分解
❖ 将产品的总功能进行分解成分功能，子功能，乃至功 能元，使功能分析与设计更加方便。
❖ 功能分解可图解为树状结构，如下图所示：
减速器功能树
四、功能设计（模块化设计）
1）模块化设计概念与特点： 其核心思想是将系统根据功能分解为若干 模块，通过模块的不同组合，可以得到不 同品种、不同规格的产品。 其特点是产品更新换代快，缩短了 设计制造周期，降低成本，维修方便，性 能稳定可靠；但系统比较复杂。
例如：解决取出核桃仁的问题，功能描述不同，解 决该问题的思路与方法就会受到影响。
功能 工作原理 工艺动作
描述
砸壳 外部加压 砸、压、冲、射等
压壳
壳仁 分离
外部加压 砸、压、冲、射等
内部加压 通高压气，外压骤减，内压破壳
外部加压 砸、压、冲、射等
内部加压 通高压气，外压骤减，内压破壳
去壳
培育薄壳品种，化学法脆皮、溶壳
结构、强度、刚度、精度设计；绘制相应的工作图，编写 说明书。
➢ 施工设计——加工、制造等工艺设计；安装、调试及维
护、使用说明。
在这四个设计阶段过程中，方案设计对 产品的性能、成本、使用与维护等影响很 大，也是最具有可创新的阶段。因此很有 必要探索该阶段的创新设计方法与技巧。
9.2 功能分析与设计
功能分析与设计的目的是从完成功能的角度而 不是从技术的角度分析系统，子系统。其设计 过程包括裁剪、重组。即研究每一个功能是否 必须，如果必须，系统中其它部分是否可代替
2）模块化设计方式：
❖ 横系列模块化设计：在基型品种上更换或添加模块，形成新
的变形品种。例如，更换端面铣床的铣头，可以加装立铣头、卧
铣头、转塔铣头等，形成立式铣床，卧式铣床或转塔铣床等。
❖ 纵系列模块化设计：产品功能及原理方案相同，结构相似，
而参数尺寸有变化，随参数变化对系列产品划分合理区段，同一
一、功能的概念：
所谓功能（Function）就是用简明的语言 对产品对象的各种工作能力抽象化的描述。 功能的描述一定要准确、合理、简洁、抽 象，不带有任何倾向性。使得在方案构思 时不致产生框框，使思路开阔。它与产品 的用途、性能等不尽相同。例如，钢笔的 用途是写字，而功能的描述是“存送墨 水”。
9 机械运动方案设计与创新
9.1 机械产品的开发过程
开发一个新的机械产品一般经历四个阶段：
➢ 产品规划——市场需求调查；科技信息调研；论证
必要性，可行性，确定产品功能目标。
➢ 方案设计——进行系统的功能分析与设计；工作原理构
思与设计；工艺动作构思与设计；方案性能评价。
➢ 技术设计——进行系统中的零部件尺寸、参数、形状、
二、功能分类
1）按机电产品各组成部分具体功能进行分类：
o 驱动功能——为系统提供能量，它接受测控部分发出 的指令，驱动执行部分工作。其功能载体为各种类型 原动机。
o 传动功能——传递驱动和执行部分之间的运动和动力。 包括运动形式、性质、方向、大小的变换。其功能载 体可以是机械式、液压气动式、电磁式等。
如减速器功能图所示，分别进行了齿轮模块，轴的 模块，箱体的模块等设计，采用了112对斜齿圆 柱齿轮和70对锥齿轮模块，代替了非模块化设计 的1252对齿轮；可组成332种平行轴和220种相交 轴的传动。只需要3种箱体。模块化设计降低了 成本，并且便于管理。下表列出了减速器模块化 系列中零部件件的通用化程度。
一、建立设计目录
设计目录是一种设计信息库，他把设计过程中 所需要的大量信息有规律的加以分类、排列、储 存，以便设计者查找、调用。