机械系统创新设计-3 原理方案的创新设计

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组合法
方法的主要特点 方法的主要目的
产生新功能 按一定技术原理,将 两个或多个元素合并理改变思索方向 模仿人或生物原理、 结构、外形、感觉机 理 完善计划、个修改方 法、修正观点 向人和生物索取启迪
转向法
仿生法
联想类比法 缺点列举法 635法
通过比较,借助原有知识, 分析两事物的相同或 在异中求同,在同中求异 相似点,由此及彼 挑事物的毛病,提出改进 设想 所示完满、追求卓越
6人参加,每次每人写3个 以笔代口,相互激励, 设想,5分钟后交换,看过 短时间内可产生较多 的设想方案。 别人的设想后再修正和补 充3个设想。 合集5-15个人,根据议题 自由畅谈,不准批评,寻 求人创意 以量求质
3、机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种: 机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种:
1)机电互补法 2)结合法,也称融合法 3)组合法
请看举例 机电一体化自动转位刀架工作原理
第四节 方案评价方法 1、评价目标
该项包含三方面的内容:技术评价、经济评价、社 会评价。
2、评价方法
评价方法有很多,有淘汰法、各项计分法、技术经 济评价法、综合评价法、价值工程评价法、模糊评价法 等。 下面就简单介绍两种简单评价方法: 评分法、模糊评价法
B模糊评价法 模糊评价法
1)隶属度
选用0-1之间的任意一个实数作为方案对该项评价标准 的隶属度,数值越接近1说明隶属度超高。
2)模糊评价
对于有多个方案的模糊评价,应首先依据评价标准求 出每个方案对评价目标的隶属度,形成每个方案的模糊评价 矩阵;然后结合综合评价目标的加权系数,根据模糊矩阵的 合成规则,求出各方案的综合模糊评价矩阵,利用隶属度的 定级和排序原则对各方案定级、排序,最后根据各方案定级、 排序情况对方案作出评价。
4)对三种发动机按评价根据表进行评分得出 评分值矩阵
5) 求各方案的总分,并进行比较,分值高者 为优。 发动机A的总分为:0.5x3+0.2x5.5+0.3x6=4.4 发动机B的总分为:0.5x6+0.2x6.5+0.3x5=5.8 发动机C的总分为:0.5x9+0.2x8+0.3x4= 7.3

自动照明装置
图3-3自动照明方案构思
4)设问探求原理
举例:搓丝工作原理 一般加工螺钉 都用车削或用丝搬加 工,生产效率低。采 用滚压方法对螺纹进 行搓丝加工,效率得 到大大提高,特别适 用标准件工厂采用。
5)功能分析法
举例:纸币分离工作原理 纸币分离工作原理
功 能 分 解
功能求解
第三节 机电一体化系统的创新设计
1、机电一体化分类: 机电一体化分类:
1)刚性系统 刚性机械系统是指由机械装置与电气装置独立组合, 只有简单的开、关、正反转、停止等控制要求的机械系统。 2)柔性系统 柔性机械系统通常指那些需借助传感器或控制电路, 通过计算机按位置、位移、速度、压力、温度等实施智能 化控制的机械系统。典型的如数控机床、机器人都属于这 类机械系统。
智暴法
2、用法举例
用类比法中的直接类比法进行方案的提出、 1)用类比法中的直接类比法进行方案的提出、 新产品的开发。 新产品的开发。
2)形态分析法
又称为方格法、棋盘法或形态综合法。 形态分析方法的具体过程:因素分析、形态 分析、方案综合。 例:挖掘机设计方案:功能因素-动力、移动、 挖掘和分别给移动、挖掘传递动力
功能因素 A B C D E 动力 移动动力 移动 挖掘动力 挖掘 1 电动机 齿轮传动 2 3 4 5 6 气马达 汽油机 柴 油机 蒸汽透平 液压机 蜗轮 带传动 履带 链传动 气垫 液压缸 液力耦合器
轨道及车轮 轮胎 拉杆 挖斗
绳传动 气缸 抓斗 钳式斗
3)输入输出法
输入输出法又称“黑匣”或“黑箱”分析法。 在没有获得方案的具体内容前,把方案内容用一个 黑匣来描述,黑匣的一侧是设计方案的已知条件, 即输入内容;另一侧是方案要达到的,即输出内容
分纸原理图
创造性在设计中的作用: 创造性在设计中的作用:
A、所设计出来的机械产品具有的工艺 动作不同,则机械产品的性能、结构及经济 性也不相同。 B、在传统的方案设计中,纯机械式的工 作原理应用十分广泛,然而,原理方案设计 是一个极富创造性的构思过程。
第二节机械系统创新设计常有的方法
部分常用的几种创新设计方法如下表如示: 1、部分常用的几种创新设计方法如下表如示: 方法名称
2、机电一体化技术的发展对机械设计的创新: 机电一体化技术的发展对机械设计的创新
⑴增加了产品的新功能。 增加了产品的新功能 结构更简单。 ⑵结构更简单。例如:电脑缝纫机比传统的机械机可减 少机械零件约350个;一台插齿机如果省去传动部分可 减少30的零部件。 加工精度更高。 ⑶加工精度更高。由于运动的累积误差小,系统中使用 计算机误差校正和补偿系统,可以达到单纯机械加工方 法难以达到的加工精度。例如:在大型铣、镗床中安装 感应同步器数显设备,可使机床的加工精度从 0.06mm/1000mm提高到0.02mm/1000mm。 使工艺过程柔性化。 ⑷使工艺过程柔性化。只需要改变计算机程序就能迅速 地改变设备的加工能力和工艺流程,从而能迅速适应市 场对产品的多方面的简单要求。 操作、维修更方便。 ⑸操作、维修更方便。由机电一体化设备组成的机械系 统的运动规律、工艺过程、工艺参数均可以通过程序控 制来实现和调整,从而很容易实现各机械设备运动的相 互协调配合和实现机械加工的全部自动化,使机械设备 的操作更加简便,设备的调整、维修也十分方便。
1)确定评价目标 R={燃料消耗,单位功率质量,寿命} 2)确定各评价目标的加权系数 G=(g1,g2,g3)=(0.5,0.2,0.3) 3)确定评价标准 根据发动机的工作要求制定出发动机的特性 参数评价分值表,如下:
评分 特性参数 分值 燃料消耗 单位功率质量 寿命(x1000) 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 3.5 3.3 3.1 2.9 2. 7 2.5 2.3 2.1 1.9 1. 7 1.5 20 30 40 60 80 100 120 140 200 300 500
评分法举例
用评分法对三种汽车发动机A、B、C进行性能比较。三种 发动机性能及加权系数见下表:
性能 燃油消耗 单位功率质量 寿命 /[g/ (kW.h)] /(Kg/ Kw) /Km 0.2 2.4 2.2 1.9 0.3 120 100 80 340 280 220
加权系数 0.5 A B C
评价过程如下: 评价过程如下:
第三章 原理方案的创新设计
1、概述 2、机械创新设计常用的方法 3、机电一体化系统的创新设计 4、方案评价方法
第一节概述
机械设计中把确定产品工作原理的设计称为方案设计 方案设计。 方案设计 原理方案设计的特点: 原理方案设计的特点:方案的解具有多解性,即实现同 一功能目标可以采用不同的工作原理。 实例:实现的目标是将一叠纸张逐一分开。 实例:实现的目标是将一叠纸张逐一分开。 1、力学原理 往复直线运动的打推杆,将纸张叠层上逐 一从纸张叠层上推开 2、摩擦原理 旋转的摩擦轮,将纸从纸张叠层上逐一 “擦开” 3、重力原理 纸叠倾斜的限位装置,使纸张逐一自然脱开 4、离心惯性力原理 纸张旋转产生的离心力,将纸张逐 抛开 5、气体在管道中形成 将纸张吸住挪开或逐一将纸吹开 负压或正压的原理 6、静电吸引的原理 纸张叠最上层的纸张带电后, 被带电了工作板吸住后移开
A、评分法
评分法是用分值大小作为衡量方案优劣的尺度, 评分法 用分值对方案进行定量评价的一种方法。对于多 个评价目标的系统,应先对各目标分别评分,经 加权计算求得总分后再进行评价。 理想评分值可设为10分(或5分),评分标准可 参考下表:
0 不 能 用 1 差 2 较 差 3 勉 强 可 用 4 可 用 5 中 6 良 7 较 好 8 好 9 优 10 理 想
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