《機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本章學(xué)習(xí)重點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)的方法 黑箱法 功能結(jié)構(gòu) 功能分解 功能元 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 原則 步驟 基本原理 1 任何一種產(chǎn)品的開發(fā) 都面臨著市場(chǎng)競爭的考驗(yàn) 要提高產(chǎn)品的競爭力 必須在產(chǎn)品的以下幾方面下功夫 1 設(shè)計(jì)2 制造3 銷售4 售后服務(wù)5 改進(jìn)設(shè)計(jì)其中設(shè)計(jì)是一個(gè)最基本的環(huán)節(jié) 產(chǎn)品的質(zhì)量 性能 成本等主要是在設(shè)計(jì)階段決定的 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 引言 2 產(chǎn)品產(chǎn)生過程 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量 性能 成本等起決定性作用 3 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的重要性 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 它對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和外觀造型均具有決定性意義 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的結(jié)果 形成技術(shù)設(shè)計(jì)階段的指導(dǎo)性文件 主要指原理圖和裝配圖 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 什么是功能原理設(shè)計(jì) 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 功能原理設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié) 針對(duì)該產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 功能原理設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的成敗起著決定性的作用 蒸汽機(jī) 工業(yè)革命 內(nèi)燃機(jī) 為了不使我們的產(chǎn)品輸在起跑線上 所以要做好功能原理設(shè)計(jì) 它武裝了人類 使虛弱無力的雙手變得力大無窮 健全了人類的大腦以處理一切難題 它為機(jī)械動(dòng)力在未來創(chuàng)造奇跡打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 將有助并報(bào)償后代的勞動(dòng) 5 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)功能原理設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)準(zhǔn) 構(gòu)思的創(chuàng)新性 市場(chǎng)的競爭潛力 對(duì)于設(shè)計(jì)者而言 要想具有創(chuàng)造力離不開以下幾點(diǎn) 創(chuàng)造力的五要素 知識(shí) 經(jīng)驗(yàn) 才能 心理素質(zhì) 機(jī)遇知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累是一個(gè)重要因素 設(shè)計(jì)者要進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思 就要具有很廣的知識(shí)面和堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ) 6 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法是工程設(shè)計(jì)方法的重要組成部分 應(yīng)該貫穿于工程技術(shù)設(shè)計(jì)的全部過程中 也是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平 增強(qiáng)產(chǎn)品競爭能力的根本措施和有力手段 特別是在產(chǎn)品的功能原理方案設(shè)計(jì)階段 運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法尤其重要 可獲得更多的原理方案 最終可能產(chǎn)生更多 更好的新產(chǎn)品 第二章機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 幾種簡單的創(chuàng)新技法智力激勵(lì)法 集思廣益法 提問追溯法聯(lián)想類推法系統(tǒng)搜索法組合創(chuàng)新法 7 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 2 集智會(huì)法個(gè)人雖具有獨(dú)創(chuàng)性 但畢競要受到知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的局限 因此有一種集數(shù)人 5 6個(gè) 一起的集智會(huì)法 這種方法可集中許多人的創(chuàng)造力 起到多人相互啟發(fā)的作用 如為了避免各人之間可能出現(xiàn)的相互妨礙和產(chǎn)生無形壓力 更便于每個(gè)人充分發(fā)表意見 也可采用書面集智的形式 如 專家預(yù)測(cè)法 等 1 智力激勵(lì)法 集思廣益法 2種 1 智暴法指抓住瞬時(shí)的靈敏意識(shí)流而得到一些新想法時(shí)的一種方法 甚至有些想法近乎胡思亂想 五花八門 不著邊際 但它們都具有打破常規(guī) 突破 框框 的獨(dú)創(chuàng)性特點(diǎn) 設(shè)計(jì)人員只要抓住這瞬時(shí)的 靈感 和 頓悟 等一閃念 就有可能得出解決問題的啟示 8 2 提問追溯法 4種 該法是通過對(duì)問題進(jìn)行分析 加以推理來擴(kuò)展思路 或把復(fù)雜問題進(jìn)行分解 找出各種影響因素 再進(jìn)行分析推理從中尋求問題解答的一種創(chuàng)新技法 它在思維方面具有邏輯推理的特點(diǎn) 主要包括以下幾種方法 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 1 提問法如美國麻省理工學(xué)院 MIT 的提問法 它是在設(shè)計(jì)過程中提出如下問題要求回答 增加功能 能在原有基礎(chǔ)上增加新功能嗎 提高性能 在耐用 可靠 維修等方面能否改善 降低成本 能用減少零件 更換材料 改變工藝等方法降低成本嗎 增加銷售 對(duì)商品特點(diǎn) 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 包裝等是否作了研究 9 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 2 反向探求法對(duì)現(xiàn)有的問題解決的方案系統(tǒng)地加以否定或?qū)で笃渌踔料喾吹囊庖?找出新的解法或啟發(fā)新的想法 可分為 逆向 和 轉(zhuǎn)向 兩類方法 例如 機(jī)械加工時(shí)由工件不動(dòng)發(fā)展到工件轉(zhuǎn)動(dòng) 屬于 逆向 的做法 3 缺點(diǎn)列舉法針對(duì)某一設(shè)計(jì)方案 列出其所有缺點(diǎn)和不足 研究改進(jìn)方法以探求新方案 4 向前推演法從一個(gè)最初的設(shè)想按一定方向逐步向前探索 尋找新的想法 例如 聯(lián)接兩個(gè)軸的離合器 其聯(lián)接方式可以是牙嵌式的 齒形式的 摩擦錐式的 單片或多片摩擦片式 超越離合器式和電磁離合器式等 又如對(duì)摩擦式的聯(lián)接 其壓力產(chǎn)生又可以是機(jī)械式的 液壓式的和電動(dòng)式的等 10 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 3 聯(lián)想類推法該法是通過啟發(fā) 類比 聯(lián)想 綜合等創(chuàng)造出新的想法來解決問題 主要有以下幾種方法 1 相似聯(lián)想法通過相似聯(lián)想進(jìn)行推理 尋找創(chuàng)造性解法 2 抽象類比法用抽象反映問題實(shí)際的類比方法來擴(kuò)大思路尋求新解法 例如 要發(fā)明一種開罐頭的新方法 可先抽象出開的概念 列出現(xiàn)有的各種 開 的方法 如打開 撕開 擰開 拉開等 然后從中尋找對(duì)開耀頭有啟示的新方法來 3 仿生法通過對(duì)生物的某些特性進(jìn)行分析和類比 啟發(fā)出新的想法和創(chuàng)造性方案的一種方法 它是現(xiàn)代發(fā)展新技術(shù)的重要途徑之一 例如 飛機(jī)構(gòu)件中的蜂窩結(jié)構(gòu)就是仿生法在技術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例 11 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 仿生機(jī)器魚 12 4 系統(tǒng)搜索法 2種 對(duì)于技術(shù)系統(tǒng) 可以根據(jù)其組成或影響性能的全部參數(shù) 系統(tǒng)地依次分析搜索 以探求更多的解決問題途徑 這種方法稱為系統(tǒng)搜索法 如果產(chǎn)品是功能和動(dòng)作都要求復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng) 還有兩種具體指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法 1 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)搜尋法針對(duì)設(shè)計(jì)要求 首先系統(tǒng)地找出各種可能的機(jī)構(gòu) 然后進(jìn)行評(píng)價(jià)擇優(yōu) 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 2 邏輯積木法將機(jī)械系統(tǒng)的輸出要求分解成基本功能 然后根據(jù)整個(gè)設(shè)計(jì)綜合的約束條件認(rèn)真構(gòu)思簡單的組件 零件 機(jī)構(gòu) 部件 分系統(tǒng)等 再將這些組件 即積木 按一定的相互關(guān)系 用最簡單的形式將輸入與輸出連接起來 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 13 5 組合創(chuàng)新法 2種 利用事物間的內(nèi)在聯(lián)系 用已有的知識(shí)和成果進(jìn)行新的組合而產(chǎn)生新的方案 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到合理的組合也是一種創(chuàng)造 1 組合法是把現(xiàn)有的技術(shù)或產(chǎn)品通過功能 原理 機(jī)構(gòu)等組合變化 形成新的技術(shù)思想和新的產(chǎn)品 組合的類型包括功能組合 系統(tǒng)組合等 例如 把刀 剪 挫 錐等功能集中起來的 萬用旅行刀 等就是組合法的產(chǎn)品 瑞士軍刀 2 綜攝法是通過已知的東西作媒介 把毫無關(guān)聯(lián)的 不相同的知識(shí)要素結(jié)合起來 攝取各種產(chǎn)品的長處將其綜合在一起 制造出新的產(chǎn)品的一種創(chuàng)新技法 它具有綜合攝取的組合特點(diǎn) 例如日本南極探險(xiǎn)隊(duì)在輸油管不夠的情況下 因地制宜 用鐵管做模子 包上繃帶 再層層淋上水使之結(jié)成一定厚度的冰 做成冰管子 用作輸油管的代用品 這就是綜攝法的應(yīng)用實(shí)例 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用 補(bǔ)充內(nèi)容 14 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 2 1 1功能的定義及其分類功能是系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的任務(wù) 或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量 運(yùn)動(dòng)或其他物理量的特性 功能 是產(chǎn)品的核心和本質(zhì) 顧客購買的不是產(chǎn)品本身 而是產(chǎn)品所具有的功能 15 設(shè)計(jì)者如何看待產(chǎn)品的功能呢 或者說在設(shè)計(jì)中關(guān)于功能應(yīng)該考慮哪些因素呢 2 1 1功能的定義及其分類 顧客對(duì)功能的需求是有條件的 設(shè)計(jì)者也必須考慮如下問題 1 功能使用的地點(diǎn)及環(huán)境條件 2 功能的定性與定量參數(shù) 3 功能實(shí)現(xiàn)的具體結(jié)構(gòu)與手段 4 功能使用的經(jīng)濟(jì)性 16 適合環(huán)境 溫度 20 2 濕度 55 65 功能的定性與定量參數(shù) 測(cè)量行程 X Y Z 500 600 400 mm 機(jī)臺(tái)尺寸 長 寬 高 1600 1200 2500 mm 機(jī)臺(tái)承重 500kg最大允許誤差 長度測(cè)量最大允許誤差MPEE 2 8 L 200 um 功能的實(shí)現(xiàn)的具體結(jié)構(gòu)與手段精密花崗巖平臺(tái) 氣浮導(dǎo)軌 保障機(jī)構(gòu)穩(wěn)定氣源壓力 0 4MPa 0 6MPa空氣流量 90L min 0 4MPa 移動(dòng)位移測(cè)量元件 英國RENISHAW品牌 分辨率0 001mm 17 2 1 1功能的定義及其分類 概念辨析1 功能2 功用3 用途4 性能5 能力 18 2 1 1功能的定義及其分類 功能的分類 在設(shè)計(jì)中對(duì)系統(tǒng)各種功能的對(duì)待與處理方法 2 附加功能可隨技術(shù)條件或結(jié)構(gòu)方式的改變而取舍或改變 3 非必要功能可能是設(shè)計(jì)者主觀加上去的 因此可有可無 4 由于系統(tǒng)的功能總是以成本作為代價(jià)的 所以 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)需具有哪些必要功能 去掉哪些非必要功能做出明確的決定 1 基本功能必須保證 且在設(shè)計(jì)中不能改變 19 2 1 1功能的定義及其分類 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 例2 1 設(shè)計(jì)行走機(jī)器人 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 功能原理設(shè)計(jì) 就是針對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 亦即針對(duì)產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計(jì) 基本功能 行走 注意 不要先入為主 抓住一種方案不放手 這樣很有可能使你喪失以最佳方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的機(jī)會(huì) 20 輪式足式 雙足 四足 六足 八足 履帶式蠕動(dòng)式混合式 輪 足 方式 21 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 勇氣號(hào) 機(jī)遇號(hào) 22 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 如何從眾多可實(shí)現(xiàn)方案中選擇滿足特定要求的原理方案 分析各種行走原理的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 并與具體的要求作比較 從中選出最佳原理方案 與具體要求比較 還要考慮創(chuàng)新性和市場(chǎng)潛力 23 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 例2 2 設(shè)計(jì)草地剪草機(jī)對(duì)雜草進(jìn)行剪修通常的辦法有 拉斷 可以拉斷草 但無法控制被拉斷草的高度 即無法使草地整齊 割斷 像農(nóng)夫割麥一樣 需要握住草的上部才能割斷 剪斷 利用剪刀刃的合攏可以剪斷草 剪斷是較合理的方案 目前很多剪草機(jī)都采用這種方式 功能原理設(shè)計(jì)就是針對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思 亦即針對(duì)產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計(jì) 24 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 剪草機(jī)功能原理設(shè)計(jì) 25 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 1 垂直引上法 傳統(tǒng)方法 此法是把半流體的玻璃從熔池中不斷向上引 開始時(shí)通過軋輥控制厚度 然后邊向上引邊凝固 這樣加工出來的玻璃表面總是有波紋 且厚度不勻 2 浮法制造平面玻璃的新工藝 讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點(diǎn)金屬的液面上 邊向前流動(dòng)邊凝固 用此方法生產(chǎn)出來的玻璃克服了厚薄不均且有波紋的缺點(diǎn) 玻璃制作的功能原理設(shè)計(jì) 26 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù) 針對(duì)某一確定的功能要求 去尋求一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實(shí)現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理 功能原理設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容是 構(gòu)思能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理 27 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)思維的特點(diǎn) 發(fā)散性和收斂性 收斂性 不管所做的功能原理方案有多少種 采用何種方法 評(píng)價(jià)功能原理方案是否優(yōu)秀 合理的條件是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 也就是說 最終所選擇的功能原理方案收斂于技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 技術(shù)上可行 經(jīng)濟(jì)上效益高 發(fā)散性 功能原理設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)應(yīng)放在盡可能多地提出創(chuàng)新構(gòu)思上 從而使思維盡量 發(fā)散 以力求提出較多的解法供比較和優(yōu)選 此時(shí) 對(duì)構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu) 材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮 故只需用簡圖或示意圖的形式來表達(dá)所構(gòu)思的內(nèi)容 28 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)中往往要引入某種新技術(shù) 新材料 新工藝 但首先要求設(shè)計(jì)人員有一種新想法 新構(gòu)思 功能原理設(shè)計(jì)使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化 所以 功能原理設(shè)計(jì)的好與壞將對(duì)產(chǎn)品的成敗起決定性作用 設(shè)計(jì)人員必須給予高度重視 功能原理設(shè)計(jì)是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng) 使所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化 29 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 在功能原理設(shè)計(jì)階段需要注意的三個(gè)問題1 某些情況下設(shè)計(jì)任務(wù)不明確 設(shè)計(jì)者必須親自通過調(diào)查 分析 確定合理明確的功能目標(biāo) 當(dāng)功能目標(biāo)明確之后 就可以尋找一些類似的技術(shù)作參考 這樣可以使設(shè)計(jì)者在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上 提出更新 更巧妙的構(gòu)思 同時(shí) 設(shè)計(jì)者還應(yīng)重視基本科學(xué)知識(shí)的積累 避免陷入一些違反基本科學(xué)原理的錯(cuò)覺 30 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 在功能原理設(shè)計(jì)階段需要注意的三個(gè)問題1 某些情況下設(shè)計(jì)任務(wù)不明確2 一個(gè)好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品 一個(gè)好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品 其部分原因就是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu) 材料和工藝 加工 裝配 檢測(cè) 問題無法得到合理的解決 這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時(shí)一定要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題的重要性 31 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 在功能原理設(shè)計(jì)階段需要注意的三個(gè)問題1 某些情況下設(shè)計(jì)任務(wù)不明確2 一個(gè)好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品3 功能原理方案的模型驗(yàn)證 驗(yàn)證原理方案的可行性 對(duì)不完善的構(gòu)思進(jìn)行修改 完善 提高 對(duì)功能原理構(gòu)思完畢后 就要進(jìn)行原理性試驗(yàn) 以驗(yàn)證功能原理是否能完成預(yù)定的目標(biāo) 功能原理試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和材料并不要求完全真實(shí) 以不影響功能原理的可靠性為原則 最后 必須要對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)比 根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的對(duì)比結(jié)果選出一種最優(yōu)的功能原理 進(jìn)行下一步的實(shí)用化設(shè)計(jì) 32 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)的要求 3項(xiàng) 2 按照機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)功能進(jìn)行比較 以便從中選出一個(gè)較理想的 基本原則 1 需求原則 2 信息原則 3 系統(tǒng)原則 4 優(yōu)化 效益原則 設(shè)計(jì)要求 1 功能要求 2 適應(yīng)性要求 3 可靠性要求 4 生產(chǎn)能力要求 5 使用經(jīng)濟(jì)性要求 6 成本要求等 3 一個(gè)好的功能原理設(shè)計(jì)應(yīng)既有創(chuàng)新構(gòu)思 又能滿足用戶的需求 同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益 1 應(yīng)設(shè)計(jì)出幾種不同的功能原理方案 33 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)的步驟 功能原理方案設(shè)計(jì)步驟 科學(xué)合理的步驟 34 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 一般設(shè)計(jì)過程 一般設(shè)計(jì)過程的缺點(diǎn) 1 帶有很大的盲目性2 設(shè)計(jì)人員知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的局限性 妨礙了思維 束縛了創(chuàng)造力 35 2 1 2功能原理設(shè)計(jì)及其特點(diǎn) 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 2 1 3功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法 黑箱法 黑箱法 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1 暫時(shí)摒棄那些附加功能和非必要功能 突出必要功能和基本功能2 將必要功能和基本功能用較為抽象的形式 如輸入量和輸出量 加以表達(dá) 3 通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計(jì)系統(tǒng) 產(chǎn)品 的基本功能和主要約束條件 從而突出設(shè)計(jì)中的主要矛盾 抓住問題的本質(zhì) 從滿足系統(tǒng)功能的角度看黑箱法 36 2 1 3功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法 黑箱法 自行車的黑箱 37 黑箱法示意圖 如果把具體設(shè)計(jì)對(duì)象抽象化 統(tǒng)稱為待設(shè)計(jì)系統(tǒng) 則有下圖形式 黑箱法 物料流 材料 毛坯 半成品 成品 液體 氣體等能量流 電能 光能 機(jī)械能 熱能 核能等信號(hào)流 數(shù)據(jù) 測(cè)量值 控制信號(hào) 波形等 38 2 1 3功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法 黑箱法 稱為黑箱法的原因?qū)τ诖O(shè)計(jì)的系統(tǒng) 產(chǎn)品 來說 在求解之前 猶如一個(gè)看不見其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 黑箱 這種 黑箱 只是用來描述系統(tǒng)的 功能目標(biāo) 至于 黑箱 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻是未知的 是需要設(shè)計(jì)人員去進(jìn)一步構(gòu)思和設(shè)計(jì)的 39 2 1 3功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法 黑箱法 黑箱法的特點(diǎn) 2 擺脫了具體設(shè)計(jì)對(duì)象 而按系統(tǒng) 產(chǎn)品 的功能和對(duì)三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考 使問題簡化 以利于啟發(fā)設(shè)計(jì)人員構(gòu)思出更新 更好的功能原理方案來 3 通過 黑箱 與輸入 輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系 了解系統(tǒng) 產(chǎn)品 的功能 特性 進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機(jī)理和結(jié)構(gòu) 逐步使 黑箱 灰箱 白箱 直至方案擬定 1 黑箱法 是根據(jù)系統(tǒng)的輸入 輸出關(guān)系來研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法 40 2 1 3功能原理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法 黑箱法 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 研究功能元 功能結(jié)構(gòu)的意義 黑箱法 是根據(jù)系統(tǒng)的輸入 輸出關(guān)系來研究實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo) 只是揭示了物料 信息 能量流由輸入到輸出的轉(zhuǎn)換 而對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換則未給出明確的方法 必須在 黑箱法 的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能分解 這就用到了功能元和功能結(jié)構(gòu)的概念 自行車功能原理系統(tǒng)圖 41 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 功能分解由于一個(gè)系統(tǒng)可以分解成一些子系統(tǒng) 所以 一個(gè)系統(tǒng)的總功能也能分解為一些分功能 如果有些分功能還太復(fù)雜 則還可以進(jìn)一步分解到更低層次的分功能 直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止 功能元 功能分解的目的是把復(fù)雜的問題簡單化 42 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的基本功能元有三類 1 物理功能元 2 數(shù)學(xué)功能元 3 邏輯功能元 物理功能元 反映系統(tǒng)中能量流 物料流及信息流的基本物理動(dòng)作 常用的有五個(gè) 數(shù)學(xué)功能元 主要用于機(jī)械系統(tǒng)中有一些與數(shù)學(xué)的加 減 乘 除等有關(guān)的功能要求 如差動(dòng)輪系 求積儀 機(jī)械式計(jì)算機(jī)等 它反映數(shù)學(xué)的基本動(dòng)作 邏輯功能元 主要用于信息及控制系統(tǒng)中 基本的邏輯功能元有 與 或 非 元 功能元 功能分解到最低層次 直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止 這個(gè)基本功能單位就叫功能元 43 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 表2 1常用的物理功能元 44 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 數(shù)學(xué)功能元 45 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu)功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu) 將總功能分解成分功能 功能單位 同一層次的功能單位組合起來 應(yīng)能滿足上一層功能的要求 最后組合成的整體應(yīng)能滿足總功能的要求 圖2 7功能結(jié)構(gòu)示意圖 46 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu) 基本類型 串聯(lián)串并聯(lián)循環(huán) 47 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 功能結(jié)構(gòu) 建立功能結(jié)構(gòu)的一般原則 1 功能結(jié)構(gòu)圖可從 黑箱 或設(shè)計(jì)要求明細(xì)表出發(fā)來建立 2 先主后次 逐漸完善 首先考慮主要功能和主要流 初步建立功能結(jié)構(gòu)圖 再解決輔助功能和次要流 逐漸完善系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu) 4 功能結(jié)構(gòu)不是只有一種形式 5 總功能需要分解到什么程度主要取決于在哪個(gè)層次上能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其功能要求 48 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 例 建立材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖 黑箱法求總功能 總功能分解 49 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程 建立功能結(jié)構(gòu)圖的兩種方法1 從總功能出發(fā)來層層分解 2 先建立輸入 輸出兩端的分功能 再根據(jù)總功能要求將兩端聯(lián)接起來 建立功能結(jié)構(gòu)圖時(shí)的注意事項(xiàng) 1 建立功能結(jié)構(gòu)圖時(shí) 應(yīng)首先選用表2 1所列的基本功能元 2 功能結(jié)構(gòu)圖應(yīng)盡可能簡單 能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)時(shí)就不要再繼續(xù)分解下去了 3 要把原理方案構(gòu)思同功能結(jié)構(gòu)圖的建立結(jié)合起來 50 2 1 4功能元 功能結(jié)構(gòu) 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 2 1 5功能元 分功能 求解 功能元是功能結(jié)構(gòu)圖中最基本的單位 每一個(gè)功能元都要求找出相應(yīng)的技術(shù) 物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn) 有時(shí)一個(gè)功能元可以相應(yīng)地提出幾個(gè)技術(shù) 物理效應(yīng) 功能元的求解方法主要有 參考有關(guān)資料 ?？虍a(chǎn)品求解法 利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法 利用設(shè)計(jì)目錄求解法 設(shè)計(jì)目錄是把能實(shí)現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料 51 2 1 5功能元 分功能 求解 52 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 1 把各種功能元的局部解合理地予以組合 就可以得到一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)原理解 2 組合的方法可以采用形態(tài)矩陣法 亦稱為模幅箱法 利用形態(tài)學(xué)方法建立起的模幅箱 功能原理方案確定時(shí)應(yīng)該注意的問題 一個(gè)好的原理構(gòu)思有時(shí)不能成為產(chǎn)品 原因是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu) 材料和工藝問題無法得到合理解決 因此在創(chuàng)新構(gòu)思階段要考慮一些主要結(jié)構(gòu)和工藝實(shí)現(xiàn)的可能性 以利于實(shí)用化 形態(tài)矩陣法是把系統(tǒng)功能元和其所對(duì)應(yīng)的各個(gè)解分別作為縱 橫坐標(biāo) 列出 功能求解矩陣 然后從每個(gè)功能元中取出一個(gè)對(duì)應(yīng)解進(jìn)行有機(jī)組合 以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)解的方法 53 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第一步 用黑箱法尋找總功能的轉(zhuǎn)換關(guān)系 54 第二步 總功能分解 分解依據(jù) 挖掘機(jī)的技術(shù)輪廓 55 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第二步 總功能分解 56 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第三步 建立功能結(jié)構(gòu)圖 57 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第四步 尋找原理解法和原理解組合 58 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 第四步 尋找原理解法和原理解組合 組合方案數(shù) 3 3 2 3 1 4 4 3 4 10368方案1為履帶式正鏟機(jī)械挖掘機(jī) A1 B1 C2 D2 E1 F1 G2 H2 I1 方案2為輪胎式正鏟液壓挖掘機(jī) A3 B1 C1 D2 E1 F2 G3 H1 I2 根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)功率的要求可知 在能量傳遞與分配過程中 采用鏈傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)是不相容的 應(yīng)去掉 故組合方案數(shù) 3 3 2 3 1 2 4 3 4 5184 59 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 利用相容性矩陣對(duì)原理方案篩選 為了便于檢驗(yàn)和了解有聯(lián)系的分功能 功能元 之間的相容性 可以列出相容性矩陣 檢驗(yàn)相鄰功能元所對(duì)應(yīng)的技術(shù) 物理效應(yīng)之間的相容性 60 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 利用選擇表對(duì)原理方案篩選 對(duì)于復(fù)雜問題 可以采用選擇表進(jìn)行方案篩選 建立選擇表之前 先要擬出一些選擇標(biāo)準(zhǔn) 例如 與設(shè)計(jì)任務(wù)應(yīng)相符 應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)要求明細(xì)表上的各項(xiàng)必達(dá)要求 在原理上可實(shí)現(xiàn) 在成本上可行 符合安全和人 機(jī)工程學(xué)要求 在技術(shù)水平 材料供應(yīng) 制造方法 專利和標(biāo)準(zhǔn)方面可行 其他 61 2 1 6系統(tǒng) 產(chǎn)品 原理方案的綜合 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 舉例 設(shè)計(jì)要求 把一堆不規(guī)則放置的瓶蓋整列成口朝上的位置逐個(gè)輸出 瓶蓋的形狀和尺寸如圖所示 瓶蓋質(zhì)量為m 10g 能量為220V交流和高壓氣 壓力0 6MPa 其余功能要求 基本要求 1 不規(guī)則瓶蓋整列為口朝上逐個(gè)輸出 2 小批生產(chǎn) 中小型廠加工 必達(dá)要求 1 整列速度100個(gè) 分鐘 2 整列誤差小于1 1000 附加要求 1 成本不高于2000元 臺(tái) 2 結(jié)構(gòu)簡單 3 操作方便 62 第一步 明確任務(wù)要求 基本要求 必達(dá)要求 附加要求 總功能分解 總功能與分功能之間的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如下 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 瓶蓋整列 第二步 功能分析 總功能 瓶蓋整列 其黑箱模型如下圖所示 63 第三步 功能元求解 采用設(shè)計(jì)目錄法對(duì)功能元求解 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 瓶蓋整列 64 第四步 功能元解的組合 組合各功能元的解 可得N 8 6 6 3 7 6048個(gè)系統(tǒng)解 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 瓶蓋整列 65 2 1機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì) 瓶蓋整列 第五步 評(píng)價(jià)與決策 簡單評(píng)價(jià)法 簡易的選擇表 優(yōu)選方案II 66 2 2機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2 2 1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 原則任務(wù) 將原理方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化 輸出是裝配圖 重要性 它的工作質(zhì)量對(duì)滿足功能要求 保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性 降低產(chǎn)品的成本等都起著十分重要的作用 67 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則 三項(xiàng)基本原則 明確 簡單 安全可靠 2 2 1結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 原則 1 明確原則 功能明確 不疏漏 不冗余 工作情況明確 結(jié)構(gòu)的工作原理明確 2 簡單原則 簡單 具有簡化 簡便 簡明 簡易 減少等含義 結(jié)構(gòu)簡單 操作與監(jiān)控簡便 制造與測(cè)量簡單 安裝與調(diào)試簡單 3 安全可靠原則 構(gòu)件的可靠性 結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度問題 功能的可靠性 系統(tǒng)總功能的可靠性 工作安全性 對(duì)操作者的防護(hù) 環(huán)境安全性 環(huán)保性與環(huán)境適應(yīng)性 68 2 2機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2 2 2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的步驟 總體設(shè)計(jì)步驟一般分為三個(gè)階段 1 初步設(shè)計(jì)2 詳細(xì)設(shè)計(jì)3 完善和審核階段 69 2 2 2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的步驟 1 初步設(shè)計(jì)1 明確設(shè)計(jì)要求 4項(xiàng) 與確定配置有關(guān)的要求 物料流動(dòng)方向 運(yùn)動(dòng)方向 位置關(guān)系等 與確定尺寸有關(guān)的要求 功率 轉(zhuǎn)矩 生產(chǎn)能力 空間限制等 與確定材料有關(guān)的要求 使用壽命 工作環(huán)境 零部件材料等 制造 安裝 運(yùn)輸 經(jīng)濟(jì)性等方面的要求 70 2 2機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2 2 3總體布置設(shè)計(jì) 總體布置設(shè)計(jì)就是確定機(jī)械系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相對(duì)位置關(guān)系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系 并使總系統(tǒng)具有一個(gè)協(xié)調(diào)完善的造型 1 機(jī)械系統(tǒng)功能原理方案的多樣性 決定了總體布置設(shè)計(jì)方案的多樣性 2 不同的總體布置形式對(duì)系統(tǒng)本身的功能有很大影響 總體布置設(shè)計(jì)的重要性 71 2 2 3總體布置設(shè)計(jì) 總體布置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程 總體布置設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的問題 1 系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 系統(tǒng)與外部各因素之間的關(guān)系 即人機(jī)關(guān)系 系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性 系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的影響3 系統(tǒng)的性能 操作 觀察 調(diào)整 控制 防護(hù)等都對(duì)總體布置產(chǎn)生的影響 總體布置設(shè)計(jì)一般是先布置執(zhí)行系統(tǒng) 即總系統(tǒng)的主功能載體系統(tǒng) 再布置傳動(dòng)系統(tǒng) 動(dòng)力系統(tǒng) 操縱系統(tǒng)及支承形式等 從粗到細(xì) 從簡到繁 反復(fù)多次 最終確定出較理想的方案 72 1 總體布置設(shè)計(jì)的基本要求 3項(xiàng) 對(duì)系列設(shè)計(jì) 變型設(shè)計(jì)給予考慮 1 功能合理 2 結(jié)構(gòu)緊湊 層次清晰 比例協(xié)調(diào) 3 充分考慮產(chǎn)品的系列化及發(fā)展 總布置設(shè)計(jì)應(yīng)適于功能表達(dá) 不論在整體上或局部上都不應(yīng)采用不利于功能目標(biāo)的布局方案 應(yīng)盡可能使總系統(tǒng)簡單并充分利用機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)部空間 73 2 2 3總體布置設(shè)計(jì) 2 機(jī)械系統(tǒng)總體布置的基本類型1 按主要工作機(jī)構(gòu)的空間幾何位置可分為 平面式 空間式等 2 按主要工作機(jī)構(gòu)的布置方向可分為 水平式 臥式 傾斜式 直立式和圓弧式等 3 按原動(dòng)機(jī)與機(jī)架相對(duì)位置可分為 前置式 中置式 后置式等 4 按工件或機(jī)械內(nèi)部工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式可分為 回轉(zhuǎn)式 直線式 振動(dòng)式等 5 按機(jī)架或機(jī)殼的形式可分為 整體式 剖分式 組合式 龍門式和懸臂式等 6 按工件運(yùn)動(dòng)回路或機(jī)械系統(tǒng)功率傳遞路線的特點(diǎn)可為分 開式 閉式等 74 2 2 3總體布置設(shè)計(jì) 臥式布置 龍門式布置 立式布置 懸臂式布置 典型布置形式 75 2 2機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2 2 4總體參數(shù)的確定 總體參數(shù)包含的內(nèi)容 總體參數(shù)是機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)的依據(jù) 總體參數(shù)一般包括 1 性能參數(shù) 生產(chǎn)能力等 2 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 3 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 4 動(dòng)力參數(shù) 76 2 2 4總體參數(shù)的確定 1 性能參數(shù) 生產(chǎn)能力 機(jī)械系統(tǒng)的理論生產(chǎn)能力是指設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 在單位時(shí)間內(nèi)完成的產(chǎn)品數(shù)量 亦可以稱為機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 總體參數(shù)的含義 機(jī)械系統(tǒng)的生產(chǎn)率 Q 機(jī)械系統(tǒng)生產(chǎn)率 T 在機(jī)械系統(tǒng)上加工一個(gè)工件的循環(huán)時(shí)間 工作周期時(shí)間 tg 工作時(shí)間 即直接用在加工或裝配一個(gè)工件的時(shí)間 tf 輔助工作時(shí)間 如上下料 夾緊工件 換刀等 77 2 尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)主要是指影響機(jī)械性能和工作范圍的主要結(jié)構(gòu)尺寸和作業(yè)位置尺寸 主要結(jié)構(gòu)尺寸是由整機(jī)外形尺寸和主要組成部分的外形尺寸綜合而成 確定主要結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)應(yīng)該考慮的問題 安裝 使用空間 包裝 運(yùn)輸?shù)纫蟮南拗?作業(yè)位置尺寸是機(jī)械系統(tǒng)在作業(yè)過程中為了適應(yīng)工作條件要求所需的尺寸 如機(jī)床的加工范圍 中心高度 主要運(yùn)動(dòng)零部件的工作行程及主要零部件之間位置關(guān)系尺寸等 尺寸參數(shù)的確定方法 尺寸參數(shù)一般依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的原始參數(shù) 方案設(shè)計(jì)時(shí)的總體布置草圖和與同類機(jī)械的類比或通過分析計(jì)算確定 78 2 2 4總體參數(shù)的確定 3 運(yùn)動(dòng)參數(shù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)一般是指機(jī)械執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度等 4 動(dòng)力參數(shù)動(dòng)力參數(shù)是指電動(dòng)機(jī)的額定功率 液壓缸的牽引力 液壓馬達(dá) 氣動(dòng)馬達(dá) 伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等 機(jī)械系統(tǒng)中執(zhí)行件的速度一般是根據(jù)工作對(duì)象的工藝過程要求和生產(chǎn)率等因素確定 79 2 2 4總體參數(shù)的確定 動(dòng)力參數(shù)確定需要注意的問題 電機(jī)選取注意事項(xiàng) 1電動(dòng)機(jī)的預(yù)選 選擇電動(dòng)機(jī)的要求 各種機(jī)械設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求是在可靠 經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上保證其生產(chǎn)效率 電動(dòng)機(jī)的選擇過程與步驟 2電動(dòng)機(jī)的校驗(yàn) 1 工作機(jī)的負(fù)載圖及電動(dòng)機(jī)功率預(yù)選2 電動(dòng)機(jī)機(jī)種的選擇3 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式 額定電壓 額定轉(zhuǎn)速及工作方式選擇等 1 發(fā)熱溫升校驗(yàn) 2 過載能力校驗(yàn) 3 起動(dòng)能力校驗(yàn) 80 2 2 4總體參數(shù)的確定 a 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 b 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 c 恒功率負(fù)載特性 d 負(fù)載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速函數(shù)的負(fù)載特性 e 負(fù)載轉(zhuǎn)矩是行程或轉(zhuǎn)角函數(shù)的負(fù)載特性 工作機(jī)的負(fù)載圖 電動(dòng)機(jī)的選擇過程與步驟 電動(dòng)機(jī)的預(yù)選 81 2 2 4總體參數(shù)的確定 2 2機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 2 2 5結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原理 1 任務(wù)分配原理 2 穩(wěn)定性原理 3 合理力流原理 4 自補(bǔ)償原理 5 變形協(xié)調(diào)原理 6 平衡原理 7 等強(qiáng)度原理 功能原理設(shè)計(jì)是為機(jī)械系統(tǒng)的功能 分功能尋找理想的技術(shù)物理效應(yīng) 而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)這些功能 分功能選擇具體的零部件 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原理 七大原理 82 2 2 5結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原理 1任務(wù)分配原理 一個(gè)功能是由幾個(gè)零部件 載體 共同承擔(dān)還是由一個(gè)載體單獨(dú)完成 將這種確定功能與載體之間的關(guān)系稱之為任務(wù)分配 任務(wù)分配的三種情況 2 一個(gè)載體承擔(dān)多個(gè)功能 3 多個(gè)載體共同承擔(dān)一個(gè)功能 特點(diǎn)