機械創(chuàng)新設(shè)計簡介與基礎(chǔ)知識(共35頁)

1、 第 PAGE 36 頁2 機械創(chuàng)新(chungxn)設(shè)計簡介與基礎(chǔ)知識在新的世紀(jì)里競爭日益激烈，科學(xué)技術(shù)依然是推動人類社會進步的第一生產(chǎn)力。創(chuàng)新是人類文明進步的原動力，是技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的源泉(yunqun)，也是培養(yǎng)和造就人才的重要途徑，在世界進入知識經(jīng)濟的時代，創(chuàng)新更是一個國家國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基石。人類的科技已經(jīng)到達很高的水平，特別是機械行業(yè)，傳統(tǒng)的設(shè)計水平進步很慢。而現(xiàn)在人們的需求也越來越高，所以人們迫切需要創(chuàng)新設(shè)計。2.1創(chuàng)新(chungxn)設(shè)計概論創(chuàng)新設(shè)計是一種現(xiàn)代設(shè)計方法，它是研究設(shè)計程序、設(shè)計規(guī)律和設(shè)計思維與方法的一門新型綜合性科學(xué)。在機械設(shè)計過程中，創(chuàng)新設(shè)計對更大程度的滿

2、足人類生產(chǎn)和生活的需要，促進經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步有非常重要的作用。說起創(chuàng)新設(shè)計大家總覺得很神秘、陌生。其實回想歷史上的許多發(fā)明家，我們不難看出，創(chuàng)新發(fā)明其實有時候只是我們身邊存在的小問題，經(jīng)過我們思考之后加上靈感找到解決問題的方法或是發(fā)現(xiàn)新的事物。比如傳說魯班爬山時手被草割破，經(jīng)過他的仔細思考發(fā)明了至今仍在使用的鋸子；還有瓦特觀察大水燒開后能將壺蓋頂起，依據(jù)這個原理他發(fā)明了蒸汽機，導(dǎo)致了第一次工業(yè)革命。另外創(chuàng)新設(shè)計需要勇氣和毅力。大家一定知道袁隆平先生歷盡磨難研究成功雜交水稻的事跡。這正是告訴了我們在進行創(chuàng)新設(shè)計過程中要破除思想封鎖，樹立信心，持之以恒，最終一定能解決問題。但是我們也需要逐步

3、培養(yǎng)起分析創(chuàng)新設(shè)計可行性的能力，不能盲目到想要發(fā)明一種以水為燃料的內(nèi)燃機。2.2 機械創(chuàng)新設(shè)計（MCD）的概念及創(chuàng)新人才培養(yǎng)機械創(chuàng)新設(shè)計（MCD）是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果（含理論、方法、技術(shù)、原理等），進行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計出具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的機構(gòu)或機械產(chǎn)品（裝置）的一種實踐活動。其目的是由所要求的機械功能出發(fā)，改進、完善現(xiàn)有機械或創(chuàng)造發(fā)明新機械實現(xiàn)預(yù)期的功能，并使其具有良好的工作品質(zhì)及經(jīng)濟性。所以培養(yǎng)創(chuàng)新人才要做到如下幾點：第一(dy)；要勇于創(chuàng)新和善于探索，有信心(xnxn)，勇氣和創(chuàng)意。第二：要掌握創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法。我們應(yīng)通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練培養(yǎng)(pi

4、yng)良好的創(chuàng)造心理，并要多思考多練習(xí)，將思維運用到實際中去，以提高創(chuàng)新的技法。第三：要有創(chuàng)新的物質(zhì)條件和精神條件。第四：要有創(chuàng)新的意識，有較強的邏輯思維能力。創(chuàng)新不是空想，更不是不切合實際的想象，應(yīng)該擁有創(chuàng)新的意識和較強的邏輯思維能力，能夠把感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，能夠透過現(xiàn)象看其內(nèi)在的本質(zhì)，而且不能將思維停留在過去或現(xiàn)有的模式中，這樣才可能創(chuàng)造出新穎先進的產(chǎn)品。第五：加強創(chuàng)新實踐。在實踐中鍛煉創(chuàng)新能力更勝于學(xué)習(xí)理論知識。創(chuàng)新設(shè)計實踐包括了解問題、設(shè)計方案和執(zhí)行方案三個階段。2.3 創(chuàng)新設(shè)計的分類機械創(chuàng)新設(shè)計通常分為以下幾種類型。1.開發(fā)性設(shè)計 即在工作原理、結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，針對新

5、任務(wù)提出新方案，開發(fā)設(shè)計出以前沒有的新產(chǎn)品。例如有人利用磁鐵的同極相斥異極相吸的原理設(shè)計了一種磁力驅(qū)動裝置，該裝置使用固定磁鐵與旋轉(zhuǎn)磁鐵同極相對，使兩磁鐵間出現(xiàn)相斥的力，先由外力啟動，然后由永久磁鐵的磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并向外輸出能量，從而產(chǎn)生一種潔凈、高效廉價的新能源。2.變型設(shè)計應(yīng)包括轉(zhuǎn)用創(chuàng)新 即將某一已有的成熟的技術(shù)和結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)變異，設(shè)計出使用領(lǐng)域更廣的產(chǎn)品。3.適應(yīng)性設(shè)計 亦稱反求設(shè)計。針對已有的產(chǎn)品設(shè)計，在消化吸收的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品作局部變更或設(shè)計出一個(y )新部件，使產(chǎn)品更能滿足使用要求。4.組合創(chuàng)新設(shè)計 將已有的零部件組合成為一種新產(chǎn)品(chnpn)，實現(xiàn)一種新的整體功能。例

6、如，世界上的第一輛汽車就是組合創(chuàng)新的優(yōu)秀成果，它是將汽車時代以前就有的轉(zhuǎn)向裝置、剎車裝置、彈簧懸架等組合在一起成為新的交通工具。組合創(chuàng)新設(shè)計要求組合后的產(chǎn)品在性能上具有1+11的效果，而在結(jié)構(gòu)上則為1+11。開發(fā)(kif)設(shè)計以開拓、探索創(chuàng)新，變型設(shè)計通過變異創(chuàng)新，適應(yīng)性設(shè)計在吸取中創(chuàng)新，組合創(chuàng)新設(shè)計，則是在結(jié)構(gòu)或機構(gòu)的綜合上創(chuàng)新?？傊?，創(chuàng)新是各種創(chuàng)新設(shè)計的共同點。2.4創(chuàng)新設(shè)計的特點創(chuàng)新設(shè)計具有以下特點：1.創(chuàng)新設(shè)計是有目的、有約束的創(chuàng)造活動。它以滿足社會需要為出發(fā)點，為社會提供實現(xiàn)預(yù)期功能的產(chǎn)品。因此創(chuàng)新設(shè)計的創(chuàng)造模式為：社會需要設(shè)計產(chǎn)品。2.創(chuàng)新設(shè)計離不開繼承。創(chuàng)新設(shè)計當(dāng)然要求不斷的更新

7、換代，但是任何一種創(chuàng)新設(shè)計都是在前人設(shè)計或是理論的基礎(chǔ)上進行改造、創(chuàng)新發(fā)展起來的，是一種“繼承+創(chuàng)新”的成果。3.創(chuàng)新設(shè)計的模糊性。創(chuàng)新設(shè)計的過程不如傳統(tǒng)的再現(xiàn)性設(shè)計那樣明確。因此當(dāng)你拿到一個設(shè)計課題時，必須先進行需求調(diào)查，考慮已有條件分析其可行性，然后進行創(chuàng)新思維，所以說創(chuàng)新設(shè)計是一個探索的過程。2.5 機械創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識在上面的介紹中我們了解了機械創(chuàng)新設(shè)計的概念和特點等，也知道了進行機械創(chuàng)新設(shè)計需要具備很多的條件（包括創(chuàng)新設(shè)計的原理和方法），在介紹機械創(chuàng)新設(shè)計的基本原理和方法前，我們還應(yīng)該掌握機械創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識。只有有了具備了創(chuàng)新設(shè)計的條件，再結(jié)合機械創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識、原理和方法

8、，才能在實際工程領(lǐng)域的創(chuàng)新實踐中發(fā)揮出很好的成績。2.5.1機械(jxi)的基礎(chǔ)知識1.機械(jxi)的概念機械是機構(gòu)和機器的總稱。我們在實際工程(gngchng)的領(lǐng)域中，常把具體的機械叫機器或機構(gòu)，把機器中的機械運動系統(tǒng)叫機構(gòu)。從功能變換的觀點看，機構(gòu)與機械有很大的區(qū)別。機器指用來根據(jù)某種使用要求而設(shè)計的一種執(zhí)行機械運動的裝置，而機構(gòu)都是用來傳遞與變換運動和力的可動裝置。機械是用來傳遞運動或動力的能完成有用機械功的裝置，用來變換或傳遞能量、物料與信息。其特點如下：1）機械首先必須是執(zhí)行機械運動的裝置。2）機械必須進行物料或信息的變換與傳遞，并完成有用的機械功。3）機械中必須要完成能量的轉(zhuǎn)換

9、。執(zhí)行機械運動的裝置是機械的主體，該部分是創(chuàng)新設(shè)計的重點內(nèi)容。其運動方案部分相當(dāng)于機械原理中的機構(gòu)運動系統(tǒng)簡圖的設(shè)計。是否完成有用的機械功是辨別能否成為機械的關(guān)鍵條件。從機械學(xué)的角度看，電視機、計算機不是機械，這是因為它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不是執(zhí)行機械運動的裝置，也沒有克服外力作機械功。而剝線鉗、手搖鉆、門窗啟閉的桿件系統(tǒng)等裝置，因沒有能量的轉(zhuǎn)換，一般稱之為機構(gòu)，由于機構(gòu)也是執(zhí)行機械運動的裝置，故納入機械的概念中。根據(jù)機械的特點，還可把機械分為動力機、工作機和信息機。動力機：一般也叫原動機，是一種把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能的機械。按原動機轉(zhuǎn)換能量的方式可分為三大類。第一類有三相交流異步電動機、單向交

10、流異步電動機、直流電動機、步進電動機等，它們都是把能量轉(zhuǎn)化為機械能的機器。第二類有柴油機、汽油機、蒸汽機、燃汽機輪、原子能發(fā)動機等，它們都是通過燃煤、油、鈾獲得熱能再轉(zhuǎn)化為機械的機器。第三類有水輪機、風(fēng)力機、潮汐發(fā)動機、地?zé)岚l(fā)動機、太陽能發(fā)動機等，它們(t men)都是把自然力轉(zhuǎn)化為機械能的機器。根據(jù)原動機輸出的數(shù)學(xué)性質(zhì)(xngzh)，還可以把原動機劃分為線性原動機和非線性原動機。當(dāng)原動機輸出的位移（或轉(zhuǎn)角）函數(shù)為時間的線性函數(shù)時，稱為(chn wi)線性原動機。如交、直流電動機是線性原動機。當(dāng)原動機輸出的位移（或轉(zhuǎn)角）函數(shù)為時間的非線性函數(shù)時，稱為非線性原動機。如步進電機、伺服電機是非線性原

11、動機。非線性原動機包括控制系統(tǒng)，也可作為線性原動機使用，其最大特點可具有可控性。彈簧力、重力、電磁力、記憶合金的熱變形力都可以提供驅(qū)動力，但已不屬于原動機的范疇。工作機：工作機是指利用原動機提供的動力實現(xiàn)物料或信息的傳遞，克服外載荷而作有用機械功的機械。大部分機械都是工作機，工作機中必須包含原動機。否則，只能稱為機械裝置。汽車、起重運輸?shù)葯C械通過搬運物料而作機械功，各類金屬加工機床也是通過物料的傳遞或轉(zhuǎn)移而作機械功。原動機的種類有限，而工作機的種類卻是多種多樣。由于工作機是完成各種復(fù)雜動作的機械，它不僅有運動精度的要求，也有強度、剛度、安全性、可靠性的要求。信息機：信息機也是一種工作機，只不過

12、是通過各種復(fù)雜的信息來控制機械運動。如打印機是通過計算機的指令來控制打印工作的，繪圖機、復(fù)印機、傳真機、收音機都是信息機。2. 機械的組成掌握機械的組成我們可以參照圖2-1所示的機械組成的示意圖。原動機傳動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)輔助系統(tǒng)，例如潤滑、顯示、照明等圖2-1 機械(jxi)組成的示意圖如上圖所示，機械(jxi)一般(ybn)由原動機、機械運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。機械運動系統(tǒng)可以是單一的工作執(zhí)行機構(gòu)，也可以是由機械傳動機構(gòu)和工作執(zhí)行機構(gòu)的組合。控制系統(tǒng)可以是手柄、按鈕式的簡單裝置或電路，也可以是集微機、傳感器、各類電子元件為一體的強、弱電相結(jié)合的自動化控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可以是原

13、動機直接進行控制，也可以通過控制元件對傳動機構(gòu)或工作機構(gòu)進行控制。發(fā)電機水輪機電動機扇葉伺服電動機伺服電動機工作臺XY a） b） c）圖 2-2 無轉(zhuǎn)動機構(gòu)的機械圖2-3 油田(yutin)抽油機機構(gòu)簡圖1電動機 2帶傳動(chundng) 3減速(jin s)箱4ABCDE 為連桿機構(gòu)工程中，有些機械沒有傳動機構(gòu)，而是由原動機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如水利發(fā)電機組、電風(fēng)扇、鼓風(fēng)機以及一些用直流電動機驅(qū)動的機械，都是沒有傳動機構(gòu)。隨著電機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，無傳動機構(gòu)的機械有增加的趨勢。圖2-2所示為機械中沒有傳動機構(gòu)。圖2-2a為水力發(fā)電機，圖2-2b為鼓風(fēng)機，圖2-2c為二坐標(biāo)機床的工作臺。具有傳

14、動機構(gòu)的機械占大多數(shù)。圖2-3所示的油田抽油機就是具有代表性的機械。圖2-3中，帶傳動與齒輪減速箱為傳動機構(gòu)，起緩沖、過載保護、減速的作用。連桿機構(gòu)ABCDE為執(zhí)行機構(gòu)，圓弧狀驢頭通過繩索帶動抽油桿往復(fù)運動。3. 機械運動系統(tǒng)機械運動系統(tǒng)主要指機械中的傳動機構(gòu)和工作執(zhí)行機構(gòu)，從機構(gòu)學(xué)的角度看問題，二者是相同的，只不過在機械中所起的作用不同。有些機械中有時很難分清傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，故二者統(tǒng)稱為機械運動系統(tǒng)。機械運動系統(tǒng)可以是機構(gòu)的基本型，也可以是機構(gòu)的基本型的機構(gòu)組合或組合機構(gòu)。1） 機構(gòu)(jgu)的基本型機構(gòu)(jgu)的基本型是指最基本的、最常用(chn yn)的機構(gòu)型式。目前，最常見的機構(gòu)

15、有連桿機構(gòu)(圖2-4a)、凸輪機構(gòu)(圖2-4b)、齒輪機構(gòu)(圖2-4c)、帶傳動機構(gòu)(圖2-4d)、蝸桿傳動機構(gòu)(圖2-4e)等，由于基本型的確定原則尚無確切說明，這里就不再對這些常見機構(gòu)進行劃分了。 a) b) c) d) e)圖2-4 常見機構(gòu)類型2） 機構(gòu)的組合形象的來說，機構(gòu)就是一部機器的骨骼圖，在實際應(yīng)用中，單一的機構(gòu)經(jīng)常不能滿足不同工作的需要。把一些基本機構(gòu)通過適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，從而組成一個機構(gòu)系統(tǒng)，稱為機構(gòu)的組合。在機構(gòu)的組合系統(tǒng)中，各基本機構(gòu)都保持原來的結(jié)構(gòu)和運動特性，都有自己的獨立性。在機械運動系統(tǒng)中，機構(gòu)的組合系統(tǒng)應(yīng)用很廣泛。例如(lr)，圖2-5所示的鐵板運輸機中，定軸

16、齒輪1把運動傳遞給齒輪2，定軸齒輪1上的曲柄通過連桿機構(gòu)(jgu)ABCD把運動傳遞給系桿H。齒輪2、3、4與系桿H構(gòu)成一個差動輪系，該輪系的兩個輸入均為主動輪1提供，最后由齒輪3輸出?？梢?，該系統(tǒng)中的連桿機構(gòu)和差動輪系機構(gòu)都沒有因為互相連接而影響自己的機構(gòu)特性。圖2-5我們創(chuàng)新設(shè)計機構(gòu)(jgu)時，要把握機構(gòu)組合系統(tǒng)中的各機構(gòu)均保持其原來的特性的原則，應(yīng)該對機構(gòu)組合系統(tǒng)中的各個機構(gòu)進行獨立的分析與設(shè)計。3） 組合機構(gòu)在分析創(chuàng)新設(shè)計類型時，我們知道有一種創(chuàng)新叫組合創(chuàng)新設(shè)計。組合機構(gòu)就包含其中，它是機構(gòu)創(chuàng)新的重要方法之一。我們首先應(yīng)該清楚，組合機構(gòu)是指若干基本機構(gòu)通過特殊的組合而形成的一種具有新

17、屬性的機構(gòu)，可見，它與與機構(gòu)組合有本質(zhì)的不同。組合機構(gòu)中的各基本機構(gòu)已不能保持各自的獨立性，所以我們就不能用原基本機構(gòu)的分析和設(shè)計方法進行組合機構(gòu)的設(shè)計。每種組合機構(gòu)都有各自的分析和設(shè)計方法。常見的組合機構(gòu)有齒輪連桿組合機構(gòu)、齒輪凸輪組合機構(gòu)、凸輪連桿組合機構(gòu)。組合機構(gòu)常用于完成復(fù)雜運動的機械系統(tǒng)中。如圖2-6所示的齒輪連桿組合機構(gòu)，它就是實現(xiàn)較復(fù)雜運動軌跡的機械系統(tǒng)。其中的五桿機構(gòu)ABCDE的兩個輸入運動是通過齒輪1、2的運動來實現(xiàn)的，適當(dāng)?shù)倪x擇機構(gòu)尺寸與齒輪傳動比，可得到預(yù)定的連桿曲線。圖2-6 齒輪(chln)連桿組合機構(gòu)4. 機械(jxi)的控制系統(tǒng)隨著機械行業(yè)的不斷發(fā)展控制系統(tǒng)在機械

18、中的作用也越來越突出，我們在進行(jnxng)機械創(chuàng)新設(shè)計時也可以將思維轉(zhuǎn)移到這一領(lǐng)域，用自動化甚至智能化的控制系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作。目前機械設(shè)備中的控制系統(tǒng)常見的有：機械控制、電氣控制、液壓控制、氣動控制及綜合控制。其中以電氣控制的應(yīng)用最為廣泛，與其它控制形式相比有很多優(yōu)點。電氣控制系統(tǒng)的特點是：體積小，操作方便，無污染，安全可靠，可進行遠距離控制。其原理和方法是：通過不同的傳感器可把位移、速度、加速度、溫度、壓力、色彩、氣味、等物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓?，然后由控制系統(tǒng)進行處理。由于計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機械的控制系統(tǒng)更加先進、復(fù)雜，可靠性也大大增加，可對運動時間、運動

19、方向與位置、速度等參數(shù)進行準(zhǔn)確的控制?？傊F(xiàn)代的機械控制系統(tǒng)集計算機、傳感器、接口電路、電器元件、光電元件、電磁元件等硬件環(huán)境及軟件環(huán)境為一體，而且正向自動化、精密化、智能化、高速化的方向發(fā)展，其安全性、可靠性的程度不斷提高。在機電一體化機械中，機械的控制系統(tǒng)將起更加重要的作用，我們應(yīng)該重視在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計。2.5.2 機械系統(tǒng)及其發(fā)展(fzhn)1. 機械系統(tǒng)的基本組成(z chn)形式根據(jù)(gnj)原動機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)的不同組合以及機械系統(tǒng)運動輸出特性的不同，機械系統(tǒng)的基本組成形式見表2-1所示。表2-1中的線性機構(gòu)是指機構(gòu)傳動函數(shù)為線性函數(shù)的機構(gòu)。如齒輪機構(gòu)、螺旋傳動機構(gòu)、帶

20、傳動機構(gòu)及鏈傳動機構(gòu)等都是線性機構(gòu)。而機構(gòu)傳動函數(shù)為非線性函數(shù)的機構(gòu)，則稱為非線性機構(gòu)。如凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等則是非線性機構(gòu)。類型1和2是最基本、最常見的機械系統(tǒng)。如電動卷揚機屬類型1，鄂式破碎機屬類型2。類型5在數(shù)控機床、機器人等自動機械中得到了廣泛的應(yīng)用。其它類型則少見其應(yīng)用。 表2-1 機械系統(tǒng)的基本組成形式類型編號原動機傳動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)機械系統(tǒng)的輸出運動線性原動機非線性原動機線性機構(gòu)非線性機構(gòu)線性機構(gòu)非線性機構(gòu)簡單機構(gòu)復(fù)雜機構(gòu)123456782. 機械系統(tǒng)的發(fā)展(fzhn)與演變我們(w men)在學(xué)習(xí)(xux)專業(yè)知識時了解到，機械系統(tǒng)分為剛性機械系統(tǒng)和柔性機械系統(tǒng)，其

21、劃分的依據(jù)就是機械系統(tǒng)的運動是否具有可控制性。1） 剛性機械系統(tǒng)剛性機械系統(tǒng)一般是指機械裝置與電器裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，其特點就是不具有可控性。我們常見傳統(tǒng)機械，例如：車床、銑床、刨床、鉆床、起重機等都屬于剛性機械系統(tǒng)。2） 柔性機械系統(tǒng)柔性機械系統(tǒng)即可借助傳感器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、加速度、壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制的機械系統(tǒng)。其特點是具有可控性。數(shù)控機床和機器人都屬于柔性機械系統(tǒng)。3） 機械系統(tǒng)的發(fā)展 電子技術(shù)的飛速發(fā)展正在改變傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)，電子技術(shù)與機械技術(shù)不斷的緊密結(jié)合，并誕生了機械電子學(xué)這一新的學(xué)科。剛性機械系統(tǒng)也正向柔性機械系統(tǒng)演化，使機電一體化的機械系統(tǒng)

22、發(fā)展很快。圖2-7為機械系統(tǒng)的演變過程框圖。圖a為典型的剛性機械系統(tǒng)；圖 b 為改進的剛性機械系統(tǒng)，以電子控制的調(diào)速電機取代了機械變速裝置。圖c所示框圖已演化為柔性機械系統(tǒng)；圖d所示框圖為直接驅(qū)動式的柔性機械系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)中省去了傳動機構(gòu)，有更高的運動精度，其應(yīng)用日益廣泛。從機械系統(tǒng)的演變過程可以看出，隨著機械電子學(xué)的誕生與發(fā)展，剛性機械系統(tǒng)正在向柔性機械系統(tǒng)發(fā)展，我們應(yīng)該加快這一演化，把這個轉(zhuǎn)換也作為機械創(chuàng)新設(shè)計的重點對象，推進機械系統(tǒng)發(fā)展水平的進一步提高。 d)普通電動機電子調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速電動機伺服控制系統(tǒng)伺服電動機伺服控制系統(tǒng)直接驅(qū)動電機負載負載負載負載變速機構(gòu)減速機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)減速機構(gòu)執(zhí)

23、行機構(gòu)減速機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)a)b)c)圖2-7 機械系統(tǒng)的演變(ynbin)過程框圖3 創(chuàng)新(chungxn)基本原理創(chuàng)新和創(chuàng)造是人類一種有目的、有約束探索活動，人們在長期(chngq)的創(chuàng)新實踐中總結(jié)了基本的創(chuàng)新原理，這些原理給從事機械創(chuàng)新設(shè)計的人員提供參考。下面系統(tǒng)的介紹幾種創(chuàng)新原理：3.1 綜合創(chuàng)新原理機器分解開來無非是一些機構(gòu)要素（如齒輪、齒條、鏈輪、鏈條、皮帶、連桿、螺絲、凸輪等）綜合而成；但是，用上述的機構(gòu)要素并不能隨意的拼湊成一部機器，因為一部機器有其內(nèi)在的組合、合成規(guī)律。而綜合的真正意義就是指將研究對象的各個方面、各個部分和各種要素有機(yuj)的聯(lián)系起來，從而從整體上把握事物的本

24、質(zhì)和規(guī)律。綜合創(chuàng)新(chungxn)，是運用綜合法則的創(chuàng)新功能去尋求新的創(chuàng)造。其基本模式如下圖所示：已知事物A已知事物B輸入綜合新事物C我們在進行機械創(chuàng)新設(shè)計的過程中要注意：并不是任何的綜合都能產(chǎn)生新的機械創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品(chnpn)。比如將臺鉆用螺釘固定在車床的床頭箱頂蓋上，雖然是一種綜合，但不是一種創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品。因為綜合不是將對象的各個構(gòu)成要素的簡單相加，而是按其內(nèi)在聯(lián)系合理的組合起來，使綜合后的整體作用導(dǎo)致創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)，這才實現(xiàn)了組合后的產(chǎn)品在性能上具有1+11的效果，而在結(jié)構(gòu)上則為1+11。當(dāng)然在機械創(chuàng)新設(shè)計實踐中不乏綜合創(chuàng)新的實例。例如，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的同步帶傳動，就是將嚙合傳動與摩擦帶

25、傳動技術(shù)綜合而產(chǎn)生的，它具有傳動功率大、傳動準(zhǔn)確等優(yōu)點。下面列舉一些創(chuàng)新實踐：綜合已有的不同科學(xué)原理可以創(chuàng)造出新的原理，如：牛頓綜合開普勒的天體運動定理和伽利略運動定律，創(chuàng)建了經(jīng)典力學(xué)體系；綜合已有的事實材料可以發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，如：門捷列夫綜合已知元素的原子屬性與原子量、原子價的關(guān)系的事實和特點，發(fā)現(xiàn)了元素周期表；綜合已有的不同科學(xué)方法創(chuàng)造出新方法，如：笛卡爾引進了坐標(biāo)系綜合幾何學(xué)方法和代數(shù)法，創(chuàng)立了解析幾何。這些都證明了綜合就是創(chuàng)造，而且綜合創(chuàng)新比起開發(fā)創(chuàng)新在技術(shù)更具有可行性，是一種使用的創(chuàng)新思路。3.2 分離創(chuàng)新原理分離創(chuàng)新原理與綜合創(chuàng)新原理相對應(yīng)，思路相反。它是把某個創(chuàng)造對象分離或離散為有限

26、個簡單的局部，把問題分解，使主要矛盾從復(fù)雜現(xiàn)象中分離出來解決的思維方法。分離原理的創(chuàng)新模式(msh)如下圖：已知事物A分離新事物B或C輸入輸出分離創(chuàng)新原理在數(shù)學(xué)(shxu)、力學(xué)和機械行業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如在機械行業(yè)，組合夾具、組合機車、模塊化機床就是分離創(chuàng)新原理的運用。機械設(shè)計過程中，一般都是將問題分解為許多子系統(tǒng)和單元，對每一個子系統(tǒng)和單元進行分析和設(shè)計，然后綜合，分離創(chuàng)新(chungxn)原理則是與其思路相反。脫卸式衣服、隱形眼鏡都是分離創(chuàng)新的實例，還有很多的例子告訴了我們分離創(chuàng)新原理的方法和可行性。然而我們在實際創(chuàng)新設(shè)計過程中要知道，分離與綜合雖思路相反，但往往要相輔相成，要考慮

27、局部與局部、局部與整體的關(guān)系，分中有合，合中有分。3.3 移植創(chuàng)新原理把一個研究對象的概念，原理和方法等運用與或滲透到其他研究對象，而取得成果的方法，就是移植創(chuàng)新。移植方法一直都應(yīng)用于植物的移植嫁接、醫(yī)療領(lǐng)域的人體器官移植等。同樣，在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，移植方法也是一種應(yīng)用廣泛的創(chuàng)新原理。在實際創(chuàng)新設(shè)計中，我們通過把某一科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)或基本原理移植到另一科學(xué)領(lǐng)域或者是將一門或幾門科學(xué)的理論和研究方法綜合、系統(tǒng)的移植到其他學(xué)科領(lǐng)域之中，以獲得科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從而得到更多創(chuàng)新的成果。我們還應(yīng)該明確移植創(chuàng)新的定義，比如拉鏈廣泛應(yīng)用于服裝領(lǐng)域，如過將拉鏈應(yīng)用于書包上，這并不能算得上是移植創(chuàng)

28、新。因為這是顯而易見的事，而且兩個領(lǐng)域跨度很小。一般來說，在移植創(chuàng)新過程中兩個技術(shù)領(lǐng)域相距越遠，移植的難度越大，就相應(yīng)的會產(chǎn)生更高水平的創(chuàng)新設(shè)計。移植的原理(yunl)方法和大量的創(chuàng)新實踐證明：移植原理能促進思維發(fā)散，只要某種科技原理轉(zhuǎn)至新的領(lǐng)域具有可行性，通過新的結(jié)構(gòu)或新的工藝，就可以產(chǎn)生創(chuàng)新。例：人們不斷地設(shè)計新型高效節(jié)能的發(fā)動機，前幾年，人們開發(fā)出了陶瓷發(fā)動，它以高溫陶瓷制成燃氣渦輪的葉片、燃燒室等部件，或以陶瓷部件取代傳統(tǒng)發(fā)動機中的汽缸內(nèi)襯、活塞帽、預(yù)燃室、增壓器等。陶瓷發(fā)動機具有耐腐蝕、耐高溫性能，可以采用(ciyng)廉價燃料，可以省去傳統(tǒng)的水冷系統(tǒng)，減輕了發(fā)動機的自重，因而大幅度

29、地節(jié)省能耗、降低成本，增大了功效，是動力機械和汽車工業(yè)的重大突破。3.4 逆向創(chuàng)新(chungxn)原理我們在進行機械創(chuàng)新設(shè)計的過程中，逆向思維也占據(jù)其非常重要的地位。我國自古流傳司馬光砸缸的故事，就是逆向思維方法的經(jīng)典例子。逆向創(chuàng)新原理是從反面，從構(gòu)成要素中對立的另一面思考，將通常思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，尋求解決問題的新途徑、新方法。逆向創(chuàng)新法又稱反向探求法。反向探求法一般有三個主要途徑：功能性反向探求、結(jié)構(gòu)性反向探求和因果關(guān)系反向探求。創(chuàng)新思維具有獨創(chuàng)性、連動性、多向性、綜合性、和洞察力五個特點。其中的逆向連動思維形式十分重要。習(xí)慣性思維是人們創(chuàng)新設(shè)計中的障礙，它往往束縛人的思路。我們應(yīng)該

30、能突破這種習(xí)慣的束縛，多問為什么，發(fā)現(xiàn)問題，我們可以試著把問題顛倒，反向探求，也許可以得到創(chuàng)新性的收獲。例如：18世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)體可使磁針轉(zhuǎn)動的磁效應(yīng)，法拉第運用逆向思維探求，“能不能用磁產(chǎn)生電呢？”于是經(jīng)過長時間的探索與實驗后他制造出了世界上第一臺感應(yīng)電動機，為人類進入電氣化時代開辟了道路。3.5 還原創(chuàng)新原理從事機械行業(yè)的人都明白，機器或機構(gòu)想要達到一個目的，并不是只有一個途徑，我們可以選擇最簡單、經(jīng)濟的方案來實現(xiàn)目的。必要時需要創(chuàng)新設(shè)計，此時我們只需抓住本質(zhì)，而不必局限于在原有基礎(chǔ)上的改進等。這就用到還原創(chuàng)新原理。還原法則又稱抽象法則，即回到根本、回到事物(shw)的起點。暫時

31、放下所研究的問題，反過來追根溯源，分析問題的本質(zhì)，從本質(zhì)出發(fā)另辟蹊徑進行創(chuàng)新的一種模式。日本有一家食品公司(n s)，想生產(chǎn)自己的口香糖，卻找不到做口香糖原料的橡膠，他們將注意力回到“有彈性(tnxng)”的起點上，設(shè)想用其他材料代替橡膠，經(jīng)過多次失敗后，他們用乙烯、樹脂代替橡膠，再加入薄荷與砂糖，終于發(fā)明出日本式的口香糖，暢銷市場。這個例子告訴我們：在進行還原創(chuàng)新過程中，最重要的是把起點放在事物最本質(zhì)的功能上，而不是從所要實現(xiàn)的功能出。還原換元是還原創(chuàng)新的基本模式。所謂換元，是通過置換或代替有關(guān)技術(shù)元素進行創(chuàng)造。在實際創(chuàng)新實踐中我們可以理解為靈活地變換影響事物質(zhì)和量的諸多因素的某一個或某些，

32、從而產(chǎn)生大量的創(chuàng)新思路。3.6 價值優(yōu)化原理任何機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計都是在尋找最優(yōu)方案，在方案的制定和篩選時，要綜合考慮產(chǎn)品的實用性、工藝性、經(jīng)濟性等因素。其中的價值優(yōu)化也是一種創(chuàng)新過程。價值工程就是揭示產(chǎn)品的價值、成本、功能之間的內(nèi)在聯(lián)系。它以提高產(chǎn)品的價值為目的，提高技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。它最早是美國開始研究的。在設(shè)計、研制產(chǎn)品的時，設(shè)計研制所需成本為C，取得功能為F，則產(chǎn)品的價值V為：可見，產(chǎn)品的價值與其功能成正比，而與其成本成反比。設(shè)計創(chuàng)造具有高價值的產(chǎn)品，是人們追求的目標(biāo)。價值優(yōu)化或提高價值的知道思想，也是創(chuàng)造活動應(yīng)遵循的理念。但優(yōu)化設(shè)計并不一定每項性能指標(biāo)都達到最優(yōu)，一般可尋求一個綜合考慮功

33、能、技術(shù)、經(jīng)濟、使用等因素后都滿意的系統(tǒng)，有些從局部看來不是最優(yōu)，但從總體來看是相對最優(yōu)。于是，優(yōu)化設(shè)計的途徑可以總結(jié)為：（1）保持產(chǎn)品功能不變，通過降低成本，達到提高(t go)價值的目的；（2）不增加成本的前提下，提高產(chǎn)品的功能(gngnng)質(zhì)量，以實現(xiàn)價值的提高；（3）雖成本有所增加，但卻使功能(gngnng)大幅度提高，使價值提高；（4）雖功能有所降低，成本卻大幅度下降，使價值提高；（5）不但使功能增加，同時也使成本下降，從而使價值大幅度提高。這是最理想的途徑，也是價值優(yōu)化的最高目標(biāo)。以上介紹了創(chuàng)新基本原理，在實際創(chuàng)新設(shè)計中，我們要熟知這些原理和技法。但是這些創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法難免存

34、在一定的局限性，我們要明白真正的科學(xué)規(guī)律存在與事物之中，我們應(yīng)該多從實踐中來理解這些原理并得到直觀的結(jié)論，不能受到已有原理的束縛，打破思維定勢，才能創(chuàng)新。4 常用創(chuàng)新方法我們在進行機械創(chuàng)新設(shè)計時，第一步就是要分析社會大眾的需求，否則再好的創(chuàng)新設(shè)計都沒有生命力；其次就是要考慮到所研究的課題是否(sh fu)科學(xué)、實用；然后才是通過不斷的實踐掌握創(chuàng)新設(shè)計的方法，這樣最終才實現(xiàn)了創(chuàng)新設(shè)計的目的。4.1 搜尋(suxn)題材的方法首先我們應(yīng)該收集題材，這是創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵，一個(y )合理新穎的題材就是創(chuàng)新設(shè)計成功的一半。人們在創(chuàng)新設(shè)計實踐中一般采用兩種方法來搜尋題材。（1）向生活索取 世界上不存在盡善

35、盡美的事物，向生活索取創(chuàng)新設(shè)計的題材就是一個在不完美中追求完美的過程。生活中用的門窗合頁是“死結(jié)”，安裝后再拆下來相當(dāng)費事，給維修和清潔工人帶來了很大的不便。下圖是西北電訊工程學(xué)院附中學(xué)生陳延輝設(shè)計的這種一端可以插入和抽出的活動合頁。圖4-1 活動合頁（2）到各自的工作領(lǐng)域去挖掘 我們在長期從事某一工作的過程中，就會對專業(yè)的現(xiàn)狀相當(dāng)熟悉；更能了解其中的不足和我們真正需要的事物。這樣我們便能方便的選擇課題，而且成功的可能性也更大。傘是我們生活中的必需品，但是普通傘的體積大，旅行時不容易攜帶，人們可能會想到能否將傘折疊起來方便攜帶呢？以為任職于制傘公司的童工樹田英一，他巧妙的在傘上安裝一根彈簧，就

36、可以將傘折疊，輕巧地收藏起來。而打開傘時，彈簧的拉力使得傘不向外翻。圖4-2 折疊傘4.2 創(chuàng)新的主要(zhyo)方法創(chuàng)新(chungxn)的主要方法有下面幾種：4.2.1 缺點(qudin)列舉法 克服缺點就意味著進步，意味著查的更新。如果有意識的將你所熟悉的事物的缺點一一列舉出來，并進行分析，隨時做筆記紀(jì)錄，找出你感受最深、最急需解決而又可能解決的問題，對癥下藥，作為創(chuàng)新發(fā)明的選題，這樣便有可能創(chuàng)新，這種創(chuàng)新技法就叫做缺點列舉法。要使用這種方法進行創(chuàng)新設(shè)計，就要做到在生活中注意身邊的事物的缺點與不足；提出缺點（例如方法有：征集用戶意見，同類產(chǎn)品進行對比，召開缺點列舉會等。）；之后就分析整理

37、缺點，確定創(chuàng)新目標(biāo)；最關(guān)鍵的當(dāng)然是對主要缺點進行改進，運用個中創(chuàng)新思維與激發(fā)進行創(chuàng)新設(shè)計。4.2.2 希望點列舉法 希望是人們內(nèi)心期待達到的某中目的或期待出現(xiàn)的某中情況，是人類需求心理的反映。 人們總是(zn sh)不滿足于現(xiàn)狀，對未來充滿希望和向往。希望代表著人們(rn men)的某種新企盼，希望點的背后隱藏著事物的新問題和新矛盾。將這些(zhxi)希望予以具體化，并列舉、歸類和概括出來，往往就成為一個可選的發(fā)明課題。例如：我們都知道自行車的曲軸可以隨時向前踩或者向后踩，知識由于自行車上的棘輪機構(gòu)，使得自行車只能單向前進。一位日本青年根據(jù)這個產(chǎn)生了一個很好的構(gòu)想，那就是將二輪車的直軸直接改成

38、曲軸，如下圖所示，腳站在曲軸上，這樣用腳去踩時，由于踩法不同，車子就可以隨意的前進或后退了。圖4-3 進退自如的腳踏玩具4.2.3 系統(tǒng)設(shè)問法 （a） （b）圖4-4手動唧筒針對事物系統(tǒng)地羅列問題，然后(rnhu)逐一加以研究、討論，多方面擴展思路，就像原子的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)那樣，從單一物品中萌生出許多(xdu)新的設(shè)想，這就叫做系統(tǒng)設(shè)問法。系統(tǒng)設(shè)問法可以從以下方面入手：轉(zhuǎn)化、引申、改變、放大或縮小(suxio)、復(fù)雜、精簡、代替、重組、顛倒和組合。1.轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化就是根據(jù)存在的物品，設(shè)想它本身或經(jīng)過稍微改變后是否能有其他的用途。下面舉一個轉(zhuǎn)化的例子：農(nóng)村水井打水用的手動唧筒（圖4-4（a）就是滑塊四桿機

39、構(gòu)(圖4-4(b)的應(yīng)用實例。2. 引申就是根據(jù)已知事物設(shè)問是否有與其相似的物品，從而引申設(shè)想出另一事物，得到創(chuàng)新。港口用的起重機就是雙搖桿機構(gòu)引申來的，如圖4-5所示，當(dāng)AB桿擺動時，CD桿也擺動，連桿CB上的E點作近似的水平運動，使其在起吊重物時減少能量的損失。3. 改變就是設(shè)問改變已知事物的顏色、形狀、氣味、式樣等特征時，能否產(chǎn)生創(chuàng)新。圖4-6所示的為一車門啟閉機構(gòu)，利用反平行四邊形引申而來。其運動特點為構(gòu)件1、3作轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)動，保證左、右車門同時啟閉。其中的反平行四邊形機構(gòu)則是從平行四邊形引申而來的。4. 放大或縮小就是設(shè)想將現(xiàn)存的事物，經(jīng)過按比例放大或縮小或是單向放大或縮小，能否得

40、到新的事物。圖4-5 港口(gngku)起重機 a) b)圖4-6 車門(chmn)啟閉機構(gòu)圖4-7 汽車(qch)前窗刮雨器汽車出現(xiàn)后，人們?yōu)橄掠晏扉_車時雨水會遮住駕駛員的視線(shxin)而煩惱。為此有人利用“放大(fngd)或縮小”這一方法設(shè)計出了圖4-7所示的汽車前窗刮雨器。它是利用曲柄搖桿機構(gòu)將搖桿的一端延長，利用搖桿延長部分的往復(fù)擺動實現(xiàn)刮雨動作。5. 復(fù)雜就是設(shè)想在一個物品上加上別的東西，從而獲得更加良好的性能和功能等，實現(xiàn)創(chuàng)新。例如：圖4-8所示的星形發(fā)動機。它是由六個曲柄滑塊機構(gòu)組成，六個活塞的往復(fù)運動同時通過連桿傳給公用曲柄A，其輸出傳動是六個曲柄滑塊機構(gòu)輸出傳動的代數(shù)和，

41、與單缸發(fā)動機相比，其輸出扭矩波動小，可以部分或全部消除振動力。圖 4-8 星形發(fā)動機6. 精簡(jngjin)精簡就是設(shè)想從一物品(wpn)上精簡掉一部分，減輕其重量或復(fù)雜程度，從而設(shè)法得到創(chuàng)新的一種方法。圖4-9 柔性四桿機構(gòu)(jgu) 圖4-10 手動夾鉗在實際創(chuàng)新設(shè)計實踐中可以在機構(gòu)中，將運動副精簡，由柔性關(guān)節(jié)代替鉸鏈，由結(jié)構(gòu)本身的預(yù)期彈性變形來實現(xiàn)運動和力的傳遞。如圖4-9所示的柔性四桿機構(gòu)和圖4-10所示的手動夾鉗即為新的柔順機構(gòu)，它沒有剛性運動副，不需裝配，不需潤滑，具有體積小、重量輕、制造和維修費用低、使用壽命長等優(yōu)點。7. 代替就是設(shè)想用一種物品來代替正在使用的物品，或是用其他

42、材料、成分、過程或方法來代替此物品的材料、成分、過程或方法，從而得到一種創(chuàng)新。 （a） (b)圖4-11 偏心輪機構(gòu)例如：在曲柄滑塊機構(gòu)中，若需要曲柄較短，或需要滑塊行程較小，這時可以使用盤狀結(jié)構(gòu)代替曲柄，這樣就得到了如圖4-11所示的偏心輪機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)中心A到偏心輪幾何中心B的距離（稱為偏心距）相當(dāng)于曲柄滑塊機構(gòu)中的曲柄長度。偏心輪機構(gòu)在剪床、沖床及鄂式破碎機等機械設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。8. 重組(zhn z)就是(jish)設(shè)想(shxing)將一個物體的組成部分進行調(diào)換、重組，或是以一定的條件改變序列、因果關(guān)系和速率等，以產(chǎn)生一種新事物。9. 顛倒圖4-12 可逆式折疊椅就是設(shè)想將一種結(jié)構(gòu)或

43、功能正反互換來實現(xiàn)更多、更好的功能或是產(chǎn)生一種新結(jié)構(gòu)。如圖4-12所示的可逆式折疊椅就是利用這種方法設(shè)計的，其椅面和靠背正反面分別做成硬的和軟的兩面，可以翻轉(zhuǎn)，熱天坐硬面，冬天坐軟面。10. 組合圖4-13 織布機開口(ki ku)機構(gòu)就是設(shè)想(shxing)將已知的物體與另一物體按照適當(dāng)?shù)姆绞浇M合起來，以加大其功能或是得到另一新事物。如圖4-13所示的織布機開口機構(gòu)，它由曲柄滑塊機構(gòu)和轉(zhuǎn)動(zhun dng)導(dǎo)桿機構(gòu)串聯(lián)組合而成。曲柄1以等角速度轉(zhuǎn)動時，機構(gòu)5就能實現(xiàn)每轉(zhuǎn)后停歇的運動要求。我們在實際機械創(chuàng)新設(shè)計實踐中，運用系統(tǒng)設(shè)問法時應(yīng)該以上述10個方面為參照，大膽提出設(shè)想，如果能像上述例子

44、一樣找到解決問題的答案，都可以作為創(chuàng)新設(shè)計的選題。4.2.4 信息聯(lián)想法 創(chuàng)新的發(fā)展重在突破，卻也離不開繼承，所以了解、繼承他人或前人的成果非常重要。要提高創(chuàng)新能力，必須收集信息，利用信息。我們將自己每天耳聞目睹的大量信息加以篩選，從中挑出新的、奇的、與技術(shù)有關(guān)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明，通過思維加以聯(lián)想，往往可以產(chǎn)生或提出一個新的發(fā)明問題。這種方法叫做信息聯(lián)想法。聯(lián)想的方式有：由一事物聯(lián)想到空間或時間上與其相連通的另一事物；聯(lián)想到與其對立的事物；聯(lián)想到與其類似特點（如功能、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)）的另一事物；聯(lián)想到與其有因果關(guān)系的另一事物；聯(lián)想到與其從屬關(guān)系的另一事物等等。4.2.5 專利文獻選讀法 從事機械

45、創(chuàng)新設(shè)計，可以選擇專利文獻為主要媒體來獲取信息，專利文獻是最有代表性、數(shù)量最大的情報信息來源。通過閱讀大量的專利文獻，即可掌握現(xiàn)有發(fā)明的內(nèi)容和思路，了解最新的發(fā)明成果，避免重復(fù)他人的工作和侵權(quán)行為，又可對不完善的部分加以改進，作為你的課題，進行再發(fā)明。據(jù)資料統(tǒng)計，1985年1995年中國發(fā)明協(xié)會向社會推薦和宣傳的發(fā)明創(chuàng)造成果有1萬多項，其中有15%轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力；而這10年中我國的專利實施率僅在25%30%左右?？梢姴捎脤＠墨I法進行創(chuàng)新設(shè)計十分可觀，我們只要針對其中的不實用的部分進行改進和完善，往往就會獲得良好效果。0.1激光腔高壓氣流壓氣孔激光束0.1抽氣腔激光腔抽氣孔激光束圖4-14（a）

46、壓氣式氣動窗口示意圖圖4-14（b）抽氣式氣動窗口示意圖0.1調(diào)壓腔激光腔調(diào)壓閥抽氣孔抽氣腔圖4-14（c）雙腔抽氣式大功率氣體激光器氣動窗口示意圖20世紀(jì)(shj)80年代初，國際科技情報聯(lián)機系統(tǒng)還沒有在我國投入使用，但是當(dāng)時的年輕學(xué)者岳超瑜憑借著頑強的毅力，查閱了大量的專利文獻，終于(zhngy)從浩如煙海的文獻中找到了一些有關(guān)氣動窗口的最新發(fā)明專利和報道。其中包括如圖4-14（a）所示的英國(yn u)科學(xué)家發(fā)明的“壓氣式氣動窗口”和圖4-14（b）所示的美國人發(fā)明的“抽氣式氣動窗口”。其中英國人的設(shè)計由于工作會導(dǎo)致內(nèi)腔污染，無法投入使用，而美國的發(fā)明存在造價高、激光質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)和運行原

47、理不足等缺點。岳超瑜對這兩項發(fā)明進行分析和研究后，設(shè)計出圖4-14（c）所示的雙腔抽氣式大功率氣體激光器氣動窗口，他的創(chuàng)新設(shè)計克服了上述兩種設(shè)計的缺點，使腔內(nèi)氣流平衡，也密封了工作腔。4.2.6 集思廣益法 集思廣益法是美國創(chuàng)造工程學(xué)家奧斯本于1945年首次提出的，原文是“Brain storming”，直譯就是“頭腦風(fēng)暴”。這種方式是以開小型的交流討論會來進行，與會人數(shù)一般為510人，要求與會者嚴(yán)格遵守下列規(guī)則：1）暢所欲言，想到(xin do)就說，意見越多越好；2）靜聽別人的發(fā)言，從中受到啟發(fā)，以使自己的意見更加(gnji)完善；3）歡迎荒誕和使人發(fā)笑的發(fā)言(f yn)，設(shè)想越奇越好，能

48、否采用另當(dāng)別論；4）禁止批評別人的發(fā)言，這一點很重要。會后對會上的各種設(shè)想進行整理評價，選擇最優(yōu)的設(shè)想付諸實施。運用上面介紹的六種方法，一般可以確定待發(fā)明的課題。這只是成功的開始，真正創(chuàng)新設(shè)計也是一個艱苦努力的過程。在進行創(chuàng)新設(shè)計時，我們要聯(lián)系實際需要，根據(jù)事物的品質(zhì)、構(gòu)造、功能、特征對各中構(gòu)想或方案進行分析、比較、判斷，先分析出最佳的方案，然后再運用創(chuàng)新的逆向思維和正向思維，對問題進行類比、綜合、聯(lián)想，集思廣益，同時反復(fù)的進行繪圖、試驗、制作樣品和模型，并不斷的改進，一個發(fā)明才有可能真正的完成。4.3 創(chuàng)新機構(gòu)舉例 下面我們再結(jié)合兩個相關(guān)的例子來說明創(chuàng)新設(shè)計的原理和方法：圖4-15（a）所示

49、的是螺釘自動上料整列機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)企業(yè)。在螺釘沒有車絲或搓絲以前，螺釘是無規(guī)則的盛放在料盤中，當(dāng)左邊的黑色輸送槽上下運動時，螺釘通過物料的自重進行整列，在槽身中令釘頭向上，如不其然，在槽身上下運動時，令其重新掉入料盤，螺釘在左側(cè)槽身中上升至與右側(cè)貯料槽以備加工。圖4-15（b）所示的膠丸（或子彈）整列機構(gòu)也是利用被整列的物體自行做物料整列動作，從圖中所示膠丸或子彈的構(gòu)造形狀可見：它的重心在圓柱形部分，當(dāng)黑色滑塊左右移動時推移被整列的物體到達右方槽內(nèi)尖角時便可以由物料的重心自行整列，使圓柱體朝下，尖端朝上。這兩個例子同是了重心原理的機構(gòu)綜合創(chuàng)新設(shè)計。這兩個例子具有相似性，在創(chuàng)新設(shè)計時

50、用了綜合創(chuàng)新原理，而后者在創(chuàng)新設(shè)計中就能用信息聯(lián)想法。我們還能發(fā)現(xiàn)這兩個機構(gòu)都沒有強制運動鏈，而是利用力學(xué)原理創(chuàng)新設(shè)計的。機構(gòu)學(xué)本來就是從力學(xué)分離出來的，所以用力學(xué)原理來指導(dǎo)機構(gòu)創(chuàng)新十分有意義。在解決整列物料的思路上設(shè)計者突破用什么強制運動鏈、純剛體機構(gòu)解決物料整列的框框，將思路回歸到起點，另尋捷徑，想到用力學(xué)原理解決這一問題，這是還原創(chuàng)新原理的應(yīng)用，當(dāng)然將力學(xué)原理應(yīng)用到機構(gòu)學(xué)也應(yīng)用了移植創(chuàng)新原理。圖4-15（a）用上下運動的 輸送(sh sn)嵌入 圖4-15（b）自行整列(zhn li)機構(gòu)槽（用右黑色運動(yndng)體）在料盤內(nèi)上下運動令螺釘自行嵌入整列的機型綜合上述可見，在進行機械創(chuàng)

51、新設(shè)計的過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮正向和逆向思維的能力，靈活有機的綜合運用創(chuàng)新設(shè)計的基本原理和方法，必要時只是以此為借鑒，不能被之束縛，敢于嘗試自己的方法。5 機械創(chuàng)新設(shè)計(shj)的一般過程設(shè)計過程是指從明確設(shè)計任務(wù)書到編制技術(shù)文件所進行的整個工作流程。機械設(shè)計的思路一般(ybn)為：產(chǎn)品規(guī)劃原理(yunl)方案設(shè)計技術(shù)方案設(shè)計改進設(shè)計。下面我們對比常規(guī)機械設(shè)計的過程來說明機械創(chuàng)新設(shè)計的一般過程。5.1 常規(guī)機械設(shè)計一般過程常規(guī)機械設(shè)計過程一般可以分為四個階段：機械總體方案設(shè)計。設(shè)計者根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，廣泛收集同類機械或相近機械的性能參數(shù)，使用情況，優(yōu)缺點等技術(shù)和數(shù)據(jù)，而后便可進入機械總體方案設(shè)計階段。機械總體方案設(shè)計在很大程度上決定未來機械的面貌，對機械的性能成本有很大影響。機械的運動設(shè)計。設(shè)計者根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，對選定的一種設(shè)計方案進行運動綜合，以滿足根據(jù)機械的用途、功能和工藝條件而提出的運動規(guī)律、機構(gòu)的位置或某點軌跡的要求。機械運動設(shè)計的內(nèi)容包括機構(gòu)主要尺寸的確定，機械運動參數(shù)的分析，傳動比的確定與分配等。機械的動力設(shè)計。在運動設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定作用在機械系統(tǒng)各構(gòu)件上的載荷并進行機械的功率和能量計算。機械動