機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)全套課件

《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》課程1第一章緒論第一節(jié)概述1、機(jī)械的概念機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱。2、機(jī)械設(shè)計(jì)的定義和特點(diǎn)1)設(shè)計(jì)的定義:“設(shè)計(jì)”是把各種先進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一種手段和方法。它是從合理的目標(biāo)參數(shù)出發(fā)，通過各種方法和手段創(chuàng)造出一個(gè)所需的優(yōu)化系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的過程。圖1—1展示了人類自古至今的各種設(shè)計(jì)創(chuàng)造的產(chǎn)物。

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2）機(jī)械設(shè)計(jì)的定義：是設(shè)計(jì)者為滿足社會(huì)和人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品功能的需要，運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)工程等方法，進(jìn)行設(shè)想和構(gòu)思、計(jì)算和分析，最后以技術(shù)文件的形式，提供產(chǎn)品制造依據(jù)的全過程工作。33)機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù):都是圍繞著開發(fā)新的機(jī)械產(chǎn)品或改造老的機(jī)械產(chǎn)品而進(jìn)行的，機(jī)械設(shè)計(jì)的最終目的是提供滿足人們需求、具有一定功能、優(yōu)質(zhì)高效、價(jià)廉物美，并具有市場競爭力的機(jī)械產(chǎn)品。

4)機(jī)械設(shè)計(jì)具有如下主要特點(diǎn):(1)多解性

(2)系統(tǒng)性

(3)創(chuàng)新性

43、“機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)”的學(xué)科組成

機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)學(xué)科體系是以機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)為核心構(gòu)成的。包括以下三方面:(1)功能原理設(shè)計(jì)

(2)實(shí)用化設(shè)計(jì)

(3)商品化設(shè)計(jì)

564、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在中國的發(fā)展簡史

早在20世紀(jì)20年代，中國的—些工科大學(xué)就開設(shè)了機(jī)械設(shè)計(jì)課程，主要由外籍教授講授。50年代以后，全面引進(jìn)了當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的機(jī)械原理和機(jī)械零件教材以及全面的教學(xué)手段(習(xí)題、模型、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)……)。7進(jìn)入70年代以后，世界各先進(jìn)工業(yè)國家逐漸認(rèn)識(shí)到面對(duì)世界市場競爭，人們手中的重要武器就是“設(shè)計(jì)”。它們很早就把“設(shè)計(jì)學(xué)”從“機(jī)械學(xué)”中分列出來，并逐漸發(fā)展了各有持色的面向市場競爭的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)教育體系。面對(duì)21世紀(jì)、我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，只有改善設(shè)計(jì)教育、研究和實(shí)踐，使之和“市場競爭”緊密聯(lián)系起來，我們的設(shè)計(jì)工作才能真正發(fā)揮對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的重要支持作用。這對(duì)中國的未來是至關(guān)重要的。

8第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的原則和基本程序

一、機(jī)械設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)遵循如下基本原則：

(1)實(shí)用性原則又稱功能明確原則。主要表現(xiàn)為機(jī)器應(yīng)具有明確合理的功能，能完成一定的功能。

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(2)創(chuàng)造性原則創(chuàng)造性設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)者只有大膽創(chuàng)新，才能有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所改進(jìn)。

設(shè)計(jì)者應(yīng)處理好創(chuàng)新和繼承的關(guān)系。10(3)優(yōu)化原則設(shè)計(jì)者初步判定的設(shè)計(jì)方案或模型常是原始的，并且有經(jīng)驗(yàn)性的，必須經(jīng)過推理、分析和計(jì)算，使設(shè)計(jì)成果達(dá)到當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的先進(jìn)水平和該產(chǎn)品制造及使用條件的最佳水平，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面，經(jīng)全面分析和計(jì)算而達(dá)到最優(yōu)化的結(jié)果。

(4)可靠性原則可靠性是衡量機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。11(5)安全性原則機(jī)械產(chǎn)品的不安全因素常會(huì)導(dǎo)致機(jī)械和人身事故，甚至造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。

(6)經(jīng)濟(jì)性原則產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性好壞是產(chǎn)品具有市場競爭力的一個(gè)重要方面，主要表現(xiàn)又在確保產(chǎn)品功能的前提下，盡力降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

(7)評(píng)價(jià)審核原則機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作過程，涉及到很多因素和方面，因而設(shè)計(jì)過程也是一種信息加工、處理分析、判斷決策和修正的過程。

12二、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序

1、機(jī)械設(shè)計(jì)的類型機(jī)械設(shè)計(jì)按其創(chuàng)新程度可分為以下三種類型：(1)開發(fā)性設(shè)計(jì)在全部功能或主要功能的實(shí)現(xiàn)原理和結(jié)構(gòu)未知的情況下，運(yùn)用成熟的科學(xué)技術(shù)成果所進(jìn)行的新型的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

13(2)適應(yīng)性設(shè)計(jì)在主功能的實(shí)現(xiàn)原理或者結(jié)構(gòu)方案保持基本不變的情況下，增補(bǔ)或減少產(chǎn)品的某些功能，或局部更改某些功能的原理或結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品適應(yīng)特定的使用條件或者用戶特殊要求所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。

14(3)變型性設(shè)計(jì)在功能原理和結(jié)構(gòu)都保持不變的情況下．變動(dòng)產(chǎn)品部分零部件的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，擴(kuò)大規(guī)格或補(bǔ)齊系列，以滿足更大范圍功能參數(shù)需要的設(shè)計(jì)，又稱變參數(shù)設(shè)計(jì)。變型性設(shè)計(jì)是產(chǎn)品系列化的手段。152、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序

其基本程序可以分為四個(gè)階段：1）設(shè)計(jì)規(guī)劃：機(jī)械設(shè)計(jì)首先必須明確任務(wù)和要求。

2）方案設(shè)計(jì)：就是新產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)

3）技術(shù)設(shè)計(jì)：其任務(wù)是將功能原理方案具體化，尋求機(jī)器及其零部件的合理結(jié)構(gòu)。

4）施工設(shè)計(jì)：其主要內(nèi)容是完成產(chǎn)品制造所需的全部圖樣和技術(shù)文件

16第三節(jié)近代設(shè)計(jì)科學(xué)的重大發(fā)展

一、“設(shè)計(jì)學(xué)”從古代到現(xiàn)代的三個(gè)發(fā)展階段

階段1：這一時(shí)期可以以16世紀(jì)達(dá)芬奇的創(chuàng)造活動(dòng)為頂點(diǎn)。達(dá)芬奇構(gòu)想：齒輪、螺旋。階段2：設(shè)計(jì)學(xué)發(fā)展的第二階段以1854年德國學(xué)者勞萊克斯作為起點(diǎn)．他寫了《機(jī)械制造中的設(shè)計(jì)學(xué)》一書。將設(shè)計(jì)學(xué)分為機(jī)原、機(jī)零課程開設(shè)，基礎(chǔ)是理論力學(xué)和材料力學(xué)。這一階段的設(shè)計(jì)學(xué)其實(shí)是機(jī)械學(xué)。階段3：設(shè)計(jì)學(xué)發(fā)展的第三階段以1947年美國工程師麥爾斯(L．D．Miles)提出“功能”的概念。三個(gè)重大發(fā)展。17二、近代“設(shè)計(jì)學(xué)”的重大發(fā)展

l“功能”(Function)思想的提出和發(fā)展

2“人機(jī)學(xué)”(Ergonomics，HumanFactor)思想的形成和發(fā)展

“工業(yè)設(shè)計(jì)”(IndustrialDesign)學(xué)科體系的發(fā)展相成熟

以上三項(xiàng)是近代設(shè)計(jì)學(xué)發(fā)展的核心內(nèi)容。同時(shí)：CAD/CAM技術(shù)、可靠性技術(shù)、有限元、優(yōu)化、并行工程等。18第四節(jié)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程從設(shè)計(jì)構(gòu)思的角度看．可以歸納為三大步，即創(chuàng)意、構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)意的重點(diǎn)在于新穎性，但這種新穎性必須具有潛在的需求。構(gòu)思的重點(diǎn)在于創(chuàng)造．即要構(gòu)思一種新的技術(shù)方向或功能原理來實(shí)現(xiàn)某創(chuàng)意。實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在于驗(yàn)證構(gòu)思的合理性，可以通過模型或原理樣機(jī)來檢查構(gòu)思的合理性。即制作出實(shí)用化的樣機(jī)并通過實(shí)用樣機(jī)的試驗(yàn)才能考慮進(jìn)行商品化設(shè)計(jì)和投產(chǎn)的可能性。19第五節(jié)課程教學(xué)基本要求以及課程教學(xué)主要內(nèi)容

一、課程教學(xué)基本要求（1）掌握功能原理設(shè)計(jì)的基本方法；（2）了解方案評(píng)價(jià)與選擇的基本方法；（3）了解總體設(shè)計(jì)的基本原則；（4）理解和掌握進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和方法；20第二章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)

1、功能原理設(shè)計(jì)概念：

2、功能原理設(shè)計(jì)重點(diǎn)：在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維盡量“發(fā)散”，力求提出較多的解法供比較選優(yōu)。21設(shè)計(jì)一臺(tái)點(diǎn)抄機(jī)：首先構(gòu)思將鈔票逐張分離的工作原理。圖3-1為構(gòu)思示意圖223、作用：功能原理設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品的成敗起決定性作用的工作。

4、任何一種機(jī)器的更新?lián)Q代都存在三個(gè)途徑:一是改革工作原理；二是通過改進(jìn)工藝、結(jié)構(gòu)和材料提高技術(shù)性能；三是加強(qiáng)輔助功能使其更適應(yīng)使用者的心理。

23第一節(jié)功能原理設(shè)計(jì)的工作特點(diǎn)和工作內(nèi)容

一、功能原理設(shè)計(jì)的工作特點(diǎn)

1)是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使機(jī)器的工作原理發(fā)生根本的變化的設(shè)計(jì)。

2)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(NewIdea)、新構(gòu)思。243)功能原理設(shè)計(jì)使機(jī)器品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化。例如，機(jī)械表不論在技術(shù)上如何改進(jìn)，其走時(shí)的精確性始終不可能和石英電子表相媲美。電波表的出現(xiàn)：當(dāng)然，在實(shí)踐中，每一個(gè)功能原理設(shè)計(jì)不一定都能體現(xiàn)上述三個(gè)特點(diǎn)，而能體現(xiàn)這三個(gè)特點(diǎn)的，則應(yīng)該是高品位的功能原理設(shè)計(jì)。25二、功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要工作內(nèi)容

任務(wù)：針對(duì)某一確定的“功能目標(biāo)”．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”。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。舉例：噴墨打印技術(shù)

26272829第二節(jié)功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu)一、機(jī)器的功能組成

一臺(tái)機(jī)器完成的功能通常稱為總功能，

機(jī)器的總功能由多個(gè)分功能（功能單元）組成，而每個(gè)分功能都有相應(yīng)的功能載體。分功能載體應(yīng)由原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作頭或執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器等組成。有的分功能與其他分功能也可共用一個(gè)原動(dòng)力或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)器的功能組成如圖所示。

30二、機(jī)械功能分析方法（機(jī)械的功能、功能元和功能結(jié)構(gòu)）1、功能的含義功能是對(duì)于某一產(chǎn)品的特定的工作能力的抽象化的描述，它和人們常用的“功用”、“用途”、“性能”、“能力”等概念既有聯(lián)系又有區(qū)別。例如：31洗衣機(jī)的功能是使衣物中污垢從纖維中分離出來。功能的定義：是指某一機(jī)器(或裝置)所具有的轉(zhuǎn)化能量、運(yùn)動(dòng)或其它物理量的特性。系統(tǒng)工程學(xué)把一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品看成技術(shù)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)初期時(shí)該技術(shù)系統(tǒng)還不清楚，故用“黑箱”來描述功能：把信息流、能量流、物料流輸入“黑箱”，在“黑箱”中轉(zhuǎn)換成新的信息流、能量流、物料流，然后輸送出來，如圖3—6所示。系統(tǒng)工程學(xué)對(duì)功能的定義：是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)在以實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)時(shí)，其輸入量和輸出量之間的相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。32設(shè)計(jì)者的任務(wù)就是使“黑箱”變成“白箱”’這個(gè)技術(shù)系統(tǒng)就設(shè)計(jì)出來了，獲得了一個(gè)完美的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。33圖3—7所示是一臺(tái)硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)的外觀，它用來整理、清點(diǎn)、計(jì)數(shù)，最后按50枚一卷將硬幣用紙包卷起來；也可以在計(jì)數(shù)后裝袋而不包卷。圖3—8所示是用黑箱法描述的硬幣機(jī)的總功能。這種黑箱只是描述了從系統(tǒng)外部觀察到的“功能特點(diǎn)”，而黑箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是未知的，是需要設(shè)計(jì)師去進(jìn)行具體構(gòu)思和設(shè)計(jì)的。34硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)功能分解圖硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)外形圖35總之：任何技術(shù)系統(tǒng)都可以視為3種流的處理系統(tǒng)，即能量流、物料流和信息流。作為輸入的能量流，可以是機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能、光能、核能等能量流，也可以是它的某一具體分量，如力流、扭矩流、電流等等。例如，作為一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)的功能是將輸入燃料的化學(xué)能流轉(zhuǎn)換為機(jī)械能流，核電站的功能是將核能流轉(zhuǎn)換為電能流。作為輸入的物質(zhì)流，可以是氣體、液體或各種形式的固體，如毛坯、原材料、半成品零件、部件、成品等，也可能是粉半、磨屑、泥沙之類待處理物。機(jī)械技術(shù)系統(tǒng)將對(duì)它們實(shí)行結(jié)合、分離、移動(dòng)、氣相轉(zhuǎn)液相之類相的變化，以及各相之間的混合等轉(zhuǎn)化。如機(jī)床實(shí)現(xiàn)多余物料從工件上分離，輸送帶實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)等。36作為輸入的信息流，可以是各種測量值、輸入指令、數(shù)據(jù)、圖像等；信息的載體可以是機(jī)械量、電量、化學(xué)量等；信息的形式可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。技術(shù)系統(tǒng)將對(duì)信息流作加工、處理或轉(zhuǎn)換。如凸輪機(jī)械具有將轉(zhuǎn)動(dòng)量信息轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)量信息的功能，計(jì)算機(jī)能做數(shù)據(jù)處理，AD轉(zhuǎn)換器能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信息，數(shù)字式電視機(jī)能將接收到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為圖像信息。對(duì)于一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)有時(shí)三流并存，如現(xiàn)代的加工中心和自動(dòng)生產(chǎn)線，有時(shí)只存在能量流與信息流，如電視機(jī)。系統(tǒng)在完成功能的過程中，外界將向它輸入各種制約和干擾，同時(shí)系統(tǒng)也將對(duì)外界輸出干擾和影響，如振動(dòng)、噪聲、化學(xué)排放、熱量、廢棄物等。372．功能單元

一般技術(shù)系統(tǒng)都較為復(fù)雜，直接求總功能的解比較困難，可對(duì)總功能進(jìn)行分解，分解成較為簡單的“功能單元”。這樣的功能單元具有一定的獨(dú)立性，是直接求解的功能單元．也可稱為“功能元”。直接實(shí)現(xiàn)總功能的各分功能稱為一階分功能；實(shí)現(xiàn)一階分功能的分功能稱為二階分功能，并以此類推。分解到末端的為功能元，如下圖中的夾持試件、夾頭、移動(dòng)等。

38例如：對(duì)材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能分解圖可用圖示的形式表示。拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能分解圖39冰箱功能分解圖403．功能結(jié)構(gòu)

功能結(jié)構(gòu)圖：用來表示各分功能之間關(guān)系的框圖。由總功能分解為分功能，最后作出功能結(jié)構(gòu)圖。這樣一個(gè)過程，稱為”功能分析”，也可稱為“系統(tǒng)分析”。從上述材料拉伸試驗(yàn)機(jī)采用的力—變形關(guān)系測量的例子中：總功能(力—變形關(guān)系測量)可分解為四個(gè)分功能(試件拉伸、力測量、變形測量、控制信息)，每個(gè)分功能再分解，直至功能元。將各分功能(或功能元)組合時(shí)有三種基本結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。圖中F1，F(xiàn)2和F3為分功能。41(1)串聯(lián)：各分功能按順序相繼作用；(2)并聯(lián)：各分功能并列作用；(3)回路：各分功能組成環(huán)狀循環(huán)回路，體現(xiàn)反饋?zhàn)饔谩?/p>

42從以上分析可以畫出材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖。上圖表示是用“黑箱”描述材料拉伸試驗(yàn)機(jī)的總功能。下圖表示材料拉伸試驗(yàn)機(jī)功能(一階)結(jié)構(gòu)圖。

4344下圖表示材料拉伸試驗(yàn)機(jī)功能(二階)結(jié)構(gòu)圖。45總之，“功能結(jié)構(gòu)”圖是用來表示各分功能之間關(guān)系的框圖，它比功能分解圖更好地反映了各分功能之間的聯(lián)系與配合。46第三節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初環(huán)節(jié)，對(duì)主要功能提出原理構(gòu)思。任何一個(gè)產(chǎn)品的新穎性、先進(jìn)性都取決于這個(gè)階段。如包糖果，過去人們總是設(shè)計(jì)構(gòu)思機(jī)械手，模仿人的手包糖果，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難；從功能出發(fā)，糖果包裝有兩個(gè)目的，一是防止糖果受污染，二是增加美的功能。新式袋裝包糖果機(jī)的問世．采用了光電控制，使兩個(gè)功能均能實(shí)現(xiàn)而防污染能力也更強(qiáng)了，但機(jī)器結(jié)構(gòu)卻很簡單。所以說，一個(gè)好的功能原理設(shè)計(jì)應(yīng)具備兩個(gè)條件，既有創(chuàng)新構(gòu)思，又有市場競爭潛力。47一、任何一種機(jī)器的更新?lián)Q代都有三個(gè)途徑：1、改革工作原理例如用激光打孔機(jī)替代機(jī)械鉆，使一些精密儀器、儀表的精度得到很大的提高。常用創(chuàng)新原理有：1）綜合創(chuàng)新原理綜合創(chuàng)新原理是指將研究對(duì)象的各個(gè)部分、各個(gè)方面和各種因素聯(lián)系起來加以考慮，從整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律的一種思維法則。48例如，普通的x光機(jī)和計(jì)算機(jī)，都無法對(duì)人的腦內(nèi)病變作出診斷。豪斯菲爾德將二者綜合，設(shè)計(jì)出CT掃描儀，使診斷難題出現(xiàn)新的求解希望。人們應(yīng)用新儀器獲得了許多前所未有的研究成果，促使醫(yī)學(xué)有了長足的發(fā)展。CT掃描儀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大創(chuàng)新成果。2）分離創(chuàng)新原理分離創(chuàng)新原理是把某一創(chuàng)造對(duì)象進(jìn)行科學(xué)的分解或離散，使主要問題從復(fù)雜現(xiàn)象中暴露出來，從而理清創(chuàng)造者的思路，以便抓住主要矛盾或?qū)で竽撤N設(shè)計(jì)特色。49例如，早期電冰箱都是上“冷”下“熱”，即冷凍室在上，冷藏室在下。而萬寶電器集團(tuán)公司在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，對(duì)電冰箱進(jìn)行分離創(chuàng)造，開發(fā)出冷藏室在上、冷凍室在下的上“熱”下“冷”式電冰箱。這種電冰箱具有三方面的優(yōu)點(diǎn)：其一，增加了用戶使用的方便性。電冰箱在實(shí)際使用中更多的還是往冷藏室存貯食物，冷藏室在下時(shí)存取東西，需要彎腰，非常令人不舒服；其二，冷凍室在下面，化霜水不再對(duì)冷藏室內(nèi)的東西造成污染：其三，冷凍室下置方案利用了冷氣下沉的特點(diǎn)，使負(fù)載溫度回升時(shí)間比一般冰箱延長1倍，減少耗電，節(jié)約能源。

503）移植創(chuàng)新原理移植創(chuàng)新是指吸取、借用某一領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)成果，引用或滲透到其他領(lǐng)域，以變革或改進(jìn)已有事物或開發(fā)新產(chǎn)品。例如，常見的機(jī)床導(dǎo)軌為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。人們?cè)谀Σ撩骈g放置磙子，設(shè)計(jì)出滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。與普通滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)轉(zhuǎn)具有運(yùn)動(dòng)靈敏度高、定位精度高、牽引力小、潤滑系統(tǒng)簡單、維修方便(只需更換滾動(dòng)體)等優(yōu)點(diǎn)。從創(chuàng)新設(shè)計(jì)原理上看，可以認(rèn)為這種新型導(dǎo)軌是推力滾子軸承結(jié)構(gòu)方式的一種移植。

514）物場分析原理所謂物場，是指物質(zhì)與物質(zhì)之間相互作用和相互影響的一種聯(lián)系。世界上的物體本身是不能實(shí)現(xiàn)某種作用的，只有同某種“場”發(fā)生聯(lián)系后才會(huì)產(chǎn)生對(duì)另一物體的作用或承受相應(yīng)的反作用。就科學(xué)領(lǐng)域來說，溫度場、機(jī)械場、聲場、引力場、磁場、電場等等，是物場的具體存在形式。構(gòu)成一個(gè)物場需要三個(gè)要素：兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場。物場分析的基本內(nèi)容是使物場三要素之間的相互作用更為有效，功能更加完整和可靠。

52例如，確定冷凍機(jī)密封檢測方案的。如家用電冰箱中的冷凍機(jī)充滿著氟利昂和潤滑油，如果密封不良，氟利昂和潤滑油都會(huì)外漏。根據(jù)物場形式進(jìn)行分析，在其檢測體系中，“潤滑油”、“氟利昂”是物質(zhì)，但相互之間與場沒有構(gòu)成完整的物場。因此，可將這個(gè)體系補(bǔ)建成非人工檢測泄漏的完全物場體系。具體方法是，將摻有熒光粉的潤滑油注入冷凍機(jī)，在暗室里用紫外光照射冷凍機(jī)，由于密封不嚴(yán)處滲漏出的潤滑油中的熒光粉會(huì)發(fā)光，由此可確定泄漏部位。535）還原創(chuàng)新原理還原創(chuàng)新原理是指創(chuàng)造者回到驅(qū)使人們創(chuàng)造的最基本的出發(fā)點(diǎn)或歸宿，進(jìn)行創(chuàng)新思考的一種創(chuàng)造模式。例如，設(shè)計(jì)新型電風(fēng)扇，無論是臺(tái)扇、吊扇、壁扇，最基本的出發(fā)點(diǎn)都是使周圍空氣急速流動(dòng)。有沒有別的技術(shù)方案能實(shí)現(xiàn)這種功能或物理效應(yīng)呢?有人想到了薄板振動(dòng)的方案。該方案用壓電陶瓷夾持一金屬板，通電后金屬薄報(bào)振蕩，導(dǎo)致空氣加速流動(dòng)。按此思路設(shè)計(jì)的電風(fēng)扇，沒有扇葉，面貌全新，稱為“無扇葉電風(fēng)扇”。與傳統(tǒng)的風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)式電風(fēng)扇相比，具有體積小、重量輕、耗電少和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。

546）價(jià)值優(yōu)化原理把價(jià)值看作某一功能與實(shí)現(xiàn)這一功能所需成本的比，提高產(chǎn)品價(jià)值就是用低成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能。在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)注意從功能分析著手，實(shí)現(xiàn)必要功能，去除多余功能和過剩功能，既滿足用戶需要，又降低成本，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題變?yōu)橛米畹统杀鞠蛴脩籼峁┍匾δ艿膯栴}，即創(chuàng)造具有高價(jià)值的產(chǎn)品。例如，英國庫特公司的設(shè)計(jì)人員曾開發(fā)一種新型百葉窗，要求產(chǎn)品既能防止雨水打入，又可使室內(nèi)空氣流通。設(shè)計(jì)者通過價(jià)值分析，改變了用料多、造價(jià)高的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，而采用了允許雨水透過百葉窗，再在窗葉后面用凹槽收集，然后通過細(xì)管將雨水排出室外的新設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)的百葉窗，不僅降低了成本，而且便于操作，且能夠延長使用壽命，即功能得到改善。

552、通過改進(jìn)工藝、結(jié)構(gòu)和材料提高性能。例如：由于工藝改進(jìn)，將原來的切削改變?yōu)榘匆簤涸碓O(shè)計(jì)的搓絲機(jī)，生產(chǎn)效率和質(zhì)量都得到很大的提高。圖中的(b)，(c)，(d)都是搓絲機(jī)，工作原理均為按壓，但由于結(jié)構(gòu)不同，性能也不一樣，其中(d)是按行星機(jī)構(gòu)原理制造的行星搓絲機(jī)，使機(jī)器體積最小，生產(chǎn)效率最高。在材料方面，如液晶材料的出現(xiàn)及實(shí)用化，促進(jìn)了鐘表業(yè)的發(fā)展，使鐘表的時(shí)間顯示又多了一條途徑。

56573、增加輔助功能，以滿足使用者需求，如空調(diào)機(jī)增加空氣凈化裝置、手表增加日歷等。機(jī)器更新?lián)Q代的三個(gè)途徑中，第一種實(shí)現(xiàn)起來最困難，但效果卻是最好的，也是最有前途的。二、功能原理設(shè)計(jì)的內(nèi)容功能原理設(shè)計(jì)的內(nèi)容：構(gòu)思能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。功能原理設(shè)計(jì)首先要通過調(diào)查研究，確定符合當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展的明確的功能目標(biāo)，然后進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，尋求新的解法原理，并進(jìn)行原理驗(yàn)證，確定方案及評(píng)價(jià)，最后選擇一種較為合理的方案?，F(xiàn)舉例說明：581、例如，有關(guān)部門需要設(shè)計(jì)肌電假手，要求不很具體，只提出要有能模仿真手抓握物體的假手。經(jīng)分析如能像真手一樣能拿起一個(gè)質(zhì)量約為300g的物體，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的具體功能目標(biāo)如下：①手指應(yīng)能實(shí)現(xiàn)0.5rad／s的抓握運(yùn)動(dòng)速度，以模仿人手的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。②手指觸物后，應(yīng)能產(chǎn)生50N左右的捏緊力，以滿足實(shí)際工作的需要。③所用微型電動(dòng)機(jī)需在假手掌心中放置，故其外徑應(yīng)不大于￠20mm。④傳動(dòng)機(jī)械的效率應(yīng)足夠高，以保證充電電池至少能工作1天。59有了這些量化指標(biāo)，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)就有了明確的目標(biāo)，驗(yàn)收者驗(yàn)收也有了依據(jù)。以上目標(biāo)中具有必須解決的矛盾，即如果保證了運(yùn)動(dòng)速度．捏緊力只有5N而不是50N，若保證了捏緊力50N，運(yùn)動(dòng)速度只有原來的l／10，相當(dāng)于慢動(dòng)作，人們很難接受。所以設(shè)計(jì)出了切換裝置，假手不接觸物品時(shí)保證運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)手指觸摸物品時(shí)，切換裝置工作，運(yùn)動(dòng)速度降下來(這時(shí)也不需要高速度)，捏緊力由5N轉(zhuǎn)換成50N，就可以保證工作要求。

602、例如，對(duì)轎車的總體要求是：安全、環(huán)保、節(jié)能。功能目標(biāo)要求有座位數(shù)、驅(qū)動(dòng)前輪、驅(qū)動(dòng)功率、當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為50r／s時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩、換擋和制動(dòng)形式等。除功能目標(biāo)要求外，用戶還可能提一些最低要求，如某一行駛速度下的最高耗油量，最小的行李箱空間、低溫下安全啟動(dòng)能力。用戶還可能提出一些希望考慮的項(xiàng)目，如車上舒適方便、噪音低等。功能目標(biāo)是必須保證的，而對(duì)于最低要求和希望考慮的項(xiàng)目越能很好地滿足，則這一方案就越有價(jià)值。613、任何一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品功能目標(biāo)確定后，經(jīng)過功能分析和綜合，就要針對(duì)該產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思。例如，設(shè)計(jì)一臺(tái)粉碎機(jī)械，即應(yīng)用機(jī)械力對(duì)固體物料進(jìn)行粉碎作用，使之變?yōu)樾K、細(xì)?；蚍勰┑臋C(jī)械。先要構(gòu)思工作原理，右下圖就是其功能原理設(shè)計(jì)的構(gòu)思示意圖。顯然，進(jìn)行原理性構(gòu)思時(shí)首先要考慮應(yīng)用某種“物理效應(yīng)”(如圖中的擠壓、劈裂、彎曲、研磨、沖擊)，然后利用某種作用原理，如表2-2中的粉碎機(jī)構(gòu)，最后獲得達(dá)到實(shí)現(xiàn)“功能目標(biāo)”的結(jié)果。626364前面提到粉碎的5種“物理效應(yīng)”，前四種屬于使用靜力，后一種是應(yīng)用動(dòng)能。大多數(shù)情況下，物料常在兩種以上的“物理效應(yīng)”綜合作用下被粉碎。物理效應(yīng)的選擇是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細(xì)化程度來選擇的。對(duì)于堅(jiān)硬的物料．應(yīng)采用擠壓、彎曲和劈裂；對(duì)于脆性物料、應(yīng)采用沖擊和劈裂；料塊較大時(shí)，應(yīng)采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時(shí)，則應(yīng)采用沖擊和研磨。

654、再舉洗衣機(jī)的例子。人工洗衣通常用手搓、腳踩、刷子刷、棒槌打、流水沖等方式除去衣物纖維中的污垢。只要使污垢與纖維分離就可以使衣物干凈，因而產(chǎn)生了多種洗衣機(jī)：

如：1）波輪式洗衣機(jī)。用波輪回轉(zhuǎn)形成水流并控制流速和流向達(dá)到洗凈的效果；2）電磁洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)缸內(nèi)裝有四個(gè)帶夾子的洗滌頭，每個(gè)洗滌頭上有一種電磁圈，通電后能在水中發(fā)出每秒2500次微振，這種高頻振蕩使污垢與纖維分離，不僅去污力強(qiáng)，而且比一般洗衣機(jī)節(jié)電75％，節(jié)水50％左右；

663）氣流洗衣機(jī)。它利用空氣泵產(chǎn)生氣泡，氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的能量能提高洗凈度，同時(shí)氣泡可使洗滌劑更好地分解，因此洗滌效果可提高55％，與波輪式洗衣機(jī)相比，它對(duì)衣物的磨損率、洗滌劑的用量和殘留量有大幅度降低；4）冷沸騰洗衣機(jī)。該機(jī)能在幾秒鐘內(nèi)用泵從洗滌桶的上部將空氣抽走，因桶內(nèi)處于高真空狀態(tài)，使水呈沸騰狀，衣物在泡沫旋渦中反復(fù)攪動(dòng)，水在衣物表面產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生爆破力將衣物上的污垢微粒彈開并拋向水面，僅用兩分鐘就能洗凈，由于機(jī)內(nèi)無旋轉(zhuǎn)部件，對(duì)衣物損傷很小，同時(shí)它還無噪音、無振動(dòng)和無污染，且不用任何洗滌劑；

675）噴霧洗衣機(jī)。它是通過水往復(fù)循環(huán)形成的水霧來達(dá)到清洗衣物的目的．水霧是水流在通過洗衣機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的桶壁上密布的小孔時(shí)形成的，這時(shí)水立即被吸走，而桶中的衣物則受到噴霧的清洗；6）超聲波洗衣機(jī)。洗衣槽充滿水，放入衣物后，啟動(dòng)氣泵和超聲波發(fā)生器，衣物上污垢在超聲波作用下由纖維中分離出來，由氣泡帶走。7）漂洗、脫水全部自動(dòng)化的全自動(dòng)化洗衣機(jī)，也稱為智能洗衣機(jī)。該機(jī)由模糊系統(tǒng)控制，其特點(diǎn)是無論洗多少衣物，都可根據(jù)臟污程度自動(dòng)選擇時(shí)間。該產(chǎn)品在排水口安裝了光傳感器，可根據(jù)水的臟度和相飽和時(shí)間判斷出臟污程度和臟跡的性質(zhì)。

688）最近又研制出來仿生搓洗洗衣機(jī)。該機(jī)利用模糊和變頻技術(shù)，能自動(dòng)感知衣物的質(zhì)地、重量和臟污程度，調(diào)節(jié)手形搓洗棒的擺動(dòng)頻率和角度，酷似人手洗衣服的快慢與節(jié)奏，從而達(dá)到手洗一樣的洗衣效果。

總之，尋求作用原理是機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新構(gòu)思的重要階段，這階段要充分利用力學(xué)效應(yīng)，流體效應(yīng)，熱力學(xué)效應(yīng)，動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，聲、光、電、磁等效應(yīng)等，一定能構(gòu)思出先進(jìn)而新穎的作用原理，使新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，讓人們一些潛在的愿望得以實(shí)現(xiàn)。695、已知一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品作用原理，也可以構(gòu)思出不同的產(chǎn)品。例如風(fēng)扇，其功能是產(chǎn)生壓力差。由于壓力差使空氣產(chǎn)生流動(dòng)，吹到人身上時(shí)，人感到?jīng)鏊７治鲲L(fēng)扇的功能和用途還可構(gòu)思出如下相關(guān)產(chǎn)品。(1)風(fēng)扇—→鼓風(fēng)機(jī)．為爐灶送風(fēng)助燃；風(fēng)扇一→抽風(fēng)機(jī)，抽吸廚房的油煙；風(fēng)扇一→吸塵器，吸塵。(2)從調(diào)節(jié)溫度出發(fā)，用壓縮式空調(diào)器，可以調(diào)節(jié)冷熱，其功能比風(fēng)扇還好。(3)改變風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、造型開發(fā)出新產(chǎn)品。改變結(jié)構(gòu)：臺(tái)扇改變?yōu)槁涞厣取⒌跎?、壁扇等；改變?cè)煨停簣A形、方形、動(dòng)物造型等。(4)增大或減小，設(shè)計(jì)大型工業(yè)排風(fēng)扇；蚊帳內(nèi)的小吊扇。(5)多速風(fēng)扇代替單速風(fēng)扇。(6)改變運(yùn)動(dòng)形式。送風(fēng)：普通風(fēng)扇，外罩不轉(zhuǎn)，葉片轉(zhuǎn)；鴻運(yùn)風(fēng)扇，葉片不轉(zhuǎn)，外罩轉(zhuǎn)。706、產(chǎn)品銷售量與功能原理設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用區(qū)域越廣，銷量就越大。一機(jī)多用使銷量也能增加。增加輔助功能，也能擴(kuò)大銷量。因此，在進(jìn)行功能原理設(shè)計(jì)時(shí)就要把這些因素考慮進(jìn)去。為擴(kuò)大產(chǎn)品的銷量在功能原理設(shè)計(jì)時(shí)可考慮以下方面：1)適用性改變不同的地區(qū)和民族，氣候、經(jīng)濟(jì)和資源都可能不同，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)就要針對(duì)不同條件開發(fā)不同產(chǎn)品，或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要有所變化。例如轎車，在寒帶散熱器的工作能力能得到滿足，到了熱帶就滿足不了要求，在功能原理設(shè)計(jì)階段就要考慮進(jìn)去，使產(chǎn)品適用于地球的任何一個(gè)地區(qū)；又如開發(fā)出的掃雷機(jī)，既要適用于寒帶疏松的雪，也要適用于溫帶的半融冰雪。汽車駕駛員的座位，因國家和地區(qū)左、右側(cè)通行不同而分為右座位和左座位等?？傊?，設(shè)計(jì)方案要適用于需求。712)開發(fā)新用途開發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品的同時(shí)在原理構(gòu)思階段就要考慮一機(jī)多用，使產(chǎn)品具備多種功能。如小型拖拉機(jī)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)耕作也可牽引運(yùn)貨，再如平衡重式叉車(如圖所示)，更換屬具后就可在多種條件下工作。如圖所示，屬具共有30多種，可見設(shè)計(jì)出一臺(tái)叉車，只是更換一個(gè)工作頭，就組成了另一臺(tái)新設(shè)備，而且更換屬具又很方便，這樣擴(kuò)大了產(chǎn)品的銷售。(3)增添附加功能其目的是拓寬使用面．如手表加血壓計(jì)，空調(diào)機(jī)加換氣裝置，新式木工機(jī)床等

727374第四節(jié)機(jī)械的分類

一、功能原理設(shè)計(jì)的兩個(gè)工作特點(diǎn)如下；1、功能原理設(shè)計(jì)是一種綜合，綜合是不可能有任何定法可循的。分析和綜合是兩種個(gè)同的科學(xué)方法；分析可以按某些既定的方法按步進(jìn)行，而綜合則是“有法而無定法”，即不可能只要按某種“方法”去做就一定能得到某種好的解法。2、功能原理設(shè)計(jì)所要求解的問題是有多解的問題，即既不是只有唯一解，也不是絕對(duì)無解，而且也很難得到絕對(duì)理想的解。一般來說．在構(gòu)思階段．應(yīng)盡可能多地搜索各種可能的解法，以便在眾多可能的解法中選出較滿意的解法來。75二、按功能來進(jìn)行分類，可分為：工藝類機(jī)械和非工藝類機(jī)械兩大類。1、對(duì)物料進(jìn)行工藝性加工的機(jī)械屬于工藝類機(jī)械，這類機(jī)械具有專用的工作頭，如軋鋼機(jī)的軋輥、孔型，切削機(jī)床的刀具，電鋸的鋸條等．并用工作頭對(duì)相應(yīng)的物料進(jìn)行工藝性加工。工藝類的機(jī)械包括：金屬冷加工設(shè)備、金屬熱加工設(shè)備、礦石破碎機(jī)械、礦石粉磨機(jī)械、食品機(jī)械、橡膠機(jī)械，木工機(jī)械等。2、非工藝類機(jī)械則不對(duì)任何物料進(jìn)行工藝性加工，只是實(shí)現(xiàn)某種需求的功能。非工藝類機(jī)械包括：交通運(yùn)輸機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械，各類閥門、泵、壓力容器等。76三、按技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分類：綜合運(yùn)用機(jī)、光、電、磁、熱、化……各種“廣義物理效應(yīng)”（非純機(jī)械）去實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作功能和工藝功能。為區(qū)別純機(jī)械的功能原理，我們把它總稱為“綜合技術(shù)功能”。從它所完成的功能來說，實(shí)際上仍是動(dòng)作功能或工藝功能，但其技術(shù)手段卻是廣義的物理效應(yīng)。在激烈的產(chǎn)品競爭中，出現(xiàn)了一種有力的競爭武器，就是所謂的“關(guān)鍵技術(shù)”或叫做“KnowHow”。它是作為某個(gè)企業(yè)或部門獨(dú)有的技術(shù)，暫時(shí)還沒有被別人掌握．因此該企業(yè)的產(chǎn)品在這一方面占有待殊的優(yōu)勢。這種技術(shù)可能是動(dòng)作功能，可能是工藝功能，而且很有可能也是采用“廣義物理效應(yīng)”的綜合技術(shù)功能，只是因?yàn)樗诟偁幹械某质獾匚?，才把它列為—種功能，叫“關(guān)鍵技術(shù)功能”。77第五節(jié)兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路動(dòng)作功能是指那些只完成動(dòng)作，不同時(shí)進(jìn)行對(duì)物體的加工的功能，屬于非工藝類機(jī)械。按其是否是一次性動(dòng)作，還是進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)可分為“簡單動(dòng)作功能”和“復(fù)雜動(dòng)作功能”兩類。78一、簡單動(dòng)作功能簡單動(dòng)作功能是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有特殊幾何形狀的構(gòu)件組成，利用它們形體上的特征．可以實(shí)現(xiàn)互相運(yùn)動(dòng)或鎖合的動(dòng)作。如：帶軸的輪子，人類十大發(fā)明之一的拉鏈。7980總結(jié)：在進(jìn)行功能原理設(shè)計(jì)創(chuàng)造時(shí)，沒有什么簡易的“辦法”可循。因?yàn)樵O(shè)計(jì)是“綜合”，而“綜合”是沒有確定的方法的，即使有某些參考的方法可作輔助，也不一定能取得合理的結(jié)果。所謂“有法而無定法”就是設(shè)計(jì)創(chuàng)造的特點(diǎn)，最實(shí)際的辦法，就是多看優(yōu)秀設(shè)計(jì)實(shí)例，多作基礎(chǔ)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，在正確的指導(dǎo)性思路的引導(dǎo)下，才有可能取得某一個(gè)合理的設(shè)計(jì)成果。81二、復(fù)雜動(dòng)作功能這類功能以采用常用基本機(jī)構(gòu)為主．其設(shè)計(jì)已有很成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)。盡管這類功能原理要實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的功能目標(biāo)，設(shè)計(jì)起來并非毫無困難，但是比起“簡單動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)來．還是要容易得多，因?yàn)樗吘贡蝗藗冄芯康孟喈?dāng)透徹了。顯然、“復(fù)雜動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)求解思路應(yīng)該是基本機(jī)構(gòu)組合法。在機(jī)械原理課程中介紹了這些基本機(jī)構(gòu)。如：齒輪、齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、鉸鏈機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等.82舉例：人類利用這些基本機(jī)構(gòu)．不僅用來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的傳動(dòng)，而且利用它們實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡。例如圖3—18所示的硬幣機(jī)的卷邊功能系統(tǒng)所采用的一組六桿機(jī)構(gòu)、它既要使上鉤的位置能隨包卷紙的寬度而變，而且能使上、下鉤同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱的包卷動(dòng)作，它是由凸輪、一套平行四桿機(jī)構(gòu)和一套反四桿機(jī)構(gòu)組合而成的。83

特別應(yīng)該指出的是在現(xiàn)代很多所謂“機(jī)電一體化’’的機(jī)器中，仍大量采用基本機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞。并不因?yàn)橛辛薈PU和各種電子控制裝置而不再采用基本機(jī)構(gòu)了。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)最可靠的手段還是機(jī)構(gòu)而不是什么電子裝置。即使最典型的辦公自動(dòng)化機(jī)器—復(fù)印機(jī)：仍大量采用各種基本機(jī)構(gòu)．因?yàn)樗枰獙?shí)現(xiàn)大量的運(yùn)動(dòng)?？偨Y(jié)上述兩類動(dòng)作功能，無論是簡單動(dòng)作功能還是復(fù)雜動(dòng)作功能，都是純機(jī)械的功能。它們的基本特點(diǎn)是“以形體來實(shí)現(xiàn)功能”。這個(gè)特征使機(jī)械實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能的方式變化無窮。84第六節(jié)工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路一、工藝功能的含義工藝類機(jī)器是對(duì)被加工對(duì)象(某種物料)實(shí)施某種加工工藝的裝置，其中必定有—個(gè)工作頭〔如機(jī)床的刀具、挖掘機(jī)的挖斗等〕，用這個(gè)動(dòng)作頭去完成對(duì)工作對(duì)象的加工處理。在這里，工件頭和工作對(duì)象相互配合，實(shí)現(xiàn)一種功能，叫做“工藝功能”，這里“工藝”是指加工“工藝”。工藝功能考慮的兩個(gè)重要因素:一是采用哪種工藝方法，二是工作頭采用什么形狀和動(dòng)作，而歸根結(jié)底是確定工作頭的形狀和動(dòng)作。工藝功能的特點(diǎn)是：工作頭的形狀、運(yùn)動(dòng)方式和作用場是完成工藝功能的三個(gè)主要因素。85舉例：1、人類所發(fā)明的最古老的工藝功能可能是石器時(shí)代的刮削器．能實(shí)現(xiàn)刮削工藝、耕地的犁也是工藝功能的一種典型，犁頭的工作面是—種復(fù)雜的空間曲面(圖：3—19）．它能把泥土犁起，翻過來扣在犁溝邊上。862、絞肉機(jī)絞碎的工藝方法：通過螺旋輸送能強(qiáng)迫肉塊通過絞刀孔，由刀片把擠出刀孔的肉絞碎。873、水刀的工作原理：能夠噴出大約三倍于音速的水流,可以切割各種非金屬的物質(zhì),或者做各種表面的特殊處理。形成高速射流,在利用高速射流來切割物體。

884、例如目前市場上出現(xiàn)的家用切碎機(jī)(見圖3—22)，其工作頭的形狀、工作方式先全不同于老式的絞肉機(jī)．特別是它的兩把刀子的形狀和姿勢的設(shè)計(jì)很有特色，它保證了被切的肉或菜能被均勻切碎。89二、物一場分析法物一場分析法(S-Field法)：作為求解工藝功能的很有效的思路。S——對(duì)象或物體(Substance)。主體(S1)，客體(S2)F——場，這不單指某種物理場，而是廣義地指S1向S2作用時(shí)發(fā)出的力、運(yùn)動(dòng)、電磁、熱、光……一切作用場。這個(gè)方法的基礎(chǔ)是對(duì)“最小技術(shù)系統(tǒng)”的理解和分析：在任何一個(gè)最小技術(shù)系統(tǒng)中，至少有一個(gè)主體(S1)，一個(gè)客體(S2)和一個(gè)場(F)。缺一即不可能發(fā)生技術(shù)作用。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的S—Field模型的形式如圖3—23所示，即S1通過F作用于S2。90用S—Field模式探求工藝功能的原理解法:基本的方法是尋求合理的F和S、，此外還可以通過“完善”、“增加’’和“‘變換”的方法來尋求新的解法。1、F和S1搜尋例如：為了完成修剪草地的任務(wù)．如何構(gòu)思剪草機(jī)的工作原理呢?在這個(gè)問題里，S2是草地上的草。剩下的問題是尋找合適的F和S1了。91首先要尋找各種可能被利用的F并加以分析和比較：拉力——可以拉斷草，但無法控制被拉斷的草的高度，無法使草地整齊。割斷力——像農(nóng)夫割麥一樣，需要握住草的上部才能割斷。剪斷力——利用剪刀刃合攏，可以剪斷。顯然，人們常常選擇剪斷力作為理想的F，當(dāng)然S1就只能是剪刀922．完善原設(shè)計(jì)中有時(shí)出現(xiàn)缺少F或S1的情況并因此而造成功能不良的后果。應(yīng)該通過補(bǔ)全F或S1的措施來使S—Field模式完善化。例如制造平板玻璃的方法，以前一直采用“垂直引上法”(見圖3—24)。這種方法是把半沉體的破璃從熔池中不斷向上引，開始時(shí)通過軋輥控制厚度，以后邊向上引邊凝固。這種方法制造出的玻璃表面總是有波紋并且厚度不均勻。如果用S—Field分析法來分析，可以看出，在整個(gè)工藝過程中，玻璃S2在凝固前大部分時(shí)間中缺少F和S1(重力無積極效果，不看作為F)。近年來出現(xiàn)了一種新工藝；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。93這樣制成的平板玻璃不但厚薄均勻，而且沒有波紋，這就是“浮法”制造平面玻璃的功能原理解法。顯然，浮法工藝是補(bǔ)充了低熔點(diǎn)合金的液面作為S1，又利用該合金液體的表面張力作為一種特殊的力場F、既俘起了玻璃又使玻璃表面保持水平、光滑、均增。94普通平板玻璃與浮法玻璃都是平板玻璃。只是生產(chǎn)工藝、品質(zhì)上不同。

普通平板玻璃是用石英砂巖粉、硅砂、鉀化石、純堿、芒硝等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，通過垂直引上法或平拉法、壓延法生產(chǎn)出來的透明五色的平板玻璃。普通平板玻璃按外觀質(zhì)量分為特選品、一等品、二等品三類。按厚度分為2、3、4、5、6mm五種。

浮法玻璃是用海沙、石英砂巖粉、純堿、白云石等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，玻璃液從池窯連續(xù)流至并浮在金屬液面上，攤成厚度均勻平整、經(jīng)火拋光的玻璃帶，冷卻硬化后脫離金屬液，再經(jīng)退火切割而成的透明五色平板玻璃。玻璃表面特別平整光滑、厚度非常均勻，光學(xué)畸變很小的特點(diǎn)。浮法玻璃按外觀質(zhì)量分為優(yōu)等品、一級(jí)品、合格品三類。按厚度分為3、4、5、6、8、10、12mm七種。953．增加一個(gè)最小技術(shù)系統(tǒng)至少應(yīng)具有S1、S2和F，但有時(shí)還應(yīng)輔以S’1和F’，才能更好地完成希望實(shí)現(xiàn)的功能。例如，在金屬切削過程中，工件是S2，刀具是S1，切削力是F，如果加入另一種物質(zhì)S’l(切削液)，切削工藝過程就會(huì)變得更好，工件的表面粗糙度會(huì)降低，切削速度也能提高，S’l的存在實(shí)際上還附加了另一種物理場F’，這就是分子吸附膜，這層分子膜使得刀具和工件表面之間的摩擦得到改善，同時(shí)還起冷卻作用。于是．S—F模式變?yōu)槿鐖D3—25所示。這種模式在很多工藝功能中幾乎都可以采用并會(huì)取得好的效果。964．變換對(duì)已有工藝功能解法中的S1和F進(jìn)行分析后，常?？梢园l(fā)現(xiàn)它們并非是不可替換的。有時(shí)通過變換可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的好效果。97例如前面提到的剪草機(jī)原理。是否有別的東西可以代替剪切力F和剪刀S1呢?雜技演員在舞臺(tái)上用鞭子可以把報(bào)紙抽斷，這提示人們，即使不用刀，用軟的物體也可以切斷某些物體，只要有足夠高速度就行。于是一種新型的割草機(jī)就產(chǎn)生了。它的原理特別簡單(見圖3-26)。用一根高速旋轉(zhuǎn)的尼龍線(直徑約2mm)，就可以又快又好地來修剪草地了。這時(shí)．S1是一條尼龍線，F(xiàn)則是高速抽打的“抽擊力”。這種變換產(chǎn)生了更為理想的效果。98電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣，都是基于電極間脈沖放電時(shí)的電火花腐蝕原理，實(shí)現(xiàn)零部件的加工。所不同的是，電火花線切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲(鉬絲或銅絲)作為工具電極，工件按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，“切割”出所需的各種尺寸和形狀。如圖：99100每次電火花腐蝕的微觀過程是電力、熱力、磁力、流體動(dòng)力等綜合作用的過程。大致可分為四個(gè)階段：極間介質(zhì)的擊穿形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；蝕除產(chǎn)物的拋出；間隙介質(zhì)消電離。101人們也許立刻就會(huì)聯(lián)想到用高壓水噴射可以切割木材、鋼板、布料…。人類生活在這個(gè)世界上，就注定要改造這個(gè)世界，工藝功能是改造這個(gè)世界的主要手段。國此對(duì)工藝功能的研究，對(duì)我們有著重要的意義?，F(xiàn)在人類已經(jīng)開始學(xué)會(huì)利用各種廣義的物理效應(yīng)。這就為工藝工能提供了更多的可利用的“場”，就有可能創(chuàng)造出更多更好的工藝功能來。102第七節(jié)關(guān)鍵技術(shù)功能、綜合技術(shù)功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路1、這兩種功能成了時(shí)代發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的象征：2、這兩種功能所實(shí)現(xiàn)的還是動(dòng)作和工藝兩種基本功能，不過技術(shù)上更難、更高、更持殊而已。一、關(guān)鍵技術(shù)功能沒有關(guān)鍵技術(shù)和KnowHow(技術(shù)訣竅)的產(chǎn)品，在激烈的競爭中，難以在市場上占有一席之地。對(duì)于現(xiàn)代設(shè)計(jì)人員來說，不懂得關(guān)鍵技術(shù)功能也就等于不懂得現(xiàn)代設(shè)計(jì)。1031、產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)主要與以下幾個(gè)方面有關(guān)：1)材料：例如高強(qiáng)度、高耐磨性、特殊的潤滑油、特殊輕質(zhì)材料(例如復(fù)合材料)、特殊物理性能要求等。2)制造工藝：高精度、小的表面粗糙度、高的熱處理要求……。例如在汽車制造中的2mm工程，要保證汽車外殼所有縫隙都小于2mm，美國就把它作為一個(gè)重大的關(guān)鍵技術(shù)難題組織攻關(guān)，高的制造水平將直接影響產(chǎn)品性能的技術(shù)指標(biāo)．例如免維護(hù)性和使用壽命等技術(shù)性能的提高。

1043)設(shè)計(jì)：通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特殊的功能原理，尤其是實(shí)現(xiàn)以前從未有人實(shí)現(xiàn)過的功能或是比別人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能更好的功能水平。例如，當(dāng)前在噴墨打印機(jī)中的噴墨技術(shù)，就是一種關(guān)鍵技術(shù)功能。日本Canon采用汽化噴墨的功能原理，而另一家日本公司Epson則采用壓電噴墨技術(shù)。下面兩個(gè)例子可以很好地體現(xiàn)由設(shè)計(jì)解決的關(guān)鍵技術(shù)功能。例如。在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的初期．為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的精密定位和精密進(jìn)給(每步0.01mm)，必須使傳動(dòng)絲杠和工作臺(tái)導(dǎo)軌的摩擦阻力盡最小。于是滾珠絲杠和靜壓導(dǎo)軌成了關(guān)鍵技術(shù)。105又例如，在肌電控制假手的研制中，用常規(guī)技術(shù)所設(shè)計(jì)的手指開合機(jī)構(gòu)，其指端捏緊力只能達(dá)到5N左右(見圖3—27)，連系鞋帶時(shí)捏緊鞋帶的力量都個(gè)夠。為此。需要在保持手指合理的運(yùn)動(dòng)角速度(約o5rad／s)的前提下，使指端捏力提高到50N左右(即提高10倍)，這個(gè)問題能否解決，決定了這種肌電假手是否有實(shí)用價(jià)值。這就是它的關(guān)鍵技術(shù)。2、關(guān)鍵技術(shù)的求解思路：運(yùn)用“技術(shù)矛盾分析法”106思路：在傳動(dòng)路線上再串接一套減速比i2＝10的減速裝置，然后通過兩個(gè)聯(lián)動(dòng)的切換開關(guān)來操作；切換開關(guān)的動(dòng)作是自動(dòng)的，是由手指觸到物體后的反饋力來控制的。圖3-28表示了用兩個(gè)超越離合器組成的切換開關(guān)。切換機(jī)構(gòu)上的兩對(duì)銷子去撥動(dòng)超越離臺(tái)器的滾柱，實(shí)現(xiàn)切換功能。被接通的離合器帶動(dòng)其中一對(duì)銷子，將運(yùn)動(dòng)和力經(jīng)切換機(jī)構(gòu)傳至輸出軸上。切換機(jī)構(gòu)的開合則由輸出軸所受阻力矩的大小所控制。107如果從不同的角度分析技術(shù)矛盾，則可以得到不同的分析結(jié)果，并可導(dǎo)出另一些解法。仍以假手為例，人們也可以認(rèn)為主要矛盾是電動(dòng)機(jī)體積和輸出力矩之間的矛盾。研制一種大力矩的微型電動(dòng)機(jī)就是一種求解的途徑。從動(dòng)力學(xué)的角度來看，如果系統(tǒng)有足夠大的存儲(chǔ)能量的飛輪，那么也可以達(dá)到增大指端捏緊力的目的(如同沖床飛輪效應(yīng)那樣)。技術(shù)矛盾分析法的作用并不是直接給出解法，而是幫助人們找出可能解決問題的途徑，1083、可以歸納出關(guān)鍵技術(shù)功能的特點(diǎn)：由于特殊的工作條件(約束)或特殊的使用要求，用常規(guī)技術(shù)或已有技術(shù)難以達(dá)到的技術(shù)難點(diǎn)，或是別人目前尚難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)高度、總的來說它的技術(shù)要求高，而解決的方法也往往是出奇制勝。109二、綜合技術(shù)功能1、動(dòng)作功能：實(shí)際上大量存在一些非機(jī)械方式獲得動(dòng)作的情況。例如．飛機(jī)在空氣中飛起來，是靠空氣動(dòng)力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)的，螺旋槳旋轉(zhuǎn)能推動(dòng)輪船前進(jìn)，是流體力學(xué)的原理．內(nèi)燃機(jī)能轉(zhuǎn)動(dòng)．電動(dòng)機(jī)能轉(zhuǎn)動(dòng)也是依靠熱力學(xué)和電磁學(xué)的原理實(shí)現(xiàn)的?？梢姡瑒?dòng)作功能可以不用純機(jī)械的方式來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，用光、電、磁、液、熱、氣、生、化等原理都可以實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)作功能，甚至在某些場合，比純機(jī)械的方式還要好。110例如：有一種高速平面電機(jī)式自動(dòng)繪圖機(jī)，帶有畫筆的驅(qū)動(dòng)頭懸掛在定子臺(tái)面的下面(見圖3—29)，驅(qū)動(dòng)頭本身相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，它靠定子表面上的磁極的磁力的作用而運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用磁力使其能懸掛在“天花板”上。為了使驅(qū)動(dòng)頭在天花板上高速移動(dòng)時(shí)阻力小，還應(yīng)用了氣浮導(dǎo)軌的原理；在貼合面間吹入壓縮空氣并形成氣墊。使驅(qū)動(dòng)頭在高速移動(dòng)時(shí)幾乎沒有摩擦阻力。這種驅(qū)動(dòng)頭的功能，就是典型的綜合技術(shù)功能。111又例如精密定位工作臺(tái)，采用激光測距，用計(jì)算機(jī)控制運(yùn)動(dòng)規(guī)律，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，這是典型的機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)然也屬于綜合技術(shù)功能。2、工藝功能：非機(jī)械的工作頭例如，過去連桿頭加工中的別分工藝是用切削加工方法進(jìn)行的(見圖3-30)，而現(xiàn)在有一種工藝是采用爆炸斷開的工藝，在可控的條件下爆炸．連桿頭斷開的位置正好在中間．?dāng)嗝婀鉂崳睾闲院?，不但效率高．而且連桿孔幾何精度仍然保持得很好。1121133、綜合技術(shù)功能的特點(diǎn)：在某些特定的條件下、采用廣義物理效應(yīng)．有可能實(shí)現(xiàn)比純機(jī)械方法更好的動(dòng)作或工藝功能。顯然這里我們并不強(qiáng)調(diào)全部可以代替純機(jī)械功能，因?yàn)橛性S多場合純機(jī)械的動(dòng)作和工藝功能還是特別簡單可靠的，沒有必要用更復(fù)雜的廣義物理效應(yīng)去代替。4、綜合技術(shù)功能的求解思路是：物理效應(yīng)引入法：指的物理效應(yīng)是一種廣義的概念如：運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)方面的各種物理效應(yīng)．熱脹冷縮、電磁效應(yīng)、光電效應(yīng)、流體效應(yīng)均可在求解時(shí)引入。例如：利用熱脹冷縮的效應(yīng)使雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形，用來作電流的過載保護(hù)器、調(diào)溫電器的溫控開關(guān)。114在人工臟器的設(shè)計(jì)中，需要一種微型液體泵來幫助體液循環(huán)。以前這種泵都是用微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)微型機(jī)械泵來工作的。由于存在磨損等機(jī)械問題，效果不理想。有一位生物醫(yī)學(xué)專家想出了用金屬的熱膨脹效應(yīng)來做體液泵，效果很理想。用石英晶體振蕩器控制的電磁擺來代替機(jī)械游絲擺制成的石英電子鐘表，也是運(yùn)用物理效應(yīng)引入法的很典型的例子。在潤滑油中添加某些成分，就有可能使這種油在高壓或電場中產(chǎn)生特殊的性能(如粘性變大等)．在機(jī)械傳動(dòng)中已經(jīng)在利用這些新效應(yīng)。近年出現(xiàn)的“機(jī)電一體化”或“機(jī)械電子學(xué)”，就是引入微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)物，它是物理效應(yīng)引入法中一個(gè)較突出的成功的例子。115116117118廣義的物理效應(yīng)包括光、電磁、流體、甚至化學(xué)效應(yīng)等很多方面，不僅很多現(xiàn)在已知的效應(yīng)可供利用，而且還有更多新的正在被發(fā)現(xiàn)中的效應(yīng)和大量的派生效應(yīng)將可利用。可見．物理效應(yīng)引入法的求解途徑在功能原理求解中是一個(gè)非常重要、大有前途的途徑。119第八節(jié)功能原理設(shè)計(jì)的工作要點(diǎn)功能原理設(shè)計(jì)是在創(chuàng)意確定之后，進(jìn)一步去實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意階段所提出的功能目標(biāo)。因此它的工作重點(diǎn)是構(gòu)思和創(chuàng)造，以及隨后的原理驗(yàn)證和表達(dá)。功能原理設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)新過程，但這種創(chuàng)新決不能像求解數(shù)學(xué)難題那樣只是冥思苦想，而應(yīng)該做一些切切實(shí)實(shí)的實(shí)際工作，考慮一些必須注意的問題。主要可以歸結(jié)為以下一些工作要點(diǎn)。1201．明確所要設(shè)計(jì)的任務(wù)的功能目標(biāo)，提出具體問題例如：有關(guān)部門需要設(shè)計(jì)肌電假手，要求不很具體，只提出要有能模仿真手抓握物體的假手。經(jīng)分析如能像真手一樣能拿起一個(gè)質(zhì)量約為300g的物體，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的具體功能目標(biāo)如下：①手指應(yīng)能實(shí)現(xiàn)0.5rad／s的抓握運(yùn)動(dòng)速度，以模仿人手的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。②手指觸物后，應(yīng)能產(chǎn)生50N左右的捏緊力，以滿足實(shí)際工作的需要。③所用微型電動(dòng)機(jī)需在假手掌心中放置，故其外徑應(yīng)不大于￠20mm。④傳動(dòng)機(jī)械的效率應(yīng)足夠高，以保證充電電池至少能工作1天。1212．調(diào)查、分析已有的解法原理，供設(shè)計(jì)時(shí)參考調(diào)查和分析已有的解法原理對(duì)于啟發(fā)思路是十分重要和有益的。已有技術(shù)一方面反映了別人的構(gòu)思和實(shí)踐的結(jié)晶；另一方面也提供了分析、比較的對(duì)象，使設(shè)計(jì)者能在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出更新、更巧妙的構(gòu)思來。1223．進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思、尋求更合理的解法原理設(shè)計(jì)者應(yīng)該有一個(gè)信念：現(xiàn)有的產(chǎn)品決不是頂峰，肯定還會(huì)有更好的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。要爭取由自己推出新一代的創(chuàng)新產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者應(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”。例如，有人設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式的“功率增大器”，認(rèn)為能把小功率輸入變?yōu)榇蠊β瘦敵?，他采用了一種特殊的行星齒輪傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)他的理想。當(dāng)然，他所作的原理設(shè)計(jì)中存在著基本力學(xué)知識(shí)上的錯(cuò)誤。1234．初步預(yù)想實(shí)用化的可能性大量例子說明一個(gè)好的原理構(gòu)思最后不能成為產(chǎn)品。在專利文獻(xiàn)中有大量的專利都沒有能夠成為有用的技術(shù)。其中部分的原因就是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、材料和工藝問題無法得到合理的解決。這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時(shí)要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題。5．認(rèn)真進(jìn)行原理性試驗(yàn)這是功能原理設(shè)計(jì)階段的最后一步，也是最重要的一步。在進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思時(shí)，盡管反復(fù)檢驗(yàn)過他的發(fā)明原理．但是實(shí)際做一下試驗(yàn)，往往會(huì)出現(xiàn)意想不到的問題。例如在假手的原理試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生手指捏緊后的反彈松脫現(xiàn)象，令人百思不得其解，不知是何原因。后來才弄清楚，這是在切換時(shí)有一瞬間出現(xiàn)了兩個(gè)離合器同時(shí)處于脫開的狀態(tài)．使得手指失控，造成反彈松脫。找到了原因，才采取了相應(yīng)的措施，解決了上述反彈問題。1246．評(píng)價(jià)、對(duì)比、決策必須要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)比，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的對(duì)比結(jié)果來做出決策。設(shè)計(jì)工作過程中，有兩項(xiàng)重大決策問題：一是在創(chuàng)意階段，這是決定產(chǎn)品方向的決策。要能判斷5年或10年以后市場所需要的產(chǎn)品二是在構(gòu)思階段，這是決定產(chǎn)品的技術(shù)方向的決策?！獋€(gè)產(chǎn)品可能有兩個(gè)以上的技術(shù)方向，在未來的發(fā)展中有可能出現(xiàn)完全不同的命運(yùn)。例如，不久以前，人們提出了一種創(chuàng)意，就是壁掛式電視，沒有人懷疑這種創(chuàng)意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、物力投入研究、試制。但是隨后出現(xiàn)的功能原理設(shè)計(jì)中，就出現(xiàn)了技術(shù)方向的問題，是用液晶技術(shù)，還是用固體發(fā)光技術(shù)，125哪一種有最好的效果〔屏幕的光亮度、色彩的鮮艷程度以及壽命、省電等等其它性能指標(biāo))。后來又出現(xiàn)了發(fā)光塑料，也許發(fā)光塑料可以比液晶和固體發(fā)光都好?；蛘哌€有一些別的什么可能性，—旦作出決策，開發(fā)出產(chǎn)品就將承受市場的風(fēng)險(xiǎn)。又例如，目前市場上的噴墨打印技術(shù)，也存在兩個(gè)技術(shù)方向的選擇，現(xiàn)在兩個(gè)方向(汽化噴墨和壓電噴墨)正在激烈競爭，最后的勝利將由市場作出判決，只有市場才是決定勝負(fù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因此，在選擇技術(shù)方向的決策中，實(shí)際上不存在方法，只有像象棋大師那樣，用深刻的洞察力、精密地分析比較、超人的預(yù)測能力，最后通過直覺判斷，作出天才的決策。不過任何天才的決策成功率也不可能是100％?？傊?，決定產(chǎn)品方向和技術(shù)方向的決策是一個(gè)非常重要。又是非常困難的問題，千萬不要輕信那些草率的決策，它將帶來災(zāi)難性的后果。126第九節(jié)功能原理設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性問題“創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂”，在激烈的世界性經(jīng)濟(jì)競爭中，產(chǎn)品在市場上的競爭力，很大程度取決于企業(yè)的創(chuàng)新能力。設(shè)計(jì)本身就是創(chuàng)造，創(chuàng)意階段需要?jiǎng)?chuàng)新，而構(gòu)思階段即功能原理設(shè)計(jì)階段更需要?jiǎng)?chuàng)新。一個(gè)設(shè)計(jì)人員是否有較高的創(chuàng)造性素質(zhì)，在很大程度上決定了他工作中的創(chuàng)造性效果。研究證明：有很高智商的人不一定有很高的創(chuàng)造性，而只有一般智商的人卻常常表現(xiàn)出很高的創(chuàng)造才能。一個(gè)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性素質(zhì)首先在于他有沒有強(qiáng)烈的創(chuàng)造意識(shí)(欲望)。但創(chuàng)造意識(shí)只是一種主觀愿望。他還必須要有創(chuàng)造性的知識(shí)基礎(chǔ)、思維方法和對(duì)創(chuàng)造性機(jī)理的認(rèn)識(shí)和理解。最后，也就是最重要的，他還必須要有從事創(chuàng)造實(shí)踐的積極性。堅(jiān)持實(shí)踐。才有可能獲得成功。127一、創(chuàng)造性機(jī)理圖3—32表示了人的創(chuàng)造性本能和影響成功的因素。圖3—33表明了創(chuàng)造性形成的機(jī)理：心理素質(zhì)是核心；知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、能力是基礎(chǔ)；靈活的思維不斷探索方向；實(shí)踐是成功之路；如果在前進(jìn)的道路上遇到了成功的機(jī)會(huì)，就有可能抓住機(jī)會(huì)取得成功。128二、創(chuàng)造性知識(shí)基礎(chǔ)一個(gè)好的設(shè)計(jì)師應(yīng)該具有很廣的知識(shí)面和較堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。為了擴(kuò)大人們?cè)谇蠼膺^程中搜索的眼界，人們編制了一些知識(shí)庫供參考。其中最典型的是德國學(xué)者洛特(Roth)編制的“設(shè)計(jì)目錄”。其中列舉了各種已知的物理效應(yīng)、技術(shù)結(jié)構(gòu)……。有些德國學(xué)者還提出一種系統(tǒng)化(systematic)思想，他們力圖把各種技術(shù)問題的解法分類排序系統(tǒng)地編排成表格，以供設(shè)計(jì)人員查閱。這些都屬于知識(shí)系統(tǒng)化的工作。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說．最寶貴的還是在不斷參加設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐中積累起來的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。特別是那些失敗的經(jīng)驗(yàn)。129三、情緒智商(EmotionalIntelligenceQuotient)這是美國哈佛大學(xué)心理系教授丹尼爾·戈?duì)柭?995年提出的概念。他認(rèn)為一個(gè)人的成功，一般智商只占20％的作用，而情緒智商則占80％的作用，這可以很好解釋那些智商高而沒有成就，而智商一般卻可能有很高成就的現(xiàn)象。所謂情緒智商：是指一種做人的涵養(yǎng)，一種性格的素質(zhì)，一種精神力量，具體表現(xiàn)在處理事物時(shí)能自動(dòng)自發(fā)，能控制情緒，有遠(yuǎn)大目光．有自我認(rèn)識(shí)，待人接物有較好的人際技巧等等。130四、創(chuàng)造性思維規(guī)律創(chuàng)造性的障礙首先是心理上的，其次是思維習(xí)慣上的。人們往往害怕進(jìn)入—個(gè)陌生的領(lǐng)域。擔(dān)心在那些看起來是可笑的想法上進(jìn)行研究；常常會(huì)產(chǎn)生一種習(xí)慣心理：“會(huì)不會(huì)失敗?”；承受不起哪怕是很小的一次失敗，總希望一次就能成功。這些部屬于一種有害的“心理慣性”?？朔@種心理慣性是發(fā)揮創(chuàng)造性的首要問題。思維習(xí)慣上的墨守成規(guī)也是創(chuàng)造性發(fā)揮的重大障礙。為此有必要介紹什么是創(chuàng)造性思維以及其方式和規(guī)律是什么?1．直覺和靈感131直覺(Intuition)是創(chuàng)造性思維的一種重要形式，幾乎沒有任何一種創(chuàng)造性活動(dòng)能離開直覺思維活動(dòng)。直覺和靈感并不是唯心的東西，它的基礎(chǔ)是平時(shí)積累的“思維元素’’和“經(jīng)驗(yàn)”。直覺和靈感不過是它們的升華。由于直覺往往出現(xiàn)在無意識(shí)的思維過程中(如散步時(shí)、睡夢中……)，而不是在集中注意力思維的時(shí)候．因此常常給人們一種“神秘感”。愛因斯坦說：“我相信直覺和靈感”。他還畫了一個(gè)模式圖來描繪直覺產(chǎn)生的機(jī)理。他認(rèn)為直覺起源于創(chuàng)造性的想象，通過反復(fù)的想象和構(gòu)思并激發(fā)起潛意識(shí)，然后就可能在某種環(huán)境條件下升華為直覺或靈感(見圖3—34)。132愛因斯坦生平簡介：現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。1879年3月14日生于德國的烏爾姆，1955年4月18日卒于美國的普林斯頓。

1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)，畢業(yè)后即失業(yè)。在朋友的幫助下，才在瑞士聯(lián)邦專利局找到工作。1905年獲蘇黎世大學(xué)博士學(xué)位。1909年任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授，1911年任布拉格大學(xué)教授，兩年后任德國威廉皇家物理研究所所長、柏林大學(xué)教授，當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1932年受希特勒迫害離開德國,1933年10月定居美國。愛因斯坦在物理學(xué)的許多領(lǐng)域都有貢獻(xiàn)，比如研究毛細(xì)現(xiàn)象、闡明布朗運(yùn)動(dòng)、建立狹義相對(duì)論并推廣為廣義相對(duì)論、提出光的量子概念，并以量子理論完滿地解釋光電效應(yīng)、輻射過程、固體比熱，發(fā)展了量子統(tǒng)計(jì)。并于1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1332．潛意識(shí)有些思維學(xué)家(如弗洛伊德.西格蒙德Freude.Sigmund1856―1939，奧地利醫(yī)生、心理學(xué)家，他是精神分析學(xué)派的創(chuàng)始人。）（《論無意識(shí)》1915)認(rèn)為在人腦的思維活動(dòng)中，存在著無意識(shí)的思維。所謂“無意識(shí)”和“下意識(shí)”的行為就和這種思維活動(dòng)有關(guān)。這些思維學(xué)家強(qiáng)調(diào)“下意識(shí)”的重要性并稱之為“潛意識(shí)”。他們把它看得比有意識(shí)的思考更重要。在他們看來，創(chuàng)造性思維活動(dòng)過程可以分為四個(gè)意識(shí)階段，即有意識(shí)活動(dòng)(準(zhǔn)備)階段——無意識(shí)活動(dòng)(潛伏、醞釀)階段——過渡(產(chǎn)生靈感)階段——有意識(shí)活動(dòng)(發(fā)展、完善)階段。其中第二、三階段就是潛意識(shí)活動(dòng)的過程。1343．形象思維和思維實(shí)驗(yàn)形象思維是指頭腦里產(chǎn)生實(shí)物形象的思維方式，這種形象是介于實(shí)物和抽象概念之間的一種圖形，愛因斯坦認(rèn)為直覺思維必須借助于這種智力圖像。只有這種形象思維才能使人對(duì)空間狀況和變化過程進(jìn)行思維。思維實(shí)驗(yàn)則是指在頭腦里對(duì)所構(gòu)思的過程進(jìn)行模擬性的實(shí)驗(yàn)。愛因斯坦在發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的過程中就做過這樣的思維實(shí)驗(yàn)。上面提到的“智力圖像”正是人們進(jìn)行思維實(shí)驗(yàn)時(shí)的好工具。1354.視覺思維和感覺思維這是一種強(qiáng)化認(rèn)識(shí)．強(qiáng)化聯(lián)想和誘發(fā)靈感的重要手段，都屬于動(dòng)作思維的范疇。視覺的重要性在于它能從形象上修正人們的主觀臆測，從形象上啟發(fā)人的想象力，從而進(jìn)一步引發(fā)人的靈感。建筑學(xué)強(qiáng)調(diào)視覺思維，機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)sketch和模型試驗(yàn)，因?yàn)樗梢詮男蜗笏季S的基礎(chǔ)上，通過視覺和感覺得到更真切的思維判斷。1365想象力發(fā)明創(chuàng)造需要有豐富的想象力。雖然，并不是所有想象得到的東西都能做得到，但是象不到的東西肯定是不會(huì)做到的。人的實(shí)踐可以啟發(fā)想象力，在實(shí)踐中．經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多原來不曾想象到的現(xiàn)象，它補(bǔ)充了人們想象力的不足。有很多發(fā)明創(chuàng)造往往是人們?cè)谀撤N實(shí)踐中受到意外的啟發(fā)．而發(fā)明了另一種東西。

1376．敏感和洞察力創(chuàng)造性思維的一個(gè)重要能力是要善于抓住一瞬即逝的思想火花。一個(gè)好的構(gòu)思，大多數(shù)人往往會(huì)把它輕易放過，只有思想敏感的人才會(huì)抓住它。豐富的知識(shí)和敏銳的洞察力才能使人們不致放過那些偶然出現(xiàn)、一瞬即逝的機(jī)遇。7．聯(lián)想、側(cè)向思維、轉(zhuǎn)移經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造化思維要求“發(fā)散”，盡可能把思維的觸角伸到很多陌生的領(lǐng)域，以探索那些尚未被發(fā)現(xiàn)的、更有前途的解法原理。這類思維方法中最典型的要算“仿生法”。但這只是發(fā)散思維的一個(gè)方面，還應(yīng)向更廣的方向去聯(lián)想。138綜上所述，創(chuàng)造力有五個(gè)要素，即知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、能力、心理素質(zhì)和機(jī)遇，此外，創(chuàng)造力的發(fā)揮，還需要三個(gè)推動(dòng)力，即：創(chuàng)造性欲望、創(chuàng)造性思維、和創(chuàng)造性實(shí)踐。如果一個(gè)人只具備很好的五個(gè)創(chuàng)造力要素，而缺乏三個(gè)推動(dòng)力的話，還是難以作出創(chuàng)造出成果來的。139習(xí)題3—1試構(gòu)思一種采用新的“物理效應(yīng)“作為功能原理的點(diǎn)鈔機(jī)，并用Sketch描述之。3—2試構(gòu)思保險(xiǎn)箱鎖(或別的簡單動(dòng)作功能)的功能原理，并用Sketch描述之。3—3試構(gòu)思汽車安全帶的“動(dòng)感”自動(dòng)鎖緊的功能原理。(說明：帶感——指對(duì)安全帶快速抽動(dòng)敏感；動(dòng)感（或車感)——指對(duì)汽車任何振動(dòng)敏感)3—4試構(gòu)思針式打印機(jī)色帶的單向驅(qū)動(dòng)功能的功能原理。（說明：色帶由打印頭的雙向往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng))3—5試觀察并構(gòu)思“膨化食品”機(jī)工作頭的形狀，并用Sketch圖說明其功能原理1403—6試畫出復(fù)印機(jī)中布墨粉功能的Sketch圖，并說明磁輥和絕緣載體的作用。3—7試對(duì)核反應(yīng)堆控制棒的驅(qū)動(dòng)技術(shù)作矛盾分析：1)該關(guān)鍵技術(shù)的本質(zhì)矛盾是什么?2)水力驅(qū)動(dòng)原理應(yīng)用了什么物理效應(yīng)，與普通液壓（靜壓）方式有何區(qū)別？3)用Sketch法描述水力驅(qū)動(dòng)的功能原理。（說明此題各?？筛鶕?jù)本校熟悉的關(guān)鍵技術(shù)另行出題)3—8試構(gòu)思咖啡壺的功能原理，并用Sketch描述之。3—9請(qǐng)觀察、分析日光燈電路中用什么物理效應(yīng)作成起輝器，畫出電路圖．分析起輝過程3—10試評(píng)中國人的創(chuàng)造力。141第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理的實(shí)現(xiàn)

——機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作功能一、機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)哪些動(dòng)作功能機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)作功能要通過一系列的機(jī)構(gòu)和電氣電子裝置去具體實(shí)現(xiàn)。機(jī)構(gòu)一般能實(shí)現(xiàn)下列各種動(dòng)作功能：1．利用機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)規(guī)律變換的動(dòng)作功能在絕大多數(shù)的機(jī)械中原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)，而機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)是多種多樣的。利用機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式的變換，例如；1)勻速運(yùn)動(dòng)(平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng))與非勻速運(yùn)動(dòng)(平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng))的變換2)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)與間歇式的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)的變換。3）實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡。142143簡諧運(yùn)動(dòng):144曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖為從動(dòng)軸又轉(zhuǎn)又移的蝸輪連桿機(jī)構(gòu)。圖中5為蝸輪箱體，蝸桿4和軸1以滑鍵連接，蝸輪3與桿2鉸接。當(dāng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)蝸輪3又轉(zhuǎn)又移。印刷機(jī)色輥的運(yùn)動(dòng)即用此機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。145非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括雙曲柄機(jī)構(gòu)、非圓齒輪機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿及組合機(jī)構(gòu)等。由于雙曲柄機(jī)構(gòu)和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)均有急回特性，二者并用加強(qiáng)了急回效果，使篩子在運(yùn)動(dòng)時(shí)有較大的加速度。對(duì)于創(chuàng)床用的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、單萬向聯(lián)軸節(jié)機(jī)構(gòu)和反平行四邊機(jī)構(gòu)等均屬于非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。1462．利用機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開關(guān)、聯(lián)鎖和檢測等的動(dòng)作功能開關(guān)、聯(lián)鎖和檢測是自動(dòng)機(jī)中的重要內(nèi)容。檢測機(jī)構(gòu)可以檢查最后的成品也可以檢測中間工序，以自動(dòng)校正與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)間的差異。控制聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的用途則是在機(jī)器工作過程中發(fā)現(xiàn)控制和檢測機(jī)構(gòu)所不能排除的缺陷時(shí)停止或限制機(jī)器的工作。例如：1）用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)離合或開停。2）用來換向、超越和反向止動(dòng)。3）用來實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖、過載保護(hù)、安全制動(dòng)4)實(shí)現(xiàn)鎖止、定位、夾壓等。5)實(shí)現(xiàn)測量、放大、比較、顯示、記錄、運(yùn)算等。147舉例1制動(dòng)機(jī)構(gòu)：制動(dòng)裝置的基本要求是：工作可靠，操作方便，制動(dòng)乎穩(wěn)且時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，磨損?。嵝院谩Ｓ秒妱?dòng)機(jī)起停和換向時(shí)，常采用反接法制動(dòng)。它具有操作方便、制動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。但，反接時(shí)的制動(dòng)電流大，傳動(dòng)系統(tǒng)受的慣性沖擊力也較大。故它只適用于制動(dòng)不頻繁、傳動(dòng)系統(tǒng)慣性較小或電動(dòng)機(jī)功率較小的系統(tǒng)。用離合器進(jìn)行起停或換向時(shí)，必須在傳動(dòng)鏈中安裝制動(dòng)裝置。制動(dòng)器和離合器的操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖。當(dāng)離合器脫開時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)制動(dòng)，接通離合器前。制動(dòng)器必須可靠地放松，以免損壞傳動(dòng)件或造成過大的功率損失。148圖示的曲柄壓力機(jī)只有一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，電機(jī)9通過齒輪副8、7及離合器6帶動(dòng)曲軸4旋轉(zhuǎn)，再通過連桿3使滑塊2在機(jī)身10的導(dǎo)軌中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，操縱桿1使離合器接合或脫開，控制曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或停止。制動(dòng)器5與離合器6的動(dòng)作要協(xié)調(diào)配合：工作前，制動(dòng)器先放松，離合器后接合；停車前，離合器先脫開，制動(dòng)器后接合。149舉例2過載保護(hù)裝置：常用的安全保護(hù)裝置有以下幾種：1．銷釘安全聯(lián)軸器1502．鋼珠安全離合器1511523．摩擦式安全離合器圖示為單圓錐形擦安全離合器。摩擦面由內(nèi)圓錐摩擦盤1和外圓錐面摩擦盤2組成。在彈簧3作用下使兩個(gè)錐面壓緊，由此產(chǎn)生酌摩擦力矩即為該離臺(tái)器允許的輸出轉(zhuǎn)矩。螺母5用來調(diào)整壓緊力。153154舉例3斜楔杠桿式夾持器。1553.利用機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)程序控制或手動(dòng)控制的功能程序控制或手動(dòng)控制是自動(dòng)機(jī)械中不可缺少的一部分，控制的方法很多，用機(jī)構(gòu)來控制的方法就有；1)利用時(shí)間的序列進(jìn)行控制例如圖4-1是一種凸輪程序裝置。它由一系列的微動(dòng)開關(guān)和凸輪組成。凸輪軸由同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。凸輪旋轉(zhuǎn)一周，對(duì)應(yīng)著工件的整個(gè)加工循環(huán)。1562)利用動(dòng)作的序列進(jìn)行控制例如圖4—2是一種利用電磁閥控制液壓缸進(jìn)行工作的順序操作過程。1573)利用運(yùn)動(dòng)的變化等進(jìn)行控制例如圖4-3是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的離心調(diào)速器。158二、選擇機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)功能原理的原則和范圍上面敘述了機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作功能，實(shí)際上。這些功能也完全可以用電氣或電子的原則來實(shí)現(xiàn)。但是在什么情況下選用機(jī)構(gòu)來完成這些功能呢?當(dāng)然首先是要完成設(shè)計(jì)時(shí)提出的功能目標(biāo)。還要考慮到工作可靠，運(yùn)行安全，操作方便，制造和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等等。其中前兩條是必須滿足的，后兩條則在有條件的情況下，盡可能的滿足。根據(jù)目前科學(xué)技術(shù)的條件，下列幾方面的動(dòng)作功能，一般較宜用機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。1．實(shí)現(xiàn)功率性的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式或規(guī)律的變換功能鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)+變速機(jī)構(gòu)1592．實(shí)現(xiàn)固定軌跡或簡單可調(diào)的軌跡功能例如各種自動(dòng)機(jī)上的上、下料，加工、檢測等工序需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，均可全部用機(jī)構(gòu)來完成。對(duì)于復(fù)雜軌跡，采用電子或電氣來控制，但其軌跡功作部分還必須使用機(jī)構(gòu)，如機(jī)器人的手臂、手腕、手爪、計(jì)算機(jī)繪圖儀的繪圖筆的動(dòng)作等。3．在特定條件下能優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)開關(guān)、聯(lián)鎖和檢測等功能如電燈開關(guān)．一般是用機(jī)械式的，但也有觸模式、光電式的開關(guān)，都能安全可靠地完成開關(guān)任務(wù)，至于操作方便和經(jīng)濟(jì)性只能在特定條件下作具體的分析。1604．實(shí)現(xiàn)簡單的固定程序或可變程序的控制功能例如目前很少采用直線電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，但由于超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，磁懸浮技術(shù)的成熟，直線電動(dòng)機(jī)將使用在磁懸浮的高速列車上。電視機(jī)最初出現(xiàn)時(shí)．當(dāng)時(shí)電視頻道少．顯象管屏幕也小，因而廣泛使用安全可靠、操作方便、經(jīng)濟(jì)性好的機(jī)械式頻道變換開關(guān)，但當(dāng)電視機(jī)屏幕的不斷增大，頻道的增多，經(jīng)濟(jì)性好的機(jī)械式頻道變換開關(guān)，愈來愈感到操作的不便而被遙控開關(guān)所取代。但是也應(yīng)看到電子技術(shù)的發(fā)展雖然能控制許多復(fù)雜的自動(dòng)化機(jī)器和設(shè)備，但其本身的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，因而引起可靠性、安全性的下降。例如飛機(jī)上的自動(dòng)導(dǎo)航儀，可以自動(dòng)按給走路線飛行，而不需駕駛員動(dòng)手，但是為了保證絕對(duì)安全可靠，這種飛機(jī)上還是安裝了結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠的手動(dòng)控制裝置。161第二節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一切機(jī)器都包含有四個(gè)部分：動(dòng)力源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制部分。一、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（系統(tǒng)）是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，其類型主要有機(jī)械傳動(dòng)、流體動(dòng)力傳動(dòng)、電力和磁力傳動(dòng)等。原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間組成傳動(dòng)聯(lián)系的一系列傳動(dòng)件稱為傳動(dòng)鏈，所有傳動(dòng)鏈以及它們之間的相互聯(lián)系組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（系統(tǒng)）。主要目的：為了實(shí)現(xiàn)速度或力的變換，或?qū)崿F(xiàn)特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。162作用：是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作機(jī)，以完成預(yù)期的功能。具體內(nèi)容：(1)把原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或增高，以適合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要；(2)實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常變速的要求；(3)把原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩或力；(4）把原動(dòng)機(jī)輸出的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的、其速度按某種規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)或其它類型的運(yùn)動(dòng)；(5)實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不相同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；(6)由于受機(jī)體外形、尺寸的限制，或?yàn)榱税踩筒僮鞣奖悖瑘?zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與原動(dòng)機(jī)直聯(lián)時(shí)，也需要用傳動(dòng)裝置來聯(lián)接。1631、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型變速裝置，啟動(dòng)、停止和換向裝置，制動(dòng)裝置及安全保護(hù)裝置等。1641)變速裝置及其機(jī)構(gòu)1652)啟動(dòng)、停止和換向裝置常用的啟停和換向裝置有兩類：一類是通過按鈕或操縱桿直接控制原動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)啟停和換向，另一類是用離合器實(shí)現(xiàn)啟停和換向。選擇方案時(shí)應(yīng)考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的啟停和換向的頗繁程度、原動(dòng)機(jī)的類型與功率。（1)原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許在負(fù)載下啟動(dòng)，可以正反運(yùn)轉(zhuǎn)，但電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流通常是額定電流的5—7倍，因此在功率大、啟停和換向頻繁的情況下，將導(dǎo)致因發(fā)熱大而縮短電機(jī)的使用壽命，同時(shí)因電流過大影響局部電網(wǎng)的正常供電。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，能簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)。用離合器啟停和換向：中等以上功率且啟停和換向頻繁時(shí)，常采用各種離合器啟動(dòng)和換向。若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度高時(shí)可采用摩擦離合器，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度較低時(shí)可采用剛性的嚙合式離合器。166（2)原動(dòng)機(jī)為內(nèi)燃機(jī)由于內(nèi)燃機(jī)既不能在負(fù)載下啟動(dòng)，也不能反轉(zhuǎn)運(yùn)行，故必須用摩擦離合器或液力偶合器來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要反向時(shí)，應(yīng)在傳動(dòng)鏈中設(shè)置反向機(jī)構(gòu)。離合器啟停和換向舉例：圖示為齒輪—摩擦離合器換向機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理圖，齒輪Z1和Z3均空套在軸I上，摩擦離合器向左接合時(shí)，通過Z2傳動(dòng)軸Ⅱ，摩擦離合器向右接合時(shí)，通過Z0、Z4傳動(dòng)軸Ⅱ、實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，摩擦離合器處于中間位置時(shí)，軸Ⅱ不轉(zhuǎn)。這樣就可實(shí)現(xiàn)軸Ⅱ的啟動(dòng)、停止和換向。167運(yùn)動(dòng)由軸Ⅴ輸入；軸Ⅵ輸出1683)制動(dòng)裝置對(duì)制動(dòng)裝置的基本要求是：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，工作可靠，制動(dòng)平穩(wěn)