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1、机械创新新设计陈陈列柜设设计方案案1陈列列柜的功功用机械创新新设计，是是指设计计者的创创造力得得到充分分发挥，并并设计出出更具竞竞争力的的机械新新产品的的设计实实践活动动，创新新是它的的灵魂。本本陈列柜柜用各种种设计新新颖的机机电产品品或模型型，配合合相应的的图文资资料，介介绍机械械创新设设计的基基本原理理与基本本方法，对对于启迪迪创新思思维，提提高机械械创新意意识与创创新设计计能力具具有重要要的作用用。本陈陈列柜是是机械械创新设设计课课程的“实实物教材材”，是是继“机机械原理理陈列柜柜”和“机机械零件件陈列柜柜”之后后的又一一新型教教学陈列列柜，是是理工科科院校创创建“创创新教育育基地”或或
2、“创新新设计实实验室”不不可缺少少的教学学设备。2方案案设计的的依据与与特点（1）机机械创新新设计陈陈列柜的的内容设设计，以以近3年年出版的的机械原原理、机机械设计计、机械械创新设设计等方方面的国国家级优优秀教材材和国外外高校优优秀教材材为基本本依据，突突出产品品创造技技法、原原理方案案创新、机机构创新新、结构构方案创创新和外外观设计计创新；（2）本本陈列柜柜在19998年年开发的的第一台台“机械械创新设设计陈列列柜”基基本模式式的基础础上，充充分考虑虑即高校校教学改改革的新新需求和和创造品品牌特色色的理念念，进行行全方位位改型设设计。新新方案具具有以下下特点：增加模模型或实实物数量量，精选选
3、富有创创造性的的机电类类新产品品，图文文展示力力求精炼炼；布局局更加科科学合理理；解说说词更具具启发：（3）本本陈列柜柜柜体采采用冷扎扎钢板，国国际流行行设计，更更显高档档美观。3陈列列柜的内内容机械创新新设计陈陈列柜的的陈列内内容见表表1。表1序号柜名陈列内容容1创新设计计概述用火车的的演进（蒸蒸汽机车车内燃燃机车磁悬浮浮列车）模模型说明明机械创创新设计计的目的的、意义义与特点点2创新思维维方式用夹紧装装置的多多样化设设计以及及发动机机的创新新设计（单单缸无曲曲轴式活活塞发动动机、转转子发动动机）说说明发散散思维与与求异思思维3产品创造造技法（11）通过数码码净水机机、新型型水龙头头、缝纫纫
4、机等，介介绍希望望点列举举法与缺缺点列举举法的基基本原理理4产品创造造技法（22）通过如射射钉枪、电电锤、三三头仿生生创造法法、移植植创造法法与组合合创造的的基本原原理5原理方案案创新（11）通过钟表表、打印印机等产产品的原原理方案案多样化化，说明明原理方方案创新新的基本本特点6原理方案案创新（22）通过锁具具、炉具具、鼓风风机原理理方案的的多样化化，说明明原理方方案创新新的基本本特点7机构创新新设计（11）通过机构构组合与与机构变变异说明明机构创创新设计计的基本本途径与与方法机械创新新设计陈陈列柜解说词同学们：大家好好，欢迎迎参观机机械创新新设计陈陈列柜。本本陈列柜柜的基本本内容是是介绍机机
5、械创新新设计的的基本原原理与方方法，目目的在于于提高大大家的创创新设计计能力。第一柜 创新新设计概概述5.1.1 创新设设计源于于实践。陈陈列柜中中所示的的蒸汽机机车、内内燃机车车曾经是是人们创创新设计计的产物物。近些些年出现现的磁悬悬浮列车车，更凝凝聚着创创新设计计的智慧慧之光。传统的列列车必须须通过车车轮与轨轨道接触触才能实实现牵引引运行。这这种机械械接触式式轮轨关关系带来来许多弊弊端，如如摩擦磨磨损严重重，机械械噪声大大，运行行速度难难以大辐辐度提升升。怎样样才能克克服这些些弊端呢呢?有人人破天荒荒地想出出了让列列车悬浮浮空中的的创意。沉沉重的列列车怎样样才能悬悬浮起来来呢?要要解决这这
6、一问题题，不能能不进行行创新设设计。经过人们们的努力力，磁悬悬浮列车车脱颖而而出。它它利用超超导磁体体产生强强磁场，运运动时与与布置在在地面上上的线圈圈相互作作用，产产生电动动斥力，将将列车悬悬浮于空空中约11002000毫米。再再用线性性电机驱驱动，使使列车高高速前进进。磁悬悬浮列车车克服了了传统机机车车辆辆轮轨机机械接触触引起的的弊端，令令人刮目目相看，可可望能成成为211世纪的的新型陆陆上交通通运输工工具。除了磁悬悬浮列车车外，我我们还可可以列举举许多极极富新颖颖性和独独特性的的创新设设计成果果。5.1.2 设计，是是将创意意转化为为技术方方案的过过程，是是建立技技术系统统的第一一道工序
7、序，它对对产品的的技术水水平和经经济效益益起着决决定性的的作用。针针对同一一设计课课题，可可能有不不同的设设计方案案，创新新设计追追求具有有新颖性性、独特特性的技技术方案案。所谓谓机械创创新设计计，是指指设计者者的创造造力得到到充分发发挥，并并设计出出更具竞竞争力的的机械新新产品的的设计实实践活动动，创新新是它的的灵魂。根根据设计计的内容容特点，创创新设计计可分为为开发设设计、变变异设计计和反求求设计等等基本类类型。开发设计计的特点点，是从从产品应应有的功功能出发发，去构构思新的的技术方方案，开开发满足足消费新新需求的的机械新新产品。开开发设计计通常历历程产品品规划、原原理方案案求解，技技术设
8、计计和施工工设计等等阶段。变异设计计，是针针对已有有产品的的缺点或或新的工工作要求求进行的的改进设设计。它它通常针针对基型型产品的的工作原原理、机机构类型型、结构构方式、参参数大小小等进行行一定的的变换或或求异，其其目的在在于使变变异后的的产品更更适应市市场需要要。反求设计计，是针针对已有有的先进进产品或或设计进进行逆向向思考、分分析其关关键技术术，并在在消化、吸吸收的基基础上设设计出同同类型新新产品的的过程。机械创新新设计通通常包括括原理方方案创新新、机构构方案创创新、结结构方案案创新和和外观设设计创新新等活动动。创新新思维和和创造技技法是一一切创新新设计的的方法基基础。第二柜 创新新思维方
9、方式设计，首首先是一一种脑力力劳动。创创新设计计，往往往是创造造性思维维劳动的的结晶。从从事机械械创新设设计，不不仅需要要机械设设计方面面的知识识，而且且需要创创新思维维方式的的支持。创新思维维是一种种突破常常规思维维的逻辑辑通道，用用新思路路去求解解问题的的思维方方式，与与常规思思维相比比，它更更具发散散性和求求异性。因因此，发发散思维维与求异异思维是是创新思思维最基基本的思思维方式式。5.2.1 请先看看弹簧施施力夹紧紧装置创创新设计计的实例例。夹紧紧装置通通常用于于在加工工时夹持持工件，或或者用于于在浮花花压制或或印刷时时施加大大的力量量。第一一个模型型为一个个已有的的弹簧施施力的夹夹紧
10、装置置，它已已获得专专利。从从结构上上看，它它是一个个具有四四个构件件和八个个运动副副的装置置：它有有一个包包含工件件的固定定杆、两两个夹紧紧杆，以以及一个个弹簧；它有四四个转动动副和两两个直接接接触的的高副。一一个设计计者在此此基础上进行行发散思思维和求求异思维维，构思思出多种种可以避避开该专专利的新新方案。这这里示出出了其中中的五个个设计方方案。5.2.2 再看发发动机创创新设计计方面的的两个实实例。内内燃发动动机是常常见的动动力设备备。往复复式活塞塞内燃发发动机的的主体机机构是曲曲柄滑块块机构，在在结构上上离不开开曲轴、活活塞、气气缸等零零部件。在在长期使使用中，人人们发现现它存在在不少
11、技技术矛盾盾，于是是开始了了新型发发动机的的研制，并并获得不不少新成成果，陈陈列柜左左边陈列列的无曲曲轴式活活塞发动动机就是是其中一一种。它它没有曲曲轴，而而是以凸凸轮机构构代替传传统发动动机原有有的曲柄柄滑块机机构。取取消原有有的关键键曲轴，是是创新思思维的体体现，因因为这种种设计可可使零件件数量减减少，结结构简单单，成本本降低。若若将圆柱柱凸轮安安装在发发动机中中心部位位，可在在其周围围设置多多个气缸缸，制成成多缸发发动机。通通过改变变凸轮廊廊形状，可可以改变变输出轴轴转速，达达到减速速增矩的的目的。这这种凸轮轮式无曲曲轴发动动机已应应用于船船舶，重重型机械械，建筑筑机械等等行业。5.2.
12、3 在改进进往复式式发动机机的过程程中，人人们发现现如能直直接将燃燃料的动动力转化化为同转转运动将将是更合合理的途途径。基基于这种种思维，旋旋转式内内燃发动动机的设设计脱颖颖而出。请请大家看看陈列柜柜右边陈陈列的旋旋转式发发动机的的模型。旋旋转式发发动机由由椭圆形形的缸体体、三角角形转子子、行星星齿轮机机构、吸吸气口、排排气口和和火花塞塞等组成成。运转转时同样样有吸气气、压缩缩、燃爆爆作功和和排气等等四个动动作。由由于三角角形转子子有二个个弧面，因因此每转转一周有有三个动动力冲程程。而且且三角形形转子的的每一个个表面与与缸体的的作用相相当于往往复式的的一个活活塞和气气缸，依依次平稳稳连续地地工
13、作。转转子各表表面还兼兼有开闭闭进排气气阀门的的功能，设设计可谓谓匠心独独具。旋转发动动机与传传统的往往复式发发动机相相比，在在输出功功率相同同时，具具有体积积小、重重量轻，噪噪声小、旋旋转速度度范围大大以及结结构简单单等优点点。不过过，在实实用化生生产过程程中还有有许多问问题需要要解决。第三柜 产品品创造技技法(1)机械创新新设计需需要一定定的方法法与技巧巧，设计计者除了了掌握机机械设计计课程介介绍的“专专业性”设设计方法法外，还还应掌握握源自创创造学的的“通用用性”创创造技法法”。创创造技法法较多，我我们首先先介绍希希望点列列举法和和缺点列列举法的的应用。这这两种创创造技法法也常常常配合应
14、应用。5.3.1 现在我我们看到到的是数数码净水水机，它它的开发发设计综综合应用用了希望望点列举举法和缺缺点列举举法。随随着人们们对健康康的关心心，自然然希望能能饮用清清洁卫生生的自来来水。列列举这一一希望，人人们提出出了“净净水机”的的新产品品概念，并并开发出出多种净净水产品品。数码码净水机机则是在在分析已已有净水水产品缺缺点的基基础上，开开发设计计的新型型净水机机。这种种数码净净水机利利用自来来水本身身压力工工作，在在设计上上采用了了最新的的膜分离离技术，高高精度过过滤，更更能有效效滤除自自来水中中的细菌菌、铁锈锈和部分分对人体体有害的的有机物物与金属属，保留留水中有有益矿物物质；能能滤除
15、水水中胶体体，不会会形成水水垢；采采用先进进的数码码技术与与水质监监测技术术，能自自动监测测和控制制用水水水质，自自动报警警，提示示维护，保保证用水水安全与与人身健健康。对于与用用水相关关的水龙龙头，人人们同样样希望它它也能不不断克服服缺点，在在功能与与性能方方面不断断完善。在在对普通通水龙头头进行缺缺点列举举并进行行改进设设计之后后，人们们开发设设计出冷冷热两用用水龙头头、磁心心型水龙龙头、光光电水龙龙头等等等新产品品满足了了人们的的不同的的希望与与需求。5.3.2 再如，缝缝纫机是是一种常常见的轻轻工机械械，在解解人们的的穿衣饰饰着方面面立下了了汗马功功劳。尽尽管它诞诞生已有有多年历历史，
16、但但并不意意味着它它在技术术上已尽尽善尽美美，在功功能与性性能方面面已能完完全满足足人们的的希望。缝缝纫机的的更新换换代是个个有目共共睹的事事实。就就缝纫机机机头来来说，当当人们发发现挑线线机构采采用凸轮轮机构而而磨损严严重、噪噪声较大大的缺点点后，便便改进设设计，用用连杆机机构取而而代之。传传统的缝缝纫机是是用人力力驱动的的，长期期使用劳劳动强度度大，为为了满足足人们改改善劳动动强度、提提高工作作效率的的希望，电电动缝纫纫机应运运而生。5.3.3 此外，我我们看到到的迷你你型电动动缝纫机机，也是是人们列列举缝纫纫缺点和和希望点点的产物物。这种种微型缝缝纫设备备，方便便了一些些外出旅旅游者、在
17、在校学生生等消费费群组对对缝补衣衣物的需需要。5.3.4 在不断断完善缝缝纫机本本身的同同时，人人们也希希望与缝缝纫工作作相关的的机械能能得到发发展，以以进一步步提高衣衣物缝制制质量与与工作效效率。于于是，三三线锁边边机、钉钉扣机、剪剪裁机和和熨衣机机等缝纫纫系列产产品相继继问世，为为缝纫业业的发展展提供了了重要的的物质保保证。5.3.5 应用希希望点列列举法开开发设计计新产品品，是从从社会需需要或消消费者愿愿望出发发，通过过列举希希望点，将将模糊的的需求意意愿转化化为明确确的新产产品概念念，并进进行方案案设计的的过程。用用好希望望点列举举法，关关键是做做好市场场调查与与需求分分析，为为了抢占
18、占市场商商机，尤尤其要掌掌握潜在在希望点点的列举举方法。应用缺点点列举法法，对促促进产品品的更新新换代意意义重大大。用好好缺点列列举法，同同样需要要做好市市场调查查与需求求分析，对对产品的的质量标标准以及及技术发发展动态态等问题题，设计计者更要要胸有成成竹。第四柜 产品品创造技技法（22）5.4.1 本柜主主要介绍绍移植创创造法与与组合创创造法。首首先请看看两件电电动工具具。第一件是是射钉枪枪，它是是一种电电动木工工工具，由由枪体、发发射器及及钉匣等等组成，用用手勾动动按钮，铁铁钉从枪枪口射出出，牢固固地进入入木材之中中，省力力而且高高效。据据发明者者介绍，其其创意来来自枪械械的子弹弹发射。在
19、在射钉枪枪的设计计过程中中，类比比移植了了枪械发发射子弹弹的基本本原理，就就连结构构形状与与使用方方法也与与枪械甚甚为相似似。请大大家想想想，如果果将铁钉钉换成别别的东西西，又会会发明出出什么新新东西?5.4.2 第二件件电动工工具是电电锤。通通电后，电电动机通通过齿轮轮传动使使钻头一一边旋转转一边产产生轴向向冲击。应应用这种种电动工工具在水水泥墙上上钻孔打打洞，可可谓得心心应手。观观察它的的结构原原理与运运动方式式，它的的设计是是否移植植了电钻钻与冲击击锤的原原理?“它山之之石，可可以攻玉玉”。运运用移植植法则，通通过引用用或外推推已有技技术成果果，用以以创新设设计的方方法，是是移植创创造法
20、。移移植设计计的实质质是异中中求同和和同中求求异。用好移植植创造法法，关键键是找好好移植过过程中的的供体与与受体。供供体的技技术要成成熟，受受体住接接受技术术时不发发生排他他作用。此此外，应应用移植植法的创创造性取取决于两两个技术术领域之之间的差差异，差差异越大大，创造造性越强强，但难难度也越越大。因因此，我我们既要要大跨度度地异域域走马，又又要正确确把握移移植的限限度，确确保一个个领域的的技术能能在另一一个领域域开花结结果。5.4.3 除了移移植可以以发掘现现有技术术的进行行创造之之外，通通过组合合也可以以利用现现有技术术进行创创新。将将已有事事物珠联联璧合，使使新的组组合体在在性能或或服务
21、功功能方面面发生变变化，以以产生新新的使用用价值的的方法与与技巧，就就是组合合创造法法。从简简单的多多用途工工具、到到较复杂杂的组合合机构，更更复杂的的机电一一体化产产品，都都蕴含着着组合创创新的智智慧。实施组合合创造，可可以采用用同物自自组、异异类组合合、分解解重组等等组合方方式。这这里陈列列的三头头电动剃剃须刀，可可以认为为是三个个电动剃剃须刀的的同物白白组。能能够应用用一个电电动机同同时带动动三个刀刀盘转动动，其传传动方式式的设计计无疑具具有创造造性。我们看到到的电子子积木，是是一种开开发儿童童智力的的玩具。从从设计方方法上看看，它既既移植了了传统积积木玩具具的构思思，也应应用了分分解重
22、组组的创造造技法。5.4.4 我们再再来看一一种叫“眼眼保仪”的的新产品品，思考考它应用用了什么么创造技技法。据据“眼保保仪”设设计者介介绍，本本产品是是根据视视觉原理理，巧妙妙地将现现代电子子技术、光光学技术术与传统统的中医医经络理理论相结结合的仪仪器。在在结构设设计方面面，“眼眼保仪”设设置了目目标图象象，该图图象通过过微电机机和连杆杆传动，能能按一定定的周期期做前后后往返有有节律的的慢速移移动。当当人用眼眼睛通过过镜筒观观察图象象时，负负责眼屈屈光系统统调节作作用的睫睫状肌，就就不由自自主的做做忽张忽忽驰的锻锻炼，进进而解除除睫状肌肌的紧张张或痉挛挛状态，使使其调节节恢复到到正常状状态，
23、增增强眼的的调节功功能，防防治近视视，消除除视疲劳劳，改善善视力，防防止近视视度数加加深。显然，“眼眼保仪”的的开发设设计，在在功能原原理上移移植了眼眼科保健健治疗的的技术。在在结构设设计上应应用了组组合创造造法，即即将多个个领域的的技术加加以综合合。在异异类杂交交中有了了新创造造。值得指出出的是，采采用组合合法进行行机械创创新设计计时，要要注意按按照性能能上实现现1+112、结结构上达达到1+122的要求求去设计计技术方方案。即即是说，组组合创造法不是机机械之间间的简单单堆砌，而而是有机机地综合合优化。第五柜 原理理方案创创新（11）原理方案案创新是是产品创创新设计计中的核核心环节节，它对对
24、产品的的结构、工工艺、成成本、性性能和使使用维护护等都有有很大影影响。怎怎样进行行原理方方案创新新?下面面通过实实例来说说明。5.5.1 首先请请看钟表表的创新新设计。最最早发明明的钟表表采用机机械传动动原理，它它利用上上紧的发发条或游游丝释放放能量，通通过齿轮轮系统使使指针转转动，从从而指示示时间。机机械钟表表发明后后，人们们对其进进行了不不断的改改进，形形形色色色的机械械钟表在在市场不不断出现现。长期期以来，机机械钟表表一统天天下。无无论人们们怎样对对钟表进进行研究究改进，但但都跳不不出机械械结构的的框框，觉觉得任何何一个齿齿轮和轴轴都不可可缺少。如如果要改改进，充充其量也也只能在在选用材
25、材料和加加工方法法上进行行一点创创新。后后来，人人们从钟钟表的“指指示时间间”的这这一功能能要求出出发进行行思考，认认为凡是是满足这这一功能能要求的的东西都都是钟表表。于是是，研究究的思路路大开，想想到了电电动的方方法、电电子震荡荡的方法法等等，开开发出功功能高、成成本低的的电子钟钟表。如如果从化化学方面面去创造造性思考考，能否否发明出出依靠化化学能的的所谓“化化学钟表表”呢?5.5.2 在打字字机方面面，我们们同样可可以发现现它的原原理方案案也是多多种多样样的。这这里陈列列有机械械式打字字机、喷喷墨打字字机和激激光打字字机，它它们是打打字机产产品不断断创新的的代表。传传统的机机械式打打字机，
26、离离不开铅铅字的集集合与机机构的敲敲打，速速度慢，质质量不高高，劳动动强度大大。后来来，人们们从打字字机的“机机械书写写”的功功能出发发，跳出出了“打打”的框框框，依依靠先进进的计算算机，发发明出智智能化的的喷墨打打字机和和激光打打字机，实实现了打打字机的的革命。5.5.3 通过以以上案例例，我们们可以发发现，如如果从产产品的功功能出发发而不是是从产品品具体的的结构出出发，设设计的思思路就会会大开，原原理方案案也会多多种多样样。功能，是是产品或或技术系系统特定定工作能能力抽象象化的描描述。从从产品或或技术系系统应具具有的功功能出发发，经过过功能分分解，功功能求解解、方案案组合、方方案评选选等过
27、程程，以求求得最佳佳原理方方案的设设计方法法，就是是功能设设计法，它它是原理理方案创创新的最最重要的的一种方方法。原理方案案创新，是是个发散散收敛敛过程。为为了探求求多种方方案，人人们必须须从功能能分析得得到的信信息基点点出发，进进行发散散思维。为为了好中中选优，又又必须应应用收敛敛思维，依依据技术术经济评评价的方方法，去去获得最最佳原理理方案。第六柜 原理理方案创创新（22）5.6.1 在原理理方案创创新方面面，我们们再看几几个例子子。在陈陈列柜左左上方，陈陈列有三三种锁具具。这些些把门铁铁将军看看起来样样子相像像，但锁锁具开启启的原理理是有差差别的。最最左边的的是依靠靠钥匙开开启的机机械锁
28、；中间的的是密码码锁，开开启原理理不同，但但在结构构原理上上还属于于机械锁锁的范围围；最右右边的是是磁卡锁锁，虽然然在锁体体方面还还继承了了机械锁锁的形态态，但在在开锁原原理上发发生了根根本性的的变革，它它的机电电一体化化特点，是是现代锁锁具创新新设计的的思考方方向。当当然，只只要我们们进一步步解放思思想，从从锁具的的功能出出发创造造性思考考，还可可以发明明出诸如如磁控锁锁、声控控锁和指指纹锁等等锁具新新产品。5.6.2 在陈列列柜右上上方，陈陈列有新新开发的的电磁炉炉。它的的功能是是加热食食物，但但与传统统的电阻阻丝炉具具不同的的是，它它在烹饪饪食物时时看不到到明火或或热得通通红的电电阻丝。
29、这这种炉具具的烹饪饪原理是是：当通通电后炉炉内线圈圈形成磁磁场，磁磁力线通通过金属属锅具底底部时形形成无数数小涡流流，使锅锅体高速速发热，便便能加热热锅内食食物。由由于电磁磁炉具有有无污染染和热效效率高的的优点，一一上市便便让人刮刮目相看看。5.6.3 在陈列列柜的下下方，陈陈列有二二种鼓风风机。最最左边的的是离心心式鼓风风机，它它通过一一个离心心式叶轮轮旋转，实实现增压压送风的的功能原原理。5.6.4 后面的的两台是是罗茨鼓鼓风机，它它的送风风原理不不同于离离心式鼓鼓风机，它它利用一一对叶轮轮啮合运运动，实实现变容容增压送送风的目目的。回回转容积积式罗茨茨鼓风机机的发明明，是流流体机械械领域
30、的的一项重重大突破破。在两两台罗茨茨鼓风机机中，有有一台是是目前大大量生产产的二直直叶罗茨茨鼓风机机，另一一台是三三扭叶罗罗茨鼓风风机。后后者的特特点是比比容不随随压力而而变化，而而压可以以根据用用户要求求在一定定范围内内加以调调节。虽虽然它的的工作原原理没有有变化，但但在工作作性能方方面有所所改进，突突出的特特点是降降噪节能能。5.6.5 总之，原原理方案案创新是是个从功功能要求求出发，以以原理方方案设计计为目标标的分析析与综合合过程，在在这一过过程中，设设计者的的专业知知识、创创新思维维能力、实实验研究究能力，以以及对相相关科技技信息的的掌握，是是确保原原理方案案创新成成功的基基础。第七柜
31、 机构构创新设设计（11）一个好的的机械原原理方案案能否实实现，机机构设计计是关键键。机械械原理课课程中介介绍的机机构，可可以供人人们选择择应用。在在机构设设计中，我我们同样样需要创创新。那那么，怎怎样进行行机构创创新设计计呢?机构创新新设计的的途径较较多，常常用的有有下面几几种。5.7.1 其一，利利用组合合原理创创新。典典型的例例子如组组合机构构的开发发设计。本本柜上方方陈列有有三种组组合机构构。第一一个为四四杆机构构与差动动轮系的的串联组组合。串串联组合合的特点点是，前前一机构构的输出出构件和和输出运运动，即即是后一一机构的的输入构构件和输输入运动动。本组组合机构构可以实实现输出出构件带
32、带停歇的的特殊运运动规律律。5.7.2 第二个个为曲柄柄摇杆机机构与轮轮系的并并联组合合。并联联组合的的特点是是，原动动机的运运动通过过n个并并列基本本机构的的传递和和转换，成成为n个个不同规规律的输输出运动动，再输输入具有有n个自自由度的的基础机机构，汇汇集成一一个运动动输出。这这类并联联组合机机构既可可实现复复杂的运运动函数数，也可可用于实实现特殊殊的复杂杂轨迹。5.7.3 第三个个为蜗杆杆蜗轮机机构与凸凸轮机构构的组合合。等速速转动的的原动蜗蜗杆带动动蜗轮转转动，槽槽形凸轮轮与蜗轮轮固联，通通过弯形形推杆使使蜗杆相相对滑架架轴向移移动，蜗蜗轮获得得附加运运动，有有利对传传动进行行反馈调调
33、节。这这种机构构叫反馈馈式组合合机构，其其二，利利用机构构变异原原理进行行机构创创新设计计。机构构的扩展展、局部部结构的的改变、结结构的移移植、运运动副的的变化，等等等，都都是机构构变异的的方式。在在陈列柜柜中部，陈陈列有三三个六杆杆机构模模型，左左边的是是基型，右右边的两两个主要要是通过过运动副副的变化化，即低低副高代代而得到到的变异异型六杆杆机构。第第一个取取六杆低低副机构构中的连连杆作为为代换构构件，得得到的是是含有高高副的凸凸轮曲曲柄滑块块机构；得到的的第二个个新型机机构是如如何变异异的，请请大家思思考。5.7.4 本柜还还展示有有通过局局部结构构改变进进行机构构创新的的两个例例子。一
34、一个是行行星轮系系连杆杆机构，它它是以行行星轮系系替代了了曲柄滑滑块机构构的曲柄柄，而得得到滑块块右极限限位置有有停歇的的新机构构；另一一个是凸凸轮连连杆机构构，它以以倒置后后的凸轮轮机构取取代了曲曲柄，新新机构具具有停歇歇特征。除了上述述两条机机构创新新途径外外，还可可以利用用再生运运动链方方法和利利用广义义机构的的概念进进行机构构创新。这这方面的的知识，请请参看其其他有关关的资料料。第八柜 机构构创新设设计（22）在本柜中中，以干干粉压片片机的主主加压机机构为例例，重点点展示执执行机构构构型设设计的创创新过程程。5.8.1 干粉压压片机的的功能是是将不加加粘接剂剂的干粉粉料制成成圆型片片坯
35、，要要求一定定的生产产率。根根据生产产条件和和粉料的的特征，设设计者决决定采用用大压力力压制。由由于主加加压机构构所加压压力大，用用摩擦传传动原理理不适合合；用液液压传动动原理，因因顾及系系统漏油油会污染染产品，也也不适合合；故决决定采用用电动机机作动力力，选择择刚性推推压传动动原理。设计时，首首先要进进行压片片工艺分分析。在在示教板板中，对对干粉压压片机的的工艺动动作进行行了分解解。由此此可知，该该机械共共需要三三个执行行机构，即即上冲头头、下冲冲头和料料筛。现现以上冲冲头主加加压机构构为例，说说明其机机构构型型设计的的创新过过程。首先对机机构进行行功能分分析。上上冲头主主加压机机构应当当具
36、有以以下几种种基本功功能：其一，运运动形式式变换功功能，能能将电动动机的转转动变换换为冲头头的直线线移动；其二，运运动方向向交替变变换功能能，实现现冲头的的往复直直线运动动；其三，运运动缩小小功能。通通过减少少速度或或者位移移实现增增加压力力，从而而减少电电动机的的功率。在此基础础上，可可以选择择实现各各基本功功能的技技术手段段。如针针对运动动形式变变换功能能，可以以考虑在在齿轮齿齿条机构构、曲柄柄滑块机机构和凸凸轮推杆杆机构中中选择功功能载体体：针对对运动方方向交替替变换功功能，可可以考虑虑在扇形形齿轮机机构、曲曲柄摇杆杆机构和和凸轮摆摆杆机构构中选择择功能载载体；针针对运动动缩小功功能，可
37、可以考虑虑在直齿齿轮传动动、杠杆杆机构和和斜面挤挤压机构构中选择择功能载载体。5.8.2 将选择择的功能能载体按按基本功功能和基基本机构构列出组组合表，即即功能技术矩矩阵，或或者叫形形态学矩矩阵。经经过排列列组合，理理论上可可以得到到多种机机构方案案。通过过分析判判断，可可以从中中选择几几种作为为初步方方案。本本陈列柜柜展示了了其中的的五种方方案。请请大家观观察根据据这五种种方案制制作的上上冲头主主加压机机构模型型，对照照它们的的机构运运动简图图，分析析思考各各个方案案的运动动特点。第九柜 结构构方案创创新在原理方方案确定定的基础础上，可可以进行行结构方方案的创创新设计计，以提提供大量量的可供
38、供选择的的设计方方案，使使设计者者可以在在其中进进行评价价、比较较和选择择，并进进行参数数优化。如如何进行行结构方方案的创创新设计计?常用用的方法法有三：一是是对结构构方案进进行变异异；二是是进行提提高性能能的设计计；三是是开发新新型结构构。5.9.1 我们首首先看结结构方案案变异设设计，在在这种方方法中，土土要是对对功能面面进行变变异。所所谓功能能面，是是指决定定机械功功能的零零件表面面，它通通常是与与相对运运动零件件接触的的表面。例例如V带带的侧面面、齿轮轮的啮合合面。在在陈列柜柜左上方方，以弹弹簧压紧紧结构变变异设计计为例，说说明功能能面变异异的基本本原理。如如要实现现用弹簧簧产生的的压
39、紧力力压紧某某零件，使使其保持持确定位位置，可可以选择择弹簧类类型和被被压紧零零件的功功能面为为变异要要素，进进行组合合，便可可得到多多种弹簧簧压紧结结构方案案。除了功能能面变异异外，还还可以通通过联接接的变异异、支承承的变异异、材料料的变异异等方式式，获得得不同的的结构方方案。5.9.2 机械产产品的性性能不但但与原理理设计有有关，结结构设计计的质量量也直接接影响产产品的性性能，甚甚至影响响产品功功能的实实现。提提高性能能的设计计，不仅仅是一种种结构方方案创新新的方法法，同时时也是结结构设计计应追求求的目标标。陈列柜中中有两个个设计实实例。第第一个是是关于对对球面支支承强度度和刚度度改善的的
40、结构变变异设计计。左边边的原设设计为两两个凸球球面接触触，综合合曲率半半径较小小，接触触应力大大。改进进后的方方案能够够提高支支承的强强度和刚刚度。5.9.3 第二个个是关于于摆杆与与推杆的的球面位位置的设设计，请请大家观观察分析析，是哪哪一种结结构方案案可以改改善导杆杆运动中中的力学学特性。5.9.4 在结构构创新设设计中，我我们不仅仅要对原原型结构构进行变变异设计计，而且且要运用用新的机机械设计计理论和和创新思思维，进进行新型型结构的的设计。这这里陈列列有组合合轴承与与弹性结结构的例例子。组组合轴承承有利于于改善载载荷分配配情况；弹性结结构有利利快动联联接。第十柜 外观观创新设设计外观设计
41、计是产品品设计的的重要内内容，它它是应用用技术和和艺术处处理手段段赋予产产品以美美的外形形的创计计设计实实践。外外观创新新设计的的目的在在于使产产品的精精神功能能和实有有功能达达到新的的融合，取取得最佳佳的整体体效果。请大家观观看陈列列柜中产产品，分分析它们们住外形形设计方方面有没没有创新新的地方方。5.100.1 打火火机是常常见的日日用品，手手枪型、书书本型、烟烟袋型、动动物型的的打火机机层出不不穷，它它们那别别具一格格的外观观创新设设计，使使打火机机成为许许多人收收藏的艺艺术品。显显而易见见，外观观创新设设计的打打火机，不不仅丰富富了人们们的文化化生活，而而且提高高了产品品的市场场竞争力
42、力，也会会给生产产经营者者带来新新的附加加价值。5.100.2 再看看小型吸吸尘器的的外观设设计。它它那流线线形的主主体造型型、宜人人化的手手柄构型型和时尚尚的色彩彩设计，不不仅使人人心旷神神怡，而而且还会会联想到到它那可可靠的吸吸收尘土土的功能能。5.100.3 最后后请看挖挖掘机的的仿真模模型。对对于工程程机械，过过去人们们不太重重视它的的外观设设计，对对产品的的美学质质量与市市场价值值缺乏认认识。现现在的工工程机械械不仅讲讲究内在在质量，而而且注重重外在质质量。眼眼前的挖挖掘机，以以直线为为主进行行主体造造型，给给人以方方正、简简捷、刚刚直、稳稳定的视视觉效果果。同时时，它那那合理的的鲜明的的色彩设设计，也也给了挖挖掘机宜宜人的美美愈。机械产品品的外观观创新设设计也没没有固定定的模式式，但富富有创新新性的外外观设计计一般应应具有以以下基本本特征：显示现代代科技的的功能美美；表现人人机关系系的宜人人美；反反映时代代新潮的的时尚美美。同学们，机机械创新新设计陈陈列柜的的讲解到到此结束束，谢谢谢大家的的合作，同同时祝愿愿大家在在今后的的学习和和实践中中不断提提高机械械创新设设计的能能力。20055年122月200日于江江苏大学学工业中中心