机械创新作业 (29)

《机械创新设计》

结课论文

课 程 名 称 《机械创新设计》 院（系、部、中心） 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 流体卓越 111 姓 名 张驰 学 号 201110635 题 目 机构创新的设计途径 起 止 日 期 2014-5-12~2014-6-4 任 课 教 师 王育荣

机构创新设计的途径

作者：张驰

（南京工程学院机械工程学院）

摘 要

创新是一个国家发展的基石，更是一个民族的灵魂。机械创新需要设计者充分发挥自身的创造力，利用已有的科技进行创新构思，设计出新颖的、实用的产品。而随着科学技术的不断发展，先进制造技术和数控技术、最优化设计的广泛应用，使得生产进一步智能化、自动化。创新设计得到广泛的发展，也变得智能化，很多问题可以通过计算机实现，减轻了设计的强度，缩短了设计周期，结合优化设计，创新设计变得异常简单，市场上的商品由此变得纷繁多样。对于一个学机械的学生而言，学好相关课程至关重要，对于每一个设计或者课题都必须认真而坚定的完成，该独立的时候必须独自去做，该合作时就不要一个人埋头苦想、乱做，学习要有科学的方法，要有顽强的毅力。做好自己的本分是每一个学生的基本准则。 关键词：机构设计 技术基础 创新思维 创新方向 创新方法

机构创新设计的主要途径

机械系统的创新主要取决于机构的创新，而机构的创新可以分为几类，一个可以是完全的创造，为实现一个目的而发明一个机构；另一类可以在原有机构的基础上进行改进，得到更好的机构；甚至可以把几种常用机构进行巧妙组合，得到意想不到的结果。

1 机构设计的一般原则

机构的形式设计要解决的关键问题是：构造什么样的机构去实现原理方案所提出来的运动要求。这是机构设计中最富有创造性、最直接影响方案的可靠性和经济性的重要环节。因此，机构形式设计，在保证机构能满足基本运动要求的同时，还应满足机构设计的一些一般性原则，这些原则也是评价机构性能好坏的重要标准之一。这些一般性的原则是：

（1）机构应尽可能的简单，机构越简单越好。

（2）机构尺寸应尽可能地小。

（3）注意运动副的选择类型，运动副元素的相对运动是产生摩擦和磨损的主要原因。运动副的数量和类型对机构运动、传动效率和机构的使用寿命起着十分重要的作用。

（4）选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机构的数量 目前工程上使用的原动机主要有三类：⑴内燃机 ⑵气、液马达，活塞气、液缸，摆动式气、液缸 ⑶电动机

（5）应使机构具有良好的传力条件和动力特性，在进行机构形式设计时，应选择效率高的机构类型，并保证机构具有较大的传动角和较大的机械增益，从而可以减小机构中构件的截面尺寸和质量，减小原动机的功率。机构形式设计要注意运动副组合带来的过约束。过约束会造成机械装配困难，增大运动副中的摩擦与磨损。

2 机构组合创新的主要功能：

⑴可使执行构件实现增程、增速、增力；

⑵可改善执行构件的运动和动力特性；

⑶可使执行构件实现特定的运动规律；

⑷可实现运动的合成与分解；

⑸可实现多自由度的复合运动

3 机构创新的变性创新方法

以已知机构为基础，通过对构成机构的结构元素进行变化或改造，使机构产生出新的运动特性和使用功能的设计称为机构的变异设计。机构变异设计是变性创造原理在机构创新设计中的具体应用。

机构由构件和运动副组成，构件与运动副的结构组成形成决定了机构的性质与用途。机构的变异设计就是要通过对构件和运动副的改造来创造具有新特点和新功能的“新”机构。

3.1 运动副的演化与变异

⑴改变运动副的尺寸

⑵改变运动副的形状 如图所示

⑶改善运动副的性能，减少摩擦磨损，用滚动代替滑动（凸轮磙子从动件，滚动轴承，滚动导轨，滚动螺旋等）；用线接触代替点接触（蜗轮传动）。并且在代替过程中有时会产生新机构。 如图所示

3.2构件的演化与变异

⑴构件的拆分与合并 如图所示

⑵改变构件的形状与尺寸

3.3机构的倒置（机架变换）

⑴连杆机构

全转动副四杆机构，如图4－128。含一个移动副的副四杆机构，如图4－129。含二个移动副的副四杆机构。

3.4机构的等效代换

⑴运动副的等效代换

（2）利用瞬心线构造等效机构

基本原理：两构件的相对运动可用与这两构件相固连的一对相对瞬心线的纯滚动来实现。

瞬心线在创造新机构中的应用

反平行四边形机构—椭圆齿轮机构（可改善反平行四边性机构的死点位置）正曲柄滑块机构－卡当机构

（可改善机构的死点位置），如图

（3）利用周转轮系的不同结构进行等效代换

i241=（n2- n1）/（ n4- n1）=z4/ z2=2 为卡当机构的同性异构机构。

4 机构创新的移植原理

⑴差动原理：差动齿轮、差动凸轮、差动螺旋

⑵谐波原理：谐波齿轮、谐波螺旋

⑶啮合原理：齿轮啮合、齿形带、齿形链

⑷滚滑原理

5 机械创新的还原原理

一切机械产品的基本功能都是通过机械的运动实现的，这是机械产品与其他类型产品最显著的区别。在机械设计中，设计者必须根据设计任务要求拟定出相应的机械运动方案，综合各方面的因素选择动力、机构和控制方式，使之构成一个机械传动系统，最终通过动力使

机械系统运动来实现产品的功能。机械传动系统设计中，机构设计是一项极富创造性的工作。因为机构种类繁多，性能相同的机构数量也不少，能够实现相同运动的机构并不是唯一的。这就为设计者提出了一个问题：当机构所要求的运动及功能确定以后，怎样去寻找和创造能实现这些运动和功能尽可能多的同性异形机构，为提高机构的性能创造条件，为创造新机构提供可能。

还原创造原理认为：产品创造的原点是实现产品的功能，在保证实现功能的前提下，可以采用各种原理、方法和结构。既然机构最基本的功能是实现机械运动，设计者在对某一设计目标创造机构时，应当努力排开已有机械的工作原理和结构形式对设计思维的束缚，突破传统，开阔思路，围绕既定的设计目标，综合运用机、光、电、磁、热、生、化等各种物理效应，搜寻实现机械运动的各种可能的工作原理。设计者在构思运动方案时，应当追溯源，从运动产生的最基本原理入手去探索标新立异的新机构和新结构。

长期以来，尽管有这样那样一些机械设计方法，但机构创新大多主要依靠设计者的知识积累、经验和灵感，创造的效率不高。由颜鸿森等人提出的“再生运动链法”是运用还原创造原理创新机构的一种高效设计方法。它能有效地避免创新设计的盲目性，也不易因设计具有多解性而遗漏设计方案。正确地使用这种方法可能创造出性能超过已有设计的更好的新机构。

再生运动链法创造机构的基本思路是：⑴选择一个满足设计基本要求又具有开发潜力的已知机构作为创新设计的原始机构。⑵应用“颜式”创造的特定方法将已知机构中的功能构件的功能构件和构件组演化为一般化构件，根据设计的约束条件将原始机构抽象为一般化运动链，还原出这一类机构共同的“根”。⑶从一般运动链发散，运动数综合方法推衍出众多的再生运动链。⑷根据众多的再生运动链还原出相应的机构，通过比较寻找功能相同但性能更优的新机构。

6 机械机构创新的一般步骤

7 总结

通过此次机械创新设计，我进一步加深了对机械创新的理解，也知道了课本和现实实践的差距。从设计选题，初步构思到动手精确绘图这个过程中，我学会了细心与耐心。综合各科所学知识，运用计算机对设计零件进行精确绘制。最后设计说明书的编写，让我的计算机操作水平进一步提高。当然，在这个设计过程中也发现了很多问题，感觉到自己所学知识的局限性，这也明确今后专业课学习的方向。

参考文献

杨家军 《机械创新设计》 科学出版社

许尚贤 《机械零部件现代设计方法》 北京高等教育出版社，1996．

濮良贵.《机械设计》 高等教育出版社

王永梅.《proE基础教程》 清华大学出版社

孙恒. 《机械原理》 高等教育出版社

高志. 《机械创新设计》 高等教育出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q69m.html