功能原理設(shè)計(jì)的5種求解思路.doc

機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)作業(yè) 功能原理設(shè)計(jì)問題：功能原理設(shè)計(jì)的幾種求解思路是什么？查閱資料，各舉一個(gè)本教材之外的實(shí)例說明之。要求：圖文并茂說明。解答：功能原理共有五種求解思路，它們分別是幾何形體組合法、基本機(jī)構(gòu)組合法、物場分析法（s-Field法）、技術(shù)矛盾分析法、物理效應(yīng)引入法。不同的求解思路用以解決不同的功能類型。功能的基本類型可分為“動(dòng)作功能”和“工藝功能”，動(dòng)作功能又可分為“簡單動(dòng)作功能”和“復(fù)雜動(dòng)作功能”，而這兩種基本功能可能同時(shí)又是“綜合技術(shù)功能”和“關(guān)鍵技術(shù)功能”。下圖表示了功能類型的分類情況。其中，簡單動(dòng)作功能可用幾何形體組合法構(gòu)思，復(fù)雜動(dòng)作功能用基本機(jī)構(gòu)組合法進(jìn)行構(gòu)思，關(guān)鍵技術(shù)功能運(yùn)用技術(shù)矛盾分析法，綜合技術(shù)功能用物理效應(yīng)引入法構(gòu)思，工藝功能用物場分析法（s-Field法）構(gòu)思。下面進(jìn)行具體分析。一、 幾何形體組合法簡單的動(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)互相動(dòng)作或鎖合動(dòng)作。如果要?jiǎng)?chuàng)造一種新的簡單動(dòng)作功能，可以以幾何形體組合法作為參考求解思路來進(jìn)行構(gòu)思。在運(yùn)用幾何形體組合法時(shí)，首先要明確“功能目標(biāo)”，然后針對(duì)功能目標(biāo)，對(duì)幾個(gè)構(gòu)件上的幾何形體進(jìn)行構(gòu)思。實(shí)例：螺紋螺紋在工程中的應(yīng)用非常廣泛，生活中也處處離不開螺紋。利用兩個(gè)構(gòu)件螺紋形狀的嚙合，可實(shí)現(xiàn)各種功能。它的作用非常廣泛，如聯(lián)接、傳動(dòng)、密封等。聯(lián)接功能的如螺母螺栓，傳動(dòng)功能的如螺桿，密封功能的如瓶蓋。螺母螺栓螺桿礦泉水瓶二、 基本機(jī)構(gòu)組合法復(fù)雜動(dòng)作功能以采用常用基本機(jī)構(gòu)為主，例如凸輪、多桿機(jī)構(gòu)和齒輪等，組合起來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。其設(shè)計(jì)已有很成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)，所以即使這類功能原理要實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的功能目標(biāo)，但比起“簡單動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)要容易得多?！皬?fù)雜動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)求解思路是基本機(jī)構(gòu)組合法。即將各種基本機(jī)構(gòu)組合起來，實(shí)現(xiàn)發(fā)展動(dòng)作功能。實(shí)例：液體包裝機(jī)去年我們機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的液體包裝機(jī)的功能就是一個(gè)典型的復(fù)雜動(dòng)作功能。為了實(shí)現(xiàn)液體包裝這個(gè)功能，包裝機(jī)中采用了齒輪、蝸輪蝸桿、凸輪、四桿機(jī)構(gòu)和離合器等基本機(jī)構(gòu)的組合。齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，凸輪實(shí)現(xiàn)熱封，四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)送料等，組合起來才實(shí)現(xiàn)了液體包裝。液體包裝機(jī)三、 物場分析法（s-Field法）工藝功能不僅要有動(dòng)作，它與動(dòng)作功能不同之處主要在于工作頭對(duì)物體的作用。工藝類機(jī)器是對(duì)被加工對(duì)象實(shí)施某種加工工藝的裝置，其中必有一個(gè)工作頭，工作頭和工作對(duì)象相互配合，實(shí)現(xiàn)的功能就叫“工藝功能”。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。物場分析法（s-Field法）可以作為求解工藝功能很有效的思路。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），三者缺一不可。S1通過F作用于S2，其模型圖如下所示：F S1 S2實(shí)例：線切割線切割的工作原理如下圖所示。繞在運(yùn)絲筒4上的電極絲1沿著運(yùn)絲筒的回轉(zhuǎn)方向以一定的速度移動(dòng)，裝在機(jī)床工作臺(tái)上的工件3由工作臺(tái)按預(yù)定控制軌跡相對(duì)與電極絲做成型運(yùn)動(dòng)。脈沖電源的一極接在工件上，另一極接電極絲。在工件與電極絲之間總是保持一定的放電間隙且噴灑工作液，電極之間的火花放電蝕出一定的縫隙，連續(xù)不斷的脈沖放電就切出了所需形狀和尺寸的工件。其中，電極絲為S1，工件為S2，電場就是F。線切割四、 技術(shù)矛盾分析法產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)主要與材料、制造工藝和設(shè)計(jì)三個(gè)方面有關(guān)。關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)要求較高，解決方法往往也出奇制勝，由于特殊的工作條件或特殊的使用要求，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，關(guān)鍵技術(shù)能夠解決。關(guān)鍵技術(shù)的求解思路是技術(shù)矛盾分析法。無論何種關(guān)鍵技術(shù)，往往都是在某種特殊條件的約束下難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，其中期望達(dá)到的較高要求和約束條件，就形成一對(duì)技術(shù)矛盾。針對(duì)技術(shù)矛盾，設(shè)計(jì)者提出各種想法，以提出解決原理。這就是關(guān)鍵技術(shù)功能的原理解法的一般規(guī)律。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。實(shí)例：穿針器穿針器是一種新型實(shí)用的將線穿過針眼的機(jī)械。它由機(jī)體、頂線片、曲桿按鍵、拉簧構(gòu)成。使用時(shí)將要穿的針放在機(jī)體的放針孔內(nèi)。將線放在機(jī)體的放線槽內(nèi)，用手按動(dòng)曲桿按鍵，頂線片便帶著線穿過針眼。該設(shè)計(jì)就是基于老年人或眼睛不好的人做針線活時(shí)穿針困難這個(gè)矛盾構(gòu)思出來的。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，為個(gè)人或家庭提供了適用穿針工具。穿針器五、 物理效應(yīng)引入法綜合技術(shù)功能的特點(diǎn)是：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。但綜合技術(shù)功能并不強(qiáng)調(diào)全部代替純機(jī)械功能，因?yàn)橛性S多場合的動(dòng)作和工藝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。綜合技術(shù)功能的求解思路是物理效應(yīng)引入法。這里所指的物理效應(yīng)是一種廣義的概念。機(jī)構(gòu)學(xué)本身包含了運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)方面的各種物理效應(yīng)，但除此之外，還有更多的物理效應(yīng)（如熱脹冷縮、電磁效應(yīng)、光電效應(yīng)、流體效應(yīng)等）可以在求解中引入。實(shí)例：氣墊船氣墊船是利用高于大氣壓的空