第三篇-初稿 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)矛盾往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)矛盾案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)存在以下明顯的缺點(diǎn)：往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)存在以下明顯的缺點(diǎn)：(1) 工作機(jī)構(gòu)及氣閥按制機(jī)構(gòu)組成復(fù)雜，零件多。曲軸等零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作機(jī)構(gòu)及氣閥按制機(jī)構(gòu)組成復(fù)雜，零件多。曲軸等零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差。工藝性差。(2) 較大的往復(fù)慣性力，此慣性力隨轉(zhuǎn)速的平方增長，使軸承上慣性載較大的往復(fù)慣性力，此慣性力隨轉(zhuǎn)速的平方增長，使軸承上慣性載荷增大，系統(tǒng)由于慣性力不平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈振

2、動(dòng)，限制了輸出軸轉(zhuǎn)速的荷增大，系統(tǒng)由于慣性力不平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，限制了輸出軸轉(zhuǎn)速的提高。提高。(3) 曲軸回轉(zhuǎn)兩周才有一次動(dòng)力輸出，效率低。曲軸回轉(zhuǎn)兩周才有一次動(dòng)力輸出，效率低。案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)日本名古屋機(jī)電工程公司日本名古屋機(jī)電工程公司生產(chǎn)的二沖程單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)的二沖程單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)采用無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)其關(guān)鍵部分是圓柱其關(guān)鍵部分是圓柱凸輪動(dòng)力傳輸裝置凸輪動(dòng)力傳輸裝置第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 3旋轉(zhuǎn)式內(nèi)

3、燃發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在改進(jìn)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的過程中，人們發(fā)現(xiàn)，如能直接將燃料的動(dòng)力轉(zhuǎn)化在改進(jìn)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的過程中，人們發(fā)現(xiàn)，如能直接將燃料的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將是更合理的途徑。為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將是更合理的途徑。1945年德國工程師汪克爾經(jīng)長期研究，突破了氣缸密封這一關(guān)鍵技術(shù)，年德國工程師汪克爾經(jīng)長期研究，突破了氣缸密封這一關(guān)鍵技術(shù)，才使旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn)成功才使旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn)成功。其結(jié)構(gòu)如右圖所示：其結(jié)構(gòu)如右圖所示：1-橢圓形的缸體橢圓形的缸體2-三角形轉(zhuǎn)子三角形轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子的孔上有內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)子的孔上有內(nèi)齒輪)、3-外齒輪外齒輪4-吸氣口吸氣口5-排氣口排氣口6-火花塞火花塞案例案例 1 新型內(nèi)

4、燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1) 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)吸氣吸氣壓縮壓縮燃爆燃爆排氣排氣第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2)旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)(1) 功能設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)v 內(nèi)燃機(jī)的功能是將燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)的輸出動(dòng)力，通過內(nèi)部容積內(nèi)燃機(jī)的功能是將燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)的輸出動(dòng)力，通過內(nèi)部容積變化，完成燃?xì)獾奈鼩狻嚎s、燃爆、排氣四個(gè)動(dòng)作達(dá)到目的。變化，完成燃?xì)獾奈鼩?、壓縮、燃爆、排氣四個(gè)動(dòng)作達(dá)到目的。v 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)抓住容積變化這個(gè)主要特征，以三角形轉(zhuǎn)子在橢圓形

5、氣旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)抓住容積變化這個(gè)主要特征，以三角形轉(zhuǎn)子在橢圓形氣缸中偏心回轉(zhuǎn)的方法達(dá)到功能要求。缸中偏心回轉(zhuǎn)的方法達(dá)到功能要求。v 三角形轉(zhuǎn)子的每一個(gè)表面與缸體的作用相當(dāng)于往復(fù)式的一個(gè)活塞三角形轉(zhuǎn)子的每一個(gè)表面與缸體的作用相當(dāng)于往復(fù)式的一個(gè)活塞和氣缸，依次平穩(wěn)連續(xù)地工作。轉(zhuǎn)子各表面還兼有開閉進(jìn)排氣閥門的功和氣缸，依次平穩(wěn)連續(xù)地工作。轉(zhuǎn)子各表面還兼有開閉進(jìn)排氣閥門的功能，設(shè)計(jì)可謂巧妙。能，設(shè)計(jì)可謂巧妙。案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 (2) 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子內(nèi)齒輪與中心外齒輪轉(zhuǎn)子內(nèi)齒輪與中心外齒輪的齒數(shù)比是的齒數(shù)比是1.5：1，這樣，這樣轉(zhuǎn)

6、子轉(zhuǎn)一周，使曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，使曲軸轉(zhuǎn)3周，輸出轉(zhuǎn)速較高。周，輸出轉(zhuǎn)速較高。曲軸每轉(zhuǎn)一周即產(chǎn)生一個(gè)曲軸每轉(zhuǎn)一周即產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)力沖程，功率容量比是動(dòng)力沖程，功率容量比是四沖程往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍。四沖程往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍。案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)輸出軸輸出軸相當(dāng)于三相當(dāng)于三角形轉(zhuǎn)子角形轉(zhuǎn)子三角形轉(zhuǎn)子三角形轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)軸第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 (3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，只有三角形轉(zhuǎn)子和輸出軸兩個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。零件旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，只有三角形轉(zhuǎn)子和輸出軸兩個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。零件數(shù)量比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)少數(shù)量比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)少40，體積減少，體積減少50，重量

7、下降，重量下降1/2到到2/3。3) 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化v 實(shí)用化中遇到的最重要的問題是氣缸上產(chǎn)生振紋。實(shí)用化中遇到的最重要的問題是氣缸上產(chǎn)生振紋。v 形成振紋的原因，不僅在于摩擦體本身的材料，同時(shí)與密封片的形狀形成振紋的原因，不僅在于摩擦體本身的材料，同時(shí)與密封片的形狀和材料有關(guān)，密封片的振動(dòng)特性，對(duì)振紋影響極大。和材料有關(guān)，密封片的振動(dòng)特性，對(duì)振紋影響極大。v 該公司抓住這個(gè)關(guān)鍵問題，開發(fā)出極堅(jiān)硬的浸漬炭精材料做密封片，該公司抓住這個(gè)關(guān)鍵問題，開發(fā)出極堅(jiān)硬的浸漬炭精材料做密封片，較成功地解決了振紋問題。較成功地解決了振紋問題。& 總結(jié)：首先要有好的創(chuàng)意，其次要

8、實(shí)現(xiàn)好的創(chuàng)意需要艱苦卓絕的工總結(jié)：首先要有好的創(chuàng)意，其次要實(shí)現(xiàn)好的創(chuàng)意需要艱苦卓絕的工作，同樣很重要。作，同樣很重要。案例案例 1 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1. 背景背景 常用的降低齒輪噪聲的方法有：常用的降低齒輪噪聲的方法有：(1) 用修形的方法，使其動(dòng)載荷及速度波動(dòng)減至最小，以達(dá)到降低噪聲的用修形的方法，使其動(dòng)載荷及速度波動(dòng)減至最小，以達(dá)到降低噪聲的目的。這種方法在齒輪受額定載荷時(shí)較為有效，工藝上需有修形設(shè)備，目的。這種方法在齒輪受額定載荷時(shí)較為有效，工藝上需有修形設(shè)備，中、小廠往往無法實(shí)施。中、小廠往往無法實(shí)施。(2) 提高制造精度，是廣為

9、使用的降低噪聲的方法。提高齒輪制造精度，提高制造精度，是廣為使用的降低噪聲的方法。提高齒輪制造精度，需增加投入，加大了產(chǎn)品成本，因而使產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。需增加投入，加大了產(chǎn)品成本，因而使產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。v 我國是一個(gè)發(fā)展中國家，制造裝備落后，利用現(xiàn)有設(shè)備制造低噪聲、我國是一個(gè)發(fā)展中國家，制造裝備落后，利用現(xiàn)有設(shè)備制造低噪聲、低振動(dòng)的齒輪，設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。低振動(dòng)的齒輪，設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。v 要求不改變現(xiàn)有的加工制造工藝，即生產(chǎn)管理模式不變，避免增加投要求不改變現(xiàn)有的加工制造工藝，即生產(chǎn)管理模式不變，避免增加投入。入。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)對(duì)于成型加工，安裝好對(duì)于成型加工，安裝好后，再加工

10、出要加工產(chǎn)后，再加工出要加工產(chǎn)品的形狀，效果非常好。品的形狀，效果非常好。第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2. 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)要點(diǎn)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1) 確定線外嚙入點(diǎn)位置確定線外嚙入點(diǎn)位置和沖擊速度和沖擊速度圖中圖中S點(diǎn)是無變形和誤差點(diǎn)是無變形和誤差時(shí)的齒廓嚙合理淪起點(diǎn)，時(shí)的齒廓嚙合理淪起點(diǎn)，實(shí)際上由于受載變形和實(shí)際上由于受載變形和加工誤差加工誤差er的存在，實(shí)的存在，實(shí)際的嚙合起點(diǎn)在際的嚙合起點(diǎn)在S點(diǎn)。點(diǎn)。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)受載變形和受載變形和加工誤差加工誤差erer第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2) 確定線外嚙合時(shí)的嚙出點(diǎn)確定線外嚙合時(shí)的嚙出點(diǎn)

11、位置和沖擊速度位置和沖擊速度圖中圖中1-2兩齒廓理論上應(yīng)在兩齒廓理論上應(yīng)在E點(diǎn)退出嚙合，而后下一對(duì)齒點(diǎn)退出嚙合，而后下一對(duì)齒廓廓3-4開始進(jìn)入嚙合接觸。開始進(jìn)入嚙合接觸。實(shí)際上由于輪齒受載變形和實(shí)際上由于輪齒受載變形和制造誤差制造誤差e的影響，的影響，1-2兩齒兩齒廓一直嚙合到廓一直嚙合到D點(diǎn)才分離，點(diǎn)才分離，這時(shí)這時(shí)3-4齒廓才進(jìn)入接觸。由齒廓才進(jìn)入接觸。由于接觸時(shí)于接觸時(shí)3-4兩齒廓沿接觸線兩齒廓沿接觸線的接觸速度不一樣，因而導(dǎo)的接觸速度不一樣，因而導(dǎo)致沖擊發(fā)生。致沖擊發(fā)生。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)理論上退理論上退出嚙合點(diǎn)出嚙合點(diǎn)實(shí)際上退實(shí)際上退出嚙合點(diǎn)出嚙合點(diǎn)第三篇第三

12、篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 3) 根據(jù)加工工藝、刀具參數(shù)、制造裝配精度、工作條件要求確定設(shè)計(jì)的根據(jù)加工工藝、刀具參數(shù)、制造裝配精度、工作條件要求確定設(shè)計(jì)的約束條件約束條件v 現(xiàn)有的齒輪設(shè)計(jì)方法，只顧及制造精度現(xiàn)有的齒輪設(shè)計(jì)方法，只顧及制造精度一個(gè)因素對(duì)性能的影響，未能站在系統(tǒng)的一個(gè)因素對(duì)性能的影響，未能站在系統(tǒng)的角度綜合考慮從加工到裝配備環(huán)節(jié)、多因角度綜合考慮從加工到裝配備環(huán)節(jié)、多因素對(duì)性能的影響。素對(duì)性能的影響。v 實(shí)際上由于剃前滾刀或磨前滾刀凸角的實(shí)際上由于剃前滾刀或磨前滾刀凸角的存在，在齒輪根部存在沉切。存在，在齒輪根部存在沉切。v 沉切的存在減少了齒輪嚙合時(shí)的重合度沉切的存在減少了齒

13、輪嚙合時(shí)的重合度和剃齒時(shí)剃刀與被剃齒輪的重合度，因而和剃齒時(shí)剃刀與被剃齒輪的重合度，因而影響加工質(zhì)量和傳動(dòng)性能。影響加工質(zhì)量和傳動(dòng)性能。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 4) 降低嚙入沖擊速度，盡量避免節(jié)圓沖擊，使嚙入嚙出沖擊速度比值處降低嚙入沖擊速度，盡量避免節(jié)圓沖擊，使嚙入嚙出沖擊速度比值處于某一數(shù)值范圍之內(nèi)。于某一數(shù)值范圍之內(nèi)。v 研究表明，嚙入沖擊是影響噪聲的研究表明，嚙入沖擊是影響噪聲的主要因素，嚙出沖擊是次要因素。主要因素，嚙出沖擊是次要因素。v 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，嚙出與嚙入沖擊速試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，嚙出與嚙入沖擊速度比值處于度比值處于1.8-

14、2.3范圍之內(nèi)時(shí)，傳動(dòng)范圍之內(nèi)時(shí)，傳動(dòng)噪聲最低。噪聲最低。v 設(shè)計(jì)時(shí)為了減少?zèng)_擊，即保證實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)為了減少?zèng)_擊，即保證實(shí)際嚙合起點(diǎn)嚙合起點(diǎn)S與理論嚙合起點(diǎn)與理論嚙合起點(diǎn)S位于中位于中心線同一側(cè)。心線同一側(cè)。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 v 把上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)數(shù)字化后，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)把上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)數(shù)字化后，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：嚙入沖擊速度嚙入沖擊速度=(變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、分度圓壓力角、變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、分度圓壓力角、 中心距中心距)約束條件：強(qiáng)度條件、加工工藝、刀具、制造裝配精度、重合度、

15、約束條件：強(qiáng)度條件、加工工藝、刀具、制造裝配精度、重合度、 嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)的干涉、齒頂變尖、嚙出沖擊、節(jié)圓沖擊。嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)的干涉、齒頂變尖、嚙出沖擊、節(jié)圓沖擊。第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 4小結(jié)小結(jié)由本案例，可歸納出一種解決技術(shù)難題的有效模式、進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)由本案例，可歸納出一種解決技術(shù)難題的有效模式、進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的有用方法：的有用方法：1) 以功能設(shè)計(jì)法、創(chuàng)造原理為理論基礎(chǔ)以功能設(shè)計(jì)法、創(chuàng)造原理為理論基礎(chǔ)，對(duì)所有設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，界，對(duì)所有設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，界定出主要功能要求和次要功能要求，并把主要功能要求作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)定出主要功能要求和次要功能要求，并把主要功能要求作為設(shè)計(jì)的

16、目標(biāo)(本質(zhì)功能點(diǎn)本質(zhì)功能點(diǎn))；2) 以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)對(duì)主要功能要求進(jìn)行求解以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)對(duì)主要功能要求進(jìn)行求解，注意發(fā)揮迂回和還原創(chuàng)，注意發(fā)揮迂回和還原創(chuàng)造原理在主要設(shè)計(jì)目標(biāo)量化和細(xì)化上的導(dǎo)向作用；造原理在主要設(shè)計(jì)目標(biāo)量化和細(xì)化上的導(dǎo)向作用；3) 圍繞主要功能目標(biāo)使用綜合創(chuàng)造原理和并行集成方法圍繞主要功能目標(biāo)使用綜合創(chuàng)造原理和并行集成方法考慮次要技術(shù)要考慮次要技術(shù)要求的影響；求的影響；4) 設(shè)計(jì)參數(shù)取值時(shí)要以有序思維方法及變性創(chuàng)造原理為指導(dǎo)，敢于突破設(shè)計(jì)參數(shù)取值時(shí)要以有序思維方法及變性創(chuàng)造原理為指導(dǎo)，敢于突破思維定勢(shì)的影響、現(xiàn)有參數(shù)取值范圍的禁錮，使設(shè)計(jì)目標(biāo)得到更好滿足。思維定勢(shì)的影響、現(xiàn)有

17、參數(shù)取值范圍的禁錮，使設(shè)計(jì)目標(biāo)得到更好滿足。v 科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明、新產(chǎn)品開發(fā)科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明、新產(chǎn)品開發(fā)有規(guī)律和方法可循，本例所歸納的有規(guī)律和方法可循，本例所歸納的模式是眾多規(guī)律和方法中的一種，可供科學(xué)研究和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)時(shí)模式是眾多規(guī)律和方法中的一種，可供科學(xué)研究和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)時(shí)參考、借鑒。參考、借鑒。案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 v 個(gè)人有感個(gè)人有感本案例解決了一個(gè)什么問題，就是通過設(shè)計(jì)和加工工藝的控制，實(shí)現(xiàn)了本案例解決了一個(gè)什么問題，就是通過設(shè)計(jì)和加工工藝的控制，實(shí)現(xiàn)了同用修形的方法達(dá)到降低噪聲目的的同樣功能。同用修形的方法達(dá)

18、到降低噪聲目的的同樣功能。v 其中的關(guān)鍵是要弄清楚：其中的關(guān)鍵是要弄清楚：用修形的方法能降低噪聲的原理和本質(zhì)。用修形的方法能降低噪聲的原理和本質(zhì)。其有可能解決的思路是：其有可能解決的思路是：案例案例 2 低噪聲齒輪設(shè)計(jì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)先分析常用的降低先分析常用的降低齒輪噪聲的方法齒輪噪聲的方法第二種方法第二種方法不好實(shí)現(xiàn)不好實(shí)現(xiàn)研究第一研究第一種方法種方法通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)修通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)修形降噪后齒輪的形降噪后齒輪的結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化把這些結(jié)構(gòu)和參數(shù)的變化把這些結(jié)構(gòu)和參數(shù)的變化放到齒輪的設(shè)計(jì)當(dāng)中，并放到齒輪的設(shè)計(jì)當(dāng)中，并加上適當(dāng)?shù)募s束條件。加上適當(dāng)?shù)募s束條件。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而達(dá)到

19、降噪的從而達(dá)到降噪的目的目的第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1. 設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景火車鋼軌由于長時(shí)間行車，承受車輛載荷，致使軌面疲勞點(diǎn)蝕和磨損破火車鋼軌由于長時(shí)間行車，承受車輛載荷，致使軌面疲勞點(diǎn)蝕和磨損破壞，圓弧部分壓潰為不規(guī)則形狀及側(cè)面形成毛刺等，這些缺陷易生成表壞，圓弧部分壓潰為不規(guī)則形狀及側(cè)面形成毛刺等，這些缺陷易生成表面裂紋，因此需要打磨。面裂紋，因此需要打磨。v 目前，線路維修用于鋼軌打磨的機(jī)具主要分為兩類：目前，線路維修用于鋼軌打磨的機(jī)具主要分為兩類：一是進(jìn)口的大型鋼軌打磨列車；一是進(jìn)口的大型鋼軌打磨列車；二是各鐵路單位自行研制的小型鋼軌打磨機(jī)。二是各鐵路單位自行研制的小

20、型鋼軌打磨機(jī)。v 二者均是以砂輪為磨具，在現(xiàn)場(chǎng)使用中，這兩類打磨工具分別存在一二者均是以砂輪為磨具，在現(xiàn)場(chǎng)使用中，這兩類打磨工具分別存在一些不足。前者價(jià)格昂貴，能耗大，砂輪耗材大等；后者的功能和應(yīng)用多些不足。前者價(jià)格昂貴，能耗大，砂輪耗材大等；后者的功能和應(yīng)用多限于小范圍的單一件病害的修理性打磨，而且因結(jié)構(gòu)局限性，不能打磨限于小范圍的單一件病害的修理性打磨，而且因結(jié)構(gòu)局限性，不能打磨道叉。道叉。案例案例 3 小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2創(chuàng)新構(gòu)思及設(shè)計(jì)過程創(chuàng)新構(gòu)思及設(shè)計(jì)過程1) 打磨機(jī)的設(shè)計(jì)要求打磨機(jī)的設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品的性能要求來自市

21、場(chǎng)及用戶的需求，根據(jù)調(diào)研的性能要求主要有：產(chǎn)品的性能要求來自市場(chǎng)及用戶的需求，根據(jù)調(diào)研的性能要求主要有：(1) 安全實(shí)用，輕便，二人能搬動(dòng)；安全實(shí)用，輕便，二人能搬動(dòng)；(2) 能打磨道岔；能打磨道岔；(3) 能較準(zhǔn)確打磨標(biāo)準(zhǔn)鋼軌輪廓面；能較準(zhǔn)確打磨標(biāo)準(zhǔn)鋼軌輪廓面；(4) 磨效率高，質(zhì)量好，調(diào)節(jié)方便。磨效率高，質(zhì)量好，調(diào)節(jié)方便。案例案例 3 小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2) 設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程總體創(chuàng)新構(gòu)思總體創(chuàng)新構(gòu)思 a采用移植創(chuàng)造原理，把切削加工中的砂帶磨削技術(shù)引入打磨機(jī)的設(shè)采用移植創(chuàng)造原理，把切削加工中的砂帶磨削技術(shù)引入打磨機(jī)的設(shè)

22、計(jì)中，計(jì)中，變剛性打磨為柔性打磨，變剛性打磨為柔性打磨，從而改善磨削質(zhì)量；從而改善磨削質(zhì)量； b. 在柴油機(jī)氣缸蓋等復(fù)雜曲面砂帶磨削裝置的誘導(dǎo)啟發(fā)下，構(gòu)思出快速、在柴油機(jī)氣缸蓋等復(fù)雜曲面砂帶磨削裝置的誘導(dǎo)啟發(fā)下，構(gòu)思出快速、準(zhǔn)確打磨鋼軌輪廓面的成型打磨頭；準(zhǔn)確打磨鋼軌輪廓面的成型打磨頭；c現(xiàn)有小型砂輪打磨機(jī)都是單軌行駛，由于道岔寬度寬于單軌寬度，所現(xiàn)有小型砂輪打磨機(jī)都是單軌行駛，由于道岔寬度寬于單軌寬度，所以不能打磨道岔，為此以不能打磨道岔，為此運(yùn)用變性創(chuàng)造原理和技法運(yùn)用變性創(chuàng)造原理和技法，設(shè)計(jì)出雙輪行走部，設(shè)計(jì)出雙輪行走部分，解決了打道岔問題。分，解決了打道岔問題。案例案例 3 小型鋼軌砂帶

23、成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 (2) 打磨磨具的移植創(chuàng)新打磨磨具的移植創(chuàng)新與砂輪磨削相比，砂帶磨削有如下特性：與砂輪磨削相比，砂帶磨削有如下特性：a. 高效：磨削效率約為砂輪磨削高效：磨削效率約為砂輪磨削4倍以上。倍以上。b. 低耗：砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)功所消耗的能量約占總功率的低耗：砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)功所消耗的能量約占總功率的15-20%，而維持砂，而維持砂帶運(yùn)動(dòng)的功率占帶運(yùn)動(dòng)的功率占4-10，工作時(shí)，磨削熱低。，工作時(shí)，磨削熱低。c. 適用范圍廣：可打磨各種鋼軌及進(jìn)行各種復(fù)眾形面的修整。適用范圍廣：可打磨各種鋼軌及進(jìn)行各種復(fù)眾形面的修整。d. 磨削質(zhì)量好：表

24、面粗糙度值可小于磨削質(zhì)量好：表面粗糙度值可小于Ra0.1-0.5m，在工件表而的殘余，在工件表而的殘余應(yīng)力狀態(tài)及微觀裂紋等方面，優(yōu)于砂輪磨削。應(yīng)力狀態(tài)及微觀裂紋等方面，優(yōu)于砂輪磨削。e. 壽命較高：由于涂附磨料磨具的新發(fā)展和靜電植砂砂帶的使用，以及壽命較高：由于涂附磨料磨具的新發(fā)展和靜電植砂砂帶的使用，以及抗抗“粘蓋粘蓋”添加劑的采用，砂帶使用壽命可達(dá)添加劑的采用，砂帶使用壽命可達(dá)8-12h。案例案例 3 小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 (3) 成型打磨頭部件的相似誘導(dǎo)移植設(shè)計(jì)成型打磨頭部件的相似誘導(dǎo)移植設(shè)計(jì)案例案例 3 小型鋼軌砂帶

25、成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 案例案例 4 新型液壓拔道器設(shè)計(jì)新型液壓拔道器設(shè)計(jì)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 案例案例 5 新型軸承拆卸裝置設(shè)計(jì)新型軸承拆卸裝置設(shè)計(jì)觀察拉輪器拔軸承的過程后，發(fā)現(xiàn)造成拉爪滑脫的主要原因是：觀察拉輪器拔軸承的過程后，發(fā)現(xiàn)造成拉爪滑脫的主要原因是：(1) 軸承內(nèi)圈高度不夠，拉爪受力后的徑向位移超過內(nèi)圈凸沿高度而滑軸承內(nèi)圈高度不夠，拉爪受力后的徑向位移超過內(nèi)圈凸沿高度而滑脫；脫；(2) 拉爪受力點(diǎn)太少，受力不均勻，導(dǎo)致單爪偏心滑脫。拉爪受力點(diǎn)太少，受力不均勻，導(dǎo)致單爪偏心滑脫?，F(xiàn)有拉輪器的主要不足，創(chuàng)新的起點(diǎn)

26、是現(xiàn)有拉輪器的主要不足，創(chuàng)新的起點(diǎn)是限制拉爪的徑向位移并增加受力點(diǎn)。以限制拉爪的徑向位移并增加受力點(diǎn)。以變件創(chuàng)造原理和技法作為創(chuàng)造件思考的變件創(chuàng)造原理和技法作為創(chuàng)造件思考的指導(dǎo)原則，采取的措施是把原來的三爪指導(dǎo)原則，采取的措施是把原來的三爪變成多爪，原來的鉸鏈爪變成套筒爪，變成多爪，原來的鉸鏈爪變成套筒爪，設(shè)計(jì)了一個(gè)柔性拉套。設(shè)計(jì)了一個(gè)柔性拉套。第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 3. 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例案例 5 新型軸承拆卸裝置設(shè)計(jì)新型軸承拆卸裝置設(shè)計(jì)雙作用油缸雙作用油缸第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1引言引言設(shè)計(jì)者運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)及材料學(xué)等高

27、新技術(shù)，用設(shè)計(jì)者運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)及材料學(xué)等高新技術(shù)，用執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分、原動(dòng)機(jī)部分、傳感裝置和汁算機(jī)控制系統(tǒng)等五部分來模執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分、原動(dòng)機(jī)部分、傳感裝置和汁算機(jī)控制系統(tǒng)等五部分來模仿人類的三個(gè)基本結(jié)構(gòu)和功能，研制出仿人步行二足機(jī)器人。仿人類的三個(gè)基本結(jié)構(gòu)和功能，研制出仿人步行二足機(jī)器人。案例案例 7 仿人步行二足機(jī)器人的研制仿人步行二足機(jī)器人的研制執(zhí)行部分執(zhí)行部分人的腳、腿和胯人的腳、腿和胯(臀）臀）傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分人的韌帶人的韌帶原動(dòng)機(jī)部分原動(dòng)機(jī)部分人的肌腱人的肌腱傳感裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)傳感裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)感覺系統(tǒng)和大腦及神經(jīng)系統(tǒng)感覺系統(tǒng)和大腦及神經(jīng)系

28、統(tǒng)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分步行機(jī)器人的執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分中關(guān)節(jié)是關(guān)鍵部位。步行機(jī)器人的執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分中關(guān)節(jié)是關(guān)鍵部位。以踝關(guān)節(jié)為例：以踝關(guān)節(jié)為例：踝關(guān)節(jié)只有兩個(gè)自由踝關(guān)節(jié)只有兩個(gè)自由度，當(dāng)伺服電機(jī)度，當(dāng)伺服電機(jī)1、2同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳9相相對(duì)于小腿對(duì)于小腿10繞繞y軸擺軸擺動(dòng)；當(dāng)伺服電機(jī)動(dòng)；當(dāng)伺服電機(jī)1、2反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳9相對(duì)小腿相對(duì)小腿10繞繞x軸擺軸擺動(dòng)。動(dòng)。案例案例 7 仿人步行二足機(jī)器人的研制仿人步行二足機(jī)器人的研制伺服電機(jī)伺服電機(jī)1、2相當(dāng)于相當(dāng)于肌腱，為原動(dòng)機(jī)部分肌腱，為原動(dòng)機(jī)部分滾珠螺桿滾珠螺桿3和

29、和4、螺桿螺母、螺桿螺母5和和6與連桿與連桿7和和8相當(dāng)于韌相當(dāng)于韌帶，為傳動(dòng)部分帶，為傳動(dòng)部分腳腳9為執(zhí)行部分為執(zhí)行部分小腿小腿第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 3傳感裝置傳感裝置v 人類的感覺系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)。對(duì)于步行來說，最基本的包括控制平衡的人類的感覺系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)。對(duì)于步行來說，最基本的包括控制平衡的小腦腳與地面是否接觸的觸覺，各關(guān)節(jié)的彎曲程度和用力大小等。小腦腳與地面是否接觸的觸覺，各關(guān)節(jié)的彎曲程度和用力大小等。v 仿人步行二足機(jī)器人采用電子陀螺控制身體平衡，力傳感器體現(xiàn)腳的仿人步行二足機(jī)器人采用電子陀螺控制身體平衡，力傳感器體現(xiàn)腳的觸覺軸角編碼器反應(yīng)肌腱信息，電機(jī)電流表反應(yīng)控制力

30、矩的大小。觸覺軸角編碼器反應(yīng)肌腱信息，電機(jī)電流表反應(yīng)控制力矩的大小。4原動(dòng)機(jī)部分和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)部分和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)v 原動(dòng)機(jī)部分主要由伺服電機(jī)和放大器等組成，相當(dāng)于人的肌腱。原動(dòng)機(jī)部分主要由伺服電機(jī)和放大器等組成，相當(dāng)于人的肌腱。v 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、帶有軸角編碼器的伺服電機(jī)、傳感裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、帶有軸角編碼器的伺服電機(jī)、傳感裝置、頻率電壓轉(zhuǎn)換器、控制放大器、反饋電路等組成。置、頻率電壓轉(zhuǎn)換器、控制放大器、反饋電路等組成。案例案例 7 仿人步行二足機(jī)器人的研制仿人步行二足機(jī)器人的研制第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 案例案例 7 仿人步行二足機(jī)器人的研制仿

31、人步行二足機(jī)器人的研制第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 1. 自行車的演變史自行車的演變史案例案例10 自行車的演變和開發(fā)自行車的演變和開發(fā)整個(gè)過程用了整個(gè)過程用了80年?。磕辏?？ 感想感想第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 2新型自行車的開發(fā)新型自行車的開發(fā)1) 助力車助力車v 電動(dòng)車：電機(jī)和減速裝置放于后輪毅中，直接驅(qū)動(dòng)車輪，電源則采用電動(dòng)車：電機(jī)和減速裝置放于后輪毅中，直接驅(qū)動(dòng)車輪，電源則采用干電池干電池。2) 考慮宜人性的新型車考慮宜人性的新型車案例案例10 自行車的演變和開發(fā)自行車的演變和開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 3) 傳功系統(tǒng)的變異傳功系統(tǒng)的變異案例案例

32、10 自行車的演變和開發(fā)自行車的演變和開發(fā)第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 案例案例10 自行車的演變和開發(fā)自行車的演變和開發(fā)4) 塑料自行車塑料自行車第三篇第三篇 機(jī)械創(chuàng)新案例機(jī)械創(chuàng)新案例 5) 高速自行車高速自行車時(shí)速可達(dá)時(shí)速可達(dá)68.73 mile/h(1) 采用采用“躺式躺式”，騎車者能發(fā)揮，騎車者能發(fā)揮最大動(dòng)力，并減小風(fēng)阻面積最大動(dòng)力，并減小風(fēng)阻面積(2) 雙級(jí)鏈傳動(dòng)升速；雙級(jí)鏈傳動(dòng)升速；(3) 以高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料注以高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料注塑整體車座和大梁塑整體車座和大梁,全車總重量只全車總重量只有有13.4公斤。公斤。(4) 采用采用Hysol宇航粘合劑取代傳宇航粘合劑取代傳統(tǒng)緊固件，既減輕重量，又使載統(tǒng)緊固件，既減輕重量，又使載荷和應(yīng)力均布在更大面積上，增荷和應(yīng)力均布在更大面積上，增加強(qiáng)度，減少振動(dòng)。加強(qiáng)度，減少振動(dòng)。(5) 運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理對(duì)車外罩形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成籠罩騎車者的運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理對(duì)車外罩形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成籠罩騎車者的流線型封閉艙，提高空氣動(dòng)力學(xué)效率流線型封閉艙，提高空氣動(dòng)力學(xué)效率30以上。以上。案例案例10 自行車的演變和開發(fā)