ch機(jī)械系統(tǒng)最優(yōu)方案擬定

第三章

機(jī)械系統(tǒng)最優(yōu)方案擬定CompanyLogo本章內(nèi)容:機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)史1產(chǎn)品選型與創(chuàng)新點(diǎn)提煉2機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)4機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用5基于功能元求解的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)6機(jī)械產(chǎn)品的可行性和綜合評(píng)價(jià)7先進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)理論8

一,機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)史

（1）直覺設(shè)計(jì)階段（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段（3）傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段（4）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段

二,產(chǎn)品選型與創(chuàng)新點(diǎn)提煉

一個(gè)好的機(jī)械產(chǎn)品，應(yīng)該是在實(shí)用功能或巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面讓人“耳目一新”，讓他人看到產(chǎn)品后產(chǎn)生“一探究竟”的本能欲望。

設(shè)計(jì)和制造一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，首先是要明確產(chǎn)品的類型和功能。要善于發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，這一點(diǎn)有時(shí)甚至比解決問題更重要。如何提煉機(jī)械創(chuàng)新作品---作品選型

（1）善于發(fā)現(xiàn)生活中的機(jī)械產(chǎn)品，研究分析其不足之處，加以改進(jìn)，或根據(jù)生活中缺乏某類功能的產(chǎn)品而進(jìn)行原創(chuàng)設(shè)計(jì).

一定要摒棄“先入為主”的被動(dòng)思想簡(jiǎn)易蚊香盒劃船健身器可折疊兒童椅彩虹花灑葡萄酒收收納袋存錢啞鈴鈴成長自行行車袋鼠機(jī)器器人海底茶幾幾新型插座座3合1青蛙座椅椅光電電動(dòng)動(dòng)車干燥瀝水水杯耳機(jī)線纏纏繞器風(fēng)能路燈行人腳踏發(fā)發(fā)電瓷磚行走自行車車河流桌花朵釘子環(huán)保鉛筆制制造機(jī)繪畫機(jī)器人人臂可變高度高高跟鞋可擴(kuò)展晾衣衣架可折疊辦公公桌可拉動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)桌子模塊化吊燈燈七彩記事戒戒指騎行購物車車模塊沙發(fā)蹺蹺板滑板板傾聽大自然然的聲音秋千椅容易拔起的的圖釘算盤計(jì)算器器可顯數(shù)圓規(guī)規(guī)貼合拖鞋小輪滑板車車鑰匙掛異形臺(tái)球桌桌（2）廣泛涉獵獵互聯(lián)網(wǎng)資資源或創(chuàng)新新設(shè)計(jì)作品品集，從他他人的作品品中找到靈靈感，消化化吸收后再再創(chuàng)新，要要體現(xiàn)新產(chǎn)產(chǎn)品的新功功能、新技技術(shù)、實(shí)用用性。為了了解到到目前市場(chǎng)場(chǎng)上已有的的類似功能能的產(chǎn)品、、相關(guān)技術(shù)術(shù)，有必要要進(jìn)行市場(chǎng)場(chǎng)調(diào)查和專專利文獻(xiàn)檢檢索。檢索資料的的目的，一一是了解現(xiàn)現(xiàn)有的產(chǎn)品品和所使用用的相關(guān)技技術(shù)；二是是查新數(shù)字圖書館館---中文期刊有有維普、萬萬方、知網(wǎng)網(wǎng)等（3）對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)產(chǎn)品落后的的功能舍棄棄，將多個(gè)個(gè)功能揉合合進(jìn)一個(gè)產(chǎn)產(chǎn)品，要注注意多功能能揉合后的的系統(tǒng)，其其動(dòng)力傳遞遞系統(tǒng)的干干涉、協(xié)調(diào)調(diào)設(shè)計(jì)。這是我們廣廣大學(xué)生在在學(xué)好專業(yè)業(yè)課的基礎(chǔ)礎(chǔ)上,能做到的機(jī)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì).想常人之未未想，才能能突出“創(chuàng)創(chuàng)新”：產(chǎn)品新穎、、功能新穎穎、技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)手段新新穎。創(chuàng)新思維是是關(guān)鍵，創(chuàng)創(chuàng)新是一個(gè)個(gè)國家的靈靈魂，也是是一個(gè)機(jī)械械產(chǎn)品有別別于已有產(chǎn)產(chǎn)品或能占占據(jù)市場(chǎng)的的重要因素素，同時(shí)對(duì)對(duì)于參與機(jī)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)設(shè)計(jì)大賽的的學(xué)生來說說，所設(shè)計(jì)計(jì)的作品能能走多遠(yuǎn)，，一個(gè)關(guān)鍵鍵的因素就就是所設(shè)計(jì)計(jì)的作品是是否創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)突出。多輪滑板車車創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)可以以分為大的的創(chuàng)新點(diǎn)和和小的創(chuàng)新新點(diǎn)。大的創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)指的是機(jī)機(jī)械產(chǎn)品整整體結(jié)構(gòu)的的創(chuàng)意設(shè)計(jì)計(jì)、產(chǎn)品功功能的獨(dú)創(chuàng)創(chuàng)性等。而小的創(chuàng)新新點(diǎn)則是針針對(duì)大創(chuàng)新新點(diǎn)來說的的一些細(xì)枝枝末節(jié)方面面的設(shè)計(jì)思思想，當(dāng)確確定了大創(chuàng)創(chuàng)新點(diǎn)后，，在具體實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)產(chǎn)品的研發(fā)發(fā)中，總是是會(huì)有一些些小的創(chuàng)新新點(diǎn)不斷涌涌現(xiàn)的。小小的創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)可以是他他山之石可可以攻玉，，如引入已已有不相干干產(chǎn)品的部部分成熟技技術(shù)。機(jī)械產(chǎn)品的的創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)，關(guān)鍵是是要發(fā)掘出出具有至少少一個(gè)大的的創(chuàng)新點(diǎn)的的機(jī)械產(chǎn)品品，附帶有有若干個(gè)小小的創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)。在明確了一一個(gè)或多個(gè)個(gè)大的創(chuàng)新新點(diǎn)后，只只要做有心心人，在后后續(xù)研發(fā)過過程中，小小的創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)會(huì)不斷涌涌現(xiàn)。小的創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)是來源于于對(duì)產(chǎn)品功功能分析、、計(jì)算等深深入思考的的基礎(chǔ)上，，做出的改改進(jìn)和完善善。機(jī)械產(chǎn)品研研發(fā)的意義義，關(guān)鍵在在于早期大大、小創(chuàng)新新點(diǎn)的發(fā)掘掘！三,機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣劣，決定了了機(jī)械產(chǎn)品品的性能、、造價(jià)和市市場(chǎng)前景。。運(yùn)動(dòng)方案的的設(shè)計(jì)是設(shè)設(shè)計(jì)者通過過何種原動(dòng)動(dòng)機(jī)、何種種機(jī)構(gòu)組合合、何種執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，，組合為一一部完成特特定工作任任務(wù)的機(jī)械械系統(tǒng)的全全面構(gòu)思。。在設(shè)計(jì)之初初，這種構(gòu)構(gòu)思往往是是最為艱難難的，僅僅僅是達(dá)到或或滿足設(shè)計(jì)計(jì)要求已經(jīng)經(jīng)不易，如如果設(shè)計(jì)方方案相對(duì)已已有方案而而言具有多多方面的優(yōu)優(yōu)越性，則則該設(shè)計(jì)不不僅僅體現(xiàn)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者者深厚的設(shè)設(shè)計(jì)功底，，還應(yīng)具備備一些不可可預(yù)期的偶偶然性---設(shè)計(jì)靈感，，因此原始始創(chuàng)新一般般是可遇不不可求的必須掌握必必要的知識(shí)識(shí)和環(huán)境信信息，必須須了解有關(guān)關(guān)學(xué)科在實(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方方案設(shè)計(jì)中中所能起到到的作用。。

（1）充分了解解并掌握各各種常用機(jī)機(jī)構(gòu)的基本本知識(shí)；（（2）必須了解和和掌握各種動(dòng)動(dòng)力源的性能能和使用要求求；

（3）必須熟悉對(duì)對(duì)設(shè)計(jì)方案的的選擇有重要要影響的周圍圍環(huán)境信息（（如加工制造造條件、產(chǎn)品品使用條件等等）；

（4）充分重視其其他學(xué)科的技技術(shù)發(fā)展和應(yīng)應(yīng)用情況。運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)計(jì)的主要步驟驟如下：（（1）工藝參數(shù)的的給定及運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)的確定定；

（2）方案的比較較和決策；（（3）執(zhí)行構(gòu)件間間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的的確定及運(yùn)動(dòng)動(dòng)循環(huán)圖的繪繪制；

（4）動(dòng)力源的選選擇及執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)的確定；；

（5）機(jī)構(gòu)的選擇擇及創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)和力學(xué)性能能的分析。四,機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)點(diǎn)如果機(jī)器比作作一個(gè)人，那那么機(jī)構(gòu)則是是機(jī)器的骨架架。機(jī)械產(chǎn)品品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)，其核心在在于機(jī)構(gòu)的創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)功功能可歸結(jié)為為增力、增程程、構(gòu)件特定定運(yùn)動(dòng)規(guī)律三三大功用類型型。在選擇和評(píng)價(jià)價(jià)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方方案中，機(jī)構(gòu)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的的原則為：（1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單（2）結(jié)構(gòu)尺寸小?。?）較好的動(dòng)力力特性五,機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)同一簡(jiǎn)單單、基本功能能的機(jī)構(gòu)是多多樣的，進(jìn)行行歸納和總結(jié)結(jié)，有助于快快速、高效地地完成簡(jiǎn)單功功能對(duì)應(yīng)的機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；復(fù)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)，可建立立在簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)構(gòu)的基礎(chǔ)上，，也可以在平平時(shí)的機(jī)械設(shè)設(shè)計(jì)知識(shí)與經(jīng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上上，創(chuàng)造性地地設(shè)計(jì)出新機(jī)機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的類型是是有限的，但但是機(jī)構(gòu)的組組合創(chuàng)新是無無限的，而且且，即便是同同一類型的機(jī)機(jī)構(gòu)，其研究究與應(yīng)用也是是無限的，更更進(jìn)一步，同同一構(gòu)型的機(jī)機(jī)構(gòu)，當(dāng)選取取不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸或構(gòu)件件型式時(shí)，其其用途也是不不一樣的。這這些特性是機(jī)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)的魅力所在在，也是設(shè)計(jì)計(jì)的難點(diǎn)所在在。組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)一般依靠單一一機(jī)構(gòu)，只能能完成簡(jiǎn)單的的動(dòng)作和功能能，一個(gè)內(nèi)含含復(fù)雜機(jī)構(gòu)的的機(jī)械產(chǎn)品，，往往是多個(gè)個(gè)機(jī)構(gòu)的組合合。機(jī)構(gòu)的組合是是將幾種基本本機(jī)構(gòu)組合在在一起，保持持各自的運(yùn)動(dòng)動(dòng)特性，完成成各自的工作作，相互協(xié)作作完成運(yùn)動(dòng)要要求，達(dá)到組組合目的。機(jī)構(gòu)的組合方方式有串聯(lián)、、并聯(lián)、復(fù)合合、疊加等。。組合機(jī)構(gòu)則是是將幾種機(jī)構(gòu)構(gòu)融合成一個(gè)個(gè)整體，各機(jī)機(jī)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)動(dòng)相互耦合和和作用，使得得運(yùn)動(dòng)性能更更加完善、運(yùn)運(yùn)動(dòng)形式更加加多樣化，但但是設(shè)計(jì)較單單一機(jī)構(gòu)更加加困難。齒輪連桿組合合機(jī)構(gòu)凸輪連桿組合合機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的變異與與演化在看待事物的的時(shí)候，由于于視角或出發(fā)發(fā)點(diǎn)不同，““橫看成嶺側(cè)側(cè)成峰，遠(yuǎn)近近高低各不同同”。在機(jī)械械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)設(shè)計(jì)過程中，，要特別注意意構(gòu)件外形創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與功功能實(shí)現(xiàn)。三種四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)變異結(jié)構(gòu)和和功能四桿機(jī)構(gòu)的變變異與演化14種不同類型機(jī)機(jī)構(gòu)六,基于功能元求求解的機(jī)械系系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)計(jì)法國著名的生生理學(xué)家貝爾爾納曾說過：：“良好的方方法能使我們們更好地發(fā)揮揮天賦的才能能，而笨拙的的方法則可能能阻礙才能的的發(fā)揮。”創(chuàng)新思維方法法1,發(fā)散與收斂2,邏輯與非邏輯輯3,定向與非定向向4,動(dòng)態(tài)與有序5,直覺與靈感任何一個(gè)復(fù)雜雜的機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)，都由完成成各個(gè)不同動(dòng)動(dòng)作的功能元元組成，而一一個(gè)功能元對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)或多多個(gè)動(dòng)作，一一個(gè)或多個(gè)動(dòng)動(dòng)作的完成對(duì)對(duì)應(yīng)單一機(jī)構(gòu)構(gòu)或組合機(jī)構(gòu)構(gòu)，即遵循““功能---動(dòng)作---機(jī)構(gòu)”的倒推推機(jī)理。基于于此，本文提提出了基于功功能元的機(jī)械械系統(tǒng)方案設(shè)設(shè)計(jì)與求解的的方法。此外，要想設(shè)設(shè)計(jì)出構(gòu)思巧巧妙、功能多多樣的產(chǎn)品，，必須打好基基礎(chǔ)，重視機(jī)機(jī)械原理的基基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)習(xí)，善于歸納納總結(jié)常見機(jī)機(jī)構(gòu)的功用，，熟悉簡(jiǎn)單動(dòng)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)有有哪些可行的的方案。除了對(duì)各種機(jī)機(jī)構(gòu)在動(dòng)作轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換方面的特特性有較深入入的了解外，，還應(yīng)對(duì)各種種典型機(jī)構(gòu)的的設(shè)計(jì)難易程程度、制造成成本和條件有有比較合理的的分析論證，，從而對(duì)機(jī)械械系統(tǒng)中每一一個(gè)功能元排排列出所有可可能的設(shè)計(jì)子子方案。常見簡(jiǎn)單動(dòng)作作轉(zhuǎn)換與對(duì)應(yīng)應(yīng)基本機(jī)構(gòu)從機(jī)構(gòu)的角度度，某一功能能就意味著某某一個(gè)特定的的動(dòng)作，單獨(dú)獨(dú)為一個(gè)動(dòng)作作設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)運(yùn)動(dòng)鏈或運(yùn)動(dòng)動(dòng)方案是比較較簡(jiǎn)單的，難難度在于整體體地將多個(gè)功功能即多個(gè)動(dòng)動(dòng)作揉合到一一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈中中，或者將多多個(gè)獨(dú)立的機(jī)機(jī)構(gòu)整合到一一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品品中，要求相相互協(xié)調(diào)、互互不干涉。在《機(jī)械原理理》各類機(jī)構(gòu)構(gòu)教學(xué)過程中中，多次有學(xué)學(xué)生問到同一一個(gè)問題：既然各類機(jī)構(gòu)構(gòu)均有自己的的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和和應(yīng)用局限性性，而開式鏈鏈則具有設(shè)計(jì)計(jì)靈活、可實(shí)實(shí)現(xiàn)任意輸出出運(yùn)動(dòng)軌跡等等優(yōu)點(diǎn)，為什什么還需要學(xué)學(xué)習(xí)和使用如如此眾多的機(jī)機(jī)構(gòu)呢？這個(gè)問題貌似似簡(jiǎn)單，實(shí)則則道出了機(jī)構(gòu)構(gòu)的真正使用用價(jià)值?；跅U組的結(jié)結(jié)構(gòu)分解法阿蘇爾（Assur）桿組理論認(rèn)認(rèn)為：任何一一個(gè)平面閉式式鏈機(jī)構(gòu)，都都可以認(rèn)為是是由機(jī)架、原原動(dòng)件和若干干個(gè)基本桿組組組成，其中中原動(dòng)件或主主動(dòng)件的數(shù)目目等于機(jī)構(gòu)自自由度的數(shù)目目。桿組是自自由度為0的結(jié)構(gòu)單元，，是組成機(jī)構(gòu)構(gòu)的基本模塊塊。采用基于阿蘇蘇爾桿組理論論分析機(jī)構(gòu)的的運(yùn)動(dòng)學(xué)，具具有模塊化的的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)桿桿組的外接運(yùn)運(yùn)動(dòng)副位置確確定，該桿組組其他關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)的位置一般般也可計(jì)算獲獲得。因此，，若獲得所有有阿蘇爾桿組組構(gòu)型綜合結(jié)結(jié)果，并且對(duì)對(duì)有限的、常常見常用的2桿組、4桿組（4A桿組對(duì)應(yīng)3級(jí)組、4B桿組對(duì)應(yīng)4級(jí)組）進(jìn)行模模塊化程序設(shè)設(shè)計(jì)，在分析析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)時(shí)，只需需要調(diào)用相應(yīng)應(yīng)的模塊即可可，從而將機(jī)機(jī)構(gòu)的分析大大大簡(jiǎn)化。七,機(jī)械系統(tǒng)的可可靠性和方案案評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可行性性分析，一言言以蔽之，即即能否用現(xiàn)有有技術(shù)加工制制造出該產(chǎn)品品.包括技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)手段的科學(xué)學(xué)性和合理性性、加工制作作的難易程度度和加工方法法選擇的合理理性、制作時(shí)時(shí)間安排、人