第五章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計.ppt

1、第五章 原理方案的創(chuàng)新設(shè)計,范興鐸 工程學(xué)院,產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計 方案設(shè)計階段：針對產(chǎn)品的主要功能提出原理性的構(gòu)思，探索解決問題的物理效應(yīng)和工作原理，并用各種簡圖表達構(gòu)思的內(nèi)容。 方案好責(zé)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝、成本、性能、使用維護就好。 因此是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。,工程設(shè)計內(nèi)容錯綜復(fù)雜，孤立靜止的分析某個問題，得到的結(jié)論往往是片面的，局限的，因此應(yīng)系統(tǒng)地從整體入手解決分析問題，因此原理方案設(shè)計往往采用系統(tǒng)工程的觀點方法解決復(fù)雜的問題。,1、產(chǎn)品規(guī)劃,市場調(diào)研與預(yù)測，國內(nèi)外信息研究與分析，論證產(chǎn)品開發(fā)的必要性和可行性，進而確定產(chǎn)品的功能目標(biāo)。,2、方案設(shè)計階段,以系統(tǒng)的總功能目標(biāo)為基礎(chǔ)，對

2、系統(tǒng)進行分析分解，確定各子系統(tǒng)的分功能和功能元，并對各功能目標(biāo)進行創(chuàng)新、探索、優(yōu)化、篩選，從而確定較理想的工作原理方案。,3、技術(shù)設(shè)計階段,在原理方案設(shè)計基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)中零部件的尺寸，形狀，結(jié)構(gòu)，強度，剛度，精度設(shè)計，繪制出相應(yīng)的工作圖，編制出相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)資料。,4、施工設(shè)計階段,在技術(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)上進行加工和制造的工藝設(shè)計，進行安裝，調(diào)試，維護及使用的設(shè)計與說明。,5.1、功能設(shè)計法,1、功能設(shè)計法是指將口頭提出的任務(wù)形成技術(shù)系統(tǒng)的目的或要求。其主要工作是功能的分析與功能的分解 在設(shè)計機械產(chǎn)品時，先把該產(chǎn)品看作一個技術(shù)系統(tǒng)，在構(gòu)思方案之前，把該系統(tǒng)看作內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的黑箱。 也就是首先分析

3、要達到的結(jié)果，并不說明如何達到這個結(jié)果。 如洗衣機，只要求洗出的衣服是干凈的，具體是怎么洗我不管，干洗濕洗滾筒，冷水熱水。,機械產(chǎn)品的用途或所具有的特定工作能力，稱為機械產(chǎn)品的功能。 一臺機器所能完成的功能，常稱為機器的總功能，而實現(xiàn)一個總功能要由多個分功能系統(tǒng)來完成，通過分功能的協(xié)調(diào)工作來完成總功能。 功能分析法就是將機械產(chǎn)品的總功能，分解成若干功能元，通過對功能元求解，然后組合，可以得到機械產(chǎn)品方案的多種解。 分解收斂,2、功能分類,機電系統(tǒng)一般由驅(qū)動、傳動、執(zhí)行、測控四部分組成，各部分功能分別不同。 1）執(zhí)行部分：主要是去完成機器的工作任務(wù)，使實現(xiàn)功能。 如汽車的車輪行走功能，機床的刀具

4、的切削功能,2）驅(qū)動部分的功能為系統(tǒng)提供能源動力的部分。 如：汽車的發(fā)動機，機床的電機 3）傳動部分：將驅(qū)動部分的力和運動傳輸給執(zhí)行部件。 如：汽車的傳動軸，自行車的車鏈，機床的齒輪，帶等 4）測控部分：包括測試和控制。 如：傳感片測試車刀的進給，汽車的方向盤，剎車控制車的車速。,3、原理方案的總體分析,就是選擇一個實現(xiàn)功能的總體方案，通過分析輸入輸出來確定總體方案。 如：洗衣機，干洗，濕洗，冷洗，熱洗，波輪式，滾筒式。 螺紋的加工機總體方案設(shè)計 可以用車銷、銑銷加工，也可以用搓絲加工，用搓絲板或搓絲輪，應(yīng)根據(jù)總體加工要求分析來確定方案,復(fù)雜系統(tǒng)有多個執(zhí)行功能，在總體分析時要對各執(zhí)行件間的關(guān)系

5、配合和動作協(xié)調(diào)進行規(guī)劃，如打印機的噴墨和送紙。,4、功能分解,實際工作中，機械產(chǎn)品復(fù)雜難以直接求得滿足總功能的功能原理方案，因此采用系統(tǒng)分解的原則，進行功能分解，然后分別求解。 總功能可以分解為分功能二級功能功能元，可以用功能樹來表示。,齒輪減速器,輸入連軸器,傳動,齒輪,潤滑,支撐,箱體,軸,軸承,端蓋,密封,連接,螺釘,銷釘,鍵,輸出,連軸器,5、功能求解,1）功能元解 方法：參考借鑒有關(guān)產(chǎn)品資料或?qū)＠?利用設(shè)計目錄 運用各種創(chuàng)新方法探索新的解法 如動力源：電動機、汽油機、柴油機 移位設(shè)計：齒輪傳動、蝸桿傳動 2）系統(tǒng)解 將功能元解合理組合可以得到多個系統(tǒng)原理解。 Nn1n2n3nm 見

6、課本P114例55,各功能元解組成系統(tǒng)原理方案時，應(yīng)注意的問題： 1、采用新的物理原理，使主功能發(fā)生根本性的變化，開發(fā)新產(chǎn)品 如：激光加工車床，微波爐，電磁爐等 2、采用創(chuàng)新思維和技術(shù)成果，新思路新構(gòu)思與新技術(shù)新能源新材料新工藝有密切聯(lián)系 如：激光加工是利用產(chǎn)生激光束的特殊材料，微波爐是用磁控管產(chǎn)生微波,3、要考慮設(shè)計的附加要求 如：要求采用機械傳動，就不必考慮液壓傳動，電力傳動 4、要兼顧到設(shè)計的全局要求，不僅要考慮功能元本身的要求，而且要考慮它在總功能中的作用，使之與總功能相協(xié)調(diào)。,5.2設(shè)計目錄,就是根據(jù)設(shè)計需要，編制的一種設(shè)計信息庫，包含各種功能元的所有解。 針對每項功能元盡量多的收集

7、解 例57P125 P123表58,5.3、評價系統(tǒng),多方案中要選出最優(yōu)最實用。性價比最高的。 一、評價目標(biāo) 評價產(chǎn)品應(yīng)有評價目標(biāo)作為依據(jù)，這樣才能給出定性定量的評價。,1、評價目標(biāo)的內(nèi)容,1）技術(shù)評價目標(biāo) 工作性能指標(biāo)，加工裝配工藝性，使用維護性，技術(shù)上的先進性等 2）經(jīng)濟評價目標(biāo) 成本、利潤、投資回收期等 3）社會評價目標(biāo) 方案實施的社會影響，市場效應(yīng)，節(jié)能，環(huán)境保護，可持續(xù)發(fā)展等,選主要的要求和約束條件為實際評價目標(biāo)，最好不要超過68項，過多易掩蓋主要影響因素，不利于方案的選出。 例P127表510行星齒輪減速器的評價目標(biāo),2、加權(quán)系數(shù),定量評價時，需要根據(jù)各目標(biāo)的重要程度設(shè)置加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)是反映目標(biāo)重要程度的量化系數(shù)。 加權(quán)系數(shù)高則重要程度高。 各評價目標(biāo)加權(quán)系數(shù)gi1且總系數(shù)和為1,加權(quán)系數(shù)的確定：由經(jīng)驗確定或采用強制判別法。 根據(jù)工作經(jīng)驗確定，利潤高一些，現(xiàn)在社會環(huán)保高 強制判定時編制判別表,判別表,同等重要各2分，某項比另一項重要分別給3分1分，重要很多則分別4分0分。,Ki各評價目標(biāo)的總分 N評價目標(biāo)數(shù),P127例58,3、評價目標(biāo)樹,用系統(tǒng)分析法對目標(biāo)系統(tǒng)進行分解并圖示，將總目標(biāo)具體化為便于定性或定量評價的目標(biāo)元，從而形成目標(biāo)樹。,總目標(biāo),子目標(biāo) 加權(quán)系數(shù),子目標(biāo) 加權(quán)系數(shù),二級子目標(biāo) 加