3機構(gòu)系統(tǒng)運動方案創(chuàng)新設(shè)計

從幾個名詞概念開始認(rèn)識機械

機械原理課程的研究對象與內(nèi)容回顧1.機械的概念（回顧）一、機械、機械系統(tǒng)、系統(tǒng)機器機構(gòu)構(gòu)件零件機械機械系統(tǒng)方案設(shè)計概論(1)機器

是一種可用來傳遞或變換能量、物料與信息的機構(gòu)或機構(gòu)的組合。它有三個特征。(2)機構(gòu)是用來傳遞與變換運動和動力的可動裝置。它有兩個特征。機構(gòu)組成機器回顧機構(gòu)的特征1）它是人為的實體組合；2）各實體之間具有確定的相對運動；機器的特征3）它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息。從結(jié)構(gòu)與運動的角度分析，二者無異，統(tǒng)稱為機械。機構(gòu)機器回顧2.系統(tǒng)、機械系統(tǒng)

系統(tǒng)——指具有特定功能的、相互間具有一定聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個整體。系統(tǒng)本身可分成若干個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)里有時還可以分出更小的小子系統(tǒng)。系統(tǒng)本身還可以作為更大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

任何機械產(chǎn)品都是由若干個零部件及裝置組成的一個特定系統(tǒng)。即：由確定的質(zhì)量、剛度及阻尼的若干個物質(zhì)所組成，彼此間有機聯(lián)系，并能完成特定的功能，故亦稱之為機械系統(tǒng)。

回顧回顧動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)支承系統(tǒng)安全系統(tǒng)-潤滑系統(tǒng)-冷卻系統(tǒng)-密封系統(tǒng)等二、機械系統(tǒng)的組成設(shè)計類型開發(fā)性創(chuàng)新設(shè)計組合創(chuàng)新設(shè)計改良性創(chuàng)新設(shè)計

機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是開發(fā)新產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品，最終目的是為市場提供優(yōu)質(zhì)高效、價廉物美的機械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟效益。三、機械系統(tǒng)設(shè)計1機械系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和類型功能原理設(shè)計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設(shè)計通過對工作原理所提出的工藝動作進(jìn)行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計決定選擇何種機構(gòu)實現(xiàn)給定的運動規(guī)律（機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計）執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計出機械運動循環(huán)圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進(jìn)行定性評價和定量評價并從中選出最佳設(shè)計方案2機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計的主要內(nèi)容和過程3.1

機械功能原理設(shè)計功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務(wù)，或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量、運動或其他物理量的特性?！肮δ堋笔钱a(chǎn)品的核心和本質(zhì)“顧客購買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”。10設(shè)計者如何看待產(chǎn)品的功能呢？或者說在設(shè)計中關(guān)于功能應(yīng)該考慮哪些因素呢？功能的定義及其分類概念辨析

1)功能2)功用3)用途4)性能5)能力11功能的定義及其分類

在以上各功能中，基本功能必須保證，且在設(shè)計中不能改變；附加功能可隨技術(shù)條件或結(jié)構(gòu)方式的改變而取舍或改變；而非必要功能可能是設(shè)計者主觀加上去的，因此可有可無。由于系統(tǒng)的功能總是以成本作為代價的，所以，設(shè)計時應(yīng)對一個系統(tǒng)需具有哪些必要功能，去掉哪些非必要功能做出明確的決定。所謂“功能原理設(shè)計”就是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，亦即針對產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計。功能的分類：功能必要功能非必要功能基本功能附加功能1、功能原理設(shè)計的特點功能原理設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的第一設(shè)計階段，而總體設(shè)計、機構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計則是功能原理設(shè)計的后繼過程，是將功能原理設(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)方案的具體設(shè)計過程。對于機構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過有關(guān)課程的學(xué)習(xí)大家已經(jīng)有了比較詳細(xì)的了解。而對功能原理設(shè)計并不真正了解，與機構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，功能原理設(shè)計有其完全不同的特點和工作內(nèi)容。功能原理設(shè)計的工作特點（通過下面的例子來總結(jié)）例1要求設(shè)計一自動送料板的裝置。機械推壓原理摩擦原理氣吸原理上料方法同—工作原理不同---要求的運動規(guī)律不同---機構(gòu)不同功能原理不同，工藝動作（運動規(guī)律）也不同，執(zhí)行機構(gòu)型式自然不一樣。不同的機構(gòu)可以實現(xiàn)同一運動規(guī)律，滿足同樣的使用要求例2設(shè)計一臺加工內(nèi)孔的機床。車床鏜床鉆床拉床例3設(shè)計草地剪草機。分析：對雜草進(jìn)行剪修通常的辦法有：拉——可以拉斷雜草，但無法控制被拉斷草的高度，即無法使草地整齊。割斷——像割麥一樣，需要握住雜草的上部才能割斷。剪斷——利用剪刀刃的合攏可以剪斷雜草。顯然，選擇剪斷是較合理的方案，并且將剪刀做成像理發(fā)推子那樣，這就是傳統(tǒng)的剪草機的解法原理。

后來設(shè)計人員受到雜技演員用鞭子把紙抽斷這一現(xiàn)象的啟發(fā)，可以用具有足夠高速度的軟物體代替刀、剪去切斷某些物體。于是一種新型的割草機誕生了：用一根直徑約2mm的高速旋轉(zhuǎn)的尼龍繩，去抽打被修剪的草，其結(jié)果是又快又好地將草坪修剪出來，如下圖所示。例4平板玻璃制造。

傳統(tǒng)制造平板玻璃都是采用“垂直引上法”，見圖a。此法是把半流體的玻璃從熔池中不斷向上引，開始時通過軋輥控制厚度，然后邊向上引邊凝固。這樣加工出來的玻璃表面總是有波紋，且厚度不勻。近年來，出現(xiàn)了用“浮法”制造平面玻璃的新工藝，用此方法生產(chǎn)出來的玻璃克服了厚薄不均且有波紋的缺點。圖b是“浮法”加工的示意圖：讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點金屬的液面上，邊向前流動邊凝固。

通過上述例子可知，功能原理設(shè)計具有如下特點：①功能原理方案設(shè)計就是針對某一確定的功能要求，構(gòu)思并求得能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。（使機器的工作原理發(fā)生本質(zhì)的變化的設(shè)計）②功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝……，但首先要求設(shè)計人員要有一種新想法、新構(gòu)思。（否則，沒有新想法，即使新技術(shù)放到面前也不會把它用到設(shè)計中去）。③功能原理設(shè)計使所設(shè)計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。（如機械鐘表無論在技術(shù)上如何改進(jìn)，其走時的精確性都不可能與石英表相媲美。）

因此，功能原理設(shè)計的好與壞將對產(chǎn)品的成敗起決定性作用，設(shè)計人員必須給予高度重視。

2.功能原理設(shè)計方法

功能原理設(shè)計方法是指把機械系統(tǒng)的總功能分解成若干功能元，通過功能元求解，然后進(jìn)行組合得到多個系統(tǒng)方案，以待選擇。產(chǎn)品功能的定義與分類

功能原理設(shè)計必須由功能分析入手。在進(jìn)行功能分析之前，首先應(yīng)對“功能”的概念及其它有關(guān)的概念有一個科學(xué)的認(rèn)識。

功能和功能元1．功能是對于某一產(chǎn)品特定的工作能力的抽象化描述。設(shè)計產(chǎn)品的目的是把一定的輸入量轉(zhuǎn)化為滿足需求、符合特定目的的輸出量。實質(zhì)上，“功能”是指某一機器或裝置（這里統(tǒng)稱為技術(shù)系統(tǒng)）所具有的轉(zhuǎn)化能量、運動或其它物理量的特性。它反映了技術(shù)系統(tǒng)輸入量和輸出量之間的因果關(guān)系。例如，一臺電機的功能是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的動能。根據(jù)系統(tǒng)論的觀點，一個系統(tǒng)可以分解為若干個子系統(tǒng)，系統(tǒng)的總功能可以分解為若干分功能。任一機械產(chǎn)品都是一個相對獨立的技術(shù)系統(tǒng)，因此其總功能同樣也具有可分性。例如，一臺鉆井泵是可以分成動力端和液力端兩大部分。把鉆井泵看作一個整體系統(tǒng)，則動力端和液力端即為分系統(tǒng)；增加液體的能量是總功能，相應(yīng)的轉(zhuǎn)換運動形式和吸排液體的功能就是分功能。2、分功能3．功能元

在進(jìn)行一個復(fù)雜機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計中，或?qū)σ粋€復(fù)雜機械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，有時僅僅使用分功能這一概念，難以清楚地表達(dá)出功能的層次和功能之間的相互關(guān)系。為此，結(jié)合機械設(shè)計的特點，引入功能元的概念。定義：功能元是指以功能為核心，既保持有一定的功能獨立性，又具有一定的復(fù)雜程度的技術(shù)單元。也可以說，功能元是不能再分解的最小功能單位，是直接能從物理效應(yīng)、邏輯關(guān)系等方面找到解法的基本功能。機械和儀器中的基本功能可以歸納為三類：物理功能元、邏輯功能元和數(shù)學(xué)功能元。應(yīng)該注意，分功能和功能元都是根據(jù)功能的相對獨立性而劃分的，與機械的零件、部件或機構(gòu)不能等同。前者是對一個機械系統(tǒng)的某一分系統(tǒng)工作任務(wù)的抽象描述，后者屬于功能載體。總功能分析方法——“黑箱法”任何一個機械系統(tǒng)（或一般技術(shù)系統(tǒng)）的輸入和輸出都可以歸納為三個基本要素

1.能量（E）：包括機械能、熱能、電能、光能、化學(xué)能、核能、生物能等；2.物料（M）：可為材料、毛坯、試樣、氣體、液體等；3.信息（S）：表現(xiàn)為數(shù)據(jù)、控制指令和顯示等。能量、物料和信息三個基本要素在系統(tǒng)中沿一定路徑運動形成功能流，即：能量流、物料流和信息流。

在系統(tǒng)內(nèi)部物理量發(fā)生了變化，使得系統(tǒng)的輸入量與輸出量有所不同，這稱為變換。儀器：是主要傳遞信息流的技術(shù)系統(tǒng)，其主要性能指標(biāo)為精度。設(shè)備：是主要傳遞物料流的技術(shù)系統(tǒng)，設(shè)計中主要考慮靜強度和剛度等問題。機械：是主要傳遞能量流的技術(shù)系統(tǒng)，設(shè)計中需要進(jìn)行運動和動力學(xué)分析，主要性能指標(biāo)為強度、剛度、磨損和壽命等?？偣δ芊治龇椒ā昂谙浞ā痹谶M(jìn)行產(chǎn)品的功能原理設(shè)計時，對于所要設(shè)計的機械或其它產(chǎn)品，總會提出各種各樣的要求，給出一些限制條件。這些要求和限制條件有定性的也有定量的，有主要的也有次要的，如果從這樣復(fù)雜的任務(wù)要求出發(fā)來分析系統(tǒng)的總功能，難以一下子認(rèn)識清楚。為此，通常采用系統(tǒng)工程學(xué)中的“黑箱法”來抽象，并描述其功能流的輸入和輸出?！昂谙浞ā笔侵笇⑾到y(tǒng)看成一個不透明的不知道其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，在不打開黑箱的前提下，利用對未知系統(tǒng)的外部觀測，分析該系統(tǒng)與環(huán)境之間的輸入和輸出，通過輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系確定系統(tǒng)的功能和特性的分析方法?？偣δ芊治龇椒ā昂谙浞ā?/p>

黑箱法是將要開發(fā)的機械系統(tǒng)視為一個未知內(nèi)容的黑箱，把三個基本要素的輸入和輸出用黑箱模型來表示，如圖所示。這樣的抽象表達(dá)，可暫時忽略次要因素，只對三個基本要素的輸入和輸出關(guān)系作集中考慮，因此能突出表達(dá)設(shè)計的總功能。用黑箱法描述系統(tǒng)功能例如自行車的功能原理設(shè)計。自行車功能原理系統(tǒng)圖又如機床設(shè)計。

“黑箱法”的特點是通過“黑箱”與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能、特性，進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機理和結(jié)構(gòu)，逐步使“黑箱”透亮，直至方案擬定。它擺脫了具體設(shè)計對象，而按系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能和對三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設(shè)計人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案。黑箱

機械系統(tǒng)設(shè)計中，需要把復(fù)雜的總功能分解為各級分功能，最后直至功能元，再分別對功能元進(jìn)行求解，最后綜合成一個完整的功能原理方案。例：家用縫紉機的功能分解功能分解與功能元典型機器功能分析——縫紉機1、縫紉機的功能

縫紉機的總功能是將線按一定規(guī)律縫于縫料上。采用了上下兩根縫線互相交織，交織點位于縫料中間的雙線鎖式線跡。這種縫紉功能具有以下特點：

1)機縫線跡整齊美觀，縫合牢固，縫紉迅速。

2)實現(xiàn)總功能的各機構(gòu)間的運動配合要求精度很高，如與機針相關(guān)構(gòu)件的運動配合間隙必須保持在0.04～0.10mm之間，一些關(guān)鍵動作如鉤線又要求在極短時間(0.005s)內(nèi)完成。2、縫紉機的功能分析3421主要功能引線功能鉤線穿環(huán)功能挑線功能送料功能（1）1)引線功能

當(dāng)機針刺過縫料時，面線隨針下降。而當(dāng)針回升時，因引入槽長而深，面線嵌入槽內(nèi)，不和縫料接觸而隨針上升。但引出槽卻短而淺，面線則凸出槽外被縫料擠壓，形成較大摩擦阻力，因而不隨針上升，而是被槽底托起，向外擴大，造成線環(huán)。這是實現(xiàn)雙線交織的關(guān)鍵。縫紉機針1-針尖2-針刃3-針柄4-平面5-引入槽6-引出槽7-針孔擺梭尖嘴2)鉤線穿環(huán)功能

擺梭尖嘴插入所造線環(huán)，擺梭擺動又使環(huán)擴大，擴大的環(huán)繞過梭心后，線環(huán)就被底線穿過。同時面線回收，使線環(huán)從擺梭尖嘴內(nèi)脫出，抽緊面線，形成底面線交織，而后擺梭組件返回。帶有尖嘴的擺梭作往復(fù)擺動是實現(xiàn)的該功能的關(guān)鍵。3)挑線功能

當(dāng)機針向下穿刺，形成線環(huán)及擴環(huán)過程，都需要把面線供給機針和擺梭，而當(dāng)?shù)拙€穿過面線環(huán)后，又需要收回面線，以便抽緊底線，形成交織。這是靠挑線桿帶著面線上下擺動來實現(xiàn)的。4)輸送縫料的功能

為使線跡連續(xù)，當(dāng)一個線跡形成后，縫料應(yīng)相對機針移動一個線跡距離。

當(dāng)機針退出縫料后，送布牙就上升并壓入縫料底面，利用摩擦力使縫料移動一個線跡。而后送布牙下降并返回原位，和縫料脫離接觸，以便進(jìn)行下一個形成線跡的功能動作。送布機構(gòu)的方案（2）輔助功能為保證主要功能的實現(xiàn)，還配置了一系列輔助功能。1)調(diào)節(jié)面線和底線的阻尼功能為保證得到美觀、整齊和牢固的線跡，面線與底線的松緊應(yīng)能使鎖式線跡的交接點絞合在縫料中間。

面線過緊或底線過松，則會使底線被拉到縫料上面，反之，面線又會被底線拉到縫料下面。調(diào)節(jié)面線松緊的阻尼是靠旋動夾面線螺母來實現(xiàn)的。調(diào)節(jié)底線松緊的阻尼則用擰動壓緊底線的螺紋來實現(xiàn)的。2)調(diào)節(jié)壓腳壓緊力的功能壓腳壓緊縫料的壓力過大，則會產(chǎn)生縫料皺縮和使縫料遭受損傷，壓力過小，又會產(chǎn)生送料呆滯和縫料溜滑現(xiàn)象。這是靠調(diào)節(jié)壓腳壓力的螺紋來實現(xiàn)的。3)調(diào)節(jié)送布針距的功能送布針距影響到線跡密度，提高線跡密度會增加縫紉牢度，但過密則會影響縫料強度。它由送布牙送料距離調(diào)節(jié)鈕決定。4)繞底線功能底線須繞在梭心上，才能進(jìn)行底面線交織。實現(xiàn)此功能是把梭心裝到繞線軸上，由高速轉(zhuǎn)動的手輪使上摩擦輪帶動繞線軸旋轉(zhuǎn)，而使梭心纏繞底線。（3）控制功能控制功能主要有三類，即機械、人機、電子控制功能。1)機械控制功能縫紉機中每一功能動作的協(xié)調(diào)，是由傳動機構(gòu)的巧妙配合進(jìn)行控制的，主要由凸輪和連桿機構(gòu)的配合來達(dá)到的。2)人機控制功能操作者和縫紉機構(gòu)成了人機系統(tǒng)?？p紉信息傳入操作者的感官，再用手作為執(zhí)行器來控制縫料運動，完成縫紉要求。3)電子控制功能用微機進(jìn)行程序控制，從而實現(xiàn)可隨意調(diào)節(jié)和改變縫紉線跡，甚至可以實現(xiàn)繡花和鎖扣眼的特殊功能。主要、輔助和控制三方面功能互相配合，共同實現(xiàn)了縫紉總功能。

一般技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足總功能的原理解?？衫孟到y(tǒng)工程分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能、分功能、功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，以便通過功能元解的有機組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。功能分解可圖示為樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱功能樹。功能樹起于總功能，按分功能、二級分功能……分解，其末端為功能元。例如：激光分層實體制造設(shè)備的功能分析。功能分解與功能元功能分解如下：型層疊合形成紙型紙型疊合排煙測控送紙收紙X向掃描Y向掃描驅(qū)動傳動送紙驅(qū)動傳動送紙驅(qū)動傳動X向位移驅(qū)動傳動Y向位移壓紙粘合Z向升降驅(qū)動傳動輥Y向移動測高工作狀態(tài)操縱總功能一級分功能功能元功能元（分功能）的求解

一個功能元（分功能）都要找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實現(xiàn)，有時一個功能元（分功能）可以相應(yīng)地提出幾個技術(shù)、物理效應(yīng)。功能元的求解方法主要有：①參考有關(guān)資料、專刊或產(chǎn)品求解法；②利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法；③利用設(shè)計目錄求解法。設(shè)計目錄是把能實現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料。常用的五種物理功能元包括各種類型能量之間的轉(zhuǎn)變、運動形式的轉(zhuǎn)變、材料性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、物態(tài)的轉(zhuǎn)變及信號種類的轉(zhuǎn)換等指各種物理量(如位移、速度、力)的放大或縮小等包括能量流、物料流、信息流的結(jié)合或分離（如運動的合成或分解）體現(xiàn)三大流在一定時間范圍內(nèi)保存的功能，如彈簧、電池、錄音帶、光盤等的儲存反映能量流、物料流、信息流的位置變化。如離合器、開關(guān)、閥門等部分功能元解法目錄連桿機械一次增力功能元解法目錄四桿機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換解法目錄第六步：訂書打孔機的四種原理方案解見圖。設(shè)計舉例：設(shè)計手動訂書打孔機設(shè)計要求：①操作手柄旋轉(zhuǎn)運動；②打孔針作直線往復(fù)運動；③桿件數(shù)目為4個；④省力。解題步驟：第一步：確定總功能(打孔)。第二步：總功能分解(輸入的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)檩敵龅闹本€運動；力增大)。第三步：由于是一個由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橐苿拥乃臈U機構(gòu)，故可查四桿機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換解法目錄，以尋求解法。第四步：選取2、4、7、9四個方案。第五步：增力機構(gòu)選取杠桿機構(gòu)。訂書打孔機原理方案解原理解組合---形態(tài)綜合法1）原理方案的組合可采用形態(tài)綜合法即將系統(tǒng)的功能元列為縱坐標(biāo)，各功能元的相應(yīng)解法列為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣，如表2-1所示。

表中，U1、U2、…、Um為功能元(即分功能)：t11、t12、…為第一功能元的解；tm1、tm2、…、tmnm為第m功能元Um的解。從每項功能元中取出一種解進(jìn)行合理組合，即可得到一個系統(tǒng)解，最多可以組合出N種原理方案：N=n1×n2×…×ni×…×nm式中，m為功能元數(shù)；ni為第i種功能元解的個數(shù)。例1：行走式挖掘機的原理方案分析：解:1)功能分析:物料取移驅(qū)動傳動取放取放物移物驅(qū)動傳動移位2)探索功能元并列出形態(tài)學(xué)矩陣如下:功能元功能元解123456A動力源※電動機汽油機柴油機蒸汽透平機¤液動機氣動馬達(dá)B移位傳動齒輪傳動蝸桿傳動帶傳動※鏈傳動¤液力偶合器C移位軌道及車輪¤輪胎※履帶氣墊D取物傳動拉桿※繩傳動氣壓傳動¤液壓傳動E取物※挖斗¤抓斗鉗斗式3)方案組合:可能的方案數(shù)如：A1－B4－C3－D2－E1→履帶式挖掘機※

A5－B5－C2－D4－E2→液壓輪胎式挖掘機¤

例2：利用機械傳動設(shè)計目錄法設(shè)計化工廠雙桿攪拌器的傳動裝置。已知該傳動裝置電機的轉(zhuǎn)速

，兩攪拌桿以240次/min同步往復(fù)擺動（擺動方向不限）。解：1）功能分析：回轉(zhuǎn)擺動兩桿同擺減速，傳動比雙桿攪拌2）機械傳動方案組合：各分功能解形態(tài)學(xué)矩陣如下：

分功能解

分功能1234Ⅰ減速（i=4)齒輪傳動A帶傳動鏈傳動B摩擦輪傳動Ⅱ回轉(zhuǎn)擺動曲柄搖桿機構(gòu)B擺動導(dǎo)桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)A（擺動從動件）Ⅲ兩桿同擺平行四邊形機構(gòu)B對稱凸輪（擺動從動件）A共可組合的方案數(shù)：N=432=24方案A：Ⅰ1＋Ⅱ3＋Ⅲ2，電動機－齒輪傳動－凸輪機構(gòu)－對稱凸輪（雙擺動桿），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊

。方案B：Ⅰ3＋Ⅱ1＋Ⅲ1，電動機－鏈傳動－曲柄搖桿機構(gòu)－平行四邊形機構(gòu)（雙擺動桿），其特點是可遠(yuǎn)距離傳動，成本較低。

3.2機械運動協(xié)調(diào)設(shè)計

⑴機械運動協(xié)調(diào)設(shè)計原則

滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作先后的順序性要求

滿足各執(zhí)行機構(gòu)動作在時間上的同步性要求

滿足各執(zhí)行機構(gòu)在空間布置上的協(xié)調(diào)性要求

滿足各執(zhí)行機構(gòu)在操作上的協(xié)同性要求

各執(zhí)行機構(gòu)的動作安排要有利于提高勞動生產(chǎn)率

各執(zhí)行機構(gòu)的的布置要有利于系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)和效率的提高執(zhí)行構(gòu)件動作的協(xié)調(diào)配合●送料機構(gòu)將原料送入?？咨戏胶?，沖頭進(jìn)入模孔進(jìn)行沖壓●沖頭上移一段距離后，進(jìn)行下次送料動作折疊包裝機構(gòu)的兩個執(zhí)行構(gòu)件

兩個構(gòu)件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件左折邊構(gòu)件MBA讓刀運動

執(zhí)行構(gòu)件運動速度的協(xié)調(diào)配合0范成運動切削運動i0齒輪插刀加工0讓刀運動

范成法加工時，刀具與齒坯之間必須保持精確的傳動比。⑵執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計方法●確定機械的工作循環(huán)周期●確定機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的各個行程段及其所需時間●確定各執(zhí)行構(gòu)件動作間的配合關(guān)系

⑶機械運動循環(huán)圖用于描述機械在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件運動間相互協(xié)調(diào)配合的圖。通常選取機械中某一主要的執(zhí)行構(gòu)件為參考構(gòu)件，以生產(chǎn)工藝的起始點作為運動循環(huán)的起始點，據(jù)此確定其它執(zhí)行構(gòu)件的運動相對于參考構(gòu)件的先后次序和配合關(guān)系。運動循環(huán)圖形式

直線式圓周式直角坐標(biāo)式

退回停止沖制

進(jìn)給沖頭送料器曲柄轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o

360o

直線式工作循環(huán)圖

主軸作為參考構(gòu)件

圓周式工作循環(huán)圖

圖示單缸四沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)圖。曲軸為參考構(gòu)件，轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)為一個工作循環(huán)。啟排氣門開啟進(jìn)氣門開進(jìn)氣排氣壓縮膨脹閉進(jìn)氣門關(guān)火點曲軸0o

540o

360o

180o

排門閉關(guān)氣直角坐標(biāo)式工作循環(huán)圖

餅干包裝機工作循環(huán)圖中，橫坐標(biāo)表示參考構(gòu)件的轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)表示執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。進(jìn)退

靜止

靜止

靜止

進(jìn)退

MM餅干1342餅干21左折邊構(gòu)件餅干32包裝紙4右折邊構(gòu)件餅干1342餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構(gòu)件左折邊構(gòu)件MBA左執(zhí)行機構(gòu)1

右執(zhí)行機構(gòu)2

分配軸轉(zhuǎn)角

0o90o180o270o360o3.3機械運動方案的評價

評價指標(biāo)●系統(tǒng)功能

實現(xiàn)運動規(guī)律或運動軌跡、實現(xiàn)工藝動作的準(zhǔn)確性●運動性能

運轉(zhuǎn)速度、行程可調(diào)性、運動精度等●動力性能

承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等●工作性能

效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性適用范圍等●經(jīng)濟性

加工難易、能耗大小、制造成本等●結(jié)構(gòu)緊湊性尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等

評價方法

⑴評分法針對評價目標(biāo)中各個項目，選擇一定的評分標(biāo)準(zhǔn)和總分計分法對方案的優(yōu)劣進(jìn)行評價。建立評價體系選擇評分方法選擇評分標(biāo)準(zhǔn)對各個項目進(jìn)行評分選擇總分計分法，計算總分選取高分者為優(yōu)選方案

總分計分法

方法公式特點分值相加法

將n個評價目標(biāo)評分值簡單相加，計算簡單、直觀分值連乘法將n個評價目標(biāo)評分值相乘，使各方案總分差拉開，便于比較

均值法

將相加所得結(jié)果除以評價目標(biāo)系數(shù)，結(jié)果直觀

相對值法

將均值法所得結(jié)果除以理想值，使Qi1，可看出與理想值的差距

加權(quán)計分法(有效值法)

將各項評分值乘以加權(quán)系數(shù)后相加，考慮了各評價目標(biāo)的重要程度

評價結(jié)果的處理入選方案數(shù)設(shè)計階段評價準(zhǔn)則結(jié)果處理1最后階段合理已得到最佳方案，設(shè)計結(jié)束可改進(jìn)重新決定評價準(zhǔn)則，再作評價中間階段合理評價結(jié)束，轉(zhuǎn)入下一階段多于1最后階段合理增加評價項目或提高評價要求再作評價中間階段需改進(jìn)若入選數(shù)太多，按上述方案改進(jìn)準(zhǔn)則再作評價合理將入選方案排序，轉(zhuǎn)入下一設(shè)計階段0任何階段可改進(jìn)放寬評價要求，再作評價合理待評設(shè)計方案質(zhì)量不高需再設(shè)計機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計舉例1.C1325自動車床刀架系統(tǒng)的分析功能要求自動換刀軸向進(jìn)給進(jìn)刀凸輪機構(gòu)刀具主軸轉(zhuǎn)塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構(gòu)4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構(gòu)11613功能分解

●讓刀—轉(zhuǎn)位前刀架先右退，以免刀具與工件干涉●轉(zhuǎn)位—轉(zhuǎn)塔刀架每次轉(zhuǎn)過60o●定位—轉(zhuǎn)位之前拔出保證加工精度的定位銷●進(jìn)、退刀—不轉(zhuǎn)時，精確實現(xiàn)預(yù)定的進(jìn)退刀運動。進(jìn)刀凸輪機構(gòu)刀具主軸轉(zhuǎn)塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構(gòu)4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構(gòu)11613刀架系統(tǒng)的工作過程退刀壓簧12→推桿13回程→齒輪6→齒條7→活動支架8向右完成退刀讓刀退刀的同時，齒輪1的離合器結(jié)合并開始轉(zhuǎn)動→寬齒輪2→圓錐齒輪3→圓柱凸輪機構(gòu)4→拔出銷10；同時，曲柄5轉(zhuǎn)動→支架8快速向右讓刀進(jìn)刀凸輪機構(gòu)刀具主軸轉(zhuǎn)塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構(gòu)4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構(gòu)11613轉(zhuǎn)位讓刀快結(jié)束時，槽輪開始轉(zhuǎn)位→曲柄5的后半圈→支架8向左移動完成復(fù)位定位轉(zhuǎn)位結(jié)束時，凸輪機構(gòu)4的從動件推桿擺動→插入定位銷10，齒輪1離合器脫開并停止運轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)的工作過程進(jìn)刀凸輪機構(gòu)刀具主軸轉(zhuǎn)塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構(gòu)4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構(gòu)11613進(jìn)給從動件13推程→齒輪6→齒條7→活動支架8向左運動完成進(jìn)給進(jìn)刀凸輪機構(gòu)刀具主軸轉(zhuǎn)塔刀架9工件齒條714壓簧12圓柱凸輪機構(gòu)4曲柄5圓錐齒輪傳動3寬齒輪2齒輪1活動支架8定位銷10六槽輪機構(gòu)11613刀架系統(tǒng)的工作過程刀架系統(tǒng)的工作循環(huán)圖定位銷轉(zhuǎn)塔活動支架定位拔出靜止轉(zhuǎn)位后退復(fù)位圓柱凸輪轉(zhuǎn)角090o180o270o360o刀架系統(tǒng)各機構(gòu)的組合方式及特點

組合方式分析組合方式主要以串聯(lián)方式為主，但在I、II處采用了特殊的并聯(lián)方式。進(jìn)刀凸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)連桿機構(gòu)圓柱齒輪機構(gòu)圓錐齒輪機構(gòu)活動支架進(jìn)退轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位定位銷進(jìn)退III

機構(gòu)功能分析●進(jìn)刀凸輪機構(gòu)控制整個工件的加工過程，不同的工件需要更換不同的凸輪●后續(xù)串聯(lián)的齒輪齒條機構(gòu)用于轉(zhuǎn)換運動形式并將運動放大●后續(xù)再串聯(lián)一曲柄滑塊機構(gòu)，以增大讓刀距離●并聯(lián)槽輪機構(gòu)用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)位●并聯(lián)曲柄滑塊機構(gòu)用于實現(xiàn)讓位●并聯(lián)圓柱凸輪機構(gòu)再串聯(lián)連桿機構(gòu)用于實現(xiàn)定位，且容易滿足時序要求●圓柱齒輪后串接圓錐齒輪機構(gòu)用于改變運動方向刀架系統(tǒng)各機構(gòu)的組合方式及特點進(jìn)刀凸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)連桿機構(gòu)圓柱齒輪機構(gòu)圓錐齒輪機構(gòu)活動支架進(jìn)退轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位定位銷進(jìn)退III本章結(jié)束2.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計2.1.1功能的定義及其分類功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務(wù)，或者說是系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)化能量、運動或其他物理量的特性?！肮δ堋笔钱a(chǎn)品的核心和本質(zhì)“顧客購買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”。88設(shè)計者如何看待產(chǎn)品的功能呢？或者說在設(shè)計中關(guān)于功能應(yīng)該考慮哪些因素呢？2.1.1功能的定義及其分類顧客對功能的需求是有條件的，設(shè)計者也必須考慮如下問題：

1）功能使用的地點及環(huán)境條件；

2）功能的定性與定量參數(shù)；

3）功能實現(xiàn)的具體結(jié)構(gòu)與手段；

4）功能使用的經(jīng)濟性89概念辨析

1)功能2)功用3)用途4)性能5)能力902.1.1功能的定義及其分類功能的分類在設(shè)計中對系統(tǒng)各種功能的對待與處理方法：2）附加功能可隨技術(shù)條件或結(jié)構(gòu)方式的改變而取舍或改變；3）非必要功能可能是設(shè)計者主觀加上去的，因此可有可無。4）由于系統(tǒng)的功能總是以成本作為代價的，所以，設(shè)計時應(yīng)對一個系統(tǒng)需具有哪些必要功能，去掉哪些非必要功能做出明確的決定。1）基本功能必須保證，且在設(shè)計中不能改變；912.1.1功能的定義及其分類2.1.2功能原理設(shè)計及其特點【例2.1】設(shè)計行走機器人

2.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計“功能原理設(shè)計”就是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，亦即針對產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計?；竟δ堋凶咦⒁猓翰灰热霝橹?，抓住一種方案不放手！這樣很有可能使你喪失以最佳方式實現(xiàn)產(chǎn)品功能的機會！92輪式足式（雙足、四足、六足、八足）履帶式蠕動式混合式（輪-足）方式932.1.2功能原理設(shè)計及其特點勇氣號機遇號942.1.2功能原理設(shè)計及其特點如何從眾多可實現(xiàn)方案中選擇滿足特定要求的原理方案？

分析各種行走原理的特點（優(yōu)點和缺點），并與具體的要求作比較，從中選出最佳原理方案。與具體要求比較還要考慮創(chuàng)新性和市場潛力952.1.2功能原理設(shè)計及其特點【例2.2】設(shè)計草地剪草機對雜草進(jìn)行剪修通常的辦法有：拉斷——可以拉斷草，但無法控制被拉斷草的高度，即無法使草地整齊。割斷——像農(nóng)夫割麥一樣，需要握住草的上部才能割斷。剪斷——利用剪刀刃的合攏可以剪斷草。（剪斷是較合理的方案，目前很多剪草機都采用這種方式）功能原理設(shè)計就是針對所設(shè)計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，亦即針對產(chǎn)品的主要功能進(jìn)行原理性設(shè)計。962.1.2功能原理設(shè)計及其特點剪草機功能原理設(shè)計972.1.2功能原理設(shè)計及其特點用一根直徑約2mm的高速旋轉(zhuǎn)的尼龍繩，去抽打被修剪的草。1）垂直引上法（傳統(tǒng)方法），此法是把半流體的玻璃從熔池中不斷向上引，開始時通過軋輥控制厚度，然后邊向上引邊凝固。這樣加工出來的玻璃表面總是有波紋，且厚度不勻。

2）浮法制造平面玻璃的新工藝，讓液態(tài)玻璃飄浮在低熔點金屬的液面上，邊向前流動邊凝固。用此方法生產(chǎn)出來的玻璃克服了厚薄不均且有波紋的缺點。

玻璃制作的功能原理設(shè)計

982.1.2功能原理設(shè)計及其特點功能原理設(shè)計的任務(wù)

針對某一確定的功能要求，去尋求一些物理效應(yīng)并借助某些作用原理來求得一些實現(xiàn)該功能目標(biāo)的解法原理。功能原理設(shè)計的主要工作內(nèi)容是：

構(gòu)思能實現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。992.1.2功能原理設(shè)計及其特點功能原理設(shè)計的特點：②功能原理設(shè)計中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝……，但首先要求設(shè)計人員有一種新想法、新構(gòu)思。③功能原理設(shè)計使所設(shè)計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。

所以，功能原理設(shè)計的好與壞將對產(chǎn)品的成敗起決定性作用，設(shè)計人員必須給予高度重視。①功能原理設(shè)計是用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使所設(shè)計系統(tǒng)的工作原理發(fā)生根本變化。1002.1.2功能原理設(shè)計及其特點在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題

1）某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確

設(shè)計者必須親自通過調(diào)查、分析，確定合理明確的功能目標(biāo)。當(dāng)功能目標(biāo)明確之后，就可以尋找一些類似的技術(shù)作參考，這樣可以使設(shè)計者在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出更新，更巧妙的構(gòu)思，同時，設(shè)計者還應(yīng)重視基本科學(xué)知識的積累，避免陷入一些違反基本科學(xué)原理的錯覺。1012.1.2功能原理設(shè)計及其特點在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題

1）某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確

2）一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品

一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品，其部分原因就是因為其結(jié)構(gòu)，材料和工藝（加工、裝配、檢測）問題無法得到合理的解決。

這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時一定要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題的重要性。1022.1.2功能原理設(shè)計及其特點在功能原理設(shè)計階段需要注意的三個問題

1）某些情況下設(shè)計任務(wù)不明確

2）一個好的原理構(gòu)思并不一定能成為產(chǎn)品

3）功能原理方案的模型驗證，驗證原理方案的可行性，對不完善的構(gòu)思進(jìn)行修改、完善、提高。

對功能原理構(gòu)思完畢后，就要進(jìn)行原理性試驗，以驗證功能原理是否能完成預(yù)定的目標(biāo)。功能原理試驗裝置的結(jié)構(gòu)和材料并不要求完全真實，以不影響功能原理的可靠性為原則。最后，必須要對實驗的結(jié)果進(jìn)行評價和對比，根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的對比結(jié)果選出一種最優(yōu)的功能原理，進(jìn)行下一步的實用化設(shè)計。1032.1.2功能原理設(shè)計及其特點功能原理設(shè)計的要求(3項)：2）按照機械系統(tǒng)設(shè)計的基本原則、設(shè)計要求以及系統(tǒng)功能進(jìn)行

比較，以便從中選出一個較理想的?；驹瓌t：1)需求原則;2）信息原則；3)系統(tǒng)原則；4)優(yōu)化、效益原則；設(shè)計要求:1)功能要求；2)適應(yīng)性要求；3)可靠性要求；4)生產(chǎn)能力要求；

5)使用經(jīng)濟性要求；6)成本要求等

3）一個好的功能原理設(shè)計應(yīng)既有創(chuàng)新構(gòu)思，又能滿足用戶的需

求，同時兼顧經(jīng)濟效益。1）應(yīng)設(shè)計出幾種不同的功能原理方案；1042.1.2功能原理設(shè)計及其特點功能原理設(shè)計的步驟功能原理方案設(shè)計步驟（科學(xué)合理的步驟）

1052.1.2功能原理設(shè)計及其特點

一般設(shè)計過程：一般設(shè)計過程的缺點：

1）帶有很大的盲目性

2）設(shè)計人員知識和經(jīng)驗的局限性，妨礙了思維，束縛了創(chuàng)造力1062.1.2功能原理設(shè)計及其特點2.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計2.1.3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法——黑箱法“黑箱法”設(shè)計特點：

1）暫時摒棄那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能

2）將必要功能和基本功能用較為抽象的形式(如輸入量和輸出量)加以表達(dá)。

3）通過抽象化可清晰地掌握所設(shè)計系統(tǒng)(產(chǎn)品)的基本功能和主要約束條件，從而突出設(shè)計中的主要矛盾，抓住問題的本質(zhì)。從滿足系統(tǒng)功能的角度看黑箱法1072.1.3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法—黑箱法自行車的黑箱

車床黑箱圖（對外界的影響）（來自外界的影響）108黑箱法示意圖

如果把具體設(shè)計對象抽象化，統(tǒng)稱為待設(shè)計系統(tǒng)，則有下圖形式——黑箱法

物料流：材料/毛坯/半成品/成品/液體/氣體等能量流：電能/光能/機械能/熱能/核能等信號流：數(shù)據(jù)/測量值/控制信號/波形等1092.1.3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法—黑箱法稱為黑箱法的原因?qū)τ诖O(shè)計的系統(tǒng)(產(chǎn)品)來說，在求解之前，猶如一個看不見其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”。這種“黑箱”只是用來描述系統(tǒng)的“功能目標(biāo)”，至于“黑箱”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻是未知的，是需要設(shè)計人員去進(jìn)一步構(gòu)思和設(shè)計的1102.1.3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法—黑箱法黑箱法的特點:

2）擺脫了具體設(shè)計對象，而按系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能和對三大流進(jìn)行定性描述來進(jìn)行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設(shè)計人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案來。3）通過“黑箱”與輸入、輸出量及周圍環(huán)境的信息聯(lián)系，了解系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能、特性，進(jìn)一步探索出系統(tǒng)的機理和結(jié)構(gòu)，逐步使“黑箱”——“灰箱”——“白箱”，直至方案擬定。1）“黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)的一種方法；1112.1.3功能原理設(shè)計的設(shè)計方法—黑箱法2.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計2.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)研究功能元、功能結(jié)構(gòu)的意義“黑箱法”是根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系來研究實現(xiàn)系統(tǒng)功能目標(biāo)。只是揭示了物料、信息、能量流由輸入到輸出的轉(zhuǎn)換，而對于如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)換則未給出明確的方法，必須在“黑箱法”的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能分解，這就用到了功能元和功能結(jié)構(gòu)的概念。自行車功能原理系統(tǒng)圖1122.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)

功能分解由于一個系統(tǒng)可以分解成一些子系統(tǒng)，所以，一個系統(tǒng)的總功能也能分解為一些分功能；如果有些分功能還太復(fù)雜，則還可以進(jìn)一步分解到更低層次的分功能，直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止（功能元）。功能分解的目的是把復(fù)雜的問題簡單化。

113

機械設(shè)計中常用的基本功能元有三類：

1）物理功能元；2）數(shù)學(xué)功能元；3）邏輯功能元

物理功能元：反映系統(tǒng)中能量流、物料流及信息流的基本物理動作，常用的有五個。(見表2.1)

數(shù)學(xué)功能元：主要用于機械系統(tǒng)中有一些與數(shù)學(xué)的加、減、乘、除等有關(guān)的功能要求，如差動輪系、求積儀、機械式計算機等，它反映數(shù)學(xué)的基本動作。(見表2.2)

邏輯功能元：主要用于信息及控制系統(tǒng)中，基本的邏輯功能元有“與”、“或”、“非”元。(見表2.3)

功能元：功能分解到最低層次，直到分解到最后不能再分解的基本功能單位為止，這個基本功能單位就叫功能元。1142.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)表2.1常用的物理功能元1152.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)功能元1162.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)2.功能結(jié)構(gòu)功能的分解和組合關(guān)系稱為功能結(jié)構(gòu)。將總功能分解成分功能（功能單位），同一層次的功能單位組合起來，應(yīng)能滿足上一層功能的要求，最后組合成的整體應(yīng)能滿足總功能的要求。圖2.7功能結(jié)構(gòu)示意圖1172.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)2.功能結(jié)構(gòu)——基本類型

串聯(lián)串并聯(lián)循環(huán)1182.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)2.功能結(jié)構(gòu)——建立功能結(jié)構(gòu)的一般原則

1）功能結(jié)構(gòu)圖可從“黑箱”或設(shè)計要求明細(xì)表出發(fā)來建立。2）先主后次，逐漸完善。首先考慮主要功能和主要流，初步建立功能結(jié)構(gòu)圖；再解決輔助功能和次要流，逐漸完善系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。4）功能結(jié)構(gòu)不是只有一種形式。5）總功能需要分解到什么程度主要取決于在哪個層次上能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其功能要求1192.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)例：建立材料拉伸試驗機的功能結(jié)構(gòu)圖黑箱法求總功能總功能分解1202.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)建立功能結(jié)構(gòu)圖的流程建立功能結(jié)構(gòu)圖的兩種方法

1）從總功能出發(fā)來層層分解；

2）先建立輸入、輸出兩端的分功能，再根據(jù)總功能要求將兩端聯(lián)接起來；建立功能結(jié)構(gòu)圖時的注意事項：1）建立功能結(jié)構(gòu)圖時，應(yīng)首先選用表2.1所列的基本功能元；2）功能結(jié)構(gòu)圖應(yīng)盡可能簡單，能找到相應(yīng)的技術(shù)效應(yīng)時就不要再繼續(xù)分解下去了；3）要把原理方案構(gòu)思同功能結(jié)構(gòu)圖的建立結(jié)合起來。1212.1.4功能元、功能結(jié)構(gòu)2.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計2.1.5功能元（分功能）求解

功能元是功能結(jié)構(gòu)圖中最基本的單位，每一個功能元都要求找出相應(yīng)的技術(shù)、物理效應(yīng)來實現(xiàn)，有時一個功能元可以相應(yīng)地提出幾個技術(shù)、物理效應(yīng)。

功能元的求解方法主要有：①參考有關(guān)資料、專刊或產(chǎn)品求解法；②利用各種創(chuàng)造性方法以開闊思想去探討求解法；③利用設(shè)計目錄求解法。

設(shè)計目錄是把能實現(xiàn)某種功能元的各種原理和結(jié)構(gòu)綜合在一起的一種表格或分類資料。1222.1.5功能元（分功能）求解1232.1機械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計2.1.6系統(tǒng)（產(chǎn)品）原理方案的綜合1）把各種功能元的局部解合理地予以組合，就可以得到一個系統(tǒng)的多個原理解。

2）組合的方法可以采用形態(tài)矩陣法(亦稱為模幅箱法——利用形態(tài)學(xué)方法建立起的模幅箱)。功能原理方案確定時應(yīng)該注意的問題：一個好的原理構(gòu)思有時不能成為產(chǎn)品，原因是因為結(jié)構(gòu)、材料和工藝問題無法得到合理解決。因此在創(chuàng)新構(gòu)思階段