機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)

緒

論

1.1機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成1.3機(jī)械的創(chuàng)新目標(biāo)1.4本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和目的

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是解決工程實(shí)際問題，目的是設(shè)計(jì)出新穎、合理、價(jià)格性能比優(yōu)越且具有先進(jìn)性的機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品。1.什么是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指在充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者創(chuàng)造力的前提下，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，從而設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性及實(shí)用性的機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動。3.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容2.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容是指由機(jī)械產(chǎn)品的性能要求出發(fā)，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果(含理論、方法、技術(shù)、原理等)，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，通過改進(jìn)、完善現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品或創(chuàng)造發(fā)明新機(jī)械產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)品。

4.創(chuàng)造與創(chuàng)新區(qū)別

創(chuàng)造是想出新辦法、建立新理論、做出新的東西。例如我國的四大發(fā)明創(chuàng)造。創(chuàng)造有不同的分類方法，從科技進(jìn)步角度來看，通常分為三大類：科技發(fā)明、技術(shù)發(fā)明和技術(shù)改進(jìn)。創(chuàng)新從廣義上說，是指主體的人為了生存和發(fā)展，棄舊圖新、破舊立新的獨(dú)創(chuàng)性活動，是革除舊的、過時(shí)的、無用的甚至有害的、阻礙經(jīng)濟(jì)社會和人類自身發(fā)展的舊事物，創(chuàng)立有利于經(jīng)濟(jì)、社會和人類自身發(fā)展的新事物的活動。創(chuàng)新的內(nèi)容主要包括知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和理論創(chuàng)新。1.1機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述1.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般過程

（1）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求根據(jù)市場需求確定設(shè)計(jì)參數(shù)、選定約束條件，最后提出設(shè)計(jì)任務(wù)書和產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃。（2）原理方案設(shè)計(jì)任務(wù)確定后，運(yùn)用設(shè)計(jì)者的專業(yè)知識、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力構(gòu)思出達(dá)到預(yù)期結(jié)果的原理方案。原理方案設(shè)計(jì)是產(chǎn)品創(chuàng)新和質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵。（3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即確定零、部件的形狀、尺寸、材料，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、可靠性等計(jì)算，畫出結(jié)構(gòu)草圖。

（4）總體設(shè)計(jì)在原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上全面考慮產(chǎn)品的總體布置、人機(jī)工程、工藝美術(shù)造型、包裝運(yùn)輸?shù)纫蛩?，畫出總裝配圖。（5）施工設(shè)計(jì)將總裝配圖拆成部件圖和零件圖，根據(jù)加工和裝配要求，標(biāo)注公差、配合及技術(shù)要求，繪出全部生產(chǎn)用圖紙，編寫設(shè)計(jì)說明書、使用說明書，列出標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表及有關(guān)文件等。2.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容(1)確定系統(tǒng)的總功能

(2)進(jìn)行總功能分解

(3)功能元求解

(4)功能原理方案的確定

(5)方案的評價(jià)與決策

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中的原理方案設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，在原理方案設(shè)計(jì)過程中應(yīng)解決以下問題。

1.1機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成

（觀察可以導(dǎo)致技術(shù)發(fā)明，仿生學(xué)的研究就是對生物進(jìn)行科學(xué)觀察的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。）

（思維的敏捷性又叫科學(xué)的洞察力，一眼看穿的能力。）

創(chuàng)新不需要天才，創(chuàng)新只在于找出新的改進(jìn)方法。創(chuàng)新能力的構(gòu)成

創(chuàng)新能力的構(gòu)成：創(chuàng)新基礎(chǔ)、智能、意識、方法和環(huán)境。自信心差、自卑感較強(qiáng)的人，會錯誤認(rèn)為自己沒有創(chuàng)造力。（不自信的理由：年紀(jì)輕、學(xué)歷低、外行。達(dá)爾文—數(shù)學(xué)、昆蟲、礦物—興趣盎然。

科學(xué)研究存在著風(fēng)險(xiǎn)、失敗和險(xiǎn)阻，要求研究者有冒險(xiǎn)精神。

就是用手“產(chǎn)生在紙上”的東西與智力產(chǎn)生的科學(xué)抽象聯(lián)系起來。例如物理模型、力學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新機(jī)制、運(yùn)行機(jī)制與運(yùn)行環(huán)境創(chuàng)新能力的構(gòu)成1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成1.3機(jī)械的創(chuàng)新目標(biāo)1.快速滿足不斷變化的市場需求

如何使機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)得到市場的認(rèn)可并獲得最佳的市場效果，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的市場競爭力，這是一個值得研究的問題。

大量的實(shí)踐證實(shí)：機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是企業(yè)搶占市場的有力武器，而創(chuàng)新設(shè)計(jì)與市場需求的擬合程度是有效發(fā)揮這一武器威力的必要條件。機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)只有與市場需求緊密結(jié)合，才能形成自己的市場優(yōu)勢，為企業(yè)找到自己產(chǎn)品的市場切入點(diǎn)，從而打開國內(nèi)、國際市場。人類的歷史就是一部創(chuàng)造、創(chuàng)新的歷史，“創(chuàng)新”在激烈的國際競爭中成為關(guān)鍵因素，它主要表現(xiàn)在以下3方面。

(1)

人類靠著創(chuàng)造、創(chuàng)新開創(chuàng)了文明的世界，創(chuàng)造、創(chuàng)新是人類社會進(jìn)一步發(fā)展的保證。20世紀(jì)的50多項(xiàng)重大科學(xué)技術(shù)的發(fā)明說明了創(chuàng)造性勞動的真諦，人們從中受到的啟示是：科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新決定了生產(chǎn)力的發(fā)展，從而激勵人們挖掘自己的創(chuàng)造、創(chuàng)新潛能。

(2)

國際間的競爭一般來說是綜合國力的競爭，綜合國力的競爭最終歸結(jié)為人才的競爭，而人才的競爭主要是創(chuàng)新能力的競爭，因此培養(yǎng)、開發(fā)國民的創(chuàng)新能力至關(guān)重要。

(3)

消除中國和發(fā)達(dá)國家在科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的差距要靠創(chuàng)新。中國在知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、工業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國家有很大的差距，只有依靠創(chuàng)新才能迎頭趕上，才能贏得發(fā)展、贏得未來。2.機(jī)械的功能要求

從機(jī)械加工的角度分析，機(jī)械產(chǎn)品功能能否完全地表現(xiàn)出來，是和加工的質(zhì)量密不可分的，而加工的質(zhì)量在很大程度上是與產(chǎn)品的工作精度等輸出性能指標(biāo)聯(lián)系在一起的。

在20世紀(jì)80年代初，美國的核潛艇技術(shù)在噪聲上遠(yuǎn)遠(yuǎn)地領(lǐng)先前蘇聯(lián)，并取得了在海底的主動權(quán)。由于蘇聯(lián)的核潛艇噪聲大，一般情況下，美國的反潛系統(tǒng)在距前蘇聯(lián)核潛艇幾百海里的距離內(nèi)，便能根據(jù)聲納發(fā)現(xiàn)它并辨別其特征。例：1.3機(jī)械的創(chuàng)新目標(biāo)因此，蘇聯(lián)若不盡快設(shè)法清除噪聲，一旦爆發(fā)戰(zhàn)爭，蘇聯(lián)的核潛艇將是一堆廢鐵。經(jīng)過蘇聯(lián)專家的分析，原來核潛艇的噪聲主要是由螺旋槳造成的，尤其是制造螺旋槳的加工精度對噪聲有著決定性的作用，而當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)在機(jī)加工的領(lǐng)域內(nèi)和美國相比有一定的差距。后來蘇聯(lián)通過在第三國買了數(shù)臺高精度的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件——CAMMAX，從而成功地解決了螺旋槳加工的精度問題，并將新加工的螺旋槳安裝在核潛艇上，極大地降低了核潛艇的噪聲，瓦解了美國方面的優(yōu)勢。3.機(jī)械的物理特性

(1)

慣性力對機(jī)械運(yùn)動特性的影響構(gòu)件在運(yùn)動過程中，一般情況下都將產(chǎn)生慣性力和慣性力矩，慣性力的產(chǎn)生將在運(yùn)動副中產(chǎn)生附加的動壓力，從而增大構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力和運(yùn)動副中的摩擦力，加劇運(yùn)動副的磨損，降低機(jī)械效率和使用壽命。要消除慣性力和慣性力矩的影響，改善機(jī)構(gòu)的工作性能，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員就必須研究慣性對機(jī)械特性的影響。1.3機(jī)械的創(chuàng)新目標(biāo)(2)摩擦對機(jī)械運(yùn)動特性的影響摩擦是影響機(jī)器工作性能的重要物理現(xiàn)象，由于摩擦將導(dǎo)致運(yùn)動副元素的磨損，從而使得構(gòu)成構(gòu)件的零件強(qiáng)度降低，使用壽命縮短。由于摩擦導(dǎo)致磨損使得運(yùn)動副的間隙增大，使得機(jī)械的傳動精度和機(jī)械效率降低。

(3)間隙對機(jī)械性能的影響

由于機(jī)械在安裝、加工制造及機(jī)械工作過程中的正常磨損使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副中必然存在著間隙。通常不允許運(yùn)動副存在過大的間隙，因?yàn)檫@將引起系統(tǒng)的振動、沖擊和噪聲，甚至嚴(yán)重影響機(jī)械工作的平穩(wěn)性。

(4)模態(tài)對機(jī)械特性的影響

模態(tài)分析的目的，就是根據(jù)機(jī)械的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，利用計(jì)算或者測試數(shù)據(jù)，求得機(jī)械系統(tǒng)的各階頻率，然后同其工作時(shí)的激勵相比，在比較的過程中，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的修改來調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的振型，從而避免共振的發(fā)生，使得機(jī)械發(fā)揮其最大的功能。

1.3機(jī)械的創(chuàng)新目標(biāo)1.4本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和目的

1.本課程的內(nèi)容

本課程主要闡述機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般構(gòu)成和創(chuàng)新人才的構(gòu)成、創(chuàng)新思維和技法、機(jī)構(gòu)的組合和變異設(shè)計(jì)、功能原理設(shè)計(jì)的方法和步驟、反求設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)各學(xué)科交叉的特點(diǎn)，本課程從創(chuàng)造學(xué)和設(shè)計(jì)方法學(xué)的基本理論出發(fā)闡述創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理和創(chuàng)造技法，以機(jī)械系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)為主線，在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，注重機(jī)、電、液、氣、控制、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的交叉，增設(shè)機(jī)電一體化的方法和步驟。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程是一門培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、啟發(fā)創(chuàng)新思維和介紹創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的專業(yè)選修課。本課程(包括它的全部教學(xué)環(huán)節(jié))的主要目的是培育學(xué)生以下幾方面的能力。

(1)培養(yǎng)創(chuàng)新思維習(xí)慣、初步掌握創(chuàng)新技法。

(2)掌握創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般方法，特別是機(jī)械系統(tǒng)功能原理設(shè)計(jì)方法的初步建立。

(3)養(yǎng)成綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等知識進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的習(xí)慣。

(4)掌握機(jī)構(gòu)組成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和控制綜合訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。

(5)樹立勇于創(chuàng)新、實(shí)事求是、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

(6)了解機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用。2.本課程的性質(zhì)和目的1.4本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和目的

中科院院士地質(zhì)研究員——葉大年

出生在一個鐵道工程師的家庭，自幼立志繼承父業(yè)。1957年高考“因故”名落孫山，在家自修高等數(shù)學(xué)，想成為一名數(shù)學(xué)家。而1958年高考卻被錄取在北京地質(zhì)學(xué)院。雖然當(dāng)數(shù)學(xué)家的希望破滅了，但由于喜歡數(shù)學(xué)家嚴(yán)密的邏輯思維方式，使他在以后的礦物學(xué)研究中受益匪淺。他在以后的工作和學(xué)習(xí)獲得了專業(yè)知識，也獲得了科學(xué)研究的方法。他還酷愛閱讀名人傳記，特別是科學(xué)家、軍事家和政治家的傳記，從中吸收名人的思想。他還喜歡“聊天”，為開闊思路、產(chǎn)生新學(xué)術(shù)思想提供了捷徑。1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成中科院院士控制論專家——宋健

出生在山東榮成的一個窮鄉(xiāng)僻壤，在兵荒馬亂中讀完小學(xué)。1944年考入了中學(xué)。1945年，他成了八路軍的護(hù)士，后又成為了一名勤務(wù)兵。他酷愛讀書，值勤之余，讀遍了當(dāng)時(shí)威海圖書館的藏書。1951年被保送到由前蘇聯(lián)教授授課的哈爾濱工業(yè)大學(xué)。1953年，到莫斯科包曼高等工學(xué)院學(xué)習(xí)。留蘇期間，他不滿足工科知識，于是又考取了莫斯科大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系夜大學(xué)，他夜以繼日的攻讀，來回奔跑就讀于兩個大學(xué)之中。兩個大學(xué)的學(xué)習(xí)，使他的思維有了一種飛躍：既有了嚴(yán)密的科學(xué)邏輯，又有著豐富的想象力和創(chuàng)造力。1960年，有多名前蘇聯(lián)著名科學(xué)家要求授予他前蘇聯(lián)科學(xué)博士學(xué)位。他還發(fā)奮苦讀，鉆研了天文學(xué)、宇航學(xué)、超高音速空氣動力學(xué)、原子物理學(xué)、分子光譜學(xué)的理論。成為控制論專家。1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成實(shí)際操作能力一是——實(shí)驗(yàn)技能

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)認(rèn)識活動的基礎(chǔ)，著名物理學(xué)家丁肇中由于重視實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了J粒子。在接受諾貝爾獎(1976年)的演說中，丁肇中說道：中國有句古話：“勞心者治人，勞力者治于人”。這種落后的思想對在發(fā)展中國家的青年們有很大害處。由于這種思想；很多在發(fā)展中國家的學(xué)生們都傾向于理論的研究，而避免實(shí)驗(yàn)工作。所以，科學(xué)研究工作者都應(yīng)當(dāng)重視并具備從事實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)際研制的、技能。卓越的生理學(xué)家巴甫洛夫有很嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能；他那雙手異常靈巧，成千上萬次地對動物實(shí)施手術(shù)；使他的手達(dá)到了：傳神的地步。1.2創(chuàng)新能力的構(gòu)成實(shí)際操作能力二是—計(jì)算機(jī)技能

科學(xué)研究中的復(fù)雜解析計(jì)算和數(shù)值計(jì)算，實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)處理；工程中的數(shù)控(NC)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助編制工藝(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM)及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等等，都要具備不同程度的計(jì)算機(jī)操作與應(yīng)用技能。以多學(xué)科仿真為基礎(chǔ)的虛擬制造是先進(jìn)制造技術(shù)的前沿。虛擬制造是利用計(jì)算機(jī)仿真、多媒體和傳感技術(shù)將現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)制造過程虛擬化，使人們在產(chǎn)品投產(chǎn)之前就能預(yù)知和評價(jià)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的性能和設(shè)計(jì)制造過程。美國波音飛機(jī)公司新型飛機(jī)的設(shè)計(jì)中已成功地研究和應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期，減少了試驗(yàn)費(fèi)用，提高了產(chǎn)品的競爭能力。1.