機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動1：必備知識學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施學(xué)習(xí)活動2：任務(wù)目標(biāo)學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展學(xué)習(xí)活動3：任務(wù)描述學(xué)習(xí)活動7：參考案例學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析學(xué)習(xí)活動8：任務(wù)評價知識點(diǎn)一：學(xué)習(xí)活動1：必備知識機(jī)械系統(tǒng)由一部或多部機(jī)器組成，而機(jī)器則由機(jī)構(gòu)組成，一般機(jī)器可以包含多種類型的機(jī)構(gòu)，也可以只包含一種機(jī)構(gòu)。機(jī)器是能實現(xiàn)確定的運(yùn)動，又能作有用的機(jī)械功或完成能量轉(zhuǎn)換的裝置，如內(nèi)燃機(jī)。機(jī)構(gòu)則只能傳遞運(yùn)動和力，它由若干具有確定運(yùn)動的構(gòu)件組成。構(gòu)件是機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動單元，它可以是單個零件，也可以是多個零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。各種機(jī)械中普遍使用的機(jī)構(gòu)稱為常用機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。各種機(jī)械中普遍使用的零件稱為通用零件，如齒輪、螺栓、軸承、彈簧等。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計知識點(diǎn)二：學(xué)習(xí)活動1：必備知識圖1-2內(nèi)燃機(jī)的組成及工作原理由氣缸體（機(jī)架）1、曲軸2、連桿3、活塞4、進(jìn)氣閥5、排氣閥6、推桿7、凸輪8、齒輪9、10等組成。當(dāng)燃?xì)馔苿踊钊?往復(fù)移動時，通過連桿3使曲軸2做連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換成曲軸的機(jī)械能。而齒輪、凸輪、推桿的作用則是按一定的運(yùn)動規(guī)律啟閉閥門，以吸入燃?xì)夂团懦龔U氣。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動1：必備知識內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)分析：（1）由機(jī)架1、曲軸2、連桿3和活塞4組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它將活塞的往復(fù)移動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動；（2）由機(jī)架1、凸輪8和推桿7組成的凸輪機(jī)構(gòu)，它將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的往復(fù)移動；（3）由機(jī)架1、齒輪9、10組成的齒輪機(jī)構(gòu)，其作用是改變轉(zhuǎn)速的大小和方向。圖1-2單杠內(nèi)燃機(jī)1-氣缸體（機(jī)架）

2-曲軸

3-連桿

4-活塞

5-進(jìn)氣閥

6-排氣閥7-推桿

8-凸輪9、10-齒輪知識點(diǎn)三：

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計1、技能目標(biāo)（1）能夠正確選用和設(shè)計機(jī)構(gòu)，并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。（2）能夠設(shè)計滿足運(yùn)動、強(qiáng)度、加工工藝等要求的零部件結(jié)構(gòu)。（3）能夠用直觀、專業(yè)、規(guī)范的文字和圖形等形式正確表達(dá)設(shè)計方案和工程問題。（4）能熟練應(yīng)用3D打印設(shè)備加工一般結(jié)構(gòu)的零件。學(xué)習(xí)活動2：任務(wù)目標(biāo)

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計2、知識目標(biāo)（1）掌握機(jī)構(gòu)自由度計算的方法，理解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。（2）掌握常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計的方法。

（3）掌握常用3D打印設(shè)備的工作原理。學(xué)習(xí)活動2：任務(wù)目標(biāo)

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計3、素養(yǎng)目標(biāo)（1）具備良好的職業(yè)道德、職業(yè)精神和職業(yè)責(zé)任感；（2）具備良好的團(tuán)隊合作意識和溝通協(xié)作能力；（3）具備牢固的安全意識，遵守現(xiàn)場操作規(guī)范；（4）具備一定的創(chuàng)新意識和能力。學(xué)習(xí)活動2：任務(wù)目標(biāo)

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動3：任務(wù)描述設(shè)計一款眼睛會動的玩具貓玩具。當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時玩具貓的眼睛能左右移動。該玩具具有玩具貓的外形，如圖1-3所示。設(shè)計能使玩具貓眼睛左右移動的機(jī)構(gòu)；設(shè)計玩具貓內(nèi)部各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和玩具貓的外形結(jié)構(gòu)。圖1-3玩具貓玩具

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析（1）根據(jù)任務(wù)描述，對產(chǎn)品的基本功能需求進(jìn)行分析。

對任務(wù)進(jìn)行全方位的領(lǐng)會和分析，主要是認(rèn)真分析工程問題，明確作品（或產(chǎn)品）的運(yùn)動功能、美學(xué)功能、動力學(xué)功能等等的需求，為進(jìn)一步進(jìn)行方案設(shè)計打好基礎(chǔ)，它是設(shè)計出好產(chǎn)品的重要步驟。玩具貓是一款玩具，所以造型色彩的設(shè)計要滿足兒童的審美需求，材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足安全性能要求，如材料一定是無毒無害的，結(jié)構(gòu)上不能有安全隱患。而運(yùn)動功能方面要求在轉(zhuǎn)動手柄時，執(zhí)行件（眼睛）能左右移動，也就是要求機(jī)構(gòu)能將原動件的轉(zhuǎn)動變?yōu)閳?zhí)行件的移動。運(yùn)動功能需求是機(jī)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，即設(shè)計的機(jī)構(gòu)必須滿足運(yùn)動功能需求。產(chǎn)品的動力學(xué)功能就是要保證產(chǎn)品具有足夠的強(qiáng)度、剛度和可靠性，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮的重要因素。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析（2）設(shè)計能實現(xiàn)產(chǎn)品運(yùn)動要求的機(jī)構(gòu)。這一步是根據(jù)產(chǎn)品所應(yīng)具有的運(yùn)動功能進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思，提出原理方案。即為不同的功能需求、不同的運(yùn)動規(guī)律匹配合適的機(jī)構(gòu)。從功能分析入手，通過創(chuàng)新構(gòu)思產(chǎn)生多種方案再經(jīng)過評價、篩選，求得最佳方案。這一過程中的最顯著特點(diǎn)是問題的多解性，求解的過程極具創(chuàng)造性。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析如玩具貓眼動機(jī)構(gòu)的設(shè)計就是選擇合適的機(jī)構(gòu)，將手柄的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為眼睛的移動。能將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為移動的機(jī)構(gòu)有多種，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（如圖1-5）、盤狀凸輪機(jī)構(gòu)（如圖1-6）、空間凸輪機(jī)構(gòu)（如圖1-7）、齒輪齒條機(jī)構(gòu)（如圖1-4）、螺旋機(jī)構(gòu)（如圖1-8）及組合機(jī)構(gòu)等。圖1-5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖1-6盤狀凸輪機(jī)構(gòu)圖1-7空間凸輪機(jī)構(gòu)圖1-8螺旋機(jī)構(gòu)圖1-4

齒輪齒條機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析在眾多可用機(jī)構(gòu)方案中，需要通過系統(tǒng)科學(xué)的評價方法，應(yīng)用收斂思維方式，從中選出優(yōu)化合理的方案。對于機(jī)構(gòu)方案的評價，首先要確定評價指標(biāo)如功能性指標(biāo)、技術(shù)性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)等，然后選擇合適的評價方法，對各個方案進(jìn)行綜合評價。本案例中，評價指標(biāo)可以從功能性和技術(shù)性去考慮。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動4：任務(wù)分析從運(yùn)動功能來看，該設(shè)計要求眼睛能左右移動，這就要求執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)直線運(yùn)動。而齒輪齒條機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)則是單向直線運(yùn)動，因此可不予考慮。玩具中眼睛的移動速度沒有特殊要求，可以勻速，也可以變速。眼睛的移動距離受眼眶尺寸的限制，可以設(shè)定在10mm以內(nèi)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)都能滿足這些條件。對于技術(shù)指標(biāo)，主要考慮設(shè)計的快捷性、加工的工藝性、維護(hù)的便利性及空間的尺寸約束等因素。相對而言，空間凸輪機(jī)構(gòu)在這幾個方面都處于劣勢，設(shè)計上比較費(fèi)時，加工工藝性不好，還要占用較大的空間。最后機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案就聚焦到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和盤狀凸輪機(jī)構(gòu)了。這兩種機(jī)構(gòu)都是很好的選擇，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，加工、裝配的工藝性都很好。而盤狀凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量少，加之對從動件的運(yùn)動速度沒有什么要求，所以設(shè)計相當(dāng)簡單，凸輪可直接設(shè)計為偏心圓盤，無論采用切削加工，還是采用增材制造，制作工藝性都非常好。從動件的封閉形式既可以采用力封閉，也可以采用形封閉。另外還可以通過改變凸輪的遠(yuǎn)近休止角來很方便的改變眼睛在左右停頓的時間，以增加玩具的趣味性。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施通過任務(wù)分析可以確定一個或多個機(jī)構(gòu)方案，下面以凸輪機(jī)構(gòu)作為玩具貓眼動機(jī)構(gòu)，介紹任務(wù)實施的基本步驟。1、繪制選用機(jī)構(gòu)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖或機(jī)構(gòu)示意圖當(dāng)確定了機(jī)構(gòu)方案后，為了方便地分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，可以用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖或機(jī)構(gòu)示意圖來表達(dá)機(jī)構(gòu)的組成及各構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系，為玩具貓眼動機(jī)構(gòu)的示意圖（如圖1-9）。圖1-9玩具貓眼動機(jī)構(gòu)示意圖

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施2、確定機(jī)構(gòu)的基本尺寸凸輪的輪廓形狀和相關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸主要是由從動件的運(yùn)動規(guī)律來確定的。本產(chǎn)品速度低、載荷輕，從動件的運(yùn)動規(guī)律沒有特殊的要求。而影響凸輪尺寸的最重要的參數(shù)就是從動件的行程，它是根據(jù)玩具貓眼睛左右移動的距離來確定的。因此凸輪輪廓可以設(shè)計的簡單一些，比如凸輪輪廓設(shè)計成的兩段圓弧加與之相切的兩段直線組成的封閉圖形，也可以設(shè)計成更簡單的偏心圓。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施2、確定機(jī)構(gòu)的基本尺寸（1）設(shè)玩具貓眼睛左右移動的最大距離為6mm，即從動件的行程h=6mm；（2）設(shè)定作品的最大尺寸在180mm以內(nèi)，這個尺寸主要考慮使用方便，以及3D打印機(jī)成型尺寸限制及打印時長；（3）凸輪基圓半徑初步設(shè)計為20mm，這個尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以根據(jù)空間需求調(diào)整；（4）有了這些基本尺寸，就可以設(shè)計出凸輪輪廓了。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計玩具貓玩具的總體結(jié)構(gòu)分面板、眼動機(jī)構(gòu)、底板三部分，成前中后排列，如圖1-10所示。面板設(shè)計出玩具貓的形態(tài)，底板用來支撐活動構(gòu)件，并與面板連接在一起，為了便于安裝和維護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，面板和底部之間采用可拆卸連接。機(jī)構(gòu)部分藏在面板和底板之間，這樣可以激發(fā)人們的好奇心和求知欲望。圖1-10玩具貓的總體結(jié)構(gòu)

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）玩具貓外形設(shè)計。玩具貓是漫畫作品《哆啦A夢》中的一個漫畫形象，要設(shè)計出孩子喜愛的玩具，首先要了解玩具貓形態(tài)并提取其特征形態(tài)。選取玩具貓頭部輪廓作為玩具的主體形態(tài)，保留玩具貓眼部和嘴部的特征，進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計。眼睛部分設(shè)計成眼鏡的造型，美觀又有趣。結(jié)構(gòu)設(shè)計時還要考慮裝配及拆卸方便以及符合3D打印制作工藝，如圖1-11為玩具貓玩具的面板造型。圖1-11玩具貓玩具的面板造型

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）玩具貓內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。

玩具貓內(nèi)部是眼動機(jī)構(gòu)，即盤狀凸輪機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要考慮以下因素：1）各傳動件、支撐件的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸需符合3D打印要求，要對打印位置、零件強(qiáng)度以及打印時長進(jìn)行綜合考慮；2）根據(jù)零件之間的運(yùn)動關(guān)系和配合要求，設(shè)計好主要尺寸及其公差，以確保能實現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動和順利裝配；3）零件要有正確的定位和固緊，以保持零件在工作的過程中具有確定的位置。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。1）整體尺寸的約束。零件的外觀尺寸受打印機(jī)的成型尺寸的約束。如某3D打印機(jī)成型尺寸為200*200*240mm，那么零件的最大長度不要超過200mm，高度不能大于240mm。當(dāng)模型尺寸大于設(shè)備成型尺寸時，可以考慮縮小模型或?qū)δＰ瓦M(jìn)行拆分；2）零件或零件的某些局部尺寸，如軸徑、壁厚等不能設(shè)計過小。這是因為一要考慮強(qiáng)度問題，二要考慮打印精度能否保證；3）打印支撐。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮到3D打印45度角法則原理，盡量避免在打印時對模型支撐的添加，以保證模型的精度和表面光滑度；

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。4）配合尺寸的設(shè)定。零件之間的配合分為間隙配合和過盈配合，如果要求相互配合的兩個零件之間有相對運(yùn)動，那么就應(yīng)留有合適的間隙。如果兩個相互配合的零件裝配完成后要固連在一起，就要有一定的過盈量。但是由于3D打印設(shè)備的工藝特點(diǎn)，零件的配合尺寸公差的選擇不能按減材制造的工藝來選取，而應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的加工精度合理選擇。一般來說，對于加工精度不高的3D打印設(shè)備，間隙配合的間隙量要選大一點(diǎn)，而過盈量要選小一些。具體尺寸的選擇要視打印設(shè)備的精度而定。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計完成后，還需要進(jìn)一步的分析改進(jìn)，以保證零件具有較好的加工、裝配工藝特性，同時產(chǎn)品具有良好的使用性能。玩具貓玩具在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，做了許多的改進(jìn)。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（5）面板與底板的連接。初步設(shè)計面板與底板的連接時，采用的卡扣結(jié)構(gòu)，就是在底板邊緣設(shè)計三個以上的凸出小圓柱，面板內(nèi)側(cè)的圓柱面扣在這些小圓柱上，這樣作品的外觀整潔美觀（結(jié)構(gòu)詳見圖1-10和圖1-12）。但是在對面板和地板進(jìn)行三維建模時，發(fā)現(xiàn)由于空間尺寸限制，這些圓柱的尺寸比較小，直徑2mm，這會導(dǎo)致在打印的過程中，圓柱結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定易斷，無法保證裝配的強(qiáng)度要求。所以將面板與底板的連接方式改成了插槽結(jié)構(gòu)，如圖1-13所示。這樣提高了加工和裝配的工藝性。圖1-10玩具貓的總體結(jié)構(gòu)圖1-12底板的初步設(shè)計方案圖1-13插槽結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)活動5：任務(wù)實施3、玩具貓玩具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（6）凸輪從動件的結(jié)構(gòu)。初步設(shè)計的凸輪從動件為滾子從動件，這樣可以減輕機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中的摩檫力。但是零件的結(jié)構(gòu)尺寸過小，無法保證零件的強(qiáng)度以及裝配要求。所以將能夠轉(zhuǎn)動的滾子結(jié)構(gòu)改為直接在從動件上做出圓弧形狀的結(jié)構(gòu)，如圖1-14所示?？傊趹?yīng)用3D打印技術(shù)加工零件時，一定要在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段充分考慮3D打印的特點(diǎn)，這樣才能設(shè)計出合適的零件結(jié)構(gòu)來。圖1-15為打印的實物圖片（不含面板）。圖1-14凸輪從動件的結(jié)構(gòu)圖1-15打印實物學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展1、任務(wù)場景某玩具公司需要研發(fā)新款玩具貓玩具，要求在上一任務(wù)中玩具貓現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計制作一款手部眼部聯(lián)動的新款玩具貓。由于公司研發(fā)人員短缺，只著手設(shè)計了新版玩具貓的頭部及眼部運(yùn)動機(jī)械結(jié)構(gòu)。該玩具公司人員找到你們團(tuán)隊要求進(jìn)行手部機(jī)械結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計，要求手部眼睛聯(lián)動，并增加玩具貓的身體部分，希望在兩至三個工作日內(nèi)完成新款玩具貓的設(shè)計與3D打印手板制作。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展1、任務(wù)場景企業(yè)高層找到相關(guān)負(fù)責(zé)人，請求幫忙解決問題。相關(guān)負(fù)責(zé)人了解到以下需求：（1）設(shè)計一套簡單美觀的手部眼部聯(lián)動的新款玩具貓，手部眼部活動要求由一個凸輪聯(lián)動；（2）根據(jù)手部結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計玩具貓身體外形，美觀且有新意；（3）具有良好的性價比，在滿足功能要求的前提下，盡量節(jié)約成本；（4）盡量做到結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝、維護(hù)；（5）結(jié)合3D打印制造工藝優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)以及打印工藝。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展2、任務(wù)要求請設(shè)計并繪制新款玩具貓的機(jī)構(gòu)原理草圖，并對機(jī)構(gòu)的基本工作原理作簡要說明。盡可能詳細(xì)的擬訂實現(xiàn)對該機(jī)構(gòu)具體要求的工作計劃、設(shè)計制作方案、生產(chǎn)流程等，并做必要的成本分析。假如你還有其他問題，需要與委托方或者其他用戶或?qū)I(yè)人員討論的話，請你寫下這些問題。請你全面詳細(xì)地陳述你的建議方案，并說明理由。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展3、勞動工具與輔助工具為了完成給出的任務(wù)，允許使用所有學(xué)校常用的輔助工具，如：手冊、專業(yè)書籍、游標(biāo)卡尺、裝有CAD/CAM等相關(guān)應(yīng)用軟件的計算機(jī)、筆記、計算器等。以下為解決方案評價內(nèi)容參考資料：（1）直觀性/展示性。1）是否給出并詳細(xì)講解了裝配示意圖和其他示意圖？2）是否編寫出一份一目了然的所用材料及部件的清單（如表格）？3）圖形、表格、用詞等是否符合專業(yè)規(guī)范？（2）功能性。1）從技術(shù)觀點(diǎn)看，裝配解決方案是否合理有效？2）所設(shè)計的工作/裝配流程是否合理？3）所列的解釋和描述在專業(yè)上是否正確？4）是否能識別出各種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)？學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展（3）使用價值導(dǎo)向。1）解釋和草圖是否能讓外行人也能看得懂？2）所設(shè)計的方案是否易于實施？3）是否提出了超出客戶愿望之外的合理建議？4）是否交給用戶一份說明書，使其了解當(dāng)使用過程出現(xiàn)問題時如何應(yīng)對？（4）經(jīng)濟(jì)性。1）是否考慮到各種解決方案的費(fèi)用和勞動投入量？2）施工方案是否具有經(jīng)濟(jì)性？3）在提出的多種方案中選擇這種方案的理由是什么？4）有多大程度考慮了節(jié)能/環(huán)保問題？

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展（5）工作過程導(dǎo)向。1）在解決方案中是否考慮到了客戶的要求？2）在確定施工工藝時，是否考慮后期的維護(hù)與保養(yǎng)？3）計劃中是否考慮到如何向客戶移交？4）是否有一個包括時間進(jìn)度、人員安排的工作計劃？

（6）社會接受度。1）是否考慮到安全施工、事故防范的內(nèi)容?2）方案中有否人性化設(shè)計（如工作環(huán)境、場地設(shè)施）、關(guān)注員工身體健康和方便操作?

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動6：任務(wù)拓展（7）環(huán)保性。有否考慮了廢物（包括原裝置未損壞部分）再利用及是否考慮了解決施工產(chǎn)生廢料的妥善處理辦法？（8）創(chuàng)造性。方案（包括備選方案）有多大程度回應(yīng)了客戶提出的問題，是否想到過創(chuàng)新的解決方案？例如：人員身份、位置信息、共享安全等。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例1、任務(wù)前期準(zhǔn)備某玩具公司需要研發(fā)新款玩具貓玩具，現(xiàn)已完成眼部活動設(shè)計，但由于員工緊張，沒有空余員工進(jìn)行剩余設(shè)計。于是，該玩具公司找到我們，進(jìn)行剩余的玩具貓手眼部聯(lián)動機(jī)構(gòu)設(shè)計。我們接手該項目后，為了工作對接，與客戶進(jìn)行交流，得到了以下要求：（1）希望在兩至三個工作日完成玩具貓的設(shè)計與手板的打印。（2）手部眼部活動需要使用同一個凸輪進(jìn)行聯(lián)動。（3）設(shè)計玩具貓的身體外形，要求美觀有新意。（4）具有良好的性價比，在滿足工作要求的情況下，盡量縮減成本。（5）要求結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。（6）結(jié)合3D打印制造工藝優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)及打印工藝。在得知客戶的要求后，我們馬上組建了4人小團(tuán)隊，設(shè)隊長1名，主持開展項目討論，研究工作目標(biāo)并制定工作方案、生產(chǎn)流程等，并做必要的成本分析。學(xué)習(xí)活動7：參考案例2、工作流程擬定對工作目標(biāo)進(jìn)行研究后，團(tuán)隊做出了以下的工作任務(wù)分配：（1）首先由工業(yè)設(shè)計師（隊長鄭同學(xué)）設(shè)計玩具貓外觀，并交由甲方審閱，如不滿意，則重新進(jìn)行設(shè)計直至符合甲方要求。待甲方滿意后，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計師（王同學(xué)）需對產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，各個零部件設(shè)計滿足運(yùn)動、強(qiáng)度、加工工藝等要求。最終需經(jīng)過小組討論分析，合格后交由3D打印設(shè)備操作員進(jìn)行下一步的工作。（3）3D打印設(shè)備操作員（李同學(xué)）需對各個零件進(jìn)行切片處理，正確選用合適的打印機(jī)和材料完成打印。經(jīng)分析，要求外觀面需滿足光潔度要求，那么需要選用創(chuàng)想三維HALOT-SKY4K高精度光固化打印機(jī)進(jìn)行外觀打印，而內(nèi)部機(jī)構(gòu)零件則用Ender-3高精度FDM打印機(jī)進(jìn)行打印。（4）編輯部（胡同學(xué)）進(jìn)行產(chǎn)品說明書的撰寫。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例2、工作流程擬定工作任務(wù)如表1-1所示。工作人員作業(yè)目標(biāo)預(yù)估費(fèi)用/元預(yù)計所需時間/h備注工業(yè)設(shè)計師完成產(chǎn)品外觀設(shè)計10033D打印機(jī)的相關(guān)費(fèi)用依據(jù)實際情況而定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計師完成產(chǎn)品內(nèi)部設(shè)計12023D打印設(shè)備操作員完成切片任務(wù)5013D打印設(shè)備操作員進(jìn)行3D打印2003編輯部產(chǎn)品說明書1203匯總59012表1-1

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（1）外觀設(shè)計環(huán)節(jié)1）按照原先制定的工作流程，交由工業(yè)設(shè)計師設(shè)計產(chǎn)品外觀，產(chǎn)品外觀需滿足以下幾點(diǎn)要求：a)設(shè)計玩具貓的身體外形，要求美觀有新意。b)造型色彩的設(shè)計要滿足兒童的審美需求。2）在了解玩具貓相關(guān)的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計要求后，工業(yè)設(shè)計師鄭同學(xué)開始進(jìn)行外觀設(shè)計。3小時之后，設(shè)計師給出了兩份設(shè)計方案，分別如圖1-16所示。a)方案一b)方案二圖1-16設(shè)計方案

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（1）外觀設(shè)計環(huán)節(jié)3）經(jīng)過團(tuán)隊小組討論，兩個方案都可行。接下來交由甲方審閱，最終甲方確定選用方案二。4）方案二交由設(shè)計師進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)節(jié)處理。為便于美觀和實際，設(shè)計師在玩具貓脖子處加上鈴鐺圖案。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計a)方案一b)方案二圖1-16設(shè)計方案3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)1）工業(yè)設(shè)計師鄭同學(xué)將產(chǎn)品外觀設(shè)計好后交由結(jié)構(gòu)設(shè)計師王同學(xué)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足以下幾點(diǎn)要求：a)當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時玩具貓的眼睛能左右移動并且?guī)油婢哓埖氖诌M(jìn)行動作。b)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和可靠性。c)手部的移動距離受眼眶尺寸的限制，活動空間可以設(shè)定在12mm以內(nèi)。d)從動件的封閉形式既可以采用力封閉，也可以采用形封閉。e)設(shè)定作品的最大尺寸在180mm以內(nèi)。f)連桿半徑初步設(shè)計為50mm以內(nèi)，這個尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以根據(jù)空間需求調(diào)整。g)面板和底部之間采用可拆卸連接。機(jī)構(gòu)部分藏在面板和底板之間。學(xué)習(xí)活動7：參考案例

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)2）小陳在了解相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求后，進(jìn)行初步的機(jī)械原理設(shè)計。一小時后提出了以下五種機(jī)械設(shè)計方案，如圖1-17所示。a)方案一

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

b)方案二連桿機(jī)構(gòu)c)方案三齒輪機(jī)構(gòu)圖1-17三種機(jī)械設(shè)計方案

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)團(tuán)隊小組進(jìn)行討論。從運(yùn)動功能來看，該設(shè)計要求眼睛能左右移動的同時，手部跟著聯(lián)動，這就要求執(zhí)行構(gòu)件作往復(fù)直線運(yùn)動。而方案三齒輪機(jī)構(gòu)難以實現(xiàn)此目的，所以不予考慮。而方案一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、方案二連桿機(jī)構(gòu)都能滿足運(yùn)動功能的條件。對于技術(shù)指標(biāo)，主要考慮設(shè)計的快捷性、加工的工藝性、維護(hù)的便利性及空間的尺寸約束等因素。相對而言，滑塊機(jī)構(gòu)在這幾個方面都處于劣勢，設(shè)計上比較費(fèi)時，加工工藝性不好，還要占用較大的空間。最后機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案就聚焦到連桿機(jī)構(gòu)了。連桿機(jī)構(gòu)是一種很好的選擇，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計簡單，加工、裝配的工藝性都很好，從而大大減少了工程設(shè)計，并且縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間。后期無論采用切削加工還是增材制造，制作工藝性都非常好。從動件的封閉形式既可以采用力封閉，也可以采用形封閉。另外還可以通過改變凸輪的遠(yuǎn)近休止角來很方便的改變眼睛在左右停頓的時間和手臂擺動幅度，以增加玩具的趣味性。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)小組討論最終通過采用連桿機(jī)構(gòu)作為此項目的主要結(jié)構(gòu)。1）接下來由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計師（王同學(xué)）進(jìn)行后續(xù)設(shè)計。經(jīng)過半小時的設(shè)計后，小陳完成了產(chǎn)品初步的外形及結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖，如圖1-18所示。圖1-18結(jié)構(gòu)草圖

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)小組討論最終通過采用連桿機(jī)構(gòu)作為此項目的主要結(jié)構(gòu)。2）初步草圖繪制完成后進(jìn)行三維建模。如下為模型的三視圖。圖1-19三維建模

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)模型制作時的細(xì)節(jié)考慮：a)考慮到后期3D打印以及光潔度要求，在面板背部不加任何結(jié)構(gòu)件，面板身板采用插槽連接的方式。圖1-20插槽結(jié)構(gòu)

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)模型制作時的細(xì)節(jié)考慮：b)考慮到此物品的使用人群是兒童，需要在尖銳處倒圓處理。圖1-21倒圓角

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)模型制作時的細(xì)節(jié)考慮：c)為防止后期轉(zhuǎn)動軸易脫落，特在軸上設(shè)置一圈限位環(huán)，防止脫落。圖1-22軸設(shè)計

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)模型制作時的細(xì)節(jié)考慮：d)為減少結(jié)構(gòu)件的使用，此處的軸進(jìn)行拔模處理，并且采用一體化打印的方式。圖1-23拔模設(shè)計

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（3）3D打印環(huán)節(jié)3D打印設(shè)備操作員（李同學(xué)）接到設(shè)計師的文件后，迅速對整個產(chǎn)品進(jìn)行分析，并且需要考慮以下幾點(diǎn)要求：1）盡可能控制材料的成本；2）打印機(jī)的最大尺寸；3）盡可能壓縮打印的時間；4）盡量少設(shè)甚至不設(shè)支撐；5）保證產(chǎn)品外觀光潔。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（3）3D打印環(huán)節(jié)最終，李同學(xué)決定將面板和底板采用光固化打印機(jī)進(jìn)行打印，眼動機(jī)構(gòu)全都用FDM打印機(jī)打印。

類型參數(shù)設(shè)備HALOT-SKY4KEnder-3成型技術(shù)LCD光固化噴頭噴絲打印層厚/mm0.01～0.20.1～0.3打印速度1～4s/層1m/min打印尺寸/mm192*120*200220*220*250XY軸精度/mm0.01～0.050.04～0.1支持耗材405nm光敏樹脂ABS表1-2各打印機(jī)的參數(shù)表

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（3）3D打印環(huán)節(jié)完成模型切片后進(jìn)行3D打印。打印總時間為3小時，拆除支撐、裝配和打磨的時間為1小時。手板樣品在4小時后制作完成（如下圖），進(jìn)行運(yùn)動試驗，確認(rèn)無異常后交由甲方審閱。最后進(jìn)行說明書的撰寫。

圖1-23實物展示

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（4）產(chǎn)品說明說撰寫環(huán)節(jié)1）編輯部（胡同學(xué)）需收集設(shè)計時的所有文件資料和制作好的手板（便于制作說明書時所需的圖片），進(jìn)行編輯任務(wù)，產(chǎn)品說明書需包含以下幾點(diǎn)：a)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和規(guī)格。b)正確的安裝、使用、操作、保養(yǎng)、維修和存放的方法。c)注明此產(chǎn)品適用的人群。d)應(yīng)盡可能設(shè)想用戶可能遇到的問題。e)提供生產(chǎn)日期和有效期。f)使用說明書的封底必須有生產(chǎn)企業(yè)的名稱和地址，本說明書的出版日期。g)產(chǎn)品各部分的材料及處理方式（垃圾回收）。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例3、工作方案實施（4）產(chǎn)品說明說撰寫環(huán)節(jié)2）編輯組完成編輯任務(wù)后交由團(tuán)隊隊長審核，直至審核通過。如下圖為基礎(chǔ)說明書。（后續(xù)還將進(jìn)行改進(jìn)）。圖1-24說明書初步設(shè)計

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例4、進(jìn)行驗收與交付（1）向甲方提供產(chǎn)品說明書，對玩具進(jìn)行使用教學(xué)。（2）如有必要可向甲方提供設(shè)計資料。（3）做好安全技術(shù)交底工作。（4）甲方無異議后交付剩余50%尾款。

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動7：參考案例5、盈利分析盈利項目盈利金額/元總計/元外觀設(shè)計70640結(jié)構(gòu)設(shè)計1203D打印250說明書編輯120耗材使用30其他50

機(jī)械與機(jī)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)活動8：任務(wù)評價針對上述任務(wù)，對照COMET能力評價表，評價計分如下表。測試任務(wù)玩具貓手眼部聯(lián)動機(jī)構(gòu)設(shè)計能力模塊編碼001姓名***日期****一級能力二級能力序號評分項說明完全不符0分基本不符1分基本符合3分完全符合5分功能性能力（1）直觀性/展示1用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、草圖等表達(dá)機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。

?

2用二維、三維模型、零件圖、裝配圖等表達(dá)零件結(jié)構(gòu)。

?3用爆炸動畫圖表達(dá)各個零件的相互位置關(guān)系及裝配順序。

?

4用機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真動畫表達(dá)機(jī)構(gòu)的正確性和驗證結(jié)構(gòu)是否干涉。

?5解決方案是否與專業(yè)規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相符合？解決方案是否條例清晰？并撰寫說明書。

?

（2）功能性6根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性（軌跡、速度、急回特性等）分析機(jī)構(gòu)設(shè)計是否滿足功能性要求。

?

7分析各零件的結(jié)構(gòu)是否滿足3D打印造型的工藝。

?8從零件的尺寸、形狀、配合關(guān)系及零件的定位固緊等分析零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

?過程性能力（3）使用價值導(dǎo)向9解釋和草圖應(yīng)讓外行人也能看得懂（操作說明書）。

?

10是否提出了超出用戶需求之外的建議？對于委托方來說，方案是否具有價值？

?11同一個功能要求要盡量設(shè)計多個機(jī)構(gòu)方案并進(jìn)行分析比較，同樣，一個機(jī)構(gòu)