2.1機械系統(tǒng)的總體方案設計

總體方案設計執(zhí)行機構(gòu)設計

◆功能原理設計

◆運動規(guī)律設計

◆選型構(gòu)型設計

◆運動協(xié)調(diào)設計傳動系統(tǒng)設計原動機選擇機構(gòu)創(chuàng)新設計一、機械系統(tǒng)運動方案設計步驟

產(chǎn)品設計的好壞，包括產(chǎn)品的功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設計階段的工作，取決于方案的構(gòu)思和方案擬定時的設計思想。二、機械系統(tǒng)的總體方案設計總體方案設計的內(nèi)容：

從原動機─傳動機構(gòu)─執(zhí)行機構(gòu)的整個系統(tǒng)的設計包括：控制系統(tǒng)的方案設計、其它輔助系統(tǒng)的設計（主要有潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等）。設計結(jié)果：給出滿足運動性能要求的運動簡圖。

設計人員在進行了大量相關資料查閱之后，應設計出幾種不同的功能原理方案，以便從中選出較理想的一個為下一步總體設計奠定基礎。針對產(chǎn)品主要功能而進行的功能原理設計這一步，在整個設計中是非常重要的一環(huán)。一個好的功能原理設計應既有創(chuàng)新構(gòu)思，同時又能滿足用戶的需求。因此，在培養(yǎng)設計人員時，不僅要注重機構(gòu)和結(jié)構(gòu)設計的培養(yǎng)和訓練，而且更應注重功能原理設計的培養(yǎng)和訓練。

“顧客購買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”。二、機械系統(tǒng)的總體方案設計

“功能”是產(chǎn)品的核心和本質(zhì)。設計的最主要工作并不只是選用某種機械或設計某種結(jié)構(gòu)，更重要的是要進行功能原理的構(gòu)思。功能是系統(tǒng)必須實現(xiàn)的任務，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。每個系統(tǒng)都有自己的功能，如運輸工具的功能是運貨或運客；電動機的功能是能量轉(zhuǎn)換等。用戶對產(chǎn)品功能的需求則是有條件的，即功能的使用地點及環(huán)境條件、功能的定量與定性參數(shù)、實現(xiàn)功能的具體結(jié)構(gòu)與手段、功能的經(jīng)濟性等。二、機械系統(tǒng)的總體方案設計

在以上各功能中，基本功能必須保證，且在設計中不能改變；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，設計時應對一個系統(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“功能原理設計”就是針對所設計產(chǎn)品的主要功能提出一些原理性的構(gòu)思，亦即針對產(chǎn)品的主要功能進行原理性設計。功能的分類：功能必要功能非必要功能基本功能附加功能二、機械系統(tǒng)的總體方案設計三、機械系統(tǒng)的功能原理設計

功能原理設計的任務，就是根據(jù)機械預期的工藝要求或使用要求，構(gòu)思出所有可能實現(xiàn)給定要求的功能原理，加以分析比較，從中選擇出既能很好地滿足預期要求、工藝動作又簡單的功能原理。例1:要求設計一自動送料板的裝置。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計例2:設計一糖果包裝機?？梢姡汗δ茉聿煌に噭幼鳎ㄟ\動規(guī)律）也不同，執(zhí)行機構(gòu)型式自然不一樣。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計例3:設計一臺加工內(nèi)孔的機床。車床鏜床

鉆床拉床三、機械系統(tǒng)的功能原理設計

例4:設計草地剪草機。分析：對雜草進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。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計

后來設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。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計傳統(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。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計

例5:平板玻璃制造。

通過上述例子可知，功能原理設計具有如下特點：

①功能原理方案設計就是針對某一確定的功能要求，構(gòu)思并求得能實現(xiàn)功能目標的新的解法原理。

②功能原理設計中往往要引入某種新技術(shù)、新材料、新工藝……，但首先要求設計人員要有一種新想法、新構(gòu)思。

③功能原理設計使所設計的系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。

因此，功能原理設計的好與壞將對產(chǎn)品的成敗起決定性作用，設計人員必須給予高度重視。三、機械系統(tǒng)的功能原理設計四、功能原理方案設計步驟功能原理設計的設計方法——“黑箱法”

一個設計任務往往有許多差異很大的方案。許多設計人員一般習慣于先畫出幾個總結(jié)構(gòu)圖或方案圖，然后從中選擇一個，再進行更詳細的設計。這種設計方法的弊端是帶有很大的盲目性，同時，由于設計人員的知識和經(jīng)驗有一定的局限性，很容易使其在原理方案構(gòu)思之前就形成了某種框框，因而妨礙了思維，束縛了創(chuàng)造力。人們在對系統(tǒng)功能原理設計時，常采用一種“抽象化”的方法——“黑箱法”。此方法是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，并將這些功能用較為抽象的形式(如輸入量和輸出量)加以表達。這樣，通過抽象化可清晰地掌握所設計系統(tǒng)(產(chǎn)品)的基本功能和主要約束條件，從而突出設計中的主要矛盾，抓住問題的本質(zhì)。四、功能原理方案設計步驟例如自行車的功能原理設計。自行車（黑箱）輸入輸出蹬力或推力車的行走自行車功能原理系統(tǒng)圖四、功能原理方案設計步驟又如機床設計。四、功能原理方案設計步驟“黑箱法”示意圖四、功能原理方案設計步驟“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。它擺脫了具體設計對象，而按系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能和對三大流進行定性描述來進行思考，使問題簡化，以利于啟發(fā)設計人員構(gòu)思出更新、更好的功能原理方案。黑箱四、功能原理方案設計步驟

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)的總功能也以分解為一些分功能。如果有些分功能還太復雜，則還可以進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，這個基本功能單位就叫功能元。功能元是能直接從技術(shù)效應(如物理效應、化學效應等)及邏輯關系中找到可以滿足功能要求的最小單位。機械設計中常用的基本功能元有物理功能元、數(shù)學功能元和邏輯功能元。功能分解與功能元四、功能原理方案設計步驟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、閥門等四、功能原理方案設計步驟功能元（分功能）的求解

一個功能元（分功能）都要找出相應的技術(shù)、物理效應來實現(xiàn)，有時一個功能元（分功能）可以相應地提出幾個技術(shù)、物理效應。功能元的求解方法主要有：

①參考有關資料、?？虍a(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利用設計目錄求解法。設計目錄是把能實現(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。四、功能原理方案設計步驟部分功能元解法目錄連桿四、功能原理方案設計步驟機械一次增力功能元解法目錄四、功能原理方案設計步驟四桿機構(gòu)運動轉(zhuǎn)換解法目錄2.2機構(gòu)創(chuàng)新設計

一個好的機械原理方案能否實現(xiàn)，機構(gòu)設計是關鍵。機構(gòu)設計中最富有創(chuàng)造性、最關鍵的環(huán)節(jié)，是機構(gòu)形式的設計。

常用機構(gòu)形式的設計方法有兩大類，即機構(gòu)的選型和機構(gòu)的構(gòu)型。 1、機構(gòu)盡可能簡單一、

機構(gòu)形式設計的原則 2、盡量縮小機構(gòu)尺寸 3、應使機構(gòu)具有較好的動力學特性

在進行機構(gòu)形式設計時，除滿足基本的運動形式、運動規(guī)律或運動軌跡要求外，還應遵循以下幾項原則

優(yōu)先選用構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)最少的機構(gòu)，這樣可以簡化機器的構(gòu)造，從而減輕重量、降低成本。（一）

機構(gòu)盡可能簡單

可減少由于零件的制造誤差而形成的運動鏈的累積誤差。

運動鏈簡短也有利于提高機構(gòu)的剛度，減少產(chǎn)生振動的環(huán)節(jié)。1．機構(gòu)運動鏈盡量簡短一、

機構(gòu)形式設計的原則

在機構(gòu)選型時，有時寧可采用有較小設計誤差的簡單近似機構(gòu)，而不采用理論上無誤差但結(jié)構(gòu)復雜的機構(gòu)。（一）

機構(gòu)盡可能簡單1．機構(gòu)運動鏈盡量簡短為E點有近似直線軌跡的四桿機構(gòu)E點有精確直線軌跡的八桿機構(gòu)。一、

機構(gòu)形式設計的原則

在基本機構(gòu)中，高副機構(gòu)只有3個構(gòu)件和3個運動副，低副機構(gòu)則至少有4個構(gòu)件和4個運動副。因此，從減少構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)，以及設計簡便等方面考慮，應優(yōu)先采用高副機構(gòu)。（一）

機構(gòu)盡可能簡單

低副機構(gòu)的運動副元素加工方便、容易保證配合精度以及有較高的承載能力等方面考慮，應優(yōu)先采用低副機構(gòu)。2．適當選擇運動副一、

機構(gòu)形式設計的原則

在一般情況下，應先考慮低副機構(gòu)，而且盡量少采用移動副。（一）

機構(gòu)盡可能簡單

采用連桿機構(gòu)很難完成精確設計時，應考慮采用高副機構(gòu)。2．適當選擇運動副一、

機構(gòu)形式設計的原則

執(zhí)行機構(gòu)的形式與原動機的形式密切相關，不要僅局限于選擇傳統(tǒng)的電動機驅(qū)動形式。（一）

機構(gòu)盡可能簡單3．適當選擇原動機氣壓或液壓缸作為原動機，可省去一些減速傳動機構(gòu)和運動變換機構(gòu)，縮短運動鏈，簡化結(jié)構(gòu)，且具有傳動平穩(wěn)。一、

機構(gòu)形式設計的原則（一）

機構(gòu)盡可能簡單3．適當選擇原動機一、

機構(gòu)形式設計的原則

不要僅限于剛性機構(gòu)，還可選用柔性機構(gòu)，以及利用光、電、磁和利用摩擦、重力、慣性等原理工作的廣義機構(gòu)，許多場合可使機構(gòu)更加簡單、實用。4．選用廣義機構(gòu)一、

機構(gòu)形式設計的原則（一）

機構(gòu)盡可能簡單（二）

盡量縮小機構(gòu)尺寸

機械的尺寸和重量隨所選用的機構(gòu)類型不同而有很大差別。

小齒輪3的節(jié)圓與活動齒條在E點相切作純滾動，而與固定齒條相切在D點，且為絕對瞬心。因此，活動齒條上E點的位移是C點位移的2倍，是曲柄長的4倍。顯然在輸出位移相同的前提下，其曲柄比一般對心曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄長可縮小一半。一、

機構(gòu)形式設計的原則（二）

盡量縮小機構(gòu)尺寸

圓柱凸輪機構(gòu)尺寸比較緊湊，尤其是在從動件行程較大的情況下。盤狀凸輪機構(gòu)的尺寸也可借助杠桿原理相應縮小。

凸輪-連桿機構(gòu)中，利用一個輸出端半徑r2大于輸入端半徑r1的搖桿BAC，使C點的位移大于B點的位移，從而可在凸輪尺寸較小的情況下，使滑塊獲得較大行程。一、

機構(gòu)形式設計的原則1．采用傳動角較大的機構(gòu)（三）應使機構(gòu)具有較好的動力學特性

機構(gòu)在機械系統(tǒng)中不僅傳遞運動，而且還要起到傳遞和承受力(或力矩)的作用，因此要選擇有較好的動力學特性的機構(gòu)。

要盡可能選擇傳動角較大的機構(gòu)，以提高機器的傳力效益，減少功耗。

如在可獲得執(zhí)行構(gòu)件為往復擺動的連桿機構(gòu)中，擺動導桿機構(gòu)最為理想。

從減小運動副摩擦，則盡可能采用全由轉(zhuǎn)動副組成的連桿機構(gòu)。一、

機構(gòu)形式設計的原則2．采用增力機構(gòu)（三）應使機構(gòu)具有較好的動力學特性

對于執(zhí)行構(gòu)件行程不大，而短時克服工作阻力很大的機構(gòu)，應采用“增力”的方法。 F12僅為F的7％左右。一、

機構(gòu)形式設計的原則3．采用對稱布置的機構(gòu)（三）應使機構(gòu)具有較好的動力學特性

對于高速運轉(zhuǎn)的機構(gòu)，其作往復運動和平面一般運動的構(gòu)件，以及偏心的回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機構(gòu)時，應盡可能考慮機構(gòu)的對稱性。

對稱布置的連桿機構(gòu)一、

機構(gòu)形式設計的原則二、機構(gòu)的選型

是指利用發(fā)散思維的方法，將前人創(chuàng)造發(fā)明出的各種機構(gòu)按照運動特性或?qū)崿F(xiàn)的功能進行分類，然后根據(jù)原理方案確定的執(zhí)行構(gòu)件所需要的運動特性或?qū)崿F(xiàn)功能進行搜索、選擇、比較和評價，選出合適的機構(gòu)形式。

機械系統(tǒng)中，電動機輸出軸的運動為轉(zhuǎn)動，經(jīng)過速度變換后，執(zhí)行機構(gòu)的原動件的運動形式亦為轉(zhuǎn)動時，而完成各分功能的執(zhí)行構(gòu)件的運動形式卻是各種各樣的。（一）按運動形式要求選擇機構(gòu)

機構(gòu)選型一般先按執(zhí)行構(gòu)件的運動形式要求選擇機構(gòu)，同時還應考慮機構(gòu)的功能特點和原動機的形式。二、機構(gòu)的選型（一）按運動形式要求選擇機構(gòu)二、機構(gòu)的選型

滿足同一運動形式或功能要求的機構(gòu)方案有很多，對這些方案應從運動性能、工作性能、動力性能等方面進行綜合評價。（二）機構(gòu)方案的評價1．評價指標和評價體系二、機構(gòu)的選型

所謂評價體系，是通過一定范圍內(nèi)的專家咨詢，確定評價指標及其評定方法。對于不同的設計任務，應根據(jù)具體情況，擬定不同的評價體系。（二）機構(gòu)方案的評價1．評價指標和評價體系

只有建立科學的評價體系，才可以避免個人決定的主觀片面性，減少盲目性，從而提高設計的質(zhì)量和效率。二、機構(gòu)的選型連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)三種機構(gòu)是最常用的機構(gòu)（二）機構(gòu)方案的評價2．典型機構(gòu)的評價二、機構(gòu)的選型三、機構(gòu)的構(gòu)型

機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型的基本思路是：以通過選型初步確定的機構(gòu)方案為雛型，通過組合、變異、再生等方法進行突破，獲得新的機構(gòu)。連桿機構(gòu)難以實現(xiàn)一些特殊的運動規(guī)律；凸輪機構(gòu)雖然可以實現(xiàn)任意運動規(guī)律，但行程不可調(diào)；齒輪機構(gòu)雖然具有良好的運動和動力特性，但運動形式簡單；棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等間歇運動機構(gòu)的運動和動力特性均不理想，具有不可避免的速度、加速度波動，以及沖擊和振動（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，以及機械化、自動化程度的提高，對其運動規(guī)律和動力特性都提出了更高的要求。簡單的齒輪、連桿和凸輪等機構(gòu)往往不能滿足上述要求。三、機構(gòu)的構(gòu)型

隨著計算機和現(xiàn)代設計方法的發(fā)展，極大地推動了組合機構(gòu)的研究發(fā)展，目前許多場合都采用了它，尤其在各種自動機器和自動生產(chǎn)線上得到廣泛應用。（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)

組合機構(gòu)的類型很多，每種組合機構(gòu)具有各自特有的型組合、尺寸綜合及分析設計方法。組合機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復雜，設計計算繁復，研究起來比較困難。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)1．齒輪—連桿機構(gòu)

1)實現(xiàn)間歇傳送運動該機構(gòu)常用于自動機的物料間歇送進三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)1．齒輪—連桿機構(gòu)

2)實現(xiàn)大擺角、大行程的往復運動

設計曲柄搖桿機構(gòu)時，因許用傳動角的關系，搖桿的擺角常受到限制。圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)構(gòu)成的組合機構(gòu)，則可增大從動件的輸出擺角。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)1．齒輪—連桿機構(gòu)

2)實現(xiàn)大擺角、大行程的往復運動圖所示飛機上使用的高度表。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)1．齒輪—連桿機構(gòu)

3)較精確地實現(xiàn)給定的運動軌跡振擺式軋鋼機軋輥驅(qū)動裝置中使用的齒輪—連桿組合機構(gòu)

調(diào)節(jié)兩曲柄AB和BE的相位角，可方便地改變M點的軌跡，以滿足軋制生產(chǎn)中的不同工藝要求。

三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)2．凸輪—連桿機構(gòu)

凸輪—連桿機構(gòu)較齒輪—連桿機構(gòu)更能精確實現(xiàn)給定的復雜運動規(guī)律和軌跡。凸輪機構(gòu)雖也可實現(xiàn)任意的給定運動規(guī)律的往復運動，但在從動件作往復擺動時。受壓力角的限制，其擺角不能太大。將簡單的連桿機構(gòu)與凸輪機構(gòu)組合起來，可以克服上述缺點，達到很好的效果。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)2．凸輪—連桿機構(gòu)

當遞紙吸嘴開始向前遞紙時，擺桿3上的滾子與凸輪小面接觸,齊紙塊5繞01點逆時針方向擺動讓紙。

當遞紙吸嘴放下紙張，擺桿3順時針方向擺動，齊紙塊5順時針方向擺動靠向紙堆，把紙張理齊。

三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)2．凸輪—連桿機構(gòu)

機構(gòu)尺寸滿足條件：ED=FC和KE=KF。凸輪1轉(zhuǎn)動時，通過構(gòu)件2、5和6，使剪刀打開和關閉。

糖果包裝機剪切機構(gòu)三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)3．齒輪—凸輪機構(gòu)

齒輪—凸輪機構(gòu)常以自由度為2的差動輪系為基礎機構(gòu)，并用凸輪機構(gòu)為附加機構(gòu)。后者使差動輪系中的兩構(gòu)件有一定的運動聯(lián)系，約束掉一個自由度，組成自由度為1的封閉式組合機構(gòu)。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)3．齒輪—凸輪機構(gòu)1)實現(xiàn)給定運動規(guī)律的變速回轉(zhuǎn)運動

齒輪、雙曲柄和轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)雖能傳遞勻速和變速轉(zhuǎn)動，但無法實現(xiàn)任意給定的運動規(guī)律的轉(zhuǎn)動。

齒輪和凸輪組合而成的組合機構(gòu)，則能實現(xiàn)這一要求。圖中系桿3為原動件，齒輪1為輸出件。擺桿2’與行星輪2固接，由于固定凸輪的作用，行星輪2相對系桿3產(chǎn)生往復擺動，使齒輪1得到預期。三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)3．齒輪—凸輪機構(gòu)1)實現(xiàn)給定運動規(guī)律的變速回轉(zhuǎn)運動

齒輪—凸輪機構(gòu)，常用于機床的分度補償機構(gòu)中。

圓柱凸輪蝸桿固聯(lián)，圓柱凸輪將蝸桿的轉(zhuǎn)動和移動聯(lián)系起來，組成自由度為l的齒輪—凸輪機構(gòu)。凸輪為主動件，輸出蝸輪的角位移由兩部分組成，一部分是由蝸桿轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的另一部分由蝸桿軸向移動產(chǎn)生則三、機構(gòu)的構(gòu)型（一）利用組合原理構(gòu)型新機構(gòu)3．齒輪—凸輪機構(gòu)2)實現(xiàn)給定運動軌跡

圖示的齒輪—凸輪機構(gòu)可用來實現(xiàn)給定的運動軌跡。原動件是傳動比為1的一對齒輪中的1或2，擺桿3和構(gòu)件1以轉(zhuǎn)動副A相鉸接，齒輪2上B點的滾子在擺桿3的曲線槽中運動，從而使擺桿3上的P點實現(xiàn)給定的軌跡。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)

為了實現(xiàn)一定的工藝動作要求，或為了使機構(gòu)具有某些特殊的性能，改變現(xiàn)有機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，演變發(fā)展出新機構(gòu)的設計，稱為機構(gòu)變異構(gòu)型。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)1．機構(gòu)的倒置

機構(gòu)的運動構(gòu)件與機架的轉(zhuǎn)換，稱為機構(gòu)的倒置。按照運動相對性原理，機構(gòu)倒置后各構(gòu)件間的相對運動關系不變，但可以得到不同特性的機構(gòu)。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)1．機構(gòu)的倒置

圖示為卡當機構(gòu)。若令桿OO1為機架，則原機構(gòu)的機架成為轉(zhuǎn)子3，曲柄1每轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子3亦同步轉(zhuǎn)動一周，同時兩滑塊2及4在轉(zhuǎn)子3的十字槽內(nèi)往復運動，將流體從入口A送往出口B，從而得到一種泵機構(gòu)。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)2．機構(gòu)的擴展

以原有機構(gòu)作為基礎，增加新的構(gòu)件，構(gòu)成一個新機構(gòu)，稱為機構(gòu)的擴展。

機構(gòu)擴展后，原有各構(gòu)件間的相對運動關系不變，但所構(gòu)成的新機構(gòu)的某些性能與原機構(gòu)有很大差別。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)2．機構(gòu)的擴展

是在卡當機構(gòu)的基礎上，增加滑塊5擴展得到的。此機構(gòu)的主要特點是，當機構(gòu)的十字槽每轉(zhuǎn)1/4周，點O1在半徑為r的圓周上繞過1/2周；十字槽每轉(zhuǎn)動1周，點O1繞過2周，滑塊輸出兩次往復行程。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)2．機構(gòu)的擴展

是由行星輪系1-2-3和兩邊對稱布置的桿4、5組成的。1,2為齒輪，3為系桿。系桿擴展為抓斗的左側(cè)爪，齒輪2擴展為抓斗的右側(cè)爪。再加上對稱的兩邊連桿4-5可使左右兩側(cè)爪對稱動作。繩索7可控制兩側(cè)爪的開或閉。創(chuàng)新點：應用了簡單的周轉(zhuǎn)輪系，將齒輪2和系桿3的形狀和功能加以擴展，利用兩構(gòu)件的運動關系而成。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)2．機構(gòu)的擴展

將兩搖桿滑塊機構(gòu)組成完全對稱的形式，當拉動滑塊4上下運動時，使構(gòu)成左右抓斗的連桿3閉合和開啟，以裝卸散狀物料。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)3．機構(gòu)局部結(jié)構(gòu)的改變

改變機構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)，可以獲得有特殊運動特性的機構(gòu)。

以倒置后的凸輪機構(gòu)取代曲柄的情形。因為凸輪5的溝槽有一段凹圓弧ab，其半徑等于連桿3的長度，故原動件1在轉(zhuǎn)過a角的過程中，滑塊處于停歇狀態(tài)。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)4．機構(gòu)結(jié)構(gòu)的移植和模仿

將一機構(gòu)中的某種結(jié)構(gòu)應用于另一種機構(gòu)中的設計方法，稱為結(jié)構(gòu)的移植。

要有效地利用結(jié)構(gòu)的移植和模仿構(gòu)型出新的機構(gòu)，必須注意了解、掌握一些機構(gòu)之間實質(zhì)上的共同點，以便在不同條件下靈活運用。

利用某一結(jié)構(gòu)特點設計新機構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)的模仿。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)4．機構(gòu)結(jié)構(gòu)的移植和模仿

不完全齒輪齒條機構(gòu)，可視為由不完全齒輪機構(gòu)移植變異而成。此機構(gòu)的主動齒條作往復直線運動，使不完全齒輪2在擺動的中間位置有停歇。

圓柱齒輪的半徑無限增大時，齒輪演變?yōu)辇X條，運動形式由轉(zhuǎn)動演變?yōu)橹本€移動。運動形式雖然改變了，但齒廓嚙合的工作原理沒有改變。這種變異方式，可視為移植中的變異。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)4．機構(gòu)結(jié)構(gòu)的移植和模仿

機構(gòu)中的構(gòu)件2可視為將槽輪展直而成。此機構(gòu)的主動件1連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件2間歇直移，鎖止方式也與槽輪機構(gòu)相同。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異

改變機構(gòu)中運動副的形式，可構(gòu)型出不同運動性能的機構(gòu)。運動副的變換方式有很多種：高副與低副之間的變換運功副尺寸的變換運動副類型的變換。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異

如圖所示的偏心圓凸輪高副機構(gòu)，當以低副代換后，雖然對其運動特性沒有影響，但由于低副是面接觸易于加工，耐磨性能好，因而提高了其使用性能。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異

平面六桿機構(gòu)用于手套自動加工機的傳動裝置。機構(gòu)由原動件1、II級桿組2-3、4-5及機架6組成，故為II級機構(gòu)。當原動件曲柄1連續(xù)回轉(zhuǎn)時可使輸出件5實現(xiàn)大行程的往復移動。在該機構(gòu)中滑塊4與導桿3組成的移動副位于其上方，不僅潤滑困難，且易污染產(chǎn)品。三、機構(gòu)的構(gòu)型（二）利用機構(gòu)的變異構(gòu)型新機構(gòu)5．運動副的變異

將有關運動副變異，所得機構(gòu)如圖所示。該機構(gòu)由原動件1、III級桿組2-3-4-5及機架6組成，為III級機構(gòu)。三、機構(gòu)的構(gòu)型2.3結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設計

機械結(jié)構(gòu)設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，決定滿足功能要求的機械結(jié)構(gòu)，需要決定的內(nèi)容包括：

結(jié)構(gòu)的類型和組成，

結(jié)構(gòu)中所有零部件的形狀、尺寸、位置、數(shù)量、材料、熱處理方式和表面狀況，

所確定的結(jié)構(gòu)除應能夠?qū)崿F(xiàn)原理方案所規(guī)定的動作要求外，還應能滿足設計對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、穩(wěn)定性、工藝性、壽命、可靠性等方面的要求。

機械結(jié)構(gòu)設計的重要特征之一是設計問題的多解性，即滿足同一設計要求的機械結(jié)構(gòu)并不是唯一的。

機械結(jié)構(gòu)設計的任務是在眾多的可行結(jié)構(gòu)方案中尋求較好的或最好的方案。

找出所有的局部最優(yōu)解，并從中找出全局最優(yōu)解，得到最好的設計方案。這就需要發(fā)揮創(chuàng)造性思維方法的作用。

結(jié)構(gòu)方案的變異設計方法使設計者從一個已知的可行結(jié)構(gòu)方案出發(fā)，通過變換得到大量的可行方案。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

通過對這些方案中參數(shù)的優(yōu)化，可以使設計者得到多個局部最優(yōu)解，再通過對這些局部最優(yōu)解的分析和比較，就可以得到較優(yōu)解或全局最優(yōu)解。

變異設計的目的是尋求滿足設計要求的獨立的設計方案，以便對其進行參數(shù)優(yōu)化設計

變異設計的基本方法是首先通過對結(jié)構(gòu)設計方案的分析，得出一般結(jié)構(gòu)設計方案中所包含的技術(shù)要素的構(gòu)成。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

然后再分析每一個技術(shù)要素的取值范圍，通過對這些技術(shù)要素在各自的取值范圍內(nèi)的充分組合，就可以得到足夠多的獨立的結(jié)構(gòu)設計方案。

一般機械結(jié)構(gòu)的技術(shù)要素包括零件的幾何形狀，零件之間的聯(lián)接和零件的材料及熱處理方式。以下分別分析這幾個技術(shù)要素的變異設計方法。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關系實現(xiàn)的。（一）功能面的變異

零件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中與其他零部件相接觸的表面，與工作介質(zhì)或被加工物體相接觸的表面稱為功能表面。

零件的功能表面是決定機械功能的重要因素，功能表面的設計是零部件設計的核心問題。通過對功能表面的變異設計，可以得到為實現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對這幾個方面的變異，可以得到多組構(gòu)型方案。（一）功能面的變異一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（一）功能面的變異一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（一）功能面的變異壓簧的壓縮距離不應過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需使用較大的壓縮距離則應設置導向結(jié)構(gòu)。拉簧無失穩(wěn)問題，設計中受空間約束較少，既可單獨使用，也可與搖桿及繩索等配合使用。板簧通常剛度較大，可在較小的變形條件下產(chǎn)生較大的壓緊力。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（一）功能面的變異一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

挺桿2與搖桿1通過一球面相接觸，球面在挺桿上。（一）功能面的變異

將球面改在搖桿上，則接觸面上的法線方向始終平行于挺桿軸線方向，不產(chǎn)生橫向推力。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

上方零件為凹形，下方零件為凸形。（一）功能面的變異一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（一）功能面的變異曲柄搖桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機構(gòu)中銷孔尺寸變化一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

一個不與其他零部件相接觸的零件具有6個自由度，機械設計中通過規(guī)定零件之間適當?shù)穆?lián)接方式限制零件的某些自由度，保留機器的功能所必需的自由度，使機器在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)確定形式的運動關系。（二）聯(lián)接的變異

聯(lián)接的作用是通過零件的工作表面與其他零件的相應表面的接觸實現(xiàn)的，不同形式的聯(lián)接由于相接觸的工作表面形狀不同，表面間所施加的緊固力不同，從而對零件的自由度形成不同的約束。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

以軸轂聯(lián)接為例。按照設計要求，軸與輪轂的聯(lián)接對相對運動自由度的限制可能有：（二）聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計3．轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。4．移動、轉(zhuǎn)動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。聯(lián)接中軸的截面形狀必須是圓形由于輪轂要相對于軸移動，所以聯(lián)接中軸的表面形狀必須是柱面(不能是錐面)考慮加工方便和避免產(chǎn)生附加軸向力通常也采用柱面

兩種聯(lián)接中的軸表面形狀為圓柱面一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異1．固定聯(lián)接，限制6個相對運動自由度。2．滑動聯(lián)接，限制5個相對運動自由度。由于輪轂要相對于軸移動，所以軸表面必須是除完整圓柱面以外的其他柱面，如滑鍵聯(lián)接、導鍵聯(lián)接。固定式聯(lián)接，限制條件少，所有滿足可加工性和可裝配性條件的表面形狀都可以作為這種軸毅聯(lián)接的表面形狀。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異

按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。

形鎖合聯(lián)接要求被聯(lián)接表面為非圓形，可以是三角形、正方形、六邊形或其他特殊形狀表面。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異

非圓截面加工困難，特別是非圓截面孔加工更困難，所以這些形狀的截面實際應用較少。

非圓截面通常通過在圓形截面上銑平面、銑槽或鉆孔等方法產(chǎn)生，通過變換這些平面、槽或孔的尺寸、數(shù)量、在軸段的位置和方向就形成不同形式的軸毅聯(lián)接。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異

按照聯(lián)接中形成鎖合力的條件可將固定式軸轂聯(lián)接分為形鎖合聯(lián)接和力鎖合聯(lián)接。

力鎖合聯(lián)接依靠被聯(lián)接件表面間的壓力所派生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力，表面間壓力的產(chǎn)生可以依靠多種不同的結(jié)構(gòu)措施。

過盈配合是一種常用的結(jié)構(gòu)措施，它以最簡單的結(jié)構(gòu)形狀獲得足夠的壓力，缺點是裝配和拆卸都很不方便，并引起較大的應力集中。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異

常用的形鎖合聯(lián)接有銷聯(lián)接、平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、成形聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異為構(gòu)造裝拆方便的力鎖合聯(lián)接結(jié)構(gòu)必須使聯(lián)接裝配時表面間無過盈，裝配后通過其他調(diào)整措施使表面間產(chǎn)生過盈，拆卸過程則相反。常用的力鎖合聯(lián)接有楔鍵聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、圓柱面過盈聯(lián)接、圓錐面過盈聯(lián)接、頂絲聯(lián)接、容差環(huán)聯(lián)接、星盤聯(lián)接、壓套聯(lián)接和液壓漲套聯(lián)接等一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（二）聯(lián)接的變異（三）支承的變異

軸系的工作性能與它的支承設計的狀況和質(zhì)量密切相關。

旋轉(zhuǎn)軸至少需要兩個相距一定距離的支點支承，支承的變異設計包括支點位置變異和支點軸承的種類及其組合的變異。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

以錐齒輪傳動為例分析支點位置變異問題，錐齒輪傳動的兩軸各有兩個支點，每個支點相對于傳動零件的位置可以在左側(cè)，也可以在右側(cè)，兩個支點的位置可能有3種組合方式:一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（三）支承的變異將兩軸的支點位置進行組合得到9種結(jié)構(gòu)方案:一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（三）支承的變異

軸上的每個支點除承受徑向載荷以外還可能同時承受單向或雙向軸向載荷，每個支點承受軸向載荷的方式有4種可能:承受純徑向載荷的支點，可以選用圓柱滾子軸承、滾針軸承、深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。可以選用向心推力軸承如圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，當軸向力較小時也可以選用深溝球軸承、調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承等向心軸承，也可以采用向心軸承與承受軸向載荷的推力軸承的組合。用一對向心推力軸承面對面或背對背組合使用，可以使用專門型號的雙列向心推力軸承一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（三）支承的變異將軸系中兩個支點的這4種情況進行組合，得到兩支點軸系承受軸向載荷情況的16種方案dmbebeicicdm軸系在兩個方向上實現(xiàn)完全定位，在結(jié)構(gòu)設計中應用最普遍使軸系在兩個方向上都不定位，稱為兩端游動軸系結(jié)構(gòu)，這種軸系結(jié)構(gòu)適用于軸系可以通過傳動件實現(xiàn)雙向軸向定位的場合只用在軸系只可能產(chǎn)生單方向軸向載荷的場合一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（三）支承的變異（四）材料的變異

機械設計中可以選擇的材料種類眾多，不同的材料具有不同的性能，不同的材料對應不同的加工工藝。

結(jié)構(gòu)設計中既要根據(jù)功能的要求合理地選擇適當?shù)牟牧?，又要根?jù)材料的種類確定適當?shù)募庸すに嚕⒏鶕?jù)加工工藝的要求確定適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)，只有通過適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計才能使所選擇的材料最充分地發(fā)揮優(yōu)勢。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計

設計者要做到正確地選擇結(jié)構(gòu)材料就必須充分地了解所選材料的力學性能、加工性能、使用成本等信息。

彈性聯(lián)軸器的設計中需要選擇彈性元件的材料，由于所選彈性元件材料的不同，使得聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)變化很大。

可選作彈性元件的材料有金屬、橡膠、尼龍、膠木等。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

由于彈性元件的壽命短，使用中需多次更換，在結(jié)構(gòu)設計中應為更換彈性元件提供可能和方便，為更換彈性元件留有必要的操作空間，使更換彈性元件所必須拆卸、移動的零件盡量少。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異使用不同彈性元件材料的常用彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

結(jié)構(gòu)設計中應根據(jù)所選材料的特性及其所對應的加工工藝而遵循不同的設計原則。

鋼材受拉和受壓時的力學特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。

鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵結(jié)構(gòu)截面多為非對稱形狀，以使承載時最大壓應力大于最大拉應力一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，螺紋聯(lián)接件產(chǎn)生的裝配力很容易使塑料零件損壞。

在兩個被聯(lián)接件上分別做出形狀簡單的搭鉤和凹槽，裝配時利用塑料零件彈性變形量大的特點使搭鉤與凹槽互相咬合實現(xiàn)聯(lián)接，裝配過程簡單準確，便于操作。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

設計的結(jié)果要通過制造和裝配實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設計中如果能根據(jù)所選材料的工藝特點合理地確定結(jié)構(gòu)形式則會為制造過程帶來方便。

鋼結(jié)構(gòu)設計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強度和剛度。

鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加肋板和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)的剛度和強度。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

塑料材料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應力極易引起結(jié)構(gòu)翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)的肋板應與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。

陶瓷結(jié)構(gòu)的模具成本和燒結(jié)工藝成本遠大于材料成本，所以陶瓷結(jié)構(gòu)設計中為使結(jié)構(gòu)簡單，通常不考慮節(jié)省材料的原則。一、

結(jié)構(gòu)方案的變異設計（四）材料的變異

機械產(chǎn)品的性能不但與原理設計有關，結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量也直接影響產(chǎn)品的性能，甚至影響產(chǎn)品功能的實現(xiàn)。二、提高性能的設計

下面分別分析為提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、精度、工藝性等方面性能常采用的設計方法和設計原則。

強度和剛度是結(jié)構(gòu)設計的基本問題，通過正確的結(jié)構(gòu)設計可以減小單位載荷所引起的材料應力和變形量，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。（一）提高強度和剛度的設計

強度和剛度都與結(jié)構(gòu)受力有關，在外載荷不變的情況下降低結(jié)構(gòu)受力是提高強度和剛度的有效措施。二、提高性能的設計1．載荷分擔

載荷引起結(jié)構(gòu)受力，如果多種載荷作用在同一結(jié)構(gòu)上就可能引起局部應力過大。結(jié)構(gòu)設計中應將載荷由多個結(jié)構(gòu)分別承擔，這樣有利于降低危險結(jié)構(gòu)處的應力，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力，這種方法稱為載荷分擔。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計1．載荷分擔彎矩和扭矩同時作用會在軸上引起較大應力。結(jié)構(gòu)中增加了一個支承套，帶輪通過端蓋將扭矩傳給軸，通過軸承將壓軸力傳給支承套。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計1．載荷分擔

蝸桿軸系結(jié)構(gòu)

蝸桿傳動產(chǎn)生的軸向力較大，使得軸承在承受徑向載荷同時承受較大的軸向載荷。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計1．載荷分擔

增加了專門承受雙向軸向載荷的雙向推力球軸承，使得各軸承分別發(fā)揮各自承載能力的優(yōu)勢。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

2．載荷平衡

在機械傳動中有些做功的力必須使其沿傳動鏈傳遞，有些不做功的力應盡可能使其傳遞路線變短，如果使其在同一零件內(nèi)與其他同類載荷構(gòu)成平衡力系則其他零件不受這些載荷的影響，利于提高結(jié)構(gòu)的承載能力。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

2．載荷平衡行星齒輪結(jié)構(gòu)中齒輪嚙合使中心輪和系桿受力。在對稱位置布置三個行星輪，使行星輪產(chǎn)生的力在中心輪和系桿上合成為力偶，減小了有害力的傳播范圍。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

3．減小應力集中

應力集中是影響承受交變應力的結(jié)構(gòu)承載能力的重要因素，結(jié)構(gòu)設計應設法緩解應力集中。

在零件的截面形狀發(fā)生變化處力流會發(fā)生變化，局部力流密度的增加引起應力集中。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

3．減小應力集中（一）提高強度和剛度的設計

零件截面形狀的變化越突然，應力集中就越嚴重，結(jié)構(gòu)設計中應盡力避免使結(jié)構(gòu)受力較大處的零件形狀突然變化，以減小應力集中對強度的影響。

零件受力變形時不同位置的變形阻力(剛度)不相同也會引起應力集中，設計中通過降低應力集中處附近的局部剛度可以有效地降低應力集中。二、提高性能的設計

3．減小應力集中過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)在輪毅端部應力集中嚴重通過降低軸或輪毅相應部位的局部剛度使應力集中得到有效緩解二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

3．減小應力集中

由于結(jié)構(gòu)定位等功能的需要在絕大部分結(jié)構(gòu)中不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸及形狀的變化，這些變化都會引起應力集中，如果多種變化出現(xiàn)在同一結(jié)構(gòu)截面處將引起嚴重的應力集中，所以結(jié)構(gòu)設計中應盡力避免這種情況。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

3．減小應力集中

軸結(jié)構(gòu)中臺階和鍵槽端部都會引起軸在彎矩作用下的應力集中。

鍵槽不加工到軸段根部，避免了應力集中源的集中

兩個應力集中源設計到同一截面處，加劇了局部的應力集中二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

4．減小接觸應力

高副接觸零件的接觸強度和接觸剛度都與接觸點的綜合曲率半徑有關，設法增大接觸點的綜合曲率半徑是提高這類零件工作能力的重要措施。

漸開線齒輪在齒面上不同位置處的曲率半徑不同，采用正變位可使齒面的工作位置向曲率半徑較大的方向移動，對提高齒輪的接觸強度和彎曲強度都非常有利。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計

4．減小接觸應力凸球面接觸傳力，綜合曲率半徑較小，接觸應力大；綜合曲率半徑依次增大，有利于改善球面支承的強度和剛度。二、提高性能的設計（一）提高強度和剛度的設計（二）提高精度的設計

通過結(jié)構(gòu)設計可以減小由于制造、安裝等原因產(chǎn)生的原始誤差，減小由于溫度、磨損、構(gòu)件變形等原因產(chǎn)生的工作誤差，減小執(zhí)行機構(gòu)對各項誤差的敏感程度，從而提高產(chǎn)品的精度。二、提高性能的設計

1．誤差均化

制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差是不可避免的，通過適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計可以在原始誤差不變的情況下使執(zhí)行機構(gòu)的誤差較小。試驗證明螺旋傳動的誤差可以小于螺桿本身的螺距誤差。千分尺的累積測量誤差

千分尺螺桿的螺距累積誤差二、提高性能的設計（二）提高精度的設計

1．誤差均化

機械精度的均化原理：在機構(gòu)中如果有多個聯(lián)接點同時對一種運動起限制作用，則運動件的運動誤差決定于各聯(lián)接點的綜合影響，其運動精度高于一個聯(lián)接點的限制作用。

在一定條件下增加螺旋傳動中起作用的螺紋圈數(shù)，使多圈螺紋同時起作用，不但可以提高螺旋傳動的承載能力和耐磨性，而且可以提高傳動精度。二、提高性能的設計（二）提高精度的設計 2．誤差合理配置

在機床主軸結(jié)構(gòu)設計中，提高主軸前端(工作端)的旋轉(zhuǎn)精度是很重要的設計目標，主軸前支點軸承和主軸后支點軸承的精度都會影響主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，但是影響的程度不相同。二、提高性能的設計（二）提高精度的設計

3．誤差傳遞

在機械傳動系統(tǒng)中，各級傳動件都會產(chǎn)生運動誤差，傳動件在傳遞必要的運動的同時也不可避免地將誤差傳遞給下一級傳動件。二、提高性能的設計（二）提高精度的設計

3．誤差傳遞（二）提高精度的設計

如果傳動系統(tǒng)為減速傳動(i>1)，則最后一級傳動所產(chǎn)生的運動誤差對總誤差影響最大，所以在以傳遞運動為主要目的的減速傳動系統(tǒng)設計中通常將最后一級傳動件的精度設計得較高；

在加速傳動系統(tǒng)(i<1)中第一級傳動所產(chǎn)生的傳動誤差對總誤差影響最大，這樣的傳動系統(tǒng)中通常將第一級傳動件的精度設計得較高。二、提高性能的設計

4．誤差補償

在機械結(jié)構(gòu)工作過程中會由于溫度變化、受力、磨損等因素使零部件的形狀及相對位置關系發(fā)生變化，這些變化也常常是影響機械結(jié)構(gòu)工作精度的原因。好的結(jié)構(gòu)設計可以減少由于這些因素對工作精度造成的影響。二、提高性能的設計（二）提高精度的設計5．采用誤差較小的近似機構(gòu)

有些應用中為簡化機構(gòu)而采用某些近似機構(gòu)，這會引入原理誤差，在條件允許時優(yōu)先采用近似性較好的近似機構(gòu)可以減小原理誤差。

正切機構(gòu)正弦機構(gòu)

兩種凸輪近似機構(gòu)都可以得到手輪的旋轉(zhuǎn)運動與擺桿擺動角之間的近似線性關系。二、提高性能的設計（二）提高精度的設計1．方便裝卡（三）提高工藝性的設計

結(jié)構(gòu)設計要根據(jù)機械切削加工機床的設備特點，為裝卡過程提供必要的夾持面，夾持面的形狀和位置應使零件在切削力的作用下具有足夠的剛度，零件上的被加工面應能夠通過盡量少的裝卡次數(shù)得以完成。如果能夠通過一次裝卡對零件上的多個相關表面進行加工，這將有效地提高加工效率。二、提高性能的設計1．方便裝卡只有兩個圓錐表面，用卡盤無法裝卡；增加了兩個圓柱形表面，這個表面在零件工作中不起作用，只是為了實現(xiàn)工藝過程而設置的，這種表面稱為工藝表面二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計1．方便裝卡軸上的兩個鍵槽沿周向成90度布置，這兩個鍵槽必須兩次裝卡才能完成加工將兩個鍵槽布置在同一周向位置，使得可以一次裝卡完成加工，方便了裝卡，提高了加工效率。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計1．方便裝卡沒有可供加工導軌工作表面使用的裝卡定位表面；雖設置裝卡定位表面，由于表面過小，用它定位裝卡在加工中不能使零件獲得足夠的剛度；增大了定位面的面積，并在上部增加了工藝臍；二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計2．方便加工

切削加工所要形成的幾何表面的數(shù)量、種類越多，加工所需的工作量就越大，結(jié)構(gòu)設計中盡量減少加工表面的數(shù)量和種類是一條重要的設計原則。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計2．方便加工

如齒輪箱中同一軸系兩端的軸承受力通常不相等，但是如果將兩軸承選為不同型號，兩軸承孔成為兩個不同尺寸的幾何表面，加工工作量將加大。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計2．方便加工箱形結(jié)構(gòu)頂面加工二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計2．方便加工輪毅與輪緣不等寬二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

加工好的零部件要經(jīng)過裝配才能成為完整的機器，裝配的質(zhì)量直接影響機器設備的運行質(zhì)量，設計中是否考慮裝配過程的需要也直接影響裝配工作的難度。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

滑動軸承右側(cè)有一個與箱體連通的注油孔，如果裝配中將滑動軸承的方向裝錯將會使滑動軸承和與之配合的軸得不到潤滑。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

隨著裝配過程自動化程度的提高，越來越多的裝配工作應用了裝配自動線或裝配機器人，這些自動化設備具有很高的工作速度，但是對零件上的微小差別的分辨能力比人差很多，這就要求設計人員應減少那些具有微小差別的零件種類，或增加容易識別的明顯標志，或?qū)⑾嗨频牧慵诳赡艿那闆r下消除差別，合并為同一種零件。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸兩個圓柱銷的外形尺寸完全相同，只是材料及熱處理方式不同。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

在機械設計中很多設計參數(shù)是依靠調(diào)整過程實現(xiàn)的，當對機器進行維修時要破壞某些經(jīng)過調(diào)整的裝配關系，維修后需要重新調(diào)整這些參數(shù)，這就增加了維修工作的難度。結(jié)構(gòu)設計中應減少維修工作中對已有裝配關系的破壞，使維修更容易進行。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸軸承座結(jié)構(gòu)的裝配關系不獨立，更換軸承時不但需要破壞軸承蓋與軸承座的裝配關系二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

機械設備中的某些零部件由于材料或結(jié)構(gòu)的關系使用壽命較低，這些零部件在設備的使用周期內(nèi)需要多次更換，結(jié)構(gòu)設計中要考慮這些易損零件更換的可能性和方便程度。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

3．簡化裝配、調(diào)整和拆卸

彈性套柱銷聯(lián)軸器的彈性元件由于使用橡膠材料所以壽命較低，聯(lián)軸器兩端通常聯(lián)接較大設備，更換彈性元件時很難移動這些設備，結(jié)構(gòu)設計時應為彈性元件的拆卸和裝配留有必要的空間。二、提高性能的設計（三）提高工藝性的設計

通過大量事實使人們認識到不能要求操作者無限制地適應機器的要求，而應使機器的操作方法適應人的生理和心理特點，只有這樣才能使操作者在最佳的生理及心理狀態(tài)下工作，使人和機器所組成的人—機系統(tǒng)發(fā)揮最佳效能。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計

人在對機械的操作中通過肌肉發(fā)力對機械做功，通過正確的結(jié)構(gòu)設計使操作者在操作中不容易疲勞，是使其連續(xù)正確操作的重要前提條件。（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計

1．減少疲勞的設計

當操作人員長時間保持某一種姿勢時，身體的某些肌肉長期處于收縮狀態(tài)，肌肉壓迫血管使血液流通受阻，血液不能為肌肉輸送足夠的氧，肌肉的這種工作狀態(tài)稱為靜態(tài)肌肉施力狀態(tài)。設計與操作有關的結(jié)構(gòu)時應考慮操作者的肌肉受力狀態(tài)，盡力避免使肌肉處于靜態(tài)肌肉施力狀態(tài)。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計

1．減少疲勞的設計三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計

1．減少疲勞的設計

試驗證明人在靜態(tài)施力狀態(tài)下能夠持續(xù)工作的時間與施力大小有關。當以最大能力施力時肌肉的供血幾乎中斷，施力只能持續(xù)幾秒鐘。隨著施力的減小能夠持續(xù)工作的時間加長。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計2．容易發(fā)力的設計

操作者在操作機器時需要用力，人在處于不同姿勢、向不同方向用力時發(fā)力能力差別很大。試驗表明人手臂發(fā)力能力的一般規(guī)律是右手發(fā)力大于左手，向下發(fā)力大于向上發(fā)力，向內(nèi)大于向外，拉力大于推力，沿手臂方向大于垂直手臂方向。

人以站立姿勢操作時手臂所能施加的操縱力明顯大于坐姿，但是長時間站立容易疲勞，站立操作的動作精度比坐姿操作的精度低。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計2．容易發(fā)力的設計

在設計需要人操作的機器時，首先要選擇操作者的操作姿勢，一般優(yōu)先選擇坐姿，特別是動作頻率高、精度高、動作幅度小的操作，或需要手腳并用的操作。

當需要施加較大的操縱力，或需要的操作動作范圍較大，或因操作空間狹小，無容膝空間時可以選擇立姿。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（一）適合人的生理特點的結(jié)構(gòu)設計2．容易發(fā)力的設計

操縱力的施加方向應選擇人容易發(fā)力的方向。

施力的方式應避免使操作者長時間保持一種姿勢，當操作者必須以不平衡姿勢進行操作時應為操作者設置輔助支撐物。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計1．減少觀察錯誤的設計

在由人和機器組成的系統(tǒng)中人起著對系統(tǒng)的工作狀況進行調(diào)節(jié)的“調(diào)節(jié)器”的作用，人的正確調(diào)節(jié)來源于人對機器工作情況的正確了解和判斷，所以在人—機系統(tǒng)設計中使操作者能夠及時、正確、全面地了解機器的工作狀況是非常重要的。

操作者了解機器的工作情況主要通過機器上設置的各種顯示裝置(顯示器)，其中使用最多的是作用于人的視覺的視覺顯示器，其中又以顯示儀表應用最為廣泛。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計1．減少觀察錯誤的設計

在顯示儀表的設計中應使操作者觀察方便，觀察后容易正確地理解儀表顯示的內(nèi)容，這要通過正確地選擇儀表的顯示形式、儀表的刻度分布、儀表的擺放位置以及多個儀表的組合實現(xiàn)三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計1．減少觀察錯誤的設計

選擇顯示器形式主要應依據(jù)顯示器的功能特點和人的視覺特性，試驗表明人在認讀不同形式的顯示器時正確認讀的概率差別較大。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計1．減少觀察錯誤的設計

通常在同一應用場合應選用同一形式的儀表，同樣的刻度排列方向，以減少操作者的認讀障礙。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計1．減少觀察錯誤的設計

儀表擺放位置的選擇應以方便認讀為標準。

重要的儀表應擺放在視區(qū)中心，相關的儀表應分組集中擺放，有固定使用順序的儀表應按使用順序擺放。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計2．減少操作錯誤的設計

人通過控制器對機器進行調(diào)整，通過反饋信息了解調(diào)整的效果?？刂破鞯脑O計應使操作者在較少視覺幫助或無視覺幫助下能夠迅速準確地分辨出所需的控制器，在正確了解機器工作狀況的基礎上對機器做出適當?shù)恼{(diào)整。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計2．減少操作錯誤的設計

首先應使操作者分辨出所需的控制器。在機器擁有多個控制器時要使操作者迅速準確地分辨出不同的控制器就要使不同的控制器的某些屬性具有明顯的差別。

常被用來區(qū)別不同控制器的屬性有形狀、尺寸、位置、質(zhì)地等，控制器手柄的不同形狀常被用來區(qū)別不同的控制器。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計（二）適合人的心理特點的結(jié)構(gòu)設計2．減少操作錯誤的設計

控制器的操作應有一定的阻力，操作阻力可以為操作過程提供反饋信息，提高操作過程的穩(wěn)定性和準確性，并可防止因無意碰撞引起的錯誤操作。

為減少操作錯誤，控制器的設計還要考慮與顯示器的關系。根據(jù)控制器與顯示器位置一致的原則，控制器與相應的顯示器應盡量靠近，并將控制器放置在顯示器的下方或右方。三、結(jié)構(gòu)的宜人化設計2.4反求設計

反求工程(ReverseEngineering)是針對消化吸收先進技術(shù)的一系列分析方法和應用技術(shù)的組合。一、

概述

反求設計(ReverseDesign)是以先進的產(chǎn)品或技術(shù)作為對象，進行深入的分析研究，探索掌握其關鍵技術(shù)，在消化、吸收的基礎上，開發(fā)出同類型創(chuàng)新產(chǎn)品的設計。反求設計強調(diào)剖析原產(chǎn)品時在“求”上狠下功夫，吃透原設計；而再設計時在“改”和“創(chuàng)”上作文章，力圖在較高起點上設計出競爭力更強的創(chuàng)新產(chǎn)品。反求設計分為兩個階段：

反求階段：通過對原有產(chǎn)品的剖析，知其所以然。吸取其技術(shù)精華、關鍵技術(shù)，達到為我所用。分析原有產(chǎn)品的技術(shù)矛盾，為改進或創(chuàng)新設計提出方向。

再設計階段：進行二次設計(再設計)，開發(fā)出同類型的創(chuàng)新產(chǎn)品。一、

概述反求設計的過程：一、

概述（一）

宏觀分析二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

機電產(chǎn)品系統(tǒng)的功能體現(xiàn)為能量、物料、信息的變化，且系統(tǒng)與周圍環(huán)境有密切聯(lián)系。剖析產(chǎn)品時首先要抓住能量、物料、信息、環(huán)境這四個基本方面分析其工作原理和產(chǎn)品特點。

根據(jù)能量、物料、信息輸入和輸出的變化，分析產(chǎn)品系統(tǒng)的總功能和主要的輔助功能。（一）宏觀分析

根據(jù)能量流、物流、信息流的途徑，分析系統(tǒng)中動力源、傳動系統(tǒng)(驅(qū)動器)、執(zhí)行系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的具體組成和特點。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

1．探索產(chǎn)品設計的指導思想（二）詳細分析

一些家用產(chǎn)品往往從擴展功能、降低成本、精美造型等方面提高市場競爭能力。

為降低成本、便于使用，許多產(chǎn)品以“小型化”作為設計目標。

為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，強調(diào)節(jié)能、保護環(huán)境，綠色設計從產(chǎn)品的設計、加工、裝配、使用、報廢整個壽命周期充分考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，防止影響環(huán)境的噪聲或廢棄物產(chǎn)生，使零件或材料在產(chǎn)品達到壽命周期時以最高附加值回收并重復利用。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

1．探索產(chǎn)品設計的指導思想（二）詳細分析

隨著人民生活水平的提高，人的價值觀從重視物質(zhì)發(fā)展到重視精神，商品不僅滿足需要而且要使人舒服，考慮宜人因素的舒適性設計也提到日程上來。

發(fā)展系列產(chǎn)品是滿足多品種、低成本、短開發(fā)周期以提高市場競爭能力的有效手段。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

2．原理方案分析（二）詳細分析

各種產(chǎn)品是針對其功能要求進行設計的。在功能分析的基礎上了解現(xiàn)有原理方案的工作原理和機構(gòu)組成，探索其構(gòu)思過程和特點，并進一步研究實現(xiàn)同樣功能新的原理解法。

分析原理方案首先掌握執(zhí)行系統(tǒng)的特點，可從動力源、傳動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面逐項分析，并了解各路間的聯(lián)系和接口。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

3．結(jié)構(gòu)分析

零部件是功能載體，其結(jié)構(gòu)首先要滿足功能的需要。

分析結(jié)構(gòu)同時要考慮提高性能(提高強度、剛度、精度、壽命，減少磨損，降低噪聲等)、降低成本、提高安全可靠度等方面的特點。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（二）詳細分析

4．材料分析

根據(jù)零件的功能、結(jié)構(gòu)、加工工藝特點分析、鑒定材料及其熱處理方式。

有時需通過材料分析進行材料代用，遵循立足國內(nèi)的方針，考慮資源及成本，選擇合用的國產(chǎn)材料。代用的原則是首先滿足力學、物理性能，其次滿足化學成分的要求，并參照其他同類產(chǎn)品，確定代用材料的牌號及技術(shù)條件。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（二）詳細分析

5．形體尺寸分析

對于實物或圖紙，測量分析零部件形體尺寸，并用圖紙表達或利用計算機儲存信號。對于圖像，通過透視法求得尺寸之間的比例，再按參照物確定各尺寸。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（二）詳細分析

6．外觀造型分析（二）詳細分析

造型設計和分析的基本原則是實用、經(jīng)濟、美觀，首先要滿足功能要求。而通常的美學原理如合理的尺度、比例，造型上的對稱與均衡，穩(wěn)定與輕巧，統(tǒng)一與變化，節(jié)奏與韻律等也應作為分析時的參考難則。

色彩能美化產(chǎn)品并引起感情效果。對有關產(chǎn)品色調(diào)的選擇與配色、色彩的對比與調(diào)和等方面作相應分析，有利于了解它的設計風格。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

7．工藝和精度分析（二）詳細分析

許多先進設備的關鍵技術(shù)是先進的工藝，分析產(chǎn)品的加工過程和關鍵工藝十分必要。在此基礎上選擇合理工藝參數(shù)，確定新設計產(chǎn)品的制造工藝方法。

各種構(gòu)件都由表面形狀、尺寸、元素的相對位置所確定，在反求過程中對尺寸精度、形狀誤差和相對位置誤差要進行必要的分析。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

8．工作性能分析

對產(chǎn)品的主要工作性能如強度、剛度、精度、壽命等要進行試驗測定，掌握其設計和設計規(guī)范。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（二）詳細分析

9．其他包括使用、維護、包裝技術(shù)等。先進的產(chǎn)品應具有良好的使用性能和維護性能。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（二）詳細分析（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

某些機電產(chǎn)品往往來用一些非同一般的技術(shù)手段，以達到同類產(chǎn)品難以達到的技術(shù)水平，體現(xiàn)特色，提高其競爭能力。這些技術(shù)常稱為關鍵技術(shù)(KnowHow)。

對研究對象進行反求分析，最重要的是探求其關鍵技術(shù)——關鍵功能、關鍵原理、關鍵結(jié)構(gòu)、關鍵材料等。掌握關鍵技術(shù)是進一步提高產(chǎn)品水平的前提。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容

1．關鍵功能的分析

分析產(chǎn)品的各項功能要重點抓主要功能，而其中一些關鍵功能的解決對產(chǎn)品的水平和特色起決定性的作用。

自支承齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單，成本低。其關鍵功能是“支承”。泵中沒有軸承，如何解決齒輪與泵體之間的支承就是它的關鍵技術(shù)。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

1．關鍵功能的分析

八音盒機芯動力為卷簧，通過傳動齒輪帶動音鼓回轉(zhuǎn)，撥動音鍵奏出美妙的音樂。其中控制音鼓均勻回轉(zhuǎn)的“調(diào)速”功能是關鍵功能。不同的八音盒機芯往往采用不同的調(diào)速機構(gòu)，突出自己的設計特點。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

2．關鍵原理的分析

產(chǎn)品的同一功能可以選用不同的原理方案。某些產(chǎn)品在工作原理上實現(xiàn)關鍵技術(shù)形成特色。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

2．關鍵原理的分析

對連續(xù)運動中固態(tài)物料流量的測量，一般機械測量裝置都不令人滿意。近年來我國開發(fā)的核子秤，利用物質(zhì)吸收Y射線的原理，出色地完成非接觸連續(xù)計量的任務，成為具有國際水平的高技術(shù)產(chǎn)品。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

2．關鍵原理的分析

在無發(fā)動機的慣性玩具汽車中，除用飛輪(慣性輪)存貯動力外，還利用慣性原理使汽車遇到障礙物反向行駛。其中飛輪及小齒輪所在軸A沿軸向可滑移。

圖a為向前行駛狀態(tài)。車遇障礙物后，由于慣性，滑移軸前沖，達到圖b位置，小齒輪與冕狀齒輪另一側(cè)相嚙合，使車輪反轉(zhuǎn)倒行。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

3．關鍵結(jié)構(gòu)的分析

某些產(chǎn)品以巧妙的結(jié)構(gòu)形成關鍵技術(shù)。

代替鋼梁的一種三角柱狀構(gòu)件。柱的三種組件均在其強度最大的方向承受載荷，等強度下其重量僅為同材料鋼梁的1／4.5。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（三）關鍵技術(shù)的分析和反求

4．關鍵材料的分析

一些產(chǎn)品中采用特殊材料形成關鍵技術(shù)。形狀記憶合金等具有記憶形狀的特點。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（四）不同反求對象的分析特點

根據(jù)反求的對象不同可分為實物反求、軟件反求和影像反求三種:1．實物反求

實物可為設備、部件、零件。實物反求對象最具體，具有較好的分析條件。2．軟件反求

軟件指產(chǎn)品圖紙，技術(shù)資料文件，產(chǎn)品樣本、說明書等。3．影像反求

根據(jù)照片、圖片、影視畫面等影像資料進行產(chǎn)品反求設計稱為影像反求。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容1．實物反求

實物反求時先對有關產(chǎn)品進行外觀分析和性能試驗。在功能分析、原理方案分析的基礎上按部件、組件、零件逐步解體，測求各零件的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸和零件之間的組裝關系。

根據(jù)需要分析零件的加工工藝和精度。通過全面反求，掌握產(chǎn)品的關鍵技術(shù)和存在的矛盾及不足。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（四）不同反求對象的分析特點（四）不同反求對象的分析特點2．軟件反求

通過軟件反求一般可知產(chǎn)品的功能、原理方案和結(jié)構(gòu)組成，若有零件圖則可詳細了解零件的材料、尺寸、精度。

為分析產(chǎn)品或零件性能需要進行適當?shù)挠嬎愫湍M試驗。

對于外國產(chǎn)品應進行標準換算和材料國產(chǎn)牌號代換。二、產(chǎn)品反求分析的思路和內(nèi)容（四）不同反求對象的分析特點

3．影像反求

通過影像資料得到的設計信息最少，反求難度最大，要求設計者具有較豐富的設計實踐經(jīng)驗。

根據(jù)影像資料可得到一些設計概念，引導人們?nèi)ミM行創(chuàng)新設計。

首先根據(jù)產(chǎn)品的工作要求分析其功能和原理方案。如從執(zhí)行系統(tǒng)的動作和原動機情況分析傳動系統(tǒng)的功能和組成機構(gòu)。

分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料，往往要根據(jù)其外部已知信息，參照功能和工作原理進行推理。二、產(chǎn)品