《機械設計基礎》

課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯軸器離合器制動器第十四章機械創新設計第十四章機械創新設計第一節創新設計第二節機械創新設計概述第三節創新設計的基本原理第四節基于TRIZ理論的創新設計14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理創新促進了人類文明進步、技術進步和社會的發展。商代，桔槔用來汲水灌溉，北宋蘇頌、韓公廉等人發明的水運儀象臺，是以水力驅動，集天文觀測、天文演示和報時系統為一體的大型自動化天文儀器。14-4基于TRIZ的創新設計一、創新設計促進文明進步與社會發展二、創新是技術進步的主要途徑技術創新主要包括產品創新、過程創新（工藝創新）和技術擴散三個方面主要途徑有：技術引進和自主技術開發。培養科技新人需要新理論、新技術、新方法的武裝。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計三、創新就在我們身邊無數的發現、發明和創新對人類社會產生了非常深遠的影響，極大地推動了生產力的發展。創新和發明不是僅限于學者專家，實際上創造與發明并不神秘，人人都能進行創造與發明。很多創新發明往往是通過一次偶然事件觸發靈感從而開啟智慧之窗而獲得的，創新還需要勇氣、毅力和持續不斷的努力，才能獲得成功。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計四、如何才能創新培養創新意識創新活動首先來自于強烈的創新意識，對日常生活的關注和思索，常常可以觸發創新靈感。掌握創新方法設計過程是一個創造過程，設計人員創造能力的高低及發揮，將直接影響產品創新程度和設計質量。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計加強創新實踐人的創造能力可以通過學習和訓練得到激發和提高，通過訓練自己集中注意力、發揮想象力等，能夠提高創新思維能力。培養協作精神現代科學學科門類繁多、學科知識更新快，大多數有影響的科技創新成果，往往出自多方面人才的團結協作而取得的。14-3創新設計的基本原理設計是人類改造自然的一種基本活動，設計的本質就是創新。設計的目的是將預定的目標，通過一定的信息而形成設計方案，進而通過制造、實施使設計成為產品。創新設計要求在設計中更加充分地發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，設計出更具競爭力的新穎產品。適應性設計是指原理方案基本保持不變，對產品作局部變更或設計一個新部件，使產品能更好地滿足使用要求。14-4基于TRIZ的創新設計14-2機械創新設計概述14-1創新設計一、設計的概念二、機械創新設計的概念機械創新設計是指利用人類已有的相關科學理論、方法和原理，進行新的構思。機械創新設計包含兩個部分：（1）改進、完善生產或生活中現有機械產品的技術性能、可靠性、經濟性、適用性；（2）創造設計出新機器、新產品，以滿足新的生產或生活的需要。機械創新設計與常規機械設計、創造發明的關系：常規機械設計過程可分為機械總體方案設計、機械的運動設計、機械的動力設計和機械的結構設計四個階段。

14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計機械的運動設計主要包括機構主要尺寸的確定，機械運動參數的分析，傳動比的確定與分配等。機械的結構設計主要包括繪制零件工作圖、部件裝配圖和機械的總裝圖。機械創新設計承擔著為發明創造新機械和改進現有機械性能提供正確有效理論和方法的重要任務。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計2.機械創新設計的過程（1）確定機械的基本工作原理（2）機構結構類型綜合及優選。（3）機構運動尺度綜合及其運動參數優選（4）機構動力學參數綜合及其動力學參數優選。完成上述機械工作原理、結構學、運動學、動力學分析與綜合，便形成了機械設計的優選方案。3.機械創新設計的特點（1）機械創新設計必須具有獨創性和新穎性。（2）創新設計必須具有實用性。（3）多方案選優14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計14-2機械創新設計概述第三節創新設計的基本原理綜合創新是運用綜合法則的創新功能去尋求新的創造。如圖的小型多功能機床具有車、鉆、銑三種功能，其設計特點是：以車床為基礎、綜合鉆、銑床主軸箱而成。1-電動機2-帶傳動3-車削主軸箱4-鉆銑主軸箱5-進給板6-尾座7-床身14-4基于TRIZ的創新設計14-3創新設計的基本原理14-1創新設計分離是與綜合相對應的、思路相反的一種創新原理，它是把某個創造對象進行分解或離散，使主要問題從復雜現象中暴露出來，從而理清創造者的思路，便于人們抓住主要矛盾尋求解決的思維方法，如圖。

在機械行業，組合夾具、組合機床、模塊化機床也是分離創新原理的運用。機械設計過程中，往往把設計對象分解為許多分系統和分功能，對每一分系統和分功能進行分析，再找出實現每一分功能的原理解，然后把這些原理解綜合得出很多設計方案。已知事務A分離新事務B輸入輸出14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計二、分離創新原理四、逆向創新原理（一）定義逆向創新原理是從反面、從構成要素中對立的另一面思考，將通常思考問題的思路反轉過來，尋找解決問題的新方法。（二）逆向創新法的主要途徑功能性逆向創新、結構性逆向創新和因果關系逆向創新。1.功能性逆向：將某些已被人們普遍接受的功能關系顛倒2.結構性逆向創新：運用逆向思維，打破傳統的結構設計3.因果關系逆向創新：自然現象可以是另一種自然現象的原因，而在另一自然過程中，這種因果關系可能會顛倒。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計還原法則是指暫時放下所研究的問題，反過來追本溯源，回到事物的起點，分析問題的本質，從本質出發另辟蹊徑進行創新思考的一種模式。無扇葉電風扇的設計是基于電風扇的創造原點是使空氣快速流動，設計出用壓電陶瓷夾持一金屬板，通電后金屬板振蕩，導致空氣加速流動的新型電扇。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計五、還原創新原理所謂物-場，是指物質與物質之間相互作用和相互影響的一種聯系，或指完成某種功能所需的方法和手段。事實上，只有同某種“場”發生聯系后才會產生對另一個物體的作用或承受相應的反作用，而場本身就是某種形式的能量，因此，可以給系統提供能量，促使系統發生反應，從而可實現某種效應。

物S1場F物S214-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計六、物-場分析原理14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理第四節基于TRIZ理論的創新設計一、TRIZ發明問題解決理論“TRIZ”的含義是“發明問題解決理論”，英文譯為TheoryofInventiveProblemSolving，英文縮寫為“TIPS”。TRIZ是基于知識的、面向人的解決發明問題的系統化方法學，其核心是技術系統進化原理，該理論的主要來源及構成如圖。14-4基于TRIZ的創新設計14-1創新設計1.TRIZ的體系結構可以把TRIZ體系歸結為九大理論和工具：①八大進化法則預測技術系統，產生并加強創造性問題的解決工具；②最終理想解（idealfinalesult，IFR）③40個發明原理④39個工程參數和矛盾矩陣14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計二、TRIZ的體系結構與主要內容1.TRIZ的體系結構可以把TRIZ體系歸結為九大理論和工具：⑤物理矛盾的分離原理⑥物-場分析法⑦發明問題的標準解法⑧ARIZ：針對非標準問題而提出的一套解決算法，即發明問題解決算法；⑨科學效應和現象知識庫TRIZ解決實際問題的方法14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計TRIZ體系結構組成部分：一是問題分析的基礎理論，主要包括技術系統進化論等；二是問題分析工具，包括沖突分析、物-場分析、功能分析、ARIZ等；三是基于知識的工具，包括40個發明原理、39個工程參數和矛盾矩陣、11個分離離原理、76個標準解法、科學效應和現象知識庫等。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計（1）技術系統進化論與TRIZ創新思維方法技術系統的主要觀點是： 技術是一個由不不同組分構成、有特定功能的系統； 技術系統有客觀的進化模式； 技術系統的進化化具有過程性、方向性、均衡性、動態性、集成性、協調性、柔性（粒子性）和自控性的特點； 空間維度上有“超系統、系統、子系統”； 時空維度的結合就有了“九屏幕法”；

14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計2.TRIZ分析理論與工具（2）沖突分析與功能分析沖突或者矛盾是TRIZ的基礎概念之一。技術沖突和物理沖突是產生和定義問題的關鍵，沒有技術沖突和物理沖突，本質上就不是一個TRIZ問題。（3）40個發明原理和11個分離原理TRIZ將需要解決的問題用39個工程參數來描述。用2個或多個相互沖突的參數描述系統的技術沖突。（4）物-場分析法與76個標準解法物-場分析法是針對具體問題、通過建立模型來進行分析的工具。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計TRIZ動態而開放地調動數學、物理、化學、幾何、生物等各學科的知識，來幫助發明問題的解決。TRIZ對人類知識庫的應用有兩條途徑：一是通過專業創新軟件適時與世界專利進展同步；二是從以往專利中歸納出“科學效應和現象清單”，按照需要實現的30種功能，列舉岀100種經常用到的科學效應和現象知識庫。14-1創新設計14-2機械創新設計概述14-3創新設計的基本原理14-4基于TRIZ的創新設計三、TRIZ理論的應用經