第二章 机械产品的功能原理设计1.doc

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第二章 机械产品的功能原理设计 建议学时: 5学时 授课类别:理论课 教学目的及要求: 1、了解功能原理设计的工作特点和工作内容; 2、掌握功能,功能单元和功能结构; 3、了解功能类型及求解思路。 教学重点、难点及处理办法: 重点: 1、功能原理设计的工作特点 2、功能原理设计的工作内容 3、功能类型及求解思路 难点: 1、功能类型及求解思路 2、功能结构 处理方法:突出基本概念、联系实际、结合多媒体教学。 教学内容提要: 机械产品设计的最初环节,是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计,可以简称为“功能原理设计”。 功能原理设计的重点在于提出创新构思,使思维尽量“发散”,力求提出较多的解法供比较选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑,因此常只需用简图或示意图来表示所构思的内容。 任何一种机器的更新换代都存在三个途径。一是改革工作原理,二是通过改进工艺、结构和材料提高技术性能,三是加强辅助功能使其更适应使用者的心理。这三方面对于产品的市场竞争力的影响几乎有同等重要的意义。 第一节 功能原理设计的工作特点和工作内容 一、功能原理设计的工作特点 1)功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应,使机器的工作原理发生根本的变化的设计。 2)功能原理设计中往往要引入某种新技术(新材料、新工艺、……),但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、新构思。没有新想法,即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。 3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。 二、功能原理设计的任务和主要工作内容 功能原理设计的任务:针对某一确定的“功能目标”.寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。 功能原理设计的主要工作内容:是构思能实现功能目标的新的解法原理。 第二节 功能、功能单元和功能结构 一、机器的功能组成 一台机器完成的功能通常称为总功能。 机器的总功能由多个分功能(功能单元)组成,而每个分功能都有相应的功能载体。分功能载体应由原动机,传动机构、工作头或执行机构、控制器等组成。 二、 机械功能分析方法(机械的功能、功能元和功能结构) 1、功能的含义 功能是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述,它和人们常用的“功用”、“用途”、“性能”、“能力”等概念既有联系又有区别。功能的定义:是指某一机器(或装置)所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。 系统工程学对功能的定义:是一个技术系统在以实现某种任务为目标时,其输入量和输出量之间的相互转换的关系。 2.功能单元 一般技术系统都较为复杂,直接求总功能的解比较困难,可对总功能进行分解,分解成较为简单的“功能单元”。这样的功能单元具有一定的独立性,是直接求解的功能单元.也可称为“功能元”。 3.功能结构 功能结构图:用来表示各分功能之间关系的框图。 由总功能分解为分功能,最后作出功能结构图。这样一个过程,称为”功能分析”,也可称为“系统分析”。 第三节 机械系统的功能原理设计 功能原理设计是产品设计的最初环节,对主要功能提出原理构思。任何一个产品的新颖性、先进性都取决于这个阶段。如包糖果,过去人们总是设计构思机械手,模仿人的手包糖果,机构复杂,实现困难;从功能出发,糖果包装有两个目的,一是防止糖果受污染,二是增加美的功能。新式袋装包糖果机的问世.采用了光电控制,使两个功能均能实现而防污染能力也更强了,但机器结构却很简单。所以说,一个好的功能原理设计应具备两个条件,既有创新构思,又有市场竞争潜力。 一、任何一种机器的更新换代都有三个途径: 1、改革工作原理 例如用激光打孔机替代机械钻,使一些精密仪器、仪表的精度得到很大的提高。常用创新原理有: 1)综合创新原理 2)分离创新原理 3)移植创新原理 4)物场分析原理 5)还原创新原理 6)价值优化原理 2、通过改进工艺、结构和材料提高性能。例如:由于工艺改进,将原来的切削改变为按液压原理设计的搓丝机,生产效率和质量都得到很大的提高。 在材料方面,如液晶材料的出现及实用化,促进了钟表业的发展,使钟表的时间显示又多了一条途径。 3、增加辅助功能,以满足使用者需求,如空调机增加空气净化装置、手表增加日历等。 机器更新换代的三个途径中,第一种实现起来最困难,但效果却是最好的,也是最有前途的。 二、 功能原理设计的内容 功能原理设计的内容: 构思能实现功能目标的新的解法原理。功能原理设计首先要通过调查研究,确定符合当时技术发展的明确的功能目标,然后进行创新构思,寻求新的解法原理,并进行原理验证,确定方案及评价,最后选择一种较为合理的方案。 总之,寻求作用原理是机械产品创新构思的重要阶段,这阶段

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