设计-结构教学课件作者车建明第5章.ppt

图5-4 返回 图5-5 返回 图5-6 返回 图5-7 返回 图5-8 返回 图5-9 返回 图5-10 返回 图5-11 返回 图5-12 返回 图5-13 返回 图5-14 返回 图5-15 返回 图5-16 返回 图5-17 返回 图5-18 返回 图5-19 返回 图5-20 返回 图5-21 返回 图5-22 返回 图5-23 返回 图5-24 返回 图5-25 返回 图5-26 返回 图5-27 返回 图5-28 返回 图5-29 返回 第5章 结构创新设计 5.1 结构的演绎创新设计 5.2 零件功能的创新设计 5.3 材料变异创新设计 5.4 提高性能的结构创新设计 根据设问创新技法，在机械工作原理或功能指标的指导下，针对一个已知结构进行深入分析，通过调整其结构参数或变换其功能面形状等得到多个结构方案的方法，称为结构的演绎创新设计。 5.1.1结构参数调整演绎法 描述零件结构特征的指标即为结构参数，如螺杆的结构参数有直径、升尾、螺距、螺纹线数、螺旋线旋向等。在调整结构参数之前，要明确其变化对系统技术性能的影响，应调整那些对进一步提高系统性能影响较大的结构参数。结构参数调整可通过计算、模型分析或试验确定。 以波轮式洗衣机为例：波轮式洗衣机以水流的机械力使衣物与洗涤液、衣物相互之间、衣物与波轮及筒壁之间产生搓揉、摩擦等作用。织物纤维不断弯曲、拉伸、扭转变形，并进一步发挥洗涤液中活性物作用，使污垢从衣物上剥落下来。 波轮式洗衣机的洗净度、洗净均匀度与磨损率、缠绕率构成洗衣机的主要矛盾。 5.1 结构的演绎创新设计 下一页 返回 提高洗衣机性能措施包括使衣物变形充分、增加衣物变形频率、加大衣物与水的相对运动速度等，另外水流还应不断改变运动方向以防衣物缠绕。 实现以上措施的可调整结构参数有：波轮直径、高度，突筋形状、数量与尺寸。可以通过改变水流方向、路径和力度调整这些参数(如图5-1所示)。波轮外径为水流出口，加大外径可提高流速，提供高压头；内径处为低压区，会产生衣物与水流死角，调整内径处的结构参数可缓解这一现象发生。各厂调整波轮参数试验的新水流如表5-1所示。 运用发散思维方法进行结构参数的调整，可获得多种结构万案。图5-2(a)所示为一挠性爪形联轴器，中间酚醛层压布材或尼龙制的方形滑块3可在两半联轴器1和2的凹槽中滑动，补偿两轴偏移量，图中涂黑的滑动面传递作用力，为主要工作面。 对图5-2(a)主要作用面的面积和数量进行调整，得到如图5-2(b)所示的联轴器变型结构，该型联轴器由于工作面尺寸与数量的变化，减少了压力分布不均匀现象； 5.1 结构的演绎创新设计 上一页 下一页 返回 将图5-2(b)型联轴器的耦合特性由滑动摩擦副变为滚动摩擦副，得到如图5-2(c)所示的联轴器；将支承架3上的内装滚子4调整为外装滚子，可得如图5-2(d)所示的联轴器变型结构；若将图5-2(d)所示联轴器支承滚子的刚性支架3变换为柔性环，则又得到一种形式的联轴器结构，如图5-2(e)所示。 5.1.2功能面形状变换演绎法 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中与其他零部件相接触的表面，与工作介质或被加工物体相接触的表面称为功能表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，通过对功能表面的变换设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 螺钉用于连接时需要通过螺钉头部对其进行拧紧，而变换旋拧功能面的形状、数量和位置(内、外)可以得到螺钉头的多种设计方案。 5.1 结构的演绎创新设计 上一页 下一页 返回 图5-3所示有12种方案，其中前三种头部结构使用一般扳手拧紧，可获得较大的预紧力，但不同的头部形状所需的最小工作空间(扳手空间)不同；滚花型和元宝型钉头用于手工拧紧，不需专门工具，使用万便；第6、第7,第8种方案的扳手作用在螺钉头的内表面，可使螺纹连接件表面整齐美观；最后四种分别是用“十字”型螺丝刀和“一字”型螺丝刀拧紧的螺钉头部形状，所需的扳手空间小，但拧紧力矩也小；可以想象，还有许多可以作为螺钉头部形状的设计方案，实际上所有的可加工表面都是可选方案，只是不同的头部形状需要用不同的专用工具拧紧，在设计新的螺钉头部形状方案时要同时考虑拧紧工具的形状和操作方法。 机器上的按键外形通常为方形或圆形，这种形状的按键在控制面板上占用较大的面积。为减小电话手机的体积，有人做出如图5-4所示的手机面板设计，面板上每个按键的宽度为10 mm，相邻两键的间距为2 mm。 5.1 结构的演绎创新设计 上一页 下一页 返回 如采用方形或圆形按键，则每个按键所占用的最小面板宽度为34 mm，由于采用三尾形按键，使最小宽度缩