机械创新设计实例分析分解54页PPT

AB为机架
D
双曲柄机构 演 示
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10.3 机构演化（变异） 10.3.1 变换机架 曲柄摇杆机构的演化－双摇杆机构
C B
A
D
CD为机架 双摇杆机构 演 示
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10.3.1 变换机架 曲柄滑块机构的演化
B
C A
导路为机架 曲柄滑块机构 演 示
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10.3.1 变换机架 曲柄滑块机构的演化－转动导杆机构
观察：压包机机构 简图及实际运动， 分析该机构的组成， 它是如何实现上述 工作要求的。
返回机构应用示例
差速器 左 轮
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右
轮
观察左、右
两轮同速转动和
异速转动时，行
星轮的运动有何
不同？从而理解
差速器的工作原
理。
行星轮
返回机构应用示例
颚式破碎机
返回首页 返回机构应用示例
用动颚板与定 颚板之间的间隙 变化，通过挤压 来破碎矿石。载 荷大且经常变化。
试述凸 轮机构的 应用特点。
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飞机起落架
起落架收起
起 落 架 放 下
机 构 死 点 位 置
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圆盘印刷机
观察该圆 盘印刷机由哪 些机构组成？ 各机构的功用 是什么？ 单击鼠标从几 个角度观察。
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返回机构 应用示例
各种紧线器
观察各来自种紧线
器
的
机
构
串联机构 反馈机构 凸轮连杆机构
并联机构 叠合机构 齿轮-连杆机构
10.4.3 空间杆机构
空间五杆机构
空间六杆机构
10.4.4 机构创新设计方法

能补偿位移和偏 移，缓冲减振能力 低
能补偿位移和偏 移，有一定的缓冲 减振能力
能补偿位移和偏 移，缓冲减振能力 好
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机械创新设计—机械创新设计实例
套筒联轴器
凸缘联轴器
十字滑块联轴器
齿轮联轴器 6
机械创新设计—机械创新设计实例
链条联轴器
万向联轴器
弹性套柱销联轴器
尼龙柱销联轴器
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机械创新设计—机械创新设计实例
方案II A112—A22—B2—C3—D3—E31—F36—G1—H12—H22
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机械创新设计—机械创新设计实例 实例二 抓斗的原理方案创新设计
抓斗功能 主要用于就地装卸大量散粒物料，用于河口、港口、车 站、矿山、林场等处。 任务的提出 目前使用的一些抓斗，还不能完全满足装卸要求。市场 上希望有一种装卸效率高、作业快、功能全、适用广的散货 抓斗。
2
机械创新设计—机械创新设计实例
第九章 机械创新设计实例
实例一 联轴器的创新设计
联轴器功能 机械中的常用部件，主要用于联接两轴并传递运动和转 矩。 任务的提出 各类机械、机床的转速、载荷、工作环境变化多端，要 求设计人员不断研制新型的联轴器或改进联轴器以适应不同 的工况。
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机械创新设计—机械创新设计实例
主动轴 n，T
可移式联轴器开发创新设计
左半联轴器
中间元件
右半联轴器
联接元件
联轴器系统结构
联接两轴并传递运动与转矩
联 接
传 递 运 动 与 转 矩
补 偿 两 轴 相 对 位 移
吸 震 缓 冲
润 滑 密 封
维 修 再 生
安 全 保 护
联轴器功能树
从动轴 n，T

BUCT
机械创新设计
在这一作品采用功能移植的方法，将不倒翁的原理移 植到上坡时棘轮防倒作用的控制上，采用同类功能并联 组合方法，研制了双棘轮机构，增加了上坡止退的可靠 性和减小了回滑距离。
BUCT
机械创新设计
6. 饮料瓶捡拾器 第二届全国大学生机械创新大赛中北京化工大学的获奖作品
BUCT
机械创新设计
机械创新设计
BUCT
机械创新设计
该作品主要采用了功能组合创新法， 将一个滑轮机构与凸轮压块机构组合到 一起。同时还采用了自服务的原理，即 同一钢丝绳在经过滑轮改变运动方向后 再扭合到一起，利用钢丝绳自身扭合段 之间的摩擦力作用，来减缓下降运动速 度的。此时，摩擦力的大小还与人体的 重量正相关，达到用自身体重来增加摩 擦力的作用，从本质上讲，这也是一种 自服务。
机械创新设计
BUCT
机械创新设计
BUCT
机械创新设计
在实际运用过程中可以根据人体不同的体重自由方 便的调节绳段之间的扭转圈数，从而调节绳段之间的阻 力，并在绳子的自由端根据实际的需要施加一定的压力 来微调下降的速度或终止下降，已达到逃生的目的。经 实际测试，人体质量为25～50kg时，可扭绳4圈，人体 质量为50～75kg时，可扭绳4.5圈，人体质量为75～ 100kg时，可扭绳5圈。
BUCT
机械创新设计
第9章 创新实例与分析
一、创新思路的分析
第二届全国大学生机械创新设计大赛确定的大赛主题是“健 康与爱心”，内容包括：“助残机械、康复机械、健身机械、 运动训练机械等四类机械产品的创新设计与制作”。在助残 机械中可爬楼梯的轮椅成为不少学校的参赛作品选题。
轮椅爬楼梯最基本的要求就是将轮椅升高到 高一级的台阶上

高温下制成的形状
使用形状记忆合金的铆钉连接 （单程记忆合金）
插入孔中
加热到 高温
低温下施力变形
电流变液 （Electro-rheological Fluid， ER）
一种机敏材料，胶体悬浮状液体。用外加电场可控制其 流动阻力。
电场增强，流动阻力增大。
主动半轴
ER 材料
从动 半轴
电流变液 离合器
五、提高性能的创新
在设计中前轴承的精度比后轴承高一级。
δ
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结构简单，便于操作 承受的力较小
四、结构材料的变异创新
变换材料
采用新型材料
（一）变换材料
铰链节叉
铸铁结构
钢板结构
质量轻 节省材料 可大批量生产，成本低
（二）采用新型材料
形状记忆合金 一种机敏材料。
高温下制成所需的形状──在低温下改变形状── 重新升温后，恢复原来形状。
单程记忆合金：冷却后不能恢复原低温时的形状 双程记忆合金：冷却后能恢复原低温时的形状
提高刚度和强度的设计
提高精度的设计
（一）提高刚度和强度的设计
轴外伸端处带轮与轴的结构设计
弯
矩
轴 受 弯 矩 作 用
作 用 在 直 径 较 大
的
套
上
（二）提高精度的设计
精密车床的主轴
B
A
L
a
δ
δΑ
δB

现有事物能否减少、缩小或省略 某些部分 5）能否缩小 能否浓缩化 能否微型化 能否短点 轻点 压缩 分割 简略
现有事物能否用其他材料、元件
6）能否代用 能否用其他原理、方法、工艺
能否用其他结构、动力、设备
.
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设问法—核检表法 能否调整已知布局 能否调整即定程序 7）能否调整 能否调整日程计划
能否调整规格 能否调整因果关系
8）能否颠倒
能否从相反方向考虑 作用能否颠倒 位置（上下、正反）能否颠倒 现有事物能否组合
9）能否组合 能否原理组合 方案组合 功能组合
能否形状组合 材料组合 部件组合
.
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设问法—核检表法
2、核检表法的优点
是一种具有较强启发创新思维的方法。
这是因为它强制人去思考，有利于突破一些人不
愿提问题或不善于提问题的心理障碍。提问，尤
.
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五、设问法— 和田十二法
５、和田十二法又称聪明十二法是我
国创造学者许立言等与上海和田路小学 对奥斯本的检核表法结合和田路小学的 实际而提出的。
具体体现为：加一加、减一减 、 扩一扩、缩一缩、变一变、改一改、联 一联、学一学、代一代、搬一搬、反一 反、定一定。
.
14
设问法
６、案例： 给出一个用核检表法改进玻璃杯的案例
2. 从输入输出两个方向去构思黑匣内的具体内 容
3. 根据黑匣中构思出来的第一层内容进行第二
层方案内容的构思
.
4
自动照明方案构思
约束条件：1、可靠实现开启功 2、易于大批量生产和制造
第一层
第二层
第二层
第一层
行人车辆减少
摄 摄像像装装置置
复杂
天
温度下降

图4
齿轮支架 轴套架 p托pt课架件 连杆 卡爪
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主轴 齿轮
导程
图3
支撑架 托架 轴套架 齿轮支架 齿轮 齿轮 销轴 齿轮 托架
ppt课件
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ppt课件ຫໍສະໝຸດ 13两主动胶轮间的另一个链轮，通过链条与摆 线针轮减速机上的链轮连接，由电动机，多盘无 极调速器、联轴器、摆线针轮减速机组成的原动 机系统驱动，即实现两个主动胶轮与两个主动钢 轮的同步转动；当平台上的薄壁筒体由4个胶轮 托起时，由主动胶轮通过与筒体接触处的摩擦力， 驱动薄壁筒体转动；当薄壁筒体由4个钢轮支承 时，也由主动钢轮借助接触处的摩擦力，驱使筒 体转动，转速可由多盘无极调速器在1：10范围 内调整。
典型机械设计范例
ppt课件
1
本次讲座的目的意义：
1、了解机械设计的一般方法与思路：
机械设计是一种创造性的劳动，需要全身心的投入， 要设法拿出自己独到的见解，哪怕是一些不十分成熟方 案，在此基础上开动脑筋去加以完善；这样:可以在与同 事的讨论中找出自身的差距；可以在方案逐步完善的过 程中，使自己焕发出工作热情与信心；可以在设计工作 过程中，使自己逐步成为内行，增长才干，获得进步。
机做出记号，以备修整。
二、精圆整设备：
由于辊筒工作转速较高，设备的转动精度和
运行平衡性精度也有较高要求，因此对筒体零件
的径向跳动、直线度等方面都有严格的公差要求，
在薄壁筒体零件的成形加工工艺中，精圆整工艺
成为影响产品质量的关键，需要专用设备来解决
精圆整工艺的难题。 为解决薄壁筒体精圆整加工的工艺难题，笔者
转动，转速为100r/min。行星轮走刀机构在支承主 轴转动的同时，通过五个齿轮组成的行星轮系及两

五、物理冲突
物理冲突的核心是指对一个物体或系统中的一个子系统 有相反的、矛盾的需求。
如：安全气囊、飞机发动机罩。 又如：飞机的机翼应有大的面积以便起飞与降落，但又
应较小以便高速飞行。 侦察机应飞行得很快，以便尽快离开被侦察的地区，但
在被侦察的地区上空又应飞行得很慢，以便多收集数据。
2021/3/2
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• 40条发明原理是TRIZ理论中关于问题（技术 冲突）的解决原理，又称发明原理。
• 实践证明这些原理对于指导设计人员的发明 创造具有重要的作用。
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一、发明原理
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1．分割
（1）将一个物体分成相互独立的部分。 如用一辆卡车加拖车代替一辆载重量大的卡车。 （2）使物体分成容易组装及拆卸的部分。 如组合夹具由多个零件拼装而成。 （3）增加物体相互独立部分的程度。 如用百叶窗代替整体窗帘。
（1）将物体的形状由对称变为不对称。 如不对称搅拌容器，或对称搅拌容器中的不对称叶片。 （2）如果物体是不对称的，增加其不对称的程度。 如轮胎的一侧强度大于另一侧，以增加其抗冲击的能力。 机械设计中经常采用对称性原理，传统的很多零部件都
是对称的。事实上，设计中的很多冲突都与对称有关。
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最能发挥作用的位置。若某零件未能最大限度地发挥作用， 则应改进设计。
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例3-1 自攻螺钉结构
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例3-2 螺钉头功能面变型
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例3-3 Sony公司的Walkman族
主要的生产技术和产品元件不变，只改变局部的 技术和元件，使一些辅助功能和性能发生变化。

现有的黑板非但不能做到收集利用粉笔灰的作用，而且还 需要人去反复的擦洗，早已不适合现如今的环保低碳观念。 于是我们根据带轮的特点，设计了一个自动无尘黑板。本 作品根据这一背景设计了一个自动无尘黑板，制造成本低， 并且操作简单，可实现自动擦拭，收集粉笔灰等功能，保 护教师和学生的身体健康,并有效解决了教室粉尘污染问 题，也节省了老师的时间与体力。更加重要的是给学生们
14 杆进行手动操作 。
15
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2019/12/30
机械创新设计作品演示
长沙民政职业技术学 院机电1231班曹卓
1
关于现有黑板缺陷问题
无法收集粉笔灰，有害健康 不够环保，不够低碳 无法实现自动化，干扰教学进程 雨天黑板面有水无法使用
68% 14% 12%
6%
2
自动无尘黑板设计背景
在当今这个物质丰富的社会，人们更加重视自身的健康问 题。教室是个教书育人的地方，然而不起眼的粉笔灰却严 重的危害着老师和学生的身体健康。据调查显示，长期吸 入粉笔灰不仅会对呼吸道系统和肺部产生危害，还对眼睛、 耳、皮肤也有一定的伤害，甚至会引起急性肺炎、尘肺等 疾非但不能做到收集利用粉笔灰的 作用，而且还需要人去反复的擦洗，如此一来对 老师和学生的身体健康产生了很大的危害。假如 长期吸入粉笔灰不仅会对呼吸道系统和肺产生危 害，还对眼睛、耳、皮肤也有一定的损害，严重 的会引起急性肺炎、尘肺等疾病。在这样的情形 之下，我们设计的自动式黑板完全可以避免上述 危害的产生，而且还能带给同学们环保低碳的意 识。此外我们的黑板安装简单，好用，完全可以 实现自动化，即使在停电的情况下也可以利用摇
3 从小就树立一种环保低碳的意识。
自动无尘黑板
a.作品主视图
4
b.作品立体图

1.2.5任务实施
按2011年全国职业院校技能大赛高 职组“机械部件创新设计与制造”竞赛项 目规程要求：推料顶杆作直线往复运 动，行程范围30mm～50mm。某参赛 队选择平面连杆机构作为执行机构来 完成推料动作，如图所示。试按竞赛 规程要求设计该机构。
1.2.2 任务描述
3
选择零件类型、结构 计算零件上的载荷
铰链四杆机构>>铰链四杆机构的基本形式
（3）双摇杆机构
1.2.4 相关知识
港口用起重机吊臂 ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动 摇杆AB的驱动下，随着机构的运动，连杆BC的 外伸端点E获得近似直线的水平运动，使吊重W 作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。
电风扇摇头机构 电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮 作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随 扇叶同轴转动，带动连杆BC绕C点摆动，使摇 杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电 动机同时驱动扇叶和摇头机构。
P P T模板下载：www.1ppt.c om /m oba n/ 节日P P T模板：www.1ppt.c om /j ie ri/ P P T背景图片：www.1ppt.c om /be ij ing/ 优秀P P T下载：www.1ppt.c om /xia za i/ Word教程： /word/ 资料下载：www.1ppt.c om /zilia o/ 范文下载：www.1ppt.c om /fa nwe n/ 教案下载：www.1ppt.c om /j ia oa n/
缺点
设计计算困难、复杂，一般只能近似满足要求；
构件增多时，累积误差较大，同时使效率降低，自锁的可能 性增大；
构件作平面复杂运动，惯性力不容易平衡；

4．外平动齿轮传动的特点 （1）传动比大、分级密集，单级传动比在11~99之间，双级
传动比可达9801。 （2）承载能力大 啮合时几乎是面接触，齿面赫兹应力小。单
个转臂轴承变换为多个转臂轴承分担载荷，转臂轴承的寿命
可达两万小时，且转臂轴承等基本构件不受内齿轮尺寸的限 制，可以按强度要求确定，利于按强度进行优化设计。
平动齿轮减速滚筒具有：传动比大、机械效率高、结构紧凑、 尺寸和重量轻、均载性能好等优点。
3．双曲柄平动齿轮机构 多曲柄平动齿轮机构。如图
9-11所示。 多曲柄平动齿轮机构的传动
原理：输入轴的转速经第一级减 速后，由平动发生器传递给平动 齿轮ZG，同时限制了平动齿轮 ZG的自转，再经第二级减速后， 由内齿中心轮Zb输出。其传动比 统一表达式为
式中 d0——内齿轮根圆直径； d2e——偏心轴距。
外平动齿轮机构的尺寸难以缩小，而且提供内齿轮作平动 的曲柄轴只能有两个，限制了输入功率的分流，不利于传递过 大的功率。
6．内平动齿轮机构的基本型及其演化 图9-4所示为内平动齿轮机构的基本型。图9-5所示的内二环
减速器和内三环减速器。 内平动齿轮机构可获得较小尺寸和重量，其整机性能优于外
2）必须满足一定的装配条件能装配起来。同时也为精度 设计增加了限制条件。
3）传动机构的振动大、噪声高，并随着转速的提高迅速 增加。
上述存在的问题是这种传动的基本原理所决定的，改进
传动原理，开发新的传动类型是平动齿行星轮传动发展 的重要途径。
外平动齿轮机构的A、D两轴之距离受结构的限制
LADd0d2e
（1）组成结构及传动原理 图912所示
外激波摆动活齿传动的传动原 理；当驱动力输入后，输入轴以等 角速度带动外激波器H绕固定主轴 线转动，由于外激波器内轮廓径向 尺寸的变化，产生向心的推力，推 动摆动活齿绕其在活齿架上的铰链 点摆动，通过摆动活齿中心轮高副 啮合运动，摆动活齿推动外齿中心 轮K以等角速度绕主轴线转动，使 与其固联的输出轴获得输出转速， 于是外激波摆动活齿传动完成了转 速变换运动。

设计与制造的协同与融合
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数字化设计与制造 采用数字化设计与制造技术，实现机械系统的数 字化建模、仿真和优化，提高设计质量和制造效 率。
设计与制造的协同 实现设计与制造的协同，包括工艺规划、生产计 划、质量控制等方面的协同，提高生产效率和产 品质量。
制造资源优化与配置 利用物联网和大数据技术，实现制造资源的优化 配置和调度，提高生产效率和资源利用率。
创新构思与方案设计
明确设计目标
确定机械系统的功能需求、 性能参数和限制条件。
创新构思
运用创造性思维，提出多 种设计方案，筛选并优化 可行性方案。
方案设计
绘制机械系统的结构图或 原理图，标注关键参数和 注意事项。
初步设计与详细设计
初步设计
根据方案设计结果，进行整体结 构布局，确定主要部件的形状和
尺寸。
背景介绍
介绍工业机器人的应用场景和 现有技术的优缺点。
设计方案
提出针对性的设计方案，包括 结构优化、性能提升和功能扩 展等。
问题分析
针对某一特定应用场景，分析 现有机器人的不足和需要改进 的方面。
改进效果
对比改进前后的性能指标和实 际应用效果，评估设计方案的
可行性和优越性。
PART 04
机械系统创新设计的案例 分析
PART 05
机械系统创新设计的未来 趋势与挑战
新材料与新工艺的应用
高性能轻质材料
采用钛合金、复合材料等高性能轻质材料，提高 机械系统的强度和刚度，同时降低重量。
3D打印技术
利用3D打印技术进行快速原型制造，实现复杂结 构的制造，提高生产效率。
高效精密加工技术
采用数控机床、机器人等高效精密加工设备，实 现高精度、高效率的机械系统制造。