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一、课程简介《机械创新设计》课程是面向机械类本科专业大三学生开设的一门专业选修课，课程总共32学时。
课程构架包括理论讲授和项目实践两个部分。
课程的主要任务是学习创新设计的理论基础、创造性思维方法和创造原理，掌握创新设计方法，并能应用于机械创新设计的实践活动。
课程引用了丰富的创新案例，举一反三，达到融会贯通的效果；并将思政元素融合在创新思维空间、创新案例剖析以及创新设计实践中，引导与培养学生的专业精神、职业素养与爱国主义，融传授知识、培养能力、价值塑造为一体。
二、案例名称机械结构创新设计-标准件的结构创新（一）学情分析（1）学生已完成创新思维、创新原理与技法、方案创新和机构创新设计内容的学习。
（2）课后的项目设计作业中，学生以小组为单位，进行了方案设计和机构设计，部分学生小组已经完成了第一版项目设计作品的制作，但结构设计部分的创新性不够。
（3）学生通过先修课程，理解与掌握了机械结构设计的概念、工程图要求、材料性能、加工工艺等基础知识，但综合考虑这些因素的机械结构创新设计教学与实践尚待开展。
（二）知识目标掌握功能分析法、功能组合法、功能移植法这三种功能分析法的特点、要素及分析设计过程。
（三）能力目标通过团队合作，完成课程项目的结构创新设计工作。
（四）课程思政目标体验“螺丝钉精神”，激发利用专业知识与技能服务国家、服务社会的热情；通过“永不松动螺母”的研发案例，体会与培养工匠精神。
（五）重点难点重点：功能分解法、功能组合法、功能移植法的设计要素分析。
难点：将几种功能分析法综合应用到课程项目作品的创新设计中，选择最优的结构创新设计方案。
（六）课程思政元素（1）核心关键技术的深刻内涵、工匠精神、增强专业自信心。
（2）不墨守成规、不遵循守旧，具有强烈的创新与改革意识。
（七）融入方式（1）课程知识的导入与功能分解法首先让学生思考有哪些螺丝钉的类型，通过各类螺丝钉的应用举例（图1），使学生体会标准件等结构件也要不断创新的意义；讲授利用功能分解法开展结构创新设计的具体技法；讨论不同螺纹紧固件的应用场合与作用，分析小小螺丝钉对工程和设备运行可靠性的重要性，并引出我国在标准件研发中还存在很多“卡脖子”技术有待突破，标准件还需要大力开展结构创新设计。
机械创新设计作业一般来说设计分逆向设计和正向设计逆向工程其实就是在现有的产品上进行抄数，扫描，修改细节，或者叫做提升工艺吧，然后制图，加工生产，大概过程就是从有到改进的一个设计过程，类似于众泰这样的企业走的就是逆向工程。
那么正向设计的意思就很明了了，就是一个产品从无到有的设计过程，这就是创新，把思路变成图纸，加工出产品。
机械系统设计是从系统的观点出发，对机械系统进行的设计。
机械系统设计思想从根本上改变了传统的设计思想，从而有利于机械系统设计的创新性、多样性和综合性的体现。
它包括以下几个方面：1、创新性设计机械系统创新性设计是把实现总功能和功能分解作为设计的出发点，由于功能的抽象化和功能分解的多样化，将会大大有利于机械系统的创新性设计。
将机械系统所要实现的功能抽象化，可以开阔设计者的思路，采用多种工作原理实现机械系统的功能，有利于机械系统的创新。
功能分解和功能结构的多样性，可使实现机械系统总功能的方案多种多样，设计者可以从中寻找适合某些要求的综合最优的方案。
2、全面性设计机械系统全面性设计是考虑产品生命周期全过程各个阶段的要求。
如满足市场的显需求或隐需求；寻求设计方案的综合最优化；实现产品制造的经济性和先进性；满足用户要求和有利于维护；考虑回收利用等问题。
机械系统设计中考虑的问题全面，可大大提高设计水平和产品质量。
全面性设计使所设计的产品更具市场竞争力，满足人类可持续发展的需要。
3、系统性设计机械系统系统性设计是强调各要素的整体性。
各要素的要求离不开整体的需要，系统性设计使机械系统的设计更具有整体优良性能。
一个系统中各要素的作用是通过总体来体现的，有了总体的概念，才能处理好各要素的设计。
机械系统设计的系统性还表现在人—机—环境的广义机械系统的考虑上，使机械系统更加有利于发挥人—机的整体效率，使机械系统的效能得到充分发挥。
人—机系统把人看做属于其中的一个组成部分，同时按人的特性和能力来设计系统。
环境可作为人—机系统的干扰因素来理解，系统设计就是为了排除环境的不利影响。
机械创新设计与制作大作业引言在现代科技快速发展的时代背景下，机械创新设计与制作成为了推动社会进步和经济发展的重要力量。
本文将深入探讨机械创新设计与制作的意义、挑战以及应对策略，并通过实例分析，展示该领域的发展前景和应用前景。
意义与挑战机械创新设计的意义机械创新设计与制作的意义在于推动技术进步和产业升级。
通过创新设计，可以提高机械设备的性能、效率和可靠性，为各行业提供更高质量的产品和服务。
机械创新设计还可以降低生产成本，提高资源利用效率，对于推动经济发展和可持续发展具有重要意义。
机械创新设计的挑战机械创新设计面临着多方面的挑战。
首先，技术创新需要不断突破传统的思维定式和设计范式，需要工程师具备广泛的知识和创新能力。
其次，机械创新设计需要与不同行业的需求相结合，需要深入了解各行业的特点和需求，才能设计出更适用的机械设备。
此外，机械创新设计还需要考虑到环保和可持续发展的因素，需要设计出更节能、环保的机械设备。
应对策略多学科融合机械创新设计需要多学科的融合，包括机械工程、电子工程、材料科学等领域的知识。
只有通过不同学科的交叉融合，才能产生创新的设计思路和解决方案。
因此，培养多学科背景的工程师和研究人员，加强学科之间的合作与交流，是应对机械创新设计挑战的重要策略。
创新设计方法传统的设计方法已经无法满足机械创新设计的需求，需要采用更加创新的设计方法。
例如，可以借鉴生物学的原理，设计出更具灵活性和适应性的机械结构。
可以采用仿真和虚拟实验的方法，提前验证设计方案的可行性和效果。
通过引入人工智能和大数据分析等技术，可以实现机械设备的智能化设计和优化。
实例分析机器人创新设计机器人是机械创新设计的一个重要领域。
通过创新设计，可以实现机器人的智能化、灵活化和高效化。
例如，可以设计出具有自主导航和感知能力的机器人，可以应用于工业生产线、医疗护理、农业等领域。
通过引入人工智能技术，机器人可以学习和适应不同环境和任务，提高工作效率和质量。
机械创新设计课程设计机械创新设计课程旨在培养学生的创新意识和设计能力，掌握机械设计和制造的基本知识和技能。
通过课程的学习，使学生学会应用多种工具和技术实现机械设计。
课程目标本课程的目标包括以下几个方面：1.掌握机械设计的基本概念和理论知识。
2.熟练掌握机械设计的各种工具和方法。
3.了解机械制造的基本技术。
4.培养学生的创新意识和实际能力。
5.综合运用所学知识和技能完成机械创新设计项目。
课程内容本课程的内容包括以下几个部分：一、机械设计基础1.机械零部件的分类和构造。
2.常用机械制图符号和标准。
3.制图和三维建模的基本方法与技巧。
4.机械零部件的配合和公差设计。
二、机械工程材料1.常用机械工程材料的特性和应用。
2.材料的物理性能和化学性能分析。
3.材料加工和应用时的注意事项。
三、机械加工工艺1.常用机械加工工艺及其原理。
2.常用机床设备和工具。
3.常用的加工过程和技术。
四、机械设计实践1.针对实例进行机械设计实践。
2.分析、测试和优化机械设计方案。
3.团队合作完成机械创新设计项目。
课程评估本课程的评估方式主要包括以下几个部分：1.课堂表现（20%）2.课程作业（30%）3.设计报告（50%）设计项目本课程的设计项目旨在通过实践锻炼学生的创新能力和实际操作能力，具体内容包括以下几个方向：1.设计一种新型机械产品，如新型传动装置、新型机床、新型工具等。
2.设计一种具有特色的机械系统，如自动化生产线、自动化检测系统等。
3.设计一种针对特定应用的机械设备，如遥控机器人、环保机器人、医疗机器人等。
结论通过机械创新设计课程的学习，学生将掌握机械设计和制造的基本知识和技能，培养出自己的创新能力和实际操作能力，从而为机械行业的发展做出更多的贡献。
机械创新设计—字母G
一、设计来源：
主要依据机械原理255面设计和凸轮机构的一些相关内容。
二、设计步骤：
1、首先用CAD画出字母G，然后建立直角坐标系，
一次去横坐标为x轴，纵坐标为y轴，然后一次
描点。
2、再在凸轮上做出基圆，按照与旋转方向相反的方
向依次在左右凸轮上描出x、y坐标对应的点，在
将圆按每隔10度划分，依次去描点,注意点30－
29,29—1是提笔阶段，不参与写字。
提笔后从先
开始写字。
3、将描的点用光滑的曲线连接起来就成了凸轮的
轮廓线
4、再画出相应的机架和相应的杆件，基本上完成G
的设计。
上图的大致设计图
5、擦去多余的线条，在作出相应的字母G,图示纵杆和横杆的交点就是笔放的位置，画出凸轮的机架，转向（注意：两个凸轮的选装角速度应相同），就可以画出图形。
上图为最终图形
三、设计缺陷和心得：
1、用于不会用SoildWorks,画出的图形只能表意，
不能运动（内附CAD图形）
2、用CAD描线的时候有误差，不能准确的画出凸轮
的外形。
3、在画完G的时候不能自动提笔，设计的不足之处。
4、由于时间紧迫加之知识有限，此设计有大量缺陷
和不足，希望老师能给出宝贵的建议和意见，让
我能进一步改进和完善这个机构。
机械设计课程设计作品设计作品：智能折叠自行车简介：智能折叠自行车是一款结合了机械设计和智能技术的创新产品。
它采用了先进的材料和工艺，具有轻便、灵活、便携等特点。
这款自行车不仅能够满足人们日常通勤的需求，还能够在折叠状态下轻松携带。
设计思路：设计者在研发这款智能折叠自行车时，首先考虑到人们对于自行车的便携性和舒适性的需求。
因此，在材料选择上，我们采用了高强度轻质合金，使自行车整体重量减轻，方便携带。
同时，车架结构采用了人体工程学设计，使骑行更加舒适。
我们还加入了智能控制系统，以提升用户体验。
智能控制系统通过感应器和电脑芯片的配合，能够实时监测骑行状态和环境信息，并根据需要自动调整车速和阻力。
这样，用户在骑行过程中可以更加轻松自如地掌控自行车，享受到更好的骑行体验。
功能特点：1.折叠便携：智能折叠自行车采用了创新的折叠结构设计，用户可以在几秒钟内将自行车折叠成便于携带的小巧形态。
这样无论是上班、上课还是旅行，都可以轻松携带。
2.智能控制：智能控制系统能够根据骑行状态和环境信息智能调整车速和阻力，提供更加舒适的骑行体验。
3.高强度轻质：采用高强度轻质合金材料，使整车重量减轻，便于携带和操控。
4.人体工程学设计：车架采用人体工程学设计，提供更加舒适的骑行姿势，减少疲劳感。
5.安全可靠：智能折叠自行车配备了高质量的刹车系统和防滑胎，确保骑行过程中的安全。
结语：智能折叠自行车的设计旨在提供更加便捷、舒适的出行方式。
通过材料、结构和智能技术的创新应用，使自行车不仅成为一种交通工具，更是一种生活方式的体现。
无论是城市通勤还是户外运动，智能折叠自行车都能满足人们对于便携、舒适和安全的需求，为人们的出行带来更多的可能性。
一、机械设计的一般设计过程；机械设计的一般过程：设计阶段设计工作内容应完成的报告或图纸1、计划阶段：1）根据市场需求，或受用户委托，或由主管部门下达，提出设计任务。
2）进行可行性研究，重大问题应召开有关方面专家参加的论证会。
3）编制设计任务书。
4）提出可行性论证报告。
5）提出设计任务书，任务书应尽可能详细具体，应包括主要的功能指标，它是以后设计、评审、验收的依据。
6）签订技术经济合同。
2、方案设计阶段：1）根据设计任务书，通过调查研究和必要的分析（还可能需要进行原理性的试验），提出机械的工作原理。
2）进行必要的运动学设计（一般是初步的、粗略的），提出几种机械系统运动方案。
3）经过分析、对比和评价，作出决策，确定出最佳总体方案。
提出方案的原理图和机构运动简图，图中应有必要的最基本的参数3、技术设计阶段：1）运动学分析与设计。
2）工作能力分析与设计。
3）动力学分析与设计。
4）结构设计。
5）装配图和零件图的绘制。
4、完成机械产品的全套技术资料：包括：1）标注齐全的全套完整的图纸,包括外购件明细表。
2）设计计算说明书。
3）使用维护说明书。
5、试制试验阶段：通过试制和试验，发现问题，加以改进，一般是回到技术设计阶段，修改某一部分设计结果。
1）提出试制和试验报告。
2）提出改进措施，修改部分图纸和设计计算说明书。
6、投产以后：1）收集用户反馈意见，研究使用中发现的问题，进行改进。
2）收集市场变化的情况。
3）对原机型提出改进措施，修改部分图纸和相关的说明书。
4）根据用户反馈意见和市场变化情况，提出设计新型号的建议。
不同类型的设计，其过程也不尽相同，并没有一个通用的、一成不变的程序。
对开发性设计，其过程最复杂和完整。
适应性设计和参数化设计的过程则视具体情况的要求而定，不一定这样完整。
二、机械创新设计的常用方法1、智暴法智暴法又称智力激励法。
英文原文是Brian Storming，故又称头脑风暴法或BS法。
智暴法是运用群体创造原理，充分发挥集体创造力来解决问题的一种创新设计方法。
机械创新设计课程设计作业模板一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理，理解机械创新设计的重要性及其在实际工程中的应用。
2. 使学生能够运用所学的机械设计知识，结合创新思维，设计出具有实用性和创新性的机械装置。
3. 帮助学生了解并掌握机械设计中涉及的材料选择、结构优化、力学分析等关键技术。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件设计和三维建模的能力。
2. 提高学生运用文献资料、网络资源等进行资料搜集、整理和分析的能力。
3. 培养学生团队合作、沟通交流的能力，使其在项目实施过程中能够发挥各自优势，共同解决问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计的兴趣，激发其创新意识和创造潜能。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，使其在设计和制造过程中注重细节，追求卓越。
3. 增强学生的环保意识，使其在机械设计中充分考虑节能减排、绿色环保等因素。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，注重理论知识与实践操作的相结合，旨在提高学生的机械设计能力、创新能力和实际操作能力。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际机械设计项目中，培养具备创新精神和实践能力的优秀工程师。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械设计的基本概念、设计原则和设计方法，结合课本第二章内容进行讲解。
- 机械零件设计：讲解齿轮、轴、轴承、联轴器等常见机械零件的设计方法和步骤。
- 机械结构设计：介绍结构设计的基本原则，分析典型机械结构的优缺点。
2. 创新设计思维与方法：结合课本第四章内容，引导学生运用创新思维进行机械设计。
- 创新思维训练：通过案例分析、头脑风暴等方法，培养学生的创新意识和能力。
- 设计方法：介绍TRIZ、DFMA等创新设计方法，并应用于实际设计项目。
3. CAD软件应用：结合课本第五章内容，教授CAD软件的基本操作及机械零件三维建模方法。
- 软件操作：学习CAD软件的基本功能，如二维绘图、三维建模、装配等。
机械创新设计课程作业 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
《机械创新设计》课程作业
题目：落叶清理机
院（部）：机电工程学院
专业：机械工程及自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
完成日期：
任务要求阐述
随着现代工业的快速发展，露天焚烧落叶严重影响大气环境质量，造成大气污染，对交通安全造成威胁，形成新的安全隐患。
另一方面我国经济快速发展，人民生活水平的逐步提高高效率生活已成为人们生活分主导我们已进入电气时代，更换现有的落叶清扫方式，死在必行。
该落叶清理器主要用于对道路旁的落叶进行清扫，该机器操作维护方便，便于工人使用，其结构需简单，可靠性好，清扫机构可调节。
目前路面上的清洁车基本都是用吹吸式或冲水式来清除垃圾，只能在大路中间行驶，清洁范围有限。
路边或小路上等无法用清洁车清扫的地方，只能依靠工人手工清扫垃圾，劳动量大且效率低。
所以有必要开发一种小型清洁机器，以减少工人劳动量，同时提高效率。
功能分析
落叶清扫机包括吸气机主体、收纳袋和内置集成有操控单元的手柄，其中吸气机主体包括吸气风机、朝向地面的吸气口，以及与收纳袋相对接的排风口，其特征在于：在所述吹吸机前进方向上的吸气口前端一体化固接一个对地的吹风口，与所述吸气机主体所设的出风口通过软质风管相对接，且所述吹风口内设有一用于调节吹风角度的电机，所述电机的驱动信号端电气连接到位于手柄的操控单元内。
本实用新型的技术方案应用实施后在进行户外清扫时，通过吹风口吹出的气流将轻度固化的落叶松化、吹起，从而为吸气口清除落叶提供了便利
功能元分为动力系统，清扫功能系统，落叶收集系统
方案设计
该机器应具备以下特点：
1、结构简单。
因是小型清洁机器，要求成本低，操作维护方便，便于工人使用，其结构需简单，可靠性好。
目前国内虽然已有同类机器，但其结构偏复杂，成本高，无法推广使用。
2、清扫机构可调节，即清扫时该机构工作，不清扫时该机构不工作，以免做无用功。
在以上分析的基础上，对机器各部分方案进行设计。
1、整体方案的设计，即机器的整体结构形式（外观）的确定。
有两种方案可供选择：
（1）.机器为四轮车形式，由人推动或机车拖动。
清扫的动力来源为前轮与地面的摩擦力。
前轮旋转，带动前轮所在轴旋转，再带动工作轴旋转，扫把旋转，完成运动。
（2）.机器为三轮车形式，由人力驱动。
清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。
人蹬脚踏板，带动后轮运动，再将后轮运动传递给工作轴，扫把旋转，完成运动。
对方案（1）(2)进行比较：
方案（1）：
优点：仅有一个传动(从前轮所在轴到工作轴)，结构简单，紧凑。
若机器自备动力源，通过一定方式控制机器运动，还可实现自动清扫。
缺点：动力来源不稳定，可能会使机器无法正常工作。
而且要产生足够大的摩擦力，机器自重必须足够大。
方案（2）：
优点：动力来源稳定，可直接在现有三轮车基础上进行改装，成本低。
因是骑行，效率较手推车高。
缺点：结构尺寸相对较大。
方案（1）动力开源问题难以解决，方案（2）虽然结构尺寸较大，但相对来说，其稳定性好，效率高。
最终选择方案（2），同时选定动力源为人力。
2、清扫功能实现形式的确定
因是小型清洁机器，考虑到动力及成本，选择清扫功能实现形式为：通过扫把与地面的相对运动，将落叶（垃圾）扫起。
主要运动为旋转运动。
有以下两种方案：（1）.扫把运动方向与机器前进方向相同。
扫把环绕工作轴成星形布置（放射状），工作轴与车轮所在轴平行。
扫把与地面相对运动，将落叶扫起。
（2）.扫把运动方向与机器前进方向交错。
扫把均匀布置在一盘状物体周围，盘状物体与地面平行，通过盘装物体旋转，扫把与地面相对运动，将落叶扫起。
分析方案(1)(2)的优缺点：
方案(1)结构简单，清扫功能易实现，但清扫能力有限，即可能清扫的不彻底。
方案(2)清扫能力强，但是是交错传动，需借助圆锥齿轮或涡轮蜗杆来实现，结构较复杂，会增加机器成本，而且效率较低。
考虑到机器清洁的主要是落叶或其他片状体，不需要较强的清扫能力，故选方案(1)。
3、落叶收集方式的确定
收集容器为一放在车后的垃圾箱。
需确定的是如何将落叶由地面送入垃圾箱。
有三种方案：
（1）.通过一传送机构。
将落叶扫到传送机构上，再由传送机构将落叶送入垃圾箱。
需另设一条传送链，结构复杂，成本高。
（2）.将扫把成环状布置在两个滚筒上，滚筒转动，则扫把连续地将落叶扫入垃圾箱，如下图所示：
此方案可行性好，传输平稳，但结构稍显复杂。
（3）.扫把成环状布置在一根轴上，环轴一圈扫把逐渐增长，通过轴旋转，扫把一点点地将落叶送上斜坡，由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。
此方案结构简单，容易实现。
但最短扫把对落叶的清扫会受到最长扫把的限制，因最长扫把与地面接触时被压弯，最短扫把可能扫在它的上面，不能与地面接触，只有通过增加两扫把之间的距离才能解决。
同时最长扫把将落叶弹起时会产生灰尘，传送过程不平稳，但不影响机器正常工作。
综合考虑，选择方案（3）
4、传动方案的选取
各取三种分功能的一种解法组合得到传动装置的一种方案，可组合的最多方案N 为
N=3X3=9
主要传递的是运动，且是在两平行轴之间传递，可选的传动方案有：
（1）带传动。
虽然传动平稳，但不适合低速传动，且不合适。
（2）齿轮传动。
传动比稳定，效率高，但制造及安装精度高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合，不合适。
（3）链传动。
安装精度低，可在恶劣环境下工作，可用于远距离传动。
虽然瞬时传动比不恒定，但不影响本机器工作。
最终选择链传动。
至此，机器的方案设计完成。
其三维图如下：
方案评价
1、巧妙地采用逐渐变长的扫把，将落叶扫起，经由斜板，将落叶直接扫入垃圾箱，一个结构，两种功能，使机器结构大为简化。
2、设计了一个Ⅱ级机构，该机构一方面可以固定工作轴在空间的位置，另一方面也可对工作轴的位置进行调节，使不清扫时扫把不与地面接触，达到不做无用功的目的。
3、该机器是以现有三轮车为基础，对其进行改装而成。
可利用原三轮车上大部分零件，同时不改变其原有的各项功能。
清扫时作清洁车使用，不清扫时将其作为运输垃圾的车，集清扫与收集于一体，可提高机器利用率。
