机械系统方案设计的创新ppt课件

作的指令和控制信号。是用来操纵与控制动力、传动、执行
等部分协调运行，准确可靠地完成系统的预定功能。它们之
间关系用框图描述如图5-1所示。
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图5-1 机械系统的组成
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2．机械系统的相关性 每个系统一般都由若干个子系统组成，子系统又由各种
元件与操作构成。例如减速器是机床的一个子系统，而减速 器又由齿轮、轴、轴承、箱体等各类元件构成，各元件之间 又完成联接、运动的转换、支撑等各类操作。系统中的各子 系统之间互相影响，互相关联，同时各子系统也影响着系统， 而系统又受超系统的制约。超系统可以理解是系统的环境， 系统得以存在的条件。这种各子系统之间，系统与子系统之 间，以及系统与超系统之间相互关联的性质称为系统的相关 性。例如汽车是一个系统，它具有动力、传动、车体等子系 统。动力性能、传动性能、车体形状等都影响着汽车的质量； 但汽车本身又受超系统，即交通系统的制约。进行创新设计 时要考虑这种相关性的问题，合理的利用关系，使得设计方 向有利于系统的发展，而不是造成更大的制约。
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Altshuller是TRIZ理论的创始人，他在分析大量专利的过程中发现， 系统的发展，产品的改进都是有规律可循的。对于一个具体的系统来说， 对其子系统和元件进行改进就可以提高整个系统的性能，使系统得以进 化与发展。并提出了S形进化曲线的概念，图所示为产品进化的S形曲线。 将一代产品划分为婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。对处于婴儿期和 成长期的产品应抓紧对产品的结构与参数等进行优化，使其尽快进入成 熟期，为企业带来利润；对进入成熟期和衰退期的产品，应及时开发新 的替代技术，以便推出新一代产品，使企业在竞争中处于优势。因此， 正确判断曲线中的每个拐点位置是很重要的。图5-3描述了产品的更新换 代，形成了S形曲线族。并且产品在换代时，老产品与新产品有一段共 存期。
（4）施工设计阶段在技术设计的基础上进行加工和制造 的工艺设计；进行安装、调试、维护及使用的设计与说明。
在这四个设计阶段中，方案设计对产品的性能、成本、
使用与竞争力的影响最大，也是最具有创新的阶段。
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5.1.3 方案设计的创新 方案设计的主要工作有功能综合、原理综合和构型综合。
功能、原理、构型综合都没 有一个统一的规律可遵循，其 方案解是发散的。例如洗衣机的主要功能可以抽象的描述为 分离，即污物与衣物的分离。探索实现这一功能解的过程就 是明确效应，确定其工作原理。一旦确定了工作原理，就要 按照工作原理寻求相应的工艺动作。其中每一步骤都存在多 个解，每个解都是创新的产物。例如分离功能可以看作是物 理效应，也可以看作是化学效应；效应的载体可以是水，也 可以是汽油（干洗）；而工作原理更是多解的，可以利用水 与衣物通过旋转产生摩擦进行分离，也可以添加洗衣粉作为 表面活性剂加速分离，还可以利用超声波产生很强的水压， 使衣物纤维振动实现分离。为实现工作原理要寻求相应的工 艺动作，例如为实现水或衣物的旋转就有拨轮或滚筒等不同 形式的结构。可以看出方案是很多的，最后要根据实用性、 经济性、可靠性等各项性能指标进行评定，并推出其中一种 方案。因此方案设计的过程是发散-收敛的过程，是创新的 过程。其设计过程如图5-4所示。
执行部分是系统的末端，相当于人的手和足，是与作业 对象接触的部分，用来改变作业对象的性质、状态、形状、 位置等；
控制部分包含传感和控制功能。传感部分相当于人的眼、
耳、鼻等感觉器官。它把机器工作过程中的各种参数和状况
检测出来，变成可测定和控制的物理量，传送到信息处理部
分，此处相当于人的大脑，经过信息处理，发出对各部分工
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1．机械系统的组成

现代机械种类繁多，结构也越来越复杂，但从实现系统 功能的角度出发，一般机械系统由动力部分、传动部分、执 行部分和控制（测控）部分四部分组成。
其中动力部分相当于人的心脏，为系统提供动力源，动 力部分接受控制系统信息处理部分发出的控制指令和信号， 完成由其他能向机械能的转化；
传动部分传递动力与运动，完成运动形式、运动规律等 的转换；
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3．机械系统的进化性
从历史的观点分析各类产品（如汽车、计算机、机床 等），会发现这些产品今天的性质、性能等与发明这些产品 的初期，已有很大的差距。尽管如此，这些产品的主要功能 并未改变。如汽车主要功能还是载人载物，计算机还是运行 程序与计算，机床也还是用于机械加工。可以看出系统没有 改变，但系统却发展了。实际上世界上大多数新产品是在老 产品的基础上开发出来的。因此在进行产品研发决策时，要 分析当前产品的技术水平，预测进化方向，确定产品发展的 阶段。前苏联TRIZ中的技术系统进化（ Technology System Evolution）理论为产品的开发提供了强有力的预测 工具。了解和掌握这样的工具，将会对机械系统的方案设计 与创新很有帮助。
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图5-2 S形进化曲线
图5-3 S形曲线族
5.1.2 机械系统设计的内容
机械系统的设计不论是在S形曲线的各拐点位置，还是 处于开发下一代产品交替的位置，以及开发一种全新的产品， 一般都须经历下列四个阶段。
（1）产品规划阶段主要是进行市场需求调研与预测，进 行国内外信息的研究与分析。论证产品开发的必要性、可行 性，进而确定产品的功能目标。
第五章 机械系统方案设计的创新
5.1 概述 5.2 功能综合 5.3 原理综合 5.4 构型综合
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5.1 概述
5.1.1 机械系统的概念
由若干机械装置组成的一个特定系统称为机械系统。机 械系统可能是一台机器，如机床、塑料挤出机、纺织机等， 系统中主要包含有能量的转化，运动形式的转换等；也可能 是一台设备，如化工容器、反应塔、变压器等，系统中主要 包含有能量、物料形态与性质的转变等；还可能是一台仪器， 如应变仪、流量计、振动试验台等，主要包含了信息与信号 的变换。可以看出，不管系统以什么形式体现，它都不是一 个空泛的概念，而是一个实体，是以产品形式体现的。
（2）方案设计阶段以系统的总功能目标为基础，继续对 系统进行分析、分解，确定各子系统的分功能及功能元；并 针对各功能目标进行创新、探索、优化、筛选，从而确定较 理想的工作原理方案；最后还要针对不同的工作原理进行构 型综合，确定机构类型与结构形状。
（3）技术设计阶段在方案原理设计的基础上，进行系统 中零部件的尺寸、形状、结构、强度、刚度、精度设计；绘 制出相应的工作图，编制出相应的设计技术资料。