机械设计学第三章机械产品的功能原理设计

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。

机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。

2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动⼒和运动转变，以执⾏⼈们预期的⼯作，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。

2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。

⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。

4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。

5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。

⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。

功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。

（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能，输送缝料的功能。

（3）辅助功能：调节⾯线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。

（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。

6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。

功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。

教案首页课程名称机械设计学任课教师第一章绪论计划学时 3教学目的和要求：1.明确课程定位，使学生理解机械设计与机械设计学的内容侧重点和课程特点；2.了解机械设计学的发展史；3.本课程的内容按章节的分布情况；4.要求同学掌握机械设计学的研究重点；5.要求同学掌握机械设计的一般步骤。

重点：1.设计的基本内涵，机械设计学的学科组成；2.机械设计的一般步骤。

难点：机械设计学的定义、机械设计的一般步骤。

思考题：1.如何认识人类文明的一切成果都是设计的产物？2.根据“功能”思想，预测下一代家用电器会风靡市场的是什么产品？本课程以培养学生“能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争能力的产品”的初步能力为目标，围绕影响产品竞争力的功能原理设计、实用化设计和商品化设计三个关键设计环节展开讨论。

科学和技术是两个完全不同的概念，千万不可混为一谈，科学是指那些基础性的研究，例如数学、物理、化学、天文、地理、生物……；技术则主要指制造工艺（包括材料的制备、加工、处理）以及各种制作的技巧、经验等。

设计的产品有的来源于生活，有的来源于想象，总的来说来源于思考，设计的始终都在贯穿着思考。

俗语说：没有做不到的，只有想不到的。

随着科技的发展会使很多不可能变为可能，把很多幻想变成现实。

机械设计学是一门方法性的课程，讲的是机械设计的理念、思路与方法。

产品设计的过程中，尤其是产品的方案设计中机械设计学的知识占的比重很大，能熟练运用辩证法、创新设计方法、概念设计等方法在机械设计中尤为重要。

第一讲绪论教学主要内容：1.机械设计的概念2.“设计学”的核心内容3.“机械设计学”的学科组成4.机械设计的类型及设计过程5.传统设计和现代设计一、概念1.机械（Machinery）机械是依据力学原理组成的各种装置和设备，是机器和机构的总称。

它包括机器、工具、器械、仪器…….2.机器 (Machine)机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高劳动生产力的主要工具。

机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。

如设计技术、设计理论和设计方法。

2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。

3、机械是机器和机构的统称。

4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。

功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。

设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。

实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。

实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。

商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。

创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。

构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。

实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。

7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。

10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。

11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。

12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。

第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。

2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。

第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。