实验四 机构创新组合设计实验
一、实验目的
1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。
2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。
二、实验设备及工具
1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。
2、 装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。
3、 学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。
三、实验要求
1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案.
2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去.
3、每人完成一份实验报告。
四、实验原理和方法
根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。 五、实验内容
1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。
2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。
3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。
4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。
5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。
6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。
六、实验方法与步骤
1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。
2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。
科 诺蠢 科ｌ技ｆ论ｆ坛 浅析机械结构设计中的创新设计 徐慧勇 （哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００００） 摘要：主要介绍运用变元法对于机械机构的创新设计，文中提出了７种变元方法，同时，针对石化设备容易受到各种化学腐蚀的特点，对于防腐蚀的 要点进行了分析，并且通过实验，选择最佳的创新结构方案。 关键词：机械结构；创新设计；变元法 在对机械结构设计进行评价时，一般采用的 是模糊综合评价方法，通常是在选择出一个最佳 方案时，对机械的重要零部件进行可靠性设计，以 实现结构的最优化。本文以石化机械钻井转盘为 例，解析变元法在机械结构设计中的应用。 １结构创新设计新方法一变元法 结构设计是机械设计中最主要的环节，是将 机械的工作原理变成技术图纸的过程。变元法源 于德国。是用于机械产品结构设计的一种富有创 造性内涵的新方法。笔者对变元法作了补充和改 写，使之变得简洁和易于理解。该方法适用范围 广，很适合石油与石化机械的结构设计。在应用变 元法进行产品结构设计时，必须首先确定该产品 的一种基本结构方案，然后在此基础上开发出多 种新的结构方案。变元法的内涵有两个：第一是定 义机械结构的变元，这些变元有数量、形状、材料、 位置、联接、尺寸和工艺共７个；第二是通过改变 这些变元创造性地构造出多个结构方案。下面对 ７个变元逐一介绍。 １．１数量变元 机械产品结构中零件的轮廓线、轮廓面、工 作面、加工面以至整个零件均可视为基本元素，可 通过改变产品结构中基本元素的数量以实现产品 结构的改变。 １．２形状变元 改变结构零件的轮廓形状、表面形状、整体 形状以及改变零件的类型和规格都可以得到不同 的结构方案。 ｌ＿３材料变元 零件选用不同的工程材料往往导致该零件 的尺寸结构随之改变，因而加工工艺也发生变化， 从而影响整个产品的结构，因此通过改变材料变 元可以构造出不同的结构方案。 １．４位置变元 通过改变产品结构中基本元素之间的布置 位置可得到不同的结构方案。 １．５联接变元 联接变元有两层含义：一是联接方式，有螺 纹联接、焊接、铆接、胶接及过盈联接等；二是对于 每一种联接方式都有多种联接结构。通过改变联 接方式和联接结构可得到不同的结构方案。 １．６尺寸变元 尺寸包括长度、距离和角度等，通过改变零 部件及构件的尺寸可改变产品的结构。 １．７工艺变元 结构设计与工艺是紧密相关的。由于零件的 制造工艺不同，零件和产品的制造成本、质量以及 性能也不同，从而影响产品的结构。根据所设训‘机 械产品的特点，灵活地运用上述７个变元，同时设 计者依据所具备的知识、经验，运用创造性思维方 法，如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感 等，可构思出很多种结构方案。为保证产品结构方 案设计的正确与可靠，在结构设计时应遵 循力学准则、工艺准则、材料准则、装配准 则、防腐蚀；隹则、公差配合准则、支承准 则和安全与外观准则等８大项准则。 ２精密仪器与精密机械结构创新的 必要性 随着现代科学技术的飞速进步，测 控装置与机械结构的设计思想与方法都 在不断地刨新和提高。怎样使学生能尽 快地适应社会对创新思路与能力的要求， 就变成了一种现实而迫切的任务。为此， 在实践设计实验教学时，导人新的、适合 社会要求的人才培养理念和与之相适应 的实验方法和设备就变成当务之急。任何 一个测控装置或测量仪器都有与之相适 的满足系统要求的机械系统或结构，因此 在测控装置、测量仪器明确机械部分设计 要求的前提下，怎样利用现代机械设计理 念和各种不同结构组件模块组合优化，构 建满足系统要求的机械部分或结构，就是 目前工程设计的一种主要的方式。因此、 针对社会对人才的要求，从构建机械系统 及结构过程的内在规律着手，通过实践， 强调对机械设计基本知识、方法、理论的 学习；强调对系统构建的实践；强调分析、 解决问题的能力和创新能力的提高。建设 一个适应精密仪器与精密机械结构设计 实验的设计例程和相应的实验硬件平台 就成为一个非常重要的工作。 ３结构方案的评价与优化 图１ ０ ‘ ｝ ｆ ； ｌ Ｉ Ｉ ｌ Ｊ ｂ
一． 现代教育创新设计的五大特征。
1． 教育的指导性。打破采用注入式，统一发式塑造学生的局面，强调发挥学生特长，主动学习。教室熊传授知识的权威变成知道学生学习的顾问。
2． 教育的综合性。不满足于传授和掌握知识，强调培养综合运用知识解决问题的能力。
3． 教育的社会性。教育有封闭的校园转向开放的社会，由教室转向图书馆，工厂等社会活动领域，借助现代高科技信息网络技术促进远程高等教育的发展。
4． 教育的终身性。信息时代的来临，使人类进入了知识经济的新时代，知识的迅速更替，创新的不段加强，使人们的学习行为为普遍化和社会化。为了生存竞争，必须不断学习，将一次性的学校教育转化为全社会的终身教育。
5． 教育的创造性。为适应高科技高速发展和社会竞争的需要，建立重视能力培养的教育观，致力于培养学生的创新精神和提高创造性。
二． 设计包括哪些基本过程，为什么把施工设计列为其中？
答：1.创新设计过程一般分为产品规划，方案设计，技术设计和施工设计四个阶段
2. 因为施工设计阶段是在装配图设计的基础上，根据施工的需要产生零件图，按成全部设计图样，并编制设计说明书，使用说明书及其他设计文档。在产品投产前要通过产品试制，检验产品的加工性和装配工艺，根据试制工程进行产品的成本计算，对产品设计提出修改意见，进一步完善产品设计，通过计算机辅助设计的优势，可以提高设计速度，提高设计质量，充分调动分布在不同地域的优质资源，缩短设计周期，保证设计的有效性。
三． 简述创造性思维的四大特征。
1. 思维结果的新颖性，独特性。思维的结果是过去未有过的，也可以使主体对知识，经验和思维材料进行新颖的综合分析，抽象概括，已达到人咧思维的高级形态，它包括着新的因素。
2. 思维方法的灵活性，开放性。对于客观事物或问题，表现出勇于突破思维定..,善于从不同的角度思考问题，善于提出多种解决方案；能根据条件的发展变化及时改变先前的思维过程，寻找解决问题的新途径。
机械创新设计论文
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液压挖掘机机构结构创新设计方法的研究
一 摘要：
本文结合液压挖掘机构中反铲装置;提出一套创新设计方法..并给出了液压挖掘机构反铲装置的一系列可行方案;该创新设计方法为回避已受专利保护的现有机构提供了强有力的工具..
关键词：结构推理 运动链 创新设计 液压挖掘机 反铲装置
二 引言
在机构设计过程中;最重要的阶段是机构方案构思一概念设计..在进行机构设计之初;设计者不但需要具有设计的知识;而且需要具有相当的工程经验、创造与直觉的能力、及许多其他方面的条件;才能够创造一种新型机构以完成所希望的功能..这是一种发明行为;这不仅是设计对过程中最富有创造性的部分;也是机械设计过程中最为困难的地方..到目前为止;尚未有学者提出系统化的方法以引导设计者有系统地进行创新机构..然而;大多数的机械设计实例大约占机械设计实例的70%不是凭空创造新机构;而是在现有机构该机构可能受专利保护的基础上进行修改;创造出结构不同的新型机构;以提高机器的质量和性能;或者突破现有专利技术..本文结合液压挖掘机构的反铲装置;提出基于结构推理的机构方案创新设计方法..基于结构推理的机构方案创新设计是利用创造性发散原理;通过拓扑结构类型综合的方法;对现有的机械方案从拓扑联接方面进行变异创新;尽可能多的产生满足设计功能要求的结构变体;以便于寻找最优的功能载体;尤其是创造新型机构以回避专利保护机构应用方面更是结构推理之长..
三 基于结构推理的方案创新设计过程模型
由机构演化及编译原理可知;任何机构;包括齿轮机构、槽轮机构、凸轮机构以及它们的组合;都可以视为连杆机构的等效与变异;其原始型的构造皆可通过连杆机构的构造来获得..许多学者在机构结构类型综合方面作了大量的工作;尤其是在非同构基本运动链的构造方面..按他们提出的方法;由计算机很容易自动生成满足给定设计任务要求的非同构运动链;而这些非同构运动链基本运动链是构造候选机构型的基础..本文所提出的基于结构推理的方案创新设计过程正是在这些研究基础上发展起来的..该方法可以划分四个阶段：首先是根据设计任务和要求确定相似的设计方案原始机械方案;然后对该原始方案进行抽象化表示;即将机构方案一般化为运动链;在抽象化表示过程中记录设计约束；其次根据机构方案一般化运动链;在运动链图谱库中找出与一般化运动链具有相同杆数、自由度数以及连杆类型相同的所有非同构的运动链;即运动链发散;并根据设计约束和适当的评价方法进行筛选；第三;对评价筛选后的每个非同构的运动链进行机构识别、驱动副识别以及杆组识别;形成用连杆表达的准可行机械方案元型;即运动链再生；最后一个阶段是将准可行机械方案元型根据实际设计需要;基于设计约束规则以及用户交互式方法进行类型替代;形成待评价的候选方案集转入下一阶段;并进行用户交互式模糊评价;产生最优方案..结构推理过程模型如图1所示..
