第二章_机械创新设计的基础知识
机械设计的基本原理和方法
机械设计的基本原理和方法机械设计是指以机械结构为基础，使用工程技术方法进行创新和设计的过程。
在机械设计中，掌握基本原理和方法是非常重要的，下面将介绍其中的几个关键点。
一、机械设计的基本原理1.结构设计原理机械设计的结构设计原理是指根据机械产品的功能要求，将其分解为若干个组成部分，并通过合理的连接方式使这些部分形成一个有机的整体。
结构设计的关键在于考虑产品的强度、刚度、稳定性等因素，以确保产品的正常运行。
2.运动学原理机械设计中的运动学原理是研究物体运动的规律和方法。
在机械设计中，需要根据产品的工作要求和工作环境，确定产品的运动轨迹、速度、加速度等参数，并通过运动学分析来确定合适的机械结构和传动机构。
3.材料力学原理材料力学原理是机械设计的重要基础。
在机械设计中，需要对所选材料的力学性能进行分析和计算，以确定材料的适用范围和工作条件。
常用的材料力学原理包括弹性力学、塑性力学等。
4.热力学原理热力学原理在机械设计中的应用主要是分析机械系统的热工性能。
通过热力学原理的应用，可以对机械系统的能量传递和转化进行分析，从而优化机械系统的能效和性能。
二、机械设计的基本方法1.需求分析和规划机械设计的第一步是对产品需求进行分析和规划。
通过调研和产品定位，明确产品设计的目标和功能要求，确定设计方向和设计原则。
2.概念设计和创新概念设计是指根据需求和规划，在理论上进行创新和方案设计。
在概念设计中，可以采用创新的思维方式，结合专业知识和设计经验，提出多个不同的设计方案。
3.详细设计和分析详细设计是指从概念设计中选取一个最佳方案，并进行详细制图和参数计算。
在详细设计中，需要进行力学、动力学、热力学等方面的分析，确保设计方案的合理性和可行性。
4.制造和优化机械设计完成后，需要进行制造和优化。
在制造过程中，需要根据设计图纸进行加工和装配，确保产品的质量和精度；在优化过程中，可以根据实际使用情况对机械系统进行改进和调整，提高产品的性能和可靠性。
2机械创新设计-第二章-创新思维与技法解析
例：圆珠笔问题，笔 尖磨损导致漏油
维是当纵向思维受阻时大脑急转弯，
即换个角度想。
纵向：解决笔尖磨损
这样可以让人排除优势想法，避开经 横向：水减少，保持
验、常识、逻辑等，它能帮助思维者 与笔 尖同期结束
例：曹丕令曹植吟“七步诗”
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机械创新设计
灵感思维的培养
1. 要有需要创新思维的课题 2. 必须具备一定的经验与知识 3. 要有对问题进行较长时间的思考 4. 要有解决问题的强烈愿望 5. 要在一定时间的紧张思考之后转如身心放松状
态 6. 要有及时抓住灵感的精神准备和及时记录下来
的物质准备
另外，根据多人经验，同人交谈，也会经常能起到触发灵感 的作用。因为每个人的年龄、身份、文化程度、知识结构、 理解能力等各不相同；思考问题的特点、方式和思路也会有 差异。在交谈中，不同的思路、思考方式和特点互相融汇、 交叉，碰撞或冲突，就能打破或改变个人原有思路，使思想 产生某种飞跃和质变，迸发出灵感的火花。我国古语说“石 本无火，拍击而后发光”。
2.要自觉的锻炼思维联想能力。应注重事物之间的联系， 常做一些提高联想能力的训练，可以在两个事物或两个 事件之间进行联想，或按时间顺序及空间顺序进行联想 等。例如达芬奇把铃声和石子投入水中的现象联系在一 起，使他联想到声音是以波的形式传播的；电报发明者 塞谬尔•莫尔斯为不知如何将电报信号从东海岸发送到西 海岸而苦思冥想，一天，他看到疲乏的马在驿站被换掉， 因此就由驿站联想到增强电报信号，使问题得以解决。
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要自觉的锻炼思维想象能力。常选择一些问题展开想象， 例如当你面对一个问题时，应向自己提出，我能用多少 种方式来看待这个问题，我能用多少种方法解决这个问 题；常在头脑中对一些事物进行分解、组合或增添，想 象能生成一个什么样的新事物；经常欣赏艺术作品，并 对结局展开几种可能的想象等。
机械基础教案(中职)
机械基础教案(中职)第一章：机械概述1.1 机械的定义与分类讲解机械的基本概念，让学生理解机械的本质和作用。
介绍机械的分类，包括传动机械、执行机械、控制机械等。
1.2 机械的组成部分讲解机械的基本组成部分，包括主机、附件、动力系统、控制系统等。
介绍各个部分的作用和相互关系。
1.3 机械的性能与参数讲解机械的性能指标，包括力、速度、精度、效率等。
介绍机械参数的计算方法和应用。
第二章：机械传动2.1 传动机械的类型与原理讲解传动机械的类型，包括齿轮传动、皮带传动、链条传动等。
介绍各种传动方式的原理和特点。
2.2 齿轮传动讲解齿轮的基本概念，包括齿轮的形状、齿数、模数等。
介绍齿轮传动的计算方法和应用。
2.3 皮带传动与链条传动讲解皮带传动和链条传动的基本概念，包括皮带和链条的规格、张紧方式等。
介绍皮带传动和链条传动的计算方法和应用。
第三章：机械结构3.1 机械结构的基本要素讲解机械结构的基本要素，包括梁、柱、板、壳等。
介绍各个要素的受力分析和设计方法。
3.2 机械结构的设计原则讲解机械结构设计的原则，包括强度、刚度、稳定性等。
介绍结构设计的方法和步骤。
3.3 机械结构的优化讲解机械结构优化的目的和方法，包括尺寸优化、形状优化等。
介绍结构优化算法和应用。
第四章：机械零件4.1 机械零件的类型与功能讲解机械零件的类型，包括轴承、齿轮、联轴器等。
介绍各种零件的功能和应用。
4.2 机械零件的材料与选择讲解机械零件的材料，包括钢、铝、塑料等。
介绍零件材料的选择方法和原则。
4.3 机械零件的加工与装配讲解机械零件的加工方法，包括铸造、锻造、切削等。
介绍零件的装配方法和工艺。
第五章：机械系统5.1 机械系统的组成与分类讲解机械系统的组成，包括主机、动力系统、控制系统等。
介绍机械系统的分类，包括简单机械系统、复杂机械系统等。
5.2 机械系统的分析与设计讲解机械系统的分析方法，包括力学分析、动力学分析等。
介绍机械系统设计的方法和步骤。
机械创新设计(较完整版)
第一讲1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。
独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。
现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。
常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计关联：机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。
创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。
现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。
2.现代创新人才应具备那些基本素质？(1) 具备必须的基础知识和专业知识(2) 不断进取与追求的精神(3) 合理的创新思维方式（突破传统定式）(4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件）(5) 掌握一定的创新技法3.学习机械创新设计的内容有那些？1.机构的创新设计2.机构应用创新设计3.机构组合设计产生新机构系统4.机械结构的创新设计5.利用反求原理进行创新设计6.利用仿生原理进行创新设计第二讲1简述创造性思维四大特性(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。
影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？(1)天赋能力：与生俱来的所有神经元(2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义(3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。
3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。
概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技术，并利用于其他新事物。
特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾；2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值；3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。
机械创新设计基础ppt课件
第三节 影响创造能力的非智力因素
5.组织能力 组织能力是指对杂乱的局面或事物进行
妥善安排，合理调配的指挥运筹能力。
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第四节 影响创造能力的智力因素
我们要培养自己的创造能力，就应该 注重上述这些非智力训练，除此之外，搞 创造发明还必需具有一定的知识，知识就 是力量，现代社会已经进入了知识经济的 时代，没有知识必将一事无成。
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第一节 综合创新原理
图3-2为一种小型车、钻、铣三功能机 床。它是适应小型企业、修理服务行业加 工修配小型零件运用综合原理开发设计出 来的小型多功能 机床。安的设计特点是： 以车床为基础，综合钻床、铣床主要箱而 成的。
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第一节 综合创新原理
从大量的创新实践中可知， 综合就是创造。
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第一节 人类的思维
抽象思维是以抽象的概念、判断和推 论为形式的思维方式，概念是客观事物本 质属性的反映，判断是两个概念的联系， 推论则是两个以上判断的联系。
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第一节 人类的思维
2.发散思维与收敛思维 发散思维又叫分散思维、求异思维、
开放思维等。它是根据提供的信息，多方 位寻求问题的答案的思维方式。
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第四节 机械创新设计
3.技术方案设计——进行总体设计和结构设 计，完成产品全部生产图纸，编制设计说 明书、工艺卡等 技术文件 总体设计要树立全局观念、首先要考 虑各子系统的分解。按照执行系统、传动 系统、操纵系统、支承形式的顺序找出实 现各功能的作用原理，再考虑实现系统总 功能的要求，将各分功能的作用原理进行 合理的组合，在众多的原理方案中选择几 个，然后进行综合评价，如对可靠性、成 本、寿命、适用性等比较选优。
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第四节 机械创新设计
机械创新设计要点
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。
3.思维的潜意识自觉性。
机械工程基础知识与创新
机械工程基础知识与创新机械工程是应用物理学、材料科学和工程数学的学科，涉及机械设计、制造、能力学、热力学等多个领域。
本文将从机械工程的基础知识以及创新方面进行讨论。
一、机械工程基础知识1. 机械设计机械设计是机械工程的核心领域之一。
它涉及到机械系统的构建和设计，包括机械零件的选择、装配和测试等工作。
机械设计需要考虑材料的选择、结构的强度和刚度等因素，以确保机械系统的正常运行。
2. 制造工艺制造工艺是指将设计好的机械零件转化为实际产品的过程。
它涉及到材料加工、装配和测试等环节。
制造工艺需要考虑到生产效率、产品质量以及成本控制等因素，以满足市场需求。
3. 材料科学材料科学在机械工程中起着重要的作用。
不同的材料具有不同的机械性能，例如强度、刚度和耐腐蚀性等。
机械工程师需要了解不同材料的特性，并根据设计要求选择合适的材料。
4. 能力学能力学是研究力、力矩、惯性和加速度等物理现象的学科。
它在机械工程中用于分析和计算机械系统的运动学和动力学行为。
能力学在机械设计和分析中起着重要的作用，可以帮助机械工程师预测机械系统的性能。
5. 热力学热力学是研究热量和能量转化的学科。
在机械工程中，热力学用于分析和优化热机和热力系统的性能。
机械工程师需要了解热力学原理，以确保机械系统的能量转化效率。
二、机械工程的创新机械工程行业一直在不断创新和发展。
以下是几个重要的机械工程创新领域。
1. 自动化和机器人技术自动化和机器人技术在机械工程中的应用越来越广泛。
自动化系统和机器人可以完成繁重、危险或高度重复的任务，提高生产效率和产品质量。
机械工程师需要了解自动化系统和机器人的原理和应用，以应对日益复杂的生产需求。
2. 3D打印技术3D打印技术是一项创新的机械工程技术，它可以通过逐层堆积材料来创建物体。
3D打印技术可以快速制造复杂的零件，并且可以根据需求进行定制。
它在快速原型制作、医疗器械和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
3. 智能化和物联网技术智能化和物联网技术在机械工程中的应用不断增加。
机械创新设计智慧树知到答案章节测试2023年上海理工大学
第一章测试1.国产大飞机的设计为机械创新设计的（）。
A:反求设计B:经验设计C:开发设计D:变异设计答案:C2.开发设计具有开创性和探索性，其设计风险较大。
A:错B:对答案:B3.机械的创造发明大多属于机械机构方案的创新设计。
A:错B:对答案:A4.机械创新设计有高低层次之分，这可用创新度来衡量。
A:对B:错答案:A5.机械创新设计的类型主要有，开发设计，变异设计，反求设计。
A:对B:错答案:A6.机械创新设计的特征是，独创性，实用性，多方案优选。
A:错B:对答案:B第二章测试1.从工作机理上来说潜水艇设计采用的思维方式为（）。
A:灵感思维B:抽象思维C:逆向思维D:类比思维答案:D2.分割原理包含以下几个部分：（）。
A:增加物体相互独立部分的程度B:把物体分成容易组装和拆卸的部分C:都是D:把一个物体分成相互独立的部分答案:C3.被誉为TRIZ之父的阿奇舒勒是（）科学家。
A:日本B:英国C:美国D:俄国答案:D4.“网球拍减轻总体重量，增加头部重量，以保持击球力量”体现了（）。
A:各性能参数的协调B:结构上的协调C:提高柔性法则D:工作节奏/频率上的协调答案:A5.发明原理1“分割”的效能是（）。
A:消除有害作用B:提高系统效率C:提高系统协调性D:改善操作和控制答案:C6.“炮管直径必须足够大以使一个个的炮弹容易射出，但同时又必须是足够小以免火药爆炸推力的泄露”属于（）。
A:基于条件的分离B:整体与部分的分离C:时间分离D:空间分离答案:D7.系统分析法包含以下哪几类方法（）A:设问探求法B:特性列举法C:形态分析法D:缺点列举法答案:ABCD8. TRIZ理论核心思想，主要有（）。
A:冲突B:40条创新原理C:专业理论基础D:技术系统进化法则答案:ABD9.冲突矩阵是由39个（）与39个( )构成的矩阵。
A:恶化参数B:负向参数C:正向参数D:改善参数答案:AD10.抽象思维的思维材料侧重于语言、思维推力、数字、符号。
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三、机构系统的结构设计
•由连杆机构组成的机构系统的结构设计难 度较大，也是创新设计成果最多的领域。
• 如图所示双曲柄机构：
•在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：
1、各构件的运动不能发生干涉
当DC AD时：
一般情况下， 尽量避免各 构件安装在 同一平面内
2、要考虑机构系统的运动精度
例如：
亦即：
对运动的活动联接称为——运动副。
运动副分类：
低副——两构件通过面接触组成的运动副
高副——通过点、线接触组成的运动副
空间运动副
球面副 螺旋副
转动副 移动副
机构运动简图
——为便于分析和研究机构的运动，只需根据机构 运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对位 置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而保 持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简化 图形称机构运动简图。
5W2H法 What：工作的内容和
达成的目标 Why：做这项工作的原
因 Who：参加这项工作的
具体人员，以及负责人
When：在什么时间、 什么时间段进行工作
Where：工作发生的地 点
How：用什么方法进行 How much：需要多少 成本
2）F＞0时，原动件数小于机构的自由度时，各构件没 有确定的相对运动；原动件数大于机构的自由度时，则 在机构的薄弱处遭到破坏。
机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等 于机构的自由度的数目。
[补充]暂告一段落项
1 复合铰链
2 局部自由度
3 虚约束
求解各杆公差
第四节 创新设计过程中的 创新思维方法
一、思维的定义和特性
——思维是人脑对所接受和已储存的来自客观世界 的信息进行有意识或无意识、直接的或间接的加工 处理，从而产生新信息的过程。
思维有如下特性：
•思维的间接性和概括性 •思维的多层性 •思维的自觉性和创造性
二、介绍几种辩证思维类型
1、形象思维和抽象思维 2、发散思维和收敛思维 3、逻辑思维和非逻辑思维 4、直达思维和旁通思维、逆向思维
注意区分：机器、机构、机械 三个概念
机械的特点如下：
机械首先必须是执行机械运动的装置。
机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用 的机械功。
机械中必须要完成能量的转换。
2．机械的组成
二、机械运动系统
——主要指机械中的传动机构和工作执行机构。 它可以是机构的基本型，也可以是基本型的机 构组合或组合机构。 1、机构的基本型
2、常用构件的结构设计
齿轮类构件的结构设计 凸轮类构件的结构设计 杆件类构件的结构设计 块状类构件的结构设计
（1）齿轮类构件的结构设计
（2）凸轮类构件的结构设计
直动滚子从动件盘形凸轮机构
端面形锁合： 圆柱面形锁合：
（3） 杆件类构件的结构设计
二、运动副的结构设计
1、转动副的结构设计
2、移动副的结构设计
接补充
[补充]
机构——机器中的机械运动系统。是由构件以可动联 接方式联接起来的用来传递运动和力的构件系统。
构件——机构中运动的单元体。可以是单一整体， 也可以是由几个零件组成的刚性体。
构件是运动单元，零件是制造单元
构件分三类：
•固定构件（机架） •主动件（原动件） •从动件
两构件之间的直接接触而又能产生一定相
第二章 机械创新设计的基础知识
第一节 机械的基础知识 第二节 机械系统及其发展 第三节 机构运动简图及其结构设计 第四节 创新设计过程中的创新思维方法
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成
1．机械的概念
判别： 汽车、机床、纺织机、
——用机来械变是换用或来传传递递能运量动、或物动料力与的信能息完手 电。成摇 视机钻有、、用计脚机算踏械机式功、缝洗纫的衣机装机、置，
3、平面机构自由度的计算
F 3n 2 p p
l
h
自
活
低高
由
动
副副
度
构
个个
数
件
数数
数
4、机构具有确定运动的条件
F＝3×3－2×4－0＝1
F＝3×4－2×5－0＝2
F＝3×4－2×6－0＝0
F＝3×3－2×5－0＝－1
综上所述可知：
1）F≤0时，机构蜕变为刚性桁架，构件之间没有相对 运动。
三、机械的控制系统
第二节 机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
二、机械系统的发展与演变
刚性 机械 系统
柔性 机械 系统
第三节 机构运动简图及其结构设计
构件的结构设计 运动副的结构设计 机构系统的结构设计
一、构件的结构设计
1、设计原则
1)根据受力大小、方向及对机械的具体要求，选择构 件材料，选择材料要合理。 2)工艺过程要合理。 3)选择横截面的形状与尺寸，有适当的形状。 4)结构化的构件要满足强度，刚度等项要求，符合安 全性与可靠性指标。 5)要考虑到与其它构件的可联接性及联接特点。 6)构件之间不能发生运动干涉。 7)要考虑到经济性，尽量降低成本。 8)维修、安装方便。
返回机构基本型
机构具有确定运动的条件
1、构件的自由度
对于平面运动机构中各个构件而言，每一个构件的 自由度即独立运动参数为3（X，Y移动，Z转动），而 另外三个独立运动参数（Z移动， X，Y转动）由于运动 平面的公共约束而受到限制。
2、机构的自由度
两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对 运动，使相对运动的数目减少，这种限制作用称为约束 ，而仍具有的相对运动叫做机构的自由度。
2、机构的组合 ——将几种基本机构通过适当的方式连
接起来，组成一个机构系统，称之为机 构组合。
特点：在机构的组合系统中，各基本机构都保持原
来的结构和运动特征，具有独立性。
3、组合机构 ——指由若干基本机构通过特殊的组合
而形成的一种具有新属性的机构。
特点：在组合机构中，各基本机构不能保持各自的独
立性，也不能用原基本机构的分析和设计方法进行组合 机构的设计。常用于完成复杂运动的机械系统中。
三、创新思维特点：
•表现为思维对存在的能动性； •表现在联想能力上，使思维向多方向扩展 ——即为发散性思维； •有时会表现出飞跃的性质，通过直觉和想 象得到科学技术的创新成果； •表现在综合性思维上，包括智慧的“融合 ”能力。
四、几种常用的创新技法
1、群智集中法（头脑风暴法） 2、仿生创新法 3、反求设计创新法 4、类比求优法 5、功能思考法（正向设计法） 6、移置法 7、5W2H法 8、组合创新法