机械创新设计简介与基础知识(6)

2019-08-20 19:53

就是设想将已知的物体与另一物体按照适当的方式组合起来,以加大其功能或是得到另一新事物。

如图4-13所示的织布机开口机构,它由曲柄滑块机构和转动导杆机构串联

?180组合而成。曲柄1以等角速度转动时,机构5就能实现每转后停歇的运动要求。

我们在实际机械创新设计实践中,运用系统设问法时应该以上述10个方面为参照,大胆提出设想,如果能像上述例子一样找到解决问题的答案,都可以作为创新设计的选题。

4.2.4 信息联想法

创新的发展重在突破,却也离不开继承,所以了解、继承他人或前人的成果非常重要。要提高创新能力,必须收集信息,利用信息。

我们将自己每天耳闻目睹的大量信息加以筛选,从中挑出新的、奇的、与技术有关的科学发现和技术发明,通过思维加以联想,往往可以产生或提出一个新的发明问题。这种方法叫做信息联想法。

联想的方式有:由一事物联想到空间或时间上与其相连通的另一事物;联想到与其对立的事物;联想到与其类似特点(如功能、性质、结构)的另一事物;联想到与其有因果关系的另一事物;联想到与其从属关系的另一事物等等。

4.2.5 专利文献选读法

从事机械创新设计,可以选择专利文献为主要媒体来获取信息,专利文献是最有代表性、数量最大的情报信息来源。通过阅读大量的专利文献,即可掌握现有发明的内容和思路,了解最新的发明成果,避免重复他人的工作和侵权行为,又可对不完善的部分加以改进,作为你的课题,进行再发明。

据资料统计,1985年~1995年中国发明协会向社会推荐和宣传的发明创造成果有1万多项,其中有15%转化为生产力;而这10年中我国的专利实施率仅在25%~30%左右。可见采用专利文献法进行创新设计十分可观,我们只要针对其中的不实用的部分进行改进和完善,往往就会获得良好效果。

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0.1 压气孔 激光束

激光腔 高压气流

0.1 抽气腔 激光腔 抽气孔

图4-14(a)压气式气动窗口示意图

0.1 调压腔 图4-14(b)抽气式气动窗口示意图

抽气腔 激光束

激光腔 调压阀

抽气孔

图4-14(c)双腔抽气式大功率气体激光器气动窗口示意图 20世纪80年代初,国际科技情报联机系统还没有在我国投入使用,但是当时的年轻学者岳超瑜凭借着顽强的毅力,查阅了大量的专利文献,终于从浩如烟海的文献中找到了一些有关气动窗口的最新发明专利和报道。其中包括如图4-14(a)所示的英国科学家发明的“压气式气动窗口”和图4-14(b)所示的美国人发明的“抽气式气动窗口”。其中英国人的设计由于工作会导致内腔污染,无法投入使用,而美国的发明存在造价高、激光质量差、结构和运行原理不足等缺点。岳超瑜对这两项发明进行分析和研究后,设计出图4-14(c)所示的双腔抽气式大功率气体激光器气动窗口,他的创新设计克服了上述两种设计的缺点,使腔内气流平衡,也密封了工作腔。

4.2.6 集思广益法

集思广益法是美国创造工程学家奥斯本于1945年首次提出的,原文是“Brain storming”,直译就是“头脑风暴”。这种方式是以开小型的交流讨论会来进行,与会人数一般为5~10人,要求与会者严格遵守下列规则:

1)畅所欲言,想到就说,意见越多越好;

2)静听别人的发言,从中受到启发,以使自己的意见更加完善;

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3)欢迎荒诞和使人发笑的发言,设想越奇越好,能否采用另当别论; 4)禁止批评别人的发言,这一点很重要。

会后对会上的各种设想进行整理评价,选择最优的设想付诸实施。 运用上面介绍的六种方法,一般可以确定待发明的课题。这只是成功的开始,真正创新设计也是一个艰苦努力的过程。在进行创新设计时,我们要联系实际需要,根据事物的品质、构造、功能、特征对各中构想或方案进行分析、比较、判断,先分析出最佳的方案,然后再运用创新的逆向思维和正向思维,对问题进行类比、综合、联想,集思广益,同时反复的进行绘图、试验、制作样品和模型,并不断的改进,一个发明才有可能真正的完成。

4.3 创新机构举例

下面我们再结合两个相关的例子来说明创新设计的原理和方法:图4-15(a)所示的是螺钉自动上料整列机构,广泛应用于标准件生产企业。在螺钉没有车丝或搓丝以前,螺钉是无规则的盛放在料盘中,当左边的黑色输送槽上下运动时,螺钉通过物料的自重进行整列,在槽身中令钉头向上,如不其然,在槽身上下运动时,令其重新掉入料盘,螺钉在左侧槽身中上升至与右侧贮料槽以备加工。图4-15(b)所示的胶丸(或子弹)整列机构也是利用被整列的物体自行做物料整列动作,从图中所示胶丸或子弹的构造形状可见:它的重心在圆柱形部分,当黑色滑块左右移动时推移被整列的物体到达右方槽内尖角时便可以由物料的重心自行整列,使圆柱体朝下,尖端朝上。

这两个例子同是了重心原理的机构综合创新设计。这两个例子具有相似性,在创新设计时用了综合创新原理,而后者在创新设计中就能用信息联想法。我们还能发现这两个机构都没有强制运动链,而是利用力学原理创新设计的。机构学本来就是从力学分离出来的,所以用力学原理来指导机构创新十分有意义。在解决整列物料的思路上设计者突破用什么强制运动链、纯刚体机构解决物料整列的框框,将思路回归到起点,另寻捷径,想到用力学原理解决这一问题,这是还原创新原理的应用,当然将力学原理应用到机构学也应用了移植创新原理。

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图4-15(a)用上下运动的 输送嵌入 图4-15(b)自行整列机构 槽(用右黑色运动体)在料盘内上 下运动令螺钉自行嵌入整列的机型

综合上述可见,在进行机械创新设计的过程中,应该充分发挥正向和逆向思维的能力,灵活有机的综合运用创新设计的基本原理和方法,必要时只是以此为借鉴,不能被之束缚,敢于尝试自己的方法。

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5 机械创新设计的一般过程

设计过程是指从明确设计任务书到编制技术文件所进行的整个工作流程。机械设计的思路一般为:产品规划→原理方案设计→技术方案设计→改进设计。下面我们对比常规机械设计的过程来说明机械创新设计的一般过程。

5.1 常规机械设计一般过程

常规机械设计过程一般可以分为四个阶段:①机械总体方案设计。设计者根据设计任务书的要求,广泛收集同类机械或相近机械的性能参数,使用情况,优缺点等技术和数据,而后便可进入机械总体方案设计阶段。机械总体方案设计在很大程度上决定未来机械的面貌,对机械的性能成本有很大影响。②机械的运动设计。设计者根据设计任务书的要求,对选定的一种设计方案进行运动综合,以满足根据机械的用途、功能和工艺条件而提出的运动规律、机构的位置或某点轨迹的要求。机械运动设计的内容包括机构主要尺寸的确定,机械运动参数的分析,传动比的确定与分配等。③机械的动力设计。在运动设计的基础上,确定作用在机械系统各构件上的载荷并进行机械的功率和能量计算。机械动力设计的内容包括动力分析、功能关系、真实运动求解、速度调节和机械的平衡等。④机械的结构设计。结构设计的任务是根据机械中各构件的工况参数和失效形式,选定的材料种类和热处理方式,确定其合理的几何形状和机构尺寸,即把机构运动简图中用符号表示的所有构件都绘制成具体的零件工作图、部件装配图和机械的总装图。

5.2 机械创新设计的一般过程

机械创新设计(MCD)是相对常规设计而言的,它特别强调人在设计过程中,特别是在总体方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用。MCD是易门有待开发的新的设计技术和方法。由于技术专家们采用的工具和建立的结构学、运动学与动力学模型不同,但其实质是统一的。综合起来,MCD基本过程主要由综合过程、选择过程和分析过程组成。

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