第二章机械产品的功能原理设计

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1、第二章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计概念：2、功能原理设计重点：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。1设计一台点抄机：首先构思将钞票逐张分离的工作原理。图3-1为构思示意图23、作用：功能原理设计是对产品的成败起决定性作用的工作。4、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。3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)是用一种新的物理效应来代替

2、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)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(NewIdea)、新构思。43)功能原理设计使机器品质发生质的变化。例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。电波表的出现：当然，在实践中，每一个功能原理设计不一定都能体现上述三个特点，而能体现这三个特点的，则应该是高品位的功能原理设计。5二、功能原理设计的任务和主要工作内容任务：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

3、用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。主要工作内容：是构思能实现功能目标的新的解法原理。举例：喷墨打印技术6789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。分功能载体应由原动机，传动机构、工作头或执行机构、控制器等组成。有的分功能与其他分功能也可共用一个原动力或传动机构。机器的功能组成如图所示。10二、机械功能分析方法（机械的功能、功能元和功能结构）1、功能的含义功能是对于某一产品

4、的特定的工作能力的抽象化的描述，它和人们常用的“功用”、“用途”、“性能”、“能力”等概念既有联系又有区别。例如：11洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来。功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。系统工程学把一个机械产品看成技术系统，在设计初期时该技术系统还不清楚，故用“黑箱”来描述功能：把信息流、能量流、物料流输入“黑箱”，在“黑箱”中转换成新的信息流、能量流、物料流，然后输送出来，如图3—6所示。系统工程学对功能的定义：是一个技术系统在以实现某种任务为目标时

5、，其输入量和输出量之间的相互转换的关系。12设计者的任务就是使“黑箱”变成“白箱”’这个技术系统就设计出来了，获得了一个完美的机械产品，实现了预定的功能。13图3—7所示是一台硬币计数包卷机的外观，它用来整理、清点、计数，最后按50枚一卷将硬币用纸包卷起来；也可以在计数后装袋而不包卷。图3—8所示是用黑箱法描述的硬币机的总功能。这种黑箱只是描述了从系统外部观察到的“功能特点”，而黑箱的内部结构是未知的，是需要设计师去进行具体构思和设计的。14硬币计数包卷机功能分解图硬币计数包卷机外形图15总之：任何技术

6、系统都可以视为3种流的处理系统，即能量流、物料流和信息流。作为输入的能量流，可以是机械能、热能、电能、化学能、光能、核能等能量流，也可以是它的某一具体分量，如力流、扭矩流、电流等等。例如，作为一个技术系统，内燃机的功能是将输入燃料的化学能流转换为机械能流，核电站的功能是将核能流转换为电能流。作为输入的物质流，可以是气体、液体或各种形式的固体，如毛坯、原材料、半成品零件、部件、成品等，也可能是粉半、磨屑、泥沙之类待处理物。机械技术系统将对它们实行结合、分离、移动、气相转液相之类相的变化，以及各相之间的混合

7、等转化。如机床实现多余物料从工件上分离，输送带实现物料的搬运等。16作为输入的信息流，可以是各种测量值、输入指令、数据、图像等；信息的载体可以是机械量、电量、化学量等；信息的形式可以是模拟量，也可以是数字量。技术系统将对信息流作加工、处理或转换。如凸轮机械具有将转动量信息转化为直线运动量信息的功能，计算机能做数据处理，AD转换器能将模拟量转换为数字量信息，数字式电视机能将接收到的数字信息转化为图像信息。对于一个技术系统有时三流并存，如现代的加工中心和自动生产线，有时只存在能量流与信息流，如电视机。系统在

8、完成功能的过程中，外界将向它输入各种制约和干扰，同时系统也将对外界输出干扰和影响，如振动、噪声、化学排放、热量、废弃物等。172．功能单元一般技术系统都较为复杂，直接求总功能的解比较困难，可对总功能进行分解，分解成较为简单的“功能单元”。这样的功能单元具有一定的独立性，是直接求解的功能单元．也可称为“功能元”。直接实现总功能的各分功能称为一阶分功能；实现一阶分功能的分功能称为二阶分功能，并以此类推。分解到末端的为功能元，如下图中的夹持试件、