机构创新设计中的思维方法

《机构创新设计中的思维方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、机构创新设计中的思维方法　　摘要提高大学生机构设计创新能力，掌握好创新思维方法非常重要。文章介绍了思维方式的概念，讨论了典型机构演化创新过程中所涉及的思维方法，有利于提高机械专业大学生的创新思维和创新能力，可供机构创新设计教学参考。　　关键词机构创新设计思维方式创新能力　　机构创新设计训练既是培养机械专业学生打好机器创新设计基础的重要环节，又是提高学生创新意识和创新能力的重要途径。但在机构创新设计教学中，过去只注重介绍具体方法，很少分析其后的思维方式，不利于增强大学生创新能力。本文拟通过讨论机构创新方法与思维方式的内在关

2、系，让机械学科学生不仅掌握好机构演变创新技能，而且能运用好创新思维，提高其创新能力。　　1思维方式的概念　　思维方式是人们的理性认识方式，是人的各种思维要素及其综合，按一定的方法和程序表现出来的、相对稳定的定型化的思维样式，即认识的发动、运行和转换的内在机制与过程。从信息科学意义上说，思维方式是（思维）主体从外界获得信息，加工信息，从而形成新信息的途径和方法。①　　常用思维方式有：发散性思维、收敛性思维、形象思维、抽象思维、直觉思维、联想思维、类比思维、逆向性思维、差异性思维等。②6　　近年新提出的创新性思维概念：它是一

3、种打破传统的封闭意识，更新观念，提出标新立异，独树一帜新观念的思维模式。其实，以上各种思维方式中或多或少包含有一些创新思维的成分、要素，创新性思维将各种思维的创新要素汇集起来，突出追求“新颖”的实质。　　2机构创新和思维方式　　机构创新设计有很多具体演化变换方法和技能，如：机构运动变换、运动副变换、机构型变换、同性异形变换、机构组合变换、机构简化变换、运动链再生变换原理、反求设计变换等。③这些方法与技能无疑能使学生了解各种实际机构如何从基本机构演变而来，并仿效其进行新型机构的设计。但这是否就能真正提高学生创新能力？不妨先

4、了解教材中介绍的机构演化方法。例如：由四杆机构演化成的正弦机构和倍角机构。　　正弦机构（图1）是由曲柄滑块机构演变而成，其中：滑块被丁字形导杆C取代，连杆演变成滑块B，连杆与导杆（原滑块）间的转动副用滑块B与丁字导杆C间的移动副替代。若曲柄取为单位长度，则该机构中滑块B垂直位移可用曲柄转角正弦值表达。但是正弦机构在演变过程中得益于什么样的思维方式，教材中很少论及。　　图2倍角机构　　再看倍角机构（图2），教学中往往只讲该机构是利用了几何学中定理：圆周角等于同弧上圆心角的一半，于是曲柄中心O自然为圆心，摇杆中心C必固定在曲

5、柄销运动轨迹的圆周上。从而使学生认为倍角机构只有两个运动构件，是三构件机构，它与四杆机构没有关系，导致学生思维僵化。6　　以上例子所涉及的机构演变方法虽然可以开阔学生的眼界，得到一些创新思路的启发，但还只能使学生思维局限在具体的机构中进行一些模仿性的创新设计，难于取得在原理上不同于已有机构的创新设计。　　2.1机构变换原理与发散―收敛思维方式　　应用机构运动变换原理中的机架变换和主动件变换方法来创新机构时，不同机架和主动件的选择方式及分析其对机构运动带来的影响，就体现出设计者思维发散性和收敛性。　　图3四杆机构的机架变换

6、法　　采用发散思维可以对四杆机构选择不同的机架，变换成曲柄摇杆机构（图3a）、双曲柄机构（图3b）和双摇杆机构（图3c）。同样，也可以将思维发散到考虑机构运动副变换的情形。图4就是扩大转动副或者改变运动副形式所形成几种演变机构。其中，a～b是转动副B的三种不同变换方式的机构，实质上三者都是曲柄摇杆机构。d～f是转动副D演化成的曲柄滑块机构。可见，发散思维越灵活，机构创新的形式越丰富。　　图4四杆机构的运动副变换　　2.2构件形态变换原理与变异性思维方式　　变异性思维在机构创新中也常采用。图5a表示的正弦机构，两移动副的导

7、轨相互垂直，其运动输出件丁字架的行程是曲柄长度的两倍（2r）。若把丁字架的垂直导轨改变角度或者改变形状，运动会有什么变化？还能叫正弦机构吗？　　图5正弦机构中构件形态变换创新6　　图5b是使两导轨夹角从直角变为?%Z角，丁字架行程由2r增大为2r/sin?%Z。图5c是将垂直导轨变成圆弧形导轨，当圆弧形导轨半径取为r时，其丁字架作有停歇的往复直线运动，不再是正弦机构了。这种构件形态变换原理实质上运用了变异性思维。　　2.3机构同性异形变换与差异性思维方式　　同性异形机构是指运动性能相同而形态不同的一组机构。同性指机构的运

8、动特性相同，自由度数相同，输入、输出构件的运动规律相同。异形指机构的组成结构不同。同性异形变换就是根据原始机构，通过结构变换，找到一组运动性能相同而组成结构不同的机构族。　　同性异形机构变换的典型例子――由双转块机构演化成的十字滑块联轴节（图6）和由双摇杆机构演化成的双圆盘联轴器（图7）。可见二者结构差异很大，但两种