机械系统功能原理设计

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1、第6章机械系统功能原理设计6.4设计实例——地面反恐防爆机器人6.3多功能专用钻床传动系统的设计6.1功能及其分类6.2功能原理方案设计机械系统功能原理设计(简称功能原理设计)的内容是构思能实现功能目标的新的解法原理。功能原理设计首先要通过调查研究，确定符合当时技术发展的明确的功能目标，然后进行创新构思，寻求新的解法原理，并进行原理验证，确定方案及评价，最后选择一种较为合理的方案。6.1功能及其分类6.1.1功能的描述19世纪40年代，美国通用电气公司的工程师迈尔斯首先提出功能的概念，并把它作为价值工程研究的核心问题。他认为，顾客

2、购买的不是产品本身，而是产品的功能。在设计科学的研究过程中，人们也逐渐认识到产品机构或结构的设计往往首先由工作原理确定，而工作原理构思的关键是满足产品的功能要求。功能是对于某一机械产品工作功能的抽象化描述，它和人们常用的功用、用途、性能和能力等概念既有联系又有区别。洗衣机的功用、用途、性能和功能的关系功能的描述要准确、简洁、抓住本质，不同的功能定义会产生出完全不同的设计思想和设计方法，寻找到不同的功能载体，得出完全不同的设计方案。6.1功能及其分类例如果将功能定义为“钻孔”，那么就只能联想到钻床，其思路就很狭窄。如果表述为“打孔”

3、，那么就可能联想到激光打孔机、钻床或冲床。如果再抽象一些，定义为“加工孔”，那么就有可能联想到激光打孔机、钻床、冲床、镗床、车床、线切割机、锻床、腐蚀设备等。新设计“钻”床的功能下定义时，不同的功能定义会产生出不同的设计方案。6.1功能及其分类例系统工程学用“黑箱法”来描述功能。对于复杂的未知系统，犹如不知其内部结构的“黑箱”，可以利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的联系、输入和输出，了解其功能、特性，从而进一步探求其内部原理和结构。把待求系统看做“黑箱”，分析比较系统输入输出的能量、物料和信号，输入输出的转换关系，从而来确定系

4、统的总功能。洗衣机未知系统的总功能物料分离黑箱与系统总功能6.1功能及其分类例6.1.2功能的分类从不同的角度出发，功能可以有各种不同的分类。按其性质、用途、重要程度和逻辑关系可将功能作如下分类。1.基本功能与辅助功能基本功能是产品所具有的用以满足用户某种需求的效能，也就是产品的用途或使用价值，如手表的基本功能是“指示时间”。产品的基本功能根据定义的不同可以有一个或数个，如冷暖空调夏天用于制冷、冬天用于制热，具有两个功能，当然，也可以把冷暖空调理解为一个功能，即调节室温。6.1功能及其分类辅助功能是与基本功能并存的、次要的、附带的

5、功能。它可以使产品的功能更加完善，但如果没有它，产品并不失去基本使用价值。如自行车后面的书包架、轿车内的音响与空调、电视机的遥控装置等。1.基本功能与辅助功能有时却很难严格加以区分，例如洗衣机的“清洗”与“甩干”可以把甩干视为清洗的辅助功能，但在洗衣物的过程中它们是不会分离的两个动作过程，因此，在全自动洗衣机中，可以把两者视为一个统一的基本功能。6.1功能及其分类2.目的功能和手段功能任一功能的存在都有一定的目的，因此任何功能，不论是基本功能还是辅助功能都可视为目的功能。而该目的功能往往又是实现另一目的之手段，相对另一目的来说，它

6、又是一种手段功能。3.使用功能和表观功能(1)使用功能是指产品的实际使用价值，如铣齿机的“加工轮齿”、手表的“指示时间”等功能都是使用功能。(2)表观功能是在使用功能的基础上，对产品起美化、装饰作用的功能，它是通过造型设计实现的。6.1功能及其分类在市场竞争激烈的情况下，在众多品牌产品使用功能都达到要求的前提下，产品的外观造型起着重要的促销作用。尤其是在现代化的环境里，产品的表观功能通常是造就文明环境的重要手段功能。而对于工艺品，其使用功能与表观功能则往往合为一体。4.必要功能和不必要功能必要功能是指用户所需要的功能，包括产品的基

7、本功能和辅助功能。由于产品的使用功能和表观功能是通过基本功能和辅助功能来实现的，因此，必要功能也包括使用功能和表观功能。有人在风扇的扇叶保护罩上设计很多图案，希望这种设计能增加风扇的表观功能，然而这些图案饰物既容易被灰尘污染，又影响了风扇的排风效果，所以增加这种表观功能完全没有必要。6.1功能及其分类6.2功能原理方案设计基于功能原理方案设计包括原理方案的功能原理分析、功能分解、分功能求解和功能原理方案确定等5项内容，就是求取一个最佳的功能系统的解，构成一个原理方案，实现所提出的创造目标，并满足周边的各种限制条件。1．功能原理分析

8、任何一个机械产品的功能目标确定后，经过功能分析和综合，就能针对产品的主要功能提出一些原理方案。例如设计孔加工设备，总体原理方案可以是激光打孔、机械加工、腐蚀等，不同的原理和加工工艺会有不同设备。例2．功能分解产品和技术系统的总体功能称为产品的总功能