机械设计学 第三章 机械产品的功能原理设计

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1、第三章　机械产品的功能原理设计本章重点：功能的概念、功能原理设计的特点和内容、机械功能基本类型以及对应的求解思路、创新性思维的基本知识。§3-1概述一、功能原理设计1、定义：针对产品的主要功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。即应用某种“物理效应”通过某种“作用原理”来实现“功能目标”的结果。例如：点钞机分离功能原理构思下一页基本要求：通过授课、练习、课堂讨论等环节，体会功能原理求解的构思过程及思维特点。对简单动作功能及工艺功能这两类基本功能作测绘及设计构思练习。2、重点：创新构思。例如：洗衣机功能原理的改进3、创新与市场竞争潜力。例：两种喷墨打印机4、产品

2、更新换代的三个途径：改革工作原理；改进工艺、材料和结构以提高技术性能；加强辅助功能使其更适应使用者的心理。第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述返回第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述返回第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述二、功能原理设计的工作特点1、新的物理效应代替旧的物理效应；例如，手表的发展三、功能原理设计的任务和主要工作内容1、任务：寻找一种物理效应和相应的作用原理以实现所追求的功能目标。2、引入某种新技术（新材料、新工艺……）。关键是新想法（NewIdea）。如超导技术－磁悬浮列车3、使机器品质发生质的变化；2、主要工作内容：构思能实

3、现功能目标的新的解法原理。包括明确功能目标、创新构思、模型试验、修改完善构思、评价选优等工作内容。功能原理设计的工作步骤和工作内容市场调查需求发现任务确定信息收集资料研究多向联想弱点发现问题剖析建立准则评价比较明确功能目标酝酿解法原理改进、完善解法原理选出满意解用户调查功能澄清目标建立权衡利弊去劣存优改错修正完善提高创新构思思维实验模型试验第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述四、功能、功能单元和功能结构1、功能：功能是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述，是指某一机器（或装置）所具有转化能量、运动或其它物理量的特性。系统工程学用“黑箱”（BlackB

4、ox）来描述功能：任何一个技术系统都有输入和输出。把技术系统看成一个输入输出信息流S（Signal）、能量流E（Energy）和物料流M（Materiel）的黑箱能力：功率、转速性能：效率、耐用性、振动用途：驱动电扇、机床功用：作原动机电动机功能：将电能转变为旋转运动的动能。黑箱：系统内部结构完全未知的技术系统。白箱：系统内部结构完全已知的技术系统。灰箱：系统内部结构部分未知的技术系统。第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述2、功能元素从系统论的观点看，一个系统可以分解为一些子系统，那么一个系统的总功能也应该可以分解为一些分功能。放出---吸收传导---绝缘

5、集合---扩散引导---阻碍转换---回复放大---缩小变向---定向调整---激动联结---开断结合---分离接合---拆开贮存---取出把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，并把这些基本动作理解为“功能元素”，由这些“功能元素”可以构成任何技术系统的复杂的总功能。典型的基本动作共有12对。四、功能、功能单元和功能结构第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述3、功能单元把机器中的总功能只分解到“功能单元”，这样的功能单元是既有一定的独特性，又有一定复杂程度的技术单元。功能单元的概念与零件、部件、或机构的概念是有区别的，前者特别适宜于在功能原理设计时进行原理性

6、解法的构思。四、功能、功能单元和功能结构例：硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。形式不同的硬币点钞机例：硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述四、功能、功能单元和功能结构硬币计数包装机的外形及硬币总功能的黑箱描述1－硬币堆放，输送功能单元2－硬币排列，分选，挑残功能单元3－硬币分选，计数功能单元4－硬币堆码、整理功能单元5－送纸，撕纸功能单元6－硬币包卷功能单元7－卷边功能单元第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述四、功能、功能单元和功能结构第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述4、功能结构和功能分析一个系统的

7、总功能可以逐步分解为很多分功能。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计总体方案的过程，这个过程往往不是一次完成，而是随设计工作的逐步深入而不断修改、不断完善的。第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述4、功能结构和功能分析硬币计数包卷机的功能结构图第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述4、功能结构和功能分析第三章　机械产品的功能原理设计§3-1概述五、功能原理的基本类型与解法特点1、基本类型：（1）动作功能：以实现动作为目的的功能。（2）工艺功能：以完成对对象物的加工为目的的功能。（3）综合技术功能：综合应用机、光、电、磁、热、化等各种“广义物理效应”

8、更好地去实现各种动作功能