原理方案的创新设计ppt课件.ppt

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1、第五章原理方案的创新设计引言方案设计阶段针对产品的主要功能提出原理性的构思，探索解决问题的物理效应和工作原理，并用机构运动简图、液路图、电路图等示意表达构思的内容。设计一般分为产品规划、方案设计、技术设计、施工设计等四个阶段。引言系统工程方法是将事物当作一个整体系统来研究，分析系统各组成部分之间的有机联系和系统与外界环境的关系，是较全面的综合研究方法。在原理方案设计过程中往往利用系统工程的观点、方法解决复杂的问题。原理方案的设计是发散—收敛的过程。从功能分析入手，通过创新构思探求多种方案，然后进行技术经济评价，经优化筛选，

2、求得最佳原理方案。引言求总功能求功能元解系统原理解最佳原理方案明确任务黑箱法功能树创造技法、设计目录评价法求功能元形态学矩阵总体方案分析创造技法、设计目录探索抽象分解搜索组合收敛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(Function)的概念。5.1功能设计法功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。它与产品的用途、能力、性能等概念不尽相同。功能的描述要准确、简洁，合理地抽象，抓住其本质，避免带有倾向性的提法。例:取核桃仁问题的不同功能描述的原理解法。“壳仁分离”是其总功能较合理的描述。5.1.1

3、功能的描述砸壳外部加压：砸、夹、压、冲、射等压壳外部加压内部加压：内部加压力(如通入高压气体)整体加压，外压骤减，内压破壳壳仁分离外部加压内部加压：内部加压力(如通入高压气体)整体加压，外压骤减，内压破壳去壳：培育薄壳核桃；用化学方法溶壳功能描述原理解法系统工程学用“黑箱法”(B1ackBox)分析问题。对于复杂的未知系统，尤如不透明不知其内部结构的“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。5.1.1功能的描述设计出光电转换装置。液体增压装置，如

4、不同原理的水泵；各种原理的净衣装置(包括洗衣机)机电系统一般由驱动、传动、执行、测控四部分组成。5.1.2功能分类执行功能驱动功能传动功能测控功能在功能分析的基础上首先应对系统的原理方案进行总体分析。5.1.3原理方案的总体分析在确定的工作对象中，执行功能与工艺过程和执行元件密切相关，需要分析其工艺过程，在较大的领域内进行工作原理的搜索。1)数控加工成型法5.1.3原理方案的总体分析例5－1石墨电极加工设备总体原理方案的分析1)现成的数控铣床2)研磨成型法3)离散堆积成型法4)激光束聚焦法2)设计研磨机3)设计快速成型机4

5、)设计激光加工机5.1.3原理方案的总体分析例5－2螺纹加工机总体原理方案的分析切削加工，但车削、铣削刀具和工件运动都不同；无切屑加工，利用滚压加工进行搓丝，而由于执行元件的不同，也会有不同的搓丝机方案。5.1.4功能分解利用系统工程分解性原理将功能系统按总功能、分功能、……、功能元进行分解，化繁为简，以便通过各功能元解的有机组合求得技术系统解。功能分解可图示为树状的功能结构，即功能树。功能树起于总功能，按分功能、二级分功能……分解，其末端为功能元。功能元是可以直接求解的系统最小组成单元。5.1.4功能分解例5－3激光分层

6、实体制造设备的功能分析5.1.5功能求解1．功能元解对功能元求解，是原理方案设计中重要的搜索阶段。一般通过以下几种方法求解：1)参考借鉴有关产品资料或专利；2)利用“设计目录”(详见5.2节)；3)运用各种创造技法探索新解法。对于印刷机、点钞机、包装机等都有从成叠纸中“分纸”的功能元，其功能元解如图。5.1.5功能求解例5-4输送液体原理解法分析波纹管水泵1)负压效应(1)利用压力P与容积V的关系，增大容积空间形成负压吸入液体，减小容积空间形成高压输出液体。5.1.5功能求解(2)利用流速与压力的关系即文丘里喉管原理。喉管

7、原理5.1.5功能求解2)惯性力效应(1)利用离心惯性力将水引出，一般离心泵、化工系统的考拉泵都是应用这种原理。(2)利用往复运动的惯性力。惯性泵5.1.5功能求解例5-4输送液体原理解法分析2)惯性力效应虹吸原理(3)虹吸原理。5.1.5功能求解例5-4输送液体原理解法分析3)毛细管效应热管5.1.5功能求解2．系统解每个功能元的一种功能元解进行有机组合即构成一个系统解。各功能元的解分别为n1、n2、…、nm个，则系统解最多组合出N=n1n2…nm个方案。一般采用形态综合法进行组合，将技术系统的功能元和相应的功能元解分别

8、作为纵横坐标列为形态学矩阵。功能元解功能元F1F2...Fi...Fm123…j…nL11L12…L1n1L21L22…L2n2Li1…Lij..Lm1Lm2LILII5.1.5功能求解例5-5行走式挖掘机的原理方案分析1)功能分析5.1.5功能求解物料取移取放物驱动传动取放移物驱动传动取放-E1-D2