机械创新设计之冷热组合风扇分析

第一篇：机械创新设计之冷热组合风扇分析

冷热组合风扇设计

姓 名：

学 号：

班 级：机械

指导教师：

目 录

摘要...................................................................................................................1 第一章 绪

论......................................................................................................2 第二章 风扇的行业状况与市场分析..................................................................3

2.1风扇的行业现状......................................................................................3 2.2倾斜固定风扇的市场分析......................................................................3 第三章 冷热组合风扇的构思与原理..................................................................5

3.1作品创新设计背景..................................................................................5 3.2设计理念..................................................................................................6 3.3设计原理..................................................................................................6 3.4创新设计特点..........................................................................................6 3.5工作流程模拟..........................................................................................6 第四章 部分零件结构及系统设计......................................................................7

4.1单相异步电动机......................................................................................7 4.2叶片结构..................................................................................................8 4.3控制开关..................................................................................................9 4.4外壳造型................................................................................................10 第五章 基于pro.e的实体设计和虚拟装配....................................................11

5.1 pro.e实体设计概述............................................................................11 第六章 心得体会与设计总结............................................................................12

6.1 设计心得...............................................................................................12 6.2设计小结................................................................................................12 参考文献..............................................................................................................13

摘要

夏季，人们常用电风扇驱走酷热，到了冬季，人们又常用电暖扇取暖，而台式电风扇和台式取暖器的外形很相似，基于此，利用创新思维和技巧设计出将二者的功能相结合的冷热组合电风扇，实现夏扇冷风，冬出热风的效果，通过对市场需求的调查与分析，大胆提出了这一创新设计理念，对相关零部件进行结构和系统设计，并用三维绘图软件pro.e作图零件并虚拟装配，同时根据人机工程学的知识，使其造型美观、安全可靠、经济实用，让人能体验到风扇的使用价值，实现低能低碳的效果。

关键词: 组合，叶片，电热片，控制开关

第一章 绪

论

风扇已是千家万户的必需生活用品，如何能利用外型结构，能更人性化，更方便人们使用风扇，达到节约能源的目的，这个就是本设计的重点内容。众所周知，随着我国教育事业的不断发展，继而推动各种院校的兴起，必然导致越来越多的住宿生，也就带来学生宿舍的增长。然而，就在这样一种社会进步与发展的趋势与我国人均资源紧张的相向矛盾下，往往越能节能，利用有限空间发挥尽可能大的使用功能，成为了人们最求的目标。面对一年又一年的高校扩招，学生宿舍的建设更是重点，如何利用仅有的空间来办更多的事就理所当然的成为当今高校和学生们的关注。

据调查现在社会上多数的高校，他们全只是片面的考虑到学生宿舍楼的通风条件，根本又或者是很少会从学生宿舍内部的空间布置去考虑。因此，我们从学生宿舍内部的布置来合理设计出这样一套冷热组合风扇，在国内外是实属罕见的！2

第二章 风扇的行业状况与市场分析

2.1风扇的行业现状

随着我国经济的持续发展和人民生活水平的不断，广大人民群众对家居生活环境的期望值也在同步上升，这反过来刺激了我国家电行业的快速发展，其中，电风扇和家用空调器已成为城镇居民消费纳凉的两大主流产品。

目前我国城镇居民百户电风扇拥有率己达200%，电风扇是目前我国最为大众化的纳凉家电产品，由于它吹出的是室温风而非冷风，严格讲并不能划入冷风机范畴，但它能加快人体汗液蒸发，降低体表温度，加之价格便宜和耗电量较少，因而获得广泛使用。目前，新一代电风扇业已问世，它能模拟自然风(山风、湖风)，设有微风档，双风叶能360度摇头，电耗仅为40瓦，超薄壁扇电机厚度仅16毫米，并具红外、超声、无线电等迢控功能。尽管如此，当室温接近或高于体温、相对湿度过大时，电风扇的功效会显著降低，久吹人体反而会感到种种不适。

2008年受金融危机影响，我国电风扇同比下降了11%，2009年家电下乡促使家电产品产量明显提升,其中家用电风扇产量增长达9.6倍。电风扇的热销很大程度上得益于产品外观的新颖和功能的人性化。电风扇企业要想在市场上站稳立足并引领潮流，在产品的外观和功能上下些功夫，不失为快速提高市场份额的好方法。

随着市场的发展、消费者审美习惯的转移以及健康节能观念的不断深入等，电风扇在功能和外观上的适时变换也是大势所趋。

2.2倾斜固定风扇的市场分析

据近几年，我国电风扇市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励电风扇产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对电风扇市场的关注越来越密切，这使得电风扇市场推广策略与营销渠道开发的发展研究需求增大。市场容量远未饱和按照通常的观点来看，电风扇不但早已普及，而且需求量也已受到了空调的制约。而实际上，电风扇的市场容量远远

没有饱和。

第一，电风扇和空调之间本身就存在着较大的功能性差异，因为“降温”的概念并不能完全替代“自然防暑”和“通风”的概念。

第二，电风扇往往会被认为是普及率最高的家电产品，而实际情况却并非如此。例如，今年3月，根据两家市场调查公司对上海部分家庭的电风扇拥有情况进行的调查显示，每百户家庭中的电风扇拥有量仅为169.3台(其中约24%的电风扇还是在去年“非典”时期购买的)，竟然低于空调的拥有量(172.5台)。

第三，近几年来，电风扇的外销量一直呈稳中有升的态势，而且在数量上也成倍地超过了空调，如去年电风扇的出口数量是空调(整机)的10倍。

第三章 冷热组合风扇的构思与原理

3.1作品创新设计背景

夏日炎炎来临之际，由于经济或是成本的因素，风扇取代高成本的空调得到广泛运用。特别是台式风扇，因其结构简单且重量较轻而得到广泛的运用，然而，当冬日的气息来临，人们只能收起这质轻便携式的台式风扇，换上造型结构皆貌似台式风扇的台式蜂窝型取暖器。如此，可以总结出：在同一个环境下，需根据气温冷暖情况交换使用台式风扇与台式取暖器。所以，通过一定的创新构思与技法，将二者的功能进行综合，设计出适用于同一环境不同时间的冷热组合风扇。

夏季用风扇

冬季用取暖器

3.2设计理念

质量高，耗能低，体积小，轻型便捷，安全可靠。

3.3设计原理

采用组合创新技法，将夏季用风扇送冷风功能与冬季用取暖器送热风功能进行组合，在风扇叶片上镶嵌蜂窝型电热片，及对控制开关增添转换功能，并根据人机工程学，对造型重新描绘，设计出能实现冷热双重功能的新型冷热组合风扇，实现夏扇冷风，冬出热风的设计效果。

3.4创新设计特点

（1）冷热双重功能同时实现；（2）风扇叶片巧妙镶嵌设计；（3）控制开关能方便转换；（4）造型安全，实用，美观。

3.5工作流程模拟

拨动电源开关，拨至“开”状态，拨动“功能”开关旋钮，按至“冷”方位，再拨动”档位“开关，可旋至“零档”，“一档”，“二档”，“三档”，冷热组合风扇送出冷风，档位的变化控制电机的稳定调速以调节风速大小；拨动“功能”开关旋钮，按至“热”方位，再拨动“档位”开关，可旋至“零档”，“一档”，“二档”，“三档”，冷热组合风扇送出热风，档位的变化控制蜂窝型电热片的通电叶片数量以调节风速的大小；拨动电源开关，拨至“关”状态。

第四章 部分零件结构及系统设计：

4.1单相异步电动机

1.型号：YSY 2.级数：4级 3.额定功率：0.12KW 4.额定电压：220/110V 5.额定转速：1150r/mm 6.额定频率：50Hz 7.净重：0.37Kg

4.2叶片结构

不改变风扇叶片动力性能参数，镶嵌蜂窝形状电热片，此为本作品的核心创新设计。

1.叶片光滑度：适中 2.叶片弧度：轻微小量弧度 3.叶端间隙：3~4mm 4.叶片数目：3片 5.叶片间距：120° 6.叶片倾角：6° 7.叶片曲率：光滑 8.电热片厚度：1.5mm

4.3控制开关

1.电源开关:“开”与“关”两种状态 2.功能开关：“冷”与“热”两种功能

3.档位开关：“一档”、“二档”、“三档”三种档位

4.4外壳造型

1.材料：ABS塑料 2.颜色：浅绿

3.成形工艺：注塑模工艺 4.人机工程与造型配合程度：适中 5.实用性：良好

6.安全性：极高（倒下自停联动装置）

第五章 基于pro.e的实体设计和虚拟装配

5.1 pro.e实体设计概述

pro.e实体设计是具有国际先进水平的三维设计软件，它使实体设计跨越了传统参数化造型在复杂性方面受到的限制，不论是经验丰富的专业人员，还是刚接触pro.e实体设计的初学者，pro.e实体设计都能提供便利的操作。其采用鼠标拖放式全真三维操作环境，具有无可比拟的运行速度、灵活性和强大功能，使设计更快，并获得更高的交互性能，真正使得实体设计做到了简单易用。

采用pro.e实体设计软件进行设计具有以下优点：

第一，pro.e实体设计采用工程应用的特征（如孔、槽、螺纹、圆角、倒角等）作为构造零件的基本单元，改变了传统二维CAD以几何设计为主的方式，使设计过程更加直观，设计人员可以将更多的精力用在创造性的产品构思上，提高了设计效率。

第二，三维装配设计使设计人员可以准确进行结构和曲面复杂的部件设计。通过施加约束与配合关系，采用拖放方式操作，使得零件装配就像搭积木一样方便，对装配、子装配的零件、装配特征、约束及辅助视图以记录树形式进行管理，可以完成装配件爆炸、剖切、干涉检查、运动仿真、最小间隙计算、零件列表等活动，避免了需要试制样机再验证更改完善设计的周期过长、劳动强度高等弊端。

第三，pro.e实体设计能自动处理从相片真实感到线框的渲染风格。设计环境下集成的真实纹理、贴图和表面凸痕效果可用于体现诸如螺纹和隔栅等设计细节。可生成具有相片真实感的图象和生成任意数量的平行光、点光源或聚光光源；其特殊效果包括雾化效果和胶体效果。同时智能动画提供了复杂的关键帧动画功能，包括三维动画轨迹编辑和渲染效果图以 GIF 和PDF文件的形式输出，非常适合做设计作品的模拟演示及与他人的直接沟通。

正是pro.e实体设计的以上众多优点，本次创新设计我选择了它。

第六章 心得体会与设计总结

6.1 设计心得

这次设计思想来源于大学的生活，所以所具有的功能也是为大学宿舍生活的方便而设置的。因此就产生了制作冷热组合风扇的想法。首先是和几个同学一起商讨了该方案的可行性，最后得到了一致的肯定。但是在很多课程的安排下，时间比较紧凑，所以比较多的方面缺少详细的思考和信息，但是我还是能够克服重重困难，大体上完成了这次的设计。至于所遇上的问题，例如在制图的时候，要经常趁舍友没有用电脑的时候再用他的电脑来制图，首先要画风扇的零件图，然后再装配。由于电脑出了问题，所以用cad出不了二维图，只能用pro.e出三维图，缺少了一部分的线条，只能说这不是办法中的办法。但是通过这次的创新设计，真的学会了很多知识，还加深了对一些制图软件的了解，并得到一定的提升。而这些都不重要，重要的是让我们明白，创新就在我们生活的周边，无处不在，只是我们没有用心去发现，用心去探讨。

因此我就想，21世纪正是一个讲求科技创新的世纪中华民族的崛起渴望着拥有创新精神与创新能力的人才。虽然说，人才的培养重要的还是个人的努力，但是毋庸置疑的是，环境的力量仍不容忽视。而学校、科技俱乐部、各类科技创新奖励机制乃至整个社会就正是这样的环境。我是幸运的，因为我身处这样一个积极的环境，但是在许多地方，有许多我的同龄人则未必有如此的幸运。正如我的室友所说：“有一些地方，学校并不鼓励（创新活动）。”我想，倘使有一天，整个国家都能够积极倡导培养科技创新型人才，全社会都能够鼓励扶持科技创新活动，那么，中华民族的崛起便是指日可待的。

6.2设计小结

经此次创新设计，重新认识了“创新”的含义。我认为，理解“创新”，需从三个方面。

第一，创新具有能得到广泛群体认同的价值性。从“发明”诞生以来，任何

产品的产生，都是依附着价值的实现，没有价值的产品不是产品，更不能成为创新的范畴。

第二，创新具有独特匠心的新颖性。采用全新的理念或是技术进行设计，及在已有技术的基础上重新设计，达到机构创新、结构创新、造型创新的效果，能突破常人下意识感觉，才能堪称创新。

第三，创新具有能得到广泛运用的实用性。任何创新产品的出现，其最终归宿将是运用实际生活，服务于广泛或是部分群体，以方便人的生活起居，工作学习，及审美研究。

而此次冷热风扇的创新设计，功能更多的倾向于体现创新的价值型与实用性，造型的效果给人以新颖性。

同时，我还认为，创新并不是构思理念上天马行空，也不是理论上文字阐述，更不是一篇设计说明书的信笔涂鸦。“创新”牵连着“设计”、带动着“制造”、运行于“自动化”，这就需要着重考虑几个问题。第一，有限空间的尺寸协调设计；第二，有限尺寸的承载能力设计；第三，制造的工艺性与可行性；第四，自动化技术的有效运用。

参考文献

[1] 王茂元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社,2006 [2] 孙志礼.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社，2003 [3] 邹慧君.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2004 [4] 郑志祥,张磊.机械零件[M].北京：高等教育出版社,2002 [5] 陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京：高等教育出版社,2000 [6] 陈大先.机械设计图册[M].北京：高等教育出版社,2002 [7] 王玉新.机构创新设计方法学[M].天津：天津大学出版社,1996

第二篇：机械创新设计

学习机械创新设计后的感想与收获

机信087 王橙岩 08080803110239

机械创新设计技术是一门培养学生创新意识、提高学生综合素质、启发创新思维、注重工程能力培养、介绍机械创新设计方法与机电产品制作实践的课程。而机械创新设计正是以培养学生主动实践、工艺实践及创新能力的一门课程。

通过老师的讲解与播放多媒体典型机电产品设计案例的分析与指导，使我进一步了解了创新设计、产品制作的过程与方法。紧接着老师让我们分组亲自动手设计一件物品，在实践中我培养和锻炼创新能力，加深了知识的理解与动手能力。机械创新，精髓便在创新二字，虽然身在大三，阅历尚浅，然则阅历过多 则多会犯经验主讲之错误，很多人也由于知识过多而导致思想严重保守，从而失去了创新能力，因此从这一方面看，阅历少既是我们的劣势，同时也是优势，劣势在于我们所接触知识不多，从而导致思想与实际情况相脱离甚至相违背，而优势则在于思想不受限制，许多突发厅想便在瞬间产生，其摆脱传统，得到创新。很多人谈到设计首先想到的是“我的能力不足，我的学历不够”首先就进行了自我否定，认为设计是一件很难的事，是一件常人很难企及的事。其实设计并不是灯塔上的明珠，难以企及，只要我们注意生活、观察生活中的不足，就一定能设计出我们想要的产品。

以前听电视上讲了一个未读完初中的保安，觉得现现代马桶不好用，尤其是那种自动抽纸的马桶。所以想方设法对其进行了改进，最后经过一年的努力终于发明了一种机械式马桶。很多大公司纷纷找上

门要购买其专利，有的甚至高达两百万。值的我们深思的是，这些公司人才济济，而且都是名校的高材生„„

一个未念完初中的人，让一群高材生都汗颜。他没有什么特别之处，但他有那种敢想敢做的精神，并为之不懈努力。他没有认为自己该有什么文凭，所以设计发明也是大众的事，人人都是发明家，人人都是设计师。

另外我们研究学问的同时我们也要更多的注重人际交往的能力，交往是更好的合作的前提，只有更好的交往才能更好的合作，才能做出最棒的产品，我们可以想象一个不会交往的人，纵使他在有才华，也是很难做出一件十分完美的产品的，因为一个人的力量，一个人能想到的问题，一个人的创意毕竟有限，只有依靠大家的力量，通力合作才能做出更伟大的成就，我们可以想象在现在这样一个科技发展迅速的世界里，时间就是金钱，时间就是效率，只有抓住时间通力合作，才能缩短时间，才能缩短上市时间，才能抓住商机，创造更大的价值，所以交往并非是演说家的专利，更是技术家的专利，交往是每个人应该掌握的一门技能，它不但服务于我们的社会生活，还可以服务于我们的工作学习，所以交际是一门学问，每个人都要学习的。

我们平日所学习的，多为课本上的理论知识，然而无数事实证明理论与实际是有区别的，理论上成立的东西实际上可能很难完成，除此之外，我们在实践中亦可以学习不少课本上从未出现的东西，通过学习这些，我们的动手能力与实践能力在很大的程度上会有所加强，从而使自己的综合素质能够上一个台阶，这些对我们进入社会都会有

十足的好处，毕竟，现代社会追求的是拥有综合素质的人才，只有在大学里通过积极参与各项活动，才能充分地锻炼自己，才能使自己的能力得到锻炼，才能使自己成为社会需要，用人企业需要的人才，这样才不辜负自己在大学的几年学习。

第三篇：机械创新设计.

机械创新设计实训设计说明书

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实训班级： 组长姓名： 组员姓名： 组员姓名： 组员姓名： 组员姓名： 组员姓名： 组员姓名： 组员姓名：

学号： 学号： 学号： 学号： 学号： 学号： 学号： 学号：

目录

摘要..................................................................................................................................................3 1 课题背景及意义...........................................................................................................................3

1.1 课题背景............................................................................................................................3 1.2 创新设计意义....................................................................................................................3 2 设计条件与要求...........................................................................................................................3

2.1..............................................................................................................................................3 2.2..............................................................................................................................................3 2.3..............................................................................................................................................3 3 方案选择.......................................................................................................................................4

3.1..............................................................................................................................................4 3.2..............................................................................................................................................4 3.3..............................................................................................................................................4 4 结构设计.......................................................................................................................................4

4.1..............................................................................................................................................4 4.2..............................................................................................................................................4 5 分析计算.......................................................................................................................................4

5.1..............................................................................................................................................4 5.2..............................................................................................................................................5 6 创新点及应用...............................................................................................................................5

6.1..............................................................................................................................................5 6.2..............................................................................................................................................5 6.3..............................................................................................................................................5 7 总结..............................................................................................................................................5

7.1..............................................................................................................................................5 7.2..............................................................................................................................................5 8 参考文献.......................................................................................................................................5

摘要 课题背景及意义

1.1 课题背景

1.2 创新设计意义 设计条件与要求

2.1

2.2

2.3 方案选择

3.1

3.2

3.3 结构设计

4.1

4.2 分析计算

5.1 理论分析与计算

5.2 工作原理 创新点及应用

6.1

6.2

6.3 总结

7.1

7.2 参考文献

附图： 附图一 附图二 …… 附图N

第四篇：机械创新设计

机械创新设计中的机构创新设计

摘要

机械创新设计是指规划构思出新颖有价值的机械产品的活动过程，而机构创新是机械创新设计的一个重要方面。本文首先简述了机械创新设计的内涵，随后针对机构创新方面进行了举例说明，最后以折叠式担架车为实例对机构创新在机械设计创新中的应用进行了简要介绍。关键词

机械 创新 设计 机构 再生 原理

一、机械创新设计概述

1、引言

机械设计是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。一般来说，机械设计分为以下几步：第一步就是敢发现问题，感悟需求；第二步是弄清问题的本质；第三步是寻求问题的科学原理解，解决问题都是要遵循科学原理或利用科学规律、现象；第四步是选定科学原理解，规划工艺动作，规划功能；第五步是机械系统的构思，尺度综合；第六步是机械系统的评价选优；第七步是对被选定机械系统作结构设计；第八步是造型包装设计。

创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。起源于拉丁语，它原意有三层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变。创新是人类特有的认识能力和实践能力，是人类主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。

机械创新设计是充分发挥设计者的创造力和智慧，利用人类已有的相关科学理论、方法和原理，进行新的构思，设计出新颖、有刨造性及实用性的机构和机械产品[1]。

2、机械创新设计的内涵

狭义的机械创新设计是指规划构思出新颖有价值的机械产品的活动过程，它的标志是设计产品具有新颖性。广义的机械创新设计应该包括设计思想方法、手段的创新。一般情况下，机械创新设计被理解为狭义的。

从机械的定义、机械设计过程看机械创新设计的内涵主要在以下几方面[2]： 1)产品功能的创新设计。包括满足人类需求的全新功能的产品和增加新功能的产品的创造。

2)完成产品功能的新的科学原理的运用。

3)实现工艺动作的新规划，用工艺动作完成产品功能是机械产品的重要特征。4)机械系统的创新组合。

5)机构创新，包括基本机构的演变创新和机构的组合创新。

6)结构创新。机器由具体的功能结构结合而成，结构元素的变化构成机械创新设计最为具体的部分。

7)检测控制系统创新。8)产品造形创新。

机械创新设计的实质内容是“新”字，构成一个机械产品的某一部分相对于旧有产品而言，具有新颖价值，其设计过程中就进行了创新设计。机械创新设计只是机械设计过程中，对产品规划构思的某些部分作了新颖有价值的设计。机械创新设计只是机械设计中的一个环节，前者不能取代后者。

本文将针对机构创新这一点，阐述机构学相关理论在机械创新设计方面的应用。

二、机械创新设计中的机构创新

1、新机构的创新设计

任何一个设计，其首要工作应明确设计目的和设计任务以及设计出机构应实现的功能。机械系统的功能分析是机构创新设计中非常重要的环节，是后续设计的基础。最基本的功能分析是确定输入、输出运动形式和相关约束条件，从而总结出为实现所需功能所需的机构自由度、各类型构件数目、机构中各类运动副的分配情况等[3]。在进行机械装置的功能分析之后，可根据现有的单铰运动链图谱找出满足机构自由度要求和基本功能要求的单铰运动链，且这些仅含连杆与转动副的所有单铰运动链原型可作为下一步创新综合的基础。

例如，要求设计一个能较精确地实现预期运动规律(将转动变换为移动)的传动系统——凸轮控制机构。则可确定凸轮为原动件，滑块为输出构件，该凸轮要求恒速转动，以驱动滑块沿固定导轨移动。而滑块要按规定的行程作往复运动。按以上要求分析，机构的自由度为l，应选择F=l的运动链，而满足需求的最简单运动链为平面四杆链。由于机构中存在凸轮高副，且输出为移动副，则应对四杆机构进行运动副的替代，不难发现替代后运动链为1R1P1Z[4]形式(R为转动副、P为移动副、Z为凸轮高副)。同时可明确输入运动为转动，构件1为驱动件(即为凸轮)，输出运动为移动，构件3为输出件(滑块)，构件2为相对固定的机架，从而得到其机构简图如图2-1所示。滚子4并非运动链中的构件，在此只是起到减少凸轮副磨擦损耗的作用。

图2-1平面四杆运动链替代后的机构

若要满足力或运动的扩大功能，则可分别选择瓦特链与斯蒂芬森链为原型的六杆运动链并使机构中同时存在凸轮高副和齿轮高副。先来讨论瓦特链的形式，如图2-2所示。根据运动副替代方法，可将瓦特链中的构件2与转动副B和C替代为凸轮副HS，构件l则为凸轮；构件4与转动副E和G替代为齿轮副HS，构件3为齿轮，构件5为齿条也即是滑块。接下来确定出三元素杆6为机架，即可设计出机构运动简图，如图2-3所示。图中l为主动凸轮，通过主动凸轮带动齿轮3摆动，再通过齿轮齿条的啮合，实现滑块5的往复移动输出，达到预期功能。

图2-2 替代后的瓦特链

图2-3 根据瓦特链创作的机构

再来看斯蒂芬森链，如图2-4所示。可将构件2和转动副B和C替代为凸轮副HS，构件1则为凸轮；构件5与转动副E和F替代为齿轮副HS，构件3为齿轮，构件6为齿条。此时三元素杆3既是与凸轮连接的从动杆，又是齿轮。三元素杆6则

既可能成为带固定齿条的机架(如图2-5a所示)，也可能成为与机架通过移动副连接的齿条滑块(如图2-5b所示)。从而可能得出两种不同结构的机构。

图2-4替代后的斯蒂芬森链

图2-5 根据斯蒂芬森链创新出的机构

图2-5a方案是以构件6为带固定齿条的机架，当输入转矩驱动凸轮1转动时，利用凸轮传动使齿轮3实现往复摆动，由于齿轮3与机架6所含齿条的啮合，齿轮3的中心相对于机架6成往复直线运动，再通过齿轮3与滑块4的铰接，最终形成滑块4相对于机架6的往复直线运动输出。图2-5b方案是以构件4为机架，通过凸轮驱动输入转动，再通过凸轮1将转动传递给齿轮3，齿轮3与滑块齿条6啮合，使滑块齿条6相对机架4作往复移动输出。在上述方案中为减少凸轮上的磨擦损耗均采用了滚子结构。

2、基于原机构的再生创新与综合

另一种基于现有装置的再生创新综合，其设计全过程可分如下5步：(1)明确所设计机器的功能要求，并作相关调研；(2)根据已有的机构将其转换成仅含构件和转动副的单铰运动链；(3)是根据原型单铰运动链的基本特性进行构型综合，即在机构自由度保持不变的情况下，根据需要可适当调整原机构杆件数，并对其各类运动链型综合而获得所有独立异构的运动链；(4)是根据设计的功能需求与约束条件，选取满足条件的运动链，并进行机构的演化与创新；(5)最后进行机构的结构化设计，得到机械装置的运动简图[5]。现以一个凸轮控制机构的创

新设计为例作简单讨论。

已知一凸轮控制机构使一个大质量M，按给定的行程D作往复运动，要求根据创新综合方法，提出其它设计方案，并要求比原机构能获得更大的机械效益。

首先应明确机构设计的基本功能是用机械效益大的凸轮控制机构去驱动连接点P，同时机构的自由度应为1。为简化问题，仅研究驱动点P之前的传动机构，它是F=1的凸轮摇杆机构，其对应运动链如图2-6所示。

图2-6 传动部分运动链图

接下来进行运动链的综合。因创新机构需要获得更大的机械效益，故应考虑增加机构杆件数。为保证自由度不变，最少应增加2个杆件，则得到新装置应为六杆运动链，它仅有2种独立异构型式，即瓦特链与斯蒂芬森链。以斯蒂芬森链为例，根据功能需求进行结构的演化。因该装置为凸轮控制机构，必然进行运动副的替代，即用一个凸轮副去替代运动链中的一个二元素杆与2个转动副，故得到演化后运动链，如图2-7所示，其中虚线表示的Hs即是凸轮副的替代部分[6]。

图2-7 斯蒂芬森链的代替

3、机构创新设计应用实例

折叠式担架车车能在急救中快速实现担架与担架车的转换，大大降低了急救时间。

图3-1 折叠式担架车的机构运动简图

如图3-1所示，台板承担病人，支杆和连杆通过若干个转动副与台板相连。该设备中应用了4个万向轮，同高度的4个为一组，展开时一组工作，折叠时另一组工作。连杆之间由转动副连接，该担架车由2套这种杆机构组合而成，其中左右对称的支杆－触板连杆－短连杆分别组成2套复合铰链。根据需要该车有2个工作状态：高位工作状态和低位工作状态。高位工作状态是该车作为担架车急救时推行所用；而低位工作状态则是该车作为担架或进入救护车时所用[7]。

当需要将担架车折叠或将其推上救护车时，只需要挨着锁死挂钩的急救人员将挂钩7旋转就可以打开，如图2所示。其后面的急救人员用力向前推，前面的支杆3’撞到车沿，向里面扣进来。由长连杆6’，短连杆5’和触板连杆4’组成的杆机构也就是E点向右上方移动，之后带动长连杆6’，在连杆6’的作用下，向右拉动支杆3，支杆3也随动向里面扣进去。随后由触板连杆4，短连杆5和长连杆6组成的杆机构，也就是B点向左上方移动，带动长连杆6，同时又给支杆3’ 一个向里面扣的力。这样就实现了自动平稳折叠的功能。在支杆全部收进去后，旋转挂钩，挂在车体的台板L点的柱销上，就实现了折叠时的锁死，其示意图如图3-2所示。

图3-2 折叠式担架车示意图

如果想要将担架车展开，只要将L点挂钩旋转，向外扳动一个触板连杆。例如扳动触板连杆4’，如图3-3所示，由连杆组成的转动副短连杆5’和触板连杆4’运动到一条直线上。连在E点的长连杆6’驱动支杆3展开。长连杆6也就是H点向右下方运动，同时驱动触板连杆4，短连杆5组成的转动副成一条直线，驱动支杆3展开，最后经长连杆之间它们相互作用成展开状态。展开后将挂钩挂在支杆的柱销上进行锁死。

图3-3 折叠式担架车的折叠状态

结论

进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。运用机构学原理进行机械设计创新，首先要学习掌握相关的机构理论与已有的结构，才能在创新思维的指导下进行创新设计。参考文献

[1] 潘兆庆，周济.现代设计方法概论[M].北京：机械工业出版社，1991.[2] 孙建明.浅谈机械创新设计[M].全国机械设计教学研究，2005：52-54 [3] 黄茂林，秦伟.机械原理[M].重庆：重庆大学出版社，2002.[4] Johnson R C.机械设计综合[M].陆国豪，译.北京：机械工业出版杜.1987.[5] 罗金良，黄茂林.自适应运动链的构型综合及应用研究[J].机械设计与研究.2006，22(5)： [6] 冯俊.机构创新综合方法的应用[J ].机械设计,2009(4):45-47.[7] 王志学，刘一鸣，贾连斌，王凤兰.折叠式担架车机构创新设计[J].机械设计，2010（8）：

第五篇：机械创新设计

《创新设计》单元测验1

一、单项选择题

1、齿轮轮齿的啮合所构成的运动副属于（）。(C)A、移动副 B、低副 C、高副 D、转动副

2、新产品设计开发的第一个阶段是（）。(B)A、研究设计阶段 B、调查决策确定阶段 C、样机试制阶段 D、方案设计阶段

3、机械零件由于某些原因不能（）时称为失效。(C)A、工作 B、连续工作 C、正常工作 D、负载工作

4、下面不属于机械零件的失效形式的是（）。(D)A、整体断裂 B、过大的残余变形 C、表面破坏 D、摩擦

5、下面不属于机械零件的设计准则的是（）。(A)A、美观准则 B、刚度准则 C、强度准则 D、可靠性准则

6、通常把机构解释为（）。(A)A、具有确定相对运动构件的组合B、具有确定相对运动元件的组合

C、具有确定相对运动机件的组合 D、具有确定相对运动零件的组合

7、在平面机构中，机构的原动件的自由度应为（）。(B)A、0 B、1 C、2 D、3

8、在平面机构中原动件数目（）机构的自由度时，该机构的运动将不完全确定。(C)A、大于 B、等于 C、小于 D、以上都不正确

9、平面机构具有确定运动的条件是（）。(B)A、机构的自由度大于零

B、机构的自由度等于原动件数

C、机构的自由度大于1 D、机构的自由度小于零

10、在一个零件的磨损过程中，代表使用寿命长短的是（）。(B)

11、国家知识创新体系包括（）。(D)

A、知识创新体系 B、技术创新体系 C、知识传播系统和知识应用系统 D、以上均是

12、目前世界上的发明专利（）掌握在发达国家手里。(A)A、90% B、80% C、70% D、60%

13、我国关键技术对外依存率达到（），与发达国家的差距还非常大。(B)A、40% B、50% C、60% D、70%

14、美国经济学家舒彼特在1912年出版的“经济发展理论”中提出创新的具体内容包括（）。(D)A、采用新技术 B、生产新产品 C、研制新材料和开辟新市场 D、以上均是

15、在国际竞争中，国防、工业、农业等领域内的竞争越来越表现魏科学技术能力和人才的竞争，特别是（）的竞争。(B)A、高技能型人才 B、创新型人才 C、高学历型人才 D、科技复合型人才

16、从创新的内容来看，一般把创新分为（）。(C)A、知识创新和技术创新两部分 B、知识创新和应用创新两部分 C、知识创新、技术创新和应用创新三部分 D、应用创新和技术创新两部分

17、知识创新又称为（）。(C)A、技术创新 B、应用创新 C、理论创新 D、文化创新

18、社会实践中，创新方式指（）。(D)

A、由无到有的创新 B、从由到新的创新 C、凭空创新 D、包括A和B项

19、自行车和缝纫机应属于（）。(A)A、机器 B、机构 C、通用零件 D、专用零件 20、一般的机械钟表应属于（）。(B)A、机器 B、机构 C、通用零件 D、专用零件

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21、（）可以用来代替人的劳动，完成有用的机械功或实现能量转换。(B)A、机构 B、机器 C、构件 D、零件

22、构件是机器中每一个独立（）的刚性单元体。(B)A、制造 B、运动 C、分析 D、设计

26两构件在未构成运动副之前，在空间中它们共有（）个相对自由度。(D)A、3 B、4 C、5 D、6

29、在平面机构中，如果引入一个平面低副（转动副和移动副），则提供（）个约束。(B)A、1 B、2 C、3 D、4 30、在平面机构中，如果引入一个平面高副，则提供（）个约束。(A)A、1 B、2 C、3 D、4

二、多项选择题

1、(ABCD)要进行机械创新首先应了解机械原理（）方面。

A、机构结构和运动分析基本知识 B、机器动力学

C、常用机构的分析与设计 D、机械系统的方案设计

2、机械原理研究的对象是（）。(AD)A、机构 B、构件 C、运动副 D、机器

3、机构结构分析的主要内容和目的是（）。(ABCD)A、研究机构的组成及机构运动简图的绘制

B、掌握机构具有确定运动的条件 C、研究机构的组成原理 D、研究机构的结构分类

4、关于运动副的解释下面的叙述正确的是（）。(ABC)A、运动副是一种连接

B、运动副由两个构件组成

C、组成运动副的两个构件之间有相对运动 D、运动副可以由一个构件组成

5、在绘制机构的运动简图的过程中，下面的叙述（）必须明确表示出来。(ABCD)A、构件的数目和长度

B、运动副的类型、数目和运动副之间的相对位置 C、机构的原动件 D、机构的机架

6、下面关于运动的分类，按照运动副接触部分的几何形状分类的有（）。(ABC)A、圆柱副 B、球面副 C、螺旋副 D、移动副

7、下面的机器是利用机械的振动来工作的有（）。(ABD)A、按摩机 B、振动台 C、发电机 D、振动运输机

8、对于静不平衡的转子，只需要（）就可以获得平衡。(AB)A、在同一个平面内增加一个平衡质量

B、在同一个平面内除去一个平衡质量

C、分别在两个平面内各增加一个平衡质量 D、分别在两个平面内各除去一个平衡质量

三、判断题

1、从运动学的角度看，机构与机器是相同的。（）(A)

3、各种机构都是用来传递与变换运动和力的可动装置（）。(A)

5、机构是把一个或多个构件的运动，变换成其他构件所需运动的确定运动构件系统（）。(A)

6、机器中独立运动的刚性单元体，称为零件（）。(B)

7、一个构件可以是不能拆开的单一整体，也可能是由若干不同零件组装起来的刚性体（）。(A)

8、虚约束对运动不起作用，也不能增加构件的刚性（）。(B)

9、若两个构件之间组成两个导路平行的移动副，在计算自由度时应算作两个移动副（）。(B)

11、当机构的自由度F>0，且等于原动件数，则该机构具有确定的相对运动（）。(A)

12、虚约束对机构的运动不起作用（）。(B)

14、机构的运动不确定，就是指机构不能具有相对运动（）。(B)

15、机构的运动简图是用来表示机构结构的简单图形（）。(B)

16、在绘制机构运动简图时，必须按比例绘制，否则，不能表明构件之间的相对运动关系（）。(A)

18、平面机构中如果有4个构件在同一处用铰链连接在一起，则它们构成了4个转动副（）。B

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19、平面机构中的虚约束，如果制造、安装精度不够时，会成为真约束（）。(B)

21、从机构组成看，机构可看作为构件与运动副的组合，也可以看作为原动件与机架和从动件的组合（）。(A)

22、只要两个以上的构件汇交在一起，并有回转副存在，就一定存在复合铰链（）。(B)

24、机构中有一个固定不动的构件称为机架，故机架相对于地面肯定是固定不动的()。(B)

25、构件是组成机构的基本要素之一，而运动副是机械原理中最重要的概念之一（）。(A)

26、从运动学的角度分析，任何机器都是由若干（两个以上）构件组合而成（）。(A)

27、构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链（）。(A)

29、同一机构因所取的原动件不同，有可能成为不同级别的机构，但当机构的原动件确定后，杆组的拆法和机构的级别就一定了（）。(A)30、当机械自锁时，机械已经不能运动，所以此时机械所能克服的生产阻抗力为小于等于零的值（第 ３ 页

共 3 页。(A)）