第一篇：机械创新设计教学大纲
一、课程信息 《机械创新设计》教学大纲（理论课程及实验课程适用）课程名称（中文）：机械创新设计 课程名称（英文）：Mechanical creative design 课程类别：专业方向课课程性质：选修 计划学时：32（其中课内学时：32，课外学时：0）计划学分：2 先修课程：画法几何及机械制图、机械原理、机械设计、机械制造基础、理论力学、材料力学、金属材料及热处理、机械产品设计学 选用教材：《创新思维与机械创新设计》，温兆麟编著，机械工业出版社，2012 年；
非 自编 开课院部：机电工程学院 适用专业：机械设计制造及其自动化课程负责人：
课程网站：
二、课程简介（中英文）《机械创新设计》系统地讲授了创新思维及其在机械创新中的应用，其目的是使学生建 立机械创新设计的合理知识结构，培养学生的创新意识和创新能力。本课程内容包括“克服思维定势、激发创新潜能”，“组合创新”，“类比创新”，“仿生创新”，“逆反创新”，“还原创新”，“系统思维创新”以及“专利基本知识”等 8 个部分内容，其中“组合创新”和“仿生创新”是教学重点。在讲授创新思维原理与方法的同时，本课程注重理论联系实际，对于每一种创新思维，都结合机械的实践，举例分析了它在机械设计中的应用。本课程的亮点是引 用了丰富的创新实例，举一反三，从而达到融会贯通的效果，并将德育融合在创新思维空间 中，引导学生培养高尚情操，融传授知识、培养能力、提高素质为一体。
“Mechanical creative design“ systematically presents innovative thinking and its application in mechanical innovation.The purpose is to enable students to establish a rational knowledge structure of mechanical creative design, and cultivate students＇ innovative consciousness and innovation ability.This course covers eight topics such as “overcoming the mindset, stimulating innovation potential“, “combinatorial innovation“, “analogy innovation“, “bionic innovation“, “reversible innovation“, “restore innovation “, “system thinking innovation“ and “basic knowledge of patent “, with “combinatorial innovation“ and “bionic innovation“ as the focus.In addition to instruction of innovative thinking principles and methods, this course also focuses on linking theory with practice.For each innovative thinking, its applications in mechanical design are analyzed combined with mechanical practices and examples.The highlight of this course is that abundant innovative examples are introduced so as to achieve the effect of mastery by drawing inferences.Besides, moral education is comprised in the creative thinking space to guide students to cultivate noble sentiment, thus to integrate knowledge imparting with ability training and quality improving as a whole.三、课程教学要求 序号 专业毕业要求 课程教学要求 关联程度 1 工程知识 建立机械创新设计的合理知识结构 H 2 问题分析 能够应用创新思维原理与方法对机械产品的创新性进行 分析 H 3 设计/开发解决方案 能够在机械产品设计中有意识地对创新思维原理与方法 加以运用。
M 4 研究 5 使用现代工具 6 工程与社会 7 环境和可持续发展 8 职业规范 培养学生的创新意识和创新精神 M 9 个人和团队 10 沟通 11 项目管理 12 终身学习通过创新思维原理与方法、典型创新案例的学习，激发 创新意识，掌握基本创新方法，为培养创新能力奠定基 础。
L 注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。
四、课程教学内容 章节 名称 主要内容 重难点关键词 学时 类型 1.创新的基本特征 理论讲授 1.创新与社会进步 2.创新人才的关键特 一 绪论 2.创新的特征与基本原理 征 2 3.创新教育与人才培养 3.创新意识 4.创造力 二 克服思维定势、激发创新潜能 1.创新思维的障碍：思维定势 2.培养创新习惯，激发创新潜能 1.思维定势 2.培养创新习惯 3.开发创新潜能 2 理论讲授 三 组合创新 1.组合创新的主要方式和一般规律 2.组合创新理论在机械创新设计中的应用 3.并联机构应用的领域及其构型研究 1.组合创新 2.组合要素、组合的内容、组合的手段 3.组合的主要方式 4.组合的一般规律 5.串联式机构组合、并联式机构组合、复合式机构组合、叠加式机构组合 5 2 理论讲授 课堂讨论 四 类比创新 1.类比创新原理与步骤 2.类比创新的主要方法 3.类比创新的事例 4.类比创新在机械创新设计中的应用 1.类比创新的主要方法 2.直接类比、象征类 比、因果类比、综摄类比 2 2 理论讲授 课堂讨论 五 仿生创新 1.仿生创新原理 2.仿生创新的分类 3.仿生机械 1.仿植物创新、仿动物创新、仿人创新 2.形态仿生、结构仿生、功能仿生 3.仿生机械手、仿生步行机械、仿生爬行机 器、仿生游动机器、仿生飞行器 5 2 理论讲授 课堂讨论 六 逆反创新 1.逆向思维及其分类 2.逆反创新的本质及其应用 3.逆反创新在机械创新设计中的应用 1.反向探求/顺序、位置颠倒/ 巧用缺点/ 补集式思维 2.机构的死点、主动件与从动件的互换 2 理论讲授 七 还原创新 1.还原创新原理 2.还原创新在机械创新设计中的应用 1.还原创新 2.反求工程 3.起重机械的还原创新 2 理论讲授 八 系统思维创新 1.系统思维方法 2.系统思维创新在机械创新设计中的应用 1.系统思维创新的原则 2.广义机械系统 3.设计的全面性、设计的系统性、设计的综合最优化 4 理论讲授 九 专利的形成与申请 1.专利的基本知识 2.申请专利的步骤 3.专利申请实例 1.专利申请的原因 2.专利的类型与属性 3.专利信息的利用 4.申请文件 2 理论讲授 五、考核要求及成绩评定 序号 成绩类别 考核方式 考核要求 权重（）备注 1 期末成绩 课程报告 课外完成 60 百分制，60 分为及格 2 平时成绩 课堂讨论 分组进行 30 根据主题制作 PPT 讲解，讲解内容整理成文档提交；
依据讲解情况和文档质量给小组打分，组长以小组得分为平均分给组员打分。百分制，60 分为及格。平时表现 出勤情况 听课情况 10 3 次未参加课程则无法获得学分 注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。
六、学生学习建议 （一）学习方法建议 1.学习创新思维原理与方法，应注重理论联系实际，结合机械的实践，分析它在机械设 计中的应用，并结合丰富的创新实例，举一反三，达到融会贯通的效果。
2.创新能力可以通过学习、教育、训练、实践、激励等培养，应注意学习创新的基本知 识，注重应用和实践，有意识地运用创新的技法，通过创新的活动，创造性地解决生活和社 会中存在的各类问题。
（二）学生课外阅读参考资料 《机械创新设计》第 2 版，张春林主编，2008 年；
机械工业出版社 《创新设计：TRIZ 发明问题解决理论》，檀润华，2002；
机械工业出版社 《机械创新设计》，罗邵新，2008 年；
机械工业出版社 《机械创新设计》，高志等编著，2009 年；
清华大学出版社 《机械创新设计》，杨家军，2008 年；
科学出版社 七、课程改革与建设（选填）制订人签字：
教研室主任签字：
院部负责人签字：
修订时间：
2017 年 月 日
第二篇：机械创新设计课程教学大纲
《机械创新设计》课程教学大纲
课程名称：机械创新设计
英文名称：Machinery Innovation Design 课程代码：11113103
一、课程基本情况
1．学分： 2 学时： 32（理论学时： 28 实验学时： 4）2．课程类别：专业限定选修课
3．适用专业：机械设计制造及其自动化 4．适用对象：本科
5．先修课程： 机械原理 机械设计 机械制图 6．教材与参考书目
教 材：《机械创新设计》，高志 刘莹 编著，清华大学出版社，2009年。
二、课程介绍
机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发,重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍,以及创新设计的实例的引入,使学生对创新的方法有了更全面的了解.从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力.此外通过创新失误的原因了解,提高从事创新设计的实践成功率.在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。
三、课程内容、学时分配及教学基本要求
第一章（单元）绪论（共2学时）
（一）教学内容： 第一节 创新的含义
知识要点：，创新的实用性和新颖性 第二节 创新的意义
知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力 第三节 创新与设计
知识要点：创新是设计的本质属性 第四节 创新学与创新教育
知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。
第五节 设计理论与教育
知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。
第六节 本课和的教学内容和方法
知识要点：本门课程的教学内容是介绍创新机械设计的典型方法和生动的实例。教学重点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为的理解。
教学难点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系的理解。
（二）教学基本要求：
1．基本知识、基本理论方面 “了解创新的含义”，“理解创新的意义”，“懂得创新与设计的关系”，“掌握创造学的基本理论”。
2．能力、技能培养方面 “了解创新活动是人类最复杂，最高级的实践活动”，“初步掌握创新与设计的关系”，“掌握创新性对设计理论及教育的基本要求”。
第二章（单元）机械创新设计的表达方法（共4学时）
（一）教学内容：
第一节 表达在设计中的作用、知识要点：机械设计表达的三大类型 第二节
黑箱表示法
知识要点：黑箱表示法只表达功能是什么，而不表达怎么办的问题。第三节 功能草图表示法
知识要点：这种表示法只需要表达针对关键问题的所采用的技术手段 第四节 机械设计表达实例(1)、知识要点：缝纫机的主要功能和辅助功能
第五节 机械设计表达实例(2)、知识要点：针式打印机主要功能和辅助功能 第六节 机械设计表达实例(3)知识要点：硬币计数包卷机的主要功能和辅助功能 教学重点：各实例的结构组成 教学难点：各设备的功能原理
（二）教学基本要求：
1．基本知识、基本理论方面要分层次写明“了解表达在设计在的作用”，“理解人大脑对信息存储和处理过程”，“懂得黑箱表达法指的是功能是什么，而不是怎么做”，“掌握黑箱表达法的物质守恒、能量守恒以及对环境的需求与影响”，“熟练掌握功能草图表达法”。
2．能力、技能培养方面要分层次写明“了解功能草图表达真正目地”，“初步掌握功能草图法的具体应用”，“掌握缝纫机、针式打印机、硬币计数包卷机设备的结构”，“熟练掌
握掌握缝纫机、针式打印机、硬币计数包卷机的原理及构思过程”。
第三章（单元）机械创新设计的选题（共2学时）
（一）教学内容：
第一节 提出问题比解决问题更重要 知识要点：提出问题在创新实践中的作用 第二节 社会需求是创新的动力
知识要点：正确的和捕捉社会需求是机械设计选题的基本的途径 第三节
科技进步对创新设计的作用
知识要点：科学技术的发展为机械创新提供了新的手段 第四节 生产发展对创新设计的作用
知识要点：生产的各环节只有相互配合,才能达到生产能力的平衡 第五节 根据遇到的“不方便”确定选份
知识要点：在生活中发现不方便,解决这种不方便 第六节 根据遇到的“意外”便确定选题
知识要点：根据遇到的“意外”便确定选题是一种成功率效高的创新方法 第七节 根据事物的关键弱点确定选题
知识要点：发现弱点,发挥自已优势,才能有趁对性的创新
教学重点：在生活,生产和各类实践活动中,善于观察问题,去解决问题是创新的关健 教学难点：怎样在生活中发现问题,发现不方便,发现需求
（二）教学基本要求：
基本知识、基本理论及能力培养方面“了解机械创新选题中提出问题比解决问题更重要”，“理解机械设计应用的社会需求性”，“懂得科学技术对创新设计的作用”，“掌握通过不同的意外所带来的选题技巧”。
第四章（单元）功能原理创新设计（共4学时）
（一）教学内容：
第一节 功能设计的意义 知识要点：功能设计的原理与方法 第二节 工艺功能设计方法
知识要点：工艺功能设计的原理与方法 第三节 综合技术功能设计方法
知识要点：综合技术功能设计的原理与方法 第四节 功能组合设计方法
知识要点：功能组合设计的原理与方法 第五节 设计目录方法
知识要点：对设计目录方法的理解 第六节 功能元素方法
知识要点：功能元素物理解法目录的掌握 第七节 发明问题解决理论
知识要点：发明问题解决技术系统中的冲突 第八节 公理化设计方法
知识要点：公理化设计方法科学化思维过程 教学重点：各种创新方法的理解 教学难点：各种创新方法的具体应用
（二）教学基本要求：
基本知识、基本理论及能力、技能培养方面使学生了解各种创新设计方法的基本理论,懂得利用这些创新设计方法解决生活中的各类问题。
第五章（单元）机构创新设计（共4学时）
（一）教学内容： 第一节 简单动作功能机构设计
知识要点：简单动作功能机构的特点和应用 第二节 机构组合创新设计方法
知识要点：把机构进行组合是机械设计的重要方法 第三节 机构变异设计
知识要点：机构变异原理及应 第四节 机构再生运动链方法
知识要点：机构再生运动链法的创新设计流程 教学重点：机构的特点及应用 教学难点：机构的特点及应用
（二）教学基本要求：
通过本章的学习使学生能了解熟悉常用的一些创造性机构组成及原理，并有效地尝试应用这些创造性机构，去进行创新实践。
第六章（单元）结构创新设计（共4学时）
（一）教学内容： 第一节 结构设计意义及结构变异设计方法
知识要点：对创新思维在机械设计中的重要应用 第二节 结构组合创新设计方法
知识要点：结构组合已有的技术要素及特点 第三节 引入新的结构因素
知识要点：被引入的结构及性能 第四节 引入新的逻辑方法及引入新的设计理念
知识要点：应用新的逻辑方法及引入新的设计理念去巧妙解决技术难题
教学重点：对各种结构及组合基本原理及技要点的掌握 第五节 教学难点：引入的新的结构因素,新的逻辑方法新的设计理念在现实生活中的应用
（二）教学基本要求：
充分发挥学生创新结构的设计能力，进行一些新的机构,组合的原理与方案构思与设计,从而达到开阔学生思维、培养学生的创新设计能力、掌握机械创新设计的一般规律和法则、提高学生的创新设计素质，特别是创新设计理念与创新能力的培养目的，以适应我国市场经济、全球科学技术发展特别是机械工程技术发展的需要。
第七章（单元）一般创新设计技法（共4学时）
（一）教学内容：
第一节 头脑风暴法
知识要点：头脑风暴法的应用及注意事项。
第二节 变异创新方法
知识要点：变异创新方法的特点及应用。第三节 组合创新方法
知识要点：组合创新方法的特点及应用。
第四节 机遇利用法
知识要点：机遇利用法的特点及应用。
第五节 技术移植法及逆向构思法
知识要点：技术移植法及逆向构思法的特点及应用。教学重点：各种创新技法的特点 教学难点：各种创新技法的应用
（二）教学基本要求：
熟悉掌握一般创新设计技法的程序、应用及注意事项。
通过本章的学习，使学生能熟悉常用的一些创新技法，并有效地尝试应用这些创新技法，去进行创新实践。
第八章（单元）创造力开发（共2学时）
（一）教学内容： 第一节 创造力的含义与特征
知识要点：创造力的含义与特征的理解 第二节 创造力的基本属性
知识要点：创造力的基本属性的理解 第三节 创造力开发的内容,途径,一般方法
知识要点：创造力开发的内容,途径,一般方法的掌握 第四节 影响创造开发的基本要素
知识要点：影响创造开发的基本要素的掌握
教学重点：创造力开发的内容,途径,一般方法 教学难点：影响创造开发的基本要素的理解
（二）教学基本要求：
通过本章的学习，使学生对机械创新设计建立感性的认识，激发创造的激情，探索创新设计之路，以期有所创造、有所发明。
第九章（单元）创新失误分析（共2学时）
（一）教学内容：
第一节 失误的经验是宝贵的财富 知识要点：失误产生与预防
第二节 脱离社会需求导致创新失误 知识要点：脱离社会需求所造成失误的分析 第三节 违背科学原理导致创新失误 知识要点：要充分认识科学原理的重要性 第四节 过期发明导致创新失误 知识要点：创新前展性的重要意义 第五节 不合时宜导致创新失误 知识要点：对不合时宜的创新的分析 第六节 思维方式与创新失误的关系
知识要点： 思维方式与创新失误的关系理论的掌握 教学重点：各种创新失误的分析及理解 教学难点：对各种创新失误的的预防
（二）教学基本要求：
通过对前人各种创新失误的总结和分析,使学生对创新失误的各种原因有一个全新的认识,同时,更深的了解可能造成失误的各种原因,有利于在今后的生活中减少失误,提高创新的成功率.四、课内实验环节及要求
慧鱼模型创新设计实验 , 空间机构创新设计实验（共4学时）
(1)认识了解机器的一般构成原理。
(2)了解所组装的机器模型的工作原理，以及在工业中的实际用途。(3)加深对机械传动、计算机控制和机电一体化装置的感性认识。(4)锻炼动手和协作能力，培养逻辑思维和开拓创新的意识。
五、考核办法
1.考核方式：（考查）2.考核形式：（开卷）
3.成绩核定：课程成绩＝平时出勤（30％）+期末开卷考试（70％）
大纲制订人：王宇清
教学院长： 王世刚
院长（主任）：曲波
第三篇：机械创新设计.
机械创新设计实训设计说明书
小广告清除专用工具
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
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