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机械创新设计实验

8.1概述

机械创新设计(MechanicalCreativeDesign，MCD)是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学

技术成果(含理论、方法、技术原理等),进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装

置)的一种实践活动。它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、

适用性等；二是创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。

机械创新设计（MCD）的一般过程分为四个阶段，见图8.1所示。

图8.1机械创新设计的一般过程

1、确定（选定或发明）机械的基本原理

它涉及机械学对象的不同层次、不同类型的机构组合，或不同学科知识、技术的问题。

2、机构结构类型综合及优选

结构类型综合及其优选是机械设计中最富有创造性、最有活力的阶段，但又是十分复杂和困难的问题。它涉

及到设计者的知识、经验、灵感和想象力等众多方面。

3、机构运动尺寸综合及其运动参数优选

其难点在于求得非线性方程组的完全解，为优选方案提供较大的空间。随着优化法、代数消元法等数学方法

引入机构学，使该问题有了突破性进展。

4、机构动力学参数综合及其动力参数优选

其难点在于动力参数量大、参数值变化域广的多维非线性动力学方程组的求解。

完成上述机械工作原理、结构学、运动学、动力学分析与综合的四个阶段，便形成了机械设计的优选方案。

然后，即可进入机械结构创新设计阶段，该阶段主要解决基于可靠性、工艺性、安全性、摩擦学的机构设计问题。

综上所述，机械创新设计有如下特点：

1、涉及多种学科，如机械、液压、电力、气动、热力、电子、光电、电磁及控制等多种科技的交叉、渗透与融

合；

2、设计过程中相当部分工作是非数据性、非计算性的，必须依靠在知识和经验积累基础上思考、推理、判断，

以及创造性发散思维（灵感、形象的突发性思维）相结合的方法；

3、尽可能在较多方案中进行方案优选。即在大的设计空间内，基于知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并

优化设计方案；

4、机械创新设计是多次反复、多级筛选过程，每一设计阶段有其特定内容与方法、但各阶段之间又密切相关，

形成一个整体的系统设计。

机械创新设计技术和机械系统设计(SD)、计算机辅助设计(CAD)、优化设计(OD)、可靠性设计(RD)、摩擦学

设计(FD)、有限元设计(FED)等一起构成现代机械设计方法学库,并吸收邻近学科有益的设计思想与方法。随着认

识科学、思维科学、人工智能、专家系统及人脑研究的发展，认识科学、思维科学、人工智能、设计方法学、科

学技术哲学等已为MCD提供了一定的理论基础及方法。

可以说，机械创新设计是建立在现有机械设计学理论基础上，吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方

法学、发明学、创造学等相关学科的有益成份，经过综合交叉而成的一种设计技术和方法。

8.2基于机构组成原理的拼接实验

8.2.1实验目的

1．加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性；

2．培养学生的工程实践动手能力；

3．培养学生创新意识及综合设计能力。

8.2.2设备和工具

1．创新组合模型一套；

1）机构搭接框架一个；

2）各种平面低副、杆件，杆长可在80mm－340mm内无级调整，各种常见的杆组可根据需要自由装配，如图

8.2—8.6所示。

图8.2移动副相联图8.3转动副的联接

图8.4齿条与构件以转动副相联图8.5构件与机架以转动副相联

图8.6构件与机架以移动副相联

3）八种轮廓凸轮构件，其从动件可实现八种运动规律：

00

（1）凸轮1：等加速等减速运动规律上升200mm，余弦规律回程，推程运动角180，远休止角30，