【正文】 第一章緒論第一節(jié)設(shè)計(jì)與文明勞動→勞動能力、思維能力→創(chuàng)造性設(shè)計(jì)的能力設(shè)計(jì)：通過制作使產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)思維能力具有創(chuàng)造性制作技能（建筑物的基礎(chǔ)工程，橋梁、建筑等大型基礎(chǔ)工程，挖掘機(jī)與汽車的行走系統(tǒng)）第二節(jié)設(shè)計(jì)與國家競爭力英、德、美、蘇、日第三節(jié)改善設(shè)計(jì)工作對我國的重要性制造大國與制造強(qiáng)國第四節(jié)設(shè)計(jì)與科學(xué)研究科學(xué)研究：求知欲與好奇心——發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律設(shè)計(jì)：需求——發(fā)明新產(chǎn)品第五節(jié)近代設(shè)計(jì)科學(xué)的重大發(fā)展一、“設(shè)計(jì)學(xué)”從古代到現(xiàn)代的三個發(fā)展階段 階段1：為“功能”目標(biāo)而發(fā)明某種器械階段2：以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展的機(jī)械設(shè)計(jì)體系，包括機(jī)械原理和機(jī)械零件。運(yùn)動學(xué)——動力學(xué)。階段3：回歸“功能”二、近代“設(shè)計(jì)學(xué)”的重大發(fā)展 “功能”(Function)思想的提出和發(fā)展 “人機(jī)學(xué)”(Ergonomics，Human Factor)思想的形成和發(fā)展“工業(yè)設(shè)計(jì)”(Industrial Design)學(xué)科體系的發(fā)展相成熟以上三項(xiàng)是近代設(shè)計(jì)學(xué)發(fā)展的核心內(nèi)容。同時：CAD/CAM技術(shù)、可靠性技術(shù)、有限元、優(yōu)化、并行工程等。三、“機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)”的學(xué)科組成 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)學(xué)科體系包括以下三方面：(1)功能原理設(shè)計(jì)(2)實(shí)用化設(shè)計(jì)(3)商品化設(shè)計(jì)船用抽水機(jī)功能原理構(gòu)思（圖略）第六節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)概述機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱?！霸O(shè)計(jì)”是把各種先進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一種手段和方法。它是從合理的目標(biāo)參數(shù)出發(fā)，通過各種方法和手段創(chuàng)造出一個所需的優(yōu)化系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的過程。由想法到產(chǎn)品的過程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程：認(rèn)識需求→目標(biāo)界定→問題求解→分析選優(yōu)→評價決策→表達(dá)→實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)：(1)多解性；(2)系統(tǒng)性；(3)創(chuàng)新性。第七節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的類型適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變型性設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)第八節(jié)概念設(shè)計(jì)第九節(jié)“設(shè)計(jì)過程”研究及其新發(fā)展設(shè)計(jì)過程、并行工程、協(xié)同設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)第十節(jié) 質(zhì)量功能配置(QFD)和質(zhì)量屋(House of Quality)質(zhì)量屋”是質(zhì)量功能配置（QFD）的核心QFD是一個非常結(jié)構(gòu)化的、矩陣驅(qū)動的過程，其運(yùn)行包括4個階段：（1）將顧客需求轉(zhuǎn)化產(chǎn)品特性 （2）將產(chǎn)品特性轉(zhuǎn)化成零件特性（3）將零件特性轉(zhuǎn)化成關(guān)鍵工藝操作（4）將關(guān)鍵工藝操作轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)要求第二章機(jī)器的組成及典型機(jī)器的功能分析有兩個或兩個以上相互聯(lián)系配合的構(gòu)件所組成的聯(lián)合體，通過其中某些構(gòu)件的限定的相對運(yùn)動，能將某種原動力和運(yùn)動轉(zhuǎn)變，以執(zhí)行人們預(yù)期的工作，在人或其他智能體的操作或控制下，實(shí)現(xiàn)位置設(shè)計(jì)的某種或幾種功能。從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度看：各種基本機(jī)構(gòu)，自由度=原動機(jī)數(shù)從結(jié)構(gòu)學(xué)的角度看：各種基本零件從專業(yè)的角度看：各種主要部件機(jī)器（總功能）分功能系統(tǒng) 1分功能系統(tǒng) i分功能系統(tǒng) n工作機(jī)傳動機(jī)工作頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動機(jī)控制器…………按行業(yè)按輕重按功能機(jī)器工藝類機(jī)器加工機(jī)床　通用機(jī)械食品機(jī)械動力機(jī)械 醫(yī)療機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械機(jī)密機(jī)械…………非工藝類機(jī)器紡織機(jī)械印刷機(jī)械——家用縫紉機(jī)（略）——點(diǎn)鈔機(jī)（略）第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)：針對主要功能的原理性設(shè)計(jì)。功能原理設(shè)計(jì)重點(diǎn)：盡量使思維盡量“發(fā)散”，力求多解，便于選優(yōu)。為什么要突出功能原理設(shè)計(jì)：功能原理設(shè)計(jì)對產(chǎn)品的成敗起決定性作用。任何一種機(jī)器的更新?lián)Q代都存在三個途徑：一是改革工作原理；二是通過改進(jìn)工藝、結(jié)構(gòu)和材料提高技術(shù)性能；三是加強(qiáng)輔助功能使其更適應(yīng)使用者的心理。第一節(jié)功能原理設(shè)計(jì)的工作特點(diǎn)和工作內(nèi)容用一種新的物理效應(yīng)來代替舊的物理效應(yīng)，使機(jī)器的工作原理發(fā)生根本的變化的設(shè)計(jì)。手動變速箱（圖略）液力變矩器原理（圖略）轉(zhuǎn)矩傳遞過程：（1）泵輪轉(zhuǎn)動，渦輪不動。（2）泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較大時，形成渦流。（3）泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速接近時，形成環(huán)流。磁帶機(jī)（圖略）無人駕駛小車（圖略）構(gòu)思新原理的步驟：明確功能目標(biāo)：裝設(shè)導(dǎo)向系統(tǒng)的費(fèi)用要小；允許擴(kuò)充和調(diào)整設(shè)備，變動運(yùn)輸路線；在擁擠的工作環(huán)境中小車能靈活運(yùn)行。提出的原理性設(shè)想：應(yīng)用慣性導(dǎo)航技術(shù)，利用所設(shè)參考點(diǎn)用于制程序給出理論軌跡并作軌跡誤差的修正；應(yīng)用傳感器引導(dǎo)繞過障礙物；在共建轉(zhuǎn)接戰(zhàn)上用超聲波定向，使小車實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。第二節(jié)功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu)機(jī)器（總功能）分功能系統(tǒng) 1分功能系統(tǒng) i　分功能系統(tǒng) n工作機(jī)傳動機(jī)工作頭原動機(jī)控制器…………執(zhí)行機(jī)構(gòu)什么是功能：某一機(jī)器(或裝置)所具有的轉(zhuǎn)化能量、運(yùn)動或其它物理量的特性。系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)：一個技術(shù)系統(tǒng)在以實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)時，其輸入量和輸出量之間的相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。系統(tǒng)工程學(xué)：用“黑箱”描述技術(shù)系統(tǒng)的功能技 術(shù) 系 統(tǒng)信息流S（進(jìn)行 能量流E 的轉(zhuǎn)換)物料流M輸入(IN)輸出(OUT)信息S能量E物料MS’E’M’（黑箱）（BLACK BOX)設(shè)計(jì)者的任務(wù)：使“黑箱”變成“白箱”：獲得一個完美的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。任何技術(shù)系統(tǒng)都可以視為三種流的處理系統(tǒng)：能量流、物料流、信息流。硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)外形圖（圖略）功能單元：將總功能分解成較為簡單的、具有一定的獨(dú)立性、可以直接求解“功能單元”，也稱“功能元”。直接實(shí)現(xiàn)總功能的各分功能稱為一階分功能；實(shí)現(xiàn)一階分功能的分功能稱為二階分功能，并以此類推。分解到末端的為功能元。硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)功能分解圖（圖略）功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)圖：用來表示各分功能之間關(guān)系的框圖。功能分析：由總功能分解為分功能，最后作出功能結(jié)構(gòu)圖。也可稱為“系統(tǒng)分析”。用功能樹法進(jìn)行露天礦開采挖掘機(jī)的方案設(shè)計(jì)（略）功能元組合：相容矩陣法露天礦開采挖掘機(jī)黑箱示意圖（圖略）第三節(jié)功能原理的發(fā)展歷史及基本類型功能原理設(shè)計(jì)的兩個工作特點(diǎn)：功能原理設(shè)計(jì)是一種綜合，無定法可循。功能原理設(shè)計(jì)所要求解的問題是有多解的問題，即既不是只有唯一解，也不是絕對無解，而且也很難得到絕對理想的解。功能原理分類：動作功能、工藝功能根據(jù)功能的技術(shù)特點(diǎn)分類：綜合技術(shù)功能：綜合運(yùn)用機(jī)、光、電、磁、熱、化……各種“廣義物理效應(yīng)”（非純機(jī)械）去實(shí)現(xiàn)各種動作功能和工藝功能?！瓣P(guān)鍵技術(shù)”（“Know How”）：某個企業(yè)或部門獨(dú)有的技術(shù)，暫時還沒有被別人掌握。磁記錄的記錄方式示意圖（圖略）功能類型總結(jié)：功能類型動作類工藝類簡單動作功能復(fù)雜動作功能工藝功能關(guān)鍵技術(shù)功能綜合技術(shù)功能（純機(jī)械）（廣義物理效應(yīng)）第四節(jié)兩種動作功能及其對應(yīng)的求解思路類型：簡單動作：一次性動作復(fù)雜動作第五節(jié)工藝功能及其對應(yīng)的求解思路工藝功能：工件頭和工作對象相互配合，實(shí)現(xiàn)一種功能。兩個重要因素：（1）采用哪種工藝方法（2）工作頭采用什么形狀和動作工藝功能的特點(diǎn)：工作頭的形狀、運(yùn)動方式和作用場是完成工藝功能的三個主要因素。犁的工作曲面，絞肉機(jī)，水刀切割工藝，家用切碎機(jī)，電火花加工原理圖，電火花線切割原理圖（圖略）物一場分析法：S：對象或物體(Substance)。主體(S1)，客體(S2)F：場，這不單指某種物理場，而是廣義地指S1向S2作用時發(fā)出的力、運(yùn)動、電磁、熱、光……一切作用場?！白钚〖夹g(shù)系統(tǒng)”：在任何一個最小技術(shù)系統(tǒng)中，至少有一個主體(S1)，一個客體(S2)和一個場(F)。缺一即不可能發(fā)生技術(shù)作用。用S—Field模式探求工藝功能原理的解法：尋求合理的F和S例：為了完成修剪草地的任務(wù)，如何構(gòu)思剪草機(jī)的工作原理?在這個問題里，S2是草地上的草。剩下的問題是尋找合適的F和S1了。首先要尋找各種可能被利用的F并加以分析和比較：拉力——可以拉斷草，但無法控制被拉斷的草的高度，無法使草地整齊。割斷力——像農(nóng)夫割麥一樣，需要握住草的上部才能割斷。剪斷力——利用剪刀刃合攏，可以剪斷。顯然，人們常常選擇剪斷力作為理想的F，當(dāng)然S1就只能是剪刀可以通過“完善”、“增加’’和“‘變換”的方法來尋求新的解法。1．完善：原設(shè)計(jì)中有時出現(xiàn)缺少F或S1的情況并因此而造成功能不良的后果。應(yīng)該通過補(bǔ)全F或S1的措施來使S—Field模式完善化。2．增加：一個最小技術(shù)系統(tǒng)至少應(yīng)具有SS2和F，但有時還應(yīng)輔以S’1和F’，才能更好地完成希望實(shí)現(xiàn)的功能。3．變換：對已有工藝功能解法中的S1和F進(jìn)行分析后，常?？梢园l(fā)現(xiàn)它們并非是不可替換的。有時通過變換可能會產(chǎn)生意想不到的好效果。焊接：氣焊、電焊、摩擦攪拌焊、超聲波焊（圖略）第六節(jié)關(guān)鍵技術(shù)功能、綜合技術(shù)功能及其求解思路一、關(guān)鍵技術(shù)功能（1）材料：例如高強(qiáng)度、高耐磨性、特殊的潤滑油、特殊輕質(zhì)材料(例如復(fù)合材料)、特殊物理性能要求等。（2）制造工藝：高精度、小的表面粗糙度、高的熱處理要求……。（3）設(shè)計(jì)：通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特殊的功能原理，尤其是實(shí)現(xiàn)以前從未有人實(shí)現(xiàn)過的功能或是比別人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能更好的功能水平。存儲技術(shù)：穿孔紙帶、磁盤、磁帶機(jī)、閃存、硬盤、微硬盤、光盤（圖略）關(guān)鍵技術(shù)的求解思路：“技術(shù)矛盾分析法”機(jī)電控制人工假手（圖略）解決思路：在傳動路線上再串接一套減速比i2＝10的減速裝置，然后通過兩個聯(lián)動的切換開關(guān)來操作。從不同的角度分析技術(shù)矛盾，則可以得到不同的分析結(jié)果，并可導(dǎo)出另一些解法。解決關(guān)鍵技術(shù)功能的特點(diǎn)：用常規(guī)技術(shù)或已有技術(shù)難以達(dá)到的技術(shù)難點(diǎn)，或是別人目前尚難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)高度、總的來說它的技術(shù)要求高，而解決的方法也往往是出奇制勝。二、綜合技術(shù)功能動作功能高速平面電機(jī)式自動繪圖機(jī)（略）工藝功能：非機(jī)械的工作頭連桿頭的爆炸切斷工藝（圖略）綜合技術(shù)功能的特點(diǎn)：在某些特定的條件下、采用廣義物理效應(yīng)。綜合技術(shù)功能的求解思路：物理效應(yīng)引入法。在人工臟器的設(shè)計(jì)中，需要一種微型液體泵來幫助體液循環(huán)。以前這種泵都是用微型電動機(jī)帶動微型機(jī)械泵來工作的。由于存在磨損等機(jī)械問題，效果不理想。有一位生物醫(yī)學(xué)專家想出了用金屬的熱膨脹效應(yīng)來做體液泵，效果很理想。用石英晶體振蕩器控制的電磁擺來代替機(jī)械游絲擺制成的石英電子鐘表，也是運(yùn)用物理效應(yīng)引入法的很典型的例子。在潤滑油中添加某些成分，就有可能使這種油在高壓或電場中產(chǎn)生特殊的性能(如粘性變大等)。在機(jī)械傳動中已經(jīng)在利用這些新效應(yīng)。近年出現(xiàn)的“機(jī)電一體化”或“機(jī)械電子學(xué)”，就是引入微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)物，它是物理效應(yīng)引入法中一個較突出的成功的例子。第七節(jié)功能原理設(shè)計(jì)的工作要點(diǎn)1．明確所要設(shè)計(jì)的任務(wù)的功能目標(biāo)，提出具體問題肌電假手：①／s的抓握運(yùn)動速度，以模仿人手的真實(shí)運(yùn)動。②手指觸物后，應(yīng)能產(chǎn)生50N左右的捏緊力，以滿足實(shí)際工作的需要。③所用微型電動機(jī)需在假手掌心中放置，故其外徑應(yīng)不大于￠20mm。④傳動機(jī)械的效率應(yīng)足夠高，以保證充電電池至少能工作1天。2．調(diào)查、分析已有的解法原理，供設(shè)計(jì)時參考手的結(jié)構(gòu)，牽引式假手，大腦控制假手，德國OTTO BOCK公司產(chǎn)品3．進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思、尋求更合理的解法原理設(shè)計(jì)者應(yīng)該有一個信念：現(xiàn)有的產(chǎn)品決不是頂峰，肯定還會有更好的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。要爭取由自己推出新一代的創(chuàng)新產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者應(yīng)重視基本科學(xué)知識的積累，避免陷入一些違反基本科學(xué)原理的“錯覺”。例如，有人設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式的“功率增大器”，認(rèn)為能把小功率輸入變?yōu)榇蠊β瘦敵?，他采用了一種特殊的行星齒輪傳動方式來實(shí)現(xiàn)他的理想。當(dāng)然，他所作的原理設(shè)計(jì)中存在著基本力學(xué)知識上的錯誤。4．初步預(yù)想實(shí)用化的可能性大量例子說明一個好的原理構(gòu)思最后不能成為產(chǎn)品。在專利文獻(xiàn)中有大量的專利都沒有能夠成為有用的技術(shù)。其中部分的原因就是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、材料和工藝問題無法得到合理的解決。這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題。5．認(rèn)真進(jìn)行原理性試驗(yàn)這是功能原理設(shè)計(jì)階段的最后一步，也是最重要的一步。在進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思時，盡管反復(fù)檢驗(yàn)過他的發(fā)明原理。但是實(shí)際做一下試驗(yàn)，往往會出現(xiàn)意想不到的問題。例如在假手的原理試驗(yàn)時，發(fā)生手指捏緊后的反彈松脫現(xiàn)象，令人百思不得其解，不知是何原因。后來才弄清楚，這是在切換時有一瞬間出現(xiàn)了兩個離合器同時處于脫開的狀態(tài)。使得手指失控，造成反彈松脫。找到了原因，才采取了相應(yīng)的措施，解決了上述反彈問題。6．評價、對比、決策必須要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評價和對比，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的對比結(jié)果來做出決策。設(shè)計(jì)工作過程中，有兩項(xiàng)重大決策問題：一是在創(chuàng)意階段，這是決定產(chǎn)品方向的決策。要能判斷5年或10年以后市場所需要的產(chǎn)品二是在構(gòu)思階段，這是決定產(chǎn)品的技術(shù)方向的決策?！獋€產(chǎn)品可能有兩個以上的技術(shù)方向，在未來的發(fā)展中有可能出現(xiàn)完全不同的命運(yùn)。例如，不久以前，人們提出了一種創(chuàng)意，就是壁掛式電視，沒有人懷疑這種創(chuàng)意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、物力投入研究、試制。但是隨后出現(xiàn)的功能原理設(shè)計(jì)中，就出現(xiàn)了技術(shù)方向的問題，是用液晶技術(shù)，還是用固體發(fā)光技術(shù)。又例如，目前市場上的噴墨打印技術(shù)，也存在兩個技術(shù)方向的選擇，現(xiàn)在兩個方向(汽化噴墨和壓電噴墨)正在激烈競爭，最后的勝利將由市場作出判決，只有市場才是決定勝負(fù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因此，在選擇技術(shù)方向的決策中，實(shí)際上不存在方法，只有像象棋大師那樣，用深刻的洞察力、精密地分析比較、超人的預(yù)測能力，最后通過直覺判斷，作出天才的決策。不過任何天才的決策成功率也不可能是100％?？傊?，決定產(chǎn)品方向和技術(shù)方向的決策是一個非常重要。又是非常困難的問題，千萬不要輕信那些草率的決策，它將帶來災(zāi)難性的后果。山核桃采摘的自動化解決方案（略）第四章機(jī)械功能原理的實(shí)現(xiàn)——機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的動作功能機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)哪些動作功能：1．運(yùn)動形式或運(yùn)動規(guī)