第一章機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)

創(chuàng)新是人類文明進(jìn)步的原動(dòng)力第一節(jié)創(chuàng)新與社會(huì)進(jìn)步我國古代在機(jī)械研制方面有許多杰出的發(fā)明創(chuàng)造。指南車地動(dòng)儀水碾機(jī)械發(fā)展的歷史是一部創(chuàng)新的歷史。哈格里沃斯發(fā)明的

“珍妮紡紗機(jī)”法國陸軍技術(shù)軍官古諾發(fā)明了世界上第一輛蒸汽動(dòng)力車1898年問世的“雷諾”牌汽車“圣路易斯精神”號(hào)飛機(jī)1927年美國人林德伯格駕駛著它完成了人類首次不著陸飛越大西洋的壯舉。國際太空站航天飛機(jī)正在利用機(jī)械臂施放哈勃空間望遠(yuǎn)鏡用光刻技術(shù)做成的微米尺寸的微機(jī)械蜘蛛形探雷機(jī)器人

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)不斷向宏觀、微觀、智能、多學(xué)科交叉等領(lǐng)域延伸。機(jī)器蟑螂視頻機(jī)器恐龍視頻仿人機(jī)器人視頻回顧人類發(fā)展的歷史，創(chuàng)新在人類進(jìn)步過程中發(fā)揮了極其重要的作用，它推動(dòng)人類社會(huì)從野蠻走向文明，從蒙昧走向智慧，從封閉走向開放。當(dāng)世界進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代：創(chuàng)新是個(gè)人適應(yīng)競爭的保證；創(chuàng)新是國家繁榮強(qiáng)盛的根本；創(chuàng)新是民族屹立不倒的靈魂。

目前，核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)缺失，既是我國自主創(chuàng)新要解決的高端問題，又嚴(yán)重制約著國內(nèi)創(chuàng)新活動(dòng)的展開。我國發(fā)明專利授權(quán)中四分之三為外國人所擁有；申請專利數(shù)量最多的10家電子信息企業(yè)，5年申請之和僅相當(dāng)于美國IBM公司1年申請的專利數(shù)量。由于缺少擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，我國不少行業(yè)存在產(chǎn)業(yè)技術(shù)空心化的危險(xiǎn)。

除了核心技術(shù)受制于人，我國自主創(chuàng)新面臨的障礙還有：產(chǎn)業(yè)鏈支離破碎；投融資體制改革滯后；競爭環(huán)境尚欠“公平”。

2.當(dāng)前我國機(jī)械領(lǐng)域創(chuàng)新能力現(xiàn)狀

改制后的機(jī)械工程研究所正在失去研究實(shí)力；中科院沒有設(shè)置機(jī)械工程研究所；中國機(jī)械制造企業(yè)很少從事基礎(chǔ)研究；機(jī)械學(xué)科的創(chuàng)新項(xiàng)目90％落在研究型大學(xué)；缺少有國際重大重要影響的機(jī)械工程原創(chuàng)性成果；缺少國家自然科學(xué)和國家發(fā)明一等獎(jiǎng)；缺少國際知名的科學(xué)家；缺少重要國際會(huì)議上中國學(xué)者的大會(huì)報(bào)告；缺少優(yōu)秀的機(jī)械工程基礎(chǔ)研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。2.當(dāng)前我國機(jī)械領(lǐng)域創(chuàng)新能力現(xiàn)狀

目的：引導(dǎo)高等學(xué)校在教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合設(shè)計(jì)能力和協(xié)作精神；加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和工程實(shí)踐的訓(xùn)練；吸引、鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。

主題：

“健康與愛心”，內(nèi)容為“健身機(jī)械、康復(fù)機(jī)械、助殘機(jī)械、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作”，方式為自選題方式。所有參賽作品必須與本次大賽的主題和內(nèi)容相符。

說明：由教育部高等教育司批準(zhǔn)的組委會(huì)負(fù)責(zé)組織與實(shí)施。采用各省預(yù)賽和全國決賽的兩級(jí)競賽方式。參賽隊(duì)每隊(duì)的學(xué)生人數(shù)不超過5人，每隊(duì)的指導(dǎo)教師不超過去2人。3.全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽不需要很復(fù)雜，關(guān)鍵是有新意。多功能齒動(dòng)平行口鉗設(shè)計(jì)目的穩(wěn)定鉗口的用力擴(kuò)大鉗子使用范圍實(shí)現(xiàn)一鉗多能穩(wěn)定鉗口的用力

我們平時(shí)用的鉗子，在鉗夾物體時(shí)，鉗口的張開是V字形，顯然有一個(gè)向鉗口外的分力存在，這樣就使得要夾持的物體體積越大，鉗口張開就越大，用于夾持物體的分力也越小，且越不穩(wěn)固。

設(shè)計(jì)原理采用齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡單原理，鉗把的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為扇形的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒條鉗口的平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉗口的平行相夾。齒輪齒條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)無論齒輪嚙合是否標(biāo)準(zhǔn)安裝，嚙合線N1N2的位置總是不變的，而且嚙合角α恒等于分度圓的壓力角，也就是齒條的齒形角。（齒形角越小越好）一般鉗子鉗口相夾時(shí)的力是隨鉗口變化而不斷變化的，而且鉗口開的越大，鉗夾力越小，很不適用于夾持體積大一些的物體。而齒動(dòng)原理使鉗夾力的方向大小都是不變的，除了平行鉗夾的優(yōu)勢外，齒動(dòng)平行口鉗在鉗夾較大體積物體更省力更有優(yōu)勢。

FF1F2FF2F1擴(kuò)大鉗子使用范圍普通鉗子鉗口張角過小，使其在使用范圍上有所限制；齒動(dòng)平行口鉗可將鉗把轉(zhuǎn)角加到足夠大，而其作用在鉗口的力不變，從而擴(kuò)大了鉗口的應(yīng)用范圍。多功能性我們將鉗口作成燕尾槽結(jié)構(gòu)，并配合以不同功能的工作塊，使鉗口工作面可以更換，這樣就使它具有了多功能性：1.普通鉗口工作塊；2.橡膠質(zhì)工作塊；3.圓弧形工作面塊；4.剪切工作塊

；5.剝線工作塊；6.壓線工作塊；7.訂書機(jī)工作塊；8.尖嘴鉗工作塊；……根據(jù)；平行鉗口的優(yōu)勢，可以直接當(dāng)活扳手使用。再將主軸下邊小部分延伸引進(jìn)普通鉗子的鉗口樣式。普通鉗口工作面適合平面剛性材料物體的夾持橡膠質(zhì)工作面可以用來夾持玻璃類、塑料類脆性材料的物體,并有平行鉗夾的優(yōu)點(diǎn)圓弧形工作面可用來夾持圓柱類表面的物體剪切工作面實(shí)現(xiàn)剪切功能可用以實(shí)現(xiàn)剝線鉗的功能剝線工作塊可用以實(shí)現(xiàn)壓線鉗的功能，并有平行鉗夾的優(yōu)點(diǎn)壓線工作塊訂書機(jī)工作塊尖嘴鉗工作塊絞杠扳手工作塊：可以簡單的實(shí)現(xiàn)絞杠、六角扳手的功能

活扳手功能

………

幾乎所有種類的鉗類工具都能以可拆裝工作塊代替，因此，一把多功能齒動(dòng)平行口鉗就能代替多把不同種類的鉗子，實(shí)現(xiàn)一鉗多能。

多功能齒動(dòng)平行口鉗能夠代替一套的鉗具包，不但同樣能夠?qū)崿F(xiàn)它們的功用，而且實(shí)現(xiàn)了一鉗多能，節(jié)省空間、節(jié)省成本等。所有能夠制作成工作塊的工具都可以拿來開發(fā)利用。其所配套的工作塊，常用的可以成套銷售，有特殊用途的亦可單獨(dú)銷售。一旦銷入市場，必能夠很快占有一席之地。

將來產(chǎn)品展望雙向多功能齒動(dòng)平行口鉗

模型照片實(shí)物和模型照片

1.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的概念

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)（MechanicalCreativedesign,MCD）是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果（含理論、方法、技術(shù)、原理等），進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動(dòng)。第二節(jié)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的概念和過程2．創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）獨(dú)創(chuàng)性 獨(dú)創(chuàng)性體現(xiàn)為敢于提出與前人、眾人不同的見解，敢于打破一般思維的常規(guī)慣例，尋找更合理的新原理、新機(jī)構(gòu)、新功能、新材料，獨(dú)創(chuàng)性能使設(shè)計(jì)方案標(biāo)新立異，不斷創(chuàng)新。

點(diǎn)評：發(fā)現(xiàn)問題、提出問題有時(shí)候比解決問題更重要?。?）實(shí)用性 實(shí)用性體現(xiàn)在對市場的適應(yīng)性和可生產(chǎn)性兩方面，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的最終目的在于應(yīng)用。點(diǎn)評：沒有實(shí)踐就沒有創(chuàng)新！（3）突破性 人們往往從考慮某類問題獲得成功的思維模式中尋求解題方案，受到“思維定式”的約束。突破性敢于克服心理上的慣性，從思維定式的框框中解脫出來，善于從新的技術(shù)領(lǐng)域中接受有用的事物，提出新原理、創(chuàng)造新模式、貢獻(xiàn)新方法，為工程技術(shù)問題打開新局面。點(diǎn)評：構(gòu)成我們學(xué)習(xí)的最大障礙是已知的東西，而不是未知的東西。（4）多向性 善于從多種不同角度考慮問題，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要特征。

點(diǎn)評：有時(shí)換個(gè)方向考慮，會(huì)使前進(jìn)的道路豁然開朗、柳暗花明。（5）連動(dòng)性 創(chuàng)造性思維也是一種連動(dòng)思維，它引導(dǎo)人們由已知探索未知，開闊思路。連動(dòng)思維包括縱向、橫向、逆向思維?？v向思維針對某現(xiàn)象和問題進(jìn)行縱深思考，探尋其本質(zhì)而得到新的啟示。橫向思維通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特點(diǎn)與它相似和相關(guān)的事物，從而發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用。逆向思維針對現(xiàn)象、問題和解法，分析其相反的方面，從另一角度探尋新的途徑。點(diǎn)評：工欲善其事，必先利其器。好的創(chuàng)新思維方法與技巧可以事半功倍。（6）突變性 自覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中對問題產(chǎn)生的一種突如其來的領(lǐng)悟和理解。在思維過程中突然閃現(xiàn)出一種新設(shè)想、新觀念，從而使問題得到解決。如果阿基米德從洗澡時(shí)浴缸中水的溢出產(chǎn)生靈感而推出浮力定律。又如美國工程公司杜里?？吹狡拮訃姙⑾闼艿絾l(fā)，創(chuàng)造了發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器。點(diǎn)評：創(chuàng)新的道路上沒有投機(jī)取巧，靈光一現(xiàn)的后面是長期的知識(shí)積累。3．創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型（1）開發(fā)設(shè)計(jì) 在未知情況下，根據(jù)產(chǎn)品總功能和約束條件，提出新原理、進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。（2）變異設(shè)計(jì) 在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對產(chǎn)品的缺點(diǎn)和用戶的要求，進(jìn)行變型產(chǎn)品的開發(fā)，以適應(yīng)市場需要。（3）反求設(shè)計(jì) 針對已有的新進(jìn)展產(chǎn)品和樣機(jī)，分析其關(guān)鍵技術(shù)，在消化、吸收、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移植、組合、改造等方法，設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品。

1.《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的內(nèi)容（1）機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)；（2）機(jī)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)及其在ADAMS上的實(shí)現(xiàn)

；（3）機(jī)構(gòu)組合原理與創(chuàng)新；（4）機(jī)構(gòu)演化、變異原理與創(chuàng)新；第三節(jié)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的內(nèi)容及特點(diǎn)（5）樂高機(jī)器人機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)；（6）機(jī)構(gòu)再生運(yùn)動(dòng)鏈原理與創(chuàng)新；（7）機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案與創(chuàng)新設(shè)計(jì)；（8）機(jī)械運(yùn)動(dòng)形態(tài)與控制及機(jī)電一體化設(shè)計(jì)；（9）典型機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例分析；（10）典型機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例分析；2.《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的特點(diǎn)（1）需要扎實(shí)、廣泛的基礎(chǔ)知識(shí)；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)制圖基礎(chǔ)材料與制造基礎(chǔ)測控技術(shù)基礎(chǔ)電工電子基礎(chǔ)力學(xué)基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)其它學(xué)科基礎(chǔ)

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)（2）需要與其它現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，充分反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新進(jìn)展。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)（MCD）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（SD）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）優(yōu)化設(shè)計(jì)（OD）可靠性設(shè)計(jì)（RD）摩擦學(xué)設(shè)計(jì)（FD）有限元設(shè)計(jì)（FED）虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)（VSD）運(yùn)用Pro/E或UG軟件進(jìn)行零件

三維設(shè)計(jì)運(yùn)用Pro/E或UG軟件進(jìn)行零件

三維設(shè)計(jì)部件的虛擬裝配部件的虛擬裝配機(jī)械系統(tǒng)的虛擬裝配機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)械結(jié)構(gòu)的有限元分析（FEM）典型零件的工藝編程與

數(shù)控加工(CNC)典型零件的激光快速成型加工(RPM)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論教學(xué)

1、創(chuàng)造性設(shè)計(jì)法：

a.創(chuàng)造性思維

b.創(chuàng)造技法

2、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法：

a.技術(shù)過程及技術(shù)系統(tǒng)

b.系統(tǒng)功能原理設(shè)計(jì)

3、設(shè)計(jì)中的評價(jià)與決策創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力量化評價(jià)（采用學(xué)生自評與教師評定相結(jié)合的分段評分法進(jìn)行質(zhì)量跟蹤與監(jiān)控）創(chuàng)新設(shè)計(jì)任務(wù)書搜集、查尋資料、調(diào)研系統(tǒng)原理方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)分析、比較、綜合、評價(jià)、決策優(yōu)選最佳設(shè)計(jì)方