功能原理設(shè)計(jì)的5種求解思路

1、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)作業(yè) 功能原理設(shè)計(jì)問(wèn)題：功能原理設(shè)計(jì)的幾種求解思路是什么？查閱資料，各舉一個(gè)本教材之外的實(shí)例說(shuō)明之。要求：圖文并茂說(shuō)明。解答：功能原理共有五種求解思路，它們分別是幾何形體組合法、基本機(jī)構(gòu)組合法、物場(chǎng)分析法（s-Field法）、技術(shù)矛盾分析法、物理效應(yīng)引入法。不同的求解思路用以解決不同的功能類型。功能的基本類型可分為“動(dòng)作功能”和“工藝功能”，動(dòng)作功能又可分為“簡(jiǎn)單動(dòng)作功能”和“復(fù)雜動(dòng)作功能”，而這兩種基本功能可能同時(shí)又是“綜合技術(shù)功能”和“關(guān)鍵技術(shù)功能”。下圖表示了功能類型的分類情況。其中，簡(jiǎn)單動(dòng)作功能可用幾何形體組合法構(gòu)思，復(fù)雜動(dòng)作功能用基本機(jī)構(gòu)組合法進(jìn)行構(gòu)思，關(guān)鍵技術(shù)功能運(yùn)用技術(shù)

2、矛盾分析法，綜合技術(shù)功能用物理效應(yīng)引入法構(gòu)思，工藝功能用物場(chǎng)分析法（s-Field法）構(gòu)思。下面進(jìn)行具體分析。一、 幾何形體組合法簡(jiǎn)單的動(dòng)作功能是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有特殊幾何形狀的構(gòu)件組成，利用它們形體上的特征，可以實(shí)現(xiàn)互相動(dòng)作或鎖合動(dòng)作。如果要?jiǎng)?chuàng)造一種新的簡(jiǎn)單動(dòng)作功能，可以以幾何形體組合法作為參考求解思路來(lái)進(jìn)行構(gòu)思。在運(yùn)用幾何形體組合法時(shí)，首先要明確“功能目標(biāo)”，然后針對(duì)功能目標(biāo)，對(duì)幾個(gè)構(gòu)件上的幾何形體進(jìn)行構(gòu)思。實(shí)例：螺紋螺紋在工程中的應(yīng)用非常廣泛，生活中也處處離不開(kāi)螺紋。利用兩個(gè)構(gòu)件螺紋形狀的嚙合，可實(shí)現(xiàn)各種功能。它的作用非常廣泛，如聯(lián)接、傳動(dòng)、密封等。聯(lián)接功能的如螺母螺栓，傳動(dòng)功能的如

3、螺桿，密封功能的如瓶蓋。螺母螺栓螺桿礦泉水瓶二、 基本機(jī)構(gòu)組合法復(fù)雜動(dòng)作功能以采用常用基本機(jī)構(gòu)為主，例如凸輪、多桿機(jī)構(gòu)和齒輪等，組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。其設(shè)計(jì)已有很成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)，所以即使這類功能原理要實(shí)現(xiàn)相當(dāng)復(fù)雜的功能目標(biāo)，但比起“簡(jiǎn)單動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)要容易得多?！皬?fù)雜動(dòng)作功能”的設(shè)計(jì)求解思路是基本機(jī)構(gòu)組合法。即將各種基本機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)展動(dòng)作功能。實(shí)例：液體包裝機(jī)去年我們機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的液體包裝機(jī)的功能就是一個(gè)典型的復(fù)雜動(dòng)作功能。為了實(shí)現(xiàn)液體包裝這個(gè)功能，包裝機(jī)中采用了齒輪、蝸輪蝸桿、凸輪、四桿機(jī)構(gòu)和離合器等基本機(jī)構(gòu)的組合。齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，凸輪實(shí)現(xiàn)熱封，四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)送料等，組合起來(lái)才實(shí)

4、現(xiàn)了液體包裝。液體包裝機(jī)三、 物場(chǎng)分析法（s-Field法）工藝功能不僅要有動(dòng)作，它與動(dòng)作功能不同之處主要在于工作頭對(duì)物體的作用。工藝類機(jī)器是對(duì)被加工對(duì)象實(shí)施某種加工工藝的裝置，其中必有一個(gè)工作頭，工作頭和工作對(duì)象相互配合，實(shí)現(xiàn)的功能就叫“工藝功能”。工作頭的形狀、運(yùn)動(dòng)方式和作用場(chǎng)是完成工藝功能的三個(gè)主要因素。物場(chǎng)分析法（s-Field法）可以作為求解工藝功能很有效的思路。這個(gè)方法的基礎(chǔ)是對(duì)“最小技術(shù)系統(tǒng)”的理解和分析：在任何一個(gè)最小技術(shù)系統(tǒng)中，至少有一個(gè)主體（S1）,一個(gè)客體（S2）和一個(gè)場(chǎng)（F），三者缺一不可。S1通過(guò)F作用于S2，其模型圖如下所示：F S1 S2實(shí)例：線切割線切割的工作原

5、理如下圖所示。繞在運(yùn)絲筒4上的電極絲1沿著運(yùn)絲筒的回轉(zhuǎn)方向以一定的速度移動(dòng)，裝在機(jī)床工作臺(tái)上的工件3由工作臺(tái)按預(yù)定控制軌跡相對(duì)與電極絲做成型運(yùn)動(dòng)。脈沖電源的一極接在工件上，另一極接電極絲。在工件與電極絲之間總是保持一定的放電間隙且噴灑工作液，電極之間的火花放電蝕出一定的縫隙，連續(xù)不斷的脈沖放電就切出了所需形狀和尺寸的工件。其中，電極絲為S1，工件為S2，電場(chǎng)就是F。線切割四、 技術(shù)矛盾分析法產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)主要與材料、制造工藝和設(shè)計(jì)三個(gè)方面有關(guān)。關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)要求較高，解決方法往往也出奇制勝，由于特殊的工作條件或特殊的使用要求，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

6、術(shù)高度，關(guān)鍵技術(shù)能夠解決。關(guān)鍵技術(shù)的求解思路是技術(shù)矛盾分析法。無(wú)論何種關(guān)鍵技術(shù)，往往都是在某種特殊條件的約束下難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，其中期望達(dá)到的較高要求和約束條件，就形成一對(duì)技術(shù)矛盾。針對(duì)技術(shù)矛盾，設(shè)計(jì)者提出各種想法，以提出解決原理。這就是關(guān)鍵技術(shù)功能的原理解法的一般規(guī)律。技術(shù)矛盾分析法的作用并不是直接給出解法，而是幫助人們找出可能解決問(wèn)題的途徑。實(shí)例：穿針器穿針器是一種新型實(shí)用的將線穿過(guò)針眼的機(jī)械。它由機(jī)體、頂線片、曲桿按鍵、拉簧構(gòu)成。使用時(shí)將要穿的針?lè)旁跈C(jī)體的放針孔內(nèi)。將線放在機(jī)體的放線槽內(nèi)，用手按動(dòng)曲桿按鍵，頂線片便帶著線穿過(guò)針眼。該設(shè)計(jì)就是基于老年人或眼睛不好的人做針線活時(shí)穿針困難這個(gè)

7、矛盾構(gòu)思出來(lái)的。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，為個(gè)人或家庭提供了適用穿針工具。穿針器五、 物理效應(yīng)引入法綜合技術(shù)功能的特點(diǎn)是：在某些特定的條件下，采用廣義物理效應(yīng)，有可能實(shí)現(xiàn)比純機(jī)械方法更好的動(dòng)作或工藝功能。但綜合技術(shù)功能并不強(qiáng)調(diào)全部代替純機(jī)械功能，因?yàn)橛性S多場(chǎng)合的動(dòng)作和工藝還是特別簡(jiǎn)單可靠的，沒(méi)有必要用更復(fù)雜的廣義物理效應(yīng)去代替。綜合技術(shù)功能的求解思路是物理效應(yīng)引入法。這里所指的物理效應(yīng)是一種廣義的概念。機(jī)構(gòu)學(xué)本身包含了運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)方面的各種物理效應(yīng)，但除此之外，還有更多的物理效應(yīng)（如熱脹冷縮、電磁效應(yīng)、光電效應(yīng)、流體效應(yīng)等）可以在求解中引入。實(shí)例：氣墊船氣墊船是利用高于大氣壓的空氣在船底與支承表面間形成氣墊，使全部或部分船體脫離支承表面而高速航行的船，有時(shí)也能在