浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件

學(xué)而由其統(tǒng)，言而要其中，文而濟(jì)其用，行而顯于眾?！哆M(jìn)學(xué)解》

韓愈

學(xué)而由其統(tǒng)，言而要其中，機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-1機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新概述機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展與材料科學(xué)密切相關(guān)：（1）石器時(shí)代（2）銅器時(shí)代（3）鐵器時(shí)代（4）半導(dǎo)體時(shí)代機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-1機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新概述浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件早期機(jī)械實(shí)例早期機(jī)械實(shí)例早期機(jī)械實(shí)例早期機(jī)械實(shí)例地動(dòng)儀地動(dòng)儀牛頓手制的望遠(yuǎn)鏡牛頓手制的望遠(yuǎn)鏡StructureofoldbikeStructureofoldbikeSimplemachine-NutcrackerSimplemachine-NutcrackerGalileo望遠(yuǎn)鏡Galileo望遠(yuǎn)鏡英國(guó)早期的火車（1847年）英國(guó)早期的火車（1847年）水泵的結(jié)構(gòu)水泵的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例現(xiàn)代機(jī)械實(shí)例浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件國(guó)際空間站（2005年）國(guó)際空間站（2005年）機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)展1、60年代：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠設(shè)計(jì)、仿生設(shè)計(jì)2、70年代：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、有限元設(shè)計(jì)、邊界元設(shè)計(jì)3、80年代：質(zhì)量驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、分形設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)展1、60年代：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠設(shè)計(jì)、仿生設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)展4、90年代：并行設(shè)計(jì)（基于網(wǎng)路的設(shè)計(jì)）、虛擬設(shè)計(jì)，基于實(shí)例的設(shè)計(jì)5、21世紀(jì)：計(jì)算設(shè)計(jì)（計(jì)算實(shí)驗(yàn)或數(shù)字設(shè)計(jì)）、集成設(shè)計(jì)······機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)展4、90年代：并行設(shè)計(jì)（基于網(wǎng)路的設(shè)計(jì)）、虛優(yōu)化設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)方法仿生設(shè)計(jì)示例仿生設(shè)計(jì)示例仿生設(shè)計(jì)示例仿生設(shè)計(jì)示例人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-2機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜述一、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的涵義：利用技術(shù)原理進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思的設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)。(1)Improvement(2)Innovation(3)Creation機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-2機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜述齒輪有限元設(shè)計(jì)齒輪有限元設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)示例－陳奎霖2006數(shù)字化設(shè)計(jì)示例－陳奎霖2006機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本類型及其活動(dòng)特點(diǎn)1、原理開拓創(chuàng)新2、組合創(chuàng)新3、轉(zhuǎn)用創(chuàng)新（變異的創(chuàng)新）4、克服偏見的創(chuàng)新機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本類型及其活動(dòng)特點(diǎn)機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-3機(jī)械功能原理設(shè)計(jì)及創(chuàng)新一、機(jī)械系統(tǒng)及功能二、功能原理設(shè)計(jì)的意義三、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析四、功能元求解及求系統(tǒng)原理解機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-3機(jī)械功能原理設(shè)計(jì)及創(chuàng)新機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)五、功能原理的創(chuàng)新洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)原理機(jī)械式洗衣機(jī)（波輪式、滾筒式）干洗（蒸汽洗衣機(jī)）超聲波洗衣機(jī)納米洗衣機(jī)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案電機(jī)－帶傳動(dòng)－輪論（滾筒）電機(jī)－波輪（滾筒）機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)五、功能原理的創(chuàng)新機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-4傳動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新一、傳動(dòng)方案二、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新§1-5機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-4傳動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件傳動(dòng)方案的布置原則1、傳遞載荷能力小的（例如、帶）放在高速級(jí)2、有動(dòng)載荷的（例如、鏈）放在低速級(jí)3、傳動(dòng)平穩(wěn)的（例如、斜齒輪）放在高速級(jí)，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差的（例如、直齒輪）放在低速級(jí)4、運(yùn)動(dòng)鏈中有摩擦傳動(dòng)的（例如、帶與摩擦輪傳動(dòng)），制動(dòng)器應(yīng)放在工作機(jī)前，才能實(shí)現(xiàn)有效制動(dòng)傳動(dòng)方案的布置原則1、傳遞載荷能力小的（例如、帶）放在高速級(jí)浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-6現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化1、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法功能—原理——結(jié)構(gòu)2、CAD—計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)3、FEM與BEM設(shè)計(jì)4、價(jià)值設(shè)計(jì)（VD）5、人機(jī)工程設(shè)計(jì)機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)§1-6現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化示例－紙張分離原理解示例－紙張分離原理解機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)6、新的設(shè)計(jì)與分析方法1990年前：運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)，疲勞設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有限元設(shè)計(jì)，摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，工業(yè)造型設(shè)計(jì)1990年后：并行設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)，協(xié)同設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，智能設(shè)計(jì)，集成設(shè)計(jì)模糊設(shè)計(jì)，反求設(shè)計(jì)，可重構(gòu)設(shè)計(jì)，生態(tài)設(shè)計(jì)…..機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)6、新的設(shè)計(jì)與分析方法機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)6、新的設(shè)計(jì)技術(shù)與軟件CAD/CAE/CAPP，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)工具庫，設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件；集成化設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)（并行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)）；例如，UNIGRAPHYSICS,ProE,Ansys等機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)6、新的設(shè)計(jì)技術(shù)與軟件機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)二、機(jī)電一體化1、機(jī)電原理與技術(shù)的集成原理的替換與集成結(jié)構(gòu)的替換與集成技術(shù)的替換與集成2、光－聲－機(jī)—電原理與技術(shù)的集成3、微機(jī)械的設(shè)計(jì)機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)二、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)有限元設(shè)計(jì)有限元設(shè)計(jì)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)磁懸浮列車磁懸浮列車“火箭之父”－齊奧爾科夫斯基“火箭之父”－齊奧爾科夫斯基神舟五號(hào)成功完成神舟五號(hào)成功完成神舟六號(hào)出發(fā)神舟六號(hào)出發(fā)神舟六號(hào)圓滿成功神舟六號(hào)圓滿成功未來的星球車未來的星球車目前機(jī)械：Micro-chipdevices:Plantcell:Animalcell:Baterium:機(jī)械學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)目前機(jī)械：機(jī)械學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展要求2004年統(tǒng)計(jì)數(shù)字：（1）USA：制造業(yè)GDP占60％（2）JAPAN:制造業(yè)GDP占50%（3）中國(guó)：制造業(yè)GDP占38％中國(guó)自主設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品占46％機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展要求2004年統(tǒng)計(jì)數(shù)字：工學(xué)的組成工具方法原理產(chǎn)品，例如：計(jì)算機(jī)、汽車……等等。

數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，生物。例如：優(yōu)化組合法、電磁轉(zhuǎn)換，換原反應(yīng)，發(fā)酵等等。

以工程為例：力學(xué)原理、電機(jī)原理、機(jī)械原理、化工原理…..等等

工學(xué)的組成工具方法原理產(chǎn)品，例如：計(jì)算機(jī)、汽車……等等。數(shù)設(shè)計(jì)總流程功能原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總流程功能原理結(jié)構(gòu)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）原理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（2）機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（3）結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（4）消化吸收－再創(chuàng)新設(shè)計(jì)（反求設(shè)計(jì)）（5）設(shè)計(jì)計(jì)算方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)定量到變量；靜態(tài)到動(dòng)態(tài)；單元到系統(tǒng)集成串行－并行－協(xié)同設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）原理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)常用方法（1）群體集智法例如，635法、調(diào)查問卷法、（2）系統(tǒng)分析法例如，設(shè)問探求法、缺點(diǎn)列舉法、希望點(diǎn)列舉法、特性列舉法、形態(tài)分析法（3）聯(lián)想、類比法（4）轉(zhuǎn)向創(chuàng)新法（5）組合創(chuàng)新法功能組合法、材料組合法、同類組合法、技術(shù)組合法、信息組合法創(chuàng)新設(shè)計(jì)常用方法（1）群體集智法工業(yè)革命的歷史第一次工業(yè)革命：從1775年蒸氣機(jī)發(fā)明到19世紀(jì)初。第二次工業(yè)革命：從1883年內(nèi)燃機(jī)和電的發(fā)明開始到20世紀(jì)初。第三次工業(yè)革命：從1910年原子能的發(fā)現(xiàn)開始，核能的利用（1943年）。第四次工業(yè)革命：從1946年計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，開始信息革命至今。第五次工業(yè)革命：從1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，開始生物科技革命。工業(yè)革命的歷史第一次工業(yè)革命：從1775年蒸氣機(jī)發(fā)明到19世Improvements

byG.Kivenson1、Moreeconomicaltoproduce2、Moreeconomicaltouse3、Easiertolearntouse4、Simpler5、Adapttohomeuse6、Changefrom“masculine”to“feminine”orviceversa7、EmployalternateformofpowerImprovements

byG.Kivenson1、Improvements

byG.Kivenson8、Removeapresentlimitation9、Extendareaofuse10、Improvepublicacceptance11、Makelarger12、Makesmaller13、Changecolor14、Changeshape15、Increasestrength16、DecreasestrengthImprovements

byG.Kivenson8、創(chuàng)新實(shí)例：以滾動(dòng)代替滑動(dòng)（1）滾動(dòng)花鍵（2）滾動(dòng)螺旋（3）滾動(dòng)蝸桿（4）滾動(dòng)軸承（5）滾動(dòng)導(dǎo)軌創(chuàng)新實(shí)例：以滾動(dòng)代替滑動(dòng)（1）滾動(dòng)花鍵滑動(dòng)花鍵滑動(dòng)花鍵滾動(dòng)花鍵滾動(dòng)花鍵滑動(dòng)螺旋滑動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)蝸桿滾動(dòng)蝸桿薄壁軸瓦滑動(dòng)軸承進(jìn)油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套薄壁軸瓦滑動(dòng)軸承進(jìn)油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承創(chuàng)新實(shí)例：以流體摩擦代替滾動(dòng)（1）靜壓螺旋（2）靜壓導(dǎo)軌（3）靜壓軸承（4）磁力軸承、磁力導(dǎo)軌創(chuàng)新實(shí)例：以流體摩擦代替滾動(dòng)（1）靜壓螺旋滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)靜壓螺旋傳動(dòng)靜壓螺旋傳動(dòng)創(chuàng)新實(shí)例：順應(yīng)性原則（1）滑動(dòng)螺旋（2）蝸桿傳動(dòng)（3）滑動(dòng)軸承（4）滑動(dòng)導(dǎo)軌（由于機(jī)床要有長(zhǎng)期精度保持性、因而不可行）創(chuàng)新實(shí)例：順應(yīng)性原則（1）滑動(dòng)螺旋創(chuàng)新實(shí)例：赫茲公式應(yīng)用（1）圓弧齒輪（2）齒形鏈（3）圓弧蝸桿（4）凹凸接觸副的摩擦無級(jí)變速器創(chuàng)新實(shí)例：赫茲公式應(yīng)用（1）圓弧齒輪創(chuàng)新實(shí)例：精加工面最小原則（1）凸臺(tái)（2）凹陷（3）焊接結(jié)構(gòu)（例如：焊接鏈輪）（4）軸肩設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)例：精加工面最小原則（1）凸臺(tái)學(xué)不可以已。青，取之于藍(lán)，而青于藍(lán)；冰，水為之，而寒于水。

《勸學(xué)》荀子浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語工學(xué)的組成工具:產(chǎn)品，例如：計(jì)算機(jī)、汽車…..等等。方法:數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，生物。例如：優(yōu)化組合法、電磁轉(zhuǎn)換，換原反應(yīng)，發(fā)酵等等。原理:以工程為例：力學(xué)原理、電機(jī)原理、機(jī)械原理、化工原理…..等等。機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語工學(xué)的組成發(fā)明家所需具備的主要素質(zhì)(710人中所占百分比)發(fā)明家所需具備的主要素質(zhì)(710人中所占百分比)機(jī)械設(shè)計(jì)政治社會(huì)學(xué)心理學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)自然科學(xué)-工程科學(xué)-工程設(shè)計(jì)-工程技術(shù)-生產(chǎn)工業(yè)設(shè)計(jì)藝術(shù)設(shè)計(jì)藝術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)政治機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語自然界物質(zhì)能量信息機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語自然界物質(zhì)能量信息機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語自然界人類的工作物質(zhì)能量信息機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)語自然界人類的工作物質(zhì)能量信息物質(zhì)與能量間的轉(zhuǎn)換物質(zhì)能量1、光合作用2、植物體的生長(zhǎng)3、動(dòng)物體的生長(zhǎng)1、液體、氣體、固體的燃燒2、肌肉的運(yùn)動(dòng)3、生物分子的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)與能量間的轉(zhuǎn)換物質(zhì)能量1、光合作用1、液體、氣體、固體的物質(zhì)與信息間的轉(zhuǎn)換物質(zhì)信息1、物態(tài)信息2、熵、焓的信息3、結(jié)構(gòu)信息4、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)信息1、物質(zhì)的制造2、在光、電、磁、聲能信息作用下物質(zhì)的變化物質(zhì)與信息間的轉(zhuǎn)換物質(zhì)信息1、物態(tài)信息1、物質(zhì)的制造信息與能量間的轉(zhuǎn)換信息能量1、光能—生物結(jié)構(gòu)信息2、生物能—生命結(jié)構(gòu)信息3、電能、磁能—信息監(jiān)測(cè)與控制1、電磁轉(zhuǎn)換2、電磁—機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換3、聲能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換4、電、磁、聲—生物能轉(zhuǎn)換信息與能量間的轉(zhuǎn)換信息能量1、光能—生物結(jié)構(gòu)信息1、電磁轉(zhuǎn)換物料的發(fā)展歷史物料的發(fā)展歷史能量的發(fā)展歷史能量的發(fā)展歷史信息的發(fā)展歷史信息的發(fā)展歷史浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)課件浙大機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新