机械工程前沿著作系列 机械创新设计理论与方法 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 机械的基本概念 1

1.1.1 机构、机器和机械 1

1.1.2 机械系统 2

1.1.3 人、机、环境的广义机械系统 2

1.1.4 机械系统设计的重要性 3

1.1.5 机械系统的能量流、物质流和信息流 4

1.2 机器的类型及其基本特征 7

1.2.1 机器的分类 7

1.2.2 机器的基本特征 8

1.2.3 动力机器类别与功能 9

1.2.4 工作机器的类别与功能 9

1.2.5 信息机器的类别与功能 10

1.3 机械产品设计的一般程序和内容 10

1.3.1 机械产品设计的类型 10

1.3.2 机械产品设计的一般程序 11

1.3.3 机械系统设计的基本内容 11

1.4 机械创新设计的内涵和方法 13

1.4.1 关于设计 13

1.4.2 机械创新设计的内涵 14

1.4.3 机械创新设计主要内容 14

1.5 关于文献的说明 20

第一篇 创新设计基础 23

第2章 创新思维和创新原理 23

2.1 概述 23

2.1.1 创新是人类社会进步的强大动力 23

2.1.2 创新的内涵 24

2.2 创新思维方法 25

2.2.1 思维的分类 25

2.2.2 创造性思维的特点 26

2.2.3 创造性思维的主要形式 26

2.2.4 创造性思维的方向 28

2.2.5 创造性思维过程的4个阶段 28

2.3 创造性基本原理和思维活动方式 29

2.3.1 创造性基本原理 29

2.3.2 创新思维活动方式 30

2.4 创新法则 31

第3章 创新技法 33

3.1 创新技法的作用和分类 33

3.2 智力激励法 34

3.2.1 智力激励法的4项原则 34

3.2.2 智力激励法的运用程序 34

3.3 类比创新法 37

3.4 列举创新法 37

3.5 组合创新法 39

3.6 移植创新法 39

3.6.1 移植创新法的基本原理 40

3.6.2 移植创新法的分类和应用 40

3.7 形态分析法 40

3.7.1 形态分析法的基本原理 41

3.7.2 形态分析法的基本步骤 42

第二篇 机构创新设计 45

第4章 机构的拓扑构造 45

4.1 机构的组成 45

4.1.1 构件 45

4.1.2 运动副 46

4.1.3 机构 46

4.2 自由度和约束运动 47

4.2.1 自由度 47

4.2.2 约束运动 49

4.3 链、一般化链及运动链 51

4.3.1 链 51

4.3.2 一般化链 51

4.3.3 运动链 55

4.4 机构的构形综合（型综合） 58

第5章 机构的表示和特征 61

5.1 矩阵表示 61

5.1.1 杆邻接矩阵 61

5.1.2 拓扑构造矩阵 62

5.2 图表示和特征 63

5.2.1 基本定义 63

5.2.2 链和图 66

5.3 排列群 67

5.3.1 杆群 67

5.3.2 运动副群 68

5.3.3 链群 68

5.3.4 相似类 68

5.3.5 排列群 68

5.4 机构的一般化 70

5.4.1 一般化原则 70

5.4.2 一般化规则 70

5.4.3 一般化（运动）链 71

5.5 机构的特殊化 73

5.5.1 特殊化链和机构 73

5.5.2 特殊化演算程序 74

第6章 闭链机构的创新设计 79

6.1 引言 79

6.2 设计方法 79

6.2.1 设计程序 79

6.2.2 原始机构 80

6.2.3 一般化 81

6.2.4 数目综合 82

6.2.5 特殊化 82

6.2.6 具体化 83

6.3 设计范例 83

6.3.1 范例一：摩托车前轮防俯冲机构 83

6.3.2 范例二：汽车自动变速器机构 89

6.3.3 范例三：指南车 95

第7章 开链机构的创新设计 103

7.1 加工中心的自动换刀机构 103

7.1.1 坐标系统 103

7.1.2 换刀动作简图 105

7.1.3 换刀动作图表示法 106

7.1.4 换刀动作特性 107

7.2 设计方法 111

7.2.1 原始机构 111

7.2.2 机构树形图 111

7.2.3 一般化树形图 111

7.2.4 树形图目录 112

7.2.5 特殊化树形图目录 112

7.2.6 机构目录 113

7.3 无换刀臂式加工中心机构的构形综合 113

7.3.1 无换刀臂式加工中心原始机构 113

7.3.2 无换刀臂式加工中心机构树形图 114

7.3.3 无换刀臂式加工中心机构一般化树形图 114

7.3.4 无换刀臂式加工中心机构树形图目录 115

7.3.5 无换刀臂式加工中心机构特殊化树形图目录 116

7.3.6 无换刀臂式加工中心机构目录 119

7.4 具有换刀臂式加工中心机构的构形综合 123

7.4.1 具有换刀臂式加工中心原始机构 123

7.4.2 具有换刀臂式加工中心机构树形图 124

7.4.3 具有换刀臂式加工中心机构一般化树形图 125

7.4.4 具有换刀臂式加工中心机构树形图目录 126

7.4.5 具有换刀臂式加工中心机构特殊化树形图目录 126

7.4.6 具有换刀臂式加工中心机构目录 130

第8章 变链机构的创新设计 135

8.1 可变运动副 135

8.2 拓扑构造表示 139

8.2.1 图表示 139

8.2.2 运动副码 142

8.2.3 有限状态机械 142

8.3 构形设计方法 143

8.3.1 原始机构 144

8.3.2 机构图表示 145

8.3.3 一般化图 145

8.3.4 一般化图目录 146

8.3.5 特殊化图目录 146

8.3.6 机构目录 147

8.4 设计范例 148

8.4.1 范例一：双暂停曲柄滑块机构 148

8.4.2 范例二：阻块式可变号按键锁 153

第9章 电动机-轮系组合机构的创新设计 161

9.1 原动机与传动机构组合设计 161

9.1.1 电动机 162

9.1.2 齿轮传动机构 162

9.2 图表示法 163

9.3 设计方法 165

9.3.1 分析现有设计 165

9.3.2 可行齿轮系图目录 165

9.3.3 组合设计图目录 166

9.3.4 可行组合设计图目录 167

9.3.5 新型组合设计图目录 169

9.4 设计范例 172

9.4.1 设计范例一：4杆电动机-轮系组合机构 172

9.4.2 设计范例二：发电机-轮系组合机构 175

9.4.3 设计范例三：组合型行星齿轮同心式电动机 178

第三篇 机械系统创新设计 183

第10章 机械产品的市场需求和工作机理 183

10.1 市场需求是产品开发的起点 183

10.1.1 需求与产品设计的关系 183

10.1.2 需求的内涵 184

10.2 基于需求的功能分析 188

10.2.1 企业产品开发规划 189

10.2.2 设计任务书 191

10.2.3 基于需求的功能分析 191

10.3 功能细分和功能求解 193

10.3.1 确定待研制的产品的总功能（功能抽象表述） 194

10.3.2 功能的细分和设计 194

10.3.3 功能元的组合方式 196

10.3.4 确定合适的技术原理 197

10.3.5 功能元求解 197

10.4 机械产品的工作机理 198

10.4.1 机器工作机理的内涵和表达 199

10.4.2 机器工作机理的重要特征 200

10.4.3 机器工作机理的构成要素 201

10.5 机器工作机理的基本特征和分类 202

10.5.1 机器工作机理的表现形式 202

10.5.2 机器工作机理的主要类别 202

10.5.3 按工作机的行业特点对工作机理分类 203

10.6 机器工作机理分析和求解方法 204

10.6.1 机器工作机理的组成 204

10.6.2 机器工作机理的行为表达 205

10.6.3 机器工作机理的分解 206

10.7 机器工作机理行为表述的应用 207

10.8 工作机理行为表述是机器功能原理求解的有效方法 208

10.9 结论 209

第11章 机器创新设计过程模型和功能求解模型 211

11.1 机器的基本要素与系统特性 211

11.1.1 构成机器的基本要素 211

11.1.2 机器所具有的基本系统特性 211

11.2 机器创新设计的构架和过程 212

11.2.1 机器创新设计的基本框架 212

11.2.2 创新设计过程中的几个重要概念 214

11.2.3 机器创新设计过程中的主要步骤 215

11.3 设计方法学中常用的功能求解模型 216

11.3.1 设计目录求解模型 216

11.3.2 功能—结构求解模型（F—S） 216

11.3.3 功能—行为—结构求解模型（F—B—S） 216

11.3.4 功能—效应—原理解求解模型 217

11.3.5 运动链发散创新求解模型 217

11.4 功能—效应—工艺动作过程—执行动作—机构的求解模型（F—E—P—A—M） 217

11.4.1 构建F—E—P—A—M功能求解模型 217

11.4.2 F—E—P—A—M功能求解模型的特点 218

11.4.3 F—E—P—A—M功能求解模型示例 219

11.5 执行机构选型和机构知识建模 220

11.5.1 机构的分类原则和方法 220

11.5.2 动作的描述和机构属性表达方式分析 221

11.5.3 机构知识库结构模型 222

11.5.4 计算机编码原则 222

11.5.5 知识存储 224

第12章 工艺动作过程构思和分解 225

12.1 工艺动作过程的构思 225

12.1.1 网络图的基本要素和绘制 226

12.1.2 工艺动作过程和机器工作循环图 227

12.1.3 工艺动作过程构思的方法和步骤 231

12.2 工艺动作过程的分解 233

12.2.1 工艺动作过程的分解准则 233

12.2.2 工艺动作过程的分解方法 234

12.3 动作结构创新 235

12.3.1 动作分组创新法 236

12.3.2 动作变换创新法 238

12.4 机械系统运动方案的运动协调设计 240

12.4.1 机器的机构传动系统类型和工作原理 240

12.4.2 机器执行机构的协调设计 243

12.4.3 执行机构协调设计的分析计算 245

第13章 机械运动系统方案的计算机辅助设计 247

13.1 引言 247

13.2 基于F—P—A—M功能求解模型的机械运动系统方案计算机辅助设计流程 248

13.2.1 F—P—A—M功能求解模型 248

13.2.2 基于F—P—A—M模型的计算机辅助设计流程 249

13.2.3 机械运动系统方案设计过程中相关状态的抽象描述 250

13.3 执行机构的信息模型 251

13.3.1 产品设计信息模型的特征 251

13.3.2 层次化执行机构的信息模型 252

13.4 执行机构运动特性和机构知识库 253

13.4.1 执行机构输入—输出运动类型 253

13.4.2 输出运动基本特性描述 253

13.4.3 执行机构知识库建立原则 254

13.4.4 机构的知识表示 254

13.4.5 机构知识库的建立 255

13.5 机构自动化选型 256

13.5.1 机构自动化选型的问题空间Ωw 256

13.5.2 机构自动化选型的解空间ΩJ 257

13.5.3 机构自动化选型原理 258

13.5.4 机构自动化选型应用举例 259

13.6 机构系统自动化组成理论及其实现 260

13.6.1 基于F—P—A—M模型的机构系统自动化组成过程 260

13.6.2 机构系统组合的相容性准则 261

13.6.3 机构系统自动化组成的实现 262

13.6.4 机构系统自动化组成实例 262

13.7 机械系统方案计算机辅助设计的展望 263

第14章 机电一体化系统方案设计基本原理 265

14.1 概述 265

14.1.1 机电一体化系统的形成和发展 265

14.1.2 机电一体化系统的定义 266

14.1.3 机电一体化系统的研究状况 266

14.1.4 机电一体化系统的组成 268

14.1.5 机电一体化系统组成的新认识 269

14.2 机电一体化系统应用和特点 270

14.2.1 机电一体化系统的应用 270

14.2.2 机电一体化产品的主要特点 271

14.3 机电一体化系统方案设计过程模型及数学描述 272

14.3.1 机电一体化系统设计过程模型的建立 272

14.3.2 机电一体化系统设计过程的数学描述 274

14.4 广义执行机构子系统的类型和设计 275

14.4.1 传统执行机构 275

14.4.2 广义执行机构 276

14.4.3 广义执行机构的种类和基本特性 277

14.4.4 驱动元件的机械特性和基本特点 278

14.4.5 驱动元件与执行机构的匹配 282

14.4.6 广义执行机构的运动方程式 283

14.5 检测传感子系统的类型和设计 283

14.5.1 检测传感器的分类与基本要求 283

14.5.2 位移检测传感器 286

14.5.3 速度、加速度传感器 287

14.5.4 力、力矩传感器和其他传感器 287

14.5.5 传感器与微机的接口 288

14.5.6 检测传感系统的设计原则 289

14.6 信息处理及控制子系统的类型和设计 290

14.6.1 信息处理及控制子系统的基本构成 290

14.6.2 信息处理及控制子系统的一般设计过程及内容 290

14.6.3 主要控制方法 292

14.6.4 控制系统的种类 295

14.6.5 动作控制方式及其特点 296

14.7 机电一体化系统设计举例 298

14.7.1 线料自动切断机 298

14.7.2 多功能缝纫机的横针机构 300

第15章 机械运动方案设计的评价体系和评价方法 303

15.1 评价指标体系的确定原则 303

15.2 评价指标体系 304

15.2.1 机构的评价指标 304

15.2.2 几种典型机构评价指标的初步评定 305

15.2.3 机构选型的评价体系 305

15.2.4 机构评价指标的量化 306

15.2.5 机构系统选型的评估方法 307

15.3 价值工程方法 307

15.3.1 产品的功能 307

15.3.2 产品的寿命周期成本 308

15.3.3 产品的价值 308

15.3.4 机械运动方案的价值评定 309

15.4 系统工程评价法 310

15.4.1 系统工程评价方法的基本原则 310

15.4.2 建立评价指标体系和确定评价指标值 311

15.4.3 建立评价模型 311

15.5 模糊综合评价法 313

15.5.1 模糊综合评价中主要运算符号 313

15.5.2 模糊集合的概念 313

15.5.3 隶属度函数的确定方法 314

15.5.4 模糊综合评价 316

15.6 实例分析 321

15.6.1 系统工程评价法评价机械运动系统方案 321

15.6.2 模糊综合评价法评价机械运动系统方案 324

第16章 机械创新设计实例分析 331

16.1 机械创新设计实例的意义和作用 331

16.2 冰淇淋自动包装机创新设计分析 332

16.2.1 市场需求分析和机器功能确定 332

16.2.2 机器工作机理和工艺动作过程构思 332

16.2.3 机器工艺动作过程分解 332

16.2.4 机器运动方案分解 333

16.3 电动机电枢自动嵌绝缘纸机创新设计分析 334

16.3.1 市场需求分析和机器功能确定 334

16.3.2 机器工作机理和工艺动作过程 335

16.3.3 机器工艺动作过程分解 335

16.3.4 机器运动方案分解 335

16.4 提花织物纹版冲孔机创新设计分析 337

16.4.1 市场需求分析和机器功能确定 337

16.4.2 机器工艺动作过程构思 337

16.4.3 机器工艺动作过程分解 337

16.4.4 机器运动方案分解 338

参考文献 341