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機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理范文第1篇

摘要：創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的提升是我國教育改革的主旋律和根本目標(biāo)，將TRIZ理論引入本科生培養(yǎng)體系中，有利于提升學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力。本文提出基于TRIZ理論的“一線三段”式本科生培養(yǎng)模式，在課程體系設(shè)置中貫穿創(chuàng)新主線，通過基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，通過專業(yè)課、創(chuàng)新大賽和科研訓(xùn)練計(jì)劃培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過實(shí)踐課、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研立項(xiàng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新人格，從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格三個(gè)層次上構(gòu)建新型的面向機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：TRIZ；創(chuàng)新主線；一線三段；人才培養(yǎng)模式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0099-02

一、引言

創(chuàng)新的關(guān)鍵在于人才，人才的成長靠教育，因此，如何使高校學(xué)生具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，適應(yīng)時(shí)展的要求成為當(dāng)今社會(huì)的要?jiǎng)?wù)。開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提升創(chuàng)新能力成為我國教育改革的主旋律，也是教學(xué)改革的根本目標(biāo)，貫穿于教育的全過程。關(guān)于本科學(xué)生創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，存在很多觀點(diǎn)及論述。諸如：轉(zhuǎn)變教育觀念[1]、構(gòu)建合理的課程體系[2-3]、改革教育方式[4]、營造創(chuàng)新教育環(huán)境、充分尊重學(xué)生的首創(chuàng)精神、改革考試方法等。但如何能夠加速創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的步伐呢？發(fā)明問題解決理論TRIZ方法是一種知識化、系統(tǒng)化、科學(xué)化的創(chuàng)新方法，被世界公認(rèn)為引導(dǎo)創(chuàng)新的最佳工具，近幾年紛紛掀起了國內(nèi)眾多學(xué)者研究的熱潮。將TRIZ理論引入本科生培養(yǎng)體系中，開展以技術(shù)創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)改革與工程實(shí)踐活動(dòng)，可以真正將創(chuàng)新思維與能力培養(yǎng)落到實(shí)處。河北工業(yè)大學(xué)在機(jī)械專業(yè)本科教學(xué)中開設(shè)發(fā)明問題解決理論TRIZ方面的課程走在了各高校的前列，結(jié)合機(jī)械專業(yè)對創(chuàng)新能力培養(yǎng)與實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求，提出了基于TRIZ理論的“一線三段”式本科生培養(yǎng)模式，為培養(yǎng)能夠從事機(jī)械領(lǐng)域創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用型高級專業(yè)人才奠定了基礎(chǔ)。

二、TRIZ理論與本科課程教學(xué)的融合

TRIZ發(fā)明問題解決理論，是前蘇聯(lián)G.S.Altshuller及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員，自1946年開始，在分析研究世界各國大量專利的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出的指導(dǎo)創(chuàng)新的最佳理論。通常認(rèn)為TRIZ理論由以下九大部分組成：技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化法則；最終理想解（IFR）；40個(gè)發(fā)明原理；39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)和矛盾矩陣；物理矛盾和四大分離原理；物一場模型分析；發(fā)明問題的標(biāo)準(zhǔn)解法；發(fā)明問題解決算法（ARIZ）；科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象知識庫。

將TRIZ理論等創(chuàng)新方法引入到機(jī)械專業(yè)課程體系中，在課程體系設(shè)置中貫穿創(chuàng)新主線，在課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)融理論教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、科學(xué)研究、工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)為一體，同時(shí)結(jié)合大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，創(chuàng)新大賽等實(shí)踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建面向?qū)W生創(chuàng)新能力提升的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，搭建實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，通過課堂教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和方法，獨(dú)立分析、解決問題的能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力，進(jìn)而塑造學(xué)生的創(chuàng)新人格。

三、構(gòu)建一線三段式教學(xué)體系

1.將發(fā)明問題解決理論TRIZ引入到機(jī)械專業(yè)課程體系中，在課程體系設(shè)置中貫穿創(chuàng)新主線，構(gòu)建了面向機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新人格的培養(yǎng)模式，對現(xiàn)有的專業(yè)課程體系進(jìn)行規(guī)劃、調(diào)整，將TRIZ基本原理、概念和工具引入到專業(yè)基礎(chǔ)課課堂教學(xué)中，并積極引導(dǎo)學(xué)生選修創(chuàng)新思維類課程，使學(xué)生建立創(chuàng)新概念，重點(diǎn)培養(yǎng)創(chuàng)新意識，理解創(chuàng)新理論及創(chuàng)新意識在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中起到的重要性。開設(shè)《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》――TRIZ創(chuàng)新課程，使學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)TRIZ理論中的理想解、沖突理論、資源分析、技術(shù)進(jìn)化、物質(zhì)―場分析等創(chuàng)新方法及工具，并通過案例式教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)的思維方式。并通過引導(dǎo)學(xué)生參加創(chuàng)新大賽、科研訓(xùn)練計(jì)劃等環(huán)節(jié)，運(yùn)用TRIZ工具進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作，重點(diǎn)培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2.將TRIZ基本原理、概念和工具引入到專業(yè)基礎(chǔ)課課堂教學(xué)中，并積極引導(dǎo)學(xué)生選修創(chuàng)新思維類課程，使學(xué)生建立創(chuàng)新概念，重點(diǎn)培養(yǎng)創(chuàng)新意識，理解創(chuàng)新理論及創(chuàng)新意識在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中起到的重要性。目前我校開設(shè)了《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《創(chuàng)新思維與現(xiàn)代設(shè)計(jì)》、《科研技能與創(chuàng)新思維》、《創(chuàng)新思維與訓(xùn)練》等創(chuàng)新思維學(xué)習(xí)及訓(xùn)練類的校選課，其中《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程介紹TRIZ理論的基本概念及經(jīng)典創(chuàng)新工具，如理想解、資源、創(chuàng)新分級等重要基本概念，沖突理論、物質(zhì)-場分析等創(chuàng)新工具。

3.在專業(yè)課程、實(shí)踐環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用TRIZ理論，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?！秳?chuàng)新設(shè)計(jì)》課程授課采用案例式教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)，每班分多組，每組3―5人，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的TRIZ理論知識和工具，就自己熟悉的案例進(jìn)行練習(xí)，要求課程結(jié)束時(shí)完成并答辯。項(xiàng)目引導(dǎo)式的教學(xué)方式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性。學(xué)生提交課題涉及生活、交通、日常品、建筑、軍事等多方面，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。在第七學(xué)期的專業(yè)實(shí)踐課中，為了提高學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，在傳統(tǒng)的數(shù)控編程、仿真及加工內(nèi)容基礎(chǔ)上，增加了基于PLC控制的工業(yè)產(chǎn)品裝置研發(fā)內(nèi)容。學(xué)生自己提設(shè)計(jì)方案，經(jīng)與指Ю鮮溝通、討論最后確定方案，開發(fā)了繪圖機(jī)、電梯、立體車庫、刷墻機(jī)、搬運(yùn)機(jī)器人、分揀機(jī)械手、刻章機(jī)等機(jī)電裝置。該實(shí)踐課要求學(xué)生從任務(wù)出發(fā)，首先擬定系統(tǒng)功能，進(jìn)行功能分解及結(jié)構(gòu)求解，備件選型及方案評估。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用TRIZ理論解決存在的問題，進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、原理創(chuàng)新性的方案設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，部分老師的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，要求學(xué)生應(yīng)用TRIZ理論，進(jìn)行方案的理想解分析、設(shè)計(jì)沖突解決、技術(shù)預(yù)測分析等，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，提升了學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，搭建了TRIZ理論實(shí)習(xí)、實(shí)踐基地，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了實(shí)踐平臺(tái)。依托我校的國家技術(shù)創(chuàng)新方法與實(shí)施工具工程技術(shù)研究中心，搭建了TRIZ理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐平臺(tái)，與機(jī)械學(xué)院合作，通過引導(dǎo)大學(xué)生參加校內(nèi)外的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用TRIZ理論提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。近幾年學(xué)生共進(jìn)行課題研究幾十項(xiàng)，鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力，創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步提升。

4.指導(dǎo)學(xué)生積極參加創(chuàng)新類大賽及科研訓(xùn)練實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，塑造創(chuàng)新人格。近幾年積極鼓勵(lì)學(xué)生參加以“TRIZ杯”、“挑戰(zhàn)杯”、“機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽”為代表的國家級、省級等各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和科研訓(xùn)練計(jì)劃。通過實(shí)踐鍛煉、鞏固TRIZ理論相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維習(xí)慣，鍛煉學(xué)生自主創(chuàng)新能力。

四、結(jié)論

通過以上的教學(xué)模式改革和實(shí)踐，以提升學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建了將TRIZ理論和專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)相融合的課程體系。并在課程體系設(shè)置中貫穿創(chuàng)新主線，通過將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法基本原理、概念和工具引入專業(yè)基礎(chǔ)課課堂教學(xué)、各類實(shí)踐環(huán)節(jié)和引導(dǎo)學(xué)生參加創(chuàng)新大賽、科研訓(xùn)練計(jì)劃及自主創(chuàng)業(yè)等環(huán)節(jié)，從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格三種層次上構(gòu)建新型的面向機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。通過以上教學(xué)及實(shí)踐過程，學(xué)生了解了創(chuàng)新思維及創(chuàng)新方法的基本概念、原理、方法和工具，并初步具有應(yīng)用創(chuàng)新方法發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1].和學(xué)新，張健.教育觀念轉(zhuǎn)變機(jī)制若干問題的探討[J].江西教育科研，2007，（08）：8-10.

[2].謝安邦.構(gòu)建合理的研究生教育課程體系[J].高等教育研究，2003，（05）：68-72.

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理范文第2篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；分析

1.機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

以機(jī)械基礎(chǔ)功能的改造、完善為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的能夠要求滿足工作性能的進(jìn)步要求，并為企業(yè)或單位創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益是是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)。我國在機(jī)械制造方面有著十分豐富的經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)技術(shù)人員將機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)總結(jié)為以下四個(gè)步驟：1.結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)和要求來確定機(jī)械運(yùn)作的基本原理；2.對機(jī)械的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行綜合比較后再進(jìn)行選擇；3.機(jī)械運(yùn)作尺寸和相關(guān)參數(shù)的優(yōu)質(zhì)選擇；4.機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)而相關(guān)動(dòng)力參數(shù)的優(yōu)質(zhì)選擇。上述四個(gè)階段完成后，機(jī)械設(shè)計(jì)的方案優(yōu)選便告一段落，后期工作就是對機(jī)械的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)而言，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的整個(gè)過程其實(shí)并沒有做出多大的改變，該設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)全部放在了機(jī)械創(chuàng)造性和主導(dǎo)性凸顯的環(huán)節(jié)上。

2.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本特征

這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作有具備以下四大基本特征：1.設(shè)計(jì)過程中涉及的科學(xué)技術(shù)范圍廣，多門學(xué)科技術(shù)在設(shè)計(jì)的過程中彼此滲透、交叉、融匯；2.設(shè)計(jì)工作涉及到非計(jì)算性或非數(shù)據(jù)性的工作內(nèi)容時(shí)，必須要依靠設(shè)計(jì)人員累積的工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行分析、思考、判斷，發(fā)散性的創(chuàng)造思維的運(yùn)用頻率較高；3.方案設(shè)計(jì)人員要結(jié)合自己的知識內(nèi)涵、工作經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)靈感和想象能力來對方案進(jìn)行優(yōu)化；4.階段性機(jī)械設(shè)計(jì)的過程反復(fù)性較強(qiáng)，每一次的篩選對比都遵循了一定的方法和原則。這四大基本特這與機(jī)械創(chuàng)新的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是緊密相連的，兩者之間的結(jié)合促進(jìn)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建完善。

3.機(jī)械創(chuàng)造設(shè)計(jì)思維的基本概念

設(shè)計(jì)人員在對個(gè)人知識內(nèi)容、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、市場信息及素材的搜集整理后，打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維模式，經(jīng)過一系列的分析思考構(gòu)建后，說出個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)程序，對傳統(tǒng)的思維模式進(jìn)行突破創(chuàng)新。機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性思維與邏輯思維不同，邏輯性思維必備一定的單解性和單向性，是一種趨于“平面”狀態(tài)的設(shè)計(jì)思維，而創(chuàng)造性思維則是在創(chuàng)造想象的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的一種設(shè)計(jì)思維，靈感、幻想、聯(lián)想和直觀是該設(shè)計(jì)思維的構(gòu)建因素，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中不會(huì)出現(xiàn)邏輯推理的分析環(huán)節(jié)，而是以“立體”的整體形象出現(xiàn)在我們面前。

4.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)常用的方法

由于時(shí)展的基本需求，現(xiàn)代機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展已經(jīng)逐步趨向成熟，筆者對幾種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了整理，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中常見的有以下幾種方法：

4.1.仿生類比設(shè)計(jì)法

所謂仿生類比設(shè)計(jì)法，就是在分析類比自然界生物機(jī)能的基礎(chǔ)上，對機(jī)械運(yùn)作與生物運(yùn)動(dòng)之間不同程度的差異性和相似相進(jìn)行分析比對，進(jìn)一步激活創(chuàng)新思維，激發(fā)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的靈感，完成機(jī)械設(shè)計(jì)的規(guī)劃方案。

4.2.智力合成設(shè)計(jì)法

此類設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用要以團(tuán)體為單位，設(shè)計(jì)小組的每一位成員都可以提出自己的設(shè)計(jì)分析思考，并通過集體分析討論的形式來對創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維進(jìn)行激活、發(fā)散。取長補(bǔ)短和相互鼓勵(lì)是集體討論應(yīng)該遵循的設(shè)計(jì)原則，以此保證設(shè)計(jì)小組成員的設(shè)計(jì)靈感能夠持續(xù)不斷地得到激發(fā)，不同創(chuàng)新構(gòu)想之間的碰撞和融合，能夠促進(jìn)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案規(guī)劃更加全面。設(shè)計(jì)討論前要明確設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)要求，做好事前準(zhǔn)備，討論過程中，尊重每一位成員的設(shè)計(jì)構(gòu)想，鼓勵(lì)思考自由、標(biāo)新立異設(shè)計(jì)思維的發(fā)展；不能夠帶著批判的負(fù)面態(tài)度來面對設(shè)計(jì)構(gòu)想的討論分析；方案評價(jià)宜遲不宜早，在設(shè)計(jì)人員在對自己的設(shè)計(jì)構(gòu)想進(jìn)行分析闡述后，提出一些個(gè)人的看法和建議；做到有的放矢，不要在沒有具體方案構(gòu)成時(shí)就空泛而談；設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員之間人人平等，設(shè)計(jì)方案的討論判決不遵循少數(shù)服從多數(shù)的選擇原則；分析討論期間的設(shè)計(jì)構(gòu)想和經(jīng)驗(yàn)交流要記錄下來，整理工作人員要及時(shí)對其進(jìn)行總結(jié)歸納，為下次討論會(huì)議效率的提升做好保證；最后的討論判定在結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上選擇綜合能力最強(qiáng)的、最為適宜的設(shè)計(jì)方案，并對其可行性進(jìn)行審核。

4.3.技術(shù)移植設(shè)計(jì)法

此類機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法思維方向比較明確，直接將某一領(lǐng)域內(nèi)較為先進(jìn)的技術(shù)方法移植到另一工作領(lǐng)域內(nèi)，小到技術(shù)設(shè)計(jì)思想，大到產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，都可以成為技術(shù)移植設(shè)計(jì)的對象和內(nèi)容。

4.4.列舉創(chuàng)新設(shè)計(jì)法

在列舉創(chuàng)新設(shè)計(jì)法中，機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)直接轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)問題開展列舉，以輔助創(chuàng)新思維構(gòu)建方向的引導(dǎo)。因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的特性已經(jīng)被分析得十分透徹，并在設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃過程中融入了設(shè)計(jì)者的個(gè)人意愿，諸多設(shè)計(jì)因素的列舉，有利于創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)和提出。

5.歸納總結(jié)：

綜上所述，現(xiàn)展逐漸傾向于個(gè)性化，由于機(jī)械生產(chǎn)的規(guī)格還是以中小批量和單件生產(chǎn)為主，因此機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足生產(chǎn)主流的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以此凸顯生產(chǎn)商品在市場中的競爭力，為企業(yè)或單位經(jīng)濟(jì)效益的增長作出一份貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理范文第3篇

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.05.067

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是機(jī)械專業(yè)學(xué)生的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問題和創(chuàng)新能力的主干課程，是連接基礎(chǔ)理論知識和實(shí)踐的橋梁。機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合、解決分析問題的能力，同時(shí)它也是啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維、開拓學(xué)生創(chuàng)新潛能的重要手段。因其自身的基礎(chǔ)性和平臺(tái)作用，可以方便地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思維訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作。而機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要作用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是使學(xué)生在特定的環(huán)境下通過學(xué)生的主觀努力完成的教學(xué)過程，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面具有特定的優(yōu)勢，它的直觀性、實(shí)踐性、綜合性是理論教學(xué)不可替代的。學(xué)生通過實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)出來的綜合能力包括動(dòng)手能力、觀察分析能力和勇于探索的創(chuàng)新精神。在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生不僅可以學(xué)會(huì)選擇、正確使用各種儀器，而且可以驗(yàn)證所學(xué)的基本理論，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生鞏固理論知識、掌握實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)，從某種意義上講，對啟發(fā)學(xué)生的想象思維和創(chuàng)新意識起著點(diǎn)石成金的作用。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是學(xué)生進(jìn)行機(jī)械綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是工程意識訓(xùn)練的主要課程。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)必不可少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它對實(shí)現(xiàn)理論課程教學(xué)目標(biāo)起著特別關(guān)鍵的作用。

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是高等工科院校課程教學(xué)改革的一個(gè)特別重要的方向。改革以往高校課程教學(xué)中重視理論知識，輕視實(shí)踐環(huán)節(jié)、忽略實(shí)際應(yīng)用的狀況；完成全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建；滿足社會(huì)對創(chuàng)新型人材培養(yǎng)的要求。為此目的，我們緊緊圍繞機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容與體系，對機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法進(jìn)行了改革探索，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、改革了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法。

2重視基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的基本技能

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)大多屬于演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如機(jī)械認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、齒輪范成實(shí)驗(yàn)、帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)等，但這些實(shí)驗(yàn)對促進(jìn)學(xué)生理解課程內(nèi)容基本原理，掌握基本技能，消化吸收基本概念，鞏固基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)科學(xué)思維的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)起著直接的作用，是由感性認(rèn)識進(jìn)一步發(fā)展成理性認(rèn)識的過程。因此，如何最大限度發(fā)揮基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，是廣大教師應(yīng)該深思的問題。我院結(jié)合機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室目前的具體情況，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)要求和方式上的進(jìn)行完善和改造，使其發(fā)揮更好的作用。

如在機(jī)械認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中，我們針對機(jī)械原理部分、機(jī)械設(shè)計(jì)部分分別配備了實(shí)驗(yàn)演示柜、實(shí)物展示柜和機(jī)械系統(tǒng)展示廳，組成了機(jī)械認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并有機(jī)地與工程訓(xùn)練中心、機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室等相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合，充分做到可看、可記、可操作。在整個(gè)機(jī)械認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中，教師除了做認(rèn)真的講解外，允許學(xué)生隨時(shí)提問，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作，引導(dǎo)學(xué)生開展討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生對機(jī)械認(rèn)知的興趣，培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，這樣的教學(xué)模式深受學(xué)生歡迎。

又如在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測L實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室提供大量的機(jī)構(gòu)模型，讓學(xué)生親手測量機(jī)構(gòu)尺寸，并按一定的比例關(guān)系繪制出合理的運(yùn)動(dòng)簡圖，增強(qiáng)學(xué)生對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，然后再對一臺(tái)真實(shí)的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行實(shí)際機(jī)構(gòu)的測繪，實(shí)驗(yàn)的難度逐步加大，鍛煉學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決實(shí)際問題的能力。這些實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)有力開展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利有序的進(jìn)行提供了基本保障。

3更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，必須對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、手段、方法進(jìn)行更新，改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)教師水平。為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，必須改善現(xiàn)有的教學(xué)條件，為此，我們購置一些新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，編寫實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，開展應(yīng)用性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)研究。

在JCY機(jī)械傳動(dòng)性能綜合性實(shí)驗(yàn)臺(tái)上開設(shè)機(jī)械傳動(dòng)性能綜合性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可對齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)等機(jī)械傳動(dòng)或上述組合的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合性能測試。實(shí)驗(yàn)突出了設(shè)計(jì)性、綜合性的特點(diǎn)。通過該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)學(xué)生掌握合理布置機(jī)械傳動(dòng)的基本要求，機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)的一般方法，并利用機(jī)械傳動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)對機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)組成方案的性能進(jìn)行測試，分析組成方案的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)滿足條件的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，完成傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和組成方案設(shè)計(jì)。掌握機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)性能測試的基本原理和方法，測試常用機(jī)械傳動(dòng)裝置在傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力過程中速度曲線、傳動(dòng)比曲線、效率曲線等各種參數(shù)曲線。按照組成方案搭接機(jī)械傳動(dòng)性能測試系統(tǒng)并進(jìn)行測試，完成組成方案的機(jī)械性能分析，樹立用實(shí)驗(yàn)手段來分析機(jī)械設(shè)計(jì)方案的思想，加深對常見機(jī)械傳動(dòng)性能的認(rèn)識和理解，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

在3DMC實(shí)驗(yàn)臺(tái)開展機(jī)構(gòu)組合與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中所萌發(fā)的創(chuàng)造性思維可以從本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上得以實(shí)現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可拼裝連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，培養(yǎng)了學(xué)生機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)能力。實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以測試原動(dòng)件和執(zhí)行構(gòu)件以及中間任意構(gòu)件的位移、速度、加速度等參數(shù)，學(xué)生將測試的參數(shù)與設(shè)計(jì)結(jié)果及理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)際動(dòng)手能力。

軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析實(shí)驗(yàn)。軸系結(jié)構(gòu)是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，涵蓋了軸承、聯(lián)軸器、鍵聯(lián)接及螺紋聯(lián)接，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容。通過該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們掌握了軸及軸上零件的結(jié)構(gòu)、功用、工藝要求和裝配關(guān)系；熟悉軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸承部件組合設(shè)計(jì)的基本要求，掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；通過軸系部件的組裝與測繪，學(xué)會(huì)對現(xiàn)有機(jī)械部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。

4引入創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是指通過實(shí)驗(yàn)獲得的新的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，獲得新的技術(shù)和方法，具有一定社會(huì)價(jià)值的原創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)應(yīng)在分析、綜合性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，探索奧秘，獲取新數(shù)據(jù)、新理論和新方法。創(chuàng)新是人類文明進(jìn)步的原動(dòng)力，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的重要方法之一。

在JPCC-II平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新組合及運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)開設(shè)平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新組合測試分析實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是為本科生和研究生而設(shè)計(jì)的有關(guān)平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的綜合性、設(shè)計(jì)性、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?？蛇M(jìn)行基本平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、拼裝（本實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供13種以上傳動(dòng)方案）及進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)分析，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力。

在JDT-A/I機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)調(diào)速實(shí)驗(yàn)臺(tái)開設(shè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)調(diào)速實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可對機(jī)構(gòu)原動(dòng)件及執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行測試和仿真，利用計(jì)算機(jī)軟件，角位移動(dòng)傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，觀察機(jī)構(gòu)的周期性速度波動(dòng)現(xiàn)象和繪制測試和仿真曲線；利用飛輪的質(zhì)量變化，觀察分析速度波動(dòng)變化情況；學(xué)生利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn)。

開設(shè)計(jì)算機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)測試綜合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過計(jì)算機(jī)軟件對機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行測試，計(jì)算機(jī)軟件對機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，凸輪可更換，配備8個(gè)不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律的平面凸輪和一種圓柱凸輪，還配備凸輪制圖軟件，可自行在線切割機(jī)上加工任意規(guī)律的凸輪實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)軟件具有多媒體教學(xué)功能，學(xué)生可自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力。

5開放實(shí)驗(yàn)室，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力

針對學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)方面具備的基礎(chǔ)知識、實(shí)驗(yàn)技能、感性認(rèn)識，榕嘌提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們開放機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供工程實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)平臺(tái)。讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮學(xué)生主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，提高學(xué)生的創(chuàng)造性綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作精神。

學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)從課題選題、資料收集、申請立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析到報(bào)告編寫、結(jié)題答辯，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)每個(gè)學(xué)生的特長，運(yùn)用所學(xué)的知識，分工合作，開展課題研究，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。同學(xué)們克服了眼高手低、只說不做的通病，團(tuán)結(jié)合作精神得到加強(qiáng)，創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維得到拓展，實(shí)際動(dòng)手能力、工程設(shè)計(jì)能力得到了全面鍛煉。

學(xué)生在開放的實(shí)驗(yàn)室里，在老師的指導(dǎo)下完成了多項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，發(fā)表了科技論文，有的項(xiàng)目還申請了國家專利。通過參加創(chuàng)新項(xiàng)目，不但提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且對已學(xué)過的理論知識也起到了融會(huì)貫通的作用。在這個(gè)開放式教學(xué)平臺(tái)上學(xué)生的想象力得到充分發(fā)揮，創(chuàng)新意識明顯加強(qiáng)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室資源得到了充分利用。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理范文第4篇

從18世紀(jì)以來，機(jī)器逐步代替人力勞動(dòng)，用于做功或轉(zhuǎn)換能量。做功的機(jī)器不僅大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且很好地保證和提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。由于機(jī)器實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換，人們發(fā)明了多種多樣的工作機(jī)械，提高了人類的生產(chǎn)水平，改善了自己的生活條件。機(jī)器的設(shè)計(jì)是由具體的機(jī)構(gòu)物化為實(shí)體的產(chǎn)品，以提供用戶所要求的使用功能。因此，機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)“勤于學(xué)習(xí)、善于思考、勇于探索、敏于創(chuàng)新”，以偉大的接納之胸懷學(xué)習(xí)前人成果，并以開拓的精神實(shí)現(xiàn)偉大的創(chuàng)造。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是具體案例的機(jī)械堆砌，而是有其內(nèi)在的知識基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)的方法和物理原理。本文擬從機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原理兩個(gè)方面，討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)在知識和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的基本途徑，但本文不討論機(jī)械制造工藝性對機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。從現(xiàn)代科學(xué)誕生以來，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)已有300年的歷史。機(jī)械的連接結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)等已經(jīng)積淀有汗牛充棟的實(shí)踐案例，但如何掌握這些案例的基本原理和設(shè)計(jì)方法，而不是記憶這些案例的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如車床，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考前人的設(shè)計(jì)圖紙，這對于提高設(shè)計(jì)效率，汲取前人經(jīng)驗(yàn)、避免犯前人的錯(cuò)誤具有實(shí)際意義。通過借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，可以吸收他人的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方法，同時(shí)也拓寬了自己的設(shè)計(jì)思路。隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)和搜索方式的更新，對他人的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)將更加方便。經(jīng)驗(yàn)知識是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的寶貴財(cái)富，也是公司的知識資產(chǎn)。通過對國內(nèi)外同類型專利知識的學(xué)習(xí)，也是一條提升自己結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力的途徑。另一方面，要注意避免侵犯他人的知識產(chǎn)權(quán)?！肮湃藗飨聛淼膶W(xué)問，就是裝在船里的貨物?，F(xiàn)在的新潮流、新趨勢，就是行船的風(fēng)?！痹趯W(xué)習(xí)他人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者應(yīng)有自己的革新與發(fā)明、自己的創(chuàng)造。

2.理論設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論方法，討論的是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理性方法，具體的有：模塊化和組合化設(shè)計(jì)、復(fù)合化設(shè)計(jì)、分級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、載荷均布性設(shè)計(jì)和變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)可靠性和概率設(shè)計(jì)等方面的發(fā)展和具體應(yīng)用，機(jī)械結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)方法也在不斷的推陳出新。模塊化和組合化設(shè)計(jì)。一臺(tái)機(jī)器總體是由提供不同功能的結(jié)構(gòu)單元有機(jī)的組合而成，因此模塊化的以及模塊之間的組合化就是早期的方法之一。在復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)和設(shè)備中，模塊化和組合化的設(shè)計(jì)理念是有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也是機(jī)械制造的方法之一。例如，組合航空母艦的設(shè)計(jì)概念；我國的組合化機(jī)床的設(shè)計(jì)在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)取得了很大的成功。模塊化和組合化，一般是按功能單元、結(jié)構(gòu)單元來劃分模塊，然后組合起來成為一臺(tái)機(jī)器。復(fù)合化設(shè)計(jì)。復(fù)合化的基本特點(diǎn)就是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能零件組合成一個(gè)部件或構(gòu)件來設(shè)計(jì)，其功能可以是運(yùn)動(dòng)功能、承載功能等。例如，組合凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是將兩個(gè)凸輪設(shè)計(jì)成一個(gè)零件；一根連桿在組合結(jié)構(gòu)中同時(shí)作為兩個(gè)或兩個(gè)以上機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件。復(fù)合化方法可以降低機(jī)械的制造成本、減輕機(jī)器的重量、縮小機(jī)器的尺寸和降低產(chǎn)品的成本。分級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（層次化設(shè)計(jì)）。復(fù)雜的制造設(shè)備是由分級的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，大功能層次的結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)分功能結(jié)構(gòu)組成。層次化不僅是功能樹結(jié)構(gòu)的要求，而且也是制造工藝對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。例如，床頭箱由多個(gè)輪系組成，而每個(gè)輪系又由次一層次的系統(tǒng)組成。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，例如組合挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)，集推土機(jī)和挖掘機(jī)的功能在一起，而共用一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，在執(zhí)行系統(tǒng)處分開。層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在構(gòu)想分級結(jié)構(gòu)階段，能夠幫助設(shè)計(jì)者厘清思路，從而找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，集中解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。載荷均布性設(shè)計(jì)。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，希望載荷分布均勻，充分發(fā)揮材料的機(jī)械力學(xué)性能或者取得降低最大載荷的目的。例如，修形齒輪的設(shè)計(jì)、對數(shù)滾子的設(shè)計(jì)，為了取得接觸應(yīng)力的均布，從而修形零件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)也體現(xiàn)了載荷均布性的設(shè)計(jì)理念，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)來看只需一只行星齒輪；然而從受力平衡、承載能力和提高齒面的抗磨損來說，三只行星齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更好。變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新常常采用變結(jié)構(gòu)的方法，變結(jié)構(gòu)可以改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能，例如，非圓連接形式的成形連接、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。變結(jié)構(gòu)可以改變實(shí)現(xiàn)功能的形式，例如徑向柱塞泵和軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)。變結(jié)構(gòu)也可以降低機(jī)器的設(shè)計(jì)成本，例如利用死點(diǎn)的桌面支承設(shè)計(jì)。

3.模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)。相似模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)?；跈C(jī)器物理模型的相似，運(yùn)用相似科學(xué)理論，對于大型的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)分析，獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性、并預(yù)測機(jī)器的工作性能。模型相似的設(shè)計(jì)方法已在工程領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用，例如大型水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過制造大型水輪機(jī)組的模型，測試試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ぷ餍阅芤约捌淇煽啃缘戎笜?biāo)，優(yōu)化水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法不是一成不變的，而是隨著人們的發(fā)明和新的科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)，在日新月異地發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)對前人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行革新。

三、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必然要依據(jù)技術(shù)科學(xué)的原理，例如：理論力學(xué)原理、材料力學(xué)原理、彈性力學(xué)原理、疲勞力學(xué)原理、流體力學(xué)原理、熱力學(xué)原理、摩擦學(xué)原理、聲學(xué)原理、智能原理和一切可能的新物理原理。這里討論以上各種原理在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以期總結(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常用原理，討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理在今后結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的可能性。理論力學(xué)原理。理論力學(xué)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，對于機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，得到的結(jié)構(gòu)必然反映到機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中來。例如，軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)，其動(dòng)力學(xué)及其穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，要求修改軸承的設(shè)計(jì)和軸的剛度設(shè)計(jì)。材料力學(xué)原理。機(jī)械零件的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)是基于材料力學(xué)理論的，強(qiáng)度或剛度不足時(shí)，就需要修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，齒輪輪齒接觸強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，當(dāng)齒面接觸強(qiáng)度不足時(shí)就要求增大小齒輪的分度圓直徑；當(dāng)齒根彎曲強(qiáng)度不夠時(shí)就要求增大齒輪的模數(shù)。彈性力學(xué)原理。彈性力學(xué)分析是零件應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算的基礎(chǔ)，例如滾動(dòng)軸承中滾子修形的設(shè)計(jì)，基于彈性力學(xué)的接觸分析，確定滾子的修形曲線和修形量。在機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，常常用到彈性力學(xué)理論。疲勞力學(xué)原理。機(jī)械零件上的機(jī)械載荷在工作過程中常常是變動(dòng)的，例如汽車中的軸、軸承和齒輪上的載荷都是變化的，這種變化的載荷具有一定的統(tǒng)計(jì)特征。變載荷下軸和滾動(dòng)軸承的疲勞壽命設(shè)計(jì)等工程內(nèi)容，已經(jīng)發(fā)展成機(jī)械零件的概率設(shè)計(jì)。

為了更精確地設(shè)計(jì)機(jī)械零部件，疲勞力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)得到越來越多的應(yīng)用。流體力學(xué)原理。流體傳動(dòng)和動(dòng)靜壓軸承等的設(shè)計(jì)是依據(jù)流體力學(xué)原理的，流體力學(xué)也是機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的基本原理之一。例如靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)，要依據(jù)流體的質(zhì)量守恒定律、平衡原理等，優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果要求修改導(dǎo)軌或軸承的結(jié)構(gòu)型式和尺寸參數(shù)。熱學(xué)原理。熱力學(xué)和傳熱學(xué)在機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)中有很廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)軌的熱精度設(shè)計(jì)、齒輪和滾動(dòng)軸承的膠合分析、隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等。摩擦學(xué)原理。耐磨或加快磨損是摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的核心，例如圓錐銷的設(shè)計(jì)、組合螺母的設(shè)計(jì)，就是為了補(bǔ)償零件的磨損，使得零件在磨損后仍能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的功能。磨削和拋光制造工藝是利用零件磨損的加工方法。聲學(xué)原理。在機(jī)械系統(tǒng)的噪聲分析和研究中，依據(jù)物理聲學(xué)的原理及其分析方法，得到噪聲的頻譜和功率譜等分析結(jié)果，以指導(dǎo)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，例如低噪聲滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)。今后，可以考慮利用機(jī)械噪聲來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如聲爆彈的設(shè)計(jì)、信號中噪聲信息干擾的設(shè)計(jì)等。智能原理。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理將向智能化、生物化的方向發(fā)展。隨著智能技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械結(jié)構(gòu)具有靈敏的智能功能。測試技術(shù)、控制理論和信息論是機(jī)械結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理范文第5篇

關(guān)鍵詞：密封；機(jī)械密封；TRIZ理論；磁力

機(jī)械密封是一種至少有一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面，在補(bǔ)償元件和介質(zhì)壓力的作用下而防止流體泄露的密封裝置，也稱為端面密封。它是流體機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械中不可缺少的零部件[1]。由于機(jī)械密封具有泄漏量少、功率損耗小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于離心泵、離心機(jī)以及反應(yīng)釜等設(shè)備[2]。機(jī)械密封按密封端面接觸狀態(tài)可分為接觸式機(jī)械密封和非接觸式機(jī)械密封，本文主要針對非接觸式機(jī)械密封進(jìn)行研究。非接觸式機(jī)械密封的基本原理是介質(zhì)通過相對轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)間的間隙時(shí)，形成一極薄的流體膜，從而產(chǎn)生阻力，阻止泄漏[3]。流體膜壓力由流體動(dòng)壓效應(yīng)產(chǎn)生的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封和流體膜壓力由流體靜壓力效應(yīng)產(chǎn)生的流體靜壓型機(jī)械密封都屬于非接觸式機(jī)械密封。其中流體動(dòng)壓型機(jī)械密封能較好的滿足高PV工況，且具有省工、泄漏小、工作壽命長等優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于宇航、海洋、核能利用等工業(yè)[4]。但對于反應(yīng)釜、攪拌機(jī)等主軸轉(zhuǎn)速較低的設(shè)備，過低的轉(zhuǎn)速難以形成足夠的流體膜開啟力和剛度，無法保證密封的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。在近年來的機(jī)械密封設(shè)計(jì)中，研究人員對摩擦副、材料、密封動(dòng)靜環(huán)的結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了很多研究，但缺乏對密封裝置整體機(jī)構(gòu)改變的創(chuàng)新。本文主要針對非接觸式機(jī)械密封現(xiàn)研究階段所存在的問題，以TRIZ理論為指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)非接觸式機(jī)械密封端面間隙可主動(dòng)調(diào)控為目標(biāo)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1.TRIZ理論簡介

TRIZ的含義是發(fā)明問題的解決理論， 其拼寫是由“發(fā)明問題解決理論”俄語含義的單詞置換成英語單詞的字頭組成的。該理論是前蘇聯(lián)G.S.Altshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員，在分析研究世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上，提出的由解決技術(shù)問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開放的各種方法、算法組成的綜合理論體系。TRIZ是一種基于知識的、面向人的、系統(tǒng)化的解決發(fā)明問題的理論[6， 7]。TRIZ解決問題的流程：首先，將領(lǐng)域問題應(yīng)用39個(gè)工程參數(shù)轉(zhuǎn)化為TRIZ標(biāo)準(zhǔn)問題；然后，應(yīng)用TRIZ的40條原理得到TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)解；最后，針對實(shí)際問題，應(yīng)用專業(yè)知識，通過類比思維將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的領(lǐng)域解。

2.機(jī)械密封創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程

2.1 問題分析

傳統(tǒng)的非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，它存在兩個(gè)問題：其一是無法主動(dòng)調(diào)整密封端面間隙。因受密封系統(tǒng)本身及外界干擾，如密封環(huán)端面劃痕、軸向竄動(dòng)、力（熱）變形、端面磨損、壓力波動(dòng)、操作不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致工況發(fā)生波動(dòng)時(shí)，由于無法對密封間隙進(jìn)行主動(dòng)控制，密封穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響。其二是密封間隙大小及端面流體膜穩(wěn)定性嚴(yán)重依賴于機(jī)組工況及介質(zhì)條件，特別是機(jī)組轉(zhuǎn)速。密封面間較高的相對轉(zhuǎn)速有利于獲得更大的流體膜承載力和剛度，但給定機(jī)組的轉(zhuǎn)速往往是不可改變或只能在一定范圍內(nèi)變化的，這極大限制了高性能端面流體膜的形成，導(dǎo)致機(jī)械密封的性能和使用范圍受到了限制。現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一種機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)密封端面間隙的主動(dòng)調(diào)節(jié)，使密封的穩(wěn)定性不再與機(jī)組轉(zhuǎn)速直接相關(guān)和受其約束，能適用于轉(zhuǎn)速更加廣泛的場合。

圖1傳統(tǒng)動(dòng)壓非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu) 圖2 非接觸式磁力密封結(jié)構(gòu)

2.2 應(yīng)用TRIZ解決技術(shù)矛盾

首先，將機(jī)械密封中的問題抽象成TRIZ中的39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)。由分析問題的結(jié)果，我們可知希望改進(jìn)的參數(shù)是：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、適應(yīng)性或多用性，惡化的參數(shù)為：監(jiān)控與測試的困難性、裝置的復(fù)雜性。由TRIZ矛盾矩陣查得發(fā)明原理號為35、22、39、23和15、29、37、28。經(jīng)過分析，選取23（反饋原理）、28（置換機(jī)械系統(tǒng)原理）。

利用TRIZ的第23（反饋原理）、28（置換機(jī)械系統(tǒng)原理）發(fā)明原理，對傳統(tǒng)非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在傳統(tǒng)非接觸式機(jī)械密封中加入傳感器，實(shí)時(shí)檢測密封間隙的變化情況，實(shí)現(xiàn)密封端面間隙的主動(dòng)可調(diào)。用電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)置換機(jī)械系統(tǒng)，以電磁力代替?zhèn)鹘y(tǒng)非接觸式機(jī)械密封的流體膜動(dòng)、靜壓力來獲得開啟力和閉合力，使密封間隙大小及端面流體膜穩(wěn)定性不再依賴機(jī)組工況。改進(jìn)后的非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。同軸設(shè)置有旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和靜止密封環(huán)，并以其軸向端面實(shí)現(xiàn)密封。動(dòng)環(huán)為可作軸向位移且兩軸向端面均為密封面的鐵磁材料或永磁材料結(jié)構(gòu)，兩個(gè)靜環(huán)分別設(shè)置于動(dòng)環(huán)的軸向兩側(cè)，與動(dòng)環(huán)相對的端面為密封面。動(dòng)環(huán)與兩靜環(huán)之間存在一定大小的間隙，分別為h1和h2。兩個(gè)靜環(huán)分別開有一個(gè)大小相同的環(huán)形槽，槽內(nèi)纏繞面積相等的線圈組。在兩靜環(huán)的邊緣分別裝有一個(gè)傳感器，以便檢測動(dòng)環(huán)的偏移量信號。

2.3 非接觸式磁力機(jī)械密封工作原理

圖3 密封控制系統(tǒng)工作原理

上述非接觸式磁力機(jī)械密封工作時(shí)，動(dòng)環(huán)隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由通電控制結(jié)構(gòu)向兩靜環(huán)中的線圈通電，兩靜環(huán)分別對動(dòng)環(huán)產(chǎn)生方向相反的電磁吸引力，該電磁作用力與密封端面間介質(zhì)流體壓力綜合后形成對動(dòng)環(huán)的大小相等、方向相反的吸引力，使動(dòng)環(huán)懸浮于兩靜環(huán)之間的平衡位置，兩側(cè)密封端面間隙處于設(shè)計(jì)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)間的非接觸式機(jī)械密封。運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)發(fā)生軸向位移偏離了平衡位置，即其動(dòng)環(huán)兩側(cè)的密封間隙發(fā)生了增大/減小的改變，設(shè)置在各密封間隙部位的傳感器結(jié)構(gòu)即可將相應(yīng)的位置偏移量信號反饋到其所連接的通電控制結(jié)構(gòu)，與預(yù)設(shè)范圍進(jìn)行比較運(yùn)算和放大處理后，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)增大或減小的控制電流，分別加載到兩靜環(huán)中的對應(yīng)電磁線圈上，改變其兩側(cè)電磁鐵對動(dòng)環(huán)的磁性作用力，通過兩側(cè)電磁鐵的合力使動(dòng)環(huán)重新恢復(fù)到設(shè)定的平衡位置。

以上是基于TRIZ理論完成的一種非接觸式磁力機(jī)械密封設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了TRIZ理論在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用的高效性。該裝置改善了非接觸式機(jī)械密封運(yùn)行的穩(wěn)定性，使其能夠適用于轉(zhuǎn)速更加廣泛的場合。

3.結(jié)論

本文運(yùn)用TRIZ理論對非接觸式機(jī)械密封進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在分析實(shí)際問題的基礎(chǔ)上，確定了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和監(jiān)控與測試的困難性、適應(yīng)性或多用性和裝置的復(fù)雜性之間的沖突領(lǐng)域，用TRIZ中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來描述沖突，查找矛盾矩陣，確定發(fā)明原理，設(shè)計(jì)出非接觸式磁力機(jī)械密封。此設(shè)計(jì)解決了一直困擾傳統(tǒng)非接觸式機(jī)械密封的問題，即無法主動(dòng)調(diào)整密封端面間隙和密封端面間隙大小及端面流體膜穩(wěn)定性嚴(yán)重依賴于機(jī)組工況的問題，使密封的穩(wěn)定性不再受機(jī)組轉(zhuǎn)速的約束和影響，因此適用于轉(zhuǎn)速更加廣泛的場合且都能具有良好的動(dòng)態(tài)性能，增強(qiáng)了非接觸式機(jī)械密封運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，具有良好的可實(shí)施性。

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