机械创新设计与实践

第1章 机械专业学科竞赛与 创新人才培养 1 1.1 学科竞赛的重要意义 1 1.2 历届全国大学生机械创新设计大赛的 命题与要求 2 1.3 作品的选评 6 1.4 综合能力培养与科技制作 7 1.4.1 第二课堂课外科技制作的 内容与作用 8 1.4.2 第二课堂课外科技制作与 综合能力培养 8 1.4.3 做好大学阶段学习规划，积极参与 科技制作 12 1.4.4 指导教师团队的建设 14 1.4.5 科技制作学生团队的建设 15 1.5 其他相关学科竞赛和创新项目申请 16 1.5.1 中国“互联网+”创新创业大赛 16 1.5.2 “挑战杯”课外科技作品 制作大赛 17 1.5.3 全国工程训练综合能力竞赛 17 1.5.4 全国大学生创新创业 训练计划年会 18 1.5.5 全国大学生机器人大赛RoboMaster 机甲大师赛 18 1.5.6 全国大学生机械产品数字化 设计大赛 19 第2章 创新思维 21 2.1 创意、创新与创业 21 2.1.1 好的创意从何而来 21 2.1.2 机械专业学生的创新能力 23 2.2 思维的定义和类型 27 2.3 创新思维相关理论 35 2.3.1 创新思维的特点和形成 35 2.3.2 创新思维的枷锁 36 2.3.3 产品设计的创新思维 37 2.4 创新思维技法训练 38 2.4.1 群体集智法 38 2.4.2 系统分析法 39 2.4.3 联想类比法 42 2.4.4 仿生法 43 2.4.5 组合创新法 48 2.4.6 反求创新设计法 51 2.5 查新与调研 51 2.5.1 查新的重要意义 51 2.5.2 查新的途径 52 2.5.3 撰写查新报告 53 2.6 批判性思维 53 2.7 思维导图 55 2.8 六项思考帽 56 2.9 TRIZ创新设计理论 58 2.9.1 TRIZ发展历史 58 2.9.2 TRIZ的哲学和理论思想 59 2.9.3 技术系统的进化法则 61 第3章 机械系统方案创新设计 65 3.1 机械产品设计史 65 3.2 机械产品研发流程 67 3.3 机械产品选型与创新点提炼 69 3.4 机械运动方案设计内容及评价 72 3.5 机构设计要点 73 3.6 机构特点及应用 74 3.6.1 常用基本机构功能 75 3.6.2 组合机构设计 78 3.6.3 机构的变异与演化 86 3.7 基于功能元求解的机械系统设计 90 3.7.1 设计问题的描述 91 3.7.2 作品功能的确定 91 3.7.3 分功能分解与排序 93 3.7.4 分功能求解 94 3.8 基于杆组的结构分解法 98 3.9 先进机构学理论 102 3.9.1 受控机构 102 3.9.2 变胞机构 103 3.10 机构创新设计感悟 103 3.10.1 开式链与闭式链的比较和应用 103 3.10.2 先进机构学理论对创新设计的 重要性 104 3.10.3 基本机构与组合机构的选择 106 3.10.4 平面机构与空间机构的选用 106 3.10.5 形位配合或结构形状的 创新设计 107 3.10.6 不同的思考角度对创新思路的 影响 108 3.10.7 拿来主义的重要意义 109 3.10.8 创新设计类比赛和创新设计 制造类比赛的异同 110 3.10.9 功能是否越多越好 111 3.10.10 在创新设计时要全面思考正、 反行程两个方面 112 3.10.11 师生如何强强组合结硕果 113 3.10.12 培养和提高机械创新设计 能力的建议 114 第4章 机械优化设计与仿真 115 4.1 机械优化设计 115 4.2 优化设计的数学模型 116 4.2.1 设计变量 117 4.2.2 目标函数 117 4.2.3 约束条件 118 4.2.4 *优解分析 118 4.3 优化设计问题分析举例 119 4.4 机构运动仿真与程序设计 120 4.4.1 计算机仿真技术简介 120 4.4.2 机构运动仿真的目的和意义 121 4.5 基于Visual Basic.net的 四杆机构仿真 123 4.5.1 Visual Basic.net简介 123 4.5.2 机构运动仿真编程基础 124 4.6 全铰链四杆机构运动仿真 127 4.6.1 界面设计 127 4.6.2 程序设计步骤 128 4.6.3 定义全局变量并加注释 128 4.6.4 按照程序流程设计自定义函数 129 4.6.5 编写程序代码 131 4.6.6 程序调试 133 第5章 机械产品的动力学 分析与仿真 134 5.1 Adams软件简介 134 5.2 Adams入门 135 5.2.1 Adams/View的用户界面简介 135 5.2.2 Adams/View的一般使用方法 136 5.2.3 Adams/PostProcessor的 用户界面简介 140 5.2.4 Adams/PostProcessor的 一般使用方法 141 5.3 机构动力学仿真案例 143 5.3.1 问题描述 143 5.3.2 建立运动学模型 144 5.3.3 仿真 147 5.3.4 后处理 148 第6章 机电控制系统设计 150 6.1 电动机的选型 150 6.1.1 三相交流异步电动机的选型原则、 步骤及实例 151 6.1.2 直流电动机的选型原则、 步骤及实例 155 6.1.3 步进电机的选型原则、 步骤及实例 158 6.2 电动机控制电路的设计 163 6.2.1 永磁有刷直流电动机的PWM 调速电路设计实例 163 6.2.2 混合式两相步进电机的 驱动电路设计实例 168 6.2.3 三相交流异步电动机直接启动 控制电路设计实例 169 第7章 产品数控加工与制造、装配 174 7.1 各种数控机床的适应加工范围 174 7.2 数控加工的工艺设计 175 7.2.1 数控加工工艺内容的选择 175 7.2.2 零件的数控加工工艺性分析 176 7.2.3 数控加工的工艺过程设计 177 7.2.4 数控机床加工工序和 加工路线的设计 178 7.2.5 数控加工专用技术文件的编写 183 7.2.6 数控加工综合举例 185 7.3 零件加工制造过程中的注意事项 188 7.4 产品调试与问题分析 188 第8章 参赛准备工作 190 8.1 视频与海报的制作 190 8.2 申报书写作 191 8.2.1 立项背景 192 8.2.2 研究内容和研究意义 192 8.2.3 项目的科学性和可行性论证 193 8.2.4 产品创新点与重难点总结 193 8.3 如何写说明书或论文 193 8.4 陈述与答辩 195 8.4.1 答辩PPT的设计与制作 196 8.4.2 作品陈述内容及注意事项 198 8.4.3 答辩的注意事项及技巧 198 第9章 机械创新作品案例 200 9.1 概述 200 9.2 创新作品一：救援变形金刚 200 9.2.1 摘要与关键词 200 9.2.2 多功能伤病员输送装置 市场调查研究 200 9.2.3 救援变形金刚的设计理念 201 9.2.4 机械系统功能分析与实现 202 9.2.5 结束语 205 9.2.6 总结 205 9.3 创新作品二：斗牛士健身车 206 9.3.1 摘要和关键词 206 9.3.2 健身车市场调查研究 206 9.3.3 斗牛士健身车的设计理念 206 9.3.4 机械系统结构分析与功能实现 208 9.3.5 基于机构分析的关键 零部件设计 210 9.3.6 结束语 211 9.3.7 总结 212 9.4 创新作品三：节能划船健身器 212 9.4.1 摘要和关键词 212 9.4.2 市场现有划船健身器的 调查研究 212 9.4.3 划船健身器方案设计 213 9.4.4 传动系统设计 216 9.4.5 储能部分设计 216 9.4.6 系统安装 217 9.4.7 结论 217 9.4.8 总结 217 9.5 创新作品四：酷跑双轮车 217 9.5.1 摘要和关键词 218 9.5.2 现有产品市场调查研究 218 9.5.3 酷跑双轮车设计思路 218 9.5.4 酷跑双轮车功能分析 220 9.5.5 结论 223 9.5.6 总结 223 9.6 创新作品五：智能魔方车库 224 9.6.2 摘要和关键词 224 9.6.2 现有产品市场调研分析 224 9.6.3 魔方车库设计思路 225 9.6.4 魔方车库功能分析与设计 226 9.6.5 结论 229 9.6.6 总结 229 9.7 创新作品六：爱车公寓 230 9.7.1 摘要和关键词 230 9.7.2 现有产品市场调研分析 230 9.7.3 电单车-自行车一体化车库 设计理念 231 9.7.4 各模块功能分析与实现 232 9.7.5 结论 235 9.7.6 总结 235 9.8 创新作品七：沙滩清洁车 236 9.8.1 摘要与关键词 236 9.8.2 现有产品市场调查研究 236 9.8.3 沙滩清洁车的设计思路 237 9.8.4 各部分的功能分析及实现 237 9.8.5 结论 242 9.8.6 总结 242 9.9 创新作品八：可变结构运输车 242 9.9.1 摘要与关键词 242 9.9.2 现有产品市场调查研究 242 9.9.3 可变结构运输车设计思路 243 9.9.4 作品功能分析与实现 243 9.9.5 结论 247 9.9.6 总结 247 9.10 创新作品九：小型自动制砖机 248 9.10.1 摘要与关键词 248 9.10.2 相关产品技术调研 248 9.10.3 自动制砖机的设计理念 249 9.10.4 机械系统功能分析与实现 250 9.10.5 结论 253 9.10.6 总结 254 9.11 创新作品10：多功能自动 轮转换位黑板 254 9.11.1 摘要与关键词 254 9.11.2 现有产品分析 254 9.11.3 多功能自动轮转换位黑板 设计思路 255 9.11.4 机械系统结构分析与功能 实现 256 9.11.5 结论 259 9.11.6 总结 259 附录 国家级大学生创新训练项目申报书——斗牛士健身车 260 参考文献 266 后记 268