機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐

第1章 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽與綜合能力培養(yǎng) 1

1.1 全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽簡介 1

1.2 歷屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的命題與要求 1

1.3 作品的選評 4

1.4 綜合能力培養(yǎng)與科技制作 5

1.4.1 課外科技制作的內(nèi)容與作用 5

1.4.2 課外科技制作與綜合能力培養(yǎng) 6

1.4.3 做好大學(xué)階段學(xué)習(xí)規(guī)劃，積極參與科技制作 7

1.5 其他相關(guān)學(xué)科競賽和創(chuàng)新項(xiàng)目申請 9

1.5.1 挑戰(zhàn)杯課外科技作品制作大賽 10

1.5.2 全國工程訓(xùn)練綜合能力競賽 10

1.5.3 全國大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目 11

1.5.4 全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽 12

第2章 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的組織、培訓(xùn)與管理 13

2.1 全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽流程 13

2.2 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究團(tuán)隊(duì)建設(shè) 14

2.2.1 指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè) 15

2.2.2 科技制作學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè) 16

2.2.3 基于導(dǎo)師制和項(xiàng)目制培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì) 17

2.2.4 團(tuán)隊(duì)學(xué)生選拔與分工 17

2.3 大賽的組織與動(dòng)員 18

2.4 理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革 19

2.5 管理過程注意事項(xiàng) 22

第3章 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)最優(yōu)方案分析與擬定 24

3.1 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)史 24

3.2 機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)流程 25

3.3 機(jī)械專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力與素質(zhì) 26

3.4 機(jī)械產(chǎn)品選型與創(chuàng)新點(diǎn)提煉 27

3.5 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 31

3.6 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 31

3.7 機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用 32

3.7.1 常用機(jī)構(gòu)功能 32

3.7.2 組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 35

3.7.3 機(jī)構(gòu)的變異與演化 36

3.8 基于功能元求解的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 38

3.8.1 創(chuàng)新思維方法 38

3.8.2 功能元對應(yīng)基本機(jī)構(gòu) 39

3.9 基于桿組的結(jié)構(gòu)分解法 41

3.10 機(jī)械產(chǎn)品的可行性和綜合評價(jià) 46

3.11 先進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)理論 47

3.11.1 受控機(jī)構(gòu) 47

3.11.2 變胞機(jī)構(gòu) 47

第4章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真 49

4.1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) 49

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 51

4.2.1 設(shè)計(jì)變量 51

4.2.2 目標(biāo)函數(shù) 52

4.2.3 約束條件 53

4.2.4 最優(yōu)解分析 53

4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題分析舉例 54

4.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真與程序設(shè)計(jì) 55

4.4.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡介 55

4.4.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的目的和意義 56

4.5 基于Visual Basic.Net的四桿機(jī)構(gòu)仿真 57

4.5.1 Visual Basic.Net簡介 57

4.5.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真編程基礎(chǔ) 58

4.6 全鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 61

4.6.1 變量定義 61

4.6.2 函數(shù)設(shè)計(jì) 62

第5章 機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)分析與仿真 65

5.1 Adams軟件簡介 65

5.2 Adams入門 66

5.2.1 Adams/View的用戶界面簡介 66

5.2.2 Adams/View的一般使用方法 68

5.2.3 Adams/PostProcessor的用戶界面簡介 72

5.2.4 Adams/PostProcessor的一般使用方法 73

5.3 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真案例 76

5.3.1 問題描述 76

5.3.2 建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 77

5.3.3 仿真 81

5.3.4 后處理 81

第6章 機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 84

6.1 電動(dòng)機(jī)的選型 84

6.1.1 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的選型原則、步驟及實(shí)例 86

6.1.2 直流電動(dòng)機(jī)的選型原則、步驟及實(shí)例 90

6.1.3 步進(jìn)電機(jī)的選型原則、步驟及實(shí)例 94

6.2 電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 100

6.2.1 永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速電路設(shè)計(jì)實(shí)例 100

6.2.2 混合式兩相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)實(shí)例 105

6.2.3 三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)實(shí)例 106

第7章 產(chǎn)品數(shù)控加工與制造、裝配 112

7.1 各種數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)加工范圍 112

7.2 數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì) 113

7.2.1 數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇 114

7.2.2 零件的數(shù)控加工工藝性分析 114

7.2.3 數(shù)控加工的工藝過程設(shè)計(jì) 116

7.2.4 數(shù)控機(jī)床加工工序和加工路線的設(shè)計(jì) 117

7.2.5 數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫 122

7.2.6 數(shù)控加工綜合舉例 125

7.3 零件加工制造過程中的注意事項(xiàng) 128

7.4 產(chǎn)品調(diào)試與問題分析 129

第8章 后期參賽準(zhǔn)備工作 131

8.1 視頻與海報(bào)制作 131

8.2 申報(bào)書寫作 132

8.2.1 立項(xiàng)背景 133

8.2.2 研究內(nèi)容和研究意義 134

8.2.3 項(xiàng)目的科學(xué)性和可行性論證 134

8.2.4 產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)與重難點(diǎn)總結(jié) 134

8.3 如何寫說明書或論文 135

8.4 陳述與答辯 137

8.4.1 答辯的PPT設(shè)計(jì)與制作 138

8.4.2 作品陳述內(nèi)容及注意事項(xiàng) 138

8.4.3 答辯的注意事項(xiàng)及技巧 139

第9章 機(jī)械創(chuàng)新作品案例 142

9.1 概述 142

9.2 創(chuàng)新作品一：救援變形金剛 142

9.2.1 摘要與關(guān)鍵詞 142

9.2.2 多功能傷病員輸送裝置市場調(diào)查研究 143

9.2.3 救援變形金剛的設(shè)計(jì)理念 143

9.2.4 機(jī)械系統(tǒng)功能分析與實(shí)現(xiàn) 144

9.2.5 結(jié)束語 148

9.2.6 總結(jié) 148

9.3 創(chuàng)新作品二：斗牛士健身車 149

9.3.1 摘要和關(guān)鍵詞 149

9.3.2 健身車市場調(diào)查研究 149

9.3.3 斗牛士健身車的設(shè)計(jì)理念 150

9.3.4 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與功能實(shí)現(xiàn) 152

9.3.5 基于機(jī)構(gòu)分析的關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 154

9.3.6 結(jié)束語 155

9.3.7 總結(jié) 156

9.4 創(chuàng)新作品三：節(jié)能劃船健身器 156

9.4.1 摘要和關(guān)鍵詞 156

9.4.2 市場現(xiàn)有劃船健身器的調(diào)查研究 156

9.4.3 劃船健身器方案設(shè)計(jì) 157

9.4.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 160

9.4.5 儲(chǔ)能部分設(shè)計(jì) 161

9.4.6 系統(tǒng)安裝 162

9.4.7 結(jié)論 162

9.4.8 總結(jié) 162

9.5 創(chuàng)新作品四：酷跑雙輪車 163

9.5.1 摘要和關(guān)鍵詞 163

9.5.2 現(xiàn)有產(chǎn)品市場調(diào)查研究 163

9.5.3 酷跑雙輪車設(shè)計(jì)思路 164

9.5.4 酷跑雙輪車功能分析 165

9.5.5 結(jié)論 170

9.5.6 總結(jié) 170

附錄 國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書——斗牛士健身車 171

參考文獻(xiàn) 178

后記 180

本書以培養(yǎng)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制造及其相關(guān)綜合能力與素質(zhì)為主要目標(biāo)，針對學(xué)生參與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的各個(gè)流程和技術(shù)環(huán)節(jié)，進(jìn)行了細(xì)致而科學(xué)的歸納總結(jié)。

全書共分9章，第1章介紹機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽與綜合能力培養(yǎng)；第2章論述機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的組織、培訓(xùn)與管理；第3章重點(diǎn)講解機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)最優(yōu)方案分析與擬定，總結(jié)典型機(jī)構(gòu)和應(yīng)用；第4章講述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真；第5章介紹機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)分析與仿真；第6章歸納和舉例分析機(jī)電控制系統(tǒng)常用電動(dòng)機(jī)選型和控制電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)；第7章總結(jié)產(chǎn)品數(shù)控加工與制造、裝配；第8章論述與競賽相關(guān)的論文寫作、答辯環(huán)節(jié)注意事項(xiàng)等；第9章以4個(gè)典型機(jī)械作品為例，介紹了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容、主要步驟和方法。

本書可作為機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程的教材，也可作為有關(guān)教師和學(xué)生參與各級各類機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的參考書。

本書內(nèi)容共4篇8章,包括機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與圖例、機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與圖例、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合實(shí)例。在介紹創(chuàng)新理念在機(jī)械設(shè)計(jì)方面應(yīng)用的基礎(chǔ)上,廣泛列舉了370多個(gè)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例、機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖例及4個(gè)綜合性創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例。

本書第1篇包括緒論和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述等基礎(chǔ)性內(nèi)容。第2篇包括機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及圖例、機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新設(shè)計(jì)及圖例和仿生原理及創(chuàng)新設(shè)計(jì)圖例,充分列舉了創(chuàng)新設(shè)計(jì)在平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、撓性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。第3篇主要列舉了創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用實(shí)例。第4篇主要列舉了4個(gè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的綜合圖例。

本書可以作為簡明機(jī)械設(shè)計(jì)指南,供機(jī)械設(shè)計(jì)人員及相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)、查閱和參考,還可以作為《機(jī)械設(shè)計(jì)》的配套教材,滿足高等院校機(jī)械設(shè)計(jì)課程和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)要求。

第1章設(shè)計(jì)素養(yǎng)、制造工藝與機(jī)械創(chuàng)新

1.1設(shè)計(jì)素養(yǎng)

1.2廣義設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)

1.2.1廣義設(shè)計(jì)

1.2.2機(jī)械設(shè)計(jì)

1.3機(jī)械制造工藝

1.4機(jī)械創(chuàng)新

1.4.1從車床的起源與發(fā)展看機(jī)械創(chuàng)新

1.4.2機(jī)械創(chuàng)新的類型

1.4.3機(jī)械創(chuàng)新的方法

1.4.4機(jī)械創(chuàng)新的思維方式和應(yīng)具備的能力

復(fù)習(xí)思考題

第2章工業(yè)設(shè)計(jì)

2.1什么是工業(yè)設(shè)計(jì)

2.1.1工業(yè)設(shè)計(jì)的定義

2.1.2工業(yè)設(shè)計(jì)的分類

2.1.3工業(yè)設(shè)計(jì)的意義

2.1.4工業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)領(lǐng)域

2.1.5工業(yè)設(shè)計(jì)的歷史

2.2怎樣做工業(yè)設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)計(jì)程序

2.2.2設(shè)計(jì)評價(jià)

2.2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)成元素

2.3設(shè)計(jì)師的素質(zhì)

復(fù)習(xí)思考題

第3章概念設(shè)計(jì)和標(biāo)志設(shè)計(jì)

3.1什么是概念設(shè)計(jì)

3.1.1概念設(shè)計(jì)的定義

3.1.2概念設(shè)計(jì)的意義

3.1.3概念設(shè)計(jì)的分類

3.2怎樣做概念設(shè)計(jì)

3.2.1發(fā)現(xiàn)問題

3.2.2分析問題

3.2.2解決問題

3.3概念設(shè)計(jì)評價(jià)

3.4設(shè)計(jì)舉例： 標(biāo)志設(shè)計(jì)

3.4.1標(biāo)志設(shè)計(jì)的類型

3.4.2標(biāo)志設(shè)計(jì)的表現(xiàn)形式

復(fù)習(xí)思考題

第4章Inventor簡介

4.1Inventor概述

4.2Inventor支持的文件類型

4.3Inventor基本使用環(huán)境

4.4Inventor工作界面一覽

4.4.1草圖環(huán)境

4.4.2零件(模型)環(huán)境

4.4.3部件環(huán)境

4.4.4工程圖環(huán)境

4.4.5表達(dá)視圖環(huán)境

4.5模型的瀏覽、動(dòng)態(tài)觀察和導(dǎo)航

4.5.1模型的顯示

4.5.2模型的動(dòng)態(tài)觀察

4.5.3導(dǎo)航工具

4.6直接操縱

4.7工作界面定制與系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置

4.7.1文檔設(shè)置

4.7.2系統(tǒng)環(huán)境常規(guī)設(shè)置

4.7.3用戶界面顏色設(shè)置

4.7.4顯示設(shè)置

復(fù)習(xí)思考題

第5章草圖的繪制、編輯和約束

5.1草圖概述

5.2繪制草圖

5.2.1點(diǎn)和直線

5.2.2圓、橢圓和圓弧

5.2.3矩形和多邊形

5.2.4二維倒角和圓角

5.2.5文本和幾何圖元文本

5.2.6樣條曲線

5.2.7投影幾何圖元

5.2.8插入AutoCAD文件

5.2.9插入圖像

5.3編輯草圖

5.3.1草圖幾何圖元的修改

5.3.2鏡像特征與陣列特征

5.4約束草圖

5.4.1草圖幾何約束

5.4.2草圖尺寸標(biāo)注

5.5草繪實(shí)例

5.5.1草繪實(shí)例1——無碳小車底板

5.5.2草繪實(shí)例2——無碳小車驅(qū)動(dòng)軸

復(fù)習(xí)思考題

第6章零件圖——特征的創(chuàng)建和編輯

6.1草圖特征

6.1.1拉伸特征

6.1.2旋轉(zhuǎn)特征

6.1.3放樣特征

6.1.4掃掠特征

6.1.5螺旋掃掠特征

6.2放置特征

6.2.1打孔特征

6.2.2圓角特征

6.2.3倒角特征

6.2.4抽殼特征

6.2.5拔模特征

6.2.6螺紋特征

6.2.7加強(qiáng)筋和肋板

6.3定位特征

6.3.1工作平面

6.3.2工作軸

6.3.3工作點(diǎn)

6.3.4用戶坐標(biāo)系

6.4陣列特征

6.4.1鏡像特征

6.4.2矩形陣列特征

6.4.3環(huán)形陣列特征

6.5無碳小車特征造型實(shí)例

6.5.1零件造型實(shí)例1——無碳小車底板

6.5.2零件造型實(shí)例2——無碳小車驅(qū)動(dòng)軸

6.5.3零件造型實(shí)例3——無碳小車軸承支架

6.5.4零件造型實(shí)例4——無碳小車主動(dòng)輪

6.6無碳小車典型工程零件圖

復(fù)習(xí)思考題

第7章Inventor裝配仿真

7.1無碳小車的裝配仿真

7.1.1后輪部件裝配

7.1.2前輪部件裝配

7.1.3轉(zhuǎn)向桿部件裝配

7.1.4偏心輪部件裝配

7.1.5立桿部件裝配

7.1.6無碳小車總裝配

7.2裝配模型的編輯

7.2.1節(jié)流閥的裝配

7.2.2旋轉(zhuǎn)平移縮放視圖

7.2.3編輯裝配約束

7.2.4裝配干涉分析

7.2.5可見性控制

7.2.6裝配零部件尺寸測量

7.2.7裝配過程中改變零件顏色的方法

7.2.8裝配過程中改變零件結(jié)構(gòu)的方法

7.2.9裝配過程中查看零部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法

復(fù)習(xí)思考題

第8章Inventor表達(dá)視圖的創(chuàng)建

8.1無碳小車后輪表達(dá)視圖的創(chuàng)建

8.2無碳小車總裝配表達(dá)視圖的創(chuàng)建

8.3編輯表達(dá)視圖

復(fù)習(xí)思考題

第9章Inventor Studio演示

9.1節(jié)流閥工作原理動(dòng)畫演示

9.2齒輪泵工作原理動(dòng)畫演示

復(fù)習(xí)思考題

第10章創(chuàng)建工程裝配視圖

10.1創(chuàng)建工程裝配視圖環(huán)境

10.2工程裝配視圖的制作

10.3工程裝配視圖的修改

10.4工程裝配視圖標(biāo)注尺寸

10.5工程裝配視圖標(biāo)注序號

10.6工程裝配視圖標(biāo)注明細(xì)欄

復(fù)習(xí)思考題

第11章項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的整機(jī)設(shè)計(jì)

11.1項(xiàng)目的命題要求

11.2設(shè)計(jì)中的技術(shù)準(zhǔn)備

11.3設(shè)計(jì)方案

11.3.1一級齒輪減速為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案

11.3.2兩級齒輪減速為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案

11.4小車行走的調(diào)試

11.4.1小車前輪左右偏擺的對稱性調(diào)試

11.4.2小車前輪左右偏擺角度的調(diào)試

11.4.3小車起始擺放位置的調(diào)試

11.5繞“8”字軌跡小車的設(shè)計(jì)探討

11.5.1項(xiàng)目的命題要求

11.5.2小車“8”字運(yùn)行軌跡的設(shè)計(jì)與制作

11.5.3前輪轉(zhuǎn)向應(yīng)具備的兩個(gè)重要調(diào)節(jié)功能

11.5.4繞“8”字小車的設(shè)計(jì)方案

11.5.5小車行走的調(diào)試

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻(xiàn) 2100433B