《机械创新设计教案》 第1章绪论 1.1创新设计概述 1.论述创新设计与常规设计的区别 2.创新设计的特点 1.2创新人才的培养 1.介绍国内外各高校创新教育概况 2创新人才特点 3.创新人才的培养：培养创新意识：加强创新实践：排除影响创新活动的障碍 1.3机械创新设计的内容与特点 L.机械创新设计的内容 2.机械创新设计的特点 课堂练习： 1)在课堂上出题目进行创造力的自我测试，例如采用美国普林斯顿人才开发公 司的式题日 2)可进行 次课堂训练，如思维定势， 功能固着， 结构僵化等。例如，让学生 写出砖头的功能，可根据功能类型的数量，以及总数量评分 课后作业： 1)查阅资料或进行调查研究，写出一份关于某项专利，或某一新技术的创新设 计过程的调查报告。其报告格式为：新技术（新产品）名称：发明人：发明原因： 发明过程 使用情 2)良好的创造心理包含哪些内容？请举出一个自己感受最深刻的例子说明，你 是如何通过非智力因素的培养促进智力因素的发展与提高的 第2章创新思维与技法 1.1创新思维 创新思维的特点：开放性；求异性：突发性：是逻辑思维与非逻辑思维结合 的产物 2.创新思维的过程：准备阶段：酝酿阶段：顿悟阶段：验证阶段 3创新思维的方式 1)利用事物的形象进行创新思维：联想思维（相似联想，相关联想，对比两 项) 维（创造想象，充填想象，预示想象，导引想象） 2)通过灵感的激发进行创新思维：自发灵感：诱发灵感；触发灵感：逼发灵 感 (3)沿着事物的各个方向进行创新思维：发散思维；横向思维：逆向思维 1.2创新技法 1.观察法 (1)构成观察的三要素：观察者：观察对象：观察工具 (2)观察的三个技巧：重复观察：动态观察：间接观察
《机械创新设计教案》 第1章 绪论 1.1 创新设计概述 1. 论述创新设计与常规设计的区别 2. 创新设计的特点 1.2 创新人才的培养 1. 介绍国内外各高校创新教育概况 2. 创新人才特点 3. 创新人才的培养：培养创新意识；加强创新实践；排除影响创新活动的障碍 1.3 机械创新设计的内容与特点 1. 机械创新设计的内容 2. 机械创新设计的特点 课堂练习： 1）在课堂上出题目进行创造力的自我测试，例如采用美国普林斯顿人才开发公 司的测试题目 2）可进行一次课堂训练，如思维定势，功能固着，结构僵化等。例如，让学生 写出砖头的功能，可根据功能类型的数量，以及总数量评分 课后作业： 1）查阅资料或进行调查研究，写出一份关于某项专利，或某一新技术的创新设 计过程的调查报告。其报告格式为：新技术（新产品）名称；发明人；发明原因； 发明过程；使用情况。 2）良好的创造心理包含哪些内容？请举出一个自己感受最深刻的例子说明，你 是如何通过非智力因素的培养促进智力因素的发展与提高的 第2章 创新思维与技法 1.1 创新思维 1. 创新思维的特点：开放性；求异性；突发性；是逻辑思维与非逻辑思维结合 的产物 2. 创新思维的过程：准备阶段；酝酿阶段；顿悟阶段；验证阶段 3. 创新思维的方式 （1） 利用事物的形象进行创新思维：联想思维（相似联想，相关联想，对比两 项）；想象思 维（创造想象，充填想象，预示想象，导引想象） （2） 通过灵感的激发进行创新思维：自发灵感；诱发灵感；触发灵感；逼发灵 感 （3） 沿着事物的各个方向进行创新思维：发散思维；横向思维；逆向思维 1.2 创新技法 1. 观察法 （1） 构成观察的三要素：观察者；观察对象；观察工具 （2） 观察的三个技巧：重复观察；动态观察；间接观察
2.类比法：相似类比：拟人类比：因果类比 3移植法，原理移植，方法移植，结构移植 4.组合法：功能组合：技术组合 材料组合：同类组合：异类组合 5.换元发 6.还原法 7.穷举法：希望点列举：缺点列举 8集智法：会议式：书面式(635法)：卡片式 课堂练习 1)进行联想的课堂练习，例如分别运用相似、相关、对比三种联想方式将两端 的名词连起来。 (不考虑联想方式的运用顺序) (1)鱼一一火：(2)炉子一一电吹风：(3)红外线一一石头块 2)运用635发在课堂上进行集智法训练，题目有： 1 对海洋的利用前景：(2)对未来城市的设想：(3)对未来学校的设想 课后作业： 1)回忆自己的成长与学习过程，是否产生过灵感，是属于自发，触发，诱发还 是逼发的 2)列举自己曾使用过的笔的种类，运用缺点与希望点列举法列出这些笔的特点， 并提出改进设想。 第3章机械系统方案设计的创新 3.1概述 1.机械系统的概念 (1)机械系统的组成 (2)机械系统的相关性 (3)机械系统的进化性：阐述TIZ理论的进化曲线以及八个进化法则 2.机械系统设计的内容：产品规划；方案设计：技术设计：施工设计 3.方案设计的创新 3.2功能综合 功能分析：黑箱法 功能分类：按机械系统的组成分类：按能量、物料、信息三要素变换的物理 作用进行分类；机构能实现的基本功能 3.功能分解：树状结构：串联结构：并联结构：环形结构 3.3原理综合 1.技术冲突解决原理(TRIZ理论) (1)设计中的3 个技术冲突：将抽象的名词具体化 (2)40条发明原理：将抽象的名词具体化 (3)冲突矩阵：应用举例 2.建立原理解法目录：列举物料分离、混合的原理解法：物料放大、缩小原理 3.资源的分析与利用 (1)资源的类型：自然资源：时间资源：空间资源：信息资源：系统资源 (2)资源的分析与利用 3.4构型综合
2. 类比法：相似类比；拟人类比；因果类比 3. 移植法：原理移植；方法移植；结构移植 4. 组合法：功能组合；技术组合；材料组合；同类组合；异类组合 5. 换元发 6. 还原法 7. 穷举法：希望点列举；缺点列举 8. 集智法：会议式；书面式（635 法）；卡片式 课堂练习： 1）进行联想的课堂练习，例如分别运用相似、相关、对比三种联想方式将两端 的名词连起来。 （不考虑联想方式的运用顺序） （1）鱼——火；（2）炉子——电吹风；（3）红外线——石头块 2）运用635 发在课堂上进行集智法训练，题目有： （1）对海洋的利用前景；（2）对未来城市的设想；（3）对未来学校的设想 课后作业： 1）回忆自己的成长与学习过程，是否产生过灵感，是属于自发，触发，诱发还 是逼发的 2）列举自己曾使用过的笔的种类，运用缺点与希望点列举法列出这些笔的特点， 并提出改进设想。 第3章 机械系统方案设计的创新 3.1 概述 1. 机械系统的概念 （1）机械系统的组成 （2）机械系统的相关性 （3）机械系统的进化性：阐述TRIZ 理论的进化曲线以及八个进化法则 2. 机械系统设计的内容：产品规划；方案设计；技术设计；施工设计 3. 方案设计的创新 3.2 功能综合 1. 功能分析：黑箱法 2. 功能分类：按机械系统的组成分类；按能量、物料、信息三要素变换的物理 作用进行分类；机构能实现的基本功能 3. 功能分解：树状结构；串联结构；并联结构；环形结构 3.3 原理综合 1. 技术冲突解决原理（TRIZ 理论） （1）设计中的39 个技术冲突：将抽象的名词具体化 （2）40 条发明原理：将抽象的名词具体化 （3）冲突矩阵：应用举例 2. 建立原理解法目录：列举物料分离、混合的原理解法；物料放大、缩小原理 解 3. 资源的分析与利用 （1）资源的类型：自然资源；时间资源；空间资源；信息资源；系统资源 （2）资源的分析与利用 3.4 构型综合
1.机构构型 移植方式移植成果实例 方法移相 型新成果 结构移植原型新成果 2.机构选型 3.构型综合的注意问颗 课后作业： 1)查阅相关的资料，描述你最熟悉的产品（例如汽车、计算机、手机等）的发 展过程。即出生、成长、成熟、衰退：以及第二代产品的出现、成长、；第三 代产品…。 2)绘制自行车功能结构图。 3)分割与合并是技术冲突解决原理的两个基本方法，试举出这两种方法的应用 4)技术冲突解决原理是解决产品原理方案设计的一种很好的手段。试举出 冲突实例，并运用该方法解决之。例如，雨伞面积大遮雨效果好，但更容易被风 吹得难以撑好，该如何解决？ 第4章机构变异设计与创新 4.1机构的倒置 1.平面连杆机构 2.凸轮机构 3.各类传动机构 4.2运动副的变异与演化 运动副元素尺寸的变异 扩大转动副：扩大移动副 2. 运动副元素形状的变异：展直：绕曲：重复再现：运动副的替代 4.3构件的变异与演化 1.构件形状的变异 2.构件的合并与拆分 4.4机构的扩展 引入虚约束 变换运动副 4.5机构的等效代换 1.利用运动副的替代原理进行等效代换 2.利用瞬心线构造等效机构：反平行四边形机构与椭圆齿轮机构的等效代换 卡当机 3 周转轮系的等效代换 4.机构功能的等效代换 46运动原理的移植 1差动原理的移枯 2 谐波传动的移相 课后作业： 1)请列举在实际应用中结构不同但功能等效的变异产品实例：以及在实际应用 中功能不同但结构相似的变异产品实例
1. 机构构型 移植方式 移植成果实例 原理移植 原型 新成果 方法移植 原型 新成果 结构移植 原型 新成果 2. 机构选型 3. 构型综合的注意问题 课后作业： 1）查阅相关的资料，描述你最熟悉的产品（例如汽车、计算机、手机等）的发 展过程。即出生、成长、成熟、衰退；以及第二代产品的出现、成长、…；第三 代产品…。 2）绘制自行车功能结构图。 3）分割与合并是技术冲突解决原理的两个基本方法，试举出这两种方法的应用 实例。 4）技术冲突解决原理是解决产品原理方案设计的一种很好的手段。试举出三个 冲突实例，并运用该方法解决之。例如，雨伞面积大遮雨效果好，但更容易被风 吹得难以撑好，该如何解决？ 第4章 机构变异设计与创新 4.1 机构的倒置 1. 平面连杆机构 2. 凸轮机构 3. 各类传动机构 4.2 运动副的变异与演化 1. 运动副元素尺寸的变异：扩大转动副；扩大移动副 2. 运动副元素形状的变异：展直；绕曲；重复再现；运动副的替代 4.3 构件的变异与演化 1. 构件形状的变异 2. 构件的合并与拆分 4.4 机构的扩展 1. 引入虚约束 2. 变换运动副 4.5 机构的等效代换 1. 利用运动副的替代原理进行等效代换 2. 利用瞬心线构造等效机构：反平行四边形机构与椭圆齿轮机构的等效代换； 卡当机构 3. 周转轮系的等效代换 4. 机构功能的等效代换 4.6 运动原理的移植 1. 差动原理的移植 2. 谐波传动的移植 课后作业： 1）请列举在实际应用中结构不同但功能等效的变异产品实例；以及在实际应用 中功能不同但结构相似的变异产品实例
2)请至少写出5种螺旋机构的功能及变异功能，以及再可以开发的新功能。 第5章机构组合设计与创新 5.1串联式组合 1.串联组合形式：先介绍前置机构与后置机构的概念，再展开组合形式问题 2.串联式组合的机构可实现的主要功能：增力：增程：实现特殊运动规律要求： 改善动力特性 5.2并联式组合 1.并联组合形式 并列式：合成式：时序式 2. 并联式组合的机构可实现的主要功能：改善工作性能：实现特定的运动规律 与轨迹：完成复杂的动作配合 5.3封闭式组合 1.封闭式组合的形式：先介绍基础机构与附加机构的概念，再展开组合形式问 题 封闭式组合机构的功能：实现特定的运动规律：增程与增力：实现大速比（三 环减速器)；实现运动的合成 5.4装载式组合 1.单联式装载组合：工业机器人 2.双联 装载组合：挖掘机与摇头电扇 课后作业： 1)利用串联组合技法构造一个组合机构，使输出构件实现360的摆动。 2)利用并联组合技法构造一个组合机构，使输出构件实现剪刀剪切运动的功能。 3)利用封闭式组合的技法将连杆机构、齿轮机构进行组合，使输出构件能够实 现具有停歇运动规律 4)以铰链五杆机构为基础机构，三构件齿轮机构为附加机构，运用封闭式组合 原理，组合二种连杆齿轮机构。 5)以差动凸轮机构为基础机构，四连杆机构为附加机构，运用封闭式组合原理， 组合一种轮车杆机构」 第6章机构再生设计与创新 首先通过摩托车后轮悬挂机构的三种不同类型实例来分析、说明什么是机构再生， 以及 再生与创新的关系：其次阐述机构再生设计的过程：然后再将本章内容展开进行。 6.1一般化运云 一般化原则：介绍一般化杆，一般化副的概念：复合铰链的一般化问题处理 方法 2.常见机构的一般化 6.2杆形类配 1问题的提 杆型；杆型类配依据：八杆十副运动链杆型类配方案 6.3运动链组合 1.图的概念：点，度，线的概念 2.图的组合：缩图，全图的概念
2）请至少写出5 种螺旋机构的功能及变异功能，以及再可以开发的新功能。 第5章 机构组合设计与创新 5.1 串联式组合 1. 串联组合形式：先介绍前置机构与后置机构的概念，再展开组合形式问题 2. 串联式组合的机构可实现的主要功能：增力；增程；实现特殊运动规律要求； 改善动力特性 5.2 并联式组合 1. 并联组合形式：并列式；合成式；时序式 2. 并联式组合的机构可实现的主要功能：改善工作性能；实现特定的运动规律 与轨迹；完成复杂的动作配合 5.3 封闭式组合 1. 封闭式组合的形式：先介绍基础机构与附加机构的概念，再展开组合形式问 题 2. 封闭式组合机构的功能：实现特定的运动规律；增程与增力；实现大速比（三 环减速器）；实现运动的合成 5.4 装载式组合 1. 单联式装载组合：工业机器人 2. 双联式装载组合：挖掘机与摇头电扇 课后作业： 1）利用串联组合技法构造一个组合机构，使输出构件实现360˚的摆动。 2）利用并联组合技法构造一个组合机构，使输出构件实现剪刀剪切运动的功能。 3）利用封闭式组合的技法将连杆机构、齿轮机构进行组合，使输出构件能够实 现具有停歇运动规律。 4）以铰链五杆机构为基础机构，三构件齿轮机构为附加机构，运用封闭式组合 原理，组合二种连杆齿轮机构。 5）以差动凸轮机构为基础机构，四连杆机构为附加机构，运用封闭式组合原理， 组合二种凸轮连杆机构。 第6章 机构再生设计与创新 首先通过摩托车后轮悬挂机构的三种不同类型实例来分析、说明什么是机构再生， 以及 再生与创新的关系；其次阐述机构再生设计的过程；然后再将本章内容展开进行。 6.1 一般化运动链 1. 一般化原则：介绍一般化杆，一般化副的概念；复合铰链的一般化问题处理 方法 2. 常见机构的一般化 6.2 杆形类配 1. 问题的提出 2. 杆型类配：杆型；杆型类配依据；八杆十副运动链杆型类配方案 6.3 运动链组合 1. 图的概念：点，度，线的概念 2. 图的组合：缩图，全图的概念
3.运动链的组合：由图到运动链的转换 6.4机构再生设计 .2 飞机起落架的再生设计：通过设计实例应是学生掌握如何确定设计约束问题 缝纫机送布机构的再生设计 后作业： 1)牛头彻床急同机构如图所示，请运用机构再生例新的方法，构造一种新型的 牛头刨床急回 机构 2)请画出下图所示的缝纫机送布机构的一般化运动链图及相应的拓扑图。 3)图示为缝纫机上应用的送料机构，其中M为送料牙，连架杆2的摆动可控制 抬牙量，称为抬牙杆：连架杆4的摆动可控制针距，称为送料杆。请运用运动链 再生的创新技法创造一个新机构。即包括：分析图示原始机构的结构组成特点： 绘制一般化运动链：绘制一般化运动链图谱(2个)；将其中之一转化为再生创 新机构。 第7章机构结构设计与创新 7.1实现零件功能的结构设计与创新 1.功能分解 2.功能组合 3. 功能移植 7.2结构元素的变异与演化 1.轴毅联接的结构元素变异与演化（数量，位置与形状的变元） 2.离合器的结构元素变异与演化（数量，位置与形状的变元） 3.棘轮传动的结构元素变异（数量，位置与形状的变元） 各种槽销结 元系的 变异（形状的变元 5. 新型联轴器的结构特点（连接与形状的变元） 6.改善工作性能的结构变异（位置与形状的变元） 7.3适应材料性能的结构设计与创新 1.扬长避短：陶瓷、铸铁、塑料 性能石补 结构形状变异 7.3方便制造与操作的结构设计与创新 1.加工工艺的结构构形 2.装配输送的结构构型：适宜装拆，输送 。简单结构：简化联结结构，简化铰链等 4 宜人结构：减少操作疲劳结构：提高操作能力结构：减少操作错误结构：外 与色彩 课后作业： 1)对图示各零件按照功能分解的思路，分析零件各部分结构功能，并对其结构 形状提出可改 进的建议 紧定螺钉止动垫圈圆螺母带轮 2)请尝试运用功能组合的方法创新一个新的产品。 第8章反求设计与创新
3. 运动链的组合：由图到运动链的转换 6.4 机构再生设计 1. 飞机起落架的再生设计：通过设计实例应是学生掌握如何确定设计约束问题 2. 缝纫机送布机构的再生设计 课后作业： 1）牛头刨床急回机构如图所示，请运用机构再生创新的方法，构造一种新型的 牛头刨床急回 机构。 2）请画出下图所示的缝纫机送布机构的一般化运动链图及相应的拓扑图。 3）图示为缝纫机上应用的送料机构，其中M 为送料牙，连架杆2 的摆动可控制 抬牙量，称为抬牙杆；连架杆4 的摆动可控制针距，称为送料杆。请运用运动链 再生的创新技法创造一个新机构。即包括：分析图示原始机构的结构组成特点； 绘制一般化运动链；绘制一般化运动链图谱（2 个）；将其中之一转化为再生创 新机构。 第7章 机构结构设计与创新 7.1 实现零件功能的结构设计与创新 1. 功能分解 2. 功能组合 3. 功能移植 7.2 结构元素的变异与演化 1. 轴榖联接的结构元素变异与演化（数量，位置与形状的变元） 2. 离合器的结构元素变异与演化（数量，位置与形状的变元） 3. 棘轮传动的结构元素变异（数量，位置与形状的变元） 4. 各种槽销结构元素的变异（形状的变元） 5. 新型联轴器的结构特点（连接与形状的变元） 6. 改善工作性能的结构变异（位置与形状的变元） 7.3 适应材料性能的结构设计与创新 1. 扬长避短：陶瓷、铸铁、塑料 2. 性能互补 3. 结构形状变异 7.3 方便制造与操作的结构设计与创新 1.加工工艺的结构构形 2. 装配输送的结构构型：适宜装拆，输送 3. 简单结构：简化联结结构，简化铰链等 4. 宜人结构：减少操作疲劳结构；提高操作能力结构；减少操作错误结构；外 形与色彩 课后作业： 1）对图示各零件按照功能分解的思路，分析零件各部分结构功能，并对其结构 形状提出可改 进的建议。 紧定螺钉 止动垫圈 圆螺母 带轮 2）请尝试运用功能组合的方法创新一个新的产品。 第8章 反求设计与创新
8.1概述 1。反求问颗的提平 2.反求设计的含义 3.反求设计的研究对象：实物反求：软件反求：影像反求 8.2反求设计的内容与过程 1.反求设计的主要内容：设计思想的反求：功能原理的反求：结构形状与尺寸 参数的反求： 材料的反求：关键技术的反求 2. 反求设计的主要过程：分析：测试：分解：测绘：改进与创新 8.3反求实例分析 1.原理方案的反求实例 2.机构构型的反求实伤例 3.实物反求实例 课后作 简述关键技术反求的内容与意义，并描述自己所熟悉的某产品的关键技术问题。 第9章创新实例与分析 9.1创新思路的分析 9.2创新实例
8.1概述 1. 反求问题的提出 2. 反求设计的含义 3. 反求设计的研究对象：实物反求；软件反求；影像反求 8.2 反求设计的内容与过程 1. 反求设计的主要内容：设计思想的反求；功能原理的反求；结构形状与尺寸 参数的反求； 材料的反求；关键技术的反求 2. 反求设计的主要过程：分析；测试；分解；测绘；改进与创新 8.3 反求实例分析 1. 原理方案的反求实例 2. 机构构型的反求实例 3. 实物反求实例 课后作业： 简述关键技术反求的内容与意义，并描述自己所熟悉的某产品的关键技术问题。 第9章 创新实例与分析 9.1创新思路的分析 9.2 创新实例
