第一篇：機械創新作業(21)

《機械創新設計》

結課論文

課程名稱《機械創新設計》院（系、部、中心）專業班級流體（卓越）111姓名號題目反求設計及其應用起止日期2014-05-10~2014-05-31任課教師王育榮

反求設計及其應用

作者：王剛

（南京工程學院機械工程學院，南京211167）

摘要：發明創造是人類文明進步的原動力，在人類社會的發展與進步過程中發揮了極其重要的作用，設計是人類改造自然的一種基本活動。也是一種復雜的創造性思維過程。反求設計是對已有的產品或技術進行分析研究，掌握其功能原理、零部件的設計參數、結構、尺寸、材料、關鍵技術等指標，在根據現代設計理論與方法，對原產品進行仿造設計、改進或者創新設計的過程。

關鍵詞：機械創新設計 反求設計 反求法 反求工程

1引言

我國是一個發展中國家，科學技術相對落后。投入大量資金去研究發達國家已推向市場的產品或技術是完全沒有必要的。這不僅浪費資金，也拖延發展經濟的時間。由于設計到發展經濟的科學技術領域非常廣泛，我國也缺少巨額資金去進行大范圍的基礎理論研究和應用科學研究。因此，引進發達國家先進的科學技術或先進的產品，然后進行反求設計，仿造或設計出更新的產品，是發展中國家發展國民經濟的最佳道路。特別是在知識經濟的時代，反求工程在科技發展中的地位更為重要。

2反求設計

反求設計(也稱逆向設計)是設計人員以先進設備的軟件(圖樣、程序、技術文件)、影像(圖片、照片等)和實物作為研究對象，應用現代設計理論方法、人機工程學等有關專業知識，進行系統的分析和研究，進而開發出同類的先進產品的過程。

2.1反求設計的思路 反求設計分為兩個階段：反求分析階段與再設計階段。反求分析階段：包括宏觀分析和詳細分析，通過對原有產品的剖析、尋找原產品的技術缺陷、吸取其技術精華、關鍵技術，為改進或創新設計提出方向。再設計階段：是一個創新設計階段，包括變異設計和開發設計。在對原產品進行反求分析的基礎上，開發出符合市場需求的新產品的過程，稱為“再設計”。變異設計就是在現有的產品基礎上對參數、機構、結構、材料等改進設計，或進行產品的系列化設計。開發設計就是在分析原有的產品基礎上，抓住功能的本質，從原理方案開始進行創新設計。反求設計的過程如圖1所示。

圖表 1 反求設計過程

2.2 對反求對象的分析

在進行反求設計前，首先要對反求設計的對象進行分析。產品的設計指導思想決定了產品的設計方案，深入分析并掌握產品的設計指導思想是分析了解整個產品設計的前提。充分了解反求對象的功能有助于對產品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在進行反求設計時得到基于原產品而又高于原產品的原理方案。因此，在對反求對象作分析時應注意下面幾個方面：

1．系統整體性 系統中的各個分系統，都具有其特定的功能和目標，只有各系統協調一致，才能達到系統的整體目標。如果只研究改善某些局部問題，而忽略其他分系統的影響，將可能影響整個系統的整體效益。

2．針對性 系統分析應有針對性，尋求解決特定問題的最優方案。

3．定量性 解決問題，不應單憑主觀臆斷、經驗和直覺。在許多復雜情況下，必須以相對可靠的數字資料為分析依據，保證結果的客觀性。

2.3 對反求對象材料的分析

對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結構的分析和材料的性能檢測幾大部分。機械零件材料及熱處理方法的選擇將直接影響零件的強度、剛度、壽命、可靠性等性能指標。因此在一些產品中材料及熱處理方式的選擇顯得非常重要，并可能成為該產品的關鍵技術。一般采用表面觀測、化學分析、金相檢驗等方式確定材料的化學成分、組織結構和表面處理情況，并通過物理試驗測定材料的各種物理性能和主要的力學性能，確定材料牌號及熱處理方式。有時需通過材料分析進行材料代用，代用的原則是首先滿足力學、物理性能，其次滿足化學成分的要求，并參照其他同類產品，確定代用材料的牌號及技術條件在對反求對象進行材料分析時，要充分考慮到材料表面的改性處理技術。

2.4 對反求對象的工藝和裝配的分析

反求設計和反求工藝是相互聯系的，缺一不可。在缺乏制造原型產品的先進設備與先進工藝方法和未掌握某些技術技巧的情況下，對反求對象進行工藝分析通常采用以下幾種常用的方法。

1．采用反判法編制工藝規程。以零件的技術要求如尺寸精度、形位公差、表面質量等為依據，查明設計基準，分析關鍵工藝，優選加工工藝方案，并依次由后向前遞推加工工序，編制工藝規程。

2．改進工藝方案，保證引進技術的原設計要求。在保證引進技術的設計要求和功能的前提條件下，局部地改進某些實現較為困難的工藝方案。

3．用曲線對應法反求工藝參數。先將需分析的產品的性能指標或工藝參數建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據已知點或某些特殊點把工藝參數及其有關的量與性能的關系擬合出一條曲線，并按曲線的規律適當拓寬，從曲線中找出相對于第一參照系性能指標的工藝參數，即是需求的工藝參數。

4．材料國產化，局部改進原型結構以適應工藝水平。由于材料以及工藝對加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無法保證使用原產品的制造材料時，或在使用原產品的制造材料后，工藝水平不能滿足要求的情況下，可以使用國產化材料，以適應當前的工藝水平。對反求對象進行裝配分析，應主要考慮：用什么裝配工藝來保證產品的性能要求，能否將原產品的若干個零件組合成一個部件，如何提高裝配速度等。

2.5 對反求對象精度的分析

精度是衡量反求對象性能的重要指標之一，也直接影響產品的成本。零件尺寸易于獲得，但尺寸精度卻難以確定，這也是反求設計中的難點之一。合理分析設計零件精度及其分配關系，對提高產品的裝配精度、機械性能，降低產品成本至關重要。對反求對象精度的分析包括了對反求對象形體尺寸的確定、精度的分配等內容。在確定形體尺寸時，根據反求對象軟件、影像或實物的不同，所選用的反求方法也有所不同。若是實物反求，則可通過常用的測量設備對產品直接進行測量，以確定形體尺寸；若是軟件反求和影像反求，則可采用參照物對比法，利用透視成像的原理和作圖技術并結合人機工程學和相關的專業知識，通過分析計算來確定形體尺寸。

2.6 對反求對象外觀造型的分析

產品造型設計是產品設計與藝術設計相結合的綜合性技術。其主要目的是運用工業美學、產品造型原理、人機工程學原理等對產品的外形造型、色彩設計等進行分析，以提高產品的外觀質量和舒適方便程度。在市場經濟條件下，產品的外觀造型在商品競爭中起著重要的作用。在對產品外觀造型分析時，應從產品的美學原則、用戶的需求心理及商品價值等角度來分析。比如，美學原理包括合理的尺度、比例，造型上的對稱與均衡、穩定與輕巧、統一與變化、節奏與韻律等。此外，色彩也能美化產品并引起感情效果。對有關產品色調的選擇與配色、色彩的對比與調和等方面作相應分析，有利于了解它的設計風格。

2.7 對反求對象系列化與模塊化的分析

分析反求對象時，要考慮到所引進的產品是否已經系列化，是否為系列型譜中的一個，在系列型譜中是否具有代表性，產品的模塊化程度如何等具體問題，使得在設計制造時少走彎路，提高產品質量，降低成本，生產出多品種、多規格、通用化較強的產品，從而提高產品的市場競爭力。

2.8對反求對象其他方面的分析 對產品的管理、使用、維護、包裝技術等的分析也很重要。管理的好壞直接影響產品效能的發揮。比如，分析了解重要零部件及易損零部件就有助于產品的維修、改進和創新設計。

3現代設計的發展趨勢展望

反求法的研究已經日益引人注目，在數據處理、幾何特征識別、商用專業軟件和坐標丈量機的研究開發上已經取得了很大的成績。但是在實際應用當中，整個過程仍需要大量的人機交互工作，操縱者的經驗和素質直接影響著產品的質量，下面一些關鍵技術將是逆向工程主要發展方面：

1．數據丈量方面：發展反求工程的專用丈量設備，能夠高速、高精度的實現產品幾何外形的三維數字化，并能進行自動丈量和規劃路徑；

2．數據的頂處理方面：針對不同種類的丈量數據，開發研究一種通用的數據處理軟件，完善改進目前的數據處理算法；

3．曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進行光滑拼接；

4．集成技術：發展包括丈量技術、模型重建技術、基于網絡的協同設計和數字化制造技術等的反向

工程技術。結語

反求技術與NC加工技術相結合稱之為反求工程。目前常用的方法是實物反求設計法即針對現有工件(樣品或模型)利用3D數字化測量儀器準確、快速地量取輪廓坐標值，并加以建構曲面，對曲面進行編輯、修改后，傳到CAD~CAM系統，再由CAM所產生刀具的NC加工路徑送至CNC加工制作所需模具，或者送到快速成型機(Rapid Prototyping)將樣品模型制作出來。反求工程技術為快速設計和制造提供了很好的技術支持，它已經成為制造業信息傳遞的重要而簡潔的途徑之一。

參考文獻

[1]張春林.《機械創新設計》.北京:機械工業出版社，2010

[2]張美麟.《機械創新設計》.北京:機械工業出版社，2005.[3]呂仲文.《機械創新設計》.北京:機械工業出版社，2005.[4]羅紹新.《機械創新設計》.北京:機械工業出版社，2005.[5]童秉樞.《現代CAD技術》.北京:清華大學出版社，2000.[6]鄒慧君.《機械系統概念設計》.北京:機械工業出版社，2003.[7]陳屹、謝華.《現代設計方法及其應用》.北京:國防工業出版社，2004.

第二篇：機械創新作業(32)

《機械創新設計》

結課論文

課程名稱《機械創新設計》院（系、部、中心）專業班級流體（卓越）111姓名號題目如何提高機械性能設計起止日期2014-5-18~2014-5-25任課教師王育榮

提高機械性能設計

作者：周富偉

（南京工程學院機械工程學院，南京211167）

摘要：機械性能是金屬材料的常用指標的一個集合。在機械制造業中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為機械性能（或稱為力學性能）。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命，金屬材料的機械性能是零件的設計和選材時的主要依據，外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等），對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。因此，如何提高機械性能的設計有著巨大的意義，尤其是對我們機械一塊，一個小小的改動能夠影響整個行業變化。

關鍵詞：機械性能設計、提高、金屬材料、機械零件

1、引言

改革開放三十年以來，中國制造業有了顯著的發展，無論制造業總量還是制造業技術水平都有很大的提高。機械制造行業在近年來不斷的發展和創新，作為國家非常重要的一門行業，中國相對于其他國家技術要落后了接近三十年，這就使得中國機械發展是當務之急，如果不能提高和改善技術，就會導致中國機械行業的落后，從而無力與他國競爭，這是非常危險的。作為國家與社會集體的一份子，我們也許不能直接改變世界走向，但是我們可以從小方面去累積，點點滴滴最終必將匯成大江河。

2、中國機械制造業存在的主要問題

面對21世紀世界經濟一體化的挑戰，機械制造業存在的主要問題有以下幾個方面：

1、合資問題。

由于世界經濟一體化，我國引進大量國外的產品和技術，的確是機械制造業有了不小的發展，但是國外野心勃勃的企業不僅僅想要占領中國的市場，更加想要壟斷中國機械行業的技術。比如2005年3月，全球最大的機械設備制造商——美國卡特彼勒公司以低得“令人意外”的價格收購了山東重工的40％的股份，此后工程機械業中傳出，強硬的卡特比勒已制定了龐大的收購計劃，目的是“蠶食中國工程機械”。

國外公司這種做法無疑使得中國機械行業發展更加困難，但是我們也不能退縮，只有直面這些挑戰和危險，在困境成長起來，這樣的公司才是真正強大的公司。

2、技術問題。

中國的機械行業技術問題也是中國目前遇到的比較大的問題，外國公司誰也不會把真正的最先進的技術透露給競爭對手。中國機械行業雖然有自己的品牌，但是機械主要部件還是來自國外，這是一種潛在的威脅。近幾年來，中國每年用于固定資產的上萬億元設備投資中，60％以上是引進的。作為窗口的國家高新技術產業開發區，也有57％的技術源自國外。在冶金機械中，最近幾年我國板、帶材生產線上了三、四十條，型材線就更多了，總投入大得驚人，但是這些設備和系統幾乎全部來自德國、日本及意大利。例如河北一家大型鋼鐵(邯鄲)廠，冷軋設備來自德國西馬克公司，鍍鋅設備來自意大利達涅利公司。據機械工業聯合會的統計，目前工業發達國家新產品貢獻率為52％，我國僅為5．9％。在“核心技術方面”具有獨立自主知識產權的產品較少，克隆產品較多。這樣的結果除了自主創新能力削弱之外，還容易遭到侵權

指控。即使出現了自行研制的技術，也很容易被指責為“剽竊”。

整個工業制造設備的骨干都是外國產品，這暴露了我國工業化的虛弱性。機械制造業是一個國家的脊椎和脊柱，中國今后如果不把腰桿鍛煉硬了，挺直了，那么整個經濟和國防都是虛弱的。只有中國自己的產業有自己的技術，而不是有求于人，中國機械行業也必將煥然一新。

3、國家扶持的支點偏離

業內人士普遍認為，技術黑洞的形成與國家的重視程度、投入密切相關。國家在過失的二十多年來忽視了發展機械行業，在政策、資金等方面都出現了偏差。產權激勵制度是創新和研發產品的重要保障。國有企業對創新人才的產權激勵基本上沒有實行。一方面創新成果的知識產權沒有得到有效的保護，另一方面，創新者的貢獻沒有得到產權確認。企業研發的技術和產品，要么被國家無償拿走，要么被其他的企業無償抄襲。

3、機械性能

常說的機械性能主要有：彈性、塑性、剛度、時效敏感性、強度、硬度、沖擊韌性、疲勞強度和斷裂韌性等。

彈性：金屬材料受外力作用時產生變形，當外力去掉后能恢復其原來形狀的性能。

塑性：金屬材料在外力作用下，產生永久變形而不致引起破壞的能力。

剛度：金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力。

強度：金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

硬度：金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內的能力。

沖擊韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷作用下斷裂的能力。

疲勞強度：當金屬材料在無數次重復活交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應力。

斷裂韌性：用來反映材料抵抗裂紋失穩擴張能力的性能指標

4、機械性能設計方法

要充分運用機械學理論和方法，包括機構學、機械動力學、摩擦學、機械結構強度學、傳動機械學等及計算機輔助分析的不斷發展，對設計的關鍵技術問題能作出很好的處理，一系列新型的設計準則和方法正在形成。計算機輔助設計（CAD）是把計算機技術引入設計過程，利用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業的現代設計方法。CAD技術促成機械零部件設計發生巨大的變化，并成為現代機械設計的重要組成部分。目前，CAD技術向更深更廣的方向發展，主要表現為以下基于專家系統的智能CAD；CAD系統集成化，CAD與CAM（計算機輔助制造）的集成系統（CAD/CAM）；動態三維造型技術；基于并行工程，面向制造的設計技術（DFM）；分布式網絡CAD系統。

5、材料工藝

金屬材料加工工藝一般分為冷加工和熱加工。

冷加工包括車、鉗、刨、銑、磨等等； 熱加工又分為鑄造和鍛壓：鍛壓里邊又可分為鍛造和沖壓，鍛造有自由鍛（含鐓粗、拔長、擠壓、沖孔、擴孔、頂鐓等）、模鍛，沖壓有沖裁、彎曲、拉深、脹形、擴口、縮口、翻邊等。

除去上述加工工藝，為了提高的機械性能，一般采用熱處理方式。如淬火可以提高材料的硬度、調質

（淬火加高溫回火）可以提高材料的穩定性和韌性，改善材料的強度加工性能、表面鍍鉻，可以提高材料的表面硬度和耐磨性，抗腐蝕性、表面離子氮化，也可以提高表面硬度從而提高耐磨性、退伙可以使材料的硬度降低，減少脆性增加韌性、回火可以細化組織，提高材料的穩定性、對材料表面進行噴砂或噴丸處理，可以提高材料表面張力，提高表面硬度，還可以提高抗腐蝕的能力。等等等等，還有很多方法可以提高或改善材料的機械性能。

6、機械性能設計

由于金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的性能，它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。

因此我們可以從兩個方面來進行設計：對于工藝性能，主要在生產過程中會運用到，冷加工過程中，如有精度的要求，一般要優先考慮，這樣制作出來的產品才能滿足材料器件的要求，各種工藝要明確作用，調整好方法，設計出詳細步驟在進行作業；熱加工過程和熱處理過程是最能影響金屬材料性能的步驟，首先明確產品的作用，從作用出發考慮加工方法，如產品是錘子，則要求堅固耐用，則可采用淬火和表面鍍鉻等方法。對于使用性能：則需要考慮消費者的使用實際狀況，如采用低成本，打磨圓角等等。

7、總結和展望

如果我們在今后的機械設計領域，能夠拋棄舊的思維過時的舊方法，很好地運用類比、發散和逆向等創新思維，加上計算機輔助、多學科結合等現代創新方法，針對金屬材料拆后重裝失準、加工費時、廢料過多、不夠人性化等問題進行改進和創新，我相信機械行業領域將會迎來新的美好明天。

參考文獻

１．張春林．機械創新設計，第2 版．北京：機械工業出版社，2007．

２．隋明陽．機械設計基礎[M]．北京：機械工業出版社，2002．

３．肖耀軍．創新思維．北京：新華出版社，2007．

第三篇：機械創新設計作業

機械創新設計作業要求

1.運用《機械創新設計方法》課程所學的創新思維、創新技法，以及機械系統方案設計、機構設計、結構設計等方面的創新知識，針對某一你所熟悉的產品、設備或零件，提出你在上述某一方面的具體的創新與改進措施。

2.設計課題在主題框架內可自行確定，課題可以是機構設計，結構設計，外觀設計，創新設計等。

3.每個課題可一人一題，也可兩人或三人一題，但需要有較明確的分工。補充：

（1）擬定設計任務書（設計原由，設計內容，設計對象說明）；

（2）功能原理與工作原理分析；

（3）機構方案評價；

（4）三種方案的機構（結構）構型（要求繪制機構運動簡圖或示意圖；）；

（5）確定最佳方案并闡述所選方案功能及工作原理；

（6）結構設計（另附圖紙）(包括所承擔工作所起的作用； 3D建模的零件名稱，數量，將相應的圖剪貼在實驗報告中；完成工作所遇到的問題及解決方法)；

（7）本項設計的創新點；

（8）本項設計的應用和發展前景；

（9）完成此次《機械創新設計方法》結課報告的收獲和體會。

第四篇：機械創新設計作業2

一種可調節尺碼大小的輪滑鞋

專利的基本信息

申請號：200620154134.X 申請日：2006.12.01 名稱：可調整肥度的溜冰鞋鞋頭 公開(公告)號：CN200973409 公開(公告)日： 2007.11.14 主分類號：A43B5/16(2006.01)I 分類號：A43B5/16(2006.01)I 申請(專利權)人：江 勇

地址：523940廣東省東莞市厚街鎮工業區新屋園路11號 發明(設計)人： 江 勇

專利代理機構：廈門市新華專利商標代理有限公司 代理人：彭長久

專利的摘要

本實用新型涉及一種可調整肥度的溜冰鞋鞋頭，包括一鞋頭本體，沿該鞋頭本體后側端縱向開設有一用以擴張鞋頭本體的剖開槽。本實用新型是由鞋頭本體后側端縱向開設有一用以擴張鞋頭本體的剖開槽之結構配合鞋跟滑動實現雙邊調整鞋頭肥度之功效，其可依腳形的變化隨意操作，更好地方便消費者使用。

本專利的解決問題的原理

目前，可伸縮式的輪滑鞋是市面上常見的輪滑鞋形式，這種輪滑鞋的款式多種多樣，不僅能夠達到傳統定碼鞋的視覺效果和穿著效果，還可以實現一雙輪滑鞋同時擁有四個碼段的功能，即一雙滑輪鞋可隨不同尺碼的足大小而變換鞋體長度，其適合四種不同尺碼的足穿著，既可以適合成長中的孩子在不同年齡段穿著，也可以適合一家人中尺碼不同尺碼的人穿著，應用范圍廣，經濟適用。由于可伸縮式輪滑鞋具有上述優點，使其受到消費者的廣泛青睞。

然而，可伸縮式輪滑鞋的缺陷在于：由于不同年齡段消費者的足部不僅長度不同，而且寬度也不相同，而現有可伸縮式滑輪鞋只能改變鞋體的長度卻無法使鞋體的寬度隨長度的變化增寬或者變窄，消費者在穿著這種輪滑鞋時，會出現足部受到鞋體的壓迫或者鞋體過寬的現象，使得舒適感較差。

本專利所設計的內容就是來解決這個另人苦惱的問題。

如圖1所示，溜冰鞋包括鞋跟30、鞋頭10及鞋跟30與鞋頭10的鞋長調節結構、鞋寬調節機構及控制機構，所述鞋寬調節機構包括沿所述鞋頭本體1后側端縱向開設有一用于擴張鞋頭本體1的剖開槽2，前置槽

21、錐形槽22及開口槽

23、以及鞋跟底板上凸設有導軸

31、固定金屬片50，導軸31嵌設于鞋頭10錐型槽22中，并用固定金屬片50將鞋頭10與鞋跟30連接起來；鞋長調節結構為鞋跟30前部的底面上設置縱向排列的一列定位通孔和安裝在鞋頭10上的定位塊，每相鄰的定位通孔之間 由縱向的槽溝將兩者連通，所述定位塊即為控制機構40，它的一端嵌設于鞋頭本體1上的前置槽2l中，另一端嵌設于鞋跟底板上。當需要調整溜冰鞋的尺碼時，操縱控制機構，拉動鞋頭使之位于鞋跟上合適的定位通孔中以改變鞋頭與鞋跟的連接位置，即通過鞋長調節結構來調整鞋體的長度，同時鞋寬調節機構中的鞋頭4本體上的錐型槽以鞋跟上的導軸為支柱向前發生位移，或者推動鞋頭使之反向移動，由固定金屬片作用于錐形槽而使開口槽的兩邊會均勻地張開或者收攏，從而實現溜冰鞋長寬的調節。

結合TRIZ理論進行必要說明

TRIZ理論的核心思想主要體現在三個方面。首先，無論是一個簡單產品還是復雜的技術系統，其核心技術的發展都是遵循著客觀的規律發展演變的，即具有客觀的進化規律和模式；其次，各種技術難題和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力；第三，技術系統發展的理想狀態是用最少的資源實現最大效益的功能。

由TRIZ理論的核心思想我們可以得知可調鞋寬、尺碼、長度的輪滑鞋的誕生是遵循著客觀的規律發展演變的，具有客觀的進化規律和模式。這些發明都是朝著更舒適，更方便，更通用化等一些方向發展的。

我覺得這種可調節鞋寬、鞋長的輪滑鞋符合TRIZ理論的三個原理。

1、分割的原理 a、把一個物體分成相互獨立的部分 b、把物體分成容易組裝和拆卸的部分 c、提高物體的可分性

2、改變局部

a、從均勻的物體結構、外部環境或作用改變為不均勻的 b、讓物體不同的部分承擔不同的功能 c、把物體的每個部分處于各自動作的最佳位置

3、多用性

使物體具有復合功能以替代其他物體的功能

在這個發明專利中，輪滑鞋需實現調節輪滑鞋的寬度和長度兩大功能，這兩大功能的實現就需要用到TRIZ以上的三大發明原理。首先，鞋跟、鞋頭、鞋長調節結構、鞋寬調節機構及控制機構等部件共同組成了可調節長度和寬度的輪滑鞋，因此用到了分割的原理。其次，輪滑鞋可變長度和寬度是通過不同的部分承擔的，例如，輪滑鞋的鞋長調節結構是用來改變輪滑鞋的長度的，輪滑鞋的鞋寬調節機構是用來調節輪滑鞋的寬度的，因此用到了改變局部的原理。再者，輪滑鞋的鞋長和鞋寬可以調節后，意味著輪滑鞋的功能有增強了，一個家庭可能只需要一雙輪滑鞋就可以全家一起滑，也是一項很經濟的發明，因此用到了多用性原理。

對上述發明專利的簡單評析

上述結構具有的優點：

可通過鞋長調節結構來調整鞋體的長度，從而調節鞋的尺碼，使一雙鞋可以適合不同尺寸的腳。上述結構具有以下缺點：

(1)該種鞋寬調節機構中的固定金屬片面積大，導致摩擦面大，調節時較為費力；

(2)調節機構中的金屬件容易造成非金屬件的磨損，容易造成調節機構較快失靈；

(3)調節機構和控制機構在鞋頭上表面上有較多的凹凸結構，影響腳底板的舒適度；

(4)操作控制機構麻煩不便，因為控制機構設置在鞋跟底部的中間部位，其操作面位于鞋底，調節鞋碼時只能脫下鞋子進行操作，不能直接穿著鞋子直接調整到合適的尺碼上；

(5)對控制機構操作費力不便，因為在鞋底部位的控制機構因鞋底安裝有鞋輪機構造成其操作空間比較狹小，且控制機構與鞋跟上定位通孔的結合往往會被腳板踩踏得很結實，必須用力按壓才能使兩者脫離以便做鞋碼的調節，以致造成調節上既操作困難，又操作費力。

可以解決同一問題的另外一種方法

——簡便輕松的輪滑鞋

它包括鞋面、與鞋面連接的綁腿、鞋底和鞋頭，其中，鞋底的后部與綁腿連接，鞋底的中部和前部與鞋頭之間具有鞋寬調節機構、鞋長調節結構及其尺碼調節機構，其特征在于鞋寬調節機構包括兩個導向柱和兩個長條形的導向孔，導向孔并排分布在鞋底中部上表面的兩側，并沿鞋底縱向朝鞋底前部延伸，導向柱設于鞋頭后部的底面上并位于鞋底上的導向孔中；在鞋頭上位于導向柱之間開有兩條撐開槽，撐開槽在鞋頭的后端邊緣構成斷口結構，撐開槽從斷口延伸至鞋頭的前部，兩個導向孔之間、兩條撐開槽之間的間距沿各自的延伸方向逐漸增大，分別形成間距為前寬后窄的八字形排布，當鞋頭上導向柱在鞋底上的導向孔中移動時，鞋頭的寬度會因兩條撐開槽被撐開而增大，或者被收攏而縮小。使用時，鞋頭上的導向柱位于鞋底上的導向孔的后端時，鞋體為尺碼最小的狀態。當需要增加鞋體長度時，向鞋子的前方拉動鞋頭，此時鞋頭上的導向柱沿鞋底上的導向孔向前移動，導向柱因導向孔為八字形排布而使兩個導向柱之間的間距逐漸增大，從而帶動鞋頭上的撐開槽向兩側均勻張開，因此可實現鞋體在長度增加的同時寬度也均勻增加的技術效果；反之，當需要減小鞋體長度時，向后推動鞋頭，鞋頭上的導向柱沿鞋底上的導向孔向后移動，導向柱因導向孔為向后收窄的八字形排布而使兩個導向柱之間的間距逐漸減小，從而帶動鞋頭上的撐開槽均勻收攏，具有鞋體長度調節的同時調節鞋體合適的寬度，使得穿著者在穿著輪滑鞋時，足部倍感舒適。導向孔的長度即為鞋體長度的調節范圍。在鞋頭底面上的兩個導向柱之間增設有定位柱，該定位柱還位于鞋頭上的兩個撐開槽之間；鞋底上的導向孔之間相應地設有定位孔，定位孔沿鞋底縱向朝鞋底前部延伸，鞋頭上的定位柱位于鞋底上的定位孔中，定位孔的長度與導向孔的長度相適應。定位柱與定位孔相配合可提高鞋頭與鞋底之間滑動的穩定性。導向柱與定位柱沿鞋頭橫向錯開設置，相應地，導向孔與定位孔沿鞋底橫向錯開設置，這樣的結構設置方便制作時模具的脫模。鞋長調節結構可以由位于鞋頭底面的調節凸塊和與之配合的位于鞋底上表面的調節凹槽構成。尺碼調節機構包括位于鞋底中部上表面處的與鞋底縱軸線垂直的按鈕安裝槽和位于該安裝槽內的外形與安裝槽相適應的調節按鈕及復位彈簧，按鈕安裝槽橫向截斷鞋底的上表面上的調節凹槽在鞋底的一側邊開口，調節按鈕從該開口處向內插入按鈕安裝槽中，在調節按鈕的插入端與按鈕安裝槽內端槽壁之間設有復位彈簧；調節按鈕的上表面上具有一個與鞋底上的調節凹槽平行的凹槽，該凹槽靠近調節按鈕插入端的槽壁上設有至少一個用于給鞋頭上的調節凸塊定位的卡槽。當按動調節按鈕時，調節按鈕上的凹槽與鞋底上的調節凹槽對齊形成完整的調節槽，使鞋頭上的調節凸塊能夠在該調節槽中移動，即使得鞋頭與鞋底能夠沿縱向相對移動，當調到合適的鞋體長度時，松開調節按鈕，在復位彈簧的作用下調節按鈕復位，即向安裝槽開口方向移動，使調節按鈕凹槽上的卡槽卡在對應位置上的調節凸塊上，從而使鞋長定位。鞋頭上的調節凸塊可以是一個凸塊，相應地設計較寬的調節按鈕，在調節按鈕的凹槽壁上開有數個卡槽，調節凸塊位于調節按鈕上不同的卡槽中，鞋體的長度就不同。鞋頭上的調節凸塊也可以是沿鞋底縱向排列的數個凸塊，不同位置的凸塊由卡槽定位后可形成不同尺碼的鞋體。鞋頭的前部與鞋底的前部之間還設有活動連接結構，活動連接結構包括一長條形的通孔與豎向設于通孔中可沿通孔滑動的連接件，通孔設于鞋頭的前部并沿鞋頭縱向延伸，鞋底的前部開有一安裝孔，連接件穿過安裝孔與通孔使鞋頭與鞋底活動連接，當連接件沿鞋頭上的通孔移動時，鞋頭與鞋底之間做相對移動。活動連接結構可使鞋頭的前部與鞋底之間緊密地貼合，確保鞋長調節結構及其尺碼調節機構能夠正常工作。鞋頭前部的上表面具有下凹的凹陷部，鞋頭上的通孔設于凹陷部中；鞋底前部的上表面具有一與凹陷部的凸出底面相適應的安裝槽，鞋底上的安裝孔位于該安裝槽中，連接件采用螺釘與華司螺母，華司螺母的頂部位于凹陷部中并支承在通孔的上孔緣上，螺釘與華司螺母之間為螺紋連接。鞋頭上的導向柱與鞋底上的導向孔之間。鞋頭上的定位柱與鞋底上的定位孔之間設有卡合結構。卡合結構包括卡勾和卡槽，卡勾分別設于鞋頭上導向柱與定位柱的端頭上，卡槽則分別設于鞋底上導向孔與定位孔的后端，卡勾與卡槽相配合使導向柱與定位柱卡合在導向孔與定位孔中。卡槽與卡勾相配合，可使導向柱與定位柱安裝在導向孔與定位孔中，當導向柱與定位柱分別在導向孔與定位孔中移動時，卡勾卡合在導向孔與定位孔的孔緣上，從而防止導向柱和定位柱從導向孔、定位孔中脫離。撐開槽的前端頭具有用于防止撐開槽端部撕裂的防裂孔。

對上述方法的簡單評析

(1)上述方法的鞋寬調節機構由鞋頭上的撐開槽、導向柱及定位柱與鞋底上的導向孔、定位孔構成并相互配合使用，可實現鞋體在長度增加或者縮短的同時，寬度相應地均勻增加或者收窄的技術效果，使人體足部倍感舒適，而且這種結構在進行調節時，摩擦面小，調節簡便輕松，各部件之間不易磨損，使得調節機構的使用壽命較長；(2)上述方法的鞋長調節結構設于鞋頭的底面與鞋底的上表面之間，整個鞋頭的上表面為平面，與現有技術中的調節機構和控制機構在鞋頭上表面上有較多的凹凸結構相比，可增加足底的舒適度；(3)上述方法的尺碼調節機構是在鞋體的側邊進行調節，穿著者可穿著鞋子通過按壓鞋體側邊的按鈕面板，直接將鞋子調整到合適的尺碼上，而不必像現有技術一樣需要穿著者脫下鞋子進行操作，因此增加了使用便利性；

(4)上述方法將尺碼調節機構設置在鞋體的側邊，由于鞋體的側邊不受鞋輪機構安裝空間的限制，進行調節操作時，操作空間足夠大，方便實用，而且本尺碼調節機構不會出現現有技術中控制機構與鞋跟上定位通孔的結合往往會被腳板踩踏得很結實的現象出現，因此操作簡單方便；

(5)上述方法的結構簡單，不僅可以適用于輪滑鞋，也可適用于其它用途并需要變型的鞋。

第五篇：機械創新設計大作業

機械創新設計大作業

一、設計題說明：

1、可以查閱參考資料借鑒已有的設計和思路，但需要加入自己的設計思考、改進、改造等；

2、設計題要求：

A、給出設計對象的功能描述，盡量清晰、明確、全面；

B、給出簡單的設計方案和設計思路；

C、給出設計圖或示意圖；

D、總結設計的創新部分內容、創新方法或創新技法。

3、寫出設計報告，設計報告要求有封面、頁碼、內容，封面包括題目名稱、姓名、學號、班級等，內容要將以上設計過程通過文字和圖的形式表達出來。

3、共6道題，設計任務是每人設計2個創新題目，其中一題必須從中選取，另外一題可以自己選定一個創新題目或者在下面再選一題作為創新題目。

二、設計題目

1、設計目前階梯教室使用的多功能課桌，要求具有的功能是：

1）用于考試時能夠防止前后左右相互偷看；

2）用于上課時能夠舒適，便于放置書本、文具等。

2、設計新型橫動豎刷式壓刷的結構設計，要求具有的功能是：

按照常規刷牙方法橫向來回運動，壓刷在牙齒上的運動是上下豎刷，符合對牙齒最好的清理效果

3、醫院陪護折疊床的設計，要求具有的功能是：

1）可以折疊，折疊后可以作為凳子使用或者放置病床底下；

2）攤開后可作為陪護人員晚上休息之用。

4、動車、公共汽車車身擦洗裝置，要求具有的功能是：

1）目前動車、公共汽車的車身都是采用人工手擦清洗的方式進行清潔，效率低，高處擦洗不方便，設計一套裝置使人站在地面可進行機械擦洗，提高效率，降低勞動條件；

2）擦洗時能夠將水引到擦洗部位，可以控制水流的大小和關停。

5、斜井防跑車裝置設計

1）設計背景：

在煤礦井下存在大量的傾斜巷道，在傾斜巷道上經常采用礦車運輸煤炭，礦車的牽引是靠在巷道上部的絞車牽引，礦車在斜井的軌道上運動，經常發生由于鋼絲繩斷裂造成人員傷亡。礦車有1、2、3噸幾種。

2）設計任務：

設計一種裝置使得在機頭牽引鋼絲繩斷裂的情況下實現礦車的制動的裝置。

6、熔體纖維混合裝置

1）設計背景：

熱塑性聚合物基復合材料是當前的熱點，其主要過程是將塑料熔融并將玻璃纖維等纖維加入使其混合均勻后，通過成型制成復合材料制品，但如何將熔融的塑料熔體和纖維混合是困難所在。

設計任務：

設計一種裝置，在該裝置中能夠將熔融的塑料熔體和玻璃纖維混合使纖維在熔體中分布均勻。