机械创新设计实例实例一 联轴器的创新设计联轴器功能 机械中用来联接两轴使之一同回转并传递扭矩。 任务的提出 各类机械、机床的转速、载荷、工作环境变化多端，要 求设计人员不断研制新型的联轴器或改进联轴器以适应不同 的工况。

套筒联轴器 固定式 凸缘联轴器

不能补偿位移和偏 移，不能缓冲减震

联 轴 器 可 移 式 弹 性 刚

十字滑块联轴器 齿轮联轴器 链条联轴器 能补偿位移和偏移， 缓冲减震能力低

性

万向联轴器挠性爪形联轴器 弹性圈柱销联轴器 尼龙柱销联轴器 轮胎联轴器

能补偿位移和偏移， 缓冲减震能力好

胶板弹性联轴器联轴器分类

夹壳联轴器

十字滑块联轴器

链条联轴器

齿轮联轴器

万向联轴器

蛇形弹簧联轴器

弹性圈柱销联轴器

尼龙柱销联轴器

可移式联轴器开发创新设计主动轴 n,T

左半联轴器

中间元件

右半联轴器

从动轴 n,T

联接元件 联轴器系统结构 联接两轴并传递扭矩与转速 补 偿 两 轴 相 对 位 移

联 接

传 递 扭 矩 与 转 速

吸 震 缓 冲

润 滑 密 封

维 修 再 生

安 全 保 护

联轴器功能树

1. 工作原理的创新构思 确定可变元素 A—联接功能；B—传递功能；C—补偿功能 变化可变元素 ⑴实现联接的作用效应 形联接、力联接、化学分子联接等。 实现形联接的措施 键、十字滑块、齿轮、螺旋等。 实现形联接的措施 过盈配合、螺栓、铆接、焊接、绳等。 实现化学联接措施 化学胶等。 联接性质 刚性、弹性。

⑵实现传递功能的作用效应 摩擦效应、啮合效应、磁效应、粘附效应等。 实现联接的措施 齿轮传动、带传动、摩擦轮传动、链传 动、液压传动、蜗杆传动等。 ⑶实现补偿功能的作用效应 构件相对运动、构件变形等。 实现补偿的措施 增加元件的活动度、加入中间元件、增 加弹性元件。 2. 结构创新构思 结构方案的可变元素 D—中间元件类型 G—中间元件数量 E—中间元件材料 H—位置 F—功能面形状 I—顺序

形态学矩阵 可变元素 变 体化学分子联接 化学胶 流动效应 液压传动

形联接 力联接 联 类型A1 接 措 施 键 十字滑块 齿轮 过盈配合 螺栓 铆接 工 A 性质A 弹 性 刚 性 2 作 摩擦效应 啮合效应 原 传 效 应 齿条 理 递 摩擦轮 带 斜面 齿轮传 链 措 施 传动 方 B 传动 传动 传动 动 传动 面 补 效 应 (构件)相对运动 (构件)变形 偿 增加元件活动度 使用弹性元件 C 措 施

两者结合

可变元素中间元件 类型D 刚性体

变弹性体

体刚—弹性件 柔性件

金 属 非金属 金属—非金属 中间元件 材料E 钢 铜 铝合金 橡胶 木材 塑料 尼龙 气体 液体 钢—橡胶结 功能面 片状 板状 块状 形状F

弹簧片 见后表 一个 周向 轴向 圈状 见后表 蛇形 绳状 螺旋形 多于一个

构 中间元件 数量G 方 布 面 置 H 中间 元件 半联 轴器

周向

轴向

中心

顺序(半 面对面 联轴器)I

背对背

面对背

块 状 F3圆柱形 圆锥形 矩形 菱形 梯形 十字形 圆鼓形

圈 状 F4圆筒形 U形圆筒形 轮胎形 锥盘形 齿圈形 多角形 星形 椭圆形

3. 新型联轴器的构思 方案I A112—A21—B11—C1—D1—E21—F48—G1—H12—H22A A–A

A

方案II A112—A22—B2—C3—D3—E31—F36—G1—H12—H22

实例二 抓斗的原理方案创新设计抓斗功能 主要用于就地装卸大量散粒物料，用于河口、港口、车 站、矿山、林场等处。 任务的提出 目前使用的一些抓斗，还不能完全满足装卸要求。市场 上希望有一种装卸效率高、作业快、功能全、适用广的散货 抓斗。

抓斗开发设计任务书 要 求 内 容⑴抓取性能好，有较大的抓取力 ⑵装卸效率高 ⑶装卸性能好，空中任一位置颚板可闭合、打开 ⑷闭合性能好，能防散漏 ⑸适用范围广，既可抓小颗粒物料，也可抓大颗粒物料 ⑴结构新颖 ⑵结构简单、紧凑 ⑴材料耐磨性好 ⑵价格便宜 操作方便，造型美观 ⑴尽量能在各种起重机、挖掘机上配合使用 ⑵维护、安装方便，工作可靠，使用安全 ⑶总成本低廉

1. 功能方面

2. 结构方面 3. 材料方面 4. 人机工程方面

5. 经济、使用安 全方面

物料搬运

装夹

位移

卸放

维修再生安全

容 料

自 锁

升 降 运 动

左 右 前 后 运 动

回 转 停 运 顿 动

维 修 再 生

过 载 保 护

安 全 自 锁

起重机功能树

抓放、运送物料

抓取

容料

升降

卸放

安全

颚 板 启 开

颚 板 闭 合

加 压

支 承 容 料

自 锁

上 升

下 降

停 顿

颚 板 启 开

防 散 漏

过 载 保 护

自 锁

抓斗功能树

能量 信息 (颚板)启开 (颚板)闭合

卸放物料

抓取物料 加 支 自 压 承 容纳物料 锁 提升物料 安全、维护再生 上升、下降、停顿 抓放物料 搬运物料

物料抓斗功能结构图