第十章 10.1 10.2 机械体系立异规划实例剖析 新式内燃机的开发实例 圆柱凸轮数控铣削设备的立异规划实例 10.3 10.4 全自动送筷机立异规划实例 自行车规划实例 10.5 可升降省力便携式轮椅规划 10.1 新式内燃机的开发实例 本实例就新式内燃机开发中的一些立异技法(运用类比、组合、代替 等立异技法)进行简略剖析。 1. 往复式内燃机的技能对立 现在，使用最广泛的往复式内燃机 由气缸、活塞、连杆、曲轴等首要机件 和其他辅佐设备组成。 活塞式发动机作业时具有吸气、压 缩、做功 ( 燃爆 ) 、排气 4 个冲程，做功冲 程输出转矩，对外做功 这种往复式活塞发动机存在以下明 显的缺陷。 (1) 作业组织及气阀操控组织组成 杂乱，零件多；曲轴等零件结构杂乱， 工艺性差。 活塞1 连杆2 气缸3 曲轴4 进气阀5 排气阀6 10.1 新式内燃机的开发实例 (2) 活塞往复运动形成曲柄连杆组织较大的往复惯性力，此惯性力随 转速的平方增加，使轴承上的惯性载荷增大，体系因为惯性力不平衡而 产生激烈振荡。往复运动约束了输出轴转速的前进。 (3) 曲轴反转两圈才有一次动力输出，功率低。 上述问题引起了人们改动现状的希望，社会的需求促进产品的改造 和立异，多年来，在原有发动机的基础上不断开发了一些新式发动机。 2. 无曲轴式活塞发动机 无曲轴式活塞发动机选用组织代替的办法，以 凸轮组织代替发动机华夏有的曲柄滑块组织，撤销 原有的要害件曲轴，使零件数量削减，结构简略， 本钱下降。 单缸无曲轴式活塞发动机 10.1 新式内燃机的开发实例 ?一般圆柱凸轮组织是将凸轮的反转运动变为从动杆的往复 运动，而此处使用反动作，即当活塞往复运动时，经过连杆 端部的滑块在凸轮槽中滑动而推进凸轮滚动，经输出轴输出 转矩。活塞往复两次，凸轮旋转 360°。体系中没有飞轮， 操控反转运动平稳。 ?这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中 心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。经过 改动圆柱凸轮的凸轮概括形状能够改动输出轴的转速，到达 减速增矩的意图。这种凸轮式无曲轴发动机已用于船只、重 型机械、建筑机械等职业。 10.1 新式内燃机的开发实例 3. 旋转式内燃发动机 在改善往复式发动机的过程中，人们发现如果能直接将燃料的动力 转化为反转运动必将是更合理的途径。类比往复式蒸汽机到蒸汽轮机的 开展，许多人都在探究旋转式内燃发动机的制作。 1)旋转式发动机的作业原理 汪克尔所规划的旋转式发动机简图如 图所示，它由椭圆形的缸体 1 、三角形转子 2(转子的孔上有内齿轮)、外齿轮3、吸气口 4、排气口5和火花塞6等组成。 旋转式发动机简图 10.1 新式内燃机的开发实例 旋转式发动机在作业时相同也有吸气、紧缩、燃爆(做功)和排气 4个动作。 吸气：AB弧所对的内腔容积由小变大，产生负压效应，由 吸气口将燃料与空气的混合气体吸入腔内。 紧缩：内腔由大变小，混合气体被紧缩。 燃爆：高压状态下，火花塞焚烧使混合气体燃爆并敏捷胀大， 产生强壮的压力驱动转子，并带动曲轴输出运动和转矩，对 外做功。 排气：内腔容积由大变小，揉捏废气由排气口排出。 10.1 新式内燃机的开发实例 2) 旋转式发动机的规划特色 (1) 功用规划。内燃机的功用是将燃气的能量转化为回 转的输出动力，经过内部容积改变，完结燃气的吸气、紧缩、 燃爆和排气4个动作以到达意图。旋转式发动机捉住容积变 化这个首要特征，以三角形转子在椭圆形气缸中偏疼反转的 办法到达功用要求。并且三角形转子的每一个外表与缸体的 效果相当于往复式发动机的一个活塞和气缸，顺次平稳地连 续作业。转子各外表还兼有开闭进排气阀门的功用，规划可 谓奇妙。 (2) 运动规划。偏疼的三角形转子如何将运动和动力 输出？在旋转式发动机中选用了内啮合行星齿轮组织，如 图所示。 行星齿轮组织 10.1 新式内燃机的开发实例 三角形转子相当于行星内齿轮2，它一面绕本身轴线自转，一面绕 中心外齿轮1在缸体3内公转，系杆H转子内齿轮与中心外齿轮的齿数比 是1.5∶1，这样转子转一周，使曲轴转3周，输出转速较高。 依据三角形转子的结构可知，曲轴每转一周即产生一个动力冲程， 相对四冲程往复式发动机，曲轴每转两周才产生一个动力冲程，可知旋 转式发动机的功率容量比是四冲程往复式发动机的两倍。 (3) 结构规划。旋转式发动机结构简略，只要三角形转子和输出轴两 个运动构件。它需求一个化油器和若干火花塞，但无须连杆、活塞以及 杂乱的阀门操控设备。零件数量比往复式发动机少40%，体积削减50%， 分量下降1/2～2/3。 10.1 新式内燃机的开发实例 3) 旋转式发动机的有用比 旋转式发动机与传统的往复式发动机比较，在输出功率 相一起，具有体积小、分量轻、噪声低、旋转速度规模大以 及结构简略等长处，但在有用化出产的过程中还有许多问题 需求处理。 跟着出产科学技能的开展，必然会呈现更多新式的内燃 机和动力机械。人们总是在发现对立和处理对立的过程中不 断获得前进。而在开发规划过程中勇于打破，长于运用类比、 组合、代替等立异技法，仔细进行科学剖析，将会使人们得 到更多立异的、前进的、高档的产品。 10.2 圆柱凸轮数控铣削设备的立异规划实例 本实例就圆柱凸轮加工原理开发中运用归纳立异技法、反求立异 法，经过创造性的归纳和奇妙的构思，使归纳体产生质的腾跃，做了简 单的阐明，然后体现出归纳立异是一种更具有用性的立异思路。 1. 规划意图 圆柱凸轮作为一种机械传动操控部件，具有结构紧凑、作业牢靠 等杰出长处，但其加工制作比较困难。东北大学东软集团出产的医用 全身CT扫描机，有一对杂乱的圆柱凸轮，曩昔一向选用手艺加工，不 仅制作精度低，并且劳动强度大，出产功率低，本钱高。为此，担任 机械加工的东北大学机械厂提出要研发一种精度较高、操作方