现代机械设计手册：单行本——创新设计与绿色设计（第二版）_赵新军，张秀芬主编_9787122356581

《现代机械设计手册》第一版自2011年3月出版以来，赢得了机械设计人员、工程技术人员和高等院校专业师生广泛的青睐和好评，荣获了2011年全国优秀畅销书（科技类）。同时，因其在机械设计领域重要的科学价值、实用价值和现实意义，《现代机械设计手册》还荣获2009年国家出版基金资助和2012年中国机械工业科学技术奖。

《现代机械设计手册》第一版出版距今已经8年，在这期间，我国的装备制造业发生了许多重大的变化，尤其是2015年国家部署并颁布了实现中国制造业发展的十年行动纲领中国制造2025，发布了针对中国制造2025的五大工程实施指南，为机械制造业的未来发展指明了方向。在国家政策号召和驱使下，我国的机械工业获得了快速的发展，自主创新的能力不断加强，一批高技术、高性能、高精尖的现代化装备不断涌现，各种新材料、新工艺、新结构、新产品、新方法、新技术不断产生、发展并投入实际应用，大大提升了我国机械设计与制造的技术水平和国际竞争力。《现代机械设计手册》第二版最重要的原则就是紧密结合中国制造2025国家规划和创新驱动发展战略，在内容上与时俱进，全面体现创新、智能、节能、环保的主题，进一步呈现机械设计的现代感。鉴于此，《现代机械设计手册》第二版被列入了十三五国家重点出版物规划项目。

在本版手册的修订过程中，我们广泛深入机械制造企业、设计院、科研院所和高等院校进行调研，听取各方面读者的意见和建议，最终确定了《现代机械设计手册》第二版的根本宗旨：一方面，新版手册进一步加强机、电、液、控制技术的有机融合，以全面适应机器人等智能化装备系统设计开发的新要求；另一方面，随着现代机械设计方法和工程设计软件的广泛应用和普及，新版手册继续促进传动设计与现代设计的有机结合，将各种新的设计技术、计算技术、设计工具全面融入传统的机械设计实际工作中。

《现代机械设计手册》第二版共6卷35篇，它是一部面向中国制造2025，适应智能装备设计开发新要求、技术先进、数据可靠、符合现代机械设计潮流的现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件及传动设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法及应用三部分内容，具有以下六大特色。

1.权威性。《现代机械设计手册》阵容强大，编、审人员大都来自设计、生产、教学和科研第一线，具有深厚的理论功底、丰富的设计实践经验。他们中很多人都是所属领域的知名专家，在业内有广泛的影响力和知名度，获得过多项国家和省部级科技进步奖、发明奖和技术专利，承担了许多机械领域国家重要的科研和攻关项目。这支专业、权威的编审队伍确保了手册准确、实用的内容质量。

2.现代感。追求现代感，体现现代机械设计气氛，满足时代要求，是《现代机械设计手册》的基本宗旨。现代二字主要体现在：新标准、新技术、新材料、新结构、新工艺、新产品、智能化、现代的设计理念、现代的设计方法和现代的设计手段等几个方面。第二版重点加强机械智能化产品设计（3D打印、智能零部件、节能元器件）、智能装备（机器人及智能化装备）控制及系统设计、数字化设计等内容。

（1）零件结构设计等篇进一步完善零部件结构设计的内容，结合目前的3D打印（增材制造）技术，增加3D打印工艺下零件结构设计的相关技术内容。

机械工程材料篇增加3D打印材料以及新型材料的内容。

（2）机械零部件及传动设计各篇增加了新型智能零部件、节能元器件及其应用技术，例如滑动轴承篇增加了新型的智能轴承，润滑篇增加了微量润滑技术等内容。

（3）全面增加了工业机器人设计及应用的内容：新增了工业机器人系统设计篇；智能装备系统设计篇增加了工业机器人应用开发的内容；机构篇增加了自动化机构及机构创新的内容；减速器、变速器篇增加了工业机器人减速器选用设计的内容；带传动、链传动篇增加并完善了工业机器人适用的同步带传动设计的内容；齿轮传动篇增加了RV减速器传动设计、谐波齿轮传动设计的内容等。

（4）气压传动与控制液压传动与控制篇重点加强并完善了控制技术的内容，新增了气动系统自动控制、气动人工肌肉、液压和气动新型智能元器件及新产品等内容。

（5）继续加强第5卷机电控制系统设计的相关内容：除增加工业机器人系统设计篇外，原机电一体化系统设计篇充实扩充形成智能装备系统设计篇，增加并完善了智能装备系统设计的相关内容，增加智能装备系统开发实例等。

传感器篇增加了机器人传感器、航空航天装备用传感器、微机械传感器、智能传感器、无线传感器的技术原理和产品，加强传感器应用和选用的内容。

控制元器件和控制单元篇和电动机篇全面更新产品，重点推荐了一些新型的智能和节能产品，并加强产品选用的内容。

（6）第6卷进一步加强现代机械设计方法应用的内容：在3D打印、数字化设计等智能制造理念的倡导下，逆向设计数字化设计等篇全面更新，体现了智能工厂的全数字化设计的时代特征，增加了相关设计应用实例。

增加绿色设计篇；创新设计篇进一步完善了机械创新设计原理，全面更新创新实例。

（7）在贯彻新标准方面，收录并合理编排了目前最新颁布的国家和行业标准。

3.实用性。新版手册继续加强实用性，内容的选定、深度的把握、资料的取舍和章节的编排，都坚持从设计和生产的实际需要出发：例如机械零部件数据资料主要依据最新国家和行业标准，并给出了相应的设计实例供设计人员参考；第5卷机电控制设计部分，完全站在机械设计人员的角度来编写注重产品如何选用，摒弃或简化了控制的基本原理，突出机电系统设计，控制元器件、传感器、电动机部分注重介绍主流产品的技术参数、性能、应用场合、选用原则，并给出了相应的设计选用实例；第6卷现代机械设计方法中简化了烦琐的数学推导，突出了最终的计算结果，结合具体的算例将设计方法通俗地呈现出来，便于读者理解和掌握。

为方便广大读者的使用，手册在具体内容的表述上，采用以图表为主的编写风格。这样既增加了手册的信息容量，更重要的是方便了读者的查阅使用，有利于提高设计人员的工作效率和设计速度。

为了进一步增加手册的承载容量和时效性，本版修订将部分篇章的内容放入二维码中，读者可以用手机扫描查看、下载打印或存储在PC端进行查看和使用。二维码内容主要涵盖以下几方面的内容：即将被废止的旧标准（新标准一旦正式颁布，会及时将二维码内容更新为新标准的内容）；部分推荐产品及参数；其他相关内容。

4.通用性。本手册以通用的机械零部件和控制元器件设计、选用内容为主，主要包括机械设计基础资料、机械制图和几何精度设计、机械工程材料、机械通用零部件设计、机械传动系统设计、液压和气压传动系统设计、机构设计、机架设计、机械振动设计、智能装备系统设计、控制元器件和控制单元等，既适用于传统的通用机械零部件设计选用，又适用于智能化装备的整机系统设计开发，能够满足各类机械设计人员的工作需求。

5.准确性。本手册尽量采用原始资料，公式、图表、数据力求准确可靠，方法、工艺、技术力求成熟。所有材料、零部件和元器件、产品和工艺方面的标准均采用最新公布的标准资料，对于标准规范的编写，手册没有简单地照抄照搬，而是采取选用、摘录、合理编排的方式，强调其科学性和准确性，尽量避免差错和谬误。所有设计方法、计算公式、参数选用均经过长期检验，设计实例、各种算例均来自工程实际。手册中收录通用性强、标准化程度高的产品，供设计人员在了解企业实际生产品种、规格尺寸、技术参数，以及产品质量和用户的实际反映后选用。

6.全面性。本手册一方面根据机械设计人员的需要，按照基本、常用、重要、发展的原则选取内容，另一方面兼顾了制造企业和大型设计院两大群体的设计特点，即制造企业侧重基础性的设计内容，而大型的设计院、工程公司侧重于产品的选用。因此，本手册力求实现零部件设计与整机系统开发的和谐统一，促进机械设计与控制设计的有机融合，强调产品设计与工艺技术的紧密结合，重视工艺技术与选用材料的合理搭配，倡导结构设计与造型设计的完美统一，以全面适应新时代机械新产品设计开发的需要。

经过广大编审人员和出版社的不懈努力，新版《现代机械设计手册》将以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。值此出版之际，谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友表示衷心的感谢！

主编

第34篇创新设计

第1章创新的理论和方法

1.1创新的基本概念34-3

1.1.1发明、发现、创新、创造34-3

1.1.2创新、创造的相互关系34-4

1.1.3创造能力及其开发34-4

1.2创新思维方法34-8

1.2.1直觉思维34-8

1.2.2形象思维34-8

1.2.3联想思维34-12

1.2.4灵感思维34-13

1.2.5逆向思维34-13

1.2.6演绎思维34-14

1.3典型创新技法34-14

1.3.1头脑风暴法34-16

1.3.2列举法34-17

1.3.3信息交合法34-18

1.3.4联想法34-19

1.3.5形态分析法34-21

1.3.6移植法34-23

1.3.7组合法34-23

1.3.8检核表法34-26

1.3.9模拟法34-27

1.3.10模仿法34-29

1.3.11逆向发明法34-29

1.3.12分解法34-29

1.3.13分析信息法34-30

1.3.14综摄法34-30

1.3.15德尔菲法34-32

1.3.16六顶思考帽法34-32

1.3.17创造需求法34-34

1.3.18替代法34-35

1.3.19溯源发明法34-35

1.3.20卡片分析法34-35

第2章创新设计理论和方法

2.1本体论34-37

2.1.1本体论概述34-37

2.1.2本体论开发步骤34-37

2.1.3本体论工程方法34-39

2.2公理性设计34-41

2.2.1公理性概述34-41

2.2.2设计域、设计方程和设计矩阵34-41

2.2.3分解、反复迭代与曲折映射34-41

2.2.4设计公理34-42

2.3领先用户法34-43

2.3.1领先用户法的基本要素34-43

2.3.2领先用户法的操作流程34-44

2.3.3领先用户法的使用条件34-44

2.4模糊前端法34-44

2.4.1模糊前端的活动要素34-45

2.4.2FFE法操作流程34-45

2.4.3模糊前端法应用实例34-46

2.5质量功能展开和田口方法34-46

2.5.1质量功能展开34-46

2.5.2田口方法34-49

2.6发明问题解决理论34-50

2.6.1TRIZ的内涵34-50

2.6.2TRIZ解决创新问题的一般方法34-50

2.6.3TRIZ理论的应用34-51

第3章发明创造的情境分析与描述

3.1发明创造资源的分析与描述34-52

3.1.1直接利用资源34-52

3.1.2导出资源34-52

3.1.3差动资源34-52

3.2发明创造的理想化描述34-53

3.2.1发明创造的理想化概述34-53

3.2.1.1理想化34-53

3.2.1.2理想化设计34-53

3.2.2利用理想化思想实现发明创造34-54

3.2.2.1提高理想化程度的八种方法34-54

3.2.2.2实现理想化的步骤34-57

3.3发明创造的情境分析与描述34-58

3.3.1发电的理想方法34-59

3.3.2汽车驾驶杆的抖振分析34-60

第4章技术系统进化理论分析

4.1技术进化过程实例分析34-62

4.2技术系统进化模式34-62

4.2.1技术系统进化模式概述34-62

4.2.2技术系统各进化模式分析34-62

4.3技术成熟度预测方法34-80

4.4工程实例分析34-81

4.4.1系统技术成熟度实例分析34-81

4.4.2技术进化模式的典型实例分析34-85

4.4.3车轮的发明及其技术进化过程分析34-90

第5章技术冲突及其解决原理

5.1物理冲突及解决原理34-93

5.1.1物理冲突的概念及类型34-93

5.1.2物理冲突的解决原理34-94

5.1.3分离原理及实例分析34-94

5.1.3.1空间分离原理34-95

5.1.3.2时间分离原理34-95

5.1.3.3基于条件的分离34-95

5.1.3.4总体与部分的分离34-96

5.1.3.5实例分析34-96

5.2技术冲突及解决原理34-96

5.2.1技术冲突的概念及工程实例34-96

5.2.2技术冲突的一般化处理34-96

5.2.2.1通用工程参数34-97

5.2.2.2应用实例34-98

5.2.2.3技术冲突与物理冲突34-98

5.2.3技术冲突的解决原理34-98

5.2.3.1概述34-98

5.2.3.240条发明创造原理34-99

5.3利用冲突矩阵实现创新设计34-115

5.3.1冲突矩阵的简介34-115

5.3.2利用冲突矩阵创新34-115

5.4工程实例分析34-117

第6章技术系统物-场分析模型

6.1如何建立物-场分析模型34-120

6.2利用物-场分析模型实现创新34-123

6.3工程实例分析34-124

第7章发明问题解决程序ARIZ法

7.1解决发明问题的程序34-128

7.1.1第一部分选择问题34-128

7.1.2第二部分建立问题模型34-129

7.1.3第三部分分析问题模式34-129

7.1.4第四部分消除物理矛盾34-130

7.1.5第五部分初步评价所得解决方案34-131

7.1.6第六部分发展所得答案34-131

7.1.7第七部分分析解决进程34-131

7.2工程实例分析34-131

第8章科学效应及其应用创新

8.1科学效应概述34-133

8.1.1科学现象、科学效应、科学原理34-133

8.1.2科学效应的作用34-134

8.1.3科学效应的应用模式34-135

8.2科学效应知识库34-135

8.2.1效应知识库的由来34-136

8.2.2效应知识库的分类34-136

8.2.3应用效应解决问题的步骤34-141

8.3应用科学效应解决问题案例分析34-142

8.3.1案例1：肾结石提取工程问题（形状记忆效应、热膨胀效应）34-142

8.3.2案例2：自加热握笔手套创新设计（帕尔贴效应）34-142

8.3.3案例3：可测温儿童汤匙的设计（热敏性物质）34-144

第9章创新方法与专利规避设计

9.1概述34-145

9.1.1专利规避的基本策略34-145

9.1.2专利规避设计要注意的原则34-146

9.2专利规避的方法34-148

9.2.1专利规避流程34-148

9.2.2基于TRIZ的专利规避方法34-151

9.3专利规避案例34-157

9.3.1弧齿锥齿轮铣齿机相关专利的检索与分析34-157

9.3.2建立主要元件之间的关系34-158

9.3.3根据裁剪变体进行设计方案的细化34-160

附录

附录1冲突矩阵表34-162

附录276个标准解34-162

附录3解决发明问题的某些物理效应表34-164

附录4科学效应总表34-165

参考文献34-221

第35篇绿色设计

第1章绿色设计涉及的基本问题

1.1绿色产品与绿色设计的内涵35-3

1.2绿色设计的一般流程35-4

第2章绿色设计方法与工具

2.1概述35-6

2.2模块化设计方法35-6

2.2.1绿色模块化设计步骤35-6

2.2.2基于原子理论的模块化设计方法35-9

2.2.3绿色模块化设计案例35-10

2.3典型的绿色设计工具35-13

第3章绿色材料选择设计

3.1绿色材料35-16

3.2绿色材料的选择35-17

3.2.1绿色材料选择原则35-17

3.2.2绿色材料的选择步骤35-20

3.2.3绿色材料选择方法35-21

3.3绿色材料选择案例35-22

3.3.1FA206B型梳棉机锡林绿色材料选择35-22

3.3.2减速器高速轴的绿色材料选择35-22

3.3.3洗碗机内胆材料选择35-23

3.4电冰箱壳体的多目标选材35-24

第4章结构减量化设计

4.1结构减量化设计准则35-26

4.2结构减量化设计方法35-26

4.3减量化设计案例35-30

4.3.1高速机床工作台的减量化设计35-30

4.3.2曲轴的减量化设计35-31

第5章可拆卸设计

5.1可拆卸设计准则35-32

5.2基于准则的可拆卸设计方法35-34

5.2.1设计流程35-34

5.2.2可拆卸连接结构设计35-36

5.3主动拆卸设计方法35-38

5.4可拆卸设计案例35-40

5.4.1静电涂油机的可拆卸结构设计35-40

5.4.2Power Mac G4 Cube的可拆卸设计35-40

5.4.3转盘式双色注塑机合模装置的可拆卸设计35-42

第6章再制造设计

6.1再制造设计准则35-47

6.2再制造设计方法35-48

6.2.1基于评价的再制造设计方法35-48

6.2.2基于准则的再制造设计方法35-50

6.3再制造设计案例分析35-51

6.3.1基于准则的再制造设计案例35-51

6.3.1.1手持军用红外热像仪的再制造设计35-51

6.3.1.2基于拆卸准则的QR轿车变速箱的再制造设计35-52

6.3.1.3基于材料准则的发动机盖的再制造设计35-54

6.3.1.4基于强度准则的发动机曲轴再制造设计35-56

6.3.2基于评价的柯达相机的再制造设计35-56

第7章绿色包装设计

7.1绿色包装设计准则35-59

7.1.1包装材料选择35-59

7.1.2包装减量化35-60

7.1.3包装材料的回收再利用35-60

7.2绿色包装设计方法35-62

7.3绿色包装设计案例分析35-62

第8章绿色设计评价

8.1绿色设计评价指标体系35-64

8.2绿色设计评价方法35-65

8.3生命周期评价工具35-70

8.4生命周期评价案例35-73

8.4.1电动玩具熊的生命周期评价35-73

8.4.2碎石机的生命周期评价35-76

8.4.3基于GaBi的汽车转向器防尘罩的生命周期评价35-78

第9章产品绿色设计综合案例

9.1鼠标的绿色设计案例分析35-82

9.1.1目标产品35-82

9.1.2产品基本资料分析35-82

9.1.3建立核查清单35-84

9.1.4绿色设计策略和方案35-84

9.2产品绿色设计成功案例赏析35-85

参考文献35-90

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