[ 路丁前言 ] 机械结构设计实战经验：黑箱子法、组织学引流矩阵法、分作用求出，黑箱子法是将完成给出作用的机械结构看做为一个不明內部作用构造和作用媒介的
一、黑箱子法的基本概念
黑箱子法是将完成给出作用的机械结构看做为一个不明內部作用构造和作用媒介的
“黑箱子”，根据对它的输出量和心输出量的全方位剖析，逐渐把握键入和輸出的本质特征和转
换关联，寻找能完成这类基础特点和变换关联的原理和作用媒介的行得通计划方案。这类
从不明到己知，使灰黑色逐渐白色的雾化现象的全过程便是作用媒介的求出全过程。
黑箱子法规定设计师不必最先从机械设备商品实际构造考虑考虑到方案设计，而需从系统软件的
作用考虑设计构思机械设备商品的行得通计划方案。这类设计方案观念方式的变化使黑箱子法有益于把握住难题
实质、扩张构思、解决传统式构造的旧框框，进而得到具备创造力和高质量的方案设计。
图3 －7 所显示用黑箱子法表明待求机械设备商品的键入、輸出及其与自然环境的关系状况。其
中还未求取的机械设备商品用 “黑箱子” 来表明，黑箱子的功能是将键入的原材料、动能、数据信号转
换为輸出的原材料、动能和数据信号。另外随着着有一定的共生矿键入和共生矿輸出。在其中原材料的
变换表明如何把毛胚、半成品加工转化成制成品。变换有时候也可单纯性地挪动部位；动能的变换
表明如何把别的方式动能变为机械动能、或机械动能变为别的方式动能及其运用机械动能进行
挪动、原材料形变等；信息内容的传送或变换表明标量的精确测量和显示信息、操纵数据信号的传送等
等。对黑箱子输出量、心输出量表述得愈实际，其求出的概率就愈大。
二、黑箱子法求出方式
黑箱子法求出的全过程便是黑箱子白色的雾化现象的全过程。实际求出流程如图所示
表明输出量和心输出量期待尽量优化、详细，那样有益于黑箱子求出。根据创建键入
和輸出间关联能够寻找适合的案例。由于，大家把设备分成3 类———工作中机、发动机和
信息机。工作中机又可分成钻削数控车床、纺织器材、轻工机械、包装设备、输送机械这些。
对各种设备的原材料流、动能流和信息流广告都是有他们各有的规律性和特性，因而，不会太难求取合
适的案例。拥有适合的案例与设置输出量和心输出量类似，那麼黑箱子的求出也就并不困
难。
第三章中表明3 类设备的实际特点，表述了动能流、原材料流、信息流广告的本质特征。
这将有益于叙述黑箱子内部构造情况。
输出量和心输出量的细化、详细化也有益于找寻适合的案例或相仿的案例。比如工
作设备能够分为金属材料钻削数控车床、输送机械、纺织器材、缝纫机械设备、包装设备这些，他们
內部又可细分化为各种各样实际的机械设备，了解了他们各有的特性可能有益于黑箱子的求出。
拥有适合的案例，另外还可协助我们去设置所要设计方案的机械设备商品的总作用，从总功
能溶解一直到分作用求出，他会有益于我们去开展黑箱子的求出。
针对高速冲床的黑箱子法描述如图所示。在其中原材料流表明板材根据冲压模具使原材料分离出来或产
生塑性形变，表明这类设备的加工工艺姿势全过程。动能流表明了将电磁能转换成冲压模具成型的机
械能 （形变能） 和摩擦等要素的卡路里消耗。使高速冲床的工作中全过程表述得更加清晰。
另外，从黑箱子法描述全过程还可以设想出这类设备的总作用。
组织学引流矩阵法
机械设备商品的总作用转化成若干分作用后，大家可以用 “可循法” 将各分作用的解全
部列举，因此就可写成作用－作用解的组织学引流矩阵。
一、形状剖析的基础特性
组织学引流矩阵法是一种系统软件检索和类型化求出的分作用组成求出方式。
要素和形状是组织学引流矩阵法中的2个定义。说白了要素就是指组成机械设备商品总作用的各
个分作用。而相对的完成各分作用的电动执行器和方式方法，则称作形状。比如：某机
械商品的分作用为 “间歇性健身运动”，那麼 “棘轮机构”、“槽轮机构”、“间歇性凸轮机构” 等
电动执行器，则为相对要素的主要表现形状。
组织学引流矩阵法是创建在作用溶解和作用求出的基本上，以便尽量得到各种各样的
作用解，能够参照目前的解法文件目录和机构类型指南。
组织学引流矩阵法是开展机械结构构成和自主创新的基础方式，获得多种多样行得通计划方案，经筛
选、点评能够取得最好计划方案。
二、组织学引流矩阵法的应用流程
（一） 总作用溶解
根据总作用溶解能够求取若干分作用。这类总作用溶解通常要与机械设备的加工工艺姿势过
程联络起來考虑到，使分作用的姿势可以用某一类的电动执行器来完成。因而，这类溶解需
要设计方案工作人员有丰富多彩的设计方案工作经验、全方位的材料累积和极大的自主创新能力。
（二） 形状设想和作用求出
这就需要从分作用的特性找寻完成的原理，随后从原理寻找作用媒介。这一
全过程规定设计师把握多学科专业知识和相对的情报资料，求取各式各样作用媒介，确保
行得通计划方案有充足的总数。
（三） 计划方案构成
在作用溶解和作用求出的基本上，我们可以列举下表所显示的组织学引流矩阵。
若机械结构的分作用有3 个，各自为 A 、B 、C ，他们相匹配的作用媒介数量为3 、5 、4 个。
从理论上讲能够组成出的计划方案数：
在全体人员计划方案中，大家还务必考虑到相溶性标准，联接标准等，因而一些计划方案并无存有
使用价值或使用价值并不大，能够在基本挑选时除去。
（四） 计划方案点评和挑选
因为依据组织学引流矩阵法个人所得行得通计划方案数量通常非常大，必不可少先开展评审。评审的规范
能够列入独创性、创新性和应用性，把一些三性不太好的先多方面筛出。随后用合适此类机
械系统软件的技术性经济数据开展考核评价，挑选出综合性最佳的计划方案。
（五） 举例说明
应用组织学引流矩阵法来设计构思双缸全自动洗衣机的行得通计划方案。
（1） 总作用溶解
双缸全自动洗衣机的总作用包含 “盛放衣服”、“分离出来脏污” 和 “操纵清洗”3 个分作用。
（2） 分作用求出
盛放衣服的作用媒介有铅桶、塑料罐、玻璃钢防腐桶、瓷器桶等4 种；分离出来脏污的作用
媒介有机械设备磨擦、电磁振荡、超音波等3 种；操纵清洗的作用媒介有人力手控、机械设备定
时、系统自动操纵等3 种。
（3） 列举组织学引流矩阵
列举组织学引流矩阵，如表3 －3
因而，理论上可组成出4 ×3 ×3 ＝36 种计划方案。
4） 计划方案点评和挑选
从独创性、创新性和应用性看来，一般采用
因而关键有8 个
计划方案：
依据技术性经济数据来开展考核评价，并按评分高矮来开展计划方案挑选。点评评价指标体系
最终由技术专业技术工程师们来明确，没有这儿多方面进行。
分作用求出
根据功能设计能够获得机械设备商品的一些分作用，将这种分作用求出，能够求取机械设备
商品功能原理计划方案。
分作用求出的目地是以便寻找分作用媒介。分作用求出全过程是先对完成分作用的动
作个人行为开展叙述，随后寻找完成姿势个人行为的行得通的电动执行器。我们可以将完成分作用的
电动执行器称作分作用媒介。
一、分作用的姿势个人行为叙述
分作用是机械设备商品的子目标，是所需完成的分功能。在机械设备商品中一切分作用都可以
以用姿势个人行为来完成。因而姿势个人行为的叙述是求出分作用的重要。
比如 “外螺纹成型” 的作用，它是在产品工件上产生外螺纹。它的姿势个人行为能够叙述为
1） 铣削：产品工件持续旋转；成型车床车刀选择产品工件并沿产品工件中心线作匀速挪动，随后撤出，
如图所示3 －5 （a） 所显示。
2） 切削：产品工件持续旋转；成型车刀旋转选择产品工件并沿产品工件中心线作匀速挪动，随后
撤出，如图所示3 －5 （b） 所显示。
3） 扳丝：产品工件固定不动；将扳丝扳子作匀速旋转和匀速挪动选择产品工件，随后再反方向旋
转和挪动撤出，如图所示3 －5 （c） 所显示。
4） 搓丝：将产品工件持续送进定搓丝板和动搓丝板内，进而持续搓出外螺纹，如图16 －5
（d） 所显示。
又如，“分纸” 的作用，规定在一叠紙上分离出来一张纸。它的姿势个人行为能够叙述为
1） 削纸：运用削纸杆的切向力将纸分离出来，如图所示3 －6a 所显示。
2） 滚纸：运用滚轴的滑动摩擦力将纸送出去，如图所示3 －6b 所显示。
3） 吸纸：运用空气压力吸附力将纸吸上来，如图所示3 －7c 所显示。
4） 抓纸：运用空气压力将纸刮起再用前爪爬取打印纸张，如图16 －6 （d） 所显示。
不难看出分作用的姿势个人行为叙述可按以下流程：
1） 深入分析分作用功能、有关标准，深层次了解分作用实际内函。
2） 运用发散性思维找寻运用各种各样原理完成分作用的实际姿势个人行为。
二、寻找进行个人行为姿势的行得通电动执行器
在机械设备商品中进行个人行为姿势的媒介是各种各样相对的电动执行器。电动执行器按其能进行的
个人行为姿势分成完成匀速旋转、调速旋转、往复式挪动、往复式晃动、间歇性旋转、间歇性挪动、
给出运动轨迹健身运动这些。
比如，图3 －5 （a） 铣削的个人行为姿势，包含产品工件的匀速旋转，成型车床车刀的下刀、退
刀挪动 （归属于往复式挪动） 和刀台的匀速挪动。所述3 种个人行为姿势能够由3 个电动执行器来
进行。
又如，图3 －6 （a） 削纸的个人行为姿势便是削纸杆的往复式挪动，可以用一种完成往复式
挪动的电动执行器来完成。
进行分作用的个人行为姿势的电动执行器便是作用媒介。
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