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一部順應中國制造2025智能裝備新要求、技術先進、數據可靠的現代化機械設計工具書，從新時代機械設計人員的實際需求出發，追求現代感，兼顧實用性、通用性，準確性，涵蓋了各種常規和通用的機械設計技術資料，貫徹了新的國家及行業標準，推薦了國內外先進、智能、節能、通用的產品。

《現代機械設計手冊》第一版自2011年3月出版以來，贏得了機械設計人員、工程技術人員和高等院校專業師生廣泛的青睞和好評，榮獲了2011年全國優秀暢銷書（科技類）。同時，因其在機械設計領域重要的科學價值、實用價值和現實意義，《現代機械設計手冊》還榮獲2009年國家出版基金資助和2012年中國機械工業科學技術獎。

《現代機械設計手冊》第一版出版距今已經8年，在這期間，我國的裝備制造業發生了許多重大的變化，尤其是2015年國家部署并頒布了實現中國制造業發展的十年行動綱領中國制造2025，發布了針對中國制造2025的五大工程實施指南，為機械制造業的未來發展指明了方向。在國家政策號召和驅使下，我國的機械工業獲得了快速的發展，自主創新的能力不斷加強，一批高技術、高性能、高精尖的現代化裝備不斷涌現，各種新材料、新工藝、新結構、新產品、新方法、新技術不斷產生、發展并投入實際應用，大大提升了我國機械設計與制造的技術水平和國際競爭力。《現代機械設計手冊》第二版最重要的原則就是緊密結合中國制造2025國家規劃和創新驅動發展戰略，在內容上與時俱進，全面體現創新、智能、節能、環保的主題，進一步呈現機械設計的現代感。鑒于此，《現代機械設計手冊》第二版被列入了十三五國家重點出版物規劃項目。

在本版手冊的修訂過程中，我們廣泛深入機械制造企業、設計院、科研院所和高等院校進行調研，聽取各方面讀者的意見和建議，最終確定了《現代機械設計手冊》第二版的根本宗旨：一方面，新版手冊進一步加強機、電、液、控制技術的有機融合，以全面適應機器人等智能化裝備系統設計開發的新要求；另一方面，隨著現代機械設計方法和工程設計軟件的廣泛應用和普及，新版手冊繼續促進傳動設計與現代設計的有機結合，將各種新的設計技術、計算技術、設計工具全面融入傳統的機械設計實際工作中。

《現代機械設計手冊》第二版共6卷35篇，它是一部面向中國制造2025，適應智能裝備設計開發新要求、技術先進、數據可靠、符合現代機械設計潮流的現代化的機械設計大型工具書，涵蓋現代機械零部件及傳動設計、智能裝備及控制設計、現代機械設計方法及應用三部分內容，具有以下六大特色。

1.權威性。《現代機械設計手冊》陣容強大，編、審人員大都來自設計、生產、教學和科研第一線，具有深厚的理論功底、豐富的設計實踐經驗。他們中很多人都是所屬領域的知名專家，在業內有廣泛的影響力和知名度，獲得過多項國家和省部級科技進步獎、發明獎和技術專利，承擔了許多機械領域國家重要的科研和攻關項目。這支專業、權威的編審隊伍確保了手冊準確、實用的內容質量。

2.現代感。追求現代感，體現現代機械設計氣氛，滿足時代要求，是《現代機械設計手冊》的基本宗旨。現代二字主要體現在：新標準、新技術、新材料、新結構、新工藝、新產品、智能化、現代的設計理念、現代的設計方法和現代的設計手段等幾個方面。第二版重點加強機械智能化產品設計（3D打印、智能零部件、節能元器件）、智能裝備（機器人及智能化裝備）控制及系統設計、數字化設計等內容。

（1）零件結構設計等篇進一步完善零部件結構設計的內容，結合目前的3D打印（增材制造）技術，增加3D打印工藝下零件結構設計的相關技術內容。

機械工程材料篇增加3D打印材料以及新型材料的內容。

（2）機械零部件及傳動設計各篇增加了新型智能零部件、節能元器件及其應用技術，例如滑動軸承篇增加了新型的智能軸承，潤滑篇增加了微量潤滑技術等內容。

（3）全面增加了工業機器人設計及應用的內容：新增了工業機器人系統設計篇；智能裝備系統設計篇增加了工業機器人應用開發的內容；機構篇增加了自動化機構及機構創新的內容；減速器、變速器篇增加了工業機器人減速器選用設計的內容；帶傳動、鏈傳動篇增加并完善了工業機器人適用的同步帶傳動設計的內容；齒輪傳動篇增加了RV減速器傳動設計、諧波齒輪傳動設計的內容等。

（4）氣壓傳動與控制液壓傳動與控制篇重點加強并完善了控制技術的內容，新增了氣動系統自動控制、氣動人工肌肉、液壓和氣動新型智能元器件及新產品等內容。

（5）繼續加強第5卷機電控制系統設計的相關內容：除增加工業機器人系統設計篇外，原機電一體化系統設計篇充實擴充形成智能裝備系統設計篇，增加并完善了智能裝備系統設計的相關內容，增加智能裝備系統開發實例等。

傳感器篇增加了機器人傳感器、航空航天裝備用傳感器、微機械傳感器、智能傳感器、無線傳感器的技術原理和產品，加強傳感器應用和選用的內容。

控制元器件和控制單元篇和電動機篇全面更新產品，重點推薦了一些新型的智能和節能產品，并加強產品選用的內容。

（6）第6卷進一步加強現代機械設計方法應用的內容：在3D打印、數字化設計等智能制造理念的倡導下，逆向設計數字化設計等篇全面更新，體現了智能工廠的全數字化設計的時代特征，增加了相關設計應用實例。

增加綠色設計篇；創新設計篇進一步完善了機械創新設計原理，全面更新創新實例。

（7）在貫徹新標準方面，收錄并合理編排了目前最新頒布的國家和行業標準。

3.實用性。新版手冊繼續加強實用性，內容的選定、深度的把握、資料的取舍和章節的編排，都堅持從設計和生產的實際需要出發：例如機械零部件數據資料主要依據最新國家和行業標準，并給出了相應的設計實例供設計人員參考；第5卷機電控制設計部分，完全站在機械設計人員的角度來編寫注重產品如何選用，摒棄或簡化了控制的基本原理，突出機電系統設計，控制元器件、傳感器、電動機部分注重介紹主流產品的技術參數、性能、應用場合、選用原則，并給出了相應的設計選用實例；第6卷現代機械設計方法中簡化了煩瑣的數學推導，突出了最終的計算結果，結合具體的算例將設計方法通俗地呈現出來，便于讀者理解和掌握。

為方便廣大讀者的使用，手冊在具體內容的表述上，采用以圖表為主的編寫風格。這樣既增加了手冊的信息容量，更重要的是方便了讀者的查閱使用，有利于提高設計人員的工作效率和設計速度。

為了進一步增加手冊的承載容量和時效性，本版修訂將部分篇章的內容放入二維碼中，讀者可以用手機掃描查看、下載打印或存儲在PC端進行查看和使用。二維碼內容主要涵蓋以下幾方面的內容：即將被廢止的舊標準（新標準一旦正式頒布，會及時將二維碼內容更新為新標準的內容）；部分推薦產品及參數；其他相關內容。

4.通用性。本手冊以通用的機械零部件和控制元器件設計、選用內容為主，主要包括機械設計基礎資料、機械制圖和幾何精度設計、機械工程材料、機械通用零部件設計、機械傳動系統設計、液壓和氣壓傳動系統設計、機構設計、機架設計、機械振動設計、智能裝備系統設計、控制元器件和控制單元等，既適用于傳統的通用機械零部件設計選用，又適用于智能化裝備的整機系統設計開發，能夠滿足各類機械設計人員的工作需求。

5.準確性。本手冊盡量采用原始資料，公式、圖表、數據力求準確可靠，方法、工藝、技術力求成熟。所有材料、零部件和元器件、產品和工藝方面的標準均采用最新公布的標準資料，對于標準規范的編寫，手冊沒有簡單地照抄照搬，而是采取選用、摘錄、合理編排的方式，強調其科學性和準確性，盡量避免差錯和謬誤。所有設計方法、計算公式、參數選用均經過長期檢驗，設計實例、各種算例均來自工程實際。手冊中收錄通用性強、標準化程度高的產品，供設計人員在了解企業實際生產品種、規格尺寸、技術參數，以及產品質量和用戶的實際反映后選用。

6.全面性。本手冊一方面根據機械設計人員的需要，按照基本、常用、重要、發展的原則選取內容，另一方面兼顧了制造企業和大型設計院兩大群體的設計特點，即制造企業側重基礎性的設計內容，而大型的設計院、工程公司側重于產品的選用。因此，本手冊力求實現零部件設計與整機系統開發的和諧統一，促進機械設計與控制設計的有機融合，強調產品設計與工藝技術的緊密結合，重視工藝技術與選用材料的合理搭配，倡導結構設計與造型設計的完美統一，以全面適應新時代機械新產品設計開發的需要。

經過廣大編審人員和出版社的不懈努力，新版《現代機械設計手冊》將以嶄新的風貌和鮮明的時代氣息展現在廣大機械設計工作者面前。值此出版之際，謹向所有給過我們大力支持的單位和各界朋友表示衷心的感謝！



主編

第34篇 創新設計

第1章創新的理論和方法

1.1創新的基本概念34-3

1.1.1發明、發現、創新、創造34-3

1.1.2創新、創造的相互關系34-4

1.1.3創造能力及其開發34-4

1.2創新思維方法34-8

1.2.1直覺思維34-8

1.2.2形象思維34-8

1.2.3聯想思維34-12

1.2.4靈感思維34-13

1.2.5逆向思維34-13

1.2.6演繹思維34-14

1.3典型創新技法34-14

1.3.1頭腦風暴法34-16

1.3.2列舉法34-17

1.3.3信息交合法34-18

1.3.4聯想法34-19

1.3.5形態分析法34-21

1.3.6移植法34-23

1.3.7組合法34-23

1.3.8檢核表法34-26

1.3.9模擬法34-27

1.3.10模仿法34-29

1.3.11逆向發明法34-29

1.3.12分解法34-29

1.3.13分析信息法34-30

1.3.14綜攝法34-30

1.3.15德爾菲法34-32

1.3.16六頂思考帽法34-32

1.3.17創造需求法34-34

1.3.18替代法34-35

1.3.19溯源發明法34-35

1.3.20卡片分析法34-35



第2章創新設計理論和方法

2.1本體論34-37

2.1.1本體論概述34-37

2.1.2本體論開發步驟34-37

2.1.3本體論工程方法34-39

2.2公理性設計34-41

2.2.1公理性概述34-41

2.2.2設計域、設計方程和設計矩陣34-41

2.2.3分解、反復迭代與曲折映射34-41

2.2.4設計公理34-42

2.3領先用戶法34-43

2.3.1領先用戶法的基本要素34-43

2.3.2領先用戶法的操作流程34-44

2.3.3領先用戶法的使用條件34-44

2.4模糊前端法34-44

2.4.1模糊前端的活動要素34-45

2.4.2FFE法操作流程34-45

2.4.3模糊前端法應用實例34-46

2.5質量功能展開和田口方法34-46

2.5.1質量功能展開34-46

2.5.2田口方法34-49

2.6發明問題解決理論34-50

2.6.1TRIZ的內涵34-50

2.6.2TRIZ解決創新問題的一般方法34-50

2.6.3TRIZ理論的應用34-51



第3章發明創造的情境分析與描述

3.1發明創造資源的分析與描述34-52

3.1.1直接利用資源34-52

3.1.2導出資源34-52

3.1.3差動資源34-52

3.2發明創造的理想化描述34-53

3.2.1發明創造的理想化概述34-53

3.2.1.1理想化34-53

3.2.1.2理想化設計34-53

3.2.2利用理想化思想實現發明創造34-54

3.2.2.1提高理想化程度的八種方法34-54

3.2.2.2實現理想化的步驟34-57

3.3發明創造的情境分析與描述34-58

3.3.1發電的理想方法34-59

3.3.2汽車駕駛桿的抖振分析34-60



第4章技術系統進化理論分析

4.1技術進化過程實例分析34-62

4.2技術系統進化模式34-62

4.2.1技術系統進化模式概述34-62

4.2.2技術系統各進化模式分析34-62

4.3技術成熟度預測方法34-80

4.4工程實例分析34-81

4.4.1系統技術成熟度實例分析34-81

4.4.2技術進化模式的典型實例分析34-85

4.4.3車輪的發明及其技術進化過程分析34-90



第5章技術沖突及其解決原理

5.1物理沖突及解決原理34-93

5.1.1物理沖突的概念及類型34-93

5.1.2物理沖突的解決原理34-94

5.1.3分離原理及實例分析34-94

5.1.3.1空間分離原理34-95

5.1.3.2時間分離原理34-95

5.1.3.3基于條件的分離34-95

5.1.3.4總體與部分的分離34-96

5.1.3.5實例分析34-96

5.2技術沖突及解決原理34-96

5.2.1技術沖突的概念及工程實例34-96

5.2.2技術沖突的一般化處理34-96

5.2.2.1通用工程參數34-97

5.2.2.2應用實例34-98

5.2.2.3技術沖突與物理沖突34-98

5.2.3技術沖突的解決原理34-98

5.2.3.1概述34-98

5.2.3.240條發明創造原理34-99

5.3利用沖突矩陣實現創新設計34-115

5.3.1沖突矩陣的簡介34-115

5.3.2利用沖突矩陣創新34-115

5.4工程實例分析34-117



第6章技術系統物-場分析模型

6.1如何建立物-場分析模型34-120

6.2利用物-場分析模型實現創新34-123

6.3工程實例分析34-124



第7章發明問題解決程序ARIZ法

7.1解決發明問題的程序34-128

7.1.1第一部分選擇問題34-128

7.1.2第二部分建立問題模型34-129

7.1.3第三部分分析問題模式34-129

7.1.4第四部分消除物理矛盾34-130

7.1.5第五部分初步評價所得解決方案34-131

7.1.6第六部分發展所得答案34-131

7.1.7第七部分分析解決進程34-131

7.2工程實例分析34-131



第8章科學效應及其應用創新

8.1科學效應概述34-133

8.1.1科學現象、科學效應、科學原理34-133

8.1.2科學效應的作用34-134

8.1.3科學效應的應用模式34-135

8.2科學效應知識庫34-135

8.2.1效應知識庫的由來34-136

8.2.2效應知識庫的分類34-136

8.2.3應用效應解決問題的步驟34-141

8.3應用科學效應解決問題案例分析34-142

8.3.1案例1：腎結石提取工程問題（形狀記憶效應、熱膨脹效應）34-142

8.3.2案例2：自加熱握筆手套創新設計（帕爾貼效應）34-142

8.3.3案例3：可測溫兒童湯匙的設計（熱敏性物質）34-144



第9章創新方法與專利規避設計

9.1概述34-145

9.1.1專利規避的基本策略34-145

9.1.2專利規避設計要注意的原則34-146

9.2專利規避的方法34-148

9.2.1專利規避流程34-148

9.2.2基于TRIZ的專利規避方法34-151

9.3專利規避案例34-157

9.3.1弧齒錐齒輪銑齒機相關專利的檢索與分析34-157

9.3.2建立主要元件之間的關系34-158

9.3.3根據裁剪變體進行設計方案的細化34-160



附錄

附錄1沖突矩陣表34-162

附錄276個標準解34-162

附錄3解決發明問題的某些物理效應表34-164

附錄4科學效應總表34-165



參考文獻34-221



第35篇 綠色設計

第1章綠色設計涉及的基本問題

1.1綠色產品與綠色設計的內涵35-3

1.2綠色設計的一般流程35-4



第2章綠色設計方法與工具

2.1概述35-6

2.2模塊化設計方法35-6

2.2.1綠色模塊化設計步驟35-6

2.2.2基于原子理論的模塊化設計方法35-9

2.2.3綠色模塊化設計案例35-10

2.3典型的綠色設計工具35-13



第3章綠色材料選擇設計

3.1綠色材料35-16

3.2綠色材料的選擇35-17

3.2.1綠色材料選擇原則35-17

3.2.2綠色材料的選擇步驟35-20

3.2.3綠色材料選擇方法35-21

3.3綠色材料選擇案例35-22

3.3.1FA206B型梳棉機錫林綠色材料選擇35-22

3.3.2減速器高速軸的綠色材料選擇35-22

3.3.3洗碗機內膽材料選擇35-23

3.4電冰箱殼體的多目標選材35-24



第4章結構減量化設計

4.1結構減量化設計準則35-26

4.2結構減量化設計方法35-26

4.3減量化設計案例35-30

4.3.1高速機床工作臺的減量化設計35-30

4.3.2曲軸的減量化設計35-31



第5章可拆卸設計

5.1可拆卸設計準則35-32

5.2基于準則的可拆卸設計方法35-34

5.2.1設計流程35-34

5.2.2可拆卸連接結構設計35-36

5.3主動拆卸設計方法35-38

5.4可拆卸設計案例35-40

5.4.1靜電涂油機的可拆卸結構設計35-40

5.4.2Power Mac G4 Cube的可拆卸設計35-40

5.4.3轉盤式雙色注塑機合模裝置的可拆卸設計35-42



第6章再制造設計

6.1再制造設計準則35-47

6.2再制造設計方法35-48

6.2.1基于評價的再制造設計方法35-48

6.2.2基于準則的再制造設計方法35-50

6.3再制造設計案例分析35-51

6.3.1基于準則的再制造設計案例35-51

6.3.1.1手持軍用紅外熱像儀的再制造設計35-51

6.3.1.2基于拆卸準則的QR轎車變速箱的再制造設計35-52

6.3.1.3基于材料準則的發動機蓋的再制造設計35-54

6.3.1.4基于強度準則的發動機曲軸再制造設計35-56

6.3.2基于評價的柯達相機的再制造設計35-56



第7章綠色包裝設計

7.1綠色包裝設計準則35-59

7.1.1包裝材料選擇35-59

7.1.2包裝減量化35-60

7.1.3包裝材料的回收再利用35-60

7.2綠色包裝設計方法35-62

7.3綠色包裝設計案例分析35-62



第8章綠色設計評價

8.1綠色設計評價指標體系35-64

8.2綠色設計評價方法35-65

8.3生命周期評價工具35-70

8.4生命周期評價案例35-73

8.4.1電動玩具熊的生命周期評價35-73

8.4.2碎石機的生命周期評價35-76

8.4.3基于GaBi的汽車轉向器防塵罩的生命周期評價35-78



第9章產品綠色設計綜合案例

9.1鼠標的綠色設計案例分析35-82

9.1.1目標產品35-82

9.1.2產品基本資料分析35-82

9.1.3建立核查清單35-84

9.1.4綠色設計策略和方案35-84

9.2產品綠色設計成功案例賞析35-85



參考文獻35-90