工作原理的概念：物理效应（如图3-1中的摩擦、离 心力、气吹等）+作用原理（即作用件，如图3-1中的 摩擦轮、转动架、气嘴等）
设计一台点钞
机，首先构思将 钞票逐张分离的 工作原理。
功能原理设计的重点
提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多的解法 供比较选优。 对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的 考虑，因此只需用简图或示意图来表示所构思的内容。
FZ23型：
➢ 中枢用两个驱 动轮驱动，可实 现进退和转弯。
➢ 车架可绕中枢 回转，以保证与 转接站对接时的 方位调整。
第二节 功能、功能单元和功能结构
一、功能的含义
功能是对于某一产品特定工作能力的抽象化描述。
（洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来 ）
功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有的转化能 量、运动或其它物理量的特性。
功能原理设计的重要性
是对产品的成败起决定性作用的工作 原理方案的拟定和构思从质的方面决定了设计的水平 是产品设计和实现创新的关键阶段 火车演变的例子
一个好的功能原理设计应该既有创新构思，又应 同时考虑其市场竞争力。因为脱离市场需求的盲目创 新是没有意义的。——一次成像照相机的例子
任何一种机器的更新换代都存在三个途径:
明确功能目标，构思能实现功能目标的新的 解法原理。
举例 柔性制造系统中运输小车的改进设计
分析：以前的运输系统是采用地面下埋设电缆用电磁 感应的方式来进行导向的，该种方式的缺点是：铺设 电缆的费用昂贵且不易调整运输路线。
举例：柔性制造系统中运输小车的改进设计
通过调查分析，明确了以下几点功能目标： 1)装设导向系统的费用应较小。 2)允许扩充和调整设备，变动运输路线。 3)在拥挤的工作环境中小车能灵活运行。 4) 在工件转接站上小车能准确定位。
➢ 改革工作原理
例如用激光打孔机替代机械钻，使一些精密仪器、仪 表的精度得到很大的提高。
➢ 通过改进工艺、结构和材料提高技术性能
例如螺纹的加工工艺
➢ 加强辅助功能使其更适应使用者的心理
新工艺、新材料的出现也促进了新工作原理的产 生。—— 例如液晶材料的实用化， 促使钟表的工作 原理发生了本质的变化。
第三章 机械产品的功能原理设计
功能原理设计的概念
机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主 要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的 原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。
包括两个方面： 功能分析——由总功能分解为分功能，最后做出功 能结构图的过程。 工作原理设计——确定实现功能的工作原理
当然，在实践中，每一个功能原理设计不一 定都能体现上述三个特点，而能体现这三个特 点的，则应该是高品位的功能原理设计。
二、功能原理设计的任务和主要工作内容
任务：
针对某一确定的“功能目标”，寻求一些 “物理效应”并借助某些“作用原理”来求得 一些实现该功能目标的“解法原理”。
举例：喷墨打印技术
主要工作内容：
第一节 功能原理设计的工作特点和工作内容
一、功能原理设计的工作特点
1) 是用一种新的物理效应来代替旧的物理效 应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。
2) 引入某种新技术(新材料、新工艺、……)， 但首先要求设计人员有一种新想法(New Idea)、 新构思。
3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。 例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时 的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。
① 输入信号 ➢ 一般为控制信号 ➢ 开关控制、大小/速度/流量/强度控制 ② 输出信号 ➢ 一般为状态信号，可以是测量值、指示值 ➢ 温度、压力、粗糙度、位置、报警信号……
（4）伴生输入和伴生输出
➢ 伴生输入：外界环境对技术系统的影响和作用， 用实线箭头画在下方。
➢ 伴生输出：技术系统对外界环境的影响和作用， 用实线箭头画在上方。
➢ “黑箱”只是描述了从技术系统外部观察到的 “功能特点”，而黑箱的内部结构是未知的，是 需设计者进行具体构思和设计的。
➢ 系统工程学中的“白箱”和“灰箱”，则指内 部结构完全已知或部分已知的技术系统。
➢ 设计者的任务就是使“黑箱”变成“白箱”， 这个技术系统就设计出来了。
技术系统的功能（任务）就是将输入量转换为 输出量。所以技术系统也可看作是一个转换装置。
针对上述功能目标，提出下面一些原理性的设想作为新的解 法原理： 1) 应用惯性导航技术，利用所设参考点用预置程序给出理论轨 迹并作轨迹误差的修正。 2) 应用传感器引导绕过障碍物。 3) 在工件转接站上用超声波定向，使小车实现准确定位。
为实现上述原理性设想，必须设计新的小车以实现灵活运动 和准确定位的可能性。
举例 —— 水泵
说 明： ➢ 输出的能量为“压力水”中蕴含的机械能 ➢ 没有明显的输出信号，可以不画出。 ➢ 没有明显的伴生输入和伴生输出，可以不画出。
举例 —— 冲床
产品设计中，输入量和输出量被称为“流”
主要的技术系统—— 机器 (1) 以转换能量为主：电动机、发电机、汽轮 机、锅炉 (2) 以转换物料为主： 机床、管道输送系统
系统工程学把一个机械产品看成技术系统，在设计 初期时该技术系统还不清楚，故用“黑箱”（Black Box）来描述功能。
系统工程学对功能的定义： 一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其输入
量和输出量之间的相互转换的关系。
硬币计数包卷机
用来整理、清点、 计数，最后按50枚一 卷将硬币用纸包卷起 来；也可以在计数后 装袋而不包卷。
黑箱
➢在功能原理设计中，用黑箱描述产品 的功能。
➢黑箱是系统工程用于分析和描述系统 的一种方法。
二、功能元素和功能单元
从系统论的观点看，一个系统可以分解 为一些子系统，那么一个系统的总功能也应 该可以分解为一些“子功能”或者“分功 能”。
（1）物料 用双线箭头表示
➢可以是固体、液体、气体、混合物
金属机床 水泵 天然气管道 汽车
（2）能量
➢ 用实线箭头表示
➢ 包括机械能、电能、热能、光能、化学能、核 能、生物能等……
➢ 机械能的描述：力和运动 ✓平移：力、线速度 ✓旋转：转矩、角速度 ✓振动：振幅、频率
（3）信号
用虚线箭头表示，可以是数字信号、模拟信号