機械制造裝備設(shè)計方法復(fù)習(xí).doc

第二章 機械制造裝備設(shè)計方法1 械制造裝備設(shè)計可分為創(chuàng)新設(shè)計、變型設(shè)計和模塊化設(shè)計等三大類型。2 創(chuàng)新設(shè)計：創(chuàng)新設(shè)計通常應(yīng)從市場調(diào)研和預(yù)測開始，明確產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)，經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工藝設(shè)計等四個階段；還應(yīng)通過產(chǎn)品試制和產(chǎn)品試驗來驗證新產(chǎn)品的技術(shù)可行性；通過小批試生產(chǎn)來驗證新產(chǎn)品的制造工藝和工藝裝備的可行性。一般需要較長的設(shè)計開發(fā)周期，投入較大的研制開發(fā)工作量。3 變型設(shè)計：采用適應(yīng)型和變參數(shù)型設(shè)計方法。在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，基本工作原理和總體結(jié)構(gòu)保持不變，適應(yīng)型設(shè)計是通過改變或更換部分部件或結(jié)構(gòu)，變參數(shù)型設(shè)計是通過改變部分尺寸與性能參數(shù)，形成所謂的變型產(chǎn)品。按照一定的規(guī)律演變出各種不同的規(guī)格參數(shù)、布局和附件的產(chǎn)品，擴大原有產(chǎn)品的性能和功能，形成一個產(chǎn)品系列。4 模塊化設(shè)計：模塊化設(shè)計是按合同要求，選擇適當(dāng)?shù)墓δ苣K，直接拼裝成所謂的“組合產(chǎn)品”。進(jìn)行組合產(chǎn)品的設(shè)計，是在對一定范圍內(nèi)不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過這些模塊的組合，構(gòu)成不同類型或相同類型不同性能的產(chǎn)品。5 機械制造裝備設(shè)計的典型步驟可劃分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工藝設(shè)計等四個階段。6 產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計任務(wù)，包括：需求分析、調(diào)查研究、預(yù)測、可行性分析、編制設(shè)計任務(wù)書7 方案設(shè)計階段：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，進(jìn)行產(chǎn)品功能原理的設(shè)計。方案設(shè)計階段大致包括對設(shè)計任務(wù)的抽象、建立功能結(jié)構(gòu)、尋求原理解與求解方法、形成初步設(shè)計方案和對初步設(shè)計方案的評價與篩選等步驟。8 技術(shù)設(shè)計階段：將方案設(shè)計階段擬定的初步設(shè)計方案具體化，確定結(jié)構(gòu)原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計，確定主要技術(shù)參數(shù)，布局；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制裝配草圖，初選主要零件的材料和工藝方案，進(jìn)行各種必要的性能計算；如果需要還可以通過模型試驗檢驗和改善設(shè)計；通過技術(shù)經(jīng)濟分析選擇較優(yōu)的設(shè)計方案。在技術(shù)設(shè)計階段將綜合運用系統(tǒng)工程學(xué)、價值工程學(xué)、力學(xué)、摩擦學(xué)、機械制造工程學(xué)、優(yōu)化理論、可靠性理論、人機工程學(xué)、工業(yè)美學(xué)、相似理論等，來解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題。9 工藝設(shè)計階段：主要進(jìn)行零件工作圖設(shè)計、完善部件裝配圖和總裝配圖，進(jìn)行商品化設(shè)計，編制各類技術(shù)文檔等。10 系列化設(shè)計的基本概念：需要設(shè)計和制造出尺寸規(guī)格、功率參數(shù)和精度等各不相同的一系列產(chǎn)品滿足市場。在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)遵循系列化設(shè)計的方法，以提高系列產(chǎn)品中零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度。11 系列化設(shè)計方法是在設(shè)計的某一類產(chǎn)品中，選擇功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面較典型產(chǎn)品為基型，以它為基礎(chǔ)，運用結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)計出其它各種尺寸參數(shù)的產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品的基型系列。在產(chǎn)品基型系列的基礎(chǔ)上，同樣運用結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，增加、減去、更換或修改少數(shù)零部件，派生出不同用途的變型產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關(guān)系的產(chǎn)品系列型譜。在系列型譜中，各規(guī)格產(chǎn)品應(yīng)有相同的功能結(jié)構(gòu)和相似的結(jié)構(gòu)形式；同一類型的零部件在規(guī)格不同的產(chǎn)品中具有完全相同的功能結(jié)構(gòu)；不同規(guī)格的產(chǎn)品，同一種參數(shù)按一定規(guī)律(通常按等比級數(shù))變化。12 系列化設(shè)計應(yīng)遵循“產(chǎn)品系列化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”原則，簡稱“三化”原則。有時將“結(jié)構(gòu)的典型化”作為第四條原則，即 “四化”原則。13 系列化設(shè)計步驟：主參數(shù)和主要性能指標(biāo)的確定、參數(shù)分級、制訂系列型譜。14 模塊化設(shè)計的基本概念是：為了開發(fā)多種不同功能結(jié)構(gòu)，或相同功能結(jié)構(gòu)而性能不同的產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品單獨進(jìn)行設(shè)計，而是精心設(shè)計出一批模塊，將這些模塊經(jīng)過不同的組合來構(gòu)造具有不同功能結(jié)構(gòu)和性能的多種產(chǎn)品。這類模塊是具有一定功能的零件、組件或部件，模塊的結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計要考慮不同模塊組合時的協(xié)調(diào)性，模塊上具有特定的聯(lián)接表面和聯(lián)接方法，以保證相互組合的互換性和精確度。15 模塊化設(shè)計的步驟：明確任務(wù)、建立功能結(jié)構(gòu)、合理確定產(chǎn)品的系列型譜和參數(shù)、模塊的組合、模塊的計算機管理系統(tǒng)。16 機械制造裝備設(shè)計的評價主要包括如下內(nèi)容：技術(shù)經(jīng)濟評價、可靠性評價、人機工程評價、結(jié)構(gòu)工藝性評價、產(chǎn)品造型評價和標(biāo)準(zhǔn)化評價等。17 技術(shù)經(jīng)濟評價：設(shè)計的產(chǎn)品在技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟的合理性往往是相互排斥的。技術(shù)經(jīng)濟評價就是通過深入分析這兩方面的問題，建立目標(biāo)系統(tǒng)和確定評價標(biāo)準(zhǔn)，對各設(shè)計方案的技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟合理性進(jìn)行評分，給出綜合的技術(shù)經(jīng)濟評價。18 建立目標(biāo)系統(tǒng)和確定評價標(biāo)準(zhǔn)：將表2-1所表示的設(shè)計要求表中的必達(dá)目標(biāo)按層次分級，形成樹狀目標(biāo)系統(tǒng)，每個樹葉代表一個評價標(biāo)準(zhǔn)。如圖27所示。19 確定重要性系數(shù)：每個評價標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計方案優(yōu)劣的影響程度用重要性系數(shù)(權(quán)系數(shù))來表示，取值范圍是0-1。如圖27所示的樹狀四級目標(biāo)系統(tǒng)為例，每個評價目標(biāo)圓圈內(nèi)有兩個數(shù)字：左面的數(shù)字表示隸屬于同一上級目標(biāo)的各同級目標(biāo)之間的相對重要性系數(shù)，其總和應(yīng)等于1，一般由設(shè)計人員或設(shè)計組共同商定；右面的數(shù)字表示每一個評價目標(biāo)在目標(biāo)系統(tǒng)中所居的重要程度，簡稱重要性系數(shù)，其值等于該目標(biāo)圓圈左測數(shù)字與相關(guān)的各上級目標(biāo)圓圈左側(cè)數(shù)字的乘積。20 確定各設(shè)計方案的評價分?jǐn)?shù)：目標(biāo)系統(tǒng)中的每個評價標(biāo)準(zhǔn)(樹葉)的重要性系數(shù)算出后，可按評價標(biāo)準(zhǔn)確定每一個設(shè)計方案的評價分?jǐn)?shù)，評價分?jǐn)?shù)可按5分制(04)或10分制(09)給出。評價分?jǐn)?shù)的大小代表了技術(shù)方案的優(yōu)劣程度。21 確定評價分?jǐn)?shù)的方法如表24所示。22 “加權(quán)值”的值等于評價數(shù)乘以評價標(biāo)準(zhǔn)的重要性系數(shù)。23 總權(quán)重值：將每個初步設(shè)計方案n個“加權(quán)值”進(jìn)行累加，可得出該方案的總權(quán)重值。24 技術(shù)評價。25 經(jīng)濟評價是理想生產(chǎn)成本CL與實際生產(chǎn)成本Cs之比。26 技術(shù)經(jīng)濟評價有均值法和雙曲線法兩種計算方法。27 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的可靠性主要取決于產(chǎn)品在研制和設(shè)計階段形成的產(chǎn)品固有可靠性。28 表示產(chǎn)品可靠性水平高低的各種可靠性數(shù)量指標(biāo)稱為可靠性特征量。可靠性指標(biāo)體系如圖2-10所示。29 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于組成系統(tǒng)的各獨立單元可靠度的連乘積，在串聯(lián)系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)可靠度最大的是系統(tǒng)中可靠度最差的單元，要提高系統(tǒng)的可靠度，應(yīng)注意提高該薄弱單元的可靠度。30 在并聯(lián)系統(tǒng)中，只要有一個單元在正常工作，系統(tǒng)就能正常工作，如全部單元都失效時，系統(tǒng)才失效，故稱之為儲備系統(tǒng)。儲備系統(tǒng)又稱冗余系統(tǒng)。31 混聯(lián)系統(tǒng)即由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的系統(tǒng)，可分為串并聯(lián)系統(tǒng)和并-串聯(lián)系統(tǒng)兩種。32 表決系統(tǒng)的特點是：組成系統(tǒng)的n個單元中，至少有r個單元正常工作，系統(tǒng)才能正常工作，大于(n-r)個單元失效，系統(tǒng)也就失效。這樣的系統(tǒng)稱之為rn表決系統(tǒng)。這也屬于一種儲備系統(tǒng)。33 旁聯(lián)系統(tǒng)：圖2-15所示為由n個單元組成的旁聯(lián)系統(tǒng)，其中一個單元在工作，其余n1個單元處于非工作狀態(tài)的儲備。當(dāng)監(jiān)測裝置探知工作的單元發(fā)生故障時，通過轉(zhuǎn)換裝置使儲備單元逐個地去替換，直到所有儲備單元都發(fā)生故障時，則系統(tǒng)失效。34 復(fù)雜系統(tǒng)中各單元之間既非串聯(lián)又非并聯(lián)關(guān)系，如圖2-16所示。對復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性計算比較復(fù)雜，一般采用布爾真值表法、卡諾圖法、貝葉斯分析法和最小割集近似法等。35 可靠性指標(biāo)的分配：將系統(tǒng)要求的可靠度指標(biāo)合理地分配到系統(tǒng)的各個組成單元，從而明確各組成單元的可靠性設(shè)計要求，以便在單元設(shè)計、制造、試驗、驗收時加以保證。36 可靠性分配的原則1)對技術(shù)成熟的單元，可分配較高的可靠度。 2)對較簡單的單元，可分配較高的可靠度。 3)對重要的單元，應(yīng)分配較高的可靠度。 4)對整個任務(wù)時間內(nèi)需連續(xù)工作，或工作條件嚴(yán)酷的單元，應(yīng)分配較低的可靠度。37 可靠性分配方法：等同分配法、按比例分配法、綜合評分分配法、最優(yōu)化分配法。38 人機工程學(xué)是研究人機關(guān)系的一門學(xué)科，它把人和機作為一個系統(tǒng)，研究人機系統(tǒng)應(yīng)具有什么樣的條件，才能使人機實現(xiàn)高度的協(xié)調(diào)性。它不僅涉及到工程技術(shù)理論，還涉及到生理學(xué)、人體解剖學(xué)、心理學(xué)和勞動衛(wèi)生學(xué)等理論和方法，是一門綜合性的邊緣學(xué)科。39 人機工程學(xué)評價的內(nèi)容包括：1)人因素方面：人體靜態(tài)與動態(tài)的形體尺寸參數(shù)，人對信息的感知特性，人的反應(yīng)及能力特性，人在勞動中的心理特征等，使設(shè)計的產(chǎn)品符合人的生理、心理特點，具有一個安全、舒適、可靠、高效的工作條件。2)機器因素方面：信號顯示裝置設(shè)計、操縱裝置設(shè)計、安全保障技術(shù)、人體舒適性和使用方便性。 3)環(huán)境因素方面：作業(yè)空間、物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境。 4)人機系統(tǒng)方面：產(chǎn)品系統(tǒng)中人的功能和其它各部分功能之間的聯(lián)系和制約條件，以及人機之間功能的合理分配方法；系統(tǒng)中被控對象狀態(tài)信息的處理過程，人機控制鏈的優(yōu)化；人機系統(tǒng)可靠性和安全性；環(huán)境因素對勞動質(zhì)量及生活質(zhì)量的影響，提高作業(yè)舒適度和安全保障系統(tǒng)的設(shè)計。40 結(jié)構(gòu)工藝性評價的目的是降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從加工、裝配、維修和運輸?shù)确矫鎭碓u價。41 加工工藝性：應(yīng)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理組合和零件加工工藝性兩方面評價加工工藝性。零件的結(jié)構(gòu)形狀、材料、尺寸、表面質(zhì)量、公差和配合等確定了其加工工藝性。42 裝配工藝性：便于裝配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、便于裝配的零件結(jié)合部位結(jié)構(gòu)、便于裝配的零件結(jié)構(gòu)。43 維修性的優(yōu)劣可從如下幾方面作綜合分析評價： 1)平均修復(fù)時間短。 2)維修所需元器件或零部件的互換性好，并容易買到或有充足的備件。 3)有寬敞的維修工作空間。 4)維修工具、附件及輔助維修設(shè)備的數(shù)量和種類少，準(zhǔn)備齊全。 5)維修技術(shù)的復(fù)雜性低。 6)維修人員數(shù)量少。 7)維修成本低。 8)采用狀態(tài)監(jiān)測和自動記錄，指導(dǎo)維修。44 產(chǎn)品造型評價：機械產(chǎn)品的造型的總原則是經(jīng)濟實用、美觀大方?！敖?jīng)濟”指的是造型成本低，并有助于提高產(chǎn)品的可靠性、壽命和人機界面?！皩嵱谩敝傅氖鞘褂貌僮鞣奖?、舒適、符合人體的生理和心理特征，使人機系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最高?！懊烙^大方”是指產(chǎn)品的外觀形象給人的心理、生理及視覺效應(yīng)良好。45 產(chǎn)品造型設(shè)計包括：尺度與比、對稱與均衡、安定與輕巧、對比與調(diào)和 、過渡與呼應(yīng)、節(jié)奏與韻律、重點與一般。46 實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的目的是：1)合理簡化產(chǎn)品的品種規(guī)格。2)促進(jìn)相互理解、相互交流，提高信息傳遞的效率。3)在生產(chǎn)、流通、消費等方面，能夠全面地節(jié)約人力和物力。4)在商品交換與提高服務(wù)質(zhì)量方面，保護(hù)消費者的利益和社會公共利益。5)在安全、衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)方面，保障人類的生命、安全與健康。6)在國際貿(mào)易中，消除國際貿(mào)易的“技術(shù)壁壘”。47 對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評價的主要內(nèi)容有： 1）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的審查 包括編號、文件格式、編制方法是否符合上級標(biāo)準(zhǔn)的要求和有關(guān)規(guī)定。 2）設(shè)計文件的標(biāo)準(zhǔn)化審查包括圖樣和技術(shù)文件成套性檢查；圖樣格式、視圖、剖視、投影、公差配合、表面粗糙度、形