現(xiàn)代設計理論與方法作業(yè)大作業(yè)

1、現(xiàn)代機械設計理論與措施（大作業(yè)）采用系統(tǒng)化設計流程及所學現(xiàn)代設計措施具體論述某公司需要投資研發(fā)一款新型產(chǎn)品的整個設計流程和采用措施。（1）請具體論述采用哪些設計措施，如何去完畢新產(chǎn)品的規(guī)劃設計過程？（2）請具體論述采用哪些設計措施，如何去完畢新產(chǎn)品的方案設計過程？（3）請具體論述采用哪些設計措施，如何去完畢新產(chǎn)品的技術設計過程？（4）請具體論述采用哪些設計措施，如何去完畢新產(chǎn)品的施工設計過程？答：產(chǎn)品規(guī)劃設計涉及三個重要階段：第一種階段是市場細分及選擇階段。在這個階段，重要通過市場調研與分析，研究如何細分市場，以及公司如何選擇細分市場，最后擬定公司對細分市場的戰(zhàn)略選擇。第二個階段是定義新產(chǎn)品概

2、念。在這個階段中要對某個細分市場，收集其需求的重要內(nèi)容，涉及客戶需求、競爭需求及公司內(nèi)部需求，并擬定公司在該細分市場的產(chǎn)品定位，然后尋找和定義新產(chǎn)品概念。第三個階段是擬定產(chǎn)品規(guī)劃階段。在這一階段中需要從技術層面分析新產(chǎn)品屬于哪個產(chǎn)品族及其開發(fā)途徑，并根據(jù)公司的戰(zhàn)略擬定新產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)先順序和組合方略，然后根據(jù)公司資源狀況，制定新產(chǎn)品開發(fā)的時間籌劃。產(chǎn)品規(guī)劃設計的環(huán)節(jié)為：信息集約產(chǎn)品設計任務預測調研可行性分析明確任務規(guī)定可行性報告、設計規(guī)定項目表。進行產(chǎn)品規(guī)劃設計的重要措施有：設計措施和預測技術。支持產(chǎn)品規(guī)劃設計的重要理論有：設計措施學、技術預測理論、市場學、信息學等。新產(chǎn)品的方案設計過程大體可以

3、分為方案設計和方案評審兩個階段。方案設計階段的環(huán)節(jié)為：總共能分析功能分解功能元求解功能載體組合獲得功能原理方案（多種原理方案）原理實驗評價決策最優(yōu)原理方案原理參數(shù)表、方案原理圖。進行產(chǎn)品的方案設計的措施重要有：系統(tǒng)化設計措施、發(fā)明技法、評價決策法、形態(tài)學矩陣法。重要的理論指引涉及：系統(tǒng)工程學、形態(tài)學、發(fā)明學、思維心理學、決策論、模糊數(shù)學等。對產(chǎn)品進行技術設計時，一方面要對構造進行總體設計，涉及了對產(chǎn)品的構造設計和造型設計。進行新產(chǎn)品的技術設計的重要環(huán)節(jié)為：產(chǎn)品技術設計的措施重要涉及：價值設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、宜人性設計、產(chǎn)品造型設計、系列化設計、機械性能設計、工藝性設計、自動化設計等。產(chǎn)

4、品技術設計過程中重要波及的理論指引有：價值工程學、最優(yōu)化措施、工程遺傳算法、可靠性理論與實驗、人機工程學、模塊化設計、有限元法、動態(tài)設計、摩擦學設計、機械設計的工藝基本、控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計算措施、專家系統(tǒng)等。產(chǎn)品構造設計施工設計的重要環(huán)節(jié)為：零件工作圖部件裝配圖技術文獻。產(chǎn)品造型設計施工設計的重要環(huán)節(jié)為：外觀件加工工藝、畫飾工藝規(guī)程效果圖、檢查原則造型工藝文獻。進行產(chǎn)品施工設計的重要措施有：多種制造、裝配、造型、裝飾、檢查等措施。運用形態(tài)學矩陣和評價措施，建立合理的煤礦主通風機構造設計方案，并建立以費用為優(yōu)化目的，系統(tǒng)可靠度不低于99%的主通風機構造設計優(yōu)化數(shù)學模型？ 答：研究對

5、象為煤礦主通風機通風機是采煤通風系統(tǒng)中的重要設備。主扇用于全礦井或礦井某一翼的通風，又叫主通風機。輔扇是用于礦井通風網(wǎng)路中分支風路調節(jié)起風量的，是協(xié)助主通風機工作的。局扇是用于礦井無貫穿風流沒有打通的巷道的局部地點通風。礦用風機在礦井通風中的功能涉及，可以將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場合，保證生產(chǎn)和良好的勞動條件；保證風流穩(wěn)定，易于管理并具有抗災能力；具有反轉功能，在發(fā)生事故時，可由抽風改為送風，風流易于控制，人員便于撤出；可與環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施相連接，實現(xiàn)自動控制等。礦井主通風機的形態(tài)學矩陣 局部解 功能元1234工作措施抽出式壓入式混合式動力源電動機氣動馬達液動機風機葉片單

6、板型葉片機翼型葉片圓弧葉片圓弧窄葉片防爆技術隔爆型澆封型氣密型無火花型系統(tǒng)解的也許方案數(shù)N=3344=144種現(xiàn)列出其中兩種系統(tǒng)解為：抽出式+電動機+單板型葉片+無火花型：壓入式+電動機+圓弧葉片+隔爆型評價與決策 現(xiàn)采用簡樸評價法。用“+”表達“較好”，用“+”表達“好”，用“-”表達“不好”。其評價構造表為 方案評價準則成本低+便于制造+-構造簡樸+-操作以便-+安全性能高+-總計3“+”1“-”總計成果表白，方案為較抱負的方案。主通風機構造設計優(yōu)化數(shù)學模型擬定設計變量產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完畢規(guī)定功能的概率稱為可靠度?？梢?，產(chǎn)品的可靠度是時間的函數(shù)，因此，以時間作為設計變量對產(chǎn)

7、品進行可靠度優(yōu)化設計。目的函數(shù)以費用為目的函數(shù)。通風機的費用應當涉及了購買的費用、保養(yǎng)的費用和維修的費用。其中，購買的費用為一定值，而隨著通風機的老化，保養(yǎng)費用和維修費用會逐漸增長。因此，保養(yǎng)費用和維修費用也是有關時間的隱式函數(shù)。記保養(yǎng)費用有關時間的函數(shù)關系式為，記維修費用有關時間的函數(shù)關系式為。則通風機在其全壽命過程中的費用為：約束條件由可靠性設計知識可知，產(chǎn)品失效率定義為：產(chǎn)品工作時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后來的下一種單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。它是時間的函數(shù)，又稱為失效率函數(shù)，用表達。式中，為開始時投入主通風機實驗產(chǎn)品的總數(shù)；為時刻主通風機的失效數(shù)；為時刻產(chǎn)品的失效數(shù)；為時間間隔。根據(jù)失

8、效率的定義，可得對上式分子分母各乘以，得式中，為產(chǎn)品的可靠度，且。對上式從0到積分，則得到于是得于是，系統(tǒng)可靠度不低于99%的主通風機構造設計優(yōu)化數(shù)學模型為：具體論述運用有限元法及軟件進行采煤機截齒構造強度和剛度安全性分析的過程？答：采煤機截齒構造如圖1所示圖一：采煤機截齒構造圖采用有限元進行采煤機截齒構造強度和剛度安全性分析的環(huán)節(jié)大體可以分為三步（采用的有限元軟件為ANSYS）：第一步：建立有限元模型：建立有限元模型的環(huán)節(jié)可以分為如下幾種流程指定工作文獻名和標題名：在建立工作文獻名和標題之前，一方面應修改工作途徑，將所要進行的有限元分析保存在某一特定途徑的文獻夾中，以便查看和編輯所做的分析。

9、工作文獻名的建立是在進入前解決器之前完畢的，工作文獻名也就是ANSYS為存儲在工作空間中的文獻獲得名字。標題名最直觀的作用是用簡潔的英文語句標示目前分析的某種信息，如分析對象、分析工況、分析性質等。定義單元類型：ANSYS提供了上百種不同的單元，為了以便顧客對的辨認這些單元，ANSYS建立了針對不同問題的單元類型，并根據(jù)單元類型的特點為每個單元命名。單元命名格式為（單元類型前綴名+數(shù)字編號），其中的數(shù)字編號在ANSYS中是沒有反復的。定義單元類型的措施為，【main menu】（主菜單）【preprocessor】（前解決器）【element】（單元類型）【add】（增長）【edit】（編輯）

10、【delete】（刪除），在彈出【element types】（單元定義）對話框后，在彈出的對話框中選擇需要的單元類型。定義材料屬性：ANSYS中的所有分析都需要輸入材料屬性。輸入采煤機截齒的彈性模量和泊松比等。具體措施為：單擊【main menu】（主菜單）【preprocessor】（前解決器）【material Props】（材料屬性）【material models】（材料模型），彈出【define material model behavior】（定義材料模型）對話框后，單擊右側列表框中的構造模型【structure】（構造）【linear】（線性）【elastic】（彈性）【lso

11、tropic】（各向同性），表白要定義的材料是各向同性線彈性材料。創(chuàng)立有限元模型：ANSYS提供了兩種措施來構建有限元模型，一種是一方面創(chuàng)立或導入實體模型，然后對實體模型進行網(wǎng)格劃分，以生成有限元模型；另一種是直接運用單元和節(jié)點生成有限元模型，但是第二種措施非常困難，因此，在實際中不實用也不常用。本例中采用第一種措施建立采煤機截齒的有限元模型。一方面在SolidWorks軟件中畫出截齒的三維實體模型，然后將其導入ANSYS中并對實體模型進行網(wǎng)格劃分。建立采煤機截齒的有限元模型如圖2：圖2：采煤機截齒有限元分析模型第二步：加載和求解：定義分析類型和設立分析選項：ANSYS可以求解7種不同類型的分

12、析，分別是靜態(tài)分析，瞬態(tài)分析、諧振分析、模態(tài)分析、頻譜分析、屈曲分析和子構造分析。定義分析選項的措施為：【main menu】（主菜單）【solution】（求解器）【analysis】（分析類型）【news analysis】（新的分析）。施加載荷：按照模型受載荷的方式對進行網(wǎng)格劃分后的實體模型進行加載。設立載荷步選項：擬定載荷子步的個數(shù)，求解：選擇合適的求解措施：【main menu】（主菜單）【solution】（求解器）【analysis type】（分析類型）【soln controls】（求解控制），彈出【solution controls】對話框后選擇合適的求解措施即可。選擇好求

13、解器后可進行求解，措施為：【main menu】（主菜單）【solution】（求解器）【solve】（求解）【current Ls】（目前載荷步）。第三步：成果后解決和成果查看：有限元完畢計算后，需要查看分析成果。分析成果的查看通過后解決來完畢。所謂后解決器，就是觀測和分析有限元的計算成果，并從成果中鑒定計算與否對的。ANSYS后解決器涉及兩個模塊，通用后解決器POST1和時間歷程后解決器POST2。進入通用后解決器的措施為：【main menu】（主菜單）【general postproc】（通用后解決器）。進入時間歷程后解決器的措施為：【main menu】（主菜單）【timehist

14、postproc】（時間歷程后解決器）。選擇某傳動齒輪軸，具體論述進行該傳動齒輪軸機械強度可靠性設計過程（分別按照靜強度、疲勞強度進行計算過程論述）？靜強度可靠性設計可靠性設計的基本出發(fā)點是零件材料的極限應力Slim服從于概率密度函數(shù)f(S)的隨機變量，而作用于零件危險截面上的工作應力L服從與概率密度函數(shù)g(L)的隨機變量。并用強度-應力干涉理論計算出零件的可靠度或設計出在規(guī)定可靠度下零件的基本尺寸。用f(S)和g(L)分別表達齒輪軸的強度和應力的概率密度函數(shù)。定義可靠度為由應力-強度干涉模型可得強度不不小于應力的概率為強度和應力均為獨立的隨后變量。因此失效概率為則齒輪軸的可靠度為通過大量的實

15、驗分析，齒輪軸的強度和應力的概率密度函數(shù)服從于正態(tài)分布，即，根據(jù)齒輪軸強度可靠度的定義，令，由于S和L均是隨后變量，因此t也是隨機變量并服從于正態(tài)分布。其概率密度函數(shù)用來表達，因此根據(jù)隨機變量正太分布的運算法則，因此，齒輪軸強度的可靠性為令，則上式為。令，則齒輪軸的強度可靠度計算式為。稱為強度應力耦合方程。在工程設計中，由于荷載和應力的現(xiàn)行設計措施具有一定的誤差，同步考慮零件的重要限度，實際計算時往往引入強度儲藏系數(shù)N(N1)，因此上式為。只要計算出強度和應力的均值和方差，即可用耦合方程計算出齒輪軸的可靠度。同樣可以設計出在規(guī)定可靠度下的軸的幾何尺寸。疲勞強度可靠性設計在常規(guī)疲勞強度設計中，所

16、用的疲勞極限線圖是用多種應力比下的均值畫出的，是一條曲線。而在可靠性設計中，疲勞極限線圖是一條曲線分部帶。疲勞極限的平均值為：疲勞極限的原則離差為：應力幅的原則離差為（為常數(shù)）：平均應力的原則離差為（為常數(shù)）：其中為應力幅的平均值，；為平均應力的平均值，且；為材料的疲勞極限應力。零件的疲勞極限材料的疲勞極限用原則試樣實驗測得，零件的疲勞極限由材料的疲勞極限考慮各影響因素求得，即：式中，為尺寸系數(shù)的分布，為表面加工系數(shù)的分布，為有效應力集中系數(shù)的分布已知后，即可求得零件的疲勞極限分布。可靠性計算按應力-強度干涉模型分別求得應力與強度的均值與原則離差計算聯(lián)結系數(shù)（或可靠度系數(shù)），由正態(tài)分布表查得可

17、靠度R，比較設計條件與否滿足規(guī)定。式中，表達強度均值，表達應力均值；表達強度原則離差，表達應力原則離差。選擇某種機械產(chǎn)品，具體論述并行設計、造型設計、綠色設計、計算機輔助設計法如何在該機械產(chǎn)品設計中進行應用？答：一、并行設計在汽車發(fā)動機活塞設計中的應用并行模式設計是將系統(tǒng)理論作為指引思想，并行模式設計既把握住系統(tǒng)的外部聯(lián)系，也沒有忽視系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系,突破了以環(huán)節(jié)之間通過外延聯(lián)系構成過程系統(tǒng)的片面性和表面性，彌補了串行模式系統(tǒng)設計的局限性，形成了明顯優(yōu)越的并行系統(tǒng)關聯(lián)方式。并行設計過程簡圖為并行設計作為一種系統(tǒng)性的先進過程模式，得到愈來越多注重,并且在產(chǎn)品研發(fā)過程中得到了普遍應用，其在產(chǎn)品設計與

18、產(chǎn)品制造中的科學作用日益凸顯。對于過程模式設計的研究，目前最活躍的仍然是并行工程。正因并行設計的一系列點，因此應當把該設計理念貫徹到本機的設計工作中來。在選定了清洗劑之后，清洗工藝流程與清洗裝置也很大限度上取決于清洗劑的理化特性，進而也會影響清洗裝置的設計。二、造型設計在微型電動汽車汽車車身設計中的應用前臉造型設計前臉造型設計：在微型電動汽車車身造型風格中扮演著重要的角色，汽車作為人們情感載體，是設計師通過人或動物的情感賦予前臉造型變化。微型電動電動汽車前臉造型時可從下兩點出發(fā)：（1）前臉線條形態(tài)與整車造型風格統(tǒng)一；（2）前臉造型擬人化，線條多采用曲線與幾何元素。側圍造型設計側圍造型設計在整車

19、設計中尤為重要，其造型線最能體現(xiàn)整車風格特性與體量感，側圍與前臉、頂棚、后圍共同引導整車的造型風格。電動汽車的側圍造型設計，在空氣動力學基本上，保證各個曲面與形體之間的過渡變化。微型電動汽車的側圍造型設計可從下兩點體現(xiàn)：（1）側圍輪廓線要貫穿于前臉及后尾，保持車身整體性與流暢性；（2）側圍各線條體現(xiàn)動感，保持腰線有向上邁進趨勢，也符合快節(jié)奏的生活方式。車燈造型設計車燈作為電動汽車造型設計最直觀的設計元素，最能體現(xiàn)“電動”特性，車燈設計的好壞會影響前臉設計風格與表情元素。對微型電動汽車車燈設計應體目前如下兩點：（1）運用新技術，充足呈現(xiàn)其電動特性，如車燈使用LED燈或顯示屏；（2）車燈造型應通過

20、圓形、曲線、折線等造型元素傳達情感。例如奔馳SUV電動汽車車燈造型設計凸顯“電動”特性，前“進氣格柵”與車燈融為一種“”字形區(qū)域，“格柵”由藍色LED光源模擬而成，尾部車燈與車頭呼應，科技感十足。車門造型設計車門造型設計在微型電動汽車設計中發(fā)揮著重要力量，車口的大小、打開方式、形狀等影響到車的使用功能及空間，并且還對整車的造型風格和特性起到?jīng)Q策性作用。微型電動汽車車口造型設計的措施；（1）考慮與整車造型風格的協(xié)調統(tǒng)一；（2）采用多種車口打開方式，取消柱，增長車內(nèi)空間的使用。綜上所述，微型電動汽車車身造型設計分別可從車前臉、車燈等重要輪廓線設計，車燈造型重要表目前照明方式上，彰顯微型電動汽車“電

21、”的特性。此外，車口造型及打開方式變化來増大車內(nèi)空間使用。三、綠色設計在汽車設計中的應用綠色汽車設計規(guī)定汽車適應社會環(huán)境的發(fā)展。除了創(chuàng)制以外還需要給創(chuàng)制的汽車產(chǎn)品進行定位，設計師作為連接汽車與消費者的橋梁，必須對設計出來的汽車負責。老式產(chǎn)品的生命周期從生產(chǎn)制造至投入使用的每個階段，即“搖籃至墳墓”的單一一種過程，而綠色汽車賦予了產(chǎn)品生命周期的延伸性，從汽車設計的概念產(chǎn)生、材料選擇、生產(chǎn)制造、再到上路行駛，甚至最后汽車報廢的回收解決的各個階段，都涉及在設計師的考慮范疇內(nèi)。在具體的設計過程中，綠色設計既要考慮人與自然和諧共存的價值觀，又要達到環(huán)保的技術規(guī)定，可以說是設計師設計技巧的天才發(fā)揮。作為全

22、球最大的汽車消費市場和最大的汽車制造國，中國品牌的綠色汽車發(fā)展對于全球汽車均有很大的影響。比亞迪F3DM雙模電動車采用混合動力系統(tǒng)和電動車系統(tǒng)，實現(xiàn)了既可加油、又可充電的多種能量補充方式。該車在純電動模式下長距離行駛百公里僅耗電十六千瓦。家用電源即可為期進行充電，7h完畢充電。在布滿電和油的狀況下，可以持續(xù)行駛580公里。長城汽車中作為綠色汽車的主推產(chǎn)品長城歐拉（Kulla）電動車兼具純電動汽車的零污染優(yōu)勢和混合動力汽車以便優(yōu)勢，還具有此外兩個優(yōu)越性。一是即便在增程器啟動狀態(tài)下，仍具有比其她類型汽車更優(yōu)越的燃油經(jīng)濟性。二是增程器提供能量與輔助功率，電池壽命增長，成本減少。海馬汽車推出的丘比特新能源車型可以使用兩種充電模式，家用電源220V慢充模式，大電流快充模式2小時能布滿電，布滿電后行駛里程可達160km，能滿足都市居民的代步需求。奇瑞推出的首款純電動汽車瑞麒M1通過采用轉子發(fā)動機作為增程器的動力源，該車幾乎不產(chǎn)生任何噪音，同步也及其省油。奇瑞從3月正式開始啟動綠色汽車的批量生產(chǎn)籌劃。四、計算