最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法0315

許志倩

學(xué)科前沿知識講座—先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程系機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱。機(jī)械系統(tǒng)：具有特定功能，相互間具有有機(jī)聯(lián)系，由若干要素構(gòu)成的一個(gè)整體。主要包括一下幾個(gè)子系統(tǒng)：動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、架體支承系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)特性：整體性、相關(guān)性、目的性和環(huán)境適應(yīng)性。1、機(jī)械和機(jī)械系統(tǒng)

高低壓

吹膜機(jī)

1、機(jī)械和機(jī)械系統(tǒng)

注：機(jī)械系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，多數(shù)為一個(gè)大系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者應(yīng)從機(jī)械系統(tǒng)的整體性出發(fā)，不僅僅考慮局部的、個(gè)別的零部件，要對所設(shè)計(jì)的機(jī)械進(jìn)行全面的、整體的考察和分析，才可以設(shè)計(jì)出優(yōu)良的機(jī)械產(chǎn)品。新型“非洲獵豹”機(jī)器人效果圖

1、機(jī)械和機(jī)械系統(tǒng)

2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介機(jī)械設(shè)計(jì)：機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者為滿足社會(huì)和人們對機(jī)械產(chǎn)品功能的需要，運(yùn)用基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)工程等方法，進(jìn)行設(shè)想和構(gòu)思、計(jì)算和分析，最后以技術(shù)文件的形式。提供產(chǎn)品制造依據(jù)的全過程工作。機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)：（1）多解性：主要為同類功能的產(chǎn)品適應(yīng)不同要求。（2）系統(tǒng)性：機(jī)械設(shè)計(jì)有必要基于系統(tǒng)工程的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)的指導(dǎo)進(jìn)行。（3）創(chuàng)新性。

機(jī)械設(shè)計(jì)的原則實(shí)用性原則創(chuàng)造性原則優(yōu)化原則可靠性原則安全性原則經(jīng)濟(jì)性原則評價(jià)審核原則機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序設(shè)計(jì)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)具體程序見下頁。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本程序2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械設(shè)計(jì)方法分類傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

主要包括理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

主要有機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、有限元法、機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。具體理論和方法詳見下表。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

1.設(shè)計(jì)方法學(xué)2.優(yōu)化設(shè)計(jì)3.可靠性設(shè)計(jì)4.工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)5.有限元法6.動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)7.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)8.疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)9.損傷容限設(shè)計(jì)10.摩擦學(xué)設(shè)計(jì)11.模塊化設(shè)計(jì)12.熱穩(wěn)定設(shè)計(jì)13.精度設(shè)計(jì)14.相似設(shè)計(jì)15.三次設(shè)計(jì)16.并行設(shè)計(jì)17.綠色設(shè)計(jì)18.健壯設(shè)計(jì)19.虛擬設(shè)計(jì)20.智能工程21.反求工程22.設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要理論和方法2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較：在設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想上，由過去的經(jīng)驗(yàn)類比方法提高到邏輯的、理性的和系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法；在設(shè)計(jì)對象上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法考慮了人—機(jī)—環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，從而發(fā)揮產(chǎn)品的最大潛力或最大可能的提高系統(tǒng)的有效性；在設(shè)計(jì)方法中，前者廣泛采用了CAD、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、價(jià)值工程和創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等方法，使設(shè)計(jì)水平有了一個(gè)質(zhì)的飛躍；2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較：在設(shè)計(jì)手段上，充分采用電子計(jì)算機(jī)，自動(dòng)繪圖和數(shù)據(jù)庫管理等新技術(shù)，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)使用效率，使修改設(shè)計(jì)變得十分方便，分析工具的改進(jìn)使設(shè)計(jì)采用盡可能精確的模型成為可能；在試驗(yàn)和測試的技術(shù)上，采用頻譜分析、激光全息攝影和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等先進(jìn)技術(shù)，可對整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)或零部件的性能進(jìn)行科學(xué)的試驗(yàn)和分析，并可進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分類原則傳動(dòng)類型按工作原理分1.機(jī)械傳動(dòng)：摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)、推動(dòng)2.流體傳動(dòng)：氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、靜液壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)、液力傳動(dòng)、液體黏性傳動(dòng)3.電氣傳動(dòng)：交流電氣傳動(dòng)、直流電氣傳動(dòng)4.磁力傳動(dòng)：可透過隔離物傳動(dòng)、不可透過隔離物傳動(dòng)按傳動(dòng)比變化分1.定傳動(dòng)比傳動(dòng)2.變傳動(dòng)比傳動(dòng)：有級變速傳動(dòng)、無級變速傳動(dòng)、按周期性規(guī)律變化的傳動(dòng)按輸出速度變化情況分1.恒定輸出速度2.有級調(diào)速3.無級調(diào)速4.按某種規(guī)律調(diào)速按能量流的結(jié)構(gòu)分1.單流傳動(dòng)2.多流傳動(dòng)：分流傳動(dòng)、匯流傳動(dòng)、混流傳動(dòng)傳動(dòng)的類型2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及布置示意圖齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的原則：對于小功率傳動(dòng)，應(yīng)在滿足工作性能的要求下，選用結(jié)構(gòu)簡單的傳動(dòng)裝置，盡可能降低初始費(fèi)用；對于大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)裝置的效率，以節(jié)約能源、降低運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用；當(dāng)機(jī)器要求變速時(shí)，若能與動(dòng)力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接聯(lián)接或采用固定傳動(dòng)比裝置；2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的原則：當(dāng)載荷變化頻繁，且可能出現(xiàn)過載時(shí)，應(yīng)考慮過載保護(hù)裝置；當(dāng)機(jī)器工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求與動(dòng)力機(jī)同步或嚴(yán)格的傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)采用無滑動(dòng)的傳動(dòng)裝置；傳動(dòng)裝置的選用必須與制造技術(shù)水平相適應(yīng)，應(yīng)盡量選用專業(yè)的廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)零部件或產(chǎn)品。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序：確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比：

分別表示傳動(dòng)系統(tǒng)和輸出軸的轉(zhuǎn)速。選擇傳動(dòng)類型，擬定傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方案。分配總傳動(dòng)比?？倐鲃?dòng)比與各級傳動(dòng)比的關(guān)系為：計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)。主要包括各級傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速、效率和轉(zhuǎn)矩等。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)執(zhí)行系統(tǒng)的分類按其對運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的不同要求分為：動(dòng)力型、動(dòng)作型及動(dòng)作—?jiǎng)恿π汀０磮?zhí)行機(jī)構(gòu)相互間的聯(lián)系情況分為：單一型、相互獨(dú)立型、相互聯(lián)系型。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介執(zhí)行系統(tǒng)的功能夾持功能搬運(yùn)功能輸送功能分度和轉(zhuǎn)位功能檢測功能施力功能

內(nèi)燃機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)簡圖2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介2.2機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟確定運(yùn)動(dòng)方案。合理選擇機(jī)構(gòu)類型，擬定機(jī)構(gòu)組合方案。下頁表中列出了常用機(jī)構(gòu)的性能和特點(diǎn)，以供參考。繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。強(qiáng)度和剛度計(jì)算。此外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件應(yīng)滿足耐磨損、振動(dòng)穩(wěn)定性等要求；在高溫或強(qiáng)腐蝕條件下工作時(shí)，還要考慮材料的耐熱性能或耐腐蝕性能。2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)類型主要性能特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換平面連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運(yùn)動(dòng)副為低副，能承受較大載荷，適合各種速度工作。但在實(shí)現(xiàn)從動(dòng)桿多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的靈活型方面，不及凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和平面移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)桿各種形式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪與從動(dòng)桿間接觸應(yīng)力大，不宜承受大的載荷，常在自動(dòng)機(jī)或控制系統(tǒng)中應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)常用機(jī)構(gòu)的主要性能和特點(diǎn)2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)類型主要性能特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換齒輪機(jī)構(gòu)輪系承載能力和速度范圍大，傳動(dòng)比恒定，運(yùn)動(dòng)精度高，效率高，但運(yùn)動(dòng)形式變換不多。非圓齒輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比傳動(dòng)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)能傳遞間歇運(yùn)動(dòng)，輪系能獲得大的傳動(dòng)比。差動(dòng)輪系可將運(yùn)動(dòng)合成和分解轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作平衡，可產(chǎn)生較大軸向力，反行程有自鎖性能，可用于微調(diào)和微位移，但效率低，螺紋易磨損。如采用滾珠螺旋可提高效率。轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)常用機(jī)構(gòu)的主要性能和特點(diǎn)2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介

機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)類型主要性能特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換槽輪機(jī)構(gòu)常用于分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，用鎖緊盤定位，但定位精度不高，分度轉(zhuǎn)角取決于槽輪的槽數(shù)，槽數(shù)通常是4~12，槽數(shù)少時(shí)，角加速度變化較大，沖擊現(xiàn)象較嚴(yán)重。轉(zhuǎn)動(dòng)和間歇轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，可用做單向或雙向傳動(dòng)，分度轉(zhuǎn)角可以調(diào)節(jié)，常用于分度轉(zhuǎn)位裝置及防止逆轉(zhuǎn)裝置，但要附加定位裝置。擺動(dòng)和間歇轉(zhuǎn)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)可用凸輪、連桿、齒輪等機(jī)構(gòu)組合而成，能實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且具有各機(jī)構(gòu)的綜合優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)較困難。常在要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作的場合運(yùn)用。靈活性較大2.機(jī)械設(shè)計(jì)簡介2.2機(jī)械的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu)的主要性能和特點(diǎn)

工作載荷的確定方法：類比法、計(jì)算法和實(shí)測法。動(dòng)力機(jī)的選擇和計(jì)算

主要從三個(gè)方面進(jìn)行分析比較：分析工作機(jī)械的負(fù)載特性和要求，包括工作機(jī)械的載荷特性、工作制度、結(jié)構(gòu)布置和工作環(huán)境等。分析動(dòng)力機(jī)本身的機(jī)械特性，包括動(dòng)力機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等特性，以及動(dòng)力機(jī)所能適應(yīng)的工作環(huán)境。應(yīng)使動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)械的負(fù)載特性相匹配。進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的比較。當(dāng)同時(shí)可用多種類型的動(dòng)力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性的分析是必不可少的，包括能源的供應(yīng)和消耗，動(dòng)力機(jī)的制造、運(yùn)行和維護(hù)成本的對比等。3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理

通過分析比較，首先確定動(dòng)力機(jī)的類型，然后根據(jù)工作機(jī)械的負(fù)載特性計(jì)算動(dòng)力機(jī)的容量（功率大?。?dòng)力機(jī)的功率P（單位：KW）與它的轉(zhuǎn)矩T（單位：N·m）和轉(zhuǎn)速（單位：r/min）之間的關(guān)系為：3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理

配用動(dòng)力機(jī)螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)簡圖3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理

機(jī)械結(jié)構(gòu)的失效形式結(jié)構(gòu)件中有的出現(xiàn)斷裂或產(chǎn)生使用中不允許出現(xiàn)的裂紋；對某些結(jié)構(gòu)而言，產(chǎn)生過大的變形而失效。過量磨損。腐蝕。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理最有效力傳導(dǎo)原理功能及載荷分配原理結(jié)構(gòu)自助原理置換原理和轉(zhuǎn)移原理3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理

機(jī)械結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的強(qiáng)度判斷依據(jù)是σ≤[σ]式中，σ—零部件計(jì)算部位的實(shí)際應(yīng)力；[σ]—許用應(yīng)力。機(jī)械剛度設(shè)計(jì)軸的扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算：用每米軸長的扭轉(zhuǎn)角來表示。軸的彎曲變形計(jì)算：當(dāng)量直徑法和能量法。3.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則和原理

4.1系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法一般是把設(shè)計(jì)對象分解為許多獨(dú)立的部分來分別進(jìn)行研究。由于這是孤立的，且多是靜止的分析問題，因此所得出的結(jié)論常常帶有片面性和局限性。現(xiàn)代工程往往是一些大系統(tǒng)的巨大工程，是一個(gè)多學(xué)科的綜合技術(shù)系統(tǒng)。所以在系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)法中，就應(yīng)該把設(shè)計(jì)對象看做是一個(gè)系統(tǒng)，用系統(tǒng)工程的概念進(jìn)行分析和綜合，并且按產(chǎn)品或系統(tǒng)開發(fā)的進(jìn)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以求獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

技術(shù)系統(tǒng)的組成和處理對象我們所說的系統(tǒng)通常包括以下四個(gè)組成部分：系統(tǒng)單元、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、邊界條件、輸入和輸出要素。系統(tǒng)單元完成某種功能而無需進(jìn)一步劃分的單元，即系統(tǒng)相互聯(lián)系和作用的基本組成要素。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)反映著系統(tǒng)內(nèi)部各單元之間的關(guān)系，即相互聯(lián)系和作用的聯(lián)結(jié)形式。邊界條件系統(tǒng)與外部環(huán)境作用的界面，通過這種界面可以明確分析設(shè)計(jì)對象的范圍。輸入和輸出要素系統(tǒng)的行為通常表現(xiàn)為它與其外部環(huán)境的相互聯(lián)系和作用，可以用輸入和輸出來表征。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法

技術(shù)系統(tǒng)的組成和處理對象以自行車為例其系統(tǒng)組成為：驅(qū)動(dòng)、控制、支承、變速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等機(jī)構(gòu)。自行車系統(tǒng)組成示意系統(tǒng)單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邊界條件輸入輸出要素上述單元組成自行車的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、獲得一定運(yùn)動(dòng)速度下的承載能力，完成運(yùn)載的功能。自行車的邊界條件是騎行環(huán)境，而騎車人是它的外部環(huán)境要素輸入要素為騎車人的腳蹬車，屬于一種機(jī)械能量；輸出要素為一定速度的承載能力，也是一種機(jī)械能量。

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.1.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法一般的說，系統(tǒng)或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程可概略的劃分為：產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)等階段。此處我們將重點(diǎn)介紹產(chǎn)品規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。產(chǎn)品規(guī)劃師設(shè)計(jì)的第一步，其目的在于明確所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)或產(chǎn)品的目的、任務(wù)和要求，并用設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式表達(dá)出來，以作為后續(xù)的設(shè)計(jì)、評價(jià)和決策的依據(jù)。為此需要進(jìn)行1）市場需求分析2）可行性分析3）設(shè)計(jì)要求的擬定工作

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法1.產(chǎn)品規(guī)劃可行性分析消費(fèi)者對產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量和數(shù)量的具體要求；現(xiàn)有類似產(chǎn)品的銷售情況和銷售趨勢；競爭對手在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨向；主要原料、配件和半成品的現(xiàn)狀。技術(shù)分析—技術(shù)方案中的創(chuàng)新點(diǎn)和難點(diǎn)及解決方法和技術(shù)路線等分析；經(jīng)濟(jì)分析—成本和性能價(jià)格比分析；社會(huì)分析—隨著生產(chǎn)的發(fā)展和項(xiàng)目的綜合化、大型化，他們和社會(huì)的關(guān)系日益密切。設(shè)計(jì)要求的擬定市場需求分析321根據(jù)產(chǎn)品功能和性能提出設(shè)計(jì)闡述和相關(guān)的指標(biāo)，列出制造、使用等方面的限制條件。

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.1.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法2.方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)階段，第一步是原理方案擬定。而原理方案擬定一般是從功能分析入手，利用創(chuàng)造性構(gòu)思擬出多種方案，通過分析—綜合—評價(jià)，求得最佳方案。4.1系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法2.方案設(shè)計(jì)例：對于挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)，我們采用功能綜合法求解它的原理方案1）功能分析—挖掘機(jī)的總功能是運(yùn)取物料，其總功能和分功能間的關(guān)系為：2）列出各功能元及其局部解得功能求解綜合表（見下頁）

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法2.方案設(shè)計(jì)功能元局部解123456A.動(dòng)力源B.位移傳動(dòng)C.位移D.取物傳動(dòng)E.取物電動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)軌道及車輪拉桿挖斗汽油機(jī)渦輪傳動(dòng)輪胎繩傳動(dòng)抓斗柴油機(jī)帶傳動(dòng)履帶汽缸傳動(dòng)鉗式斗蒸汽透平鏈傳動(dòng)氣墊液壓缸傳動(dòng)液動(dòng)機(jī)液力耦合器氣動(dòng)馬達(dá)3）系統(tǒng)解的可能方案數(shù)如：A1+B4+C3+D2+E1——履帶式挖掘機(jī)

A5+B5+C2+D4+E2——液壓輪胎式挖掘機(jī)

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創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法人類進(jìn)步的歷史是創(chuàng)造的歷史，也就是說，人類的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富都是通過創(chuàng)造性活動(dòng)產(chǎn)生的。創(chuàng)造發(fā)明可以定義為把意念轉(zhuǎn)變成新的產(chǎn)品或工藝方法等的過程。此處介紹創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法的目的在于說明，創(chuàng)造發(fā)明是有一定的規(guī)律和方法可循的，方法主要為：列舉法智爆法提問追溯法反向探求和向前推演法聯(lián)想類推法組合法功能分析法同中求異與異中求同4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)起因：可靠性設(shè)計(jì)是第二次世界大戰(zhàn)時(shí)由一只真空管引起的。當(dāng)時(shí)美國在遠(yuǎn)東的軍事基地有60%的軍用飛機(jī)電子裝置處于故障狀態(tài)，檢查結(jié)果是由于真空管發(fā)生了故障。但出故障的真空管卻是完全符合出廠指標(biāo)的，雖然多次檢查仍找不到原因。后來就做出了一種推斷：關(guān)于真空管的制造技術(shù)，有超出以往制造技術(shù)和檢查能力以外的某種特性，當(dāng)它被掌握和發(fā)現(xiàn)以后，是可以防止故障的。這種特性就是“可靠性”。在設(shè)計(jì)、制造和檢查中考慮可靠性可以大大減少故障。

例如：阿波羅登月火箭成功的關(guān)鍵就是其可靠性達(dá)到了99.9999999%4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

產(chǎn)品的可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。這里的產(chǎn)品可以泛指任何系統(tǒng)、設(shè)備和元器件。產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個(gè)“規(guī)定”：“規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”和“規(guī)定功能”?！耙?guī)定條件”包括使用時(shí)的環(huán)境條件和工作條件；例如同一型號的汽車在高速公路和在崎嶇的山路上行駛，其可靠性的表現(xiàn)就不大一樣，要談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性必須指明規(guī)定的條件是什么?！耙?guī)定時(shí)間”是指產(chǎn)品規(guī)定了的任務(wù)時(shí)間；隨著產(chǎn)品任務(wù)時(shí)間的增加，產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率將增加，而產(chǎn)品的可靠性將是下降的。因此，談?wù)摦a(chǎn)品的可靠性離不開規(guī)定的任務(wù)時(shí)間。例如，一輛汽車在在剛剛開出廠子，和用了5年后相比，它出故障的概率顯然大了很多。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

“規(guī)定功能”是指產(chǎn)品規(guī)定了的必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)。所要求產(chǎn)品功能的多少和其技術(shù)指標(biāo)的高低，直接影響到產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的高低。例如，電風(fēng)扇的主要功能有轉(zhuǎn)葉，搖頭，定時(shí)，那么規(guī)定的功能是三者都要，還是僅需要轉(zhuǎn)葉能轉(zhuǎn)能夠吹風(fēng)，所得出的可靠性指標(biāo)是大不一樣的。

可靠性包含了耐久性、可維修性、設(shè)計(jì)可靠性三大要素。耐久性：產(chǎn)品使用無故障性或使用壽命長就是耐久性。例如，當(dāng)空間探測衛(wèi)星發(fā)射后，人們希望它能無故障的長時(shí)間工作，否則，它的存在就沒有太多的意義了，但從某一個(gè)角度來說，任何產(chǎn)品不可能100%的不會(huì)發(fā)生故障。

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

可維修性：當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障后，能夠很快很容易的通過維護(hù)或維修排除故障，就是可維修性。象自行車、電腦等都是容易維修的，而且維修成本也不高，很快的能夠排除故障，這些都是事后維護(hù)或者維修。而象飛機(jī)、汽車都是價(jià)格很高而且非常注重安全可靠性的要求，這一般通過日常的維護(hù)和保養(yǎng)，來大大延長它的使用壽命，這是預(yù)防維修。產(chǎn)品的可維修性與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，即與設(shè)計(jì)可靠性有關(guān)。設(shè)計(jì)可靠性：這是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于人——機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及人在操作中可能存在的差錯(cuò)和操作使用環(huán)境的這種因素影響，發(fā)生錯(cuò)誤的可能性依然存在，所以設(shè)計(jì)的時(shí)候必須充分考慮產(chǎn)品的易使用性和易操作性，這就是設(shè)計(jì)可靠性。一般來說，產(chǎn)品的越容易操作，發(fā)生人為失誤或其他問題造成的故障和安全問題的可能性就越小。

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

可靠性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，只是定性描述就顯得不夠，必須使之?dāng)?shù)量化，這樣才能進(jìn)行精確的描述和比較。可靠性的定量表示有其自己的特點(diǎn)，由于使用場合的不同，很難用一個(gè)特征量來完全代表。

可靠度：產(chǎn)品的可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。

失效概率：失效概率是表征產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率，也成為不可靠度。

失效密度：失效密度是表示失效概率分布的密集程度，或者說是失效概率函數(shù)的變化率。

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

導(dǎo)致國產(chǎn)機(jī)電買得起，修不起，可靠性差已嚴(yán)重影響了機(jī)械工業(yè)的聲譽(yù)。

我國機(jī)電產(chǎn)品的可靠性現(xiàn)狀機(jī)械可靠性差

平均無故障工作時(shí)間低于國外同類產(chǎn)品一至二個(gè)數(shù)量級

可靠性為國外產(chǎn)品的1/2-1/3,甚至1/10

國產(chǎn)車無故障里程在380-800km。而進(jìn)口車卻為28000km

上海金山石化總廠國產(chǎn)儀表和日本儀表的故障率為9比1儀表、氣液元件、低壓電器拖拉機(jī)、工程機(jī)械

越野車儀器儀表

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)常由許多子系統(tǒng)組成，而每個(gè)子系統(tǒng)又可能由若干單元（如零件、部件）組成。因此單元的功能及實(shí)現(xiàn)其功能的概率都直接影響系統(tǒng)的可靠度。系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面的含義：一是可靠性預(yù)測；二是可靠性分配。單元子系統(tǒng)系統(tǒng)合成方法分解方法可靠性預(yù)測可靠性分配

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

一、系統(tǒng)模型

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)混聯(lián)系統(tǒng)由一些串聯(lián)子系統(tǒng)和一些并聯(lián)子系統(tǒng)組合而成的系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)由若干相互獨(dú)立單元組成的系統(tǒng)，只有當(dāng)所有單元都失效時(shí)系統(tǒng)失效，就稱此系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)由若干相互獨(dú)立單元組成的系統(tǒng)，若其中任一單元的失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效，則稱這種系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)。

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

復(fù)雜系統(tǒng)非串、并聯(lián)系統(tǒng)和橋式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都屬于復(fù)雜系統(tǒng)。備用冗余系統(tǒng)在系統(tǒng)中，把同功能單元重復(fù)配置以作備用。當(dāng)其中一個(gè)單元失效時(shí)，用備用來替換以繼續(xù)其功能，此系統(tǒng)稱為備用冗余系統(tǒng)。表決系統(tǒng)如果組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中，只要有K個(gè)單元不失效，系統(tǒng)就不會(huì)失效，這樣的系統(tǒng)就稱為n中取K系統(tǒng)，簡寫K/n系統(tǒng)，為表決系統(tǒng)。一、系統(tǒng)模型

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

二、系統(tǒng)的可靠性預(yù)測4.3.2系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)1、串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算—系統(tǒng)的可靠度—單元i的可靠度，i=1,2,…,n2、并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算—系統(tǒng)的失效概率—單元i的失效概率，其余同上

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

二、系統(tǒng)的可靠性預(yù)測

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)3、混聯(lián)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算混聯(lián)系統(tǒng)是串聯(lián)和并聯(lián)的組合，他們的可靠度可直接參照串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)的公式進(jìn)行。4、備用冗余系統(tǒng)的可靠性計(jì)算假定儲(chǔ)備單元在儲(chǔ)備期時(shí)間t內(nèi)不發(fā)生故障，且轉(zhuǎn)換開關(guān)是完全可靠的。則當(dāng)各單元的可靠度函數(shù)是指數(shù)分布，并且時(shí)，則系統(tǒng)的可靠度為：

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

二、系統(tǒng)的可靠性預(yù)測

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)5、表決系統(tǒng)的可靠性計(jì)算6、復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性計(jì)算—每個(gè)單元的可靠度當(dāng)系統(tǒng)可以分解為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度計(jì)算就可以按照前面所說的方法進(jìn)行。但對更復(fù)雜系統(tǒng)，可采用分解法、布爾真值表法或卡諾圖法進(jìn)行計(jì)算。

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

有限元分析方法基本思想有限元法是隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的。其避開了在整個(gè)求解區(qū)域上尋求連續(xù)解析函數(shù)這一難點(diǎn)，轉(zhuǎn)為尋求在各子域上適當(dāng)控制方程，并滿足整個(gè)物體的邊界條件和連續(xù)條件的分塊近似插值函數(shù)。

有限元法的基本思想及其特點(diǎn)：4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

有限元分析方法特點(diǎn)

有限元法的基本思想及其特點(diǎn)：1）不受物體幾何形狀限制，可以用大大小小的多種單元進(jìn)行拼裝，以適應(yīng)各種各樣工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜集合形狀2）可以分析包括各種特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體3）可以適應(yīng)不連續(xù)邊界條件和荷載條件4）便于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和在計(jì)算機(jī)上統(tǒng)一編程，容易將程序編成模塊式結(jié)構(gòu)5）計(jì)算工作量小，穩(wěn)定性好，便于求解。占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

問題及求解域定義根據(jù)實(shí)際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域連續(xù)體離散化單元分析組成物體的整體方程組求解有限元方程和結(jié)果解釋12345

有限元法求解問題的基本步驟習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)格劃分，即將連續(xù)體劃分為有限個(gè)具有規(guī)則形狀的微小塊體。1.選擇位移模式2.分析單元的力學(xué)性質(zhì)3.計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力建立整個(gè)結(jié)構(gòu)已知量與整個(gè)物體未知量的關(guān)系，考慮邊界條件與初始條件聯(lián)立方程求解上述聯(lián)立方程，求解結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。簡言之：有限元分析可分為三個(gè)階段—前處理、處理、后處理。前處理—建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；處理—有限元計(jì)算；后處理—采集處理結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。4.4有限元分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

有限元計(jì)算模型的建立1.有限元建模準(zhǔn)則有限元建模的總則是根據(jù)工程分析精度要求，建立合適的、能模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的有限元模型，在此過程中應(yīng)遵循下述準(zhǔn)則：1）有限元模型應(yīng)滿足平衡條件3）邊界條件和材料的本構(gòu)關(guān)系5）選取合適的有限元單元7）幾何上逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)體9）質(zhì)量質(zhì)心、質(zhì)心矩、慣性矩等效2）變形協(xié)調(diào)條件4）剛度等價(jià)原則6）準(zhǔn)確劃分網(wǎng)格8）仔細(xì)處理荷載模型10）超單元?jiǎng)澐謫螛O化4.4有限元分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

減小解題規(guī)模的常用措施對稱性和反對稱性周期性條件降維和幾何簡化子結(jié)構(gòu)技術(shù)線性近似化多工況荷載合并節(jié)點(diǎn)編號的優(yōu)化減小解題規(guī)模對稱性和反對稱性常用來縮減有限元分析的工作量。只取原有結(jié)構(gòu)的1/2、1/4或1/8進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)在對稱面或反對稱面上附加相應(yīng)的約束條件。對旋轉(zhuǎn)零部件，可取其中一個(gè)周期進(jìn)行分析，在切開處應(yīng)滿足周期性約束條件。對復(fù)雜結(jié)構(gòu)，根據(jù)其幾何、力學(xué)等的特點(diǎn)進(jìn)行降維處理，可使計(jì)算量降低幾十倍

有限元分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.4.4減小解題規(guī)模的常用措施對稱性和反對稱性周期性條件降維和幾何簡化子結(jié)構(gòu)技術(shù)線性近似化多工況荷載合并節(jié)點(diǎn)編號的優(yōu)化減小解題規(guī)模將一個(gè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)看成是有許多一級子結(jié)構(gòu)拼裝而成，而一級子結(jié)構(gòu)又可以由二級子結(jié)構(gòu)拼裝成，這樣分成若干級，而求解從最高級開始。對微弱非線性問題，作為線性問題處理，所得到的結(jié)果即能滿足要求，且成本低多種工況分析時(shí)，可以將每一個(gè)荷載矢量合并成一個(gè)荷載矩陣節(jié)點(diǎn)編號時(shí)，注意減少編號的最大差值，降低有限元計(jì)算中形成的稀疏矩陣的半帶寬。

有限元分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

ANSYS航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析

有限元分析方法ANSYS在石油機(jī)械與壓力容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法4.5.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化設(shè)計(jì)法從20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來，它是將最優(yōu)化原理與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為工程設(shè)計(jì)提供一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使得在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題時(shí)，能從眾多的設(shè)計(jì)法案中尋找盡可能完善或最適宜的設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐證明，在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，不僅可以減輕機(jī)械設(shè)備自重，降低材料消耗與制造成本，而且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法中的一個(gè)重要領(lǐng)域。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)英文名是optimizationdesign，從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。通常設(shè)計(jì)方案可以用一組參數(shù)來表示，這些參數(shù)有些已經(jīng)給定，有些沒有給定，需要在設(shè)計(jì)中優(yōu)選，稱為設(shè)計(jì)變量。如何找到一組最合適的設(shè)計(jì)變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好、質(zhì)量最高、成本最低（即技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳），有市場競爭能力，同時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)間又不要太長，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)所要解決的問題。一般來說，優(yōu)化設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)步驟：①建立數(shù)學(xué)模型。②選擇最優(yōu)化算法。③程序設(shè)計(jì)。④制定目標(biāo)要求。⑤計(jì)算機(jī)自動(dòng)篩選最優(yōu)設(shè)計(jì)方案等。通常采用的最優(yōu)化算法是逐步逼近法，有線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃。

優(yōu)化設(shè)計(jì)分類組合優(yōu)化問題函數(shù)優(yōu)化問題機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)從它所要解決問題的的特點(diǎn)來看，歸納起來可以分為函數(shù)優(yōu)化問題和組合優(yōu)化問題兩大類。

令X為上連續(xù)變量x的一個(gè)有界子集，為n維實(shí)值函數(shù)，所謂函數(shù)在X域上的全域最優(yōu)點(diǎn)就是所求的點(diǎn)使為在X上的最小值，即：如：機(jī)械參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)、形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。令為所有離散狀態(tài)構(gòu)成的分解空間為狀態(tài)對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，要求尋求最優(yōu)解，使得如：生產(chǎn)調(diào)度問題、送貨或原材料采購的最短路徑問題等涉及排序、分類篩選的問題。

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優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程優(yōu)化建模優(yōu)化計(jì)算

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程圖4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

優(yōu)化設(shè)計(jì)問題實(shí)例例：欲用薄板制造一個(gè)體積為5m3的貨箱，如圖所示。要求其長度不小于4m，問如何選擇長寬高可使鋼板耗費(fèi)最少？解：可取質(zhì)量為最求目標(biāo)，因?yàn)橘|(zhì)量m正比于貨箱表面積S，若不計(jì)厚度及上蓋，有此式稱為一般物理模型，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型即為：

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優(yōu)化設(shè)計(jì)問題實(shí)例這種函數(shù)稱為目標(biāo)函數(shù)。同樣將涉及得限制條件寫成函數(shù)表達(dá)式，就得到所謂的約束條件為：將之寫為優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的標(biāo)準(zhǔn)格式為：求：使

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

動(dòng)態(tài)分析方法對一個(gè)實(shí)際的工程系統(tǒng)或機(jī)械設(shè)備，不僅要考慮他的靜態(tài)特性，更重要的是知道他的動(dòng)態(tài)特性。系統(tǒng)或設(shè)備都是在多變的輸入或干擾信號作用的動(dòng)態(tài)條件下工作的，所以它們的響應(yīng)是處于由一個(gè)過渡狀態(tài)變化到另一個(gè)新的過渡狀態(tài)的過程之中，平衡狀態(tài)只是相對而言的。為了便于分析，通常把系統(tǒng)或設(shè)備看成是一個(gè)其內(nèi)部情況不明的黑箱，對系統(tǒng)或設(shè)備的黑箱模型，可以用不同的方法求它的動(dòng)態(tài)特性。如有限元法、模型試驗(yàn)法、DDS算法及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法中的傳遞函數(shù)法。此處將重點(diǎn)討論動(dòng)態(tài)分析方法中的傳遞函數(shù)法和模態(tài)分析法。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

傳遞函數(shù)法“傳遞函數(shù)”是動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法研究的中心內(nèi)容。因?yàn)槔脗鬟f函數(shù)不必求解微分方程就可研究初始條件為零的系統(tǒng)在輸入信號作用下的動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)還可以研究系統(tǒng)參數(shù)變化或結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的影響，因而使分析過程大大簡化。另一方面，還可以把對系統(tǒng)性能的要求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的要求，把系統(tǒng)的各種特性用數(shù)學(xué)模型有機(jī)結(jié)合在一起，使綜合設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)。

動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.6.1傳遞函數(shù)法系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表示為：其中是微分方程在初始條件為零時(shí)輸出量的拉氏變換之比，稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。這里的s是復(fù)變數(shù)，稱為拉氏算子。

動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.6.1傳遞函數(shù)法利用上式可以得到三類處理問題的數(shù)學(xué)模式。1）已知系統(tǒng)本身的特性參數(shù)和輸入情況，求系統(tǒng)的輸出響應(yīng)2）已知系統(tǒng)本身的特性參數(shù)和輸出響應(yīng)，求系統(tǒng)的輸入情況3）已知系統(tǒng)的輸入輸出，求系統(tǒng)的本身的特性參數(shù)，可直接用以上傳遞函數(shù)。

動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

傳遞函數(shù)法根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，通過一定的代數(shù)運(yùn)算和拉氏反變換，求出系統(tǒng)的時(shí)域的微分方程式并直接求解，便可得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)，從而知道系統(tǒng)的性能。對進(jìn)行因式分解可得：從而可以得為系統(tǒng)零點(diǎn)為系統(tǒng)極點(diǎn)。

動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

傳遞函數(shù)法當(dāng)系統(tǒng)輸入信號一定時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)的曲線形狀由傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)來決定。這樣在分析系統(tǒng)或設(shè)備動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)，不用解微分方程，只要通過系統(tǒng)的零點(diǎn)和極點(diǎn)就知道系統(tǒng)或設(shè)備的性能。反之，如果知道系統(tǒng)或設(shè)備的性能，就能知道對系統(tǒng)零點(diǎn)和極點(diǎn)的要求。

動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

模態(tài)分析法應(yīng)用傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)或設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性分析雖然方便，但首先需要響應(yīng)的傳遞函數(shù)。但在許多情況下，求不出響應(yīng)的傳遞函數(shù)，因此可以采用模態(tài)分析法。將一個(gè)多自由度振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性，用一系列所謂模態(tài)參量來表達(dá)，這些參量就形成了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。用實(shí)驗(yàn)和其他數(shù)據(jù)處理手段找出該系統(tǒng)特有的模態(tài)參量或傳遞函數(shù)，并用以對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析、預(yù)測、評價(jià)和優(yōu)化，這種處理問題的方法就叫做模態(tài)分析法。4.6動(dòng)態(tài)分析方法4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

反求工程設(shè)計(jì)反求工程(ReverseEngineering)這一術(shù)語起源于20世紀(jì)60年代,但對它從工程的廣泛性去研究,從反求的科學(xué)性進(jìn)行深化還是從20世紀(jì)90年代初剛剛開始.反求工程類似于反向推理,屬于逆向思維體系.它以社會(huì)方法學(xué)為指導(dǎo),以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論,方法,技術(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),知識和創(chuàng)新思維,對已有的產(chǎn)品進(jìn)行解剖,分析,重構(gòu)和再創(chuàng)造,在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域,它具有獨(dú)特的內(nèi)涵,可以說它是對設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。

總的來說，反求工程就是針對消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和技術(shù)的綜合。4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

4.7.1反求工程的類型機(jī)器設(shè)備的反求類型或方法有：實(shí)物反求、影像反求和技術(shù)文件反求等三類實(shí)物反求就是對整臺(tái)機(jī)器設(shè)備及其組成的零、部件進(jìn)行逆向推理的設(shè)計(jì)過程。影像反求是根據(jù)某產(chǎn)品圖片、錄像、產(chǎn)品介紹說明等資料進(jìn)行的反求設(shè)計(jì)。技術(shù)文件反求就是與機(jī)器設(shè)備相配套的技術(shù)資料或技術(shù)文件的反求。包括通過測繪整理及直接從國內(nèi)外引進(jìn)的資料等123實(shí)物反求影像反求技術(shù)文件反求

反求工程設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

相似理論及相似設(shè)計(jì)方法1、相似概念相似是指一組物理過程與其基本參數(shù)之間固有的比例關(guān)系。例如幾何相似—相似三角形，其對應(yīng)變長比例相等；

時(shí)間相似—指對應(yīng)的時(shí)間間隔互成比例。如上述實(shí)例中的比例常數(shù)就稱為相似常數(shù)。若果一個(gè)已知系統(tǒng)的每一個(gè)量的大小都用相似常數(shù)的倍數(shù)來進(jìn)行變換，那么所得到的新系統(tǒng)就和原來的已知系統(tǒng)相似，這一過程被稱為相似變換。

反求工程設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

相似理論及相似設(shè)計(jì)方法2、相似準(zhǔn)則的確定相似準(zhǔn)則是相似理論、模型試驗(yàn)研究以及相似性設(shè)計(jì)的核心。因此如何確定相似準(zhǔn)則就是解決問題的關(guān)鍵了。確定相似準(zhǔn)則的方法有兩類：方程分析法和量綱分析法。

反求工程設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

相似理論及相似設(shè)計(jì)方法方程分析法量綱分析法所謂量綱就是采用基本度量單位表示導(dǎo)出單位的表達(dá)式。采用量綱分析法時(shí)，應(yīng)首先了解所研究對象的物理性質(zhì)，并正確決定參與現(xiàn)象有關(guān)的全部物理量，然后根據(jù)表示物理關(guān)系的方程式等號兩端量綱應(yīng)齊次的原則推算出指數(shù)位置的物理關(guān)系式，得相似準(zhǔn)則。通過方程分析法能夠?qū)С鱿嗨茰?zhǔn)則的基礎(chǔ)為各物理方程的量綱和諧。通常采用的方程分析法有：相似變換法和積分類比法。

反求工程設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

摩擦副設(shè)計(jì)：包括摩擦副的類型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇。潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括潤滑劑和潤滑方法的選擇、潤滑系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)等。狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)補(bǔ)償和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摩擦的分類（見下頁）

摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

機(jī)械的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

分類原則類型特點(diǎn)按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜摩擦動(dòng)摩擦兩物體尚未產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)前的摩擦相對運(yùn)動(dòng)兩表面之間的摩擦按相對位移運(yùn)動(dòng)學(xué)特征滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦自旋摩擦兩物體在接觸點(diǎn)具有不同的速度和不同方向時(shí)的摩擦兩接觸物體在接觸點(diǎn)的速度大小和方向相同時(shí)的摩擦兩接觸物體環(huán)繞其接觸表面的法線相對旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦按接觸表面的潤滑狀態(tài)干摩擦邊界摩擦（邊界潤滑）流體摩擦（流體潤滑）混合摩擦（混合潤滑）兩摩擦表面間既無潤滑劑又無濕氣的摩擦以具有非體積特性的流體層隔開相對運(yùn)動(dòng)表面時(shí)的摩擦以具有體積特性的流體層隔開相對運(yùn)動(dòng)表面時(shí)的摩擦半干摩擦和辦流體摩擦的統(tǒng)稱。半干摩擦為邊界摩擦和干摩擦同時(shí)發(fā)生的摩擦；半流體摩擦為流體摩擦和邊界摩擦或流體摩擦和干摩擦同時(shí)發(fā)生的摩擦。摩擦的分類4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)組成4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

總的來說，機(jī)械設(shè)計(jì)方法通常可以分為兩類：一類是過去長期采用的傳統(tǒng)（或常規(guī)的）設(shè)計(jì)方法，另一類是近幾十年發(fā)展起來的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是綜合運(yùn)用與機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科，如理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)、熱力