机械设计-大作业.doc

机械设计理论与方法概述 黄春成 机自2班 学号：20090430204摘要：机械工业发展到现在，不但有着美好的过去，取得了很大的成就，也有着无尽的未来，从大型的工程机械到微型的医疗机械，从海底到太空，各类工程机械，医疗机械，汽车行业，飞行器等取得的很大很大的成就，主要依赖于机械工业的设计理念飞速发展，行业标准国际化，多学科合作，计算机辅助设计，并行设计，精度要求，材料性能等新理念的发展与综合运用。我们耳熟能详的行业如汽车制造、钢架结构、机光电一体化、飞行器、精度设计与摩擦振动分析都有着各自的知识体系与发展趋势。关键字：机械发展，创新设计，计算机辅助设计，自动化，标准与优化0 引言机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一，其覆盖面十分广泛，发展的历史也十分悠久，我们在此对现代机械的发展历程有所了解并对目前机械行业的发展形势与趋势及其几个热门分支的作更详细的讨论并总结。对于一名机械工程师而言，机械设计最重要的专业素质是有良好的设计理念，在商业机械产品的设计过程中，我们必须解决好产品的TQCSE难题，即中最快的上市速度T（），最好的质量Q（Q），最低的成本C（C），最优的服务S（S），及清洁的环境E（E）来满足市场的不同需求和社会可持续发展的要求。机械设计理念中比较先进的还有并行工程，并行工程是对产品及其相关过程（包括制造和支持过程）进行并行，一体化设计的一种系统化的工作模式。产品设计的第二个重要因素就是设计工具，在现代化设计中，计算机辅助设计分析与制造技术已经被普遍应用。在机械工业中通常采用的有CAD，CAE及CAM技术。1 正文1.1 机械发展的历程a.古代机械设计人们对于机械设计与研究的历史已经有上千年了，从古老的铜车战车，到张衡的浑天仪、地动仪，到宋代的水运仪象台都创造与发明了巧妙的机器，其设计十分巧妙，构思十分奇特，技艺也达到了十分精湛的地步。在我国古代的机械思想宝库中，如先秦的周礼*老式记、墨经，宋代的新仪象法要，元代的农书，明代的天工开物等，都详细地阐述了中国古代的机械设计方法和设计思想，这其中有许多精辟的见解在现代的机械设计当中仍发挥着光芒。在中国古代的机械设计中，人们就已经非常注重系统性和整体性，如古钢制乐器的制造要求十分严格，加工方法和工序也十分复杂，包括尺寸设计、冶炼、铸造、还有冷加工、热处理。因此，如果没有系统和整体的设计思想是很难完成这样复杂而严格的制造过程的。另一方面，中国古代的机械设计类似于现代机械设计中的模数思想和方法，如在编钟的设计中，对于某一套编钟，如果确定了其中一个主要关键尺寸，就可以按照一定的算法得出其他尺寸，如钲间=铣长=8/10铣长，鼓间=6/10铣长。在隧部百度基本相同的情况下，同一组编钟相信的两种音频存在下列关系：，式中，f为钏的第一基频数，Hz；L为钏的铣长；a为指数。由此可以看出模数设计思想在我国古代已发展得比较成熟了。此外，中国古代机械设计理念中还有自动思想，各种反馈调节思想，生产标准思想，几何参数的互换性思想等等。这些成就反映了我们机械设计工程的科学性，拥有了比较先进的理念，既有设计方法、工程技术的发明与突破，也有原理与思想方面的改进。为我国历史的发展起到了巨大的推动作用。b.现代机械设计现代机械与中国古代机械甚至传统机械都有着明显的不同，现代机械系统是机械传动、电子技术、控制技术、材料技术等多学科的有机结合体。功能强大，结构繁复，体积趋于极端，已经能够绝大部分的代替人力劳动，甚至很多工程必须使用现代机械。先进的机械系统都有些十分鲜明的现代特征：1） 功能增加，柔性提高。2） 结构简单，性能提高。3） 效率提高，成本降低。1.2 机械设计的方法机器的发展是为了满足生产及生活的需要，但是只在蒸汽机出现以后，机器才具有了完整的形态，机器设计的三个基本组成成份，即原动机部分，传动部分，执行部分。但是随着现化机器的功能 越来越复杂，对机器的精确度要求也就越来越高，机器的组成已不再只是这三个部分了，在不同程度上增加其他部分，例如单线框中的附加控制系统、辅助系统等。机器的设计质量基本上决定了一台机器的质量，制造过程对机器质量所起的作用，本质上就在于实现设计时所规定的质量。因此，机器的阶段是决定机器好坏的关键。由于现代工程中的机械需要实现的功能十分强大，所以很多机械的设计是一个十分复杂的过程，要提高设计的质量，就必须有一个科学的设计程序和优良的设计理念。1. 当我们根据实际需要而提出所要设计的一种新机器后，我们就要着手计划，即计划阶段。在这个阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，提出由环境、经济、加工及时限等各方面所确定的约束条件，写出一份要求全面，有细节，有目标的设计任务书。2. 方案设计。这个阶段是设计过程中的关键部分，在方案设计中充分地表现了设计工作的工作多解的特点。在这个阶段如果创新的理念直贯整个设计过程，那么设计将能取得很大的成果，在技术上也可能取得新的突破。创新设计强调了人在设计过程中的主动性和创造性作用。而在设计过程中，创新则主要体现在机械结构方案的创新设计上。一个优秀的机械结构作品应该具有功能齐全强大，环境适应性好，可更换性良好，破坏与污染小，能量利用效率高等特点。3. 技术设计。技术设计的上标是诞生总装配草图及部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接，零、部件的外形及基本尺寸。最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。并且在最后对零件的结构，性能，工作环境进行校核。4. 技术文件编制。包括常用的机器的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。1.3 机械创新设计机械设计包含的范围十分广泛，现代机械设备的设计技术要求很高，并且某些工程难题用已有的方案已难以解决，所以技术创新显得十分必要，在思路上，常用的创新思维方法有综合、还原、对应、移植、离散、逆反等方法，先进复杂的产品都是由简单的技术综合、多学科技术的综合。而对已有机构的主要功能抽象总结，能在其它地方得到运用。采用类比、模拟等对应方式可以起到移花接木之功效总之，在进行机械设计的思维中，我们要不断变换思维方式，不断变换思维的角度，得出问题的最优解。而一个复杂的设计能否取得圆满的成功，不是取决于个人的能力，而是取决于团队的能力，因此在创新设计过程中，我们也要充分发挥团队的力量，从而取得更好的结果，并且做到事半功倍。通过分工合作，小组讨论，鼓励自由思考，有的放矢，及时归纳，总结、纪录各种设想。最后挑选最合适的见解。1.4计算机在现代机械设计中的运用计算机辅助机械设计是高速度、高质量完成机械设计任务的一种重要手段。计算机的可视化技术、多媒体仿真技术、虚拟现实技术、多媒体通信技术、工程信息管理技术等技术的充分发展为机械设计带来很大的方便，也从根本上改变了机械设计的方式和流程，不但节约了时间、设计成本，同时也提高了产品的性能。通过CAD技术，我们可以进行图形与设计模型构造技术，也能运用CAD技术进行工程分析，如有限元分析、运动学和动力学分析、产品数据管理、文档处理以及二次开发等。目前也有一些更为先进的计算机集成制造系统即CIM在机械设计上进一步得到开发与运用。使产品全生命周期的概念得到具体化和完善化。CAE则是通过计算机辅助求解复杂的工程问题，包括产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析主牌以及结构性能的优化设计等问题。运用CAM技术进行数控机械制造使现代机械制造工业柔性化，生产能力大在提高，并且拥有更多的精度和生产速度。目前，功能十分强大的加工机床“加工中心”能够连续完成多道不同的工序。因此，计算机在机械行业的重要性是不可替代的。在现代机械设计产品中，从开始设计到完成设计，都经常要使用计算机，零件结构的设计需要CAD建模系统，例如通过UG进行的工作，进行各种实体的编辑与修改，并且使用有限元分析软件ansys对其工作受力进行模拟与分析，并进一步对零件进行优化，以改善其工作状态。对于一个拥有大量零件的机械产品，我们要使用数据库系统对其进行管理等等。1.5机械设计的发展现状与趋势机械工业包涵的内容十分广泛，机械研究出现众多分支研究方向。十分重要的分支如汽车设计，机器人研究，工程机械及行业标准化等。汽车车身的设计，汽车发动机的设计，制动与安全碰撞问题对汽车的性能有着直接的影响，车身的设计主要考虑车速与行驶的安全性，其外型不仅要符合空气动力学规律，也要有优良的抗疲劳和抗撞能力，设计时通过计算机对其进行有限元分析，以优化车身的受力性能。而在轿车模型与行人进行碰撞实验中，为了减少对行人的损伤，通过仿真模型为保护行人的而设的行人安全气囊的响应时间、气囊体积、内部压力、泄气速度等参数的合理选取有利于汽车的安全性能。机器人研究与设计一直以来都得到人们的加倍关注，机器人技术综合了计算机、控制理论、信息传感技术、人工智能、结构学等多学科而形成的高新技术，研究也十分活跃，已是一个国家工业造化水平的重要标志。在工业上，机器人已使工业生产和装配速度得到飞跃式的提高，更为人性化设计的商业服务机器人都在逐步发展，商业服务机器人不但能进行移动、能量储存，进行人机交互、物物交互任务，并且能进行信息传递。其中如何更好的通过人工智能技术让机器人能够协调地完成各种动作是目前十分困难的课题，在这一方面研究者们所取得的实际性成果也仍不能满足机器人研究发展的需要。2结论综上所述，我国的机械设计有着美好的过去，反映了我们古代劳动人民的伟大深远的智慧，给我们留下了光辉的历史文化遗产，同时，在科学领域内，现代机械设计与研究也有些良好的发展形势，设计理念不断更新与完善，设计方法繁多，计算机辅助设计产品更是发展了一批成熟的商业机械设计软件产品。尤其机械行业中一些热门的分支，在物质上和精神上，人类都对之大量投入，汽车目前已步入平常百姓家，并且性能不断超越，可以说是科技商品化过程中的一道亮丽的风景线。这些都是整个机械行业的跨越性提高的重要因素，因此，机械行业将不断为人们的生活带来方便和利益，提高人类的物质文明与精神文明。3结束语机械行业的发展对于社会的发展有着至关重要的作用，我们无论是出于兴趣还是肩负着强烈的社会责任感和历史使命感学习机械设计的理念与方法，都要加倍的努力，以提高自身的科学理念与理论素质。提高机械设计的能力也不仅靠学习，还要靠不断的实践来丰富自己的能力与经验。所以我们不仅仅要学习课本与课堂以内的知识，也要把视野拓展到课外及学术的最前沿，只有通过不断的学习与实践才能让自己的创新能力与科学素质得到最大程度的提高，才能实现自身的价值，对社会作出积极的贡献。参考文献：1 温兆麟，刘成侣，常亮.中国古代机械在现代机械中的类比创新.见：农机化研究.2010年2月第2期.2刘子健，叶南海.现代CAD基础与应用技术.湖南大学出版社.3濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社.4韩欣.计算机在机械工程中的应用.机械管理开