第一章 机械设计学概论11.ppt

机械设计，教学安排，本课程共分七章。第一章是机械设计概述。第二章是机械创新设计的原则和方法。第三章是机械功能的原理和方法。第四章是实用设计及其技术方法。第五章是商业设计。第六章是评价与决策4。第七章是设计性实验。4.第7-12周总共48小时，其中42小时在课堂上讲授，2小时总结和复习，2小时机动，2小时检查。考试时间：07.01.05。从19336000到21:00，第一章机械设计导论，第一节机械产品设计的重要性和关键步骤，第一节机械产品设计的重要性和关键步骤。1.随着工业生产的发展，机械产品的功能和结构越来越复杂，产品设计在整个生命周期中占据着越来越重要的地位。通常，产品的设计成本仅占产品总成本的5%，往往决定了产品总成本的70% 80%。我们生活的21世纪是市场经济国际化和全球一体化的世纪。产品竞争是一种国际竞争，竞争日益加剧。为了满足这一需求，世界各国都非常重视提高产品的设计水平，以增强产品的竞争力。产品设计的根本目的是创新产品，满足市场需求，占领更大的市场。产品设计本身就是创造性劳动，设计的本质是创新。因此，重视创新设计是提高机械产品竞争力的根本途径。第一节机械产品设计的重要性和关键步骤。机械产品设计的主要步骤对机械产品设计过程的不同理解本质上是由于对设计内涵的不同理解和对设计理论的不同理解。国内外对设计过程模型的讨论已经很多，可以归纳为三种主要类型：第一，帕尔和贝茨认为，机械设计分为四个阶段：明确的任务，概念设计，技术设计和建筑设计1。第二是柯勒的观点：机械设计分为四个阶段：产品规划，功能设计，定性设计和定量设计2。邹教授提出机械设计分为四个阶段：产品策划、方案设计、详细设计和改进设计。简而言之，功能设计和定性设计是产品设计过程中非常重要的步骤。第二部分是现代广义设计概念。什么是设计？到目前为止，人们有不同的理解和解释。但是，没有对设计的内涵和本质的清晰理解，就不可能对设计过程的特征、规律、原则、方法和步骤有清晰的理解，更不可能把现代设计方法作为一门多维的交叉学科来总结和研究，从而根本不可能把整个设计提高到一个更高的水平。但首先，我们必须建立现代广义设计观，即我们必须对广义设计和现代设计这三个术语有一个正确的看法。2.1设计的内涵和类型1。设计英语设计的内涵源于拉丁语设计。它由“得”和“符号”组成。)。因此，设计的本义是写下符号、符号、图形等。随着生产的不断发展，科学技术的进步，以及设计向深度和广度的不断发展，人类活动的几乎所有领域都离不开设计。面对形形色色的设计，川端康成在他的什么是设计一书中，在分析了人、社会和自然的关系之后，提出了三种类型的设计：交流设计产品设计环境设计，如图1-1所示。图1-1三种设计的相互关系。个人通过复杂的组织结构聚集在一起，形成一个社会，从而形成今天的世界。人们用语言、文字、图形、符号等来构建人们的思想。整个社会都依赖这种信息的传递和表达来实现其功能。因此，人和社会通过传动设计联系在一起。自然不仅是人们生活、工作和活动的地方，而且也为人们提供了一切必要的条件社会：个体人类通过复杂的组织聚集在一起，形成了今天的世界。语言、文字、图形、符号等。用来构建人们的思想。整个社会都依赖这种信息的传递和表达来实现其功能。因此，人和社会通过传动设计联系在一起。图1-1三种设计的相互关系。这三种设计不仅不同，而且不能完全分开。传递表达设计和环境设计涉及产品设计，产品设计涉及传递表达设计，如各种展示设备的设计和环境设计(如工作场所和空间环境保护的设计)。当代的一些环境设计往往包含传递表达设计的内容，如长江大桥桥头堡的造型设计。2.1设计的内涵和类型，由此可以看出，通过人、社会和自然的关系，有一定的科学理由将广义设计分为三种类型，但这种分类未能清晰地表达现代设计的内涵、特征、本质和形式以及所采用的设计方法。如果我们在传播表达的设计中避开那些特殊的设计，比如广告和路标，那么根据系统论的原理，整个设计基本上可以划分为如图1-2所示。人-机-工作-环境构成一个完整的整体系统，相互作用。由此可以得出四种设计类型：环境设计、系统设计、产品设计和零件设计。环境设计环境设计包括区域规划、房屋、道路、桥梁等的设计。为人们提供工作、学习、生活和活动的空间。这种设计的特点是具有“战略”意义的一次性设计和施工。判断一个设计是好是坏的标准是它对客观条件变化的适应性，这通常很难事先详细预测。图1-2，2.1设计的内涵和类型。2.系统设计所谓的系统是指由几个具有特定功能并有机联系在一起的要素组成的独立整体。系统设计就是指这种总体设计。该系统可分为两种类型：一种是流系统，其中一组输入流(物质流、能量流和信息流)通过提供统一的公共要素(如子系统、机器、设备或装置等)而转化为一组输出流。)。如供电系统、通讯系统、供水系统、工艺流程、生产线等。都属于这种流动系统。另一个是组合系统。它由两组或多组独立的元素组成。每组元素都有自己的输入流，并生成自己的输出流。系统的整体功能是通过所有元素的有机结合来实现的。例如，汽车有它的传动系统、电路系统、供油系统、制动系统、冷却系统、润滑系统、操作系统等。每个系统都有自己的输入和输出。这些系统的有机结合形成了汽车，实现了汽车的整体功能。这两种系统在本质上是不同的。流动系统部件之间的连接相对“灵活”，而组合系统部件之间的连接是“刚性的”。因此，前者的系统设计通常包括流程系统的总体设计要求、各种流程的流程综合、各组成要素的位置安排和界面设计等。但不包括每个元素的设计。图1-3是典型流程系统设计、2.1设计的内涵和类型、图1-3流程系统的设计过程以及2.1设计的内涵和类型的示意图。产品设计是指这样一种设计，即装配许多部件甚至子系统来实现一个或一组功能，包括组合系统的设计。例如，发动机、汽车、马达、泵。这种设计的特点通常更复杂。概念、总体设计、材料、尺寸、结构和零件形状、加工要求以及零件之间的装配位置的变化通常会对产品性能、质量和成本产生很大影响。因此，设计者需要付出极大的努力来获得满意的设计结果。零件设计指的是由单一材料组成的单元的设计，该材料不能再被分解。在大多数情况下，这些零件需要针对不同的产品进行单独设计。根据整个产品的设计要求，不难确定这些零件的设计要求。此外，通用零件的设计大多是作为标准零件或通用零件设计的。设计中只需注意规格的选择和互换性要求。2.1设计的内涵和类型，通过以上对人-机-环境关系的分析，绝大多数设计被分为四种类型，从而更清晰地揭示了各种设计的内涵、性质、特点、要求及其与设计方法的关系。在实践中，由于设计项目的不同，设计类型的侧重点也不同。有些侧重于环境设计，有些侧重于流程系统或产品设计，有些涉及所有设计类型。然而，无论什么样的设计，它都涉及三个主要因素：人、机器和环境。这里的机器是广义的机器，包括工具、器具、设备、设施等。人、机器和环境构成一个完整的系统。因此，设计应该从这个系统的角度来考虑。由于人和机器在设计上的侧重点不同，出现了两个基本的设计指导原则：两个设计指导原则的示意图见图1-4和图1-4，这两个设计指导原则以人为本，并逐渐扩展到机器和环境(见图1-4b)。图1-4a是以机器为中心的，逐渐扩展到人和环境。这是大多数工程师和技术人员使用的设计理念。从理论上讲，只要从系统设计的角度真正考虑这两个设计准则，它们都是正确的，只是针对不同的矛盾采用了不同的思维方法。2.1、设计的内涵和类型，一般的设计过程无论是像机电产品(或系统)一样大，像机械铅笔一样小，整个设计总是在一定的时间和空间内，按照自己的规律进行。这个过程如图1-5所示。图1-5设计总流程图。没有客观要求，就没有设计任务。因此，所有的设计都源于客观要求，并返回以满足这些要求。设计过程是将提供的资源转化为技术设备以满足客观要求的过程。在这个过程中，每一步都有紧密的逻辑关系，既不能颠倒也不能随意跳跃。产品投入使用后，产品的设计暂时告一段落。随着时间的推移、产品的竞争和销售地点的不同，能够满足原始需求的产品可能会变得无法满足客观需求，因此产品需要在设计上进行改进，并经历一个新的周期。正是通过这种重复的循环，产品被不断地改进、更新、升级甚至替换，并以螺旋模式发展。在设计过程中，为了获得满意的产品设计，每个步骤之间也有不同的循环。因此，设计是基于各种信息反复做出判断的过程。然而，图1-5未能生动地反映设计过程如何在时间和空间上移动，甚至未能生动地反映设计过程和各种知识软件之间的关系，从而未能进一步揭示设计的本质。2.1、设计的内涵和类型，所谓设计形式是指设计过程的形式和状态。产品设计和时间之间的关系可以用图1-6来表示。在整个设计过程中，“详细设计要求”是后续设计、制造和加工、设计评估以及用户是否尝试的基础。它像一个圆柱体一样悬挂在后面的作品上。这样，我们不难想象设计需求实际上是一个边界，将整个设计“空间”分成内部和外部两部分：内部部分是设计应该遵循的每个过程，它的任务是将资源转换成“硬件”来满足需求。这是设计的最终目的，所以这个内部空间被称为设计的核心。外部支持设计所需的各种“软件”包括自然科学、技术科学、社会科学等方面的必要知识、经验和技能。设计过程实际上是一个过程，一方面遵循设计本身的规则移动，另一方面随时随地调用外部软件重复交换信息。图1-6设计进度模式、2.1设计的内涵和类型。以上设计形式是通过分析产品设计过程获得的。它也适用于环境设计因此，这种设计形式具有一定的普遍性。总之，设计的本质是：根据客观需要，通过人的创造性思维，通过反复的判断，用各种设计模型进行决策和量化，从而将提供的资源(人、物和信息)转化为技术装置、设施或系统(包括社会系统)，以满足人类和社会的功能需求，获得最满意的社会和经济效益。设计师要想更好地胜任今天的设计工作，不仅要充分理解和掌握设计核心部分的内在特征、规律、原则、原则、步骤和方法，理解和掌握外部设计软件的各种知识，还要有科学思维方法、分析和综合判断各种信息的能力，以及将各种知识和技能融入整个设计的能力。概括是当代科学的一个重要特征。首先，概括是科学综合性和交叉性的必然结果。社会科学和技术科学的复杂性导致综合问题解决和交叉问题解决的必然性，这反过来又导致科学和技术、概念、方法和名词的泛化。目前，术语“工程”和“设计”已经扩展到包括社会问题。“法律”一词不仅指方法，还指法律、法规、方法、步骤等。“数据”不仅指数字，实际上也指所有信息的记录(包括图表、规则、值、消息等)。)；“机械”一词现在被理解为机械、电气、液压、气动、硬件组件等。术语的泛化也表明了一个不可避免的趋势，即只有跨行业和跨学科才能解决工程问题。过去，优化方法通常被理解为数学规划的优化方法。事实上，这是一个误解。实际上，数学方法、计算机方法、测试方法、方法论、设计概念等等都与优化有关。因此，我们必须提倡“广义优化”，以便从开拓性工作的角度实现真正的全局优化。这是现代设计的目标。此外，优化领域中的优化与非优化领域中的优化同等重要，因为非优化领域中存在大量现象，而优化城市中的案例很少。因此，为了减少非最优域中的误差，有必要找到最佳的优势并逼近最合适的区间。概括是当代科学的一个重要特征。2.泛化飞跃的条件。1.传统的事物和系统都是很强的稳态封闭系统。因此，只有当这些系统首先变成开放的动态系统时，才有可能推广和跨越它们。2.稳态封闭系统具有很强的自回归力。只有远离稳态平衡点，才能进入跳跃能级最高的边缘点、交点和空白点，从而产生突破。3.事物发展成非线性动力学方程的多重解，即它们有多重结果的可能性。因此，有必要抓住一个关键变量的波动机会，以获得一个优化的确定解。然而，为了实现这一点，我们必须遵循六种方法。正如双目视觉灵敏度不仅比单目视觉高6 10倍，而且有立体感一样，我们必须吸收更多的“理论”才能作出广义的飞跃。我们必须明确地说，“三个理论”比系统论的“一个理论”好，而“十一个理论”比“三个理论”要宽泛得多。只有当人们欢迎更多的“理论”时，他们才能适应和解决不断变化的科学过程和社会发展。拓宽是当代科学的一个重要特征。3.拓宽几个类别。1.革命性术语：人类科学的历史也是术语产生和演变的历史。术语是人类理解自然和社会的深度和广度的标志。从价格到剩余价值，从以太到量子，从交流到信息，从设计方法到现代设计法则，从语言到计算语言学等等。都深刻地反映了自然和社会的革命。跟随潮流，采用新的术语和方法，自然地获得新的结果，这是常识。2.视野的开阔：科学革命通常是由视野的开阔引起的。3.跨学科复合：现代科学的许多发展和成就来自技术复合、住宅与环境复合、住宅与计算机复合、多功能复合、硬件与软件复合、产业间复合、科技与人文的复合等。单一学科的作用越来越受到限制，跨学科和多学科的贡献也越来越大。4.全局问题解决：问题解决是指解决问题的方法、方案和途径，它本身反映了一般化，不仅是为了解决数学问题，也是为了解决一般化问题。在现代广义设计中，仅仅解决一个目标和少量指标是不够的。我们追求的是全局广义优化，以满足人类的需求。跨越与泛化的飞跃，可以开创微观与宏观领域的广义设计现代化的新局面。2.3现代机器的分类、组成和设计特点