第九章 设计试验

1、第九章第九章 设计试验设计试验目录第一节第一节 功能原理设计阶段的模型试验功能原理设计阶段的模型试验第二节第二节 模型试验中的相似理论模型试验中的相似理论第三节第三节 实用化设计阶段的样机试验实用化设计阶段的样机试验第四节第四节 机械产品的综合性能检测试验机械产品的综合性能检测试验设计试验：是指用来验证产品在设计过程中，其功能原理的可行性、设计参量的合理性以及力学性能的确实性而采用的一种设计方法。 机械产品的设计过程是比较复杂的系统工程，一般要经过多个设计阶段，其中功能原理设计和实用化设计阶段尤为重要，许多技术关键问题都在此阶段解决。对于新产品或重要产品还要与试验研究工作配合，进行必要的设计。

2、 试验可分为两大类。第一类是基础试验，第二类为功能和行为特性试验。基础试验：即对有关零件的材料、工艺和零件结构方面的试验，这类试验主要解决强度、寿命方面的问题，也包括取得可靠性数据以及选择合理的结构形式。 功能和行为特性试验：即进行机械的工作原理和工作特性、机器工作时的振动、噪声、精度、稳定性等方面的试验，这类试验主要以整机或部件为试验对象。 第一节第一节 功能原理设计阶段的模功能原理设计阶段的模型试验型试验 原理性设计是在明确产品设计任务之后着手解决问题的第一步。在这个阶段中，为了验证所构思的功能原理解法是否能实现原定的功能目标，了解各种构思的功能原理有何不同和是否可取，就必须进行模型试验。

3、 第二节第二节 模型试验中的相似理论模型试验中的相似理论模型试验：是利用与原型相似的模型来探求实际产品工作规律性的一种试验研究方法。 一、相似概念、相似比和相似模型一、相似概念、相似比和相似模型 机械产品中的各种现象常常伴有许多物理量的变化，因此对于这种含有多种物理量变化的现象，相似是指在相应时刻、相应参数之间的比例关系应保持为常数。相似比相似比和相似模型和相似模型设：原型的各种变量为xi，模型的同类变量为yi，则ci：相似系数或相似比相似模型相似模型：是指将原型的各种物理现象如长度、时间、力、速度等缩小或扩大并据此做出样品来进行试验的装置，此装置在试验中必须能比较容易、迅速、方便地再现原型发

4、生的实际过程。 二、相似定理二、相似定理 第一相似定理 彼此相似的现象必定具有数值相同的同名相似准则，且相应的相似指标等于1。 在力学相似系统中在与原型相似的模型系统中为如两系统相似，则相应的物理量之间的比值应保证为常数，即式中CF、Cm、CL、Ct相似比。 最后一式称为相似比方程。其左端为相似指标，它代表各物理量所采用的相似比值之间的关系。两系统相似，则相似指标为1。 上两式整理后得： 该式表示在原型系统和相似系统中，不同类物理量之间的乘积必须在数值上相等。该式也称为相似准则或相似判据。 式中相似准则的专用符号，拉丁文“idem”表示同一数值。第二相似定理 有n个物理量所表征的物理系统，其中

5、k个物理量的量纲是相互独立的，则此n个物理量可表示为(n-k)个相似准则，1,2,n-k的函数关系f（1,2,n-k）=0 上式是设计模型试验并确定参数、参量的依据。 第三相似定理 判断同一种类现象(过程)相似的必要和充分条件是单值条件相似和同名的决定性相似准则相等。单值条件是指从一群现象中根据某一现象的特性，能把它从一群现象中区分出来的那些条件。同时在实际模型试验中，选择对物理现象起决定作用的一、两个相似准则相等，其余的略去不计，用模型和原型的试验结果来判断模型试验的近似程度。 三、模型设计时应遵循的条件三、模型设计时应遵循的条件1)模型和原型应几何相似。 2)模型和原型的现象应属于同一类的

6、性质 。3)模型和原型的对应同名物理量应相似 。4)模型和原型的同名已定的相似准则在数值上应相等，也就是相似指标应等于1。5)模型和原型的初始条件与边界条件应相似。 6)模型材料应尽量与原型相同，且其物理性能和力学性能稳定 四、模型设计中几个应注意的问题四、模型设计中几个应注意的问题1模型材料的选择 1)为了加载和测量的方便，材料的弹性模量要小，以便能以较小作用力，得到较大变形； 2)在规定的试验载荷范围内，材料的应力与应变呈线性关系； 3)材料的强度要高，蠕变量小、泊松比与原型材料接近，温度稳定性好； 4)材料的加工性好、制造方便、价格低廉。2模型尺寸确定 模型各部分尺寸将按几何相似系数确定

7、，几何相似系数一般与单值相似条件相符，理论上，其大小可任意选取，也就是模型尺寸可任意选取。3模型结构设计 机械产品的原型结构一般比较复杂，模型结构多是在原型结构上的简化，而这种简化既要考虑制造方便，又应在结构性能上与原型一致；因此简化的合理程度是决定模型试验精度的关键，设计时要慎重考虑。 第三节第三节 实用化设计阶段的样机试验实用化设计阶段的样机试验 机械产品设计进入实用化设计阶段，一般必须先经历产品试制。这种试制又可分为样机试制和小批试制。对于单件或小批生产的机械产品，常常只进行样机试制。通过样机试验来验证产品样机以下技术状况： 1)产品是否有良好的功能原理。 2)产品的实际工作效果、效率及

8、其技术性能指标。 3)样机的零件性能如强度、刚度、可靠性、寿命等。 这种试验同时能及时把试验中暴露出来的诸如质量、效率、成本等各种技术问题反馈到有关部门，为正式转化为商品生产做必要的准备。 所谓样机是完全按产品设计参数试制但尚未投入正式生产的一种机械产品，它随着产品的工作环境、工作性能和使用寿命的不同，各种样机试验的项目也不相同。 第四节第四节 机械产品的综合性能检测试验机械产品的综合性能检测试验 转入成批生产的机械产品(样品)进行的综合性能检测试验的范围：产品的性能、寿命、可靠性、安全性和经济性等方面。 产品的性能是指产品所具有的特性和功能。对产品的性能检测试验一般从下列几方面进行。 物质方面：物理、化学性能检测。 结构方面：拆装、维修、互换性的检测。 操作方面：从操作方便、灵巧方面进行舒适性试验。 外观方面：造型、色泽、包装检验。 产品的寿命是指产品从出厂投入使用的时间算起到发生不可修复的故障为止的使用时间。 产品的可靠性是指在规定的保险期内、规定的条件下，规定的时间内，完