第三章现代设计方法简介

1、现代机械设计方法简介一、 设计的概念指的是将客观要求转化为需求的技术系统的活动 。各种产品包括机械产品的设计即属此种。二、现代设计的概念现代设计是过去长期的传动设计活动的延伸和发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一般，具体到抽象，感性到理性，逐步归纳、演绎、综合而发展起来的。广义指的是发展的方向、程序、细节及达到的目标。狭义现代设计的理论与方法三、部分现代设计方法简介1、价值工程 价值工程从产品的功能研究开始，对产品进行设计，或重新审查设计图样文件，剔除那些与用户的功能无关的材料、结构、零部件，代以更新的构思，设计出功能相同而成本更低的产品。 价值工程设计的基本步骤是：了解设计对象，明确要

2、求的功能，分析成本的组成，进行价值初评，制定改进方案，获得价值更高的新产品。2、绿色产品设计又称为生态设计思想的由来：人类社会生存发展面临的三大威胁人口问题环境污染问题资源问题 因此要想节约能源和防止污染，需要从产品入手从产品全生命周期入手。传统设计实质 主要考虑的是实现顾客需求的产品的基本属性，忽略了产品的环境属性。未考虑产品使用阶段的使用成本，保修期后的维修成本，乃至产品生命终止后的处理成本。方式顾客需求产品规划产品设计产品制造产品质量成本反馈绿色产品设计实质 从产品的全生命周期出发，考虑生命周期各个阶段对环境的影响，特别是在产品生命终止后，绿色产品设计必须考虑废弃产品如何回收、再生和利用

3、。3、人机工程 人机工程从系统论的观点研究“人-机(操作者的工作对象和环境)系统”中人、机之间的交互作用，研究人的生理和心理特征，合理分配人与机器的功能，正确设计人、机界面，使人、机相互协调，发挥最大的潜力。 在封闭的“人-机系统”中，机器的显示器显示生产过程的信息变化；人的感受器(眼、耳等)感知和接受信息，传给分析器(大脑)，对信息进行分析、处理、存储、决策；由执行器(四肢)根据决策信心作出反应，操纵机器的控制器，使机器的工作状态发生变化，实现生产过程的转变，从而在机器的显示器上显示新的信息。4、并行工程对产品设计及其相关过程（包括设计过程、制造过程和支持过程）进行并行，一体化设计的一种系统

4、化工作模式。顺序工程需求分析产品设计过程设计原型产品并行工程需求分析产品设计过程设计过程设计5.机械最优化设计 “最优化设计”是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术，是根据最优化原理和方法综合各方面的因素，以人机配合方式或“自动探索”方式，在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法，其设计原则是最有设计，设计手段是电子计算机及计算程序，设计方法是采用最优化数学方法。 一、概述 将设计问题的物理模型转变为数学模型。 建立数学模型时要选取设计变量，列出目 标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题 所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系 式

5、；(2) 采用适当的最优化方法，求解数学模型。 可归结为在给定的条件(例如约束条件)下求目标函数的极值或最优值问题。 概括起来，最优化设计工作包括以下两部分内容：机械最优化设计，就是在给定的载荷或环境条件下，在对机械产品的形态、几何尺寸关系或其他因素的限制(约束)范围内，选取设计变量，建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。设计变量、目标函数、约束条件这三者在设计空间(以设计变量为坐标轴组成的实空间)的几何表示中构成设计问题。6、有限元分析、有限元分析有限元法的基本思想早在40年代初期就有人提出，但真正用于工程中则是在电子计算机出现后。一、概述一、概述二、基本步骤二、基本步骤1、建立计

6、算模型2、计算模型的合理离散原则划分有限元网格3、求解4、有限元分析的前、后处理最恶加载位置有限元模型(四面体单元) 线性四面体单元5634个，节点9507个 例：汽车变速器齿轮有限元分析应力应变云图从图中分析可知，齿根最大弯曲应力为230MPa，齿轮所用计算得材料的许用齿根弯曲应力为988MPa。因此，有限元分析计算结果符合要求。齿根弯曲应力沿齿宽方向基本呈对称分布，在齿宽中间截面达到最大值。 轮齿位移云图 最大位移发生在AB接触线的齿顶处。分析图可知，靠近齿根部分轮齿的厚度相对比较大，位移相对比较小，因此接触应力比较大；靠近齿顶的部分，轮齿比较薄，相同载荷用下，其应力值比较小，而位移比较大，与理论相符。 接触线上节点的位移变化图 接触线上节点的应力应变图 从图中可以看出，在接触线上，距齿顶最近