機械設計方法及進展

1、隨著科學技術的進步，機械系統(tǒng)引入的新材料、新工藝、新方法 越來越多，實現(xiàn)同一種技術功能所具有的功能載體和技術手段也很多， 因此，現(xiàn)代機械系統(tǒng)設計工作者若使自己設計出的產(chǎn)品能立足市場， 除要求機械系統(tǒng)能實現(xiàn)預期的功能外， 還應使設計出的機械系統(tǒng)滿足 物美價廉、運行可靠、操作方便、對環(huán)境污染小等一系列要求。 設 計者只有通曉機、電、液等各種綜合技術，才能設計出性能價格比優(yōu) 良的機械系統(tǒng)。 1 機械設計機械設計，根據(jù)使用要求對機械的 工作原理，結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料 和形狀尺寸、 潤滑方法等進行構思、 分析和計算并將其轉化為具體的 描述以作為制造依據(jù)的工作過程。 2 現(xiàn)代

2、機械設計的特點現(xiàn)代 機械種類很多，結構也越來越復雜。 但從實現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度 上看，它主要包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱及控制系統(tǒng) 等，每個系統(tǒng)叉可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的子系統(tǒng)。 現(xiàn)代機 械設計有其鮮明的特點，即不但要求設計對機械的工作原理、結構、 運動方式、力和能量的傳遞方式， 物流技術、各零部件的材料、 形狀、 尺寸、潤滑方法等進行構思、分析、計算，而且還需融通多門科學知 識，如創(chuàng)造性工程、美學，仿生學、控制論、機械電子學、價值工程 等，使設計出的產(chǎn)品在市場中具有競爭力。 3 計算機輔助機械 設計方法計算機輔助設計， 簡稱技術是電子信息技術的一個重要組成 部分。 這一新興學科能充

3、分運用計算機高速運算和快速繪圖的 強大功能為工程設計及產(chǎn)品設計服務， 徹底改變了傳統(tǒng)的手工設計繪 圖方式，極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和精度，使得科技人員的 慧和能力得到了延伸系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分硬件系統(tǒng)是計算機輔助設計技術的物質基礎； 軟件系統(tǒng)是計算機輔助 設計技術的核心，它決定了系統(tǒng)所具有的功能。 硬件和軟件的 組合形成了系統(tǒng)。 汁算機輔助機械設計的一般過程包括 1 建立 數(shù)學模型一般機械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學模型， 但對沒有數(shù)學模型 的則首先要建立正確的數(shù)學模型； 2 設計程序框圖程序框圖根據(jù)手工 計算的步驟來沒計； 3 用高級語言編制程序根據(jù)程序框圖來編程； 4 程序調試程

4、序編好后， 先仔細檢查源程序， 然后將其輸入汁算機進行 試算，再對程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算，要求與手算結果 完全吻合。 4 系統(tǒng)化機械設計方法現(xiàn)代機械設計已突破傳統(tǒng)的 機械設計只注重機械產(chǎn)品單純能實現(xiàn)預期功能的要求， 使機械設計向 自系統(tǒng)化、信息化，柔性化和智能化的方向發(fā)展。 從系統(tǒng)的觀 點出發(fā)， 機械系統(tǒng)設計及其控制技術把原有機械產(chǎn)品的眭能、 功能以 及制造技術提高到一個嶄新的水平， 甚至使原有的機械產(chǎn)品結構發(fā)生 變化，所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是巨大的。 所以機構產(chǎn)品 的系統(tǒng)化設計及其控制技術是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢， 也是用新興 技術改造傳統(tǒng)機械 業(yè)的有力措施。 科學技術的飛速

5、發(fā)展，產(chǎn) 品功能要求的日益增多，復雜性增響，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加 快然而，產(chǎn)品的設計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設計手段，則顯得力不 從心，跟不上時代發(fā)展的需要。 目前，計算機輔助產(chǎn)品的設計 繪圖、設計計算、 加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研 究，并初見成效， 而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要系統(tǒng)化設計方法將沒計任務由抽象到具體由設計的任務要求到實現(xiàn)該任務的方案或結構進行層次劃分， 擬定出每 一層欲實現(xiàn)的目標和方法， 由淺入深、 由抽象至具體地將各層有機地 聯(lián)系在一起，使整個設計過程系統(tǒng)化，使設計有規(guī)律可循，有方法可 依，易于設計過程的計算機輔助實現(xiàn)。 系

6、統(tǒng)化設計方法的主要 特點是籽設計看成由若干個設汁要素組成的一個系統(tǒng)， 每個設計要素 具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的 設計要素結合后，即可實現(xiàn)沒汁系統(tǒng)所需完成的任務。 在系統(tǒng) 化機械設計過程中， 為使設計工作更為科學合理， 常把一個機械系統(tǒng) 分解為若干個相聯(lián)系的比較簡單的子系統(tǒng)， 可使設計和分析比較簡便。 根據(jù)需要和可能，各予系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，依次分解， 直至能進行適宜的毆計和分析。 系統(tǒng)分解時就注意以下幾點分 解數(shù)和層次應適宜。 分解數(shù)太少，子系統(tǒng)仍很復雜，不便于模 型化和優(yōu)化工作， 分解數(shù)和層次太多又會給總體系統(tǒng)的綜合造成困難； 2 避免過于復雜的分

7、界面。 應盡可能選擇在要素間結合枝數(shù)聯(lián) 系數(shù)較少和作用較弱的地方； 保持能量流、 物料流和信息流的合理流 動途徑。 通常機械系統(tǒng)工作時都存在著能量、物料和信息 3 種 轉換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中， 按一定的方向和途徑流 動，既不可中斷，也不可紊流，即使分解成各個子系統(tǒng)，它們的流動 途徑仍應明確和暢通；了解分系統(tǒng)分解與功能分解的關系與不同。 系統(tǒng)分解時， 每個系統(tǒng)仍是一個系統(tǒng)， 它把具有比較密切結合關系的 要素結合在一起，其結構組成雖稍微簡單，但其功能往往還有多項。而功能分解時，是按功能體系進行逐級另懈，直至不能再分解的單元功能。網(wǎng)絡技術的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設計與制造，以及從用戶對產(chǎn)

8、品的功能需求、設計、加工、裝配、成品這一并行工程的實現(xiàn) 成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設計中，虛擬現(xiàn)實技術 以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案沒汁中初露鋒芒。目前，機械產(chǎn)品的方案設計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設計和滿足異地協(xié)同設計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)方 法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設 計工具軟件。因此，機械設計方法的發(fā)展趨勢是綜合運用系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡技術等各方面的領域知識，以產(chǎn)品方案沒計為方向。而功能分解時，是按功能體系進行逐級另懈，直至不能再分解的單元功能。網(wǎng)絡技術的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求、設計、加工、裝配、成品這一并行工程的實現(xiàn) 成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設計中，虛擬現(xiàn)實技術 以及多媒體、超媒體工