機械設計發(fā)展歷程

1、哈爾濱工程大學題目:姓名:學院:專業(yè)班級:學號機械設計發(fā)展歷程指導教師:職稱:目錄摘要錯誤!未定義書簽。1機械設計發(fā)展歷程錯誤!未定義書簽。TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 機械設計發(fā)展的三個階段3 HYPERLINK l bookmark10 機械設計起源和古代機械設計3 HYPERLINK l bookmark14 現(xiàn)代機械設計3 HYPERLINK l bookmark16 2我國機械設計研究現(xiàn)狀42.1概述42.2常規(guī)設計技術及應用5 HYPERLINK l bookmark18 2.2.1理論設計5 HYPERLINK l bookmark20

2、2.2.2經(jīng)驗設計5 HYPERLINK l bookmark22 2.2.3模型實驗設計5 HYPERLINK l bookmark24 2.3現(xiàn)代設計技術及應用52.3.1優(yōu)化設計5 HYPERLINK l bookmark26 2.3.2可靠性設計52.4現(xiàn)代設計技術與常規(guī)設計技術的62.5機械設計技術的發(fā)展趨勢6概述：設計一詞的英語為Design,它源于拉丁語Designar,由De（記下）與Signare（符號，記號，圖形等）兩詞組成。因此，設計的最初含義是將符號，記號，圖形之類高下來的意思。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進步，設計的內涵不斷向深度和廣度發(fā)展，設計的含義愈來愈深刻和愈來愈先進

3、。設計是人類改造自然的基本的活動之一，設計是復雜的思維過程，設計過程蘊含著創(chuàng)新和發(fā)明的機會。主要內容：1機械設計發(fā)展的三個階段機械設計的發(fā)展史按時間來分，可分為三個階段，分別是：從古代社會到17世紀為機械設計起源和古代機械設計階段，由17世紀至第二次世界大戰(zhàn)結束為近代機械設計，第二次世界大戰(zhàn)結束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設計階段。如果按其內容來分，可分為：直覺設計階段，經(jīng)驗設計階段和理論設計階段。兩種劃分是一一對應的，是從不同角度來劃分機械設計的發(fā)展史。每一個階段在設計理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。下面就按時間來劃分，把機械設計發(fā)展史劃分為三個階段來論述。11機械設計起源和古代機械設計我國近代的

4、考古發(fā)現(xiàn)證明了一些傳說和記載。在浙江余姚河姆渡，河南鄭裴李崗等遺址中都發(fā)現(xiàn)了七八千年以前制造相當精致的農(nóng)具如石鏟等。我國古代經(jīng)書中，對于古代使用，制造機械的情況有許多記載。周易系辭下中有黃帝，堯，舜氏作，夸y木為舟，炎U木為楫，炎U楫之力以濟不通，服牛乘馬，引以致遠，斷木為杵，掘地為舀。由此可見，在4000多年以前，我國古代已經(jīng)發(fā)明了車，船，農(nóng)具和許多生活用具。在周易第47圭卜困的卦辭中有困于金車，金車指用銅裝飾起來的豪華馬車。清代學者章誠說六經(jīng)皆史”，在我國古代文獻中隨處可以見機械產(chǎn)品與人民生活密切的聯(lián)系，在我國春秋戰(zhàn)國時代的著作道德經(jīng)中有三十輻共一轂，像日月也的說法，而在秦陵發(fā)掘出來的二號

5、銅車馬，車融會貫通就有30個車輻。雖然據(jù)統(tǒng)計，當時的車每個車輪用30個輪輻，但是對輪輻的數(shù)目已經(jīng)有了一定的規(guī)則。此外，我國古代在武器，紡織機械，農(nóng)具，船舶等方面也有許多發(fā)明，到秦漢時期（公元前221至公元220年）我國機械設計和制造已經(jīng)達到相當高的技術水平，在當時世界上處于領選地位，在世界機械工程史上占有十分重要的位置。在我國古代，機械發(fā)明，設計者與制造者是統(tǒng)一的。有許多著名的人物，他們的成果代表了當時我國的機械的設計水平。唐代的時侯我國與許多國家開展了經(jīng)濟，文華和科學技術的交流，與東南亞，南亞，阿拉伯，非洲東海岸貿易頻繁，對中國和世界其它的一些國家有很大的影響。由于貿易的發(fā)展，要求商品增加，

6、從而改進生產(chǎn)設備，使機械設計有了很大的發(fā)展，造紙，紡織，農(nóng)業(yè)，礦業(yè)，陶瓷，印染，兵器等都有了新的進展，機械設計水平也提高了一大步，宋代沈括的著作夢溪筆談記載了當時的許多科學成就，反映了當時的科學水平。世界其它的國家也有不少機械的成果。但這些設計多是憑設計者的經(jīng)驗完成的缺乏必要的，有一定精度的理論的計算。1.2近代機械設計17世紀歐洲的航海，紡織，鐘表等工業(yè)的興起，提出了許多技術部題，1644年英國組成了哲學學院，德國成立了實驗研究會和柏林學會，1666年，法國，意大利也成立了研究機構。在這些機構中工作的意大利人伽里略（15641642）發(fā)表了自由落體定律，慣性定律，拋物體運動，還進行過梁的彎曲

7、實驗；英國人牛頓提出了到家動的三大定律，1688年，他提出了計算流體黏度阻力的公式，奠定了古典力學的基礎；英國人虎克建立了在一定范圍內彈性體的應力-應變成正比的虎克定律；1705年伯努力提出了梁彎曲的微分方程式，在古典力學的基礎上建立和發(fā)展了近代機械設計的理論（也稱常規(guī)機械設計理論），為18世紀產(chǎn)業(yè)革命中機械工業(yè)的迅速發(fā)展提供了有力的技術理論支持；1764年英國人瓦特發(fā)明了蒸氣機，為紡織，采礦，冶煉，船舶，食品，鐵路等工業(yè)提供了強大的動力，推動了多種行業(yè)對機械的需求，使機械工業(yè)得到迅速的發(fā)展，而機械化使生產(chǎn)力迅速提高，進入了產(chǎn)業(yè)革命時代。這一時期，對機械設計提出了很多的要求，各種機械的載荷，速

8、度，尺寸都有很大的提高，因此機械設計理論也在古典力學的基礎上迅速發(fā)展。材料力學，彈性力學，流體力學，機械力學。疲勞力學，疲勞強度理論，實驗應力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的學科體系。在1854年德國學者勞萊克斯發(fā)表了著作機械制造中的設計學把過去溶在力學中的機械設計學獨立出來，建立了以力學和制造為基礎的新科學體系，由此放生了機構學”，機械零件設計，成為機械設計中的基本的內容。在這一基礎上，機械設計學得到了很快的發(fā)展。在疲勞強度，接觸應力，斷裂力學，高溫蠕變，流體動力潤滑，齒輪接觸疲勞強度計算，彎曲疲勞強度計算，滾動軸承強度理論等方面都取得了大量的成果，新工藝，新材科的，新結構的不斷涌

9、現(xiàn)沒什么械設計的水平也取得了很大的發(fā)展。機器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機械設計的計算方法和數(shù)據(jù)積累也相應有了很大的發(fā)展，反映了時代的特色。1.3現(xiàn)代機械設計第二次世界大戰(zhàn)以后，作為機械設計的理論基礎的機械學繼續(xù)以更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學，可靠性分析，機械優(yōu)化設計，有限元計算，尤其是計算機在機械設計中迅速推廣，使機械設計的速度和質量都有大幅的提高。在機械中廣泛運用計算機和自動化程度的提高，使現(xiàn)代的具有明顯的特色。因此，機械設計在理論，內容和方法方面與過去相比都有了劃時代的發(fā)展。而國際市場的激烈競爭，是現(xiàn)代機械設計的方法和發(fā)展的催化劑。世界各國逐漸認識到產(chǎn)品市場競爭對各國經(jīng)濟發(fā)展的重要作用

10、。在產(chǎn)品競爭中，德國臨于印有“MADEINUSA的美國產(chǎn)品充斥德國市場，計劃努力恢復德國產(chǎn)品的信譽，使“MADEINGERMANY風靡世界，提出了關鍵在于設計”（DerEngpassistdieKnostrution的口號。日本雖然在某尖端科學研究方面走在了一些國家的后面，但是,在產(chǎn)品設計的方面發(fā)展很快，迅速擺脫了二次世界大戰(zhàn)以前東洋貨不好的印象，大量生產(chǎn)各國市場上需要的產(chǎn)品，取得了巨大的經(jīng)濟效益。美國，英國也逐漸認識到產(chǎn)品設計的重要性，美國提出了為競爭的優(yōu)勢而設計（DesigningforCompentitiveAdvanee）的口號，有人說“21世紀將是設計的世紀。因些，機械產(chǎn)品設計在這一

11、時期獲得了空前的發(fā)展。機械設計目前已經(jīng)不宜作為機械學的一個分支，而應該認為是與機械學并立的一門技術科學了。現(xiàn)代機械設計方法的特征是，它具有自己的學科體系和專門的內容。其核心技術有3個方面：（1）以產(chǎn)品的功能作為機械計的核心目標。美國麥爾斯提出了顧客購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品所具有的功能，明解地說明了功能是產(chǎn)品的本質和靈魂。這一原理的提出大大地解放了設計師的思想，為了實現(xiàn)某一功能，可以采用各種不同的原理和結構。我們可以從近年來的計時裝置，文件復制設備，通訊方法等方面的飛速發(fā)展看出，設計師的聰明才智得到了空前的發(fā)揮，多方面的滿足了社會的需要。（2）人機學的形成和發(fā)展。機械的工作往往與人是不可分

12、的，如汽車，飛機有些操縱的信號要靠人輸入。必須考慮操縱者的反映速度和能力限制，還必須考慮操縱者和乘客的傳舒適性。如有一些武器設計者已經(jīng)考慮使用者中，雖然磊部分是作右手方便的，但是習慣于用左手的（稱為左利手或左撇子）也占有一定的百分率。雖然許多產(chǎn)品已經(jīng)向自動化發(fā)展，許多民用產(chǎn)品對使用者的拔術要求日益降低（俗稱傻瓜化”）。但是機械產(chǎn)品競畢竟是為了人類設計的。考慮人機學是提高產(chǎn)品的競爭能力的重要方面。實際上傻瓜化就是當前處理人機問題的一個重要的途徑。（3）建立系統(tǒng)的工業(yè)設計學科體系。工業(yè)設計是設計者使產(chǎn)品在外觀，色彩，形狀，尺寸比例等方面的合理設計，使產(chǎn)品與人，環(huán)境更協(xié)調，以得到更好的使用效果與況爭

13、力。2、我國機械設計研究現(xiàn)狀摘要：綜述了常規(guī)設計技術與現(xiàn)代設計技術的內涵、應用及它們之間的關系，闡述了機械設計技術的發(fā)展趨勢。同時指出發(fā)展機械工業(yè)。關鍵是開發(fā)、應用現(xiàn)代機械設計技術。關鍵詞：機械設計；常規(guī)技術；現(xiàn)代技術；發(fā)展趨勢2、1概述：機械設計是根據(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人為制造依據(jù)的工作過程。機械設計是機械工程的重要組成部分，是決定機械性能的最主要的因素。根據(jù)德國工程師協(xié)會文件VD12225的調查分析，產(chǎn)品設計成本約占產(chǎn)品成本的5%7%,但卻決定了產(chǎn)品制造成本的75%

14、80%左右。設計工作的質量，直接關系到機械產(chǎn)品的質量性能、研究周期和技術經(jīng)濟效益等。2、2常規(guī)設計技術及應用目前各大專院校所使用的機械原理及機械設計教材主要講述的是常規(guī)設計技術。它是學習、應用、發(fā)展現(xiàn)代設計技術的基礎。2.2.1理論設計根據(jù)長期總結出來的設計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設計稱為理論設計。現(xiàn)以簡單受拉桿件的強度設計為例來討論理論設計的概念。可以利用公式直接求解桿件必須的橫截面積，也可以按其它方法先初步設計桿件的橫截面尺寸，然后用強度計算公式去校核。由于實際情況復雜多變，若安全系數(shù)選擇過大，則產(chǎn)品傻、大、粗。若安全系數(shù)過小，則很難保證安全性。2.2.2經(jīng)驗設計根據(jù)對某類零件已有的設計與使

15、用實踐而歸納出的經(jīng)驗關系式，或根據(jù)設計者個人的工作經(jīng)驗用類比的辦法所進行的設計叫經(jīng)驗設計。這對那些使用要求不大變動而結構形狀已典型化的零件，是很有效的設計方法。例如箱體、機架、傳動零件的各結構要素等。隨著設計產(chǎn)品的技術系統(tǒng)越來越復雜，技術含量不斷提高，產(chǎn)品更新發(fā)展速度加快，經(jīng)驗類比的設計方法已不能滿足市場需要。2.2.3模型實驗設計對于一些尺寸巨大而結構又很復雜的重要零件，尤其是一些重型整體機械零件，為了提高設計質量，可采用模型實驗設計的方法。即把初步設計的零、部件或機器做成小模型或小尺寸樣機，經(jīng)過實驗的手段對其各方面的特性進行檢驗，根據(jù)實驗結果對設計進行逐步的修改，從而達到完善。這個設計方法

16、費時、昂貴，因此一般用于特別重要的設計中。2.3現(xiàn)代設計技術及應用2.3.1優(yōu)化設計優(yōu)化設計是建立在數(shù)學規(guī)劃理論和計算機程序設計基礎上，通過計算機的數(shù)值計算，在一切可能的方案中尋求最優(yōu)方案，使期望的指標達到最優(yōu)的設計方法。它可以成功地解決解析法等其他方法難以解決的復雜問題。在機械工程領域中，根據(jù)機械設計理論、方法和標準、規(guī)范等建立反映工程設計問題和符合數(shù)學規(guī)劃要求的數(shù)學模型，然后采用數(shù)學規(guī)劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優(yōu)方案。32有限元設計F團init正1團errd)esi耐有限元分析技術是最重要的工程分析之一，是20世紀60年代發(fā)展起來的新的數(shù)值計算方法。隨著計算機技術的發(fā)展，有

17、限元設計在各個工程領域中不斷得到深入的應用。有限元法的基本思想是將結構離散化，用有限個容易分析的單元來表示，單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調條件綜合求解。由于單元的數(shù)目是有限的，節(jié)點的數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數(shù)目，就可以使解的精確度改變，得到與真實情況無限接近的解。有限元法的基本理論要用到工程數(shù)學，力學等方面的知識。它不僅能用于工程中復雜的非線性問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解，而且還可用在工程設計中進行復雜結構的靜態(tài)和動力分析。2.3.2可靠性設計可靠性設計是近幾十年發(fā)展起來的一門新興學科，從20世紀60年代以來逐漸進入機械工程領域。零件的可

18、靠性設計是指在規(guī)定的時間內，規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O計的主要特征是將常規(guī)設計方法中所涉及的設計變量如材料強度、疲勞壽命、尺寸、應力等，看成服從某種分布的隨機變量。然后根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標要求。用概率統(tǒng)計的方法得出零部件的主要結構參數(shù)和尺寸。2.4現(xiàn)代設計技術與常規(guī)設計技術的產(chǎn)品結構分析的定量化常規(guī)設計技術對復雜結構的零部件或整機只能進行定性或類比的估算。現(xiàn)代設計技術引入了有限元及邊界元方法，可實現(xiàn)對任何產(chǎn)品結構的定量化分析。產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化常規(guī)設計技術對產(chǎn)品的工作狀況僅限于靜態(tài)的計算和動態(tài)的估算。而現(xiàn)代設計技術中的動態(tài)設計方法可以同時利用理論和測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符的數(shù)學模型。通過計算機進行分析計算，預測出產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進效果。產(chǎn)品質量分析的可靠性化常規(guī)設計技術中采的安全系數(shù)法僅僅依靠經(jīng)驗，不能定量給出產(chǎn)品質量的可靠性預測。而現(xiàn)代設計技術中的可靠性