機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀研究講解

1、中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀研究 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 性 別： 專 業(yè): 批 次： 電子郵箱： 聯(lián)系方式： 學(xué)習(xí)中心： 指導(dǎo)教師：2014年XX月XX 日中國(guó)石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀研究摘要機(jī)械設(shè)計(jì)，根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。自七千年前出現(xiàn)的農(nóng)具，到十七世紀(jì)的紡織航船，再到今天我們生活的各個(gè)方面，一句話我們的生活離不開機(jī)械設(shè)計(jì)。分析研究機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀能夠清楚了解我國(guó)現(xiàn)

2、在的機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，能夠讓我們知道我國(guó)現(xiàn)在所處于的階段，通過和先進(jìn)水平的對(duì)比，明白我們現(xiàn)在的不足，以后應(yīng)該努力的方向。這樣才能彌補(bǔ)我們的短板，提高社會(huì)生產(chǎn)力，更好地創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值，讓人民更好地生活。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)； 發(fā)展現(xiàn)狀； 分析Abstractmachine design,In accordance with the requirements of mechanical work principle, structure, mode of motion, force and energy transmission, each parts of the material and shape

3、size, lubrication methods for design, analysis and calculation, and turn it into a specific description of the work process of man-made basis.Since seven thousand years ago to farm tools,textile ship in seventeenth Century,and then to today all aspects of our life, we say life cannot do without mech

4、anical design.Analysis of the development status of mechanical design research can clearly understand the present mechanical design level,can let us know our country is now in the stage,comparing with the advanced level,understand that we have problems, should be the direction of.In order to make up

5、 for the short board our, improve social productivity, create a better social value,let people live a better life.Keyword：machine design Development situation Analysis目錄摘要iAbstractii第一章 前言11.1 機(jī)械設(shè)計(jì)概念11.2 機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展歷程11.2.1 第一階段：機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì)21.2.2 第二階段：近代機(jī)械設(shè)計(jì)21.2.3第三階段：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)3第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀52.1 機(jī)械設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

6、52.1.1理論設(shè)計(jì)52.1.2 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)52.1.3 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)52.2 機(jī)械設(shè)計(jì)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀62.2.1 專業(yè)現(xiàn)代102.2.2 通用現(xiàn)代10第三章 機(jī)械設(shè)計(jì)未來發(fā)展趨勢(shì)12結(jié)束語13參考文獻(xiàn)14致謝詞15ii第一章 前言1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)概念機(jī)械設(shè)計(jì)（machine design），根據(jù)用戶的使用要求對(duì)專用機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件(如材

7、料、加工能力、理論知識(shí)和計(jì)算手段等)下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對(duì)重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重，統(tǒng)籌兼顧，使設(shè)計(jì)的機(jī)械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)值工程、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累,以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、

8、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程,服務(wù)于不同產(chǎn)業(yè)的不同機(jī)械，應(yīng)用不同的工作原理，要求不同的功能和特性。各產(chǎn)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨(dú)立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、紡織機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)等專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科。但是，這許多專業(yè)設(shè)計(jì)又有許多共性技術(shù)，例如機(jī)構(gòu)分析和綜合、力與能的分析和計(jì)算、工程材料學(xué)、材料強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)、潤(rùn)滑、密封，以及標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、工藝性、優(yōu)

9、化等。此外，還有研究設(shè)計(jì)工作的內(nèi)在規(guī)律和設(shè)計(jì)的合理步驟和方法的新興的設(shè)計(jì)方法學(xué)。將機(jī)械設(shè)計(jì)的共性技術(shù)與理性化的設(shè)計(jì)方法學(xué)匯集成為一門獨(dú)立的、綜合性的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科是機(jī)械工程實(shí)踐和教育工作者正在努力的工作。1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展歷程機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展史按時(shí)間來分，可分為三個(gè)階段，分別是：從古代社會(huì)到17世紀(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì)階段，由17世紀(jì)至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機(jī)械設(shè)計(jì)，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到現(xiàn)在為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)階段。以下就按此把機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展史分三個(gè)階段論述。1.2.1 第一階段：機(jī)械設(shè)計(jì)起源和古代機(jī)械設(shè)計(jì)我國(guó)近代的考古發(fā)現(xiàn)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

10、年以前制造相當(dāng)精致的農(nóng)具如石鏟等。我國(guó)古代經(jīng)書中，對(duì)古代使用，制造機(jī)械的情況有許多記載。周易“黃帝，堯，舜氏作，刳木為舟，服牛乘馬，引以致遠(yuǎn)”。可見，在4000多年前，我國(guó)古代已經(jīng)發(fā)明了車，船，農(nóng)具和許多生活用具。在我國(guó)古代文獻(xiàn)中隨處可以看見機(jī)械產(chǎn)品和人民生活密切聯(lián)系。此外，我國(guó)古代在武器，紡織機(jī)械船舶等方面也有許多發(fā)明，到秦漢時(shí)期我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的技術(shù)水平，在當(dāng)時(shí)世界上處于領(lǐng)先地位，在世界機(jī)械工程史上占有十分重要的地位。在我國(guó)古代，機(jī)械發(fā)明，設(shè)計(jì)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(dāng)時(shí)我國(guó)的機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。唐代的時(shí)候我國(guó)與許多國(guó)家開展了經(jīng)濟(jì)，文化和科學(xué)技術(shù)的

11、交流，與東南亞，南亞，阿拉伯，非洲東海岸貿(mào)易頻繁，對(duì)中國(guó)和世界其他的一些國(guó)家有很大影響。由于貿(mào)易的發(fā)展，要求商品增加，從而改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，使機(jī)械設(shè)計(jì)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(jìn)展，機(jī)械設(shè)計(jì)水平也提高了一大步，宋代沈括的著作夢(mèng)溪筆談?dòng)涊d了當(dāng)時(shí)的許多科學(xué)成就，反映了當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平。在國(guó)外，這一時(shí)期以16世紀(jì)達(dá)芬奇的創(chuàng)造活動(dòng)為頂點(diǎn)，由于作為機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)力學(xué)尚未成熟，因此這一階段設(shè)計(jì)最高水平就是達(dá)芬奇所構(gòu)想的齒輪，螺旋，而中國(guó)的記里鼓車和秦代出現(xiàn)的齒輪傳動(dòng)則比達(dá)芬奇更早的達(dá)到這個(gè)水平。世界其他的國(guó)家也有不少的機(jī)械成果，但這些設(shè)計(jì)多是憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)完成的，缺

12、乏必要的，要有一定精度的理論的計(jì)算。1.2.2 第二階段：近代機(jī)械設(shè)計(jì)17世紀(jì)歐洲的航海，紡織，鐘表等工業(yè)的興起，提出了許多技術(shù)問題，1644年英國(guó)組成了“哲學(xué)學(xué)院”，德國(guó)成立了實(shí)驗(yàn)研究會(huì)和柏林學(xué)會(huì)，1666年，法國(guó)，意大利也成立了研究機(jī)構(gòu)。在這些機(jī)構(gòu)中工作的意大利人伽利略（15641642）發(fā)表了自由落體定律，慣性定律，拋物體運(yùn)動(dòng)，還進(jìn)行過梁的彎曲試驗(yàn)；英國(guó)人牛頓提出了運(yùn)動(dòng)的三大定律，1688年，他提出了計(jì)算流體粘度的阻力公式，奠定了古典力學(xué)的基礎(chǔ)；英國(guó)人虎克建立了在一定范圍內(nèi)彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變成正比的虎克定律；1705年伯努利提出了梁彎曲的微分方程式，在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展了近代機(jī)械

13、設(shè)計(jì)的理論（也稱常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)理論），為18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命中機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展提供了有力的技術(shù)理論支持；1764年英國(guó)人瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，為紡織，采礦，冶煉，船舶，食品，鐵路等工業(yè)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，推動(dòng)了多種行業(yè)對(duì)機(jī)械的需求，使機(jī)械工業(yè)得到迅速發(fā)展，而機(jī)械化使生產(chǎn)力迅速提高，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)革命時(shí)代。這一時(shí)期，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)提出了很多的要求，各種機(jī)械的載荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此機(jī)械設(shè)計(jì)理論也在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展。材料力學(xué)，彈性力學(xué)，流體力學(xué)，機(jī)械力學(xué)，疲勞力學(xué)，疲勞強(qiáng)度理論，實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的學(xué)科體系。在1854年德國(guó)學(xué)者勞萊克斯發(fā)表了著作機(jī)械制造中的設(shè)計(jì)學(xué)，

14、把過去融在力學(xué)中的機(jī)械設(shè)計(jì)獨(dú)立出來，建立了以力學(xué)和制造為基礎(chǔ)的新科學(xué)體系，由此放生了“機(jī)構(gòu)學(xué)”,”機(jī)械零件設(shè)計(jì)”，成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本內(nèi)容。在這一基礎(chǔ)上，機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)得到了很快的發(fā)展。在疲勞強(qiáng)度，接觸應(yīng)力，斷裂力學(xué)，高溫蠕變，流體動(dòng)力潤(rùn)滑，齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，滾動(dòng)軸承強(qiáng)度理論等方面都取得大量的成果，新工藝，新材料的新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，使機(jī)械設(shè)計(jì)的水平也取得了很大的發(fā)展。機(jī)器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機(jī)械設(shè)計(jì)的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)積累也相應(yīng)有了很大的發(fā)展，反映了時(shí)代的特色。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的特征：自工業(yè)革命至計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，隨著力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)形成了機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)和工

15、作能力較為完整的分析與設(shè)計(jì)方法，這些方法即為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，機(jī)械的設(shè)計(jì)方案，即機(jī)構(gòu)的選型和傳動(dòng)系統(tǒng)的布局，主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，并參考類似的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，即通過類比分析的方法進(jìn)行，因此存在以下不足：簡(jiǎn)化，假定及經(jīng)驗(yàn)公式較多，真正的理論分析欠缺，影響設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)工作周期長(zhǎng)，效率低，不能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快的新形勢(shì)。設(shè)計(jì)方案依靠設(shè)計(jì)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和水平，技術(shù)設(shè)計(jì)一班滿足于獲得一個(gè)可用的方案，而不是最佳方案。綜上所述，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有憑直覺設(shè)計(jì)，類比設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)等弊病。1.2.3第三階段：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)第二次世界大戰(zhàn)之后，作為機(jī)械設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)的機(jī)械學(xué)繼續(xù)以

16、更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學(xué)，可靠分析，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，有限元運(yùn)算，尤其是計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中迅速推廣，使機(jī)械設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量都有了大幅的提高。在機(jī)械中廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化程度的提高，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)具有明顯的時(shí)代特色。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)在理論，內(nèi)容和方法方面于過去相比都有了劃時(shí)代的發(fā)展。而國(guó)際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和發(fā)展的催化劑。世界各國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用。在產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)中，德國(guó)臨于印有“MADE IN USA”的美國(guó)產(chǎn)品充斥德國(guó)市場(chǎng)，計(jì)劃努力恢復(fù)德國(guó)產(chǎn)品的信譽(yù)，使”MADE IN GERMANY”風(fēng)靡世界，提出了“關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)”的口號(hào)。日本雖然在某尖端了學(xué)研究方面走

17、在了一些國(guó)家的后面，但是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(guó)市場(chǎng)上需要的產(chǎn)品，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。美國(guó)，英國(guó)也逐漸認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要性，美國(guó)提出了“為競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)而設(shè)計(jì)”口號(hào)，有人說“21世紀(jì)將是設(shè)計(jì)的世紀(jì)”，光有先進(jìn)的還不一定能在商品競(jìng)爭(zhēng)中取勝，必須通過先進(jìn)的設(shè)計(jì)，是自己的產(chǎn)品豐富有競(jìng)爭(zhēng)力，才能在商品競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勝。因此，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在這一時(shí)期獲得了空前的發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)目前已經(jīng)不適宜作為機(jī)械學(xué)的一個(gè)分支，而應(yīng)該認(rèn)為是與機(jī)械學(xué)并列的一門技術(shù)科學(xué)了。第二章 機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方面起步較晚，中國(guó)機(jī)械

18、工程學(xué)會(huì)于1983年5月才召開了“第一次機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué)討論會(huì)”，但經(jīng)過了多年的努力，我國(guó)在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究方面已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)，現(xiàn)在的中國(guó)可以自豪地稱為“世界的工廠”，“MADE IN CHINA”已經(jīng)是世界聞名了。雖然有了很大的進(jìn)步，但是我國(guó)目前的整體機(jī)械設(shè)計(jì)水平還是有待于提高的，下面討論我國(guó)現(xiàn)階段使用較多的幾種設(shè)計(jì)方式。2.1.1理論設(shè)計(jì)根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為理論設(shè)計(jì)。現(xiàn)以簡(jiǎn)單受拉桿件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)為例來討論理論設(shè)計(jì)的概念?？梢岳霉街苯忧蠼鈼U件必須的橫截面積，也可以按其它方法先初步設(shè)計(jì)桿件的橫截面尺寸，然后用強(qiáng)度計(jì)算公式去校核。由于實(shí)際情況復(fù)雜多變，若安

19、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。2.1.2 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者個(gè)人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)叫經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這對(duì)那些使用要求不大變動(dòng)而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計(jì)方法。例如箱體、機(jī)架、傳動(dòng)零件的各結(jié)構(gòu)要素等。隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，技術(shù)含量不斷提高，產(chǎn)品更新發(fā)展速度加快，經(jīng)驗(yàn)類比的設(shè)計(jì)方法已不能滿足市場(chǎng)需要。2.1.3 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于一些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件，尤其是一些重型整體機(jī)械零件，為了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，可采用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。即把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器做成小

20、模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的手段對(duì)其各方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的修改，從而達(dá)到完善。這個(gè)設(shè)計(jì)方法費(fèi)時(shí)、昂貴，因此一般用于特別重要的設(shè)計(jì)中。但是相對(duì)于世界上先進(jìn)國(guó)家來說，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境還是相當(dāng)落后的，具體表現(xiàn)為： （1）對(duì)客觀設(shè)計(jì)過程研究，了解不夠。尚未很好地掌握設(shè)計(jì)中的客觀規(guī)律。 （2）當(dāng)前設(shè)計(jì)的優(yōu)劣主要取缺于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn) （3）設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率低。 （4）設(shè)計(jì)進(jìn)度與質(zhì)量不能很好控制。 （5）設(shè)計(jì)手段與方法有等改進(jìn)。 （6）尚未形成能為大家接受的，能有效指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐，較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論。為了解決中國(guó)這一現(xiàn)狀，中國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)就必須科學(xué)化，這意味著要科學(xué)地闡述客觀設(shè)計(jì)過程及其

21、本質(zhì)，分析與設(shè)計(jì)有關(guān)的領(lǐng)域及其單位，在些基礎(chǔ)上，科學(xué)地安排設(shè)計(jì)過程，使用科學(xué)的方法和手段進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)也要求設(shè)計(jì)人員不公有豐富的專業(yè)知識(shí)，而且要掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段，科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，這樣才能及時(shí)得到符合要求的產(chǎn)品。發(fā)展我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)科學(xué)研究，必須集中探討機(jī)械設(shè)計(jì)各主要環(huán)節(jié)的正確工作方法和解決問題的途徑，收集開發(fā)新產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)和范例，積累大量的設(shè)計(jì)資料，了解世界有關(guān)行業(yè)的發(fā)展動(dòng)向，致力于提高我國(guó)機(jī)械工業(yè)的水平，生產(chǎn)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)械產(chǎn)品。相信我國(guó)學(xué)者們要總結(jié)過去設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并吸收外國(guó)先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，定能研究出一套適合我國(guó)的國(guó)情。高效優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)的規(guī)

22、律和方法來為加速現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了日益廣泛的使用，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計(jì)、分析軟件。利用這些軟件可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行多方案的對(duì)比，可以對(duì)不同的包括大型的和很復(fù)雜的方案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行精確的分析。同時(shí)，還可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛擬樣機(jī)仿真對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段充分地評(píng)估設(shè)計(jì)的可行性。可以說，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的推廣使用已經(jīng)并正在改變機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)程，它在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率方面的優(yōu)勢(shì)是難以預(yù)估的。廣義地講，在機(jī)器的制造過程中，隨時(shí)都有可能出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計(jì)的情況。如需修

23、改時(shí)，則應(yīng)遵循一定的審批程序。機(jī)器出廠后，應(yīng)該有計(jì)劃地進(jìn)行跟蹤調(diào)查；另外，用戶在使用過程中也會(huì)給制造或設(shè)計(jì)部門反饋出現(xiàn)的問題。設(shè)計(jì)部門根據(jù)這些信息，經(jīng)過分析，也有可能對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，甚至改型。這些工作，雖然廣義上也屬設(shè)計(jì)程序的組成部分，但是屬于另一個(gè)層次的問題，本書不再討論其具體的內(nèi)容。但是作為設(shè)計(jì)工作者，應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感，要把自己工作的視野延伸到制造、使用乃至報(bào)廢利用的全過程中去，反復(fù)不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，才能使機(jī)器的質(zhì)量繼續(xù)不斷地提高，更好地滿足生產(chǎn)及生活的需要?，F(xiàn)代社會(huì)機(jī)械廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，生活各個(gè)領(lǐng)域，已成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論的發(fā)展及新概念

24、，新方法，新工藝的不斷出現(xiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)也得到了迅猛的發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展，可概括為以下幾方面： （1） 機(jī)械與幾點(diǎn)進(jìn)一步結(jié)合，機(jī)電一體化已成為當(dāng)今機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展的大趨勢(shì)。 （2） 機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合程度越來越高，與其他科學(xué)交叉程度越來越深入和廣泛。 （3） 機(jī)械設(shè)計(jì)手段和方法不斷更新。 （4） 設(shè)計(jì)理論不斷完善與發(fā)展。 （5）機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)有很大的發(fā)展和提高，實(shí)驗(yàn)和理論相互促進(jìn)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）機(jī)械體積從米級(jí)走向納米級(jí)設(shè)計(jì)： 有用于宇宙的的空間機(jī)械，又有用于人體血管內(nèi)的的機(jī)械等等。顯然，他們有的是龐然大物，有的是微型機(jī)械，這就要求設(shè)計(jì)不同尺寸的零件。（2）從單個(gè)零件到整機(jī)系統(tǒng)

25、的設(shè)計(jì)： 現(xiàn)代機(jī)械日益走向高速的，重載，高精度，高效率和低噪音等方向發(fā)展，必然要從動(dòng)系統(tǒng)偏重于零件，不見得靜態(tài)單個(gè)的設(shè)計(jì)向多種零件的綜合或以整機(jī)為對(duì)象的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)多個(gè)零件擴(kuò)展的設(shè)計(jì)。 圖2-1 圖2-2如上面兩圖所示，圖一表示很多的零件個(gè)體，圖二是由很多的零件組合而成的復(fù)合體，放在過去，這些零件需要制作出實(shí)體，然后組裝在一起才能清楚了解實(shí)際的情況，這樣的制作方式不僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間，還浪費(fèi)很多的財(cái)力物力，最后如果不合格就永久的成為了廢品。而運(yùn)用了現(xiàn)在先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，擺脫了過去那種只有把模型制造出來才能了解具體情況的困境，節(jié)約了人力物力，大大提高了研發(fā)的是周期，大大提高了生產(chǎn)力。設(shè)計(jì)用的工具改變：

26、 改變圖版等繪圖工具，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行最優(yōu)化的機(jī)械設(shè)計(jì)。如下圖所示：圖2-3 （4）設(shè)計(jì)加工的一體化： 機(jī)電一體化的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工的分離使零件的設(shè)計(jì)與加工幾乎同時(shí)進(jìn)行。例如數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與加工的方法，它實(shí)現(xiàn)了機(jī)械以電子，強(qiáng)電與弱電，硬件與軟件，控制與信息的多種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，按照計(jì)算機(jī)的指令來控制機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工。目前，應(yīng)用軟件較多的是CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)），CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)。圖2-4 (5)對(duì)機(jī)械的人性化設(shè)計(jì)和等壽命設(shè)計(jì)： 在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，不僅要求設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量好，使用限期內(nèi)安全可靠度高，而且，在視覺上給

27、人以舒適的，使用的，富有時(shí)代氣息和外觀具有吸引力。同時(shí)采用等壽命設(shè)計(jì)使產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，以此來提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中普遍使用的方法：2.2.1 專業(yè)現(xiàn)代由機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)專業(yè)人員共同開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件，能夠反映和描述機(jī)械產(chǎn)品在實(shí)際工況下的各種損傷、失效和破壞的機(jī)理，可以定量分析和計(jì)算機(jī)械零件和機(jī)械的動(dòng)態(tài)行為，并形成固定的設(shè)計(jì)程序，這就是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如：振動(dòng)分析和設(shè)計(jì)，摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，熱力學(xué)傳熱設(shè)計(jì)，強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)，溫度場(chǎng)分析等等。這些軟件都是在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出來的。例如：用Pro/M軟件分析機(jī)械裝置的動(dòng)態(tài)特性，用ANSYS軟件分析應(yīng)力都是這方面很好的例子，

28、為準(zhǔn)確判斷裝置的可靠性和選擇設(shè)計(jì)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。2.2.2 通用現(xiàn)代為了滿足機(jī)械產(chǎn)品性能的高要求，在機(jī)械設(shè)計(jì)中大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析，這就是通用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。常見的方法包括優(yōu)化、有限元、可靠性、仿真、專家系統(tǒng)、CAD等。這些方法并不只是針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品去研究，還有其自身的科學(xué)理論和方法。1 優(yōu)化設(shè)計(jì) 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論，方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立一反映工程設(shè)計(jì)問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動(dòng)找出設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)方案。它是機(jī)械設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)相互結(jié)合而形成的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)

29、方法。2 仿真與虛擬設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具“建立實(shí)際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型”并在不同條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。而虛擬技術(shù)的本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的可維護(hù)性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。這種方法不但縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，也實(shí)現(xiàn)了縮短產(chǎn)品開發(fā)與用戶之間的距離。3 有限元設(shè)計(jì)這種方法是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。它

30、不僅能用于工程中復(fù)雜的非線行問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解，而且還可用于工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)力分析，并能準(zhǔn)確地計(jì)算形狀復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形，成為復(fù)雜零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的有力分析工具。4 模糊設(shè)計(jì)它是將模糊數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中的一種設(shè)計(jì)方法。機(jī)械設(shè)計(jì)中就存在大量的模糊信息。如機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中，零件的安全系數(shù)往往從保守觀點(diǎn)出發(fā)，取較大值而不經(jīng)濟(jì)，但在其允許的范圍內(nèi)存在很大的模糊區(qū)間。機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)在各階段常會(huì)遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點(diǎn)、性質(zhì)及對(duì)計(jì)策的要求不盡相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點(diǎn)是，可以將各因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響進(jìn)行全面定量地分析，得出綜合的數(shù)量化指標(biāo)，作為選擇決斷的依據(jù)。第三章 機(jī)械設(shè)計(jì)未來發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品的科技含量和性價(jià)比不斷提高，世界范圍內(nèi)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，企業(yè)要在不斷變化的產(chǎn)品需求和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就要不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)理念，使用先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提