第三章現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介

1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法簡介一、 設(shè)計(jì)的概念指的是將客觀要求轉(zhuǎn)化為需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動(dòng) 。各種產(chǎn)品包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)即屬此種。二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念現(xiàn)代設(shè)計(jì)是過去長期的傳動(dòng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，由個(gè)別到一般，具體到抽象，感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來的。廣義指的是發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。狹義現(xiàn)代設(shè)計(jì)的理論與方法三、部分現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介1、價(jià)值工程 價(jià)值工程從產(chǎn)品的功能研究開始，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，或重新審查設(shè)計(jì)圖樣文件，剔除那些與用戶的功能無關(guān)的材料、結(jié)構(gòu)、零部件，代以更新的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出功能相同而成本更低的產(chǎn)品。 價(jià)值工程設(shè)計(jì)的基本步驟是：了解設(shè)計(jì)對(duì)象，明確要

2、求的功能，分析成本的組成，進(jìn)行價(jià)值初評(píng)，制定改進(jìn)方案，獲得價(jià)值更高的新產(chǎn)品。2、綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)又稱為生態(tài)設(shè)計(jì)思想的由來：人類社會(huì)生存發(fā)展面臨的三大威脅人口問題環(huán)境污染問題資源問題 因此要想節(jié)約能源和防止污染，需要從產(chǎn)品入手從產(chǎn)品全生命周期入手。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì) 主要考慮的是實(shí)現(xiàn)顧客需求的產(chǎn)品的基本屬性，忽略了產(chǎn)品的環(huán)境屬性。未考慮產(chǎn)品使用階段的使用成本，保修期后的維修成本，乃至產(chǎn)品生命終止后的處理成本。方式顧客需求產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品制造產(chǎn)品質(zhì)量成本反饋綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì) 從產(chǎn)品的全生命周期出發(fā)，考慮生命周期各個(gè)階段對(duì)環(huán)境的影響，特別是在產(chǎn)品生命終止后，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮廢棄產(chǎn)品如何回收、再生和利用

3、。3、人機(jī)工程 人機(jī)工程從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)研究“人-機(jī)(操作者的工作對(duì)象和環(huán)境)系統(tǒng)”中人、機(jī)之間的交互作用，研究人的生理和心理特征，合理分配人與機(jī)器的功能，正確設(shè)計(jì)人、機(jī)界面，使人、機(jī)相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮最大的潛力。 在封閉的“人-機(jī)系統(tǒng)”中，機(jī)器的顯示器顯示生產(chǎn)過程的信息變化；人的感受器(眼、耳等)感知和接受信息，傳給分析器(大腦)，對(duì)信息進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)、決策；由執(zhí)行器(四肢)根據(jù)決策信心作出反應(yīng)，操縱機(jī)器的控制器，使機(jī)器的工作狀態(tài)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)變，從而在機(jī)器的顯示器上顯示新的信息。4、并行工程對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程（包括設(shè)計(jì)過程、制造過程和支持過程）進(jìn)行并行，一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)

4、化工作模式。順序工程需求分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)原型產(chǎn)品并行工程需求分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)5.機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì) “最優(yōu)化設(shè)計(jì)”是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面的因素，以人機(jī)配合方式或“自動(dòng)探索”方式，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的半自動(dòng)或自動(dòng)設(shè)計(jì)，以選出在現(xiàn)有工程條件下的最佳設(shè)計(jì)方案的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)原則是最有設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)手段是電子計(jì)算機(jī)及計(jì)算程序，設(shè)計(jì)方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。 一、概述(1) 將設(shè)計(jì)問題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。 建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)變量，列出目標(biāo)函數(shù)，給出約束條件。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)與設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式

5、；(2) 采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法，求解數(shù)學(xué)模型。 可歸結(jié)為在給定的條件(例如約束條件)下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值問題。 概括起來，最優(yōu)化設(shè)計(jì)工作包括以下兩部分內(nèi)容：機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在給定的載荷或環(huán)境條件下，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的形態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制(約束)范圍內(nèi)，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種新的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件這三者在設(shè)計(jì)空間(以設(shè)計(jì)變量為坐標(biāo)軸組成的實(shí)空間)的幾何表示中構(gòu)成設(shè)計(jì)問題。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，但真正用于工程中則是在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后。一、概述一、概述二、基本步驟二、基本步驟1、建立計(jì)

6、算模型2、計(jì)算模型的合理離散原則劃分有限元網(wǎng)格3、求解4、有限元分析的前、后處理最惡加載位置有限元模型(四面體單元) 線性四面體單元5634個(gè)，節(jié)點(diǎn)9507個(gè) 例：汽車變速器齒輪有限元分析應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D從圖中分析可知，齒根最大彎曲應(yīng)力為230MPa，齒輪所用計(jì)算得材料的許用齒根彎曲應(yīng)力為988MPa。因此，有限元分析計(jì)算結(jié)果符合要求。齒根彎曲應(yīng)力沿齒寬方向基本呈對(duì)稱分布，在齒寬中間截面達(dá)到最大值。 輪齒位移云圖 最大位移發(fā)生在AB接觸線的齒頂處。分析圖可知，靠近齒根部分輪齒的厚度相對(duì)比較大，位移相對(duì)比較小，因此接觸應(yīng)力比較大；靠近齒頂?shù)牟糠郑嘄X比較薄，相同載荷用下，其應(yīng)力值比較小，而位移比較大，與理論相符。 接觸線上節(jié)點(diǎn)的位移變化圖 接觸線上節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變圖 從圖中可以看出，在接觸線上，距齒頂最近