《綜合設(shè)計(jì)法與工程應(yīng)用》作業(yè)

1、課程名稱：綜合設(shè)計(jì)法與工程應(yīng)用姓名： 學(xué)號： 班級： 聯(lián)系電話： 2011年 11月 06日綜合設(shè)計(jì)法與工程應(yīng)用大作業(yè)（共4題，合計(jì)100分。占總成績的70%，其余30%的成績?yōu)槠綍r(shí)出勤成績。）簡要說明1+3+X綜合設(shè)計(jì)法中“1”、“3”和“X”的含義，以及你對其的理解。（20分）答：“1”：功能設(shè)計(jì)。功能設(shè)計(jì)是以消費(fèi)者的潛在需求為依據(jù)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能組成，經(jīng)過功能成本的定價(jià)分析，由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、企業(yè)安排生產(chǎn)、開展針對性的營銷，將產(chǎn)品交到目標(biāo)消費(fèi)者手中?！?”：動態(tài)設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、可視化設(shè)計(jì)。動態(tài)設(shè)計(jì)是以非線性振動理論為基礎(chǔ), 以非線性振動、非線性動力有限元和非線性多體系統(tǒng)動力學(xué)為

2、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。智能設(shè)計(jì)是指不斷完善和提高智能機(jī)器的智能化程度，不斷向高層次智能發(fā)展和完善的設(shè)計(jì)過程。可視設(shè)計(jì)法是一種數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，強(qiáng)調(diào)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中全面應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對機(jī)器及系統(tǒng)進(jìn)行模型構(gòu)建、功能模擬和過程仿真等。為了有效實(shí)施可視優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，裝備制造企業(yè)通常需要搭建設(shè)計(jì)平臺，將該法應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中。 “X”：特殊設(shè)計(jì)。其他設(shè)計(jì)方法。結(jié)合課程所學(xué)，闡明產(chǎn)品廣義質(zhì)量（產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量）與產(chǎn)品使用質(zhì)量有何不同。（20分）答：產(chǎn)品使用質(zhì)量（產(chǎn)品的質(zhì)量Q）的定義應(yīng)是:執(zhí)行或完成使用的工作要求所能表現(xiàn)的能力(或所能達(dá)到的水平)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量（產(chǎn)品廣義質(zhì)量）的定義應(yīng)是:執(zhí)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作要求所能表現(xiàn)的

3、能力(或所能達(dá)到的水平), 產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量=功能+性能.產(chǎn)品的使用質(zhì)量與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量是不相同的, 產(chǎn)品的質(zhì)量主要體現(xiàn)用戶的要求,而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量應(yīng)體現(xiàn)用戶、 企業(yè)和社會的所有要求。產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量體現(xiàn)在主輔功能與三大性能的綜合,因此,功能與性能構(gòu)成產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的各個(gè)質(zhì)量單元,我們稱它們?yōu)橘|(zhì)量元素。由此,由 m 質(zhì)量單元組成的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量可表示為 對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量是由功能和性能所組成, m的最大值不大于功能與性能數(shù)量之和。產(chǎn)品的使用質(zhì)量與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量是不相同的,它組成的質(zhì)量元素也不同,所以由 k 個(gè)質(zhì)量單元組成的產(chǎn)品的使用質(zhì)量可表示為對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量是由功能和性能所組成, m的最大值不大于功

4、能與性能數(shù)量之和。產(chǎn)品功能優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容與方法（框圖形式畫出）。（20分）答：淺談機(jī)械結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)（意義、目的、內(nèi)容、方法與途徑及展望）。（40分）答：機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義：近三十年來，各種高速運(yùn)行的大型機(jī)械設(shè)備故障頻繁，損失嚴(yán)重。除此以外, 離心壓縮機(jī)、大型風(fēng)機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、大型軋機(jī)等, 常常由于振動而引發(fā)嚴(yán)重的破壞事故, 在較輕的情況下，也會降低其工作效率, 使機(jī)器不能在全負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行。 因此, 近十多年來, 世界各國都十分重視機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的振動問題, 在設(shè)計(jì)機(jī)器的過程中, 需要考慮的基本問題之一是如何設(shè)法消除可能出現(xiàn)的那些有害的振動。因此，機(jī)械動態(tài)設(shè)計(jì)已經(jīng)逐

5、漸成為機(jī)器設(shè)計(jì)過程中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 目的：結(jié)構(gòu)性能要符合要求，結(jié)構(gòu)性能包括一些幾點(diǎn)：人機(jī)安全性、系統(tǒng)可靠性、設(shè)備耐用性、機(jī)器緊湊性、材料適用性、造型藝術(shù)性、環(huán)境無害性、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容：)設(shè)計(jì)內(nèi)容動態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)、參數(shù)（運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、強(qiáng)度、可靠性、摩擦學(xué)等）方法與途徑：機(jī)械動態(tài)設(shè)計(jì)的方法和途徑大致包括以下八個(gè)方面： 1)運(yùn)動學(xué)參數(shù)的計(jì)算振動機(jī)械的運(yùn)動學(xué)參數(shù)(振幅、頻率、運(yùn)動軌跡與振動方向角等)因其用途的不同而有區(qū)別。振動機(jī)械的類型有 a）輸送給料類振動機(jī) b）篩分選別類振動機(jī) c）破碎粉磨類振動機(jī) d）成型密實(shí)類振動機(jī) e）振搗打拔類振動機(jī) f）測試診斷類振動儀器與設(shè)備等。

6、振動機(jī)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，要求在指定的運(yùn)動學(xué)參數(shù)的條件下，能獲得較理想工藝指標(biāo)，由此確定最佳的運(yùn)動學(xué)參數(shù)。2)按初步設(shè)計(jì)圖樣或?qū)嵨镞M(jìn)行動力學(xué)建模在動力學(xué)建模過程中，通常要完成下面一些工作：a)根據(jù)實(shí)際機(jī)器及其零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立可用于動力學(xué)分析的力學(xué)模型。b)根據(jù)實(shí)際機(jī)器及其零部件實(shí)際工況，確定作用于其上的作用力和載荷譜。c)對于一般機(jī)械系統(tǒng)，要根據(jù)機(jī)器及其零部件的實(shí)際工況，確定該系統(tǒng)的有關(guān)振動參數(shù)：質(zhì)量、阻尼與剛度。對于結(jié)構(gòu)件，應(yīng)將該結(jié)構(gòu)按照有限元方法劃分為可供分析的計(jì)算單元。d)建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程式。3）動態(tài)特性分析與動力學(xué)參數(shù)計(jì)算不管是一般振動系統(tǒng)的動力學(xué)方程，還是結(jié)構(gòu)有限元動力方程，求它

7、們的動態(tài)特性的方法基本相同。求解它們的固有頻率和振型，可先略去外作用力和阻尼，這時(shí)方程可寫成 （1）上述方程有下列形式的解 （2） 將式 (2) 代入式（1）,得 由以上方程即可求出系統(tǒng)的固有頻率和振型.個(gè)自由度的系統(tǒng)有個(gè)固有頻率，每個(gè)固有頻率都有相應(yīng)的振型。此外，還可對動力學(xué)方程進(jìn)行坐標(biāo)變換，將方程變換到主坐標(biāo)或正規(guī)坐標(biāo)上，然后求出系統(tǒng)的動力響應(yīng)。 4）其他動力學(xué)特性分析對于振動機(jī)械來說，除固有頻率、振型和動力響應(yīng)以外，還有其它一些動力學(xué)特性需要計(jì)算，例如：a）對于自同步振動機(jī)，還應(yīng)驗(yàn)算其同步性條件和同步狀態(tài)的穩(wěn)定性條件，指明在給定條件下可以獲得所要求的工作狀態(tài)和運(yùn)動軌跡。b）非線性特性對振

8、動機(jī)工作性能的影響。分段線性非線性振動系統(tǒng)非線性的強(qiáng)弱對振動響應(yīng)的影響，以及工作點(diǎn)的選擇對振幅穩(wěn)定性的影響等，也是非線性振動機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的問題。5）實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑼ǔ０ㄒ韵聝?nèi)容：a）選擇試驗(yàn)樣機(jī)或制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。b) 選用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法。c) 測定所設(shè)計(jì)機(jī)器及其零部件的模態(tài)參數(shù)和動態(tài)特性。d) 依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)的物理參數(shù)（質(zhì)量、剛度與阻尼等）進(jìn)行識別。e) 對機(jī)器的初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。 試驗(yàn)方法a) 對某些機(jī)器或結(jié)構(gòu)，可采用敲擊法。 b) 通過機(jī)器的起動與停機(jī)，測定機(jī)器在各種轉(zhuǎn)速下各部位的振幅及振型。c) 用變頻器來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，測知在各轉(zhuǎn)速情況下各部位的振幅振型。

9、振動測量時(shí)，應(yīng)同時(shí)測量輸入和輸出。輸入的激勵有各種不同的形式，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。測得輸入和輸出，便可算出頻率響應(yīng)函數(shù)，由此可按照所測得的激勵和響應(yīng)，推算出系統(tǒng)的動態(tài)特性。 常根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行試驗(yàn)和分析。6) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對系統(tǒng)的未知參數(shù)進(jìn)行辨識在參數(shù)識別中，最簡單的是模態(tài)參數(shù)識別，模態(tài)參數(shù)的識別有多種方法，可在頻域中進(jìn)行識別，也可在時(shí)域中進(jìn)行識別。7）審核與修改準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是相同的。例如，所選取的線性或非線性運(yùn)動學(xué)參數(shù)，應(yīng)能使機(jī)器獲得所要求的工藝指標(biāo)；所選取的動力學(xué)參數(shù)，應(yīng)能使所設(shè)計(jì)的機(jī)器獲得所需的運(yùn)動軌跡、頻率和振幅，同時(shí)應(yīng)使所設(shè)計(jì)的機(jī)器有良好的隔振性能及其它動力學(xué)特性；使所設(shè)計(jì)的機(jī)器及其

10、零部件的動應(yīng)力在許用范圍內(nèi)等等。對于振動機(jī)械的某些結(jié)構(gòu)件，如振動篩篩框、振動輸送機(jī)的槽體等，它們的固有頻率不應(yīng)與工作頻率相近，即應(yīng)使工作頻率與低階固有頻率及高階固有頻率的關(guān)系保持在以下范圍內(nèi)，同時(shí)，要求結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布與剛度分布較為均勻，慣性能與彈性能分布趨于均衡。即不應(yīng)使構(gòu)件有薄弱的部分，各部分的剛度不應(yīng)有過大差別。 對于非線性振動系統(tǒng)，還要考慮亞諧共振動和超諧共振動。 8）對結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改對機(jī)器或結(jié)構(gòu)的線性或非線性問題進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)動力修改技術(shù)有正問題和反問題兩大類。正問題是根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)（質(zhì)量、剛度和阻尼）的改變量求結(jié)構(gòu)的動力特性的改變。這類問題在結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)中時(shí)常遇到。結(jié)構(gòu)動力修改的反問題是已知動態(tài)特性，求結(jié)構(gòu)參數(shù)，這類問題在結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)中及避免共振時(shí)經(jīng)常遇到。結(jié)構(gòu)動力特性修改的方法有多種，有矩陣攝動法、傳遞函數(shù)法和靈敏度法等。展望：為做好產(chǎn)品的動態(tài)設(shè)計(jì)，應(yīng)該重視以下問題： (1)開設(shè)相關(guān)課程：加強(qiáng)對機(jī)器及其零部件的動力學(xué)問題的研究, 在高等學(xué)校應(yīng)開設(shè)機(jī)械振動學(xué)、結(jié)構(gòu)有限元分析及機(jī)械動態(tài)設(shè)計(jì)的課程；(2)理論研究：針對目前機(jī)械設(shè)備國存在的諸多非線性動力學(xué)問題，深入開展相關(guān)理論問題的研究；(3)試驗(yàn)研究：加強(qiáng)機(jī)械動態(tài)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)研