现代机械设计理论与方法
机械设计的基本原理
机械设计的基本原理1. 引言机械设计是利用物理学、力学、工程材料学等基础理论为基础，结合工程实践经验，对各种机械设备进行设计、研发和制造的过程。
本文将介绍机械设计的基本原理，并探讨其在工程实践中的应用。
2. 力学原理机械设计的基本原理之一是力学原理。
力学研究物体的静力学和动力学特性，主要包括受力分析、物体的平衡条件以及物体的运动规律等方面。
在机械设计中，力学原理可以帮助工程师确定机械部件的尺寸、形状和材料，以确保机械设备的结构稳定性和功能性能。
3. 材料力学材料力学是机械设计的另一个重要原理。
不同的材料具有不同的力学性能，包括强度、硬度、韧性等。
通过对材料的力学特性进行分析和测试，可以为机械设计者提供选择合适材料的依据。
在机械设计中，合理选择材料可以提高机械设备的耐用性和可靠性。
4. 运动学原理运动学原理研究物体的运动规律和运动参数，如速度、加速度和位置等。
在机械设计中，运动学原理可以用于确定机械系统的运动方式和传动方式。
通过对机械系统的动力学分析，可以优化系统的运动性能，提高工作效率。
5. 热力学原理热力学原理研究物体在能量转换过程中的性质和规律。
在机械设计中，热力学原理可以应用于热机设计和能量传递等方面。
合理利用能量和优化能量传递过程，可以提高机械系统的能源利用效率。
6. 润滑学原理润滑学原理研究物体表面间的摩擦和润滑特性，涉及到润滑方法、摩擦力以及润滑剂的选择等方面。
在机械设计中，润滑学原理可以用于减少机械部件的磨损和能量损失，提高机械系统的工作效率和寿命。
7. 结构设计原理结构设计原理是机械设计的关键原理之一，涉及到机械部件的形状、尺寸、布局等方面。
结构设计原理需要考虑到力学性能、材料力学、运动学等因素，并结合实际应用需求进行综合分析与优化。
8. 机电一体化原理机电一体化原理将机械设计与电气控制相结合，实现机械设备的自动化和智能化。
机电一体化技术在现代机械设计中得到广泛应用，提高了机械设备的精度、可靠性和生产效率。
机械设计工作原理
机械设计工作原理机械设计是一门集机械学、工程学和设计理论于一体的综合性学科，其目标是设计和研发出能够在实际运用中满足特定需求的机械装备和设备。
机械设计师需要掌握各种机械原理和工作原理，以便能够合理地设计和改进机械装置。
本文将介绍常见的机械设计工作原理。
一、力学原理力学是机械设计的基础，它包括静力学和动力学。
静力学研究物体在力的作用下的平衡状态，可以用来分析机械装置的结构强度和稳定性。
动力学研究物体在力的作用下的运动状态，可以用来分析机械装置的运动性能和运动稳定性。
二、运动学原理运动学研究物体的运动状态和规律，主要包括位置、位移、速度、加速度等概念。
机械设计师需要通过运动学原理，来确定机械装置的运动轨迹、速度和加速度，以实现设定的功能。
三、工程材料学原理工程材料学是机械设计中一个重要的方向，它研究各种材料的物理性能、力学性能和工程应用性能。
机械设计师需要了解各种材料的特性，选择合适的材料来制造机械装置，并考虑材料的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等因素。
四、热力学原理热力学是机械设计中不可忽视的一部分，它研究能量转化和能量传递规律。
机械装置在运行过程中通常会产生或消耗热能，热力学原理可以用来分析和优化机械装置的能量转换效率，并有效地降低能量损失。
五、流体力学原理流体力学研究流体的运动规律，包括气体和液体。
机械设计中的液压系统和气动系统都离不开流体力学原理的支持。
机械设计师需要在设计过程中考虑流体的压力、流速、流量、阻力等因素，以确保机械装置的正常工作。
六、控制原理控制原理是机械设计中的重要内容，它研究控制系统的设计和应用。
机械装置通常需要配备相应的控制系统，来完成特定的任务。
机械设计师需要掌握控制原理，设计合适的控制系统，以确保机械装置的稳定性和可靠性。
综上所述，机械设计工作原理涉及力学、运动学、工程材料学、热力学、流体力学和控制原理等多个学科的知识。
机械设计师需要全面了解这些原理，根据实际需求和应用场景，合理地应用这些原理来设计和改进机械装置，以满足工程设计的要求。
机械设计基础 第2版 教学课件 ppt 作者 王宁侠 《机械设计基础》第十三章_机械创新设计理论及方法
13.2机械创新设计寻找课题的方法
一、寻找创新题材 1.向生活索取 2.到各自的工作领域中发掘
二、寻找创新题材常用的方法 1.缺点列举法 2.希望点列举法 3.属性列举法 4.信息列举法
13.3总体方案设计阶段的创新方法
一、总体方案设计常用创新设计方法
1.类比法 （1）直接类比 （2）象征类比 2.形态综合法 （1）因素分析 （2）形态分析 （3）方案综合 3.“黑箱”分析法 4.设问法
13.1 基本创新原理
➢六、价值优化原理
优化设计的途径：
1)保持产品功能不变，通过降低成本，达到提高价值的目 的。 2)在不增加成本的前提下，提高产品的功能质量，以实现 价值的提高。
3)虽然成本有所增加，但却使功能大幅度提高，使价值提 高。 4)虽然功能有所降低，成本却能大幅度下降，使价值提高。 5)不但使功能增加，同时也使成本下降，从而使价值大幅 度提高。
13.3总体方案设计阶段的创新方法
二、机构创新设计常用方法 （一）机构组合法 1.通过串联组合机构 2.通过并联组合机构 3.复合式机构组合 4.通过叠加组合机构 （二）机构演绎法 1.机构的运动副演化 2.构件变异 3.机构的倒置演化 （三）还原法
13.4结构技术设计阶段的创新方法
一、利用变异原理创新 二、利用组合原理创新 三、利用完满原理创新 四、利用逆向创新原理创新 五、利用人机工程学创新
13.1 基本创新原理
➢四、逆向创新原理思路反转过来，寻找解决问题的 新途径、新方法。逆向创新法亦称为反向探索法。
➢五、还原创新原理
还原法则又称抽象法则，即回到根本、回到事物的起点。 暂时放下所研究的问题，反过来追根溯源，分析问题的 本质，从本质出发另辟蹊径进行创新的一种模式。此法 的特点为“退后一步，海阔天空”。
机械工程中的最优化理论与方法研究
机械工程中的最优化理论与方法研究机械工程是一门涉及设计、制造、维修和改进机械设备的学科。
为了提高机械设备的性能和效率，最优化理论和方法在机械工程中起着重要的作用。
本文将探讨机械工程中的最优化理论和方法，并说明其在机械工程中的应用。
首先，最优化理论是指在给定约束条件下，寻找最优解的数学理论和方法。
在机械工程中，最优化理论可以应用于机械设备的设计和优化。
例如，对于汽车发动机的设计，可以使用最优化理论来确定最佳的气缸布置和活塞运动轨迹，以提高燃烧效率和减少能量损失。
此外，最优化理论还可以用于机械零件的尺寸优化，以减少材料消耗和提高结构强度。
其次，最优化方法是指解决最优化问题的具体算法和技术。
在机械工程中，最优化方法的应用非常广泛。
例如，遗传算法是一种基于进化理论的最优化方法，可以用于机械设备的结构优化。
通过对设计变量的随机变异和选择，遗传算法可以逐步优化设计方案，找到最适合问题的解决方案。
此外，梯度下降法是一种常用的最优化方法，可以用于机械系统的参数优化。
通过计算目标函数的梯度信息，梯度下降法可以找到函数的最小值或最大值。
在机械工程中，梯度下降法可以应用于机械系统的控制参数优化和动态响应优化等问题。
除了最优化理论和方法，机械工程中还涉及到一些特定的最优化问题。
例如，机械装配路径规划问题是在给定装配顺序和约束条件下，确定机械装配路径，以提高装配效率和减少装配错误。
这个问题可以看作是一种求解最短路径问题的最优化问题，可以使用图论中的最短路径算法进行求解。
此外，机械传动系统的齿轮优化问题是另一个重要的最优化问题。
在齿轮传动中，通过优化齿轮参数和传动比，可以实现齿轮传动的最佳效果和最大传递效率。
总结起来，机械工程中的最优化理论和方法是提高机械设备性能和效率的关键。
通过应用最优化理论和方法，可以优化机械设备的设计和优化，提高其性能和效率。
最优化理论和方法还可以用于解决一些特定的最优化问题，如机械装配路径规划和齿轮优化等。
现代设计理论与方法
§2机械设计的流程和特点（续）
机械设计的本质：
图
0-6
是功能到结构
机 械
的映射过程，是技
设 计
术人员根据需求进
作 业
行构思、计划并把流源自程设想变为现实可行
图
的机械系统的过程。
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§2机械设计的流程和特点（续）
❖机械设计具有个性化、抽象性、多解性的 基本特征，如图0-7所示：
§3.2成型期
❖欧洲
1962年，在伦敦举行了第一届设计方法会议，主要围绕系统设计方法研 究，探讨设计过程的全面管理的系统方法和用于设计过程的系统技术。
1968年，在英国，The Design Council成立。
❖美国
1968年，在美国波士顿的MIT举行了“环境设计与规划中的新方法”会议， 着重探讨设计的复杂性问题，理解设计者如何用传统的设计方法解决设 计问题。
所引起，而80%的修改工作在产品制造阶段或后续阶段陆续 完成。
图0-4 设计与修改成本的比例
武汉理工大学智能制造与控制研究所
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
因此，可以得到这样的启示： 在设计越来越显示其重要性的今天，
掌握新的设计思想，应用新的设计方法和 技术，采用新的设计工具，对于提高企业 产品竞争力，具有非常重要的意义。
❖ 日本
1971年，由北乡薰等人编著的“设计工学系列丛书”出版发行，比较全面地论述了设 计方法和技术。
1979年，日本东京大学吉川弘之教授在日本精密机械杂志上发表“一般设计学序说” 一文，提出了一般设计学理论。
§1.1 设计在产品开发中的重要地位(续)
产品设计仅 需整个产品开 发过程中大约 8%的工时成本
现代机械设计理论与方法(1)
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
机械设计中的机械设计理论与方法
机械设计中的机械设计理论与方法机械设计是机械工程的核心领域之一，它涉及到各种机械设备、结构和系统的设计。
在机械设计中，机械设计理论与方法是非常重要的，它们为机械设计的成功提供了基础和指导。
本文将探讨机械设计中的机械设计理论与方法，并介绍它们的应用。
一、机械设计理论在机械设计中，有一些经典的机械设计理论被广泛应用。
其中最重要的是强度学说和刚度学说。
强度学说是机械设计中的基本理论之一。
它通过计算应力和应变来评估机械结构的强度，确定机械结构的承受能力。
强度学说包括材料强度学和结构强度学两个方面。
材料强度学研究材料的强度和刚度，而结构强度学研究结构的强度和稳定性。
通过强度学说，机械工程师可以选择合适的材料和确定结构的尺寸，以满足机械设备的使用要求。
刚度学说是机械设计中的另一个重要理论。
刚度学说研究机械结构的刚度和挠度，以评估结构的刚性和稳定性。
刚度学说认为机械结构在受力作用下应具有足够的刚性，不会发生过大的弯曲变形。
通过刚度学说，机械工程师可以设计出具有良好刚度的机械结构，以提高机械设备的工作精度和稳定性。
二、机械设计方法机械设计方法是机械设计过程中的具体操作指南，它们帮助机械工程师将设计理论转化为实际的机械产品。
在机械设计中，有一些常用的机械设计方法。
1. 参数化设计方法参数化设计方法是一种通过设定参数和约束条件来实现机械设计的方法。
通过设定不同的参数值，可以生成不同的设计方案。
参数化设计方法可以提高设计的灵活性和效率，同时减少设计错误的可能性。
例如，机械工程师可以通过改变零件的尺寸参数来满足不同的设计要求。
2. CAD设计方法CAD（计算机辅助设计）是一种使用计算机辅助工具进行机械设计的方法。
CAD可以帮助机械工程师进行设计、分析和优化，提高设计效率和设计质量。
通过CAD设计方法，机械工程师可以在计算机上建模、仿真和验证设计方案，以实现快速的设计迭代和优化。
3. 模块化设计方法模块化设计方法是一种将机械设计分解为多个独立模块，并对每个模块进行独立设计的方法。
机械设计理论与方法
摘要本文简要介绍了机械设计的发展历程，阐述了现代机械设计理论，主要设计方法及其研究现状，并展望了机械设计未来发展趋势，而且用实例展现了现代机械设计方法。
关键词：发展历程，设计理论，设计方法，研究现状，未来趋势引言设计是把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种方法和手段，是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人们为满足一定的需求而进行的一种创造性活动的实践过程。
就机械设计而言，它是从给定的合理的目标参数出发通过各种手段和方法创作出一个所需的优化的机器或机构的过程。
机械设计理论和方法是随着人类无止休的需求及科学技术的进步而发展和成熟的。
近几十年来电子技术、信息技术、计算机技术的突飞猛进让机械设计发生了翻天覆地的变化，出现了有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等新方法，使设计质量和速度有很大提高。
作为将来的机械工程师十分有必要了解机械设计理论和方法的发展历程、研究现状、未来发展趋势，熟悉和掌握现代机械设计方法，应用于实际。
一、发展历程机械设计发展史可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，“二战”后至今为现代设计阶段。
每一个阶段在设计理论和方法方面都有明显的特色。
1.1古代机械设计自古人们就想把双手从繁重的劳动中解放出来，因此可以说自人类诞生以来就开始设计制造机械。
我国古代在这方面就有相当辉煌的成就。
发明了如指南车、计鼓里车、纺织机械、水力机械、天文仪器等一大批精巧的机械。
这一阶段的机械设计以直觉为主，技术由师傅传授，基本没有技术交流。
受生产力发展限制，材料主要为木材（难怪“机械”两字偏旁都为“木”)，设计制造周期长。
1.2近代机械设计西方文艺复兴运动的兴起，解放了思想，对自然科学的研究如火如荼，一批又一批科学家呕心沥血，孜孜不倦，进行基础科学研究，为机械设计理论与方法提供指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。
【设计】机械设计理论与方法
【关键字】设计“机械设计理论与方法”读书报告摘要：机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备的重要任务。
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志，因此通过了解机械设计理论与方法的发展历程，深刻体会机械设计理论和方法的研究现状，并掌握机械设计理论与方法的发展趋势，才能不断强化自己的能力，为提升我国工业技术水平做出一份贡献。
关键词：机械设计理论发展趋势优化方法齿轮传动一、引言：作为一名车辆工程专业的大三学生，我通过学习机械原理和机械设计（正在学习）这两门课程，初步了解了机械行业这个领域，但是，仅仅是从这两本书上学到的内容是远远不够的，于是，我在课余时间查阅了很多机械行业的书籍，现在对其设计理论和方法有了一个比较细致的了解，在这篇文章当中，我将结合我课堂上学到的知识和从图书馆查阅到的一些内容，对中国机械设计理论与方法的发展和中国机械行业形势进行系统的阐述。
二、机械设计理论与方法的发展历程设计方法的发展进程大致可划分为机械设计起源和古代机械设计、近代机械设计、现代机械设计三个阶段，其第一阶段是从古代社会到17世纪，这段时期我国在武器，纺织机械，农具、船舶等方面都有发明，设计制造水平处在世界领先地位，在世界机械工程史上占有十分重要的位置；从17世纪到第二次世界大战结束这段时间是近代机械设计阶段，在这一阶段，古典力学为机械工业的迅速发展提供了有力的技术理论支持，机械设计在计算方法和数据积累上也有了很大的发展；从第二次世界大战之后，机械设计进入了现代机械设计阶段。
计算机和自动化在设计过程当中占得比重越来越大，机械设计的速度和质量也有了大幅度的提升，具有了明显的现代化特色。
按其内容来分，机械设计理论与方法又可分为：直觉设计阶段，经验设计阶段和理论设计阶段。
这两种划分是一一对应的，只是从不同角度来划分机械设计的发展史。
三、机械设计理论与方法的研究现状现代产品设计理论与保守的设计方法是截然不同的，现代产品设计理论与方法是利用计算机辅助进行优化设计和可靠性计算。
现代机械设计理论与方法
东北大学继续教育学院现代机械设计理论与方法试卷（作业考核线上2） A 卷（共 5 页）总分题号一二三四五六七八九十得分一．选择题（可多选，每題2分，共20分）1. 在全部功能或主要功能的实现原理和结构未知的情况下，运用成熟的科学技术成果所进行的新型的机械产品设计，属于（A）。
A) 开发性设计B) 适应性设计C) 变型性设计2. 机械设计的一般程序，应该是（C）。
A) 设计规划、技术设计、方案设计、施工设计B) 技术设计、设计规划、方案设计、施工设计C) 设计规划、方案设计、技术设计、施工设计D）设计规划、方案设计、施工设计、技术设计3. 机械设计学强调（D）来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。
A) 从机构学的观点B) 从结构学的观点C) 从专业的角度D) 从功能的观点4. 利用对未知系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构，这种方法称为（A）。
A) 黑箱法B) 列举法C) 移植法D) 筛选法5. 布置传动系统时，一般把链传动安排在传动链的（B）。
A) 低速端B) 高速端6. 以下的结构设计中，哪些结构比较合理？（B）。
A) B)7. 考虑到加工和装配工艺性时，（A）图的设计比较合理。
A) (a) B) (b) C) (c)8. 薄板单元相当于平面单元和薄板弯曲单元的总和，每个节点有（C）个自由度。
A) 2 B) 3 C) 59. 下图中的x1点为（C），x2点为（B ），x3点为（A）。
A) 极限设计点B) 非可行设计点C) 可行设计点10. 吸取、借用某一领域的科学技术成果，引用或渗透到其他领域，用以变革或改进已有事物或开发新产品，这是应用了（C）。
A) 综合创造原理B) 分离创造原理C) 移植创造原理D) 物场分析原理E) 还原创造原理F) 价值优化原理二．判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分）1. 机械系统方案设计中的关键内容是原理方案设计。
现代机械设计理论与方法
现代机械设计理论与方法现代机械设计理论与方法是指建立在现代机械学、计算机科学、网络、控制等多种理论和技术支持下，进行机械设计活动的理论和方法。
主要包括机械产品概念设计、矩阵分析法、机械有效性分析法、参数化设计、CAD/CAE/CNC系统及新技术应用等内容。
机械产品概念设计是机械设计的重要过程，其中概念设计尤其重要。
它建立在需求分析和标准分析的基础上，以解决技术问题，主要实现高效、可靠、经济的产品设计。
概念设计通常是以抽象的意念确定解决问题的方式，就是从未来的想象出发，利用经验和科学的方法确定产品的设计参数，形成概念设计方案。
通常还会结合在此之前相关的计算机辅助设计、有限元分析等活动，使设计的时间减少，提高了产品的设计质量和效率。
矩阵分析法是机械设计中最常用的重要方法，它可用来求解机械系统结构及参数问题，是机械基础理论研究的常用方法。
矩阵分析可通过利用数学矩阵将机械系统结构及参数的解的一般公式表示出来，用数学矩阵的语言和结构来描述机械系统的参数。
它是一种高效的结构分析方法，它可以把复杂的机械系统划分为便于求解的小系统，然后用这些小系统的解表示机械系统的解，由此解决复杂的机械系统参数求解问题。
机械有效性分析法是近年来机械学研究中崛起的一门理论，它旨在综合运用数学计算、专业机械学知识和工程知识分析机械系统的有效性，既要从中提取机械系统的功能及其参数，同时也要量化分析机械系统的有效性，尤其是应力、位移、运动等状态及其作用在系统上的变化，从而精确分析出最优化的机械系统结构及参量。
参数化设计是一种新型设计思想，旨在建立一种能使设计者和分析者集中共同专注于任务的工作方法，它以模型、变量和函数等抽象的概念样式描述复杂系统的设计模型，将设计模型中的变量逻辑联系，从而解决设计模型的中的参数关系，使设计效果更加理想。
与传统的设计方法相比，参数化设计可以充分利用计算机，对设计模型进行快速有效地分析计算，从而大大减少了设计周期，提高了机械设计的效率和质量。
机械设计原理与方法书籍
机械设计原理与方法书籍
机械设计原理与方法是机械工程领域的重要内容，涉及到机械
设计的基本原理、方法和技术。
在这个领域中，有很多经典的书籍
可以作为参考和学习的资料。
以下是一些常见的机械设计原理与方
法的书籍：
1.《机械设计手册》（Machine Design Handbook），这本书是
机械设计领域的经典参考书籍，涵盖了机械设计的基本原理、材料
选择、零件设计、装配和可靠性等方面的内容。
它是一本全面介绍
机械设计理论和方法的权威性著作。
2.《机械设计基础》（Fundamentals of Machine Component Design），这本书介绍了机械设计的基本原理和方法，包括静力学、动力学、材料力学和机械零件设计等内容，适合作为机械设计的入
门教材。
3.《机械设计导论》（Introduction to Mechanical Engineering Design），这本书主要介绍了机械设计的基本原理和
方法，包括设计过程、材料选择、零件设计和装配等内容，适合作
为机械设计的入门教材。
4.《机械设计》（Mechanical Design），这本书系统地介绍了
机械设计的基本原理和方法，包括设计过程、材料选择、零件设计、装配和可靠性设计等内容，适合作为机械设计专业的教材。
以上这些书籍涵盖了机械设计的基本原理和方法，对于想要深
入了解机械设计的读者来说，都是很好的参考书籍。
当然，随着科
技的不断发展，还有很多新的机械设计原理与方法的书籍不断涌现，读者可以根据自己的需求和兴趣选择适合自己的书籍进行学习和参考。
希望这些信息能够帮助到你。
当前机械设计理论与方法的探讨
随着科技 的进步 ，新兴学科 和技术 的不断 涌现 ， 原来 的一些机 械 设 计方法已适应 不了当今 的时代 潮流。特别是 方案设 计是 目前智 能化 Ｃ Ａ Ｄ 的瓶颈之一 ，已成 为各 国设计学者研究 和探讨 的热点 。本文从 以 下几个方面浅谈 一下机械设计的理论和方法。
１ 现代机械 设计的概念和地位 机械设计是指根据对 机械产 品的设计要求 ， 应 用当代 先进技 术成 果 ，通过设计人员的创新思维 ，经过反复调查 、分析 、 论证 、 判 断做 出决策 ，并采 用适 当的设 计模 型使之量 化 ，最 终将输入 的物料 （ 毛 坯 、半成品等 ）、能量 （ 机械能 、电能 、热能等 ） 或信号 （ 测量值 、 数据 、控制信号等 ） 转化为功能完善 、技术先进 、经济合算 、造型优 美 、深受用户欢迎的技术装置或机械的过程。 机械设计是 生产机 械产品的第一 步 ，是决定机械产品性能的关键 环节。据统计 ，机械产 品的生产成本 ，７ ０ ％由设计 阶段决定 。所 以必 须把好设计关。 ２ 现 代机械设计发晨趋势 随着科技 的进 步 ， 设 计水 平发展很快。首先 ，机械设计的基础理 论和各种专业产 品设计机理 的研究得到进一步加强 ；其次 ，关键零部 件的设计研究得到加强 。
当前 机械 设计理论 与方法的探讨
徐东兵
摘 （ 江苏省盐城技师学院，江苏 盐城 ２ ２ ４ ０ ０ ２ ） 要 ：机械作为制造依据的过程，其主要 目标是 ：在各种各样的限制条件下设计出较好的机械。设计者的任务是按具体情况权衡轻重 、统筹兼
顾 ，使设计的机械具有最优的综合技术经济效果 ，以满足人们的各种需求。
色彩 、 形状 、表面质量 、人机工程等 ，并将最初的设想用Ｃ Ａ Ｄ 立体模 型表示出来 ， 建立能够体现整个产品外形 的简装模 型。 （ ２ ） 开发——设计产品。该 阶段主要根据 系统合成原理 ，在立体 模 型上配置和集成解元素 ，把实现功能的关键性解元素配置到立体模 型上之后 ，即可对产品的配置进行 分析 。产 品配置分析是综合产品规 划和开发结果 的重要手段 。 （ ３ ） 生产 规划——加工和装配产 品。在这一阶段 中运 用Ｃ Ａ Ｄ 技 术 ，用计算机 图案显示解元素在相应位 置的装配过程 ，即通过虚拟装 配模型揭示 造型和装配 间的关系 ，由此发现难点 和问题 ，并找 出解决 问题的方法 。借助于现代计算机软硬件技术 ， 通过三维 图形软件 、多 媒体和超媒体技术 以及虚拟现实技术进行设计 。
机械设计理论与方法
机械设计理论与方法
机械设计理论与方法是指在进行机械产品设计过程中所涉及的理论知识和方法论。
它涉及到了机械工程学科的多个领域，包括机构学、机械动力学、机械强度学、工程设计基础等。
机械设计理论与方法的目标是通过科学的方法和技术手段，提高机械产品的性能、质量和可靠性，减少生产成本，并满足用户的需求和要求。
它包括以下几个方面的内容：
1. 机械系统构成与设计：机械设计需要从整体上考虑机械系统的构成和设计。
这包括确定机械产品所需功能和性能，选择合适的结构和部件，进行配合和布局等。
2. 机械运动与传动：机械产品设计中需要考虑到运动与传动的问题。
这包括确定机械系统的运动方式，选择合适的传动装置，进行动力分析和控制等。
3. 机械强度与刚度：机械产品的强度和刚度是设计中非常重要的考虑因素。
设计师需要根据应力分析和变形分析确定合适的材料和结构，以保证机械产品的安全性和稳定性。
4. 工程设计基础：机械设计还需要掌握一些工程设计基础知识和方法，包括设计原理、设计计算、CAD/CAM技术等。
这些基础知识可以帮助设计师更好地
进行机械产品的设计和优化。
通过学习和应用机械设计理论与方法，设计师可以更加科学和高效地进行机械产品设计，提高设计质量和效率，满足用户的需求和市场竞争。
机械创新设计常用方法
机械创新设计的常用方法：1、头脑风爆法；2、6-3-5法；3、类比法；4、查有关参考书浏览网站；5、咨询教授；6、从现有的发明专利中找灵感；7、TRIZ理论。
头脑风暴法头脑风暴法的特点是要求与会者尽可能地解放思想，无拘无束地思考问题，不必顾虑自己的想法是否“离经叛道”或“荒唐可笑”。
创造一种自由、活跃的气氛，激发参加者提出各种荒诞的想法，是与会者思想放松。
这是获得高质量创造性设想的条件。
6-3-5法即每次会议请6个人参加，每人在卡片上默写3个设想，每轮历时5分钟。
这种方法和头脑风暴法很像，针对头脑风暴的局限性，即有的创造性很强的人喜欢沉思，但会议无此条件，会上表现力和控制力强的人会影响他人提出设想，会议严禁批评，虽然保证了自由思考，但难于及时对众多的设想进行评价和集中。
提出了635法。
635法的特点是，组织者给每个人发几张卡片，每张卡片上标上1、2、3号，在每两个设想之间留出一定的空隙，好让其他人再填写新的设想。
在第一个5分钟内，要求每个人针对议题在卡片上填写3个设想，然后将设想卡传递给右邻的与会者。
在第二个5分钟内，要求每个人参考他人的设想后，再在卡片上填写3个新的设想，这些设想可以是对自己原设想的修正和补充，也可以对他人设想的完善，还允许将几种设想进行取长补短式的综合，填写好后再右传给他人。
这样，半小时内传递5次，可产生108条设想。
从收集上来的设想卡片中，将各种设想，尤其是最后一轮填写的设想进行分类整理，然后根据一定的评判准则筛选出有价值的设想。
类比法类比法即比较分析两个对象之间某些相同或相似之点，从而认识事物或解决问题的方法。
类比法应用比较广泛，比如我们常见的仿生技术的原理也是类比法。
比如雷达的发明灵感是从蝙蝠来的、飞机的发明是根据鸟类的飞行来的、军用越野车的发明是按蜘蛛爬行的原理。
查有关参考书浏览网站现在网络覆盖范围很广，许多人都通过网络来发表自己的看法，所以网上有很多值得我们借鉴的好的想法。
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2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2)
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1) 产品的使用属性 2) 产品的社会属性 3) 产品的服务属性
海尔是如何赚钱的？ 你把保险公司的产品放到哪里去了？
3 现代设计与传统设计的根本区别
1) 手工的、静态的、经验的设计，被动地分析产品的性能 2) 计算机化的、动态的、科学的设计，主动地设计产品的性能
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一个好的原理构思有时不能成为产品，原因是因为结构、 材料和工艺问题无法得到合理解决。因此在创新构思阶段要考 虑一些主要结构和工艺实现的可能性，以利于实用化。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第一步：用黑箱法寻找总功能的转换关系
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解（分解依据——挖掘机的技术轮廓）。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第三步：建立功能结构图
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第四步：寻找原理解法和原理解组合
序 号
A B C D E F
分功能
1 推压 铲斗 提升 回转 能量转换 能量传递与分配 齿条 正铲斗 油缸 内齿轮传动 柴油机 齿轮箱
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
1 市场需求分析
1) 消费者对产品功能、性能、质量和数量等的具体要求 2) 现有类似产品的销售情况和销售趋势 3) 竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发展趋向 4) 主要原料、配件和半成品的现状、价格及变化趋势等
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
2 可行性分析
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合法或相关表和相关网法进行组合
2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2 方案设计 3 技术设计 4 施工设计
工程设计中，大多数人理解施工设计十分重要，其原因是施工设计是十分费时而细致 的工作，而且多数人只能看到施工设计或只有看见施工设计的能力。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
明确所设计系统的目的、任务和要求 撰写设计任务书 目的：提供设计、评价和决策的依据
系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
一 设计过程剖析
1 产品规划
重要度：极高。极少数人行为确定，受控度低，无补救措施。 重要度：高。少数人行为确定，受控范围小，补救困难。 重要度：中。较多人行为确定，受控范围大，较易补救。 重要度：低。受控度高，一般能及时发现，易补救。
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
2 产品属性变化对设计的要求（传统产品与现代产品）
二 现代设计的范畴
1 信息论方法 , 如信息分析法、技术预测法等。它是现代设计方法的前提。 2 系统论方法 , 如系统分析法、人机工程以及面向产品生命周期的设计。 3 控制论方法 , 如动态分析法等。 4 优化论方法 , 它是现代设计方法的目标。 5 对应论方法 , 如相似设计、反求工程设计等。 6 智能论方法 , 如 CAE 、并行工程、人工智能等。是现代设计方法的核心。 7 寿命论方法 , 如可靠性设计、价值工程和稳健性设计等。 8 离散论方法 , 如有限元和边界元方法。 9 模糊论方法 , 如模糊评价和决策等。 10 突变论方法 , 如创造性设计等。它是现代设计方法的基础。 11 艺术论方法 , 如艺术造型等。
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2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
第二步：总功能分解
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
2 功能分析的目的
1) 启发创造性 2) 全面掌握对产品各方面的要求 3) 避免设计的盲目性 4) 全面考虑功能和成本的关系功能分析
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
3 功能的分类
1) 基本功能和辅助功能
手机的功能分析
2) 必要功能和不必要功能
短命的产品——金长城家用电脑的功能分析
3) 使用功能和外观功能
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2）组合的方法可以采用形态矩阵法(亦称为模幅箱法—— 利用形态学方法建立起的模幅箱)。 形态矩阵法是把系统功能元和其所对应的各个解分别作为 纵、横坐标，列出“功能求解矩阵”，然后从每个功能元中取出 一个对应解进行有机组合，以构成一个系统解的方法。 功能原理方案确定时应该注意的问题：
技术物理解方案序号
2 钢丝绳 反铲斗 绳索 外齿轮传动 油泵 液轮 链传动 皮带传动 3 油缸 抓斗 4
G
H I
制动
变速 行走
带式制动
液压式 履带
闸瓦制动
齿轮式 轮胎
片式制动
液压—齿轮 迈步式
圆锥形制动
轨道—车轮
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2.1 机械系统的功能原理设计
2.1.6 系统（产品）原理方案的综合
1）把各种功能元的局部解合理地予以组合，就可以得到 一个系统的多个原理解。
2 系统分析设计模式 3 创造性设计模式
1.2 设计过程和设计技术简述
二 设计技术
知识维 逻辑维 时间维
三 机械结构设计
第二章 系统分析设计方法
传统设计方法的缺陷
孤立、静止地分析问题 得到的结论具有片面性和局部性 增加系统的实现难度和成本
失败的案例分析：某大型企业的技术引进——XX压力机设计
1.2 设计过程和设计技术简述
设计方法的研究内容
设计素质的培养
做合格的设计人员
设计步骤和程式
组织和执行设计
解决具体问题的方法和手段
科学而娴熟的方法
1.2 设计过程和设计技术简述
一 机械设计过程简述
1 基本设计步骤
1) 2) 3) 4) 调查研究 方案设计 工作图设计 样机试制与鉴定
现代机械设计理论与方法
第一章 概 述
课程教学的目的
培养学生运用现代先进的设计理论和方法解决
工程问题的能力。
教学内容
现代设计理论：重点内容为系统分析法及创造
性思维。 现代设计方法：重点内容为有限元分析、优化 设计和反求工程设计。
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计