现代机械设计方法与理论.doc
(完整word版)现代机械设计手册总目录
现代机械设计手册总目录(共6卷）化学工业出版社第1卷第1篇机械设计基础资料第1章常用资料和数据第2章法定计量单位和常用单位换算第3章优先数和优先数系第4章常用数学公式第5章常用力学公式第2篇零件结构设计第1章零件结构设计的基本要求和内容第2章铸件结构设计工艺性第3章锻压件结构设计工艺性第4章冲压件结构设计工艺性第5章切削件结构设计工艺性第6章热处理零件设计的工艺性要求第7章其他材料零件及焊接件的结构设计工艺性第8章零部件设计的装配及维修工艺性要求第3篇机械制图和几何精度设计第1章机械制图第2章尺寸精度第3章几何公差第4章表面结构第5章孔间距偏差第4篇机械工程材料第1章钢铁材料第2章有色金属材料第3章粉末冶金材料第4章复合材料第5章非金属材料第5篇连接件与紧固件第1章连接设计基础第2章螺纹连接第3章键、花键和销的连接第4章过盈连接第5章胀套及型面连接第6章焊、铆、粘连接第7章锚固连接第2卷第6篇轴和联轴器第1章轴第2章软轴第3章联轴器第7篇滚动轴承第1章滚动轴承的分类、结构型式及代号第2章滚动轴承的特点与选用第3章滚动轴承的计算第4章滚动轴承的应用设计第5章常用滚动轴承的基本尺寸及性能参数第8篇滑动轴承第1章滑动轴承的分类、特点与应用及选择第2章滚动轴承材料第3章不完全流体润滑轴承第4章液体动压润滑轴承第5章液体静压轴承第6章气体润滑轴承第7章箔片气体轴承第8章流体动静压润滑轴承第9章电磁轴承第9篇机架、箱体及导轨第1章机架结构设计基础第2章机架的设计与计算第3章齿轮传动箱体的设计与计算第4章机架与箱体的现代设计方法第5章导轨第10篇弹簧第1章弹簧的基本性能、类型及应用第2章圆柱螺旋弹簧第3章非线性特性线螺旋弹簧第4章多股螺旋弹簧第5章蝶形弹簧第6章环形弹簧第7章片弹簧及线弹簧第8章板弹簧第9章发条弹簧第10章扭杆弹簧第11章弹簧的热处理、强化处理和表面处理第12章橡胶弹簧第13章空气弹簧第14章膜片及膜盒第15章压力弹簧管第16章弹簧的疲劳强度第17章弹簧的失效及预防第11篇机构第1章结构的基本知识和结构分析第2章基于杆组解析法平面结构的运动分析和受力分析第3章连杆机构的设计及运动分析第4章平面高副结构设计第5章凸轮机构设计第6章其他常用机构第7章组合机构的设计第8章机构选型范例第12篇机械零部件设计禁忌第1章连接零部件设计禁忌第2章传动零部件设计禁忌第3章轴系零部件设计禁忌第3卷第13篇带、链传动第1章带传动第2章链传动第14篇齿轮传动(完整word版)现代机械设计手册总目录第1章渐开线圆柱齿轮传动第2章圆弧圆柱齿轮传动第3章锥齿轮传动第4章蜗杆传动第5章渐开线圆柱齿轮行星传动第6章渐开线少齿差行星齿轮传动第7章摆线针轮行星传动第8章谐波齿轮传动第9章活齿传动第10章塑料齿轮第15篇减速器、变速器第1章减速器设计一般资料第2章标准减速器及产品第3章机械无级变速器及产品第16篇离合器、制动器第1章离合器第2章制动器第17篇润滑第1章润滑基础第2章润滑剂第3章轴承的润滑第4章齿轮传动的润滑第5章其他元器件的润滑第6章润滑方法及润滑装置第7章典型设备的润滑第18篇密封第1章密封的分类及应用第2章垫片密封第3章密封胶及胶黏剂第4章填料密封第5章成形填料密封第6章油封第7章机械密封第8章真空密封第9章迷宫密封第10章浮环密封第11章螺旋密封第12章磁流体密封第13章离心密封第4卷第19篇液力传动第1章液力传动设计基础第2章液力变矩器第3章液力机械变矩器第4章液力耦合器第5章液黏传动第20篇液压传动与控制第1章常用基础标准、图形符号和常用术语第2章液压流体力学常用计算公式及资料第3章液压系统设计第4章液压基本回路第5章液压工作介质第6章液压缸第7章液压控制阀第8章液压泵第9章液压马达第10章液压辅件与液压泵站第11章液压控制系统概述第12章液压伺服控制系统第13章电液比例控制系统第21篇气压传动与控制第1章气压传动技术基础第2章气动系统第3章气动元件的造型及计算第4章气动系统的维护及故障处理第5章气动元件产品第6章相关技术标准及资料第5卷第22篇光机电一体化系统设计第1章光机电一体化系统设计基础第2章传感检测系统设计第3章伺服系统设计第4章机械系统设计第5章微机控制系统设计第6章接口设计第7章设计实例第23篇传感器第1章传感器的名词术语和评价指标第2章力参数测量传感器第3章位移和位置传感器第4章速度传感器第5章振动与冲击测量传感器第6章流量和压力测量传感器第7章温度传感器第8章声传感器第9章厚度、距离、物位和倾角传感器第10章孔径、圆度和对中仪第11章硬度、密度、粉尘度和黏度传感器第12章新型传感器第24篇控制元器件和控制单元第1章低压电器第2章单片机第3章可编程控制器（PLC）第4章变频器第5章工控机第6章数控系统第25篇电动机第1章常用驱动电动机第2章控制电动机第3章信号电动机和微型电动机第6卷第26篇机械振动与噪声第1章概述第2章机械振动基础第3章机械振动的一般资料第4章非线性振动与随机振动第5章机械振动控制第6章典型设备振动设计实例第7章轴系的临界转速第8章机械振动的作用第9章机械振动测量第10章机械振动信号处理与故障诊断第11章机械噪声基础第12章机械噪声测量第13章机械噪声控制第27篇疲劳强度设计第1章机械零部件疲劳强度与寿命第2章疲劳失效影响因素与提高疲劳强度的措施第3章高周疲劳强度设计方法第4章低周疲劳强度设计方法第5章裂纹扩展寿命估算方法第6章疲劳实验与数据处理第28篇可靠性设计第1章机械失效与可靠性第2章可靠性设计流程第3章可靠性数据及其统计分布第4章故障模式、效应及危害度分析第5章故障树分析第6章机械系统可靠性设计第7章机械可靠性设计第8章零件静强度可靠性设计第9章零部件动强度可靠性设计第10章可靠性评价第11章可靠性试验与数据处理第29篇优化设计第1章概述第2章一维优化搜索方法第3章无约束优化算法第4章有约束优化算法第5章多目标优化设计方法第6章离散问题优化设计方法第7章随机问题优化设计方法第8章机械模糊优化设计方法第9章机械优化设计应用实例第30篇反求设计第1章概述第2章反求数字化数据测量设备第3章反求设计中的数据预处理第4章三维模型重构技术第5章常用反求设计软件与反求设计模第6章反求设计实例第31篇数字化设计第1章概述第2章数字化设计系统的组成第3章计算机图形学基础第4章产品的数字化造型第5章计算机辅助设计技术第6章有限元分析技术第7章虚拟样机技术第32篇人机工程与产品造型设计第1章概述第2章人机工程第3章产品造型设计第33篇创新设计第1章创新的理论和方法第2章创新设计理论和方法第3章发明创造的情景分析与描述第4章技术系统进化理论分析第5章技术冲突及其解决原理第6章技术系统物-场分析模型第7章发明问题解决程序—-ARIZ法。
机械现代设计方法
机械现代设计方法引言在当今快速发展的科技环境中，机械设计领域也面临着许多挑战和机遇。
传统的机械设计方法已经不能满足现代复杂机械系统的需求，因此，机械现代设计方法应运而生。
本文将介绍和探讨机械现代设计方法的基本原理和应用，以期为机械工程师提供一些有益的参考。
什么是机械现代设计方法？机械现代设计方法是一种基于现代科技和工程技术的设计思路和方法。
它采用了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等现代工具和技术，旨在提高机械产品的设计效率和质量。
与传统机械设计方法相比，机械现代设计方法注重对产品功能、性能和制造过程的优化，同时更加注重可持续发展和环保。
机械现代设计方法的基本原理可视化设计机械现代设计方法首先采用可视化设计的原则，通过使用CAD软件进行三维实体建模和装配，将设计过程从二维图纸转化为虚拟的三维模型。
这种方法能够更直观地展示产品的外观和结构，方便设计师进行设计和修改。
另外，通过CAD软件，设计师还可以对产品进行动态模拟和运动学分析。
设计优化机械现代设计方法注重对产品功能、性能和制造过程的优化。
在设计过程中，设计师可以使用CAE软件进行结构强度分析、疲劳寿命预测等工程分析，以评估产品的工作性能并进行优化设计。
这种方法能够大大缩短设计周期，提高设计的准确性和可靠性。
快速原型制造机械现代设计方法还采用了快速原型制造的技术。
通过使用3D打印、数控加工等现代制造技术，设计师可以在短时间内制造出真实尺寸的产品原型，以验证设计方案的有效性。
这种方法能够及早发现问题和缺陷，并及时进行修正，从而降低产品开发成本和风险。
知识管理与复用机械现代设计方法还注重知识管理与复用。
通过建立设计知识库和数据库，收集和整理设计经验和数据，设计师可以更好地管理和利用已有的设计知识和资源。
这种方法可以提高设计效率和一致性，减少重复工作和避免重复设计。
机械现代设计方法的应用案例车辆设计机械现代设计方法在车辆设计领域得到了广泛应用。
现代机械设计方法
现代机械设计方法现代机械设计方法，是指以计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术为基础的机械设计方法。
它集成了计算机辅助设计、工程力学、材料力学、工艺学、控制学等多个学科的知识，通过数值模拟、虚拟样机等手段，实现机械设计的快速、精确和可靠。
首先，现代机械设计方法注重从理论到实践的无缝衔接。
传统的机械设计方法多依赖设计师的经验和试验数据，设计过程较为繁琐，且设计结果不易准确预测和优化。
而现代机械设计方法则通过数值模拟、虚拟样机等手段，能够在计算机环境下对机械设计进行试验、优化和验证，大大提高了设计效率和准确性。
其次，现代机械设计方法强调整体化设计。
传统的机械设计方法往往将机械产品看做独立的组成部分，设计过程中很难兼顾到整体的功能、性能和制造要求。
而现代机械设计方法则通过系统工程理论和方法，将机械产品视为一个整体系统，从整体的角度考虑功能、性能和制造要求的关系，使得设计的机械产品更加符合实际的工作环境和需求。
再次，现代机械设计方法注重数字化设计。
传统的机械设计方法主要依靠手工绘图和手工计算，设计结果存在重复劳动、错误率高和信息传递不精确等问题。
而现代机械设计方法则通过计算机辅助设计软件，实现以数字化方式进行设计、分析和优化，能够快速生成和修改设计图纸、自动计算和优化设计参数，大大提高了设计效率和精度。
最后，现代机械设计方法注重可视化和可交互性。
传统的机械设计方法往往只能通过文字和手绘草图来表达设计思想，很难直观地展现设计效果和交流意图。
而现代机械设计方法则通过三维建模、虚拟样机、动态仿真等技术，可以实现对设计过程和结果的可视化呈现和交互操作，设计师可以更加清晰地了解和表达设计需求，减少了误解和沟通成本。
总之，现代机械设计方法是以计算机辅助设计和制造技术为核心的机械设计方法，具有高效、精确、可靠、整体化、数字化、可视化和可交互等特点。
它在提高机械设计效率、降低设计成本、优化设计方案等方面具有重要的意义和应用价值，是现代工业发展的必然趋势。
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
机械设计及理论.doc
工程领域：机械工程一、机械设计及理论复试基本要求：（一）机械设计基础现代机器的组成、零件设计的基本原则、设计计算理论、强度和刚度概念，机械零件失效形式、常用零件的类型和设计方法；机械运动方案设计的主要内容；机构组成原理、常用机构的类型和设计方法、常用机构的特点及应用场合。
（二）材料力学扭转的概念、扭矩和扭矩图、剪应变、剪切虎克定律、圆轴扭转的强度条件与刚度条件；平面弯曲的概念。
梁的抗弯刚度、梁的变形和位移、挠度与转角、提高梁的弯曲刚度的措施。
参考书目：1.机械设计濮良贵主编高等教育出版社第七版2.机械原理孙恒主编高等教育出版社第六版3.材料力学单辉祖主编高等教育出版社二、机械制造及其自动化复试基本要求：1.金属的切削过程；切削力、切削热和切削温度；刀具磨损和刀具使用寿命；切削条件的合理选择。
2.工件的定位；工件的夹紧；夹具的选用；影响加工质量的因素；提高加工精度的工艺措施；影响表面质量的因素；提高表面质量的途径。
3.数字控制的基本概念；数控机床的组成及分类；数控系统的工作原理；插补的基本概念；插补方法的分类；数控程序编制的内容、步骤和方法。
4.CAD、CAPP、CAM、CAE、CAD/CAM的概念及内涵。
5.成组技术；特种加工技术；高速加工技术；数字化制造技术；绿色制造技术参考书目：1. 黄健求机械制造技术基础北京机械工业出版社 20052. 宁汝新 CAD/CAM 北京机械工业出版社 20043. 王永章数控技术北京高等教育出版社 2001注：也可以使用其它版本的同名教材。
工程领域：动力工程复试基本要求：一、《工程热力学》复习大纲理想气体状态方程，比热的概念及应用；热力学第一定律与第二定律的含义，卡诺循环、熵、焓的基本概念，正向卡诺循环效率和逆向卡诺循环效率的计算式及应用；气体的基本热力过程及其特点；水及蒸汽的性质与计算，湿空气的性质与计算；蒸汽动力装置及其循环的工作过程，郎肯循环在T-s图上的表示，循环图上各点的含义，循环性能指标的计算，循环的改进方法；蒸气压缩式制冷装置的原理，理论循环过程在T-s图上的表示，循环图上各点的含义，循环性能指标的计算，循环的改进方法；内燃机的类型及其基本特点；能源及节能技术。
第3章机械设计及现代设计方法(上课课件)
4、可靠性设计
可靠性设计——以概率论和数理统计为基础
，为保证产品可靠采用的一系列分析与设计技术
机械产品的可靠性设计分为：
1、方案论证阶段：可靠性指标 2、审批阶段：可靠性的评价 3、设计研制阶段：可靠性预测、分配和故障模式 4、生产及试验阶段：规范生产、进行寿命试验等 5、使用阶段：收集可靠性数据
➢形象思维与抽象思维： 形象思维：人脑对客观事物或现象的外在特点和
具体形象的反映活动。
抽象思维：凭借概念、判断、推理而进行的反映
客观现实的思维活动。
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3.3.2 创新思维
➢发散思维和收敛思维：
发散思维：一种求出多种答案的思维形式。 收敛思维：一种寻求某种正确答案的思维形式。 在创造活动中，光有发散思维的活动并不能使问 题获得有效的解决，所以发散思维之后尚需进行 收敛思维。 这两种思维的有效结合组成了创造活动的一个循 环过程。
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3.2 现代设计方法
3.2.2 传统设计与现代设计
传统设计
以生产经验为基础，运用经验、公式、图表、设 计手册等，着眼于产品的功能和技术规范，通过 经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。
传统设计的每一个环节都是依靠设计者用手 工方式来完成的：
方案设计
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3.2 现代设计方法
分析计算 信息处理、经验或知识的存储和重复使用没有一 个理想有效的方法 传统设计是以静态分析、近似计算、经验设计、 手工劳动为特征的设计方法。
1、产品的质量、性能、成本等在很大程度 上取决于设计的水平与质量。
2、统计资料表明：机械产品的质量事故约 有50%是由于设计不当造成的，产品成 本的70%-90%是由设计阶段决定的。
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3.1.2 设计的类型
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。
现代设计方法及理论
2009-2010学年第二学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目：现代设计方法及理论学生所在院（系）：机电学院学生所在学科：机械制造及其自动化题目：机械产品方案的现代设计方法及发展趋势第 1 页（共 6 页）机械产品方案的现代设计方法及发展趋势科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。
然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。
目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。
为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。
德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。
除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
现代机械设计方式、方法
现代机械设计方式、方法摘要：机械属于各行各业发展应用中必不可少的工具，在现代化机械设计工作中设计方式和方法发生了一定的转变，有效地提高了机械设计的效果。
因此在实际工作中，需要根据现代化机械的发展方向掌握最新的方式和方法，使机械设计效果能够得到充分的保证。
基于此本文论述了现代机械设计的方式和方法。
关键词：现代机械；机械设计；设计方式；设计方法随着机械产品在设计方式和理念上的不断创新，借助计算机和信息化等技术有效地保证了机械设计本身的性能和结构的科学性，在机械设计方式方法方面需要融入新型的技术方案，推动机械设计行业朝着新的方向不断的进步，同时还需要考虑行业未来的发展特点，解决在设计工作中所存在的挑战，更好的研究未来机械设计的发展方向，从而使机械设计能够获得有效的进步。
一、机械设计方式方法的概述在机械设计方式方法用的过程中，需要按照实际的需求和以往工作经验做好信息的整合，为后续经验设计提供重要的基础，在设计阶段包含了大量的公式和现有的设计手册，需要进行信息的有效整合，减少各种繁琐问题的发生概率，同时还需要从灵活性的角度来优化当前的设计模式，为后续使用提供重要的基础。
在设计工作中要根据时代发展方向加强对技术模式创新的重视程度，减少整体设计中的难点，并且还需要和设计周期相互的匹配，防止出现各种各样的质量问题和进度延缓问题，全面的优化机械产品本身的设计模式。
例如在实际设计的过程中需要在以往设计的基础上进行不断的创新以及调整，按照机械设计的标准和市场发展方向相互的同步，将更多新想法和新创意融入到机械设计中，不要拘泥于传统的设计形式，需要打破整体设计理念，从而推动机械设计行业的创新以及发展，多方位地符合现代化机械设计的需求。
在新时期背景下，设计人员需要研究新型的设计方法和理论内容，作出更加大胆的创新和改进，促进机械设计方式方法的创新，使行业竞争实力能够得到全面的提高。
在实际设计过程中也可以适当借鉴国外发达国家机械设计的相关经验，之后再按照机械设计的相关要求做好思路的有效整合，使机械设计科学就能够得到充分的保证，为机械后续的使用提供重要的基础。
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。
机械设计常用方法
参数尺寸计算 文件和程序
施工设计 生产
全部生产图纸 与技术文件
产品
机械产品设计过程中的方法和理论
设计阶段 设计方法 设计 理论及工具 技术预测理论 市场学 信息学 系统工程学 图论 形态学 创造学 思维心理学 决策论 线性代数 模糊数学
产品规划
预测技术与开发
方案设计
系统化设计法 创造性设计法 评论与决策方法论
并行设计：是一种集成、并行地处理产品的 设计制造及其相关过程的系统方法。 2、并行工程的特点 并行设计强调在产品开发的初始阶段就全面
考虑产品寿命周期的后续活动对产品综合性能
的影响因素，建立产品寿命周期中各阶段间性 能的继承和约束关系,以使产品在其寿命过程中 性能最优。
2-2-2.并行工程设计技术和方法 1、并向设计分析
1-1.传统设计和现代设计 传统设计：以经验为基础，运用长期的设计
实践和理论计算而形成的经验、公式、图表、设
计手册等作为设计的依据，通过经验公式近似系
数或类比方法进行设计。 现代设计：是传统设计的延伸和发展，并深 入、丰富和完善，是以满足市场产品的质量、性 能、时间、成本、价格综合效益为最优目的，以 计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以 多科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产
1、系统的模型
①串联系统模型
②并联系统模型
③混联系统模型
④备用冗余系统
⑤复杂系统
2、系统可靠性预测 ①串联系统可靠读度计算：
Rs (t ) Ri (t )
i 1
n
式中：
Rs (t ) Ri (t )
是系统的可靠度 是单元ⅰ的可靠度
i= 1,2,3……n。 ②并联系统的可靠度计算：
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。
23 - 现代机械设计方法简介-宋宝玉版
现代机械设计方法简介
六、有限元设计
2、基本步骤
3）确定状态变量及控制方法： 一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示 4）单元推导：形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵） 单元之间由节点相联结,通过节点传递力、温度、位移及其 他参量,单元内部的未知场函数(如位移、应力、温度、磁场 、电场等)可以通过一定阶数的单元节点参量的插值函数来 逼近,然后,在整个求解域内利用边界给定条件确定所有节点 的参量值(如节点位移、节点力、 节点温度等…),再反过来 利用节点参量(此时为已知)的逼近函数去代替单元内部的未 知场函数,求得单元内部任意点的未知量的近似值
4 高 5
≥0.9999 型建筑物、桥梁等
≥ 0.99999
失效后会造成灾难性后果，如核设施、
大型水电工程
现代机械设计方法简介
3、保证高可靠度的措施
1）故障预分析，找薄弱环节，首先保障； 2）提高基础数据的准确性（破坏性实验，基础数据库）
3）重要处，备用系统
UPS,副油箱等； 4）核设施等异常后果的处理
圆杆受拉力 N(up,σp)=N(30000,450)N
圆杆截面尺寸 N(ud,σd)=d ± 0.015d
材料屈服强度 N(ur,σr)=N(1076,42.2)MPa
圆杆受拉的强度可靠性模型
现代机械设计方法简介 按可靠性求解，当R= 0.999 时：
ZR
ur us
2 r
2 s
(3)当ur-us<0时, ZR<0, R<0.5,且σr、σs增大,R将朝着减小 的方向变化，此时Sn<1,这种情况在用安全系数法设计时 是不允许的. 由此可见,安全系数设计法存在不合理现象,没有考虑强度 及应力的离差σr、σs的影响.
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现代机械设计方法与理论引言科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。
然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。
目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。
为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1 系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。
德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法”，其设计流程见图1 。
图1 技术系统和产品的开发设计方法(德国工程师协会标准VDI2221)制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。
除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法，其质量功能布置方法概貌见图2。
图2 质量功能布置方法概貌(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。
同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。
下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1 设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。
我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3 “构思”—“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。
“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。
“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解［12］。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。
即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。
方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。
Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。
并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。
因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。
策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。
此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。
策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。
适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。
策略4：针对设计要求进行结构化求解。
该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4 矩阵设计法在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。
再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2 结构模块化设计方法从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。
Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品→(2)功能组成→(3)主要功能组件→(4)功能元件。
并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。
同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。
这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。
理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。
我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。
并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。
并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。
“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3 基于产品特征知识的设计方法基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。
欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用.为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1 编码法根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。
在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。