机械设计方法简介
现代机械设计方法介绍PPT(16张)
《现代机械设计方法》是其中的重要组成部分！学 习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一 些新的设计理论和方法。
《现代机械设计方法》大纲
一．总体要求
1. 了解创新设计、有限元分析、优化设计、可靠性设计 等方法的原理、功能、特点与工程应用。
有系统的理论 方法，但往往 只能近似满足 运动学要求
方案设计 创造性
运动学分 动力学分 析与设计 析与设计
零件工作 能力设计
结构设计
受到计算手段 的制约，分析 较简单。
常将复杂问题简化，得出近 似公式或经验公式。一般按 静载荷计算，引入动载系数
常采用类比 的方法
机械零件设计的一般步骤
机械零件设计的一般步骤
现代设计方法
特征和发展动向：
• 以动态取代静态 • 以定量取代定性 • 以变量取代常量 • 以优化取代可行性设计 • 以并行取代串行设计 • 以微观取代宏观 • 以系统工程取代分部处理 • 以自动化取代人工设计
具体方法：
• 计算机辅助设计 • 优化设计 • 可靠性设计 • 虚拟产品设计 • 参数化设计 • 智能设计 • 分形设计 • 网上设计 • 创新设计 • 反求工程
设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争 激烈、产品更新速度加快的新形势。
2.机械现代设计方法 机械现代设计方法简介1 现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应
用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下 列转换：
以动态的取代静态的─如机器结构动力学计算。 以定量的取代定性的─如有限元计算。 以随机量取代确定量─如可靠性设计。 以优化设计取代可行性设计─如优化设计。 并行设计取代串行设计─如并行设计。 微观的取代宏观的─如微－纳米摩擦学设计。 系统工程法取代分部处理法─如系统工程。 自动化设计取代人工设计的转化─如计算机辅助设计。
简洁工程机械设计方案
简洁工程机械设计方案简介随着工程建设的发展，工程机械在日常施工中起着关键作用。
然而，目前市场上的工程机械设计方案存在着过于复杂、功能繁多等不足之处。
为了满足用户日益增长的需求，我们提出了一种简洁工程机械设计方案。
设计理念简洁工程机械设计方案以简化机械结构、优化功能、提高效率为设计理念。
通过精简机械结构，减少不必要的零部件，简化操作界面，提高用户的使用体验和工作效率。
设计内容1. 机械结构设计我们通过优化机械结构，精简零部件的数量，提高机械的稳定性和耐久性。
在选择材料方面，采用高强度、轻质的材料，既保证了机械的强度，又减轻了整机重量，提高了机械的搬运和操控的便利性。
2. 功能优化设计在功能设计方面，我们以用户需求为导向，精心设计了功能布局和操作界面。
通过用户调研和反馈，优化了机械的功能布局，保留了核心功能，去除了冗余的功能，简化了整机的操作流程。
同时，在操作界面上做了细致的调整，使用户能够快速上手，提高施工的效率。
3. 节能环保设计节能环保是现代工程机械设计的重要方向之一。
在简洁工程机械设计方案中，我们采用了先进的节能技术，优化了机械的能耗和排放。
通过有效地利用能源，减少材料的浪费，降低排放物的排放，实现了对环境的保护和可持续发展。
4. 维修保养设计简洁工程机械设计方案还考虑到了维修保养的便利性。
我们在设计过程中注重维修保养的可行性，通过合理的布局和设计，使维修保养工作更加简单和高效。
同时，还提供了详细的维修保养手册和培训，方便用户进行维护工作。
优势与特点1. 简约设计简洁工程机械设计方案独特之处在于其简约设计风格。
通过减少零部件的数量、优化功能布局和操作界面，使整机更加简洁、轻巧、易于控制。
2. 高效能简洁工程机械设计方案通过精简结构、优化功能和节能环保设计，使机械的性能得到极大提升。
从而提高了施工效率、降低了能耗和排放物的排放。
3. 便于维修保养简洁工程机械设计方案考虑了维修保养的便利性，通过合理的布局和设计，使维修保养工作更加简单和高效。
机械工程学基本知识
机械工程学基本知识一、机器的基本组成1、机器的基本组成要素在一台现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、信号、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体仍为机械系统。
无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。
所以，机器的基本组成要素就是机械零件（也就是制造装配的单元）。
通用零件—在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉、螺母、齿轮、链轮等等机械零件专用零件—在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶片、飞机的螺旋桨、往复式活塞内燃机的曲轴等等任何机器的性能，都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合性能的基本之上的。
比如我们公司的成型机，其主要性能在于转轮、压棒、压轮以及模具等等之间的配合，只有这些零件的性能得到保证，我们才能保证整机的综合性能，才能确保机台的精密度（暂不考虑人的因素）。
2、机器的基本组成部分一部完整的机器的组成如下图所示：原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源（简单的一个原动机，复杂的有好几个，现代使用的为电动机或热力机，如我们的成型机，切割机都用电动机）执行部分：完成机器预定功能的组成部分。
（如成型机的模具压制成型功能，切割机的砂轮的切割功能等等）传动部分：完成把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
例如把旋转运动变为直线运动，高转速变为低转速，小转矩变为大转矩，把转轮的轴线转过90度（应用涡轮涡杆）。
以上三部分只是机器的三个基本部分，随着机器功能越来越复杂，对机器的精确度要求也就越来越高，如只有以上三个部分，使用起来就会遇到很大的困难，所以，我们还会在机器上不同程度地增加其它部分，如控制系统和辅助系统。
例如新成型机的报数系统。
以新成型机为例，电动机是成型机的原动机；涡杆涡轮组成传动部分；模具及上下滚轮组成执行部分；控制面板上的启动、停止、调速器等等组成控制系统；速度表、电表、产品记数器等组成显示系统；照明灯及仪表盘灯组成照明系统；报数警报器及安全感应器组成信号系统等。
《机械设计手册》综合
热处理工艺性
分析零件的材料性能和热处理要求，确定合理的热处理工 艺方案，以保证零件的机械性能和使用寿命。
典型零件结构设计实例
轴类零件设计
包括轴的结构设计、材料选择、强 度计算和校核等内容，以满足轴的 支撑、传动和导向功能要求。
齿轮类零件设计
包括齿轮的几何参数计算、结构设 计、材料选择和强度校核等内容， 以保证齿轮的传动精度和承载能力。
密封件选用
根据密封装置的要求和机器性能，选用合适 的密封件类型和规格。
04 机构运动设计与分析
平面连杆机构设计
平面连杆机构的基本类型 和特点
包括铰链四杆机构、曲柄滑块 机构、导杆机构等，介绍各类 型机构的运动特性和适用场景 。
平面连杆机构的设计方法
根据机构运动要求，选择适当 的机构类型和尺寸，进行运动 学和动力学分析，优化设计参 数。
零件结构工艺性分析
铸造工艺性
分析零件的壁厚、圆角、拔模斜度等是否符合铸造工艺要 求，避免产生铸造缺陷。
锻造工艺性
分析零件的几何形状、尺寸精度和表面质量等是否符合锻 造工艺要求，以提高材料的利用率和降低加工成本。
切削加工工艺性
分析零件的结构特点、材料性能和加工精度等是否符合切 削加工工艺要求，以便制定合理的加工工艺路线和选用合 适的切削刀具。
刚度计算
对机械零部件进行刚度计算， 确保其在使用过程中不会发生 过大的变形。
稳定性分析
对细长或薄壁机械零部件进行 稳定性分析，防止其在使用过
程中发生失稳现象。
疲劳寿命预测
疲劳载荷
分析机械零部件所受的交变 载荷，确定其疲劳载荷谱。
疲劳强度
根据材料的疲劳性能和零部 件的应力集中情况，确定其 疲劳强度。
机械创新设计简介
第十三章机械创新设计简介第一节概述第二节常用的创造性思维模式和方法第三节机械的创新设计第四节产品造型创新设计简介第一节概述一、创新设计的概念机械创新设计MCD（Mechanical Creative De sign）是指更充分地发挥设计者的创造力和智慧，利用人类已有的相关科学理论、方法和原理，以及最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，进行新的构思、设计出新颖、有创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。
开发设计创新设计变异设计反求设计开发设计:从提出方案到完成设计全过程都是全新的、探索性的，创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产和生活的需要。
变异设计:在已有产品的基础上，针对原有产品存在的缺或新的功能要求，从工作原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定的变异，改进机械产品的技术性能、可靠性、经济性和适用性，设计出新产品以适应市场需求。
反求设计:针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型的创新产品。
无论哪种创新设计都要求设计师在设计环节上突破常规惯例，追求与前人、众人不同的的方案，提出新原理、新方法、新机构、新形式、新材料等，在求异是寻求创新，将设计者的智慧具体物化在整个设计过程中。
二、机械创新设计与常规机械设计以及创造发明的关系1.机械创新设计与常规机械设计常规机械设计过程一般可以分为这样4个阶段：（1）机械总体方案设计设计者根据设计任务书的要求，广泛收集同类机械或相近机械的性能参数，使用情况、优缺点等技术资料和数据，而后进入机械总体方案设计阶段。
机械总体方案设计在很大程度上决定了未来机械的面貌，对机械的性能、成本影响很大。
（2）机械的运动设计机械运动设计的内容包括：机构主要尺寸的确定、机械运动参数的分析、传动比的确定与分配等。
（3）机械的动力设计在运动设计的基础上，确定作用在机械系统各构件上的载荷并进行机械的功率和能量计算。
机械运动方案设计
机械运动方案设计简介机械运动方案设计是在机械工程领域中，针对特定的需求和目标，设计出适合的机械运动方案。
机械运动方案设计涉及到运动学、动力学、材料力学等多个方面的知识，以及相关的工程设计原理和技术。
机械运动方案设计在实际工程项目中具有广泛的应用。
例如，在制造业中，机床的运动方案设计决定了机床的加工能力和精度；在机器人领域，机器人的运动方案设计决定了机器人的动作灵活性和工作效率。
因此，机械运动方案设计对于实现特定的运动需求和优化机械系统的性能具有重要意义。
设计过程机械运动方案设计通常包括以下几个步骤：1.确定运动需求：根据具体的应用需求，确定机械系统需要实现的运动方式和运动参数。
例如，确定机床的加工速度和精度要求，或者确定机器人的工作空间和运动速度要求。
2.运动分析：根据运动需求，进行运动学和动力学分析，确定机械系统的运动轨迹、速度和加速度等参数。
运动分析可以使用数学模型和计算机仿真等方法进行。
3.结构设计：根据运动分析的结果，设计机械系统的结构和零部件。
结构设计需要考虑到机械系统的刚度、稳定性和重量等因素。
4.动力传递设计：根据运动分析的结果和结构设计的要求，设计机械系统的动力传递装置，包括传动轴、联轴器和传动装置等。
动力传递设计需要考虑到传动效率、传动比和扭矩传递能力等因素。
5.控制系统设计：根据运动分析的结果和结构设计的要求，设计机械系统的控制系统，包括传感器、执行器和控制算法等。
控制系统设计需要考虑到系统的稳定性、响应速度和控制精度等因素。
6.性能评估和优化：通过实际测试和仿真分析，评估机械系统的性能，并根据评估结果进行优化设计。
性能评估和优化可以包括加工精度、工作效率、能耗和噪声等指标。
7.制造和调试：根据设计结果，制造机械系统，并进行调试和测试。
制造和调试过程需要考虑到材料和工艺等因素。
设计原则在机械运动方案设计过程中，有一些常用的设计原则和准则可以帮助工程师设计出满足要求的机械系统。
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
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
现代设计方法与传统设计方法的区别
分为三个阶段。首先是直觉设计阶段，这一阶段从全凭直观感觉设计制作工具、机械开始到 与数学结合起来分析现有工具和装置的工作机理，在力学和机械学的基础上对已有结构、装 置的性能进行分析。然后是经验设计阶段及传统设计阶段，这一阶段从 17 世纪数学、力学 和物理学结合后开始。这阶段设计主要依靠个人的才能和经验，运用一些基本设计计算理论， 借助类比、模拟和试凑等设计方法来进行，这样大大减少了设计的盲目性，有效地提高了设 计效率和质量并降低了设计成本，但也有在设计理论、方法、本质等方面的局限。最后是现 代设计阶段，这一阶段始于 20 世纪 40 年代，是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术 的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科，是以设计产品为目标的一个 知识群体的统称。可见，现代设计方法是在传统设计方法的基础上，不断吸收现代理论、方 法和技术以及相邻学科最新成就而发展起来的。现代设计方法与传统设计方法是机械设计发 展的两个不同阶段。 2 传统设计方法与现代设计方法比较
这阶段设计主要依靠个人的才能和经验运用一些基本设计计算理论借助类比模拟和试凑等设计方法来进行这样大大减少了设计的盲目性有效地提高了设计效率和质量并降低了设计成本但也有在设计理论方法本质等方面的局限
现代设计方法与传统设计方法的区别
摘要：本文先介绍了机械设计方法发展的不同阶段，再对传统设计方法和现代设计方法进行 简要介绍，并在此基础上对两者的区别进行详细的分析和阐述。 关键词：传统设计方法；现代设计方法；比较
方法，它是现代设计的目标；⑸对应论方法，如相似设计法；⑹智能论方法，如 CAD、CAM、 计算机辅助计算，它是现代设计法的核心；⑺寿命论方法，如可靠性设计和价值工程；⑻离 散论方法，如有限元和边界元分析设计法；⑼模糊论方法，如模糊设计法；⑽突变论方法， 如创造性设计，它是现代设计法的基础；⑾艺术论方法，如艺术造型设计。
机械设计简介
机械设计简介机械设计，一门融合了创意、技术与实用的艺术。
它旨在根据人类需求，创造出功能强大、结构合理、外观美观的机械设备。
在这个充满无限可能的时代，机械设计正不断推动着社会进步，为我们的生活带来便捷。
机械设计的核心在于解决实际问题。
设计师需充分了解机械原理，把握材料性能，结合先进技术，将抽象的概念转化为具体的产品。
这一过程涉及构思、绘图、计算、试验等多个环节，每个环节都至关重要，共同塑造了机械设计的独特魅力。
1. 功能性：机械设计要满足使用功能，确保设备能够在各种环境下稳定运行，实现预期目标。
2. 结构性：合理的结构设计有助于提高机械设备的强度、刚度和稳定性，降低生产成本，延长使用寿命。
3. 安全性：在设计过程中，充分考虑操作人员的安全，降低事故风险，是机械设计师的重要责任。
4. 美观性：随着审美观念的提升，机械设计在追求功能的同时，也越来越注重外观造型，以提升产品竞争力。
5. 经济性：在保证质量的前提下，降低成本，提高生产效率，使产品更具市场竞争力。
机械设计之旅：从灵感涌现到产品落地设计前的准备：深入调研，精准定位在机械设计的起点，设计师需要对市场需求、用户需求和技术发展趋势进行深入调研。
这一阶段的工作至关重要，因为它直接关系到产品的市场定位和设计方向。
设计师们需要倾听用户的声音，了解竞争对手的产品，从而找到设计的切入点。
创新思维：打破常规，追求卓越细节打磨：精益求精，追求完美在机械设计中，细节决定成败。
设计师们需要对每一个零件、每一条曲线进行精细打磨，确保它们不仅美观，而且实用。
从螺纹的精度到表面的处理，每一个细节都体现了设计师对品质的追求。
这种精益求精的态度，是打造优质机械产品的基石。
协同合作：跨学科融合，共创辉煌机械设计并非孤军奋战，它需要多学科、多领域的协同合作。
设计师们需要与工程师、技术人员、市场营销人员等共同工作，将各自的专业知识融合在一起，共同打造出卓越的产品。
这种团队合作的氛围，也是机械设计成功的关键。
1 机械设计基础概论
工作能力计算准则：根据零件失效的原因，可建立相应的零件工作 能力的判定条件。
计算准则包括：①强度判定条件：应力许用应力； ②刚度判定条件：变形量许用变形量； ③耐磨性判定条件：压强许用压强； ……。 判定条件可概括为：计算量许用量。
1、机械零件的强度准则（基本条件） 强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。 判定准则：零部件在载荷作用下的工作应力不超过许用应力。
2、 磨损的分类
按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把 磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。
(1）粘着磨损 也称胶合，摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动 中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。
(2）磨粒磨损 也称磨料磨损，是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运 动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。
•经济性要求 1、应尽可能采用先进的设计方法，计算机辅助设计，加快 设计进度，降低设计成本； 2、尽量采用标准件、通用件，产品系列化； 3、采用新技术、新材料和新结构，选用高效传动系统以降 低能耗； 4、考虑机器的机械化、自动化水平，提高机器的生产率。
•满足社会要求 操作方便、省力，劳动强度低，维修简便；能够安全运行； 造型美观；低噪音、无毒、低辐射等。
另外，要考虑材料的费用（材料费占成本的30﹪以上）。
材料的费用 （材料费占成本 的30﹪以上）
原材料的价格 包 括
零件制造费用
机械零件材料具体的选用措施： (1)尽量采用高强度铸铁来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金 材料代替有色金属材料； (2)采用热处理或表面强化处理等工艺，充分发挥利用材料的 潜在力学性能； (3)合理采用表面镀层等方法，减少磨损速度，延长零件的使 用寿命； (4)采用组合式零件结构，使得工作部分用贵重材料，非工作 部分用廉价材料（如部分铸铁刀具只在刀尖处用金刚石、大型蜗轮 用青铜齿圈和铸铁轮心的组合式结构）； (5)优化工艺方案，提高材料的利用率； （6）用本地富有元素合金钢代替稀有元素合金钢，金属采购、 运输费用。
机械零件设计的基础知识及设计方法简介
Modern Considerations & Others
1. Safety 2. Ecology (land, air, water, thermal pollution) 3. Quality of life 4. Reliability and maintainability 5. Aesthetics
计算准则
一、强度(Strength)准则
强度 (Strength) 是指零件在载荷作用下抵抗
断裂、塑性变形及表面损伤的能力。 计算条件为：
σ ≤ [σ ]
S ≥ [S]
另一种表示方式是：
σ 2 σ1
[σ ]
二、刚度(Rigidity)准则
刚度 (Rigidity) 是指零件受载后抵抗弹性变 形的能力。 计算条件为：
内、外圈破裂实例
二、过量变形
过量变形 过量的弹性变形 塑性变形
塑性变形(Plastic Distortion)：零件过载时，塑性材 料发生塑性变形。 过量的弹性变形(Excessive Elastic Distortion)： 微小的弹性变形不可避免，但过量的弹性变形会 使零件、机器不能正常工作。
设计/绘图
制造样机
实物样机 实 验
产品定 型生产
改进设计
现代设计方法
（一）计算机辅助设计(CAD) （二）优化设计 (Optimization Design) （三）可靠性设计 (Design for Reliability) （四）模块化设计 (Modularization Design) （五）机械系统设计 (Mechanical System Design) （六）价值分析 (Value Analysis) （七）专家系统 (Expert System) （八）机械动态设计 (Mechanical Dynamic Design) （九）并行设计 (Concurrent Engineering)
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.
第09章 机械设计方法简介
首第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法首§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。
他们之间有区别，也有共同性。
传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。
一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成首完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计)3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成首§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计首1 .计算机辅助设计•（1)概述•计算机辅助设计：(Computer Aided Design－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。
•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。
•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。
2 .可靠性设计首（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。
（2）与传统设计的区别a传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。
可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。
（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计首`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tS Sab应力－强度分布曲线的相互关系首载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图(5) 机械强度可靠性设计首1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。
机械设计
机械设计方案书学校名称：浙江师范大学学生：曹旻班级：机械082学号：08556203一、设计简介此次设计，将设计任务分成两个部分，行走装置设计与机械手设计，充分考虑二则的结合性，使底盘重心位置、驱动力、人质的抓取与放置满足设计要求。
从越壕沟和爬墙考虑，重心和动力是首要解决的问题。
因此行走装置采用的是三节履带移动方式，重心尽量靠于中间位置，爬墙时驱动力和前后摆臂履带动力加大，使机器人顺利越过隔离墙。
机械手设计时从抓取人质的“快”，“准”、“轻”，三方面考虑，将大部分重量移到底盘上，从而保证了行走装置的稳定性。
为了机械爪能够可靠的抓取“人质”。
“人质”的抓取与放置过程采用将每个“人质”夹在机械手上，翻越隔离墙，运送到安全通道旁边，通过计算机械臂的伸缩与折叠长度，使机械臂定位准确，抓取可靠。
二、机械系统设计1、底盘设计（1）机构与传动设计底盘是移动机器人最重要的组成部分，其主要的要求是轻量化，运动快速化，本机采用履带式移动装置，具有一个自由度，可绕水平轴180旋转。
其机构原理如下图所示。
线旋转01、2.单履带轮3、4.支撑杆5、6、7.履带8、9双履带轮10、11.左右驱动轮电机12、13支撑杆旋转电机机器人移动装置基本结构形式是有六节履带的对称式布置结构，前后两节履带分别有支撑杆180。
双履带轮8、9是一个固定的整体，3、4连接，有支撑杆旋转电机12、13驱动可旋转0它是由驱动电机10、11出来带动一个齿轮再传到双履带轮进行车身的前进后退和转弯。
双履带轮8、9相对与驱动电机10、11两端伸出的轴有相对运动，单个履带轮1、2相对于它的轴也有相对运动。
双履带轮8、9内侧安放履带6，双履带轮8、9外侧和单履带轮分别安放履带5、7。
（2） 驱动轮电机的确定确定正压力估算机械装置总质量为4kg ，则 机械装置总重量为G=10*m=40N ，则车体在045斜坡上所产生的正压力NG F 28.2845sin 0==确定驱动力根据汽车行驶条件（空气阻力与加速阻力忽略不计），由分析可知： 所以坡摩驱F F F +≥ （履带与地面的摩擦系数为5.0=s f ）NF N F N f F F N f F F s N s N 4014.3414.14205.040'=∴≥===⨯==驱驱坡摩取确定驱动轮转距由于要在限定的时间内完成任务,所以转速要求高一点,可取车轮转速为50r/min,车轮直径为55mm ，则车轮周长为 mm D L 7.1725514.3=⨯==π， 行驶距离s =6000mm=6m ，可得 理论行驶时间h=45s ，驱动轮转距cm kg mm N D F M ⋅=⋅=⨯==39.985.9382/5514.342/驱驱 取安全系数1.5，则cm kg T ⋅==⨯=1.1416.175.139.9驱动轮所需的有效功率W FV p w 9.3)100060/(5514.34014.34=⨯⨯⨯⨯==因此选择电机型号ZGA37RH的电动机。
机械设计优化方法
机械设计优化方法一、简介机械设计优化是指通过系统性的方法，对机械结构或系统进行改进和优化，以满足特定要求和性能指标。
机械设计优化方法包括参数化设计、拓扑优化、材料优化等，这些方法可以提高机械系统的功能性、可靠性和效率。
二、参数化设计参数化设计是指在机械设计中，利用一定的参数和公式，对设计对象进行建模和描述。
通过合理设定参数的取值范围，对比不同参数组合下的设计结果，以达到最佳的设计效果。
参数化设计方法可以提高设计的灵活性和效率，减少试错成本。
三、拓扑优化拓扑优化是指在机械结构设计中，通过优化杆件的形状和位置，使得结构在满足特定力学条件下尽可能轻量化。
拓扑优化方法将设计对象抽象为拓扑结构，通过对拓扑结构的优化求解，得到最优的结构形态。
拓扑优化在航空航天、汽车制造等领域有广泛应用，可以有效提高机械系统的性能。
四、材料优化材料优化是指在机械系统设计中，选择合适的材料以实现特定的性能目标。
通过对材料的选择、合金化和热处理等手段，可以提高机械系统的强度、硬度和耐磨性等性能。
材料优化方法需要结合材料科学和机械设计知识，以满足机械系统在特定工况下的使用需求。
五、仿真分析仿真分析是机械设计优化的重要手段之一。
通过建立机械系统的数学模型，应用计算机辅助工程软件进行力学、热力学、流体力学等方面的分析，可以获取系统在不同工况下的性能指标和响应情况。
仿真分析可以快速评估设计方案的可行性，为后续的优化工作提供依据。
六、优化算法优化算法是机械设计优化的关键。
常用的优化算法有遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些算法基于数值计算和优化理论，通过迭代求解，寻找最优的设计方案。
优化算法具有全局搜索、高效收敛和自适应性等特点，可以解决复杂的机械设计问题。
七、案例分析为了更好地说明机械设计优化方法的应用，我们以一台发动机的设计为例进行分析。
通过参数化设计、拓扑优化和材料优化等方法，我们可以优化发动机的结构和材料，提高其输出功率和燃烧效率。
机械设计基础齿根圆直径计算
机械设计基础齿根圆直径计算摘要：一、机械设计基础简介1.机械设计的重要性2.机械设计的基本概念二、齿轮设计简介1.齿轮的定义和作用2.齿轮的分类和特点三、齿根圆直径计算的重要性1.齿根圆直径的概念和作用2.齿根圆直径计算的难点和要点四、齿根圆直径计算方法1.齿根圆直径计算公式2.齿根圆直径计算实例五、齿根圆直径计算在机械设计中的应用1.齿轮传动设计2.齿轮轴设计六、总结1.齿根圆直径计算在机械设计中的重要性2.齿根圆直径计算的未来发展趋势正文：一、机械设计基础简介机械设计是现代工程技术中不可或缺的一部分，它涉及到众多领域，如机械制造、电子、化工、航空航天等。
机械设计的目的是为了满足特定应用场景的需求，通过科学合理的设计，使得机械产品具有优良的性能、可靠性、可制造性和经济性。
机械设计的基本概念包括机械零件设计、机械部件设计和整机设计。
其中，机械零件设计是机械设计的基础，它关注的是单个零件的设计；机械部件设计则是在机械零件设计的基础上，进行部件的组合和协调；整机设计则是将各个部件组合成一台完整的机械设备。
二、齿轮设计简介齿轮是机械设计中常见的传动部件，它具有传动比稳定、传动效率高、结构紧凑等优点。
齿轮设计包括齿轮的类型选择、齿轮参数设计、齿轮材料选择和齿轮的装配设计等方面。
齿轮的分类主要有两种：按照齿轮的齿形分为渐开线齿轮、圆弧齿轮等；按照齿轮的用途分为传动齿轮、增速齿轮、转向齿轮等。
齿轮的特点包括：传动比稳定、传动功率大、传动效率高、使用寿命长等。
三、齿根圆直径计算的重要性齿根圆直径是齿轮设计中的一个重要参数，它直接影响到齿轮的齿根强度和齿轮传动的安全性。
齿根圆直径计算的难点和要点包括：正确选择齿轮的齿数、模数和变位系数等参数；熟练运用齿根圆直径计算公式；注意齿根圆直径的修正和调整。
四、齿根圆直径计算方法齿根圆直径的计算方法主要有两种：一种是根据齿轮的齿数、模数和变位系数等参数，运用齿根圆直径计算公式进行计算；另一种是采用齿轮设计软件进行计算。
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机械设计方法简介
1. 传统设计方法简介
自工业革命至计算机出现以前，随着力学和材料科学的发展，已经形成了机械的运动学、动力学和工作能力的较为完整的分析与设计方法，这些方法称为传统设计方法。
在传统设计方法中，机械的方案设计，即机构的选型和传动系统的布局，主要依靠设计者的经验，并参考类似机械的设计经验，即通过类比分析的方法进行。
主要机械零件工作能力的分析与设计，一般以力学理论为基础，但是常常将复杂问题作某种简化，得出近似公式或经验公式。
因此，传统设计方法主要存在以下不足。
（1）简化、假定及经验公式较多，真正的理论分析欠缺，影响了设计质量。
（2）设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产品更新换代速度加快的新形势。
（3）方案设计过分依靠设计者个人的经验和水平，技术设计一般满足于获得一个可用的方案，而不是最佳方案。
综上所述，传统设计方法具有凭直觉设计、类比设计、经验设计、半经验设计等弊病。
尽管传统设计方法有以上种种弊病、现代设计方法已经兴起，但是传统设计方法是基础，目前仍然被广泛使用，作为一名设计工作者应该首先掌握传统设计方法，才能进一步学习现代设
计方法。
2. 现代设计方法简介
计算机的出现为设计提供了更先进的设计手段，从而推动了设计理论的发展。
近三十年来，机械设计方法发生了很大变化，出现了许多现代设计方法，下面简介三种方法。
1) 计算机辅助设计
计算机辅助设计（computer-aided design, CAD) 就是利用计算机运算快速准确、存储量大和逻辑判断能力强等特点，借助于计算机完成设计工作的一种现代设计方法。
相对于传统设计方法，有如下主要优点。
（1）显著提高设计效率，大大缩短设计周期，加快产品的更新换代，增强市场的竞争能力。
（2）能在较短时间内给出多个方案供设计者比较、分析、选择以确定最佳方案。
（3）把设计人员从烦琐的计算、绘图等重复工作中解脱出来，将时间和精力集中到创造性工作中。
计算机辅助设计这个术语已经出现三十多年，早期的计算机辅助设计局限在借助于计算机进行分析、设计、绘图。
现在市场上已经有了很多通用和专用计算机软件，包括绘图软件、运动分析软件、有限元分析软件等。
2)优化设计（optimal design)
设计一个机械零部件时，希望得到一个最优方案。
所谓最优，即使某一项指标达到最小或最大。
由于机械设计问题的复杂性，这个求最小值或最大值的问题并不是用微分的方法求极值就能简单地予以解决。
数学规划理论提供了很多求优的数值方法，这些方法都以在计算机上进行大量的数值迭代计算为基础，将具体设计问题的物理模型转换为数学模型后，就可以用这些优化方法了。
选用适当的优化方法，即可得出最佳设计方案。
3)可靠性设计
机械可靠性设计（reliability design) 也称概率设计，是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相结合而形成的一种综合性设计技术。
它的特点是将常规设计方法中所涉及的物理量都视为按某种规律分布的随机变量，用概率统计的方法确定零部件的主要参数和尺寸，使机械满足所提出的可靠性指标。
综上所述，现代设计方法具有先进性、优化性、系统性、综合性等优点，得到了越来越广泛的应用。