现代机械设计方法(复习提纲)

第一章 概述
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
常见现代设计方法：信息论方法、系统论方法、控制论方法、优化论方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法（P3） 1.2 设计过程和设计技术简述 （1）机械结构系统模型中 静态问题：F Kq =
动态问题：..
.
()M q D q K q f t ++=
其中K 为结构刚度特性，M 为结构的质量特性，D
为结构的阻尼特性，F 和()f t 分别是静载荷和动载荷，q 为静态位移或者相应的动态响应。

（P5） （2）机械结构系统的力学模型（P5）
第二章 系统分析设计方法
2.1 技术系统的组成和处理对象
一般来说系统由下例四个部分组成：系统单元、系统结构、边界条件、输入和输出的要素。

（P7）
2.2 系统分析设计方法
（1）一般来说，系统或产品的设计过程课概略的划分为：产品规划、方案设计、技术设计、施工设计等阶段。

（P9）
（2）产品规划需要进行：市场需求分析、可行性分析和设计要求的拟定工作。

（P9）
可行性分析主要包括：技术分析、经济分析、社会分析（P9） （3）例题2.1，系统解得可能方案数计算及组合结果。

(P11)
2.3 价值分析
（1）顾客所需求的不是产品本身，而是产品背后的本质——功能，在同样的功能下，顾客还要比较功能的优劣——性能。

（P16） （2）价值是产品功能与成本的综合反映F V C
=
；V 是产品的价值（实用价值）；F 是产品
具有的功能；C 是取得该功能所耗费的成本。

（P16） （3）优化价值模型——表2.5（P16）
（4）提高产品的实用价值就是用低成本实现产品的功能，产品的设计问题就变为用最低成本向用户提供必要功能。

(P17)
（5）提高产品的价值可以从以下三个方面着手：功能分析、性能分析、成本分析。

(P17) 2.4 成本估算方法简介
（1）按重量估算法W C W f =⋅ ，C 生产成本（元）；W 是产品重量（kg ）；W f 重量成本系数（元/kg ）。

P
W f K W
= ；tan 11W K f W α
-=⋅ ；2121
lg lg tan lg lg W W f f P W W α-==
- (P21)
(6)用解析法计算W f 例题（2.5） （P22）
第三章 创造性设计方法
3.1 创造力和创造过程 3.2创造性思维
(1)创造性思维和创造技法是创造的核心。

(2)创造性思维的主要特点：独特性、多向发散性、非逻辑性、连动性、综合性。

（P27） 3.3创造技法
第四章 机械可靠性设计
4.1 关于机械可靠性设计的几个问题 4.2 可靠性的概念和指标
（1）()R t 代表零件的可靠度；()Q t 代表零件失效的概率或零件的故障概率，则当对总数为N 个零件进行试验，经过时间t 后，有()Q N t 件失效，()R N t 件任然正常工作，那么该类零件的可靠度定义为：()()R N t R t N
=
它的故障（失效）概率定义为：()()Q N t Q t N
=
因为()()R Q N t N t N +=，所以()()1R t Q t +=，即()1()R t Q t =- （P39-P40） （2）故障概率密度函数是用来描述速记变量取值反规律的一个函数，它定义为：在时间t 附近的单位时间内失效的产品数
()Q d N t dt
和产品总数N 之比，
即1()()Q d f t N t N dt
=
或()()()Q N t d d f t Q t dt
N
dt
=
=
故障分部函数又称累计故障概率密度函数，它和故障概率密度函数的关系式是 0
()()t
Q t f t dt =
⎰
可靠度函数()()t
R t f t dt ∞
=
⎰
失效率()t t t λ=
时刻附近单位时间失效的产品数时刻附近仍正常工作的产品数
=
1
()()R d
Q t N t dt
1
()()Q R d
N t N t dt
=
()()()
f t t R t λ=
例题：求t=5年的失效率 （P41） (3) ()R t 与()t λ的关系式 0()()t
t dt
R t e
λ-
⎰=
()ln ()t
t dt R t λ=-⎰
（P41）
（4）三种失效率——失效模式
指数分布：失效率为常数时()t λλ=，此时()()t R t e λ=，()()t f t e λλ-=
一般来说处于稳定工作状态的电子机械或电子系统的故障率基本上是常数 （P43）
正态分布：21()21
()t f t μδ
--=
，其中μ为随机变量t 的均值，()t f t dt μ∞-∞
=
⎰
δ是随机变量t 的标准离差，1
2
2[()()]t f t dt δμ∞-∞
=-⎰
产品的性能参数，如零件的应力和强度等多数为正态分布，部件的寿命也是 (P43) 韦布尔分布：(
)
1()()b
t b b t f t e
γ
θ
γθθ
----=
b 是形状参数，θ是尺度参数，γ是位置参数
一般来说零件的疲劳寿命和强度等都可以用韦布尔分布来描述 （P46） （5）平均寿命又称平均失效时间（MTBF ） 0
M TBF ()t R t dt μ∞
==
⎰
（P48）
4.3 可靠性设计方法举例 4.4 系统的可靠性设计
（1）常见的系统模型主要有：串联系统、并联系统、混联系统、备用冗余系统、复杂系统、表决系统 （P54） （2）串联系统的可靠度计算
串联系统要能正常工作必须是组成它的所有单元都能正常工作。

串联系统的可靠度为：
1
()()n
s i
i R t R t ==
∏
()s R t 是系统可靠度；()i R t 是单元i 的可靠度，i =1,2…，n
由于0()1i R t ≤≤，串联系统的可靠度将因其单元组成单元数的增加而降低，且其值要比可靠度第的哪个单元的可靠度还要低。

因此最好采用等可靠度单元组成系统，并且组成单元越少越好。

在串联系统中，各单元的可靠度函数服从指数分布，则系统的失效率等于各组成单元失效率
之和，即1
n
s i
i λλ
==
∑，系统的可靠度()()i
i
s R t e λ-∑=，系统的平均无故障时间
1
1
1
n
s
i
i M TBF λλ
==
=
∑
例题 4.5 （P58）
（3）并联系统的可靠度计算
这类系统只有当所有的组成单元都是小时系统才失效
失效概率或故障概率为：1
()()n
s i
i Q t Q t ==
∏
系统的可靠度为：1
()1()1[1()]n
s s i i R t Q t R t ==-=--∏=1(1)t n e λ---
系统的平均无故障时间：0
1
1
11()()
2s s M TBF R t dt t n λλ
λ
λ
∞==
=
+
+⋅⋅⋅+
⎰
（P59）
例题 4.6 （P60） （4）混联系统的可靠度计算
混联系统是串联和并联系统的组合。

（5）备用冗余系统的可靠度计算
系统的可靠度为：1
()
()!
K
n t
s K t R t e
K λλ--==
∑
系统的平均无故障时间：n
M T B F λ
=
例题4.7 （P62）
（6）表决系统的可靠度计算
（7）复杂系统的可靠度计算方法主要有：分解法、布尔真值表法、卡诺图法 例题4.11 （P65）
（8）系统的可靠性分配：等同分配法、按可靠度变化率的分配方法、按相对失效率比的分配方法、AGREE 法（按重要度的分配方法）、按相对失效率比和重要度的分配方法、花费最小的分配方法。

（P67-69） 4.5 系统的可靠性优化
（1）系统可靠性优化的目标有如下一些提法：1通过选择每一级合适的可靠度值，使系统的可靠度最大；2 在满足系统最低限度可靠要求的同时，使系统的“费用”为最小；3 通过增加某个或某几个特定子系统里的冗余部件，使系统的可靠度最大。

（P75） 4.6 失效分析方法 （1）失效分析方法目前有两种：失效模式、影响和严重度分析（FMECA ），失效树分析（FTA ）（P77）
4.7维修度和有效度
第五章 有限元分析方法
5.1 有限元分析方法的基本概念
（1）有限元分析计算的思路和做法课归纳如下：物体离散化、单元特性分析、单元组集、求解未知节点位移 （P81-82） 5.2 ——5.6 （略） 第六章 优化设计方法方法 6.1 优化设计概述
（1）例题7 （P149）
（2）建立优化设计问题的数学模型的方法和步骤 （P148）
（3）优化设计问题的数学模型：1 设计变量 ，2 约束条件 ，3 目标函数 ，4 优化问题的
数学模型，5 优化问题的几何解释。

（P149-150）
（3）优化设计问题的基本解法：1解析解法与树脂解法2优化准则法与数学规划法3迭代终止法（P162）
6.2 无约束优化问题的解法
（1）牛顿型方法例（P173）
6.3 约束优化问题的解法
(1)用内点发求问题例题（P200）
第七章动态分析设计方法
7.1 传递函数分析法
7.2 模态分析方法
7.3 模态综合方法
第八章反求工程设计
8.1 概述
8.2 相似理论及相似设计方法
（1）确定相似准则有两类方法：方程分析法和量纲分析法
（2）例题8.8 （P275）
8.3 零件尺寸确定和制造工艺
8.4（略）
8.5（略）。