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