机械系统设计论文

现代设计方法在机械

系统设计中的应用

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机制1222

学号：

姓名：

指导教师：邬昌峰老师

完成日期：2013年6月11日

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现代设计方法在机械系统设计中的应用

吴玉涛1

（1，河南工程学院机械工程学院河南郑州451191）

摘要：现代设计方法是基于理论形成的方法，这种设计方法现已成为机械系统设计的一个重要工具，并占据着重要的地位，本文通过分析其特点从而能探究其在机械系统设计中的实际应用。

关键词：现代设计，理论，机械系统，设计，应用

Modern design methods in mechanical systems design

Wu yu tao1

(1,Henan institute of engineering, School of mechanical engineering, Zhengzhou Henan 451191 China)

Abstract: Modern design method is based on the theory of the method, the

design method has become an important tool in mechanical system

design, and occupies the important position, in this paper, by

analyzing its characteristics and to explore its practical

application in design of mechanical systems.

Key words:modern design; method; mechanical systems; design ; application

1引言

近年来，随着科学技术的发展和禁忌的全球化，机械技术与各个学科不断交叉、融合，制造业不断地向高速化、轻量化、虚拟化方向发展，用户对参评的需求越来越个性化、多样化。而设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结，是使产品满足设计要求以及设计原则的依据。基于设计理论和设计方法，以及产品设计过程为研究对象，通过传统经验的吸收、现代科技的运用、科学方法论的指导和方法学的实现，从而形成和发展了现代设计理论与方法这门新兴的多元交叉学科，它以电子计算机为手段，运用工程设计的新理论和新方法，是使计算结果达到最优化，使设计过程高效化和自动化。

现如今随着现代科学技术的快速发展，人们对机械产品功能要求的日益增多，机械产品呈现出复杂性增加、寿命周期缩短、更新换代速度加快等特点。而传统的基于二维的机械产品设计人力物力投资大，设计周期长，设计精度低，已不能满足现代市场对机械产品的需求。因此，使用新的方法，提高产品的设计效率、缩短设计周期、加速产品的更新换代，并增强产品的市场竞争力，成为企业生存之本，而现代设计方法理论正是实现这一目的的有力工具。

2现代设计方法的内容及在机械系统设计中的应用现代设计方法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。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。

现代设计方法的内容众多而丰富，它们是由相互独立又有机联系的各种发放论构成，主要的现代设计方法有:虚拟设计、并行设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计等。本文研究可靠性设计、反求设计、计算机辅助设计、人机学设计、优化设计、绿色设计、六现代设计方法在机械系统设计中的应用。

2.1可靠性设计

可靠性优化设计方法是在常规优化设计方法的基础上,结合可靠性设计理论发展起来的一种有效的优化设计方法。它将可靠性分析理论与数学规划方法有机地结合在一起,也就是在优化设计中将设计参数作为随机变量,以产品的可靠度作为目标函数或约束条件,运用最优化方法得到在概率意义下的最佳设计的一种数值计算方法。由于它弥补了单一可靠性设计或优化设计的不足,使设计不仅符合工况运行要求,而且得出最优的设计参数,因而更具有工程实用价值,对它的研究

已成为目前国内外学者积极探索和研究的重要领域之一。

优化设计数学模型的3个要素是目标函数、约束条件和设计变

量。相对于常规的优化设计,可靠性优化设计的特点在于将可靠性设计引入优化设计当中。将可靠性设计理论与优化技术结合起来通常有下面两种方法:

(1)要求结构或零部件在满足一定性能的条件下,使其可靠度达到最大。可按可靠性指标建立一个目标函数,而按设计其他要求建立另一个或多个目标函数,然后进行多目标函数优化设计其数学模型如下: maxR(X)

minFi(X) (i=1,2,…,q)

stGj(X) ﹙j=1,2…,m﹚

(j=1,2,#,m)

式中:R(X)-可靠性函数

Fi(X)—某一目标函数;Gj(X)—约束条件

(2)在结构或零部件达到最佳性能指标时,

要求它的工作可靠度不低于某一规定水平。可将可靠性指标作为约束条件,建立数学模型,进行优化设计。一般说来,这种方法更为实用。其数学模型如下:

maxF(X)

stRi(X)≥R0 (i=1,2,…,q)

Gj(X) (j=1,2,…,m)

式中:F(X)—目标函数;

Ri(X)—机械产品的可靠性函数;

R0—给定的可靠度;

Gj(X)—约束条件。

在进行结构可靠性优化时,除了建立适当的优化模型外,还需要选