现代设计方法在机械设计中的应用

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1、浅析现代设计方法在机械设计中的优势能源与机械工程学院机械工程及其自动化系丁瑞20100501摘要：阐述传统机械设计方法和机械系统的现代设计方法，并比较二者异同，体现现代设计方法的优势。关键词：现代设计方法；传统设计方法；机械设计一、引言机械产品的设计从19世纪中期的技术设计发展到现在已经历了一百多年的变迁和发展。其间任何产品生产的历史也就是人们追求先进产品与服务的创新设计、及其理论、方法与工具发展的历史。而人类也经历了漫长的创造创新和设计制造的历程。近年来，随着科学技术的发展和经济的全球化，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

2、、虚拟化方向发展，用户对产品的需求越来越个性化、多样化。机械产品的设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高,计算速度更快。而机械设计在传统设计的基础上更趋于现代设计方法的应用。二、传统机械设计方法传统的机械设计是以直觉设计、经验设计、静态设计为基础的常规设计方法，主要分为以下几个阶段[1]：（1）直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。当时人们或是从自然现象中直接得到启示，或是全凭人的直观感觉来设计制作工具。设计方案存在于手工艺人头脑之中，无法记录表达，产品也是比较简单的。直觉设计阶段在人类历史中经历了一个很长的时期，17世纪以前基本都属于这一阶段。（2）

3、经验设计阶段随着生产的发展，单个手工艺人的经验或其头脑中的构思已很难满足这些要求。于是，手工艺人联合起来，互相协作。一部分经验丰富的手工艺人将自己的经验或构思用图纸表达出来，然后根据图纸组织生产。图纸的出现，即可使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传与他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提高，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及提高生产率的要求。因此，利用图纸进行设计，使人类设计活动由直觉设计阶段进入到经验设计阶段。（3）半理论半经验设计阶段20世纪以来，由于科学和技术的发展与进

4、步，设计的基础理论研究和实验研究得到加强，随着理论研究的深入、实验数据及设计经验的积累，已形成了一套半经验半理论的设计方法。这种方法以理论计算和长期设计实践而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。此阶段设计方法主要有三种[2]：①理论设计根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计．如对简单受拉杆的强度设计：设计强度计算式σ≤σlim／s或F／A≤σlim式中：F：作用在杆上的外载荷；A：拉杆的横截面积；σlim：拉杆材料的极限应力；S：安全系数可以利用上面公式直接求解杆件必须的横

5、截面积，也可以按其他方法先初步设计杆件的横截面尺寸，然后用强度计算公式去校核．由于实际情况复杂多变，若安全系数选择过大，则产品傻、大、粗．若安全系数过小，则很难保证安全性[3]。②经验设计根据某类零件已有的设计方法与经验关系式，或根据设计者个人的工作经验用类比办法所进行的设计叫经验设计．随着设计产品的技术系统越来越复杂。技术含量不断提高，产品更新发展速度加快，经验类比的设计方法已不能满足市场需要．③模型实验设计对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。即把初步设计的零部件或机器制成

6、小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改，从而达到完善。这样的设计过程叫做模型实验设计。三、现代设计方法现代设计方法是新兴的综合性、交叉性学科，是在研究设计竞争规律和分布式资源环境中的设计活动发展起来的，是应用科学的思想和方法创造出性能先进、结构合理产品的方法，是动态的、科学的、计算机化的方法。它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到机械设计中，变被动地重复分析产品的性能为主动地设计产品参数的过程，把静态的、经验的、手工的方法转变为科学的、动态的、计算机化的方法[4]。现代设计方法在机械设计

7、中有如下应用：（1）计算机辅助设计计算机辅助设计(ComputerAidedDesign),简称CAD,它借助计算机进行信息处理,利用计算机具有运算速度快且准确、存储量大、逻辑判断功能强等特点,通过人机交互作用完成设计工作。其相对于传统的设计方法有以下优点:①显著提高了设计效率,缩短了设计周期;加快了机械零件和机械产品的更新换代,增强了产品的市场竞争能力；②可以存储大量的设计信息和设计经验,使缺乏设计经验的新手也能顺利完成设计任务；③能在短时间内给出很多设计方案,并进行分析比较,从而获得最佳设计方案；④使机械设计人员从繁重的重复性工作中得以解脱,而将更

8、多的时间和精力集中到创造性的工作上；⑤与计算机辅助制造(CAM)、计算机管理自动化结合起来形成