机械设计理论与方法

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1、摘要本文简要介绍了机械设计的发展历程，阐述了现代机械设计理论，主要设计方法及其研究现状，并展望了机械设计未来发展趋势，而且用实例展现了现代机械设计方法。关键词：发展历程，设计理论，设计方法，研究现状，未来趋势引言设计是把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种方法和手段，是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人们为满足一定的需求而进行的一种创造性活动的实践过程。就机械设计而言，它是从给定的合理的目标参数出发通过各种手段和方法创作出一个所需的优化的机器或机构的过程。机械设计理论和方法是随着人类无止

2、休的需求及科学技术的进步而发展和成熟的。近几十年来电子技术、信息技术、计算机技术的突飞猛进让机械设计发生了翻天覆地的变化，出现了有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等新方法，使设计质量和速度有很大提高。作为将来的机械工程师十分有必要了解机械设计理论和方法的发展历程、研究现状、未来发展趋势，熟悉和掌握现代机械设计方法，应用于实际。一、发展历程机械设计发展史可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，“二战”

3、后至今为现代设计阶段。每一个阶段在设计理论和方法方面都有明显的特色。1.1古代机械设计自古人们就想把双手从繁重的劳动中解放出来，因此可以说自人类诞生以来就开始设计制造机械。我国古代在这方面就有相当辉煌的成就。发明了如指南车、计鼓里车、纺织机械、水力机械、天文仪器等一大批精巧的机械。指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。与指南针利用地磁效应不同，它是利用差速齿轮原理，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。这一阶段的机

4、械设计以直觉为主，技术由师傅传授，基本没有技术交流。受生产力发展限制，材料主要为木材（难怪“机械”两字偏旁都为“木”)，设计制造周期长。1.2近代机械设计西方文艺复兴运动的兴起，解放了思想，对自然科学的研究如火如荼，一批又一批科学家呕心沥血，孜孜不倦，进行基础科学研究，为机械设计理论与方法提供了工具和理论基础。英国人牛顿提出了到运动三大定律，奠定了古典力学的基础；虎克建立了在一定范围内弹性体的应力-应变成正比的虎克定律；伯努力提出了梁弯曲的微分方程式，在古典力学的基础上建立和发展了近代机械设计的

5、理论（也称常规机械设计理论），这些都为18世纪产业革命中机械工业的迅速发展提供了有力的技术理论支持。1764年英国人瓦特发明了蒸气机，为纺织，采矿，冶炼，船舶，食品，铁路等工业提供了强大的动力，推动了多种行业对机械的需求，使机械工业得到迅速的发展，而机械化使生产力迅速提高，进入了工业革命时代。这一时期，对机械设计提出了很多的要求，各种机械的载荷，速度，尺寸大大提高，因此机械设计理论也在古典力学的基础上迅速发展。1854年德国机械设计集大成者劳莱克斯发表了著作《机械制造中的设计学》把过去溶在力学中

6、的机械设计学独立出来，建立了以力学和制造为基础的新科学体系，由此放生了机构学，机械零件设计，成为机械设计中的基本的内容。在这一基础上，机械设计学得到了很快的发展。在疲劳强度，接触应力，断裂力学，高温蠕变，流体动力润滑，齿轮接触疲劳强度计算，弯曲疲劳强度计算，滚动轴承强度理论等方面都取得了大量的成果，机械设计的水平取得了很大的发展。机器的尺寸减少，速度增加，性能提高，机械设计的计算方法和数据积累也相应有了很大的发展。机械设计基础内容在这一时期得到了全面研究，技术交流也多了起来，但很多情况复杂程度远

7、远超过当时的科学水平，这时就只能靠经验了，这也是我们现在课本上出现各种各样系数的原因。1.3现代机械设计二战后人们痛定思痛着眼于和平建设，战争期间开发的各项技术转为民用。1946年世界上第一台计算机艾尼阿克诞生。此后，计算机技术发展便一发不可收拾，运算速度平均每十八个月翻一番。计算机具有运算速度快、数据处理准确、存储量大和具有逻辑判断功能的特点，现代机械设计依靠计算机，设计速度和质量有了质的飞跃。现代机械设计主要方法有：计算机辅助设计，优化设计，有限元分析，可靠性设计，反求设计。二、研究现状2.

8、1计算机辅助设计（CAD，ComputerAidedDesign）计算机辅助设计是使用计算机软件和硬件来辅助人们对产品或工程进行设计的方法和手段，包括设计、绘图、工程分析、信息提取和文档制作等设计活动。经过多年发展，现在cad技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为cad技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处