现代机械设计方法

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1、现代产品设计理论与方法的发展现状及发展趋势摘要：本文论述了现代设计方法的主要内容和主要特点。随着科学技术的飞速发展和人们对产品要求的提高，现代设计方法变得越来越重要，而且将会是各学科群之问和互交叉渗透的一门综合性学科。起重机作为生活中常用的工具，其设计方法也进入创新，高质量，高效率的新阶段。【关键词L机械设计方法起重机一.现代设计方法根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主耍特征，可以将机械产品方案的现代设计方法概括为以卜、1.系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素问存在着有机的联系

2、，并具有层次性,所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。现代制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德岡标准VDI2221的设计方式。2.结构模块化设计方法这种方法从规划产品的角度提出：定义设计任务吋以功能化的产品结构为基础，引用□有的产品解（如通用零件部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是杏存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的吋靠性，同时也降低新产品的成本。专用机械屮多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是

3、少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。3.基于产品特征知识的设计方法基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识厍及推理机，冉利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现汁算机辅助产品的方案设计。这种设计方法主耍是依据产品所具冇的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推景和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。1.智能化设计方法智能化设计方法的主要特点是:根据设计方法学理论,借

4、助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的丌发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。比如在进行自动取款机设计吋，把产品的整个幵发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，井且充分利用了现宥的CAD尖端技术——虚拟现实技术。2.冇限元设计方法有限元法是根据变分原理求解数学物理间题的~种数值计算方法，随着计算机的发展,在工程领域得以广泛应用。一般传统设计计算方法局限性很大，仅能进行

5、粗略简化分析，载荷工况只有有限的几种，无法随意组合，大多只能分析静力。采用宥限元法则优越得多，能整体、全面、多工况随意组合，进行静力、动力、线性和非线性分析，对完成复杂结构或多自由度系统的分析十分冇效。冇限元法能针对起重机实际使用的结构边界条件进行定量的分析计算，为设计提供丰富的、反映实际工况的计算结果,并可配有丰富的动态图形敁示功能。例如对桥式起重机桥架进行计算，传统方法是将其分解为主梁和端梁两部分，并简化为简支梁计算,精确度不高。采用宥限元法，可将桥架作为一个整体框架计算，并可分别进行静力和动力分析,给出局部的应力值。对于大型起重机和特殊、关键零部件的设计计算及局部应力

6、分析，采用有限元法。6三次设计方法三次设计是由H本著名学者田口玄一博士于70年代创立的。无论设计一个新产品还是一种新工艺，可分三个阶段进行:第一阶段为系统设计即功能设计，提出初始设计方案,确定产品基本结构,使产品达到所要求的功能。第二阶段为参数设计，是产品设计的核心,通过选择系统屮各可控冈素的最佳水平组合，即探求参数的最佳搭配，从而尽量减少各种干扰的影响，提高产品性能的稳定性。第三阶段为容差设计，由于各零部件成本低、参数性能波动范围较大,容差设计是在考虑各零部件性能的波动对产品整机特性影响以肜,在不增加总损失的前提卜通过控制影响人的主要误差因索本身的波动来改善产品整机性能

7、的稳定性。三次设计的基木思想是用正交表安排试验方案，用误差因素模拟各种干扰，以动态特性的SN比作为衡量产品质量特性稳定性的指标，用廉价零部件组装质量上乘、成本低廉、性能稳定可靠的产品。值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块吋就蕴含冇系统化思想,建立产品特征及设计方法知识库和推理机吋，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部什或常