汽车零部件传统设计方法与现代设计方法之比较

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1、一、绪论机械零件的设计方法，可以从不同的角度做出分类。目前较为流行的分类方法是把过去长期采用的设计方法称为常规的设计方法即传统的设计方法，近几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。本文将将两者进行比较。二、汽车零部件的传统设计目前大中专院校所使用的<机械原理>教材，主要研究的是机构的原理、运动分析和零部件的设计．当前所采用的设计方法仍是以直觉设计、经验设计、静态设计为基础的常规设计方法．其不足之处是没有把设计本身当作一门学科来对待，所使用的设计方法主要有．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

2、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urn：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．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

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、汽车零部件的现代设计现代设计方法是新理论与计算机应用相结合的产物．它是以思维科学、设计理论系统工程为基础，以方法论为手段，以计算机为工具的各种技术和程序的总和．1)机械零件的可靠性设计零件的可靠性设计是指在规定的时间内、规定的条件下、完成规定功能的能力．可靠性

4、设计主要特征是将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等，看成服从某种分布的随机变量．然后根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件和元器件的主要结构参数和尺寸．根据概率论的观点，再孤立地讲安全系数是没有意义的，必须和对应的可靠性联系起来．比如：按常规设计方法，安全系数大于1的零件是不应该失效的，但在实际中，安全系数很大的零件也有发生失效的事件，这种现象从我们常规的设计方法是不能理解的，而从概率设计的观点来讲是完全合乎规律的．如将引起零件失效的因素统称为“应力”，用S表示，则S可表示为各种失效因素，Si(i=1、2⋯、)的

5、函数S=(s1，s2，⋯，s)同样将零件抵抗失效的因素称为“强度”，用r表示，则r可表示为各种影响强度的因素ri(i=1、2、⋯、)的函数r=g(rl，r2，⋯，rn)在可靠性设计中，由于应力S和强度r都是随机变量，因此，判断一个零件是否安全可靠，是以强度r大于应力S所发生的概率来表示的，其设计准则为R(￡)=P(r>S)≥[R]式中R(￡)表示零件在运行中的安全概率，即可靠度．它是指零件在工作时间￡内的一种能力．[R]称为零件的许用可靠度，它表示零件在规定时间内和规定的条件下实现设计要求的一种能力，即许用安全概率．2)机械零件的优化设计按传统的常规设计方

6、法，对绝大多数零件(如齿轮模数、齿数、轮齿宽、螺旋角等参数)所设计的结果尽管在刚度、强度两方面可以满足设计要求，但由于经验性和盲目性，而不能达到最优化结果．优化设计跳出了传统的设计思想，它是在符合一系列限制条件的前提下，求出满足最优效果的设计参数解，由于计算量大，在计算机出现前只是经验推断，近年来该技术有了很快的发展．这里借助一个例子简单介绍几个基本概念．例设计一容积为v的无盖圆柱筒，要求用料最省．(1)设计变量：设计中必须最后确定的各个参数．如上例中圆柱筒底面半径1，桶高2．(2)约束条件：各个变量从实际工程出发，其取值范围所受到各种各样的限制和条件约束

7、．可分为等式约束和不等式约束．如上例中桶的容积V=π122——等式约束桶底圆半径1>0——不等式约束桶高z2>0——不等式约束(3)目标函数：目标函数是预期优化目标中各设计变量关系的数学表达式．如上例中，用料最省=π12+2π12(4)最优化方法：最优化问题也称数学规划问题，根据数学模型中是否包含约束条件分为无约束优化问题和约束优化问题．常见无约束化方法有：一维搜索法、梯度法、牛顿法、共轭方向法．常见约束优化法有：约束一维搜索、可行方向法、惩罚函数法等．如上例即可构造惩罚函数求解1、23)机械零件的计算机辅助设计在主要是人工资料检索、手工计算和绘图的传统设

8、计中，往往需要较多的人力和较长的设计周期．特别是对一些复杂的计算及