(最新)现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究

《(最新)现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、全国机械设计教学研讨会议(2006)现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究韩旭周长江杨华田正琳(湖南大学机械与汽车工程学院)摘要：根据教育部关于机械设计课程教学改革的最新意见，针对现用的机械设计教材中设计理论与方法内容比较陈旧的问题，提出有必要将现代设计方法与传统设计方法深度融合。本文先后对主导教材中传统机械设计方法进行介绍，然后对最常用的几种现代设计理论与方法进行分析，比较研究表明两种设计方法紧密结合的必要性和迫切性。最后。对现代设计理论与方法在机械设计教学中的实施进行了探讨。并指出其对提高教学效果，使学生掌握最先进的设计理念与方法，培养科研精

2、神和创新素质的重要性。关键词：机械设计现代设计方法传统设计方法比较研究引言机械设计是基础技术课，主要是培养学生机械系统总体方案设计、机械零部件工作能力设计、结构设计能力为主，使学生能够掌握一般机械零部件的工作能力分析方法和设计方法。作为机械工程学科的主干课程，在培养学生树立正确设计思想、初步具备设计能力方面起着十分重要的作用。在构建适应新世纪需要的人才培养模式的教学体系改革中，按照培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的高级专门人才的总体要求，本课程具有举足轻重的地位。根据教育部机械基础课程教学指导委员会关于机械设计课程教学改革的最新指导意见之一—

3、—以现代设计理论和设计计算方法取代或充实一些传统的经典内容，本文旨在对现代机械设计方法与传统设计方．法进行比较研究。1．传统机械设计方法当前的大多数本科院校所选用的机械设计教材的主要内容，是在介绍关于整台机器设计的基本知识的基础上。重点讨论一般尺寸和参数的通用零件，包括它们的基本设计理论和方法，以及有关技术资料的应用等n1。教材中采用的主要设计方法仍是以直觉设计、经验设计和静态设计为基础的传统设计方法。常用的传统设计方法主要有以下几种：(1)理论设计理论设计是根据长期的实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，如标准直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲

4、劳强度计算。弯曲强度计算模型，基于1893年Lewis根据材料力学的抛物线梁理论提出的将轮齿视为等强度悬臂梁：同时假设只有一对齿轮啮合，全部载荷作用于齿顶；只考虑周向力作用，图l所示危险截面上的弯曲应力。首次提出了“齿形系数”的概念，并推导出Lewis公式(式1)，从而奠定了齿轮弯曲强度计算的理论基础。F。图1Lewis悬臂梁模型105眨二_I王暑‘}}；{

5、}≯万⋯孑鼍图2标准直齿轮二维结构图韩旭等：现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究o"b：』≥(齿形系数：y：12x)(1)Pby3p后来的许多研究和试验表明，以Lewis“悬臂梁”为代表的

6、轮齿计算模型存在一定的局限性乜11)实际轮齿的高厚比(觚≈1．43)与标准梁模型所要求的跨高比㈣≥5)存在一定的差距；2)齿廓梯度的急剧变化和齿根应力集中用等强度梁模拟近似度较大；3)计算加载点和危险截面位置的确定有待完善；4)在分析齿面载荷移动、齿向载荷分布、传动系统变形以及轮齿磨损等因素对齿轮强度的影响时比较复杂。(2)经验设计经验设计是根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计。该方法常用于那些使用要求变动较小且结构形状已典型化的零件设计，如箱体、机架、传动件、轴等结构因素。图2

7、所示为某新型气弹簧封口机上的标准直齿圆柱齿轮二维结构图例。随着先进制造技术和全球化市场竞争的发展，所设计产品及其系统结构的不断复杂化，当前的机械产品与装备设计，不仅要考虑其自身的结构，还要考虑系统、环境等影响；不仅涉及技术领域，还涉及社会因素。产品生命周期的迅速缩短，以及市场竞争的加剧，经验类比法已不能满足现代机械工业发展的需要。(3)模型实验设计对于一些尺寸巨大而结构复杂的重要零部件，特别是一些重型整体机械系统与装备，为了提高设计质量和缩短研发周期，往往采用模型实验设计的方法，即把初步设计的零部件或机器装备先制作成等LL侈,I缩小的模型或小尺寸样

8、机，然后对该模型或样机进行性能测试实验，检验其主要的设计指标。根据实验结果和分析结论对原设计进行逐步的修改和改进，从而达到完善。这样的设计过程称为模型实验设计。图3某大型装备部分箱体的缩小模型当然，传统的制模和实验过程较复杂，导致该设计方法设计的产品反复修改的周期较长，试制成本较高，一般只用于特别重要的设计中。图3为某大型装备部分箱体的缩小模型。2．现代机械设计方法随着现代科学技术的迅速发展，尤其是先进设计制造理论与技术的巨大进步，促进了现代机械设计方法的出现和成熟。现代设计是以知识为基础，以知识获取为中心，设计是知识的物化，新设计是新知识的物化川

9、。现代机械设计方法实质上是先进机械科学与技术在设计上的应用，它是新理论和新的计算分析技术在机械工程领域内的高度整合。就其特