浅议机械设计技术未来发展

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1、浅议机械设计技术未来发展　　摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，综述了传统设计技术与现代设计技术的内涵、应用及两者之间的比较,阐述了机械设计技术的发展趋势。关键词：机械设计；传统技术；现代设计技术；可靠性设计中图分类号：F407.42文献标识码：A文章编号：机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算,并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分,是决定机械性能的最主要的因素。设计工作的质量,直接关系到机械产品的质量性能、研究周期和

2、技术经济效益等。常规设计技术是以经验总结为基础,运用力学和数学形成的公式、图表、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,是一种直觉设计、经验设计和静态设计,它目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求。现代设计技术是以电子计算机为手段,以网络为基础,建立在现代管理技术之上,运用工程设计的新理论和新方法,实现计算结果最优化,设计过程高效化和自动化的设计技术，是一种定量的、动态的和科学的设计技术。71常规设计技术及应用《机械原理》及《机械设计》教材主要讲述的是常规设计技术，是学习、应用、发展现代设计技术的基础。1.1理论设计根据长期总结出

3、来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。现以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。设计强度计算式为R≤RlimS或FA≤RlimS式中:F——作用于拉杆上的外载荷；A——拉杆横截面面积;Rlim——拉杆材料的极限应力；S——设计安全系数。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。1.2经验设计7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，或根据设计者个人的工作经验用

4、类比的办法所进行的设计叫经验设计。这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。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。1.3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、部件或机器做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。这个设计方法费时、昂贵，因此一般用于

5、特别重要的设计中。2现代设计技术2.1最优化设计最优化设计是机械设计中的一种崭新的现代化设计方法，它将机械设计问题抽象成为一个最优化问题的数学模型，即根据机械设计理论建立起满足设计有求的数学表达式，利用率数学中的最优化方法，对这个数学模型求解，即选用适当的最优化方法利用电子计算机自动寻找最优方案。2.2有限元设计FED有限元分析技术是最重要的工程分析之一，是20世纪760年代发展起来的新的数值计算方法。随着计算机技术的发展，有限元设计在各个工程领域中不断得到深入的应用。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解，而且还可用于工程设计中进行复杂结构的

6、静态和动力分析，并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。有限元法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。这种方法灵活性很大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。有限元法的基本理论要用到工程数学，力学等方面的知识。它不仅能用于工程中复杂的非线性问题、非稳态问题的求解，而且还可用在工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析。对于一个应用工程师来说

7、，他的目的是应用有限元法去求解各种工程问题，国内外已研制了许多成熟的大型有限元分析软件，如:SAP、ADINA、ANSYS、Ideas等。这些软件使用极其方便，不需要对有限元法进行很深入的了解，便可应用这些软件求解实际工程问题。有限元法在机械产品结构设计中的应用，使产品设计产生革命性的变化，理论设计代替了经验类比设计。2.3可靠性设计可靠性设计是近几十年发展起来的一门新兴学科，从20世纪60年代以来逐渐进入机械工程领域。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。可靠性设计（Reliability7Design）是以概率论和数理统计

8、为理论基础，以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依