现代机械设计方法初探.doc

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1、现代机械设计方法初探摘要：重点介绍了优化设计7种现代机械设计方法，通过对各方法设计原理和设计特点的分析，明确了对常规机械设计方法的完善补充作用，对现代设计方法的推广应用有指导意义。关键词：机械设计；现代；常规；优化设计近几年来，随着科学技术的进步尤其是计算机软件技术的发展，基于计算机辅助设计即CAD技术的许多现代设计理念和方法不断出现，并逐渐得到应用。与国外现代设计方法咄咄逼人的推广形式相比较，我们的机械设计在这方面节奏显然慢了一些。研究并应用现代机械设计方法已是我国机械设计工作者的当务之急。一．现代机械设计方法的种类1.1优化设计机

2、械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论方法和标准规范等建立反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机数字处理技术自动找出设计问题的最优方案。不但可行，而且最优，是机械优化设计追求的目标，可行性方案的提出与建模是优化设计的基础。常用优化处理方法有一维搜索法、线性优化法、导数优化法、非导数优化法等。常见优化软件有MATLAB、ANSYS等。1.2可靠性设计可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用

3、简化系统和结构裕度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率三种。1.3并行设计传统的设计方法是按照设计、制造等过程串行进行，设计阶段很少考虑设计以后的问题，这种设计方法使得产品设计与以后的制造、使用、维修等环节相互脱节。并行设计是在产品开始设计的时候，就考虑到产品从设计到使用过程中整个寿命周期的所有元素，产品的设计过程和工艺设计、加工制造和销售等各个阶段并行地进

4、行，实行集成开发，力争使所设计的产品具有较高的综合性能。1.4模糊设计机械设计领域普遍存在着模糊性现象，如产品性能的好与坏、使用寿命的长与短、可靠性的高与低等，都是一些模糊量。模糊设计是把模糊理论引入到设计领域中而形成的一种崭新的设计方法。模糊设计不是建立在对系统进行精确的数学分析基础上，而是根据模糊性的实际经验确定设计参数。模糊设计一般是与别的设计方法相结合，处理设计，中的不确定性因素使得设计方法更加合理、完善。1.5参数化设计参数化设计分为两个部分，即参数化图元和参数化修改引擎。参数化设计中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间

5、的不同，是通过参数的调整反映出来的。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对机械设计做的任何改动都可以自动在其他相关联的部分反映出来，使每一个机械零件都通过一个变更传播引擎互相关联。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。1.6摩擦学设计摩擦学是研究具有相对运动表面摩擦、磨损与润滑理论的一门学科。摩擦学设计就是充分运用摩擦学知识，合理设计机械零部件，采用先进材料和工艺，正确选用润滑方式和装置，减小机械设备的摩擦损耗，降低失效时间延长产品寿命，提高设备的工作效

6、率和运行可靠性。尽管摩擦学问题普遍大量存在于所有机械设备中，但以往机械设计很少考虑摩擦。摩擦学设计是继运动学设计、强度设计之学问题后又一重要的设计内容。1.7智能设计智能设计是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。前些年智能设计仅仅停留在计算机辅助设计即CAD水平上，计算机的不断发展而产生的基于知识库的专家系统、以及具有自学习功能和联想记忆功能的人工神经网络技术得到迅速发展，推动智能设计迈上新台阶。二．现代机械设计方法

7、的基本特点2.1以自动化设计取代人工设计充分利用先进的计算机硬件及软件平台，极力提高人机结合的设计系统的自动化水平，以提高产品的设计质量，这是现代机械设计方法的基本特征。2.2以动态建模取代静态模型典型的如以机器结构动力学计算取代静力学计算，以实时在线测试数据作为评价依据等。2.3以定量计算取代定性判断如以有限元计算非规则零件的尺寸和刚度，取代传统设计的经验类比法确定箱体各部分壁厚等。2.4以变量取代常量如最优化设计中用随机变量取代传统设计方法中通常以经验常量校核的粗略数据处理方法。2.5以优化设计取代可行性设计用设计变量恰当地建立设

8、计目标的数学模型，从众多的可行性解决方案中求其最优解。2.6以并行设计取代串行设计强调从设计阶段就并行地综合考虑产品整个生命周期中各方面的要求与相互关系，避免串行设计中可能发生的干涉与返工。三．结论机器的性能品质不但取决