1. 机械的三大设计是什么
机械中三大设计分别是常规设计, 现代设计和创新设计。
常规设计方法又称传统设计方法,其发展过程包含三个阶段:直觉设计阶段;经验设计阶段;半理论半经验设计阶段。
现代设计是将传统设计中的经验,类比法设计提高到逻辑的,理性的,系统 的新设计方法,是在静态分析的基础上,进行动态多变量的最优化。现代设计方 法强调以计算机为工具, 以工程软件为基础,其基本的设计内容是建立在常规设 计的基础上,但是在强调现代设计方法时,不可忽略常规设计方法的重要性,运 用现代设计理念进行的机械设计,现代设计方法从不同的角度深化了机械设计, 提高了产品的质量,也降低了产品的成本。现代设计方法主要分为可靠性设计, 优化设计,有限设计,计算机辅助设计 CAD,虚拟设计等。
创新性设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术知 识,进行创新构思,设计出具有新颖性的,创造性及实用性机械产品的一种实践 活动。创新设计强调发挥创造性,提出新方案,提供新颖而且独特的设计。其特 点是运用创造性思维,强调产品的创新性和新颖性。 创新设计方法分为智力激 励法,提问追溯法,联想类推法,返向探索法,系统分析法,组合创新发六种。
2. 机械设计现代设计方法
现代机械设计领域采用了一种全新的设计方法,它结合了机械设计专业与计算机技术的精华。这些方法包括了专业领域的振动分析设计、摩擦学设计、热力学传热设计、强度与刚度分析,以及温度场分析等,如Pro/E进行动态特性分析和ANSYS的应力分析,旨在提高机械产品的可靠性和设计精度。
通用的现代设计方法则广泛应用计算机辅助设计(CAD)及系统分析,涵盖了优化设计、有限元分析、可靠性分析、仿真技术以及专家系统等多种手段。优化设计利用数学模型和计算机技术寻找最佳设计解决方案,如通过优化数学与计算机技术的结合,实现机械设计的最优化。计算机仿真与虚拟设计则通过模拟产品开发过程,预测性能和成本,缩短产品上市周期,并拉近与用户间的距离。
有限元设计是一项强大的工具,通过数学近似模拟真实物理系统,即使是复杂结构的静态和动力分析,都能精确计算应力分布和变形,对强度和刚度计算非常有效。模糊设计则引入了模糊数学,处理机械设计中存在大量模糊信息的问题,如零件安全系数的确定,通过定量分析各因素影响,为决策提供依据。
机械设计(machine design),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作为制造依据的工作过程。
3. 机械设计方法如何分类
机械设计方法,可以从不同的角度做出不同的分类。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(或传统的)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。本节主要阐明常规设计方法,至于现代设计方法在下一节中介绍。机械的常规设计方法可概括地划分为以下三种:
(1)理论设计。
根据长期研究与实践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。理论设计的计算过程分为设计计算和校核计算两部分,如图4-13所示。前者是指按照已知的运动要求,载荷情况及零、部件的材料特性等,运用一定的理论公式设计零、部件尺寸和形状的计算过程。设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零、部件,如转轴的强度、刚度计算等;后者是指,先根据类比法、实验法等其他方法初步定出零、部件的尺寸和形状;再用理论公式进行精确校核的计算过程,它多用于结构复杂,应力分布较复杂,但又能用现有的应力分析方法(以强度为设计准则时)或变形分析方法(以刚度为设计准则时)进行计算的场合。理论设计可得到比较精确可靠的结果,重要的零、部件大都选择这种方法。
(2)经验设计。
根据对某些零、部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称为经验设计。对一些次要的零、部件;或者对于一些理论上不够成熟或虽有理论但没有必要用繁复、高级的理论进行设计的零、部件大多采用这种设计方法。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的设计等,如图4-14所示。
图4-15汽车模型制作
4. 现代机械设计理论与方法是什么意思
机械及装备制造业真正体现了一个国家的实力,在产业链上具有非常强的带动性。现代机械设计理论与方法的学习对于机械及装备制造业具有重要的意义,在科技不断发展和多学科广泛交叉作用中,其内涵与外延将进一步丰富和扩展。
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、力和能量的传递系统、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法进行构思、分析和计算并将之转化为具体的描述,以作为制造依据的创造性工作过程。研究机械设计过程的理论、方法及实现手段等对工业、农业、国防、科技各个领域的理论探索及实践均具有重要意义。
现代机电产品的质量、性能和成本,在很大程度上是由设计阶段的工作决定的,设计实现产品标准化、系列化和通用化,能加速实现我国生产活动的高度机械化、电气化和自动化。设计水平与工业发展水平是相互影响的。设计先进的机器,可大大加速现代化建设的进程。另外,现代机械设计过程在本质上是一个创新过程,创新设计综合实践能力是尖端人才培养的“灵魂、动力”。
5. 机械设计都有哪些现代设计方法
机械设计的现代设计方法:
一、专业现代
由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件,能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理,可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为,并形成固定的设计程序,这就是专业的现代设计方法,如:振动分析和设计,摩擦学设计,热力学传热设计,强度、刚度设计,温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上,应用计算机技术开发出来的。例如:用Pro/M软件分析机械装置的动态特性,用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子,为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。
二、通用现代
为了满足机械产品性能的高要求,在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析,这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究,还有其自身的科学理论和方法。
1、优化设计
机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一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计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。
2、仿真与虚拟设计
计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提,在产品设计阶段,实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等,从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期,也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。
3、有限元设计
这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。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。
4、模糊设计
它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中,零件的安全系数往往从保守观点出发,取较大值而不经济,但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题,虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同,但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是,可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析,得出综合的数量化指标,作为选择决断的依据。
机械设计是机械工程的重要组成部分,是机械生产的第一步,是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是:在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械,即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求,一般有:最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的,而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重,统筹兼顾,使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去,设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展,制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。