機(jī)械設(shè)計(jì)方法及進(jìn)展

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械系統(tǒng)引入的新材料、新工藝、新方法 越來越多，實(shí)現(xiàn)同一種技術(shù)功能所具有的功能載體和技術(shù)手段也很多， 因此，現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作者若使自己設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能立足市場(chǎng)， 除要求機(jī)械系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能外， 還應(yīng)使設(shè)計(jì)出的機(jī)械系統(tǒng)滿足 物美價(jià)廉、運(yùn)行可靠、操作方便、對(duì)環(huán)境污染小等一系列要求。 設(shè) 計(jì)者只有通曉機(jī)、電、液等各種綜合技術(shù)，才能設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比優(yōu) 良的機(jī)械系統(tǒng)。 1 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)，根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的 工作原理，結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料 和形狀尺寸、 潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、 分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的 描述以作為制造依據(jù)的工作過程。 2 現(xiàn)代

2、機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)現(xiàn)代 機(jī)械種類很多，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。 但從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度 上看，它主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱及控制系統(tǒng) 等，每個(gè)系統(tǒng)叉可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的子系統(tǒng)。 現(xiàn)代機(jī) 械設(shè)計(jì)有其鮮明的特點(diǎn)，即不但要求設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、 運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式， 物流技術(shù)、各零部件的材料、 形狀、 尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析、計(jì)算，而且還需融通多門科學(xué)知 識(shí)，如創(chuàng)造性工程、美學(xué)，仿生學(xué)、控制論、機(jī)械電子學(xué)、價(jià)值工程 等，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)力。 3 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械 設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)， 簡(jiǎn)稱技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個(gè)重要組成 部分。 這一新興學(xué)科能充

3、分運(yùn)用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和快速繪圖的 強(qiáng)大功能為工程設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)， 徹底改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)繪 圖方式，極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和精度，使得科技人員的 慧和能力得到了延伸系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)； 軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，它決定了系統(tǒng)所具有的功能。 硬件和軟件的 組合形成了系統(tǒng)。 汁算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程包括 1 建立 數(shù)學(xué)模型一般機(jī)械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型， 但對(duì)沒有數(shù)學(xué)模型 的則首先要建立正確的數(shù)學(xué)模型； 2 設(shè)計(jì)程序框圖程序框圖根據(jù)手工 計(jì)算的步驟來沒計(jì)； 3 用高級(jí)語言編制程序根據(jù)程序框圖來編程； 4 程序調(diào)試程

4、序編好后， 先仔細(xì)檢查源程序， 然后將其輸入汁算機(jī)進(jìn)行 試算，再對(duì)程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行試算，要求與手算結(jié)果 完全吻合。 4 系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)已突破傳統(tǒng)的 機(jī)械設(shè)計(jì)只注重機(jī)械產(chǎn)品單純能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的要求， 使機(jī)械設(shè)計(jì)向 自系統(tǒng)化、信息化，柔性化和智能化的方向發(fā)展。 從系統(tǒng)的觀 點(diǎn)出發(fā)， 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其控制技術(shù)把原有機(jī)械產(chǎn)品的眭能、 功能以 及制造技術(shù)提高到一個(gè)嶄新的水平， 甚至使原有的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生 變化，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。 所以機(jī)構(gòu)產(chǎn)品 的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)及其控制技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)， 也是用新興 技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)械 業(yè)的有力措施。 科學(xué)技術(shù)的飛速

5、發(fā)展，產(chǎn) 品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增響，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加 快然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段，則顯得力不 從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。 目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、 加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研 究，并初見成效， 而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將沒計(jì)任務(wù)由抽象到具體由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次劃分， 擬定出每 一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法， 由淺入深、 由抽象至具體地將各層有機(jī)地 聯(lián)系在一起，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循，有方法可 依，易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。 系

6、統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要 特點(diǎn)是籽設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)汁要素組成的一個(gè)系統(tǒng)， 每個(gè)設(shè)計(jì)要素 具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的 設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)沒汁系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。 在系統(tǒng) 化機(jī)械設(shè)計(jì)過程中， 為使設(shè)計(jì)工作更為科學(xué)合理， 常把一個(gè)機(jī)械系統(tǒng) 分解為若干個(gè)相聯(lián)系的比較簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)， 可使設(shè)計(jì)和分析比較簡(jiǎn)便。 根據(jù)需要和可能，各予系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，依次分解， 直至能進(jìn)行適宜的毆計(jì)和分析。 系統(tǒng)分解時(shí)就注意以下幾點(diǎn)分 解數(shù)和層次應(yīng)適宜。 分解數(shù)太少，子系統(tǒng)仍很復(fù)雜，不便于模 型化和優(yōu)化工作， 分解數(shù)和層次太多又會(huì)給總體系統(tǒng)的綜合造成困難； 2 避免過于復(fù)雜的分

7、界面。 應(yīng)盡可能選擇在要素間結(jié)合枝數(shù)聯(lián) 系數(shù)較少和作用較弱的地方； 保持能量流、 物料流和信息流的合理流 動(dòng)途徑。 通常機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)都存在著能量、物料和信息 3 種 轉(zhuǎn)換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中， 按一定的方向和途徑流 動(dòng)，既不可中斷，也不可紊流，即使分解成各個(gè)子系統(tǒng)，它們的流動(dòng) 途徑仍應(yīng)明確和暢通；了解分系統(tǒng)分解與功能分解的關(guān)系與不同。 系統(tǒng)分解時(shí)， 每個(gè)系統(tǒng)仍是一個(gè)系統(tǒng)， 它把具有比較密切結(jié)合關(guān)系的 要素結(jié)合在一起，其結(jié)構(gòu)組成雖稍微簡(jiǎn)單，但其功能往往還有多項(xiàng)。而功能分解時(shí)，是按功能體系進(jìn)行逐級(jí)另懈，直至不能再分解的單元功能。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)

8、品的功能需求、設(shè)計(jì)、加工、裝配、成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn) 成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案沒汁中初露鋒芒。目前，機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方 法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè) 計(jì)工具軟件。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì)是綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，以產(chǎn)品方案沒計(jì)為方向。而功能分解時(shí)，是按功能體系進(jìn)行逐級(jí)另懈，直至不能再分解的單元功能。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求、設(shè)計(jì)、加工、裝配、成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn) 成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 以及多媒體、超媒體工