現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在工程機(jī)械中的應(yīng)用和發(fā)展(共6頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在工程機(jī)械中的應(yīng)用和發(fā)展 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在工程機(jī)械中的應(yīng)用和發(fā)展摘要 本文針對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用和發(fā)展作了簡(jiǎn)單介紹。關(guān)鍵字 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 汽車(chē)優(yōu)化設(shè)計(jì) 汽車(chē)變速器1. 前言 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)與世界經(jīng)濟(jì)的全面接軌，以及我綜合國(guó)力的日益提高和人們的生活水平的逐日改善，人們對(duì)產(chǎn)品功能要求的日益增多。各種產(chǎn)品日益呈現(xiàn)出復(fù)雜性增加、壽命周期縮短、更新?lián)Q代速度加快等特點(diǎn)。尤其是我國(guó)的工程機(jī)械企業(yè)現(xiàn)已面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的基于二維的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人力物力投資大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)精度低，已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品的需求。因此，企業(yè)必須使用新的方法 ，以提高產(chǎn)品

2、的設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期、加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代，并增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是在近幾十年逐漸發(fā)展起來(lái)的，包括了設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)策略以及設(shè)計(jì)方法等。2. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的簡(jiǎn)單介紹及應(yīng)用2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的多元交叉學(xué)科。以滿(mǎn)足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的,以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體,以知識(shí)為依托,以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段,研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品和工藝等活動(dòng)過(guò)程所用到的技術(shù)和知識(shí)群體的總稱(chēng)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要有:并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔

3、助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)等。2.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在工程機(jī)械中的應(yīng)用舉例2.2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)完成汽車(chē)設(shè)計(jì) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法以形態(tài)學(xué)為分類(lèi)手段，以方法學(xué)為思想指導(dǎo)，其具體內(nèi)容有很多。系統(tǒng)工程是以大系統(tǒng)為研究對(duì)象的一門(mén)跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，它以應(yīng)用數(shù)學(xué)和電子計(jì)算機(jī)等為工具，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和反饋控制等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)。通過(guò)各種組織管理技術(shù)，使局部與整體之間關(guān)系協(xié)調(diào)配合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)完成汽車(chē)設(shè)計(jì)，一般可分為3個(gè)階段：（1）信息獲?。ɑ蚍Q(chēng)系統(tǒng)分析

4、）；（2）信息處理（或稱(chēng)系統(tǒng)選擇）；（3）信息整理（或稱(chēng)系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃）。 汽車(chē)設(shè)計(jì)涉及多種專(zhuān)業(yè)學(xué)科的各種不同要求，要完成一個(gè)成功的設(shè)計(jì)，必須應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，全面均衡地、有層次地處理各種不同要求，使設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)，已經(jīng)把一個(gè)企業(yè)的全部生產(chǎn)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)）作為一個(gè)整體，因此可以把它看成一個(gè)大系統(tǒng)。在汽車(chē)設(shè)計(jì)中采用CAD的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）能減少設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖的時(shí)間，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制周期，適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的需要，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；（2）采用CAD系統(tǒng)可以分析多種方案，實(shí)現(xiàn)多方案擇優(yōu)；（3）能使設(shè)計(jì)人員從事務(wù)性和重復(fù)性勞動(dòng)中解脫出來(lái)，有更多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)造性的勞動(dòng)。

5、虛擬技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的全球化和科技的迅速發(fā)展，制造業(yè)格局發(fā)生了巨大的變化，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新少、耗時(shí)多、效率低、成本高，已經(jīng)不能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的市場(chǎng)，虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)將產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、加工等過(guò)程，可減少因制作物理模型所消耗的人力、物力和時(shí)間，同時(shí)可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次成型，增強(qiáng)企業(yè)快速適應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。（1）汽車(chē)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)及設(shè)計(jì)思路虛擬設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新的設(shè)計(jì)手段。虛擬制造強(qiáng)調(diào)在實(shí)際投入原材料于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程之前，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的相關(guān)分析，以保證制造實(shí)施的可行性。（2

6、）虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)整車(chē)及零部件的概念設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、總布局設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，同時(shí)對(duì)其性能如剛度、強(qiáng)度、固有頻率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)及使用壽命和噪聲等進(jìn)行模擬分析，以便在設(shè)計(jì)階段就發(fā)現(xiàn)并盡可能地解決問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)一次成功率。對(duì)汽車(chē)整車(chē)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)過(guò)程，包括零部件的三維建模、虛擬裝配和產(chǎn)品的外觀造型。（3）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中的CADCAE技術(shù)來(lái)對(duì)汽車(chē)相關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。CAD就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，一個(gè)完整的CAD系統(tǒng)，應(yīng)由人機(jī)交互接口、科學(xué)計(jì)算、圖形系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。CAE是用計(jì)算機(jī)輔助求解的一種近似數(shù)值分析方法。它可分析計(jì)算復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能

7、，也可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等。CAD系統(tǒng)的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，結(jié)合有限元法，形成了眾多商品化的CAD和CAE軟件。汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)中通過(guò)CAD軟件的三維模型建立后，CATIA修飾零部件各部分結(jié)構(gòu)時(shí)，利用消隱、渲染和著色功能，按一定方向選擇光源，改變背景色和零件顏色，用光源參數(shù)控制光源，給模型賦予各種顏色和材質(zhì)，讓模型表現(xiàn)出塑料和金屬的質(zhì)感、各種色度和光澤感，得到生動(dòng)逼真的效果圖。然后再通過(guò)CAE軟件對(duì)設(shè)計(jì)好的軟件進(jìn)行載荷受力分析與動(dòng)力學(xué)分析從而能夠得到該零件的設(shè)計(jì)是否符合實(shí)際的應(yīng)用。設(shè)計(jì)方法是使產(chǎn)品滿(mǎn)足以及判斷產(chǎn)品是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)原則的依據(jù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是基于設(shè)計(jì)理論形成的，

8、因而更具科學(xué)性和邏輯性。但一些方法還有完善和發(fā)展的過(guò)程，所以現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法還不能完全取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，一些行之有效的經(jīng)驗(yàn)方法目前仍在廣泛使用，它們?nèi)允乾F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要組成。2.2.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法對(duì)汽車(chē)變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)汽車(chē)傳動(dòng)系是汽車(chē)的主要組成部分，變速箱又是傳動(dòng)系的重要部件，它們的任務(wù)就是充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳到驅(qū)動(dòng)輪，以滿(mǎn)足汽車(chē)行駛上的各項(xiàng)要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)汽車(chē)變速箱結(jié)構(gòu)參數(shù)是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)和艱苦的工作，而且難以求得較理想的設(shè)計(jì)參數(shù)，不利于產(chǎn)品性能的提高。變速箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)則可利用計(jì)算機(jī)在約束域內(nèi)按預(yù)定目標(biāo)高速有效地優(yōu)選出最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是一種理想的高質(zhì)量的

9、設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求，在這種情況下，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，不但要滿(mǎn)足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而且要求結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、傳動(dòng)效率高、工作可靠、壽命長(zhǎng)、噪音低等。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法缺乏嚴(yán)密的科學(xué)性，如為了強(qiáng)調(diào)零件可靠性，往往取較大安全系數(shù)，結(jié)果增加了設(shè)計(jì)零件的重量。并且生產(chǎn)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)質(zhì)量低，材料消耗大。因而采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法進(jìn)行變速器設(shè)計(jì)已不能滿(mǎn)足汽車(chē)發(fā)展的客觀需要，必須采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)汽車(chē)變速箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可得到良好的汽車(chē)動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，使換檔輕便，無(wú)沖擊噪聲。同時(shí)也使設(shè)計(jì)者從大量的繁瑣和重復(fù)的計(jì)算工作中解脫出來(lái)，使之有更多的精力從

10、事創(chuàng)造性的工作，并大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。對(duì)載貨汽車(chē)變速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體包括以下內(nèi)容:(1)變速器齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)已知變速器的中心距和各檔速比以及變速器的使用要求，進(jìn)一步對(duì)各檔齒輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使齒輪副的尺寸最小。 目標(biāo)函數(shù)的確定：變速器的設(shè)計(jì)求變速器體積最小，節(jié)省材料，降低成本。為達(dá)到此要求，就必須合理地分配傳動(dòng)比，合理選擇各檔的模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、齒輪變位系數(shù)等。優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算機(jī)，可合理地選擇這些參數(shù)，達(dá)到所設(shè)計(jì)的變速器在一定使用時(shí)期內(nèi)，在可靠的前提下體積最小。 設(shè)計(jì)變量的確定：設(shè)計(jì)一個(gè)在一定使用期限內(nèi)可靠工作的四檔變速器，并要求所設(shè)計(jì)的變速器體積最小，其影響因素是很多的，

11、設(shè)計(jì)方面的主要參數(shù)有各檔傳動(dòng)比、齒輪模數(shù)、齒輪的螺旋角、齒輪的齒寬、齒數(shù)、齒輪的移距系數(shù)等。 約束條件的確立：中間軸軸向力的限制，中心距A的限制，傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比限制，變速器使用性能的限制，滿(mǎn)足齒輪最小齒數(shù)的要求以保證不根切，螺旋角的限制，尺寬的限制。 優(yōu)化方法的選?。含F(xiàn)在優(yōu)化計(jì)算方法很多，而MATLAB優(yōu)化工具箱，是現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)很方便的軟件，運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)大。所以選取此方法。(2)變速器軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度的前提下，對(duì)變速器的軸進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其重量最輕。 目標(biāo)函數(shù)的確定：取各軸段體積之和作為目標(biāo)函數(shù)，并在優(yōu)化時(shí)取其最小值。 約束條件的建立：依據(jù)受力分析，軸撓度和偏轉(zhuǎn)角

12、的計(jì)算來(lái)確定約束條件。 優(yōu)化方法的選擇：運(yùn)用MATLAB優(yōu)化工具箱進(jìn)行求解。(3)運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行齒輪變速箱參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行齒輪變速箱參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過(guò)程，體現(xiàn)了MATIAB優(yōu)化工具箱的實(shí)用性和優(yōu)化效率。齒輪變速箱優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步是確定傳動(dòng)方案，第二步是進(jìn)行齒輪變速箱參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行齒輪變速箱參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，由于優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法不同，優(yōu)化程序繁簡(jiǎn)差別很大，有些程序還需選擇中間參數(shù)。而中間參數(shù)的選擇對(duì)優(yōu)化結(jié)果和優(yōu)化的效率有很大的影響，如果使用MATIAB語(yǔ)言的優(yōu)化工具箱，將給設(shè)計(jì)者帶來(lái)了極大的方便。 建立數(shù)學(xué)模型自變量的選擇：可將模數(shù)、最小傳動(dòng)比、齒數(shù)等作為設(shè)計(jì)變量

13、。目標(biāo)函數(shù)的確立：變速箱參數(shù)優(yōu)化的目的是在變速級(jí)數(shù)、傳遞功率不變的前提下，減小變速箱的重量。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，目標(biāo)函數(shù)可以是變速組中心距和，各傳動(dòng)齒輪重量或齒輪面積和。本例用以變速組中心距和為目標(biāo)函數(shù)。 約束條件：MATLAB的優(yōu)化工具箱僅僅支持形如G(X)0的約束方程，以及變量的上下界約束“1對(duì)非規(guī)范型的約束方程，必須進(jìn)行變換。約束條件有：最小齒數(shù)約束，模數(shù)約束，傳動(dòng)比約束，齒輪輪輻的最小尺寸約束，最大節(jié)圓速度約束，最大齒輪外徑約束，齒輪接聳強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的約束條件。 運(yùn)用MATLAB工具箱求解：編寫(xiě)程序，并進(jìn)行求解。優(yōu)化結(jié)果及結(jié)論：而使用MATLAB優(yōu)化工具箱不需考慮優(yōu)化算法的具體實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了此種方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的內(nèi)容眾多而豐富，它們是由相對(duì)獨(dú)立又有機(jī)聯(lián)系的“十一論”方法學(xué)構(gòu)成，即：功能論、優(yōu)化論、離散論、對(duì)應(yīng)論、藝術(shù)論等十一類(lèi)。種類(lèi)繁多但并不是任何一件產(chǎn)品和一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)都需要采用全部設(shè)計(jì)方法，也不是每個(gè)產(chǎn)品零件或電子元件的設(shè)計(jì)均能采用上述每一種方法。由于不同的產(chǎn)品都有各自的特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)常需綜合運(yùn)用上述設(shè)計(jì)方法。我們可以得到設(shè)計(jì)人員不僅要有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且還需掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、設(shè)