机械设计理论与方法
机械设计理论与方法
机械设计理论与方法是指在进行机械产品设计过程中所涉及的理论知识和方法论。它涉及到了机械工程学科的多个领域，包括机构学、机械动力学、机械强度学、工程设计基础等。
机械设计理论与方法的目标是通过科学的方法和技术手段，提高机械产品的性能、质量和可靠性，减少生产成本，并满足用户的需求和要求。它包括以下几个方面的内容：
1. 机械系统构成与设计：机械设计需要从整体上考虑机械系统的构成和设计。这包括确定机械产品所需功能和性能，选择合适的结构和部件，进行配合和布局等。
2. 机械运动与传动：机械产品设计中需要考虑到运动与传动的问题。这包括确定机械系统的运动方式，选择合适的传动装置，进行动力分析和控制等。
3. 机械强度与刚度：机械产品的强度和刚度是设计中非常重要的考虑因素。设计师需要根据应力分析和变形分析确定合适的材料和结构，以保证机械产品的安全性和稳定性。
4. 工程设计基础：机械设计还需要掌握一些工程设计基础知识和方法，包括设计原理、设计计算、CAD/CAM技术等。这些基础知识可以帮助设计师更好地
进行机械产品的设计和优化。
通过学习和应用机械设计理论与方法，设计师可以更加科学和高效地进行机械产品设计，提高设计质量和效率，满足用户的需求和市场竞争。
现代机械设计理论与方法的特点及其研究进展
现代设计理论及其方法的特点及其研究进展 朱相国 产品设计是一种建立在知识和经验的基础上的创造性劳动，设计的目的就是寻求一种满足用户、企业及社会所提出的质量要求的最佳方案，这是一种复杂的思维过程。目前产品设计问题一般表述为以经验为基础的演绎、归纳的设计过程。因此，需要探求以科学原理为基础的产品设计理论和方法。产品设计理论时研究工程设计的过程、规律及设计中的思维和工作方法的一门综合性学科。设计产品的设计过程、设计目的、设计者、可用资源、领域知识等5个方面及其相互关系，在20世纪60年代初，人们已将设计过程明确划分为方案设计、技术设计，工艺设计阶段，基本上属于经验设计体系。随着科学技术的发展，产品设计不再完全是依赖经验和灵感的创造艺术，而逐步演变为一门科学，以知识为依托，以科学方法为手段的工程创新活动。20世纪70年代，德国学者Pahl和Beitz提出了最具代表性、权威性和系统性的产品设计方法学，将工程设计过程分为4个阶段：明确任务阶段、概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段。近20年来，产品设计又引入了系统科学、信息科学理论和方法，更广泛的借助于现代数学方法和计算机技术，产品设计进入了系统工程、系统优化和计算机辅助设计阶段。工程设是一种有目标的创造性社会活动，自然科学和工程科学是其必要的知识基础；相关的专业知识和经验，尤其是机构工艺、材料性能、生产过程和管理方面知识基础也是十分必要的；设计产品往往是为了满足社会的需要，力争产品具有市场竞争力。因此设计人员还必须了解所设计产品的政治、经济、人文、法律、社会、技术和生态环境等有关情况。 一、现代设计理论与方法的发展 随着科学的发展以及人们对产品质量的要求不断提高，以及各学派的深入研究，现代机械设计理论与方法形成了趋于完整的几大体系。 1、发明问题解决理论（TRIZ理论） TRIZ是拉丁文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏联G.S.Altshulder 等人自1946年开始，花费1500人/年的时间，在分析研究各国250万件专利的基础上所提出的，是解决技术难题的原理和知识体系。20世纪80年代中期前，这种理论是对其他国家保密的，随着前苏联解体，一批科学家移居美国等西方国
现代机械设计方法与理论
现代机械设计方法与理论 引言 科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。 根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。 1 系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法”，其设计流程见图1 。
图1 技术系统和产品的开发设计方法 (德国工程师协会标准VDI2221) 制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是： (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法，其质量功能布置方法概貌见图2。 图2 质量功能布置方法概貌 (2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。 (3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。 由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。 1.1 设计元素法 用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。 1.2 图形建模法 研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
机械设计理论与方法
摘要 本文简要介绍了机械设计的发展历程，阐述了现代机械设计理论，主要设计方法及其研究现状，并展望了机械设计未来发展趋势，而且用实例展现了现代机械设计方法。 关键词：发展历程，设计理论，设计方法，研究现状，未来趋势 引言 设计是把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种方法和手段，是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人们为满足一定的需求而进行的一种创造性活动的实践过程。就机械设计而言，它是从给定的合理的目标参数出发通过各种手段和方法创作出一个所需的优化的机器或机构的过程。机械设计理论和方法是随着人类无止休的需求及科学技术的进步而发展和成熟的。近几十年来电子技术、信息技术、计算机技术的突飞猛进让机械设计发生了翻天覆地的变化，出现了有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等新方法，使设计质量和速度有很大提高。作为将来的机械工程师十分有必要了解机械设计理论和方法的发展历程、研究现状、未来发展趋势，熟悉和掌握现代机械设计方法，应用于实际。 一、发展历程 机械设计发展史可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，“二战”后至今为现代设计阶段。每一个阶段在设计理论和方法方面都有明显的特色。 1.1古代机械设计 自古人们就想把双手从繁重的劳动中解放出来，因此可以说自人类诞生以来就开始设计制造机械。我国古代在这方面就有相当辉煌的成就。发明了如指南车、计 鼓里车、纺织机械、水力机械、天文仪器等一大批精巧的机械。 这一阶段的机械设计以直觉为主，技术由师傅传授，基本没有技术交流。受生产力发展限制，材料主要为木材（难怪“机械”两字偏旁都为“木”)，设计制造周期长。 1.2近代机械设计 西方文艺复兴运动的兴起，解放了思想，对自然科学的研究如火如荼，一批又一批科学家呕心沥血，孜孜不倦，进行基础科学研究，为机械设计理论与方法提供指南车，又称司南车，是 中国古代用来指示方向 的一种机械装置。与指南 针利用地磁效应不同，它 是利用差速齿轮原理，根 据车轮的转动，由车上木 人指示方向。不论车子转 向何方，木人的手始终指 向南方，“车虽回运而手 常指南”。
机械设计中的机械设计理论与方法
机械设计中的机械设计理论与方法机械设计是机械工程的核心领域之一，它涉及到各种机械设备、结 构和系统的设计。在机械设计中，机械设计理论与方法是非常重要的，它们为机械设计的成功提供了基础和指导。本文将探讨机械设计中的 机械设计理论与方法，并介绍它们的应用。 一、机械设计理论 在机械设计中，有一些经典的机械设计理论被广泛应用。其中最重 要的是强度学说和刚度学说。 强度学说是机械设计中的基本理论之一。它通过计算应力和应变来 评估机械结构的强度，确定机械结构的承受能力。强度学说包括材料 强度学和结构强度学两个方面。材料强度学研究材料的强度和刚度， 而结构强度学研究结构的强度和稳定性。通过强度学说，机械工程师 可以选择合适的材料和确定结构的尺寸，以满足机械设备的使用要求。 刚度学说是机械设计中的另一个重要理论。刚度学说研究机械结构 的刚度和挠度，以评估结构的刚性和稳定性。刚度学说认为机械结构 在受力作用下应具有足够的刚性，不会发生过大的弯曲变形。通过刚 度学说，机械工程师可以设计出具有良好刚度的机械结构，以提高机 械设备的工作精度和稳定性。 二、机械设计方法
机械设计方法是机械设计过程中的具体操作指南，它们帮助机械工程师将设计理论转化为实际的机械产品。在机械设计中，有一些常用的机械设计方法。 1. 参数化设计方法 参数化设计方法是一种通过设定参数和约束条件来实现机械设计的方法。通过设定不同的参数值，可以生成不同的设计方案。参数化设计方法可以提高设计的灵活性和效率，同时减少设计错误的可能性。例如，机械工程师可以通过改变零件的尺寸参数来满足不同的设计要求。 2. CAD设计方法 CAD（计算机辅助设计）是一种使用计算机辅助工具进行机械设计的方法。CAD可以帮助机械工程师进行设计、分析和优化，提高设计效率和设计质量。通过CAD设计方法，机械工程师可以在计算机上建模、仿真和验证设计方案，以实现快速的设计迭代和优化。 3. 模块化设计方法 模块化设计方法是一种将机械设计分解为多个独立模块，并对每个模块进行独立设计的方法。每个模块都具有独立的功能和约束条件，通过模块化设计方法，可以实现模块之间的界面统一和协同工作。模块化设计方法可以提高设计的可维护性和可扩展性，同时减少设计的复杂性。 4. 拓扑优化
机械设计的基本原理和方法
机械设计的基本原理和方法 机械设计是指以机械结构为基础，使用工程技术方法进行创新和设 计的过程。在机械设计中，掌握基本原理和方法是非常重要的，下面 将介绍其中的几个关键点。 一、机械设计的基本原理 1.结构设计原理 机械设计的结构设计原理是指根据机械产品的功能要求，将其分解 为若干个组成部分，并通过合理的连接方式使这些部分形成一个有机 的整体。结构设计的关键在于考虑产品的强度、刚度、稳定性等因素，以确保产品的正常运行。 2.运动学原理 机械设计中的运动学原理是研究物体运动的规律和方法。在机械设 计中，需要根据产品的工作要求和工作环境，确定产品的运动轨迹、 速度、加速度等参数，并通过运动学分析来确定合适的机械结构和传 动机构。 3.材料力学原理 材料力学原理是机械设计的重要基础。在机械设计中，需要对所选 材料的力学性能进行分析和计算，以确定材料的适用范围和工作条件。常用的材料力学原理包括弹性力学、塑性力学等。 4.热力学原理
热力学原理在机械设计中的应用主要是分析机械系统的热工性能。 通过热力学原理的应用，可以对机械系统的能量传递和转化进行分析，从而优化机械系统的能效和性能。 二、机械设计的基本方法 1.需求分析和规划 机械设计的第一步是对产品需求进行分析和规划。通过调研和产品 定位，明确产品设计的目标和功能要求，确定设计方向和设计原则。 2.概念设计和创新 概念设计是指根据需求和规划，在理论上进行创新和方案设计。在 概念设计中，可以采用创新的思维方式，结合专业知识和设计经验， 提出多个不同的设计方案。 3.详细设计和分析 详细设计是指从概念设计中选取一个最佳方案，并进行详细制图和 参数计算。在详细设计中，需要进行力学、动力学、热力学等方面的 分析，确保设计方案的合理性和可行性。 4.制造和优化 机械设计完成后，需要进行制造和优化。在制造过程中，需要根据 设计图纸进行加工和装配，确保产品的质量和精度；在优化过程中， 可以根据实际使用情况对机械系统进行改进和调整，提高产品的性能 和可靠性。
现代机械设计理论与方法
现代机械设计理论与方法 现代机械设计理论与方法是指建立在现代机械学、计算机科学、网络、控制等多种理 论和技术支持下，进行机械设计活动的理论和方法。主要包括机械产品概念设计、矩阵分 析法、机械有效性分析法、参数化设计、CAD/CAE/CNC系统及新技术应用等内容。 机械产品概念设计是机械设计的重要过程，其中概念设计尤其重要。它建立在需求分 析和标准分析的基础上，以解决技术问题，主要实现高效、可靠、经济的产品设计。概念 设计通常是以抽象的意念确定解决问题的方式，就是从未来的想象出发，利用经验和科学 的方法确定产品的设计参数，形成概念设计方案。通常还会结合在此之前相关的计算机辅 助设计、有限元分析等活动，使设计的时间减少，提高了产品的设计质量和效率。 矩阵分析法是机械设计中最常用的重要方法，它可用来求解机械系统结构及参数问题，是机械基础理论研究的常用方法。矩阵分析可通过利用数学矩阵将机械系统结构及参数的 解的一般公式表示出来，用数学矩阵的语言和结构来描述机械系统的参数。它是一种高效 的结构分析方法，它可以把复杂的机械系统划分为便于求解的小系统，然后用这些小系统 的解表示机械系统的解，由此解决复杂的机械系统参数求解问题。 机械有效性分析法是近年来机械学研究中崛起的一门理论，它旨在综合运用数学计算、专业机械学知识和工程知识分析机械系统的有效性，既要从中提取机械系统的功能及其参数，同时也要量化分析机械系统的有效性，尤其是应力、位移、运动等状态及其作用在系 统上的变化，从而精确分析出最优化的机械系统结构及参量。 参数化设计是一种新型设计思想，旨在建立一种能使设计者和分析者集中共同专注于 任务的工作方法，它以模型、变量和函数等抽象的概念样式描述复杂系统的设计模型，将 设计模型中的变量逻辑联系，从而解决设计模型的中的参数关系，使设计效果更加理想。 与传统的设计方法相比，参数化设计可以充分利用计算机，对设计模型进行快速有效地分 析计算，从而大大减少了设计周期，提高了机械设计的效率和质量。 CAD/CAE/CNC系统是当今机械设计中常用的多种信息技术，它们可以系统支持机械设 计活动，充分发挥计算机的强大硬件和软件组合所提供的操作。CAD是Computer-Aided Design的缩写，用它可以完成机械产品的设计，如三维图形的建立、草图技术的应用等；CAE是Computer-Aided Engineering，用它可以完成机械系统的级联、参数化；CNC是Computer Numerical Control的缩写，它可以控制机械的运动，如机床的控制、加工中心的控制等。 现代机械设计理论与方法是满足当代机械设计要求的主要理论和方法，它们充分利用 电脑、计算机网络、物理模型、参数化方法、辅助设计等多种现代信息技术支持下，提高 了机械设计的质量和效率，有效地缩短了机械设计的周期，满足了当前社会的机械设计需求。
机械设计理论与方法的研究与应用
机械设计理论与方法的研究与应用 随着科技的不断进步和工业的发展，机械设计作为一门独立的学科，对工程师 们提出了新的挑战和机遇。机械设计理论与方法的研究与应用，成为了工程领域的重要课题之一。本文将探讨机械设计理论与方法的研究进展及其在实际应用中所带来的影响。 首先，机械设计理论的不断深化使得机械工程师可以更加准确地进行产品设计 和制造。在过去，机械设计主要依靠工程师的经验和直觉，设计出的产品往往存在一定的缺陷和局限性。而现在，随着机械设计理论的发展，例如材料力学、热力学、流体力学等方面的研究，工程师们可以结合这些理论知识，针对不同的机械系统进行全面而深入的分析，以更好地满足现代社会对机械设备性能和效率的要求。 其次，机械设计方法的创新为工程师们提供了更加便捷和高效的设计工具。传 统的机械设计过程往往需要花费大量的时间和经历，对各种机械部件进行试验和调整。然而，随着计算机科学的迅速发展，机械设计方法得到了极大的改进。从 CAD（计算机辅助设计）到CAE（计算机辅助工程）再到虚拟现实技术，工程师 们可以借助这些工具来进行模拟和仿真实验，从而大大缩短了产品设计周期和成本，同时提高了产品的质量和可靠性。 此外，机械设计理论与方法的研究还为机械与电子、材料等其他领域的发展提 供了新的方向和可能性。例如，机器人技术的发展依赖于先进的机械设计理论和方法，只有在设计出灵活、高效、稳定的机械结构后，机器人才能具备优秀的运动性能和智能控制能力，满足人们对机器人工作和生活的需求。另外，机械工程还与材料领域有着密切的联系，例如新材料的研究与开发为机械设计师提供了更多的选择，使得产品具备更高的强度、更低的重量和更好的耐用性。 虽然机械设计理论与方法的研究取得了巨大的成果，但是仍然存在着一些挑战 和问题需要解决。首先，机械工程师需要不断学习和更新自己的知识，紧跟科技的发展，才能应对复杂的设计需求。其次，机械设计理论和方法的研究需要更多的跨
现代机械设计的创新设计理论与方法
现代机械设计的创新设计理论与方法 1机械设计理论与方法的发展进程 纵观世界现代机械设计的发展历程，按照时间节点，现代机械设计行业的发展可以分为两个阶段，第一阶段要追溯到17世纪，一直到20世纪中叶，是现代机械设计的初级阶段，该阶段的机械设计非常传统，且设计的水平一般，方法、理念等方面更无科学化可言。很多时候新产品的研发速度非常慢，可以说，此时的机械设计不仅受到各种条件的制约，生产力低下，无法满足当时市场的需求。第二阶段是从20世纪中后期至今，新兴技术的引进，带动了现代机械设计技术的提高，在这一阶段，我国机械制造业的整体水平都得到了大幅度提升。 2现代机械设计理论与方法需具备的特点 2.1创新性 21世纪以来，创新已经渗入到人们的生产、生活中，对我国各行各业的影响非常深远，更是现代机械设计快速发展到的源泉。从企业的角度看，不进行积极地创新该给，就无法在新型市场经济的激烈竞争中获得一席之地。对研究人员来说，创新是其开展现代机械设计理念的基础，一方面研究人员要结合传统设计理念中的重要部分，另一方面要将现代先进技术理念融合进去。目前，在我国现代机械设计领域，很多技术人才在学习先进国外经验的同时，能够充分发挥自己的主观能动性，充分利用现代机械设计不断创新的特点，挖掘机械设计理论的核心體系，促进我国现阶段很多机械设计产品实现了质的飞跃。 2.2综合性 随着我国现代机械设计的快速发展，在人们智慧下，已经实现了现代机械设计与市场需求相互融合，在人们的生产、生活中发挥了重要的作用。作为现代机械设计人才，在创新的同时，还要考虑现代机械设计产品的综合性发展，对产品可以创新，但是不能天马行空的想
现代机械设计的创新设计理论与方法研究
现代机械设计的创新设计理论与方法研 究 摘要： 所谓现代机械设计方法和创新设计理论，与传统的机械设计方法有所不同，这是共识。而且在现代社会，由于计算机技术不断发展，而且人们的技术水平不断提高，进行机械设计的方法一定是综合的且全面的，具有一定的系统性，并能够结合传统的设计方法开拓创新，为机械行业带来更多的帮助，希望能够为机械设计带来更多的帮助。 关键词：现代机械设计；创新设计理论；方法研究； 引文： 传统意义上的机械设计已经跟不上时代发展的需求，目前现有的机械设计是在之前的基础上融入新的知识得到的。总体而言，现在的机械设计要比传统的设计方法优化很多，为生产部门带来了很多便捷，提高了机械工业的生产质量和工作效率，同时在生产机械的过程中也把失误降到了最低，节约了生产成本。科学技术的使用拓宽了机械设计的道路，让不可能成为了可能。 一、机械设计创新理论分析 1、全局设计理论 在机械设计的具体方法上，对于大多数项目，我们必须在设计的早期阶段有一定的意识，能够分析每个环节，并规划出蓝图，在此基础上，详细设计是机械设计的重要方法。传统设计与现代机械设计的比较过程中，这与全局设计是不可分割的。然而，这种全局设计在概念上却有所不同。传统的机械设计方法局限于设计本身，在机械设计过程中，我们应该能够从全局的角度分析一些细节，即通过计算机辅助设备，分析外部环境因素和一些经济成本的影响。在机械设计的规
定时间内，能保证机械设计方法更加完善完善，能满足大多数人的利益，在实际 设计过程中节省更多时间，提高生产效率。 2、以实用为前提进行设计 在现代机械设计的过程中，我们的目的是比较强烈的。首先要明确我们要实 现的一些目标，这样才能更好地进行机械设计，满足现代机械设计的发展目标。 这里我们要讲的一个问题就是，在进行机械设计实用性的前提下。大多数时候， 技术人员没有分析实际情况。在早期的机械设计过程中，他们充分利用了一些先 进的设计方法，对一些工程进行了理想化的分析。设计图纸不实用，造成一些问题。毕竟，完美的机械设计图纸必须是实用的，才能应用到具体的工程中，这也 能起到巨大的作用。如果不符合实际情况，再高端的机械设计也无法获得更好的 利润，这自然引出我们在实用性前提下进行机械设计的话题，这实际上给工作人 员的技术水平带来了很多考验。比如，机械人员在设计过程中，往往采用计算机 进行设计，没有更多的实际调查，不同的企业有不同的情况，在机械设计过程中，需要考虑工业发展水平和实际经济状况，从而能够构建一个更符合实际的机械设 计状况。 二、现代机械设计方法研究 1、电子信息技术设计法 通过计算机技术与通讯技术的完美结合，机械设计方法得以被广泛应用，这 种设计方法使设计人员的设计理念能够得以得以实现，能够利用计算机的运算方 法解决人工无法完成的繁重计算工作。而计算机本身就可以凭借其精确的算法和 设计思路去完成设计方案，计算机是机械设计繁重的工作得以解放，能够事半功 倍的去完成一项设计。 （1）、使用CAD软件 为了满足机械设计的需要，人们利用计算机的优点成功的设计出了一款机械 设计辅助软件CAD。CAD能够帮助设计人员将复杂的设计简化，省去了计算和手 动绘图。并且在设计过程中，自行根据需要进行优化。因为计算机的知识及数据
新型机械工程设计理论与方法分析
新型机械工程设计理论与方法分析 1可控机构应有的自由度 ﻭ 机构的自由度也就是指机构能够运动的个数,所以可控机构的自由度,一定是含有特性的一种参数，机构的原动件数等于机构的自由度数。一个机械能够实施的最大范围的变量是机构所具有的活动度,这只是相对于日常所见的衔接的机械而言。安设在机械设备上的串联机构,通过安装在机械末端的执行器，在相对于机械体系内所设置的机架,通过计算所得到的自由度,便是这一机构应有的自由度.同样，安装在机械设备上的并联机构,这种机械的自由度就等同于代动平台的应有自由度。根据我们已知的螺旋理论,通常把机械中并联机构所具有的自由度，当成螺旋系数的维度，并且这种维度也是螺旋系数所特有的，而螺旋预设的维数就是指机械架构所具有的活动度。在机械配件所拥有的架构内也有一定的自由度,其所拥有的自由度带有局部性的特点,并且不会影响到机械结构内的其他配件的功能,这是配件架构内的消极自由度。在机械构建中还存在着一些带有典型特性的自由度，一般存在与连接滚子的配件中，当然这种状况一般只会出现在平面机构中。但是在空间态势下存在的运动链，也会出现上述所说的带有典型性的自由度.在可控机构中会出现一些特有的约束，这种特有的冗余约束一般统称之为虚约束,之所以会出现这种所谓的虚约束，基本上是同机构常拥有的运动副有关,因为现在机械部件中所拥有的运动副,都是以前设计中已经设好了所需要的几何关联。所以,在可控机构中存在的一些约束，不会影响机构体系内存在的其他运动,对其他机械机构的运行不
会产生其他作用,随着公共约束的消除，机构中所存在的螺旋数值，我们可以对此数值进行衡量,如果此数值大于机构原有的阶数，那么就说明机构中存在着冗余约束，另外所谓的过约束一般是包含了上述的冗余约束还包括机械的公共约束。 ﻭ２装载机构具有的可控特性ﻭﻭ 2．1构型的预设ﻭ 在机械中的装载机是连接着已经设计安装好的执行机构,在这个机构上一般会在上下两个方位安装限位块，这样的设计会限制机械动臂运动的灵活性,无法使动臂去在预设范围内发挥自有的功能。在此机构中，上方所安装的限位块主要功能是用于特定的几何限位,而下方所安装的限位块，主要功能是支撑机械的动臂，使机械能够顺利的翻转和复位。除了这两个限位块,在机构的动臂中,也设计安装有夹带着挡块的转轴，并且把具有一定规格的槽体安装在动臂的前侧，这样能够保证滑块能够持续的滑动,不会出现影响其他机构工作的现象。经过组装好的动臂及滑块,在经过机械中的连杆，进而与机械内的传动杆,相互连接在一起。在机械前侧的铲斗架，一直连接着机构中的动臂与铲 2。2常斗，并在机构内的连动杆的作用下进行正常的工作.ﻭﻭﻭ 用的变胞途径 ﻭﻭ变胞原理就是采用特定方法，使机构的拓扑结构加以变化，以实现机构的自由度的变化。把能在瞬时使某些构件发生合并分离或出现几何奇异，并使机构有效构件数或自由度数发生变化。从而产生新构型的机构称为变胞机构。现在机构中通常用到的变胞途径,一般只要是有电磁变胞、有力变胞以及组合
现代机械设计理论与方法
现代机械设计理论与方法 河北科技大学硕士研究生 2014-2015学年第一学期 考试科目：现代机械设计理论与方法 专业：机械工程姓名：范红丽学号：2201407005 一、机械优化设计有多少种优化方法，如何分类，每种方法适合解决哪类机械优化问题？ 答:机械优化设计包括一维搜索方法、无约束多维优化方法、有约束多维优化方法，其中分类及使用条件和原则如下： （1）一维搜索方法 1.1 黄金分割法 特点：简单，有效，成熟的一维直接搜索方法，应用广泛。可以把区间缩小的任意长度。 使用条件：适用于[a,b]区间上 使用原则：黄金分割点的内分点选取必须遵循每次区间缩短都取相等区间缩短率的原则。 1.2二次插值法 特点：收敛速度较黄金分割法快，可靠性不如黄金分割法，初始点的选择影响收敛效果。不可能一次就达到函数的最优解，必须重复多次，向最优值逐渐逼近。原则：首先要选择一个初始步长，用外推法确定极值点存在的区间，然后用二次差值法求极值点的近似值。 （2）无约束多维优化方法 2.1最速下降法 特点：1）最速下降法是求解无约束多元函数极值问题的古老算法之一；2）最速下降法理论明确，方法简单，概念清楚，每迭代一次除需进行一维搜索外，只需计算函数的一阶偏导数，计算量小；3）对初始点的要求较低，初始迭代效果较好，前后两步迭代的搜索方向相互正交，在极值点附近收敛很慢。 选用原则及条件：一般与其他算法配合，在迭代开始时使用。
2.2共轭梯度法 特点：1）仅需计算函数的一阶偏导数，编程容易，准备工作量比牛顿法小，收敛速度远超过梯度法，但有效性比DFP(变尺度)法差；2）使用一阶倒数的算法，所用公式结构简单，并且所需的储存量少。3）收敛速度很快，有超线性的手链速度。 使用条件：适用于维数较高(50维以上)、一阶偏导数易求的优化问题。 使用原则：共轭梯度法在第一个搜索方向取负梯度方向，而其余各步的搜索方向将负梯度偏转一个角度，即对负梯度进行修正，实质上是对最速下降法的改进。在n次迭代后如果没有达到收敛精度，则通常以重置负梯度方向开始，直到满足精度为止。 2.3 牛顿法 特点：牛顿法对初始点要求不严格，具有二次收敛性，最优点附近的收敛速度极快，对于正定二次函数的寻优，迭代一次即可达到极小点；当初始点选的合适的时候，是目前算法中收敛的最快的一种（尤其对二次函数）。 使用条件：缺点是要求目标函数必须有一阶、二阶偏导数及海森矩阵非奇异且正定或负定，需要计算一阶、二阶偏导数及海森矩阵的逆阵，程序复杂、计算量大。使用条件：该方法适用于目标函数具有一阶、二阶偏导数，海森矩阵非奇异，维数不太高的场合。 2.4 坐标轮换法 特点：坐标轮换法是最简单的直接优化方法之一，方法易懂，程序简单，无需求导，计算费用低。但可靠性差、效率低，当目标函数等值线具有脊线形态时可能失败。该方法适用于目标函数导数不存在或不易求得、维数较低(一般，l≤5)的情况。从坐标轮换法的迭代过程可以看出其探索路线较长，而且显然是问题的维数愈多求最优解得效率愈低。 使用条件：对设计变量少的最优化问题有效，对设计变量较多的问题则不太适用。 2.5 变尺度法
现代机械设计理论与方法最新进展
现代机械设计理论与方法最新进展 摘要：传统的机械设计理念设计出的产品已经不能满足市场的需求，无论是外 观还是质量都不能达到消费者的要求。因此必须对传统的机械设计理念和方法进 行革新。随着计算机技术的发展，包括机械设计行业在内的很多行业都开始运用 计算机技术来进行产品的设计，这样就产生了机械设计发展的第二个阶段。这个 阶段的机械设计理念不断的改变，融合了很多的学科，同时设计的出的产品也慢 慢地从独立的产品向系统的产品进化。大大的提高了产品的设计水平和效率。也 为我国的机械设计理论和方法指明了前进的方向。 关键词：现代；机械设计；理论；方法 1现代机械设计 1.1可靠性设计 所谓的可靠性设计，指的是在特定的条件下能够完成特定事件的能力，其中 包括完成的质量、速度等，它属于现代机械设计中的一项。不仅如此，可靠性设 计还要结合上概率的问题去进行分析比较，最终实现机械设计的完美呈现。 1.2优化设计 所谓的优化设计，指的是在所规定的条件范围内，通过计算各种参数，在各 种高科技术的支持下，寻找出最经济实惠、稳定性最强的方案来。这样就可以大 大降低机械设计中的不确定性，给出最优质的设计。其同样是属于现代机械设计 中的一项。 2现代机械设计和传统机械设计的优劣比较 2.1方法比较 1）深入剖析传统机械设计。首先来谈谈传统机械设计的优势所在，传统机械设计方法是设计人员通过长期实践才得出的经验之论，这种结论因为在实践过程 中不断被运用，同时也不断改善，所以表现出了很强的合理性，它的适用性以及 稳定性受有关人员的肯定。并且，因为传统机械设计是设计人员总结出来的，所 以它满足了时代的需求。但是同时，也因为传统机械主要是人为形成的，它的客 观性较弱，有相当一部分的设计方案不能大量投入市场，只能满足小众需求。总 体来说，想要大面积普及，还要多钻研。2）深入剖析现代机械设计。就如今的 反馈而言，现代机械设计方法已经被市场所接纳，并且被大量运用于各个零件的 设计当中。如此被大众所接受，原因不过是现代机械设计无论是从使用的便捷程度、整个设计的周期时长、成品的质量、设计的开放程度等方面都有很突出的优势。但同时，也不得忽视现代机械设计的局限性。因为现在机械设计方法比较普通、易上手，所以在选择有关的设计人员时没有那么高的要求，通常是有少量从 事过有关职业的人就可以，这就导致了整个市场不够有秩序，产品质量极易出现 问题，限制了机械设计的长期稳定发展。 2.2特征比较 就分别比较两者的特点来说，传统的机械设计更为细致，侧重于关注一些小 细节。在传统机械设计的过程中，会在上一代产品上不断创新、修饰，将上一代 产品的优势保留，又提升原有产品的不足之处，真正做到优质。与此同时，传统 机械设计也会存在开发难度大、费时长、投入经费高、成功率低等情况，并且还 要受到设计人员工作效率不稳定的局限性。现代机械设计主要侧重于对产品强度 的要求，一方面使得产品的质量有所保障，另一方面主要是可以让用户可以满意。现代机械设计方法不仅仅适用于机械设计领域，甚至其可以遍布整个设计行业，
机械优化设计理论与方法研究[论文]
机械优化设计理论与方法研究 【摘要】机械优化设计是近年来发展迅速的一门学科，广泛地应用于各个领域并取得巨大收益。本文简述了优化设计的一般思路过程，对比了传统与现代设计方法不同，追溯了机械优化设计的发展历程，聚焦现今优化设计所面临的挑战，同时展望了其深具研究价值的广阔前景。 【关键词】机械优化设计理论方法 1 机械优化设计理论概述 1.1 机械优化设计的概念 机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算机计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。 1.2 机械优化设计研究的内容 机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，
但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。 2 机械优化设计的一般思路与常见方法 2.1 机械优化设计的一般思路 2.1.1 分析问题，建立优化设计数学模型 在机械优化设计的过程中，首先需要通过对实际问题的分析，选取适当的设计变量，确定优化问题的目标函数和约束条件，从而建立优化设计的数学模型。 2.1.2 选择优化设计方法，编写程序 在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定，构建好数学模型的情况下，编写计算机语言程序。 2.1.3 分析结果，找到最优方案 准备必须的初始化数据，通过计算机数值计算，对比计算结果，在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案，使其期望的经济指标达到最高。 2.2 机械优化设计中的常见方法 2.2.1 传统优化设计理论方法 传统机械优化设计方法的种类有很多，按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用
现代机械设计理论与方法最新进展
现代机械设计理论与方法最新进展 摘要：21世纪，机械制造企业的竞争逐渐朝着动态化、国际化以及多元化的 方向发展，挑战与机遇并存。社会的逐渐进步对机械产品提出了更高的要求，体 现在产品的质量、性能、结构、造型以及特色等方面。此外，鉴于有限的环境资源，机械制造企业必须生产出可持续、更节能的产品来满足市场的需求，而机械 制造企业的竞争其实就是在产品设计方面的竞争。因此，必须对机械设计的方法 进行不断的创新。 关键词：现代机械设计；理论与方法；种类；特点；发展趋势 随着社会的进步、科技的发展，我国的机械设计将逐渐的系统化、绿色化、 智能化、网络化以及全球化，以期设计出质量更高、实用价值更好、功能更加齐全、结构更加合理、使用更加绿色的机械产品。 1现代机械设计理论与方法的发展进程 纵观世界机械设计行业可以看出，机械设计理论和方法总体发展分为两个阶段：第一阶段是从十七世纪开始，这个时期是基础的设计阶段，设计中也充分了 应用了当时的设计理念，但是当时的设计理念和一些计算公式设计出的产品比较 死板，缺乏创新性，而且相对设计成本较高，设计的效率低下，使得当时的机械 设计根本无法满足市场的需求。随后是第二阶段的发展，在二十世纪中期到现在，这个设计的时期被称为现代设计时期。随着人们的要求越来越高，传统的设计方 法根本无法满足现代的需求。因此必须改变传统的设计理念，这样才能够满足机 械制造业的需求。这两个阶段的发展都对机械设计发展有很大的贡献，从这两个 阶段的发展可以发现在设计理论和方法的研究必须要有大胆的创新和改革，这样 才能使得机械设计理论更加符合现代设计理念。 2现代机械设计理论与方法的特点
现代机械设计的理论与方法及研究进展
现代机械设计的理论与方法及研究进展 摘要：现阶段，随着科技的快速发展，在很大程度上促进着现代机械设计水平的进步。现代机械设计理论作为现代机械设计工程的重要核心，在机械工程中发挥着至关重要的力量。但是，通过深入的研究分析我们发现，当前我国对于机械化设计的理论与方法方面的研究依然较为不足，这也就使得我们所制造出的产品质量仍有较大的上升空间。基于此，现代机械设计的理论与方法及研究具有重要意义。本文首先概述了现代机械设计理论与方法；其次分析了现代机械设计理论与方法存在的不足；最后探讨了现代机械设计方法发展趋势。 现代机械设计；理论与方法；研究进展 一、现代机械设计理论与方法概述 （一）现代机械设计方法的特点 （1）智能化 在较为复杂的大型机械设计的过程当中，往往会面临分析到分解再到综合的这样一个过程，因此在这一过程当中，就包含着大量的创造性、智能化的活动。 （2）经济性
现阶段，随着市场竞争的日益激烈，广大用户对于产品的经济性方面的要求也越来越高。因此，现代机械设计也就有着经济性的特点。 （3）并行性 我们在机械设计的过程当中，应最大限度的实现DFM、DFA，并通过压缩废品、库存的消耗，来有效确保上述经济性。 （4）集成化 所谓的集成化，就是指树立人机、机电、硬软件一体化的设计观念，并通过深入的研究分析，将现代科技技术，合理的应用于机械产品的设计、生产当中。 （5）动态性 我们在进行现代机械设计的过程当中，不仅要充分的考虑到产品的静态特性，更应结合动态特性，来充分的考虑产品和外部环境的物质、能量流的交换。 （6）科学化 众所周知，现代机械设计所包含的内容是非常广泛的，具体来说，包括智能、环境科学、自动化技术、应用力学、控制理论技术等众多方面的知识成果。 （7）前瞻性
机械设计理论与方法
机械设计理论与方法LT
但是因为其目标函数和约束条件太多，部分原始数据很难获取，使得设计实施过程中还是比较困难的。 现在比较流行的机械设计方法还有虚拟设计、创新设计、网络设计、并行设计、动态设计、智能设计、可视化设计、绿色设计和基于质量功能展开的（QFD）设计和三次优化设计等等。 很多的现代设计理论和方法都有一定的局限性，对于功能集成化越来越高的产品需求，机械设计理论和方法显然还需要进一步的提升。 四、机械设计理论与方法的未来趋势 1、机械设计的未来发展趋势从市场需求角度来说的话主要有以下几个方面： 设计将在满足需求的同时面向制造和经营管理发展； 设计将不仅仅满足于其功能需求，还要满足生态与环境的需要； 设计将从产品质量成本第一的竞争策略转向快速响应市场的竞争策略； 设计将从传统的串行向并行工作模式、协同工作方式发展； 设计将使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位，激发主动创造性。 2、但如果从设计方法来考虑，未来的机械设计理论与方法主要有以下几个发展趋势：
a.设计理论与方法的集成 现代设计理论中不同的设计方法有自己适合的应用领域，而随着社会的进步，产品变得越来越复杂，单一的设计理论无法满足产品设计的要求，因此需要把不同设计理论中的设计工具集成为统一的设计模型以适应产品设计过程中的各阶段，这是未来设计理论与方法的发展方向。 b.设计过程的虚拟化 信息技术的发展已经使设计过程虚拟化成为可能，并成为降低设计成本的重要方法。实行设计的虚拟化，不仅可以减短设计时间，降低涉及成本，还能够让产品得到优化，另外设计过程的虚拟化使得不同企业间的协同设计、智力资源互补成为可能，这将会大大提高产品设计的成功率。 另外，设计方法的科学化也是未来机械设计的一种趋势，现代设计过程对内在规律的研究进展不大，设计方法的科学化可以摆脱以经验为主的传统设计方法，从而极大地提高设计效率。 五、机械设计理论与方法在齿轮传动问题上的具体应用
机械现代化设计理论与方法
机械现代化设计理论与方法 21世纪机械制造业竞争的是国际化的、动态化的和多元化的，它面临着新的机遇，同时又存在着极大的危机。随着社会的不断发展，市场对机械产品的质量、结构、功能、性价比以及外形的多样化和个性化提出了更高的要求，同时由于环境资源的制约，要求市场上有更多资源节约型、可持续发展的机械产品不断涌现。因此，制造业的竞争焦点，实际上就是设计的竞争，目前进行机械现代化设计理论与方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。 1 机械现代化设计理论与方法的发展进程 机械设计理论与方法的发展经历了二个历史阶段。一是17 世纪前的“直觉设计阶段”和17 世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”，通常人们把它们统称为“传统设计阶段”。传统的机械设计是以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息反馈周期长，它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，必将逐渐淡出历史的舞台。二是目前的现代设计阶段。 随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进。同时科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。 目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派：一是英、美、日的创造性设计学派。他们认为设计包含创造、分析和决策三要素。强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD 技术等。二是德国、北欧机械设计方法学学派。他们强调系统总体设计，层次细、规范详细。三是俄罗斯、东欧的新设计法学派。他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。四是中国的设计学。他们强调综合、系统和适用性相统一。 机械现代化设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产品能否满足设计要求的依据。随着科学技术的发展，机械设计理论和方法也在不断前进，因此现代设计理论和方法有种类较多，目前主要有下列四种：(1)现代设计方法学。包括并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、模糊设计、价值工程、反求工程技术、质量功能
现代机械设计理论与方法理论及实际应用
现代机械设计理论与方法理论及实际应用 周巧锋 （西安科技大学机械工程学院，陕西西安 710054） 摘要：现代设计理论与方法是区别于传统谁方法的一门新兴的综合性学科，其方法种类繁多，内容十分广泛，在分析现代机械设计的特点和原则的基础上，本文选取了六种现代设计方法：绿色设计、并行设计、优化设计、系统化设计、价值工程、反求工程，进行了详细介绍，并就现代设计理论与方法的应用做了总结，最后展望了现代设计理论与方法的发展前景。 关键词：现代设计方法应用前景 Modern mechanical design theory and methods theory and practical application Zhou Qiaofeng (College of Mechanical Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an 710054,China) Abstract：Modern design theory and method is different from the traditional method of an emerging who comprehensive discipline, its methods variety, very broad, in the analysis of the characteristics and principles of modern mechanical design, based on the paper selected six modern design methods : Green design, parallel design, optimization design, systematic design, value engineering, reverse engineering, described in detail, and the application of modern design theory and methods summarized, and finally the development prospect of modern design theory and methods . Keyword: Modern Design Methods Application Prospect 0 前言 随着科学技术的迅猛发展以及计算机技术的广泛应用，设计领域正在进行一场深刻的变革，各种现代设计理论与方法不断涌现，设计方法更为科学、系统、完善和先进。设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。设计方法是使产品满足设计要求以及判断产品是否满足设计原则的依据。现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具科学性和逻辑性。实质上，现代设计理论和方法更是科学方法论在设计中的应用，是设计领域中发展起来的一门新兴的多元交叉学科。 现代设计理论与方法是以研究产品设计为对象的科学。它以电子计算机为手段，应用工程设计的新理论和行方法，使计算机结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化。通过传统传统经验的吸收、现代科技的运用、科学方法论的指导与方法学的实现，从而形成和发展了现代设计理论与方法这门新学科。 现代设计理论和方法的主要内容有：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设