机械零件现代设计方法简介
机械工程学基本知识
机械工程学基本知识一、机器的基本组成1、机器的基本组成要素在一台现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、信号、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体仍为机械系统。
无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。
所以，机器的基本组成要素就是机械零件（也就是制造装配的单元）。
通用零件—在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉、螺母、齿轮、链轮等等机械零件专用零件—在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶片、飞机的螺旋桨、往复式活塞内燃机的曲轴等等任何机器的性能，都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综合性能的基本之上的。
比如我们公司的成型机，其主要性能在于转轮、压棒、压轮以及模具等等之间的配合，只有这些零件的性能得到保证，我们才能保证整机的综合性能，才能确保机台的精密度（暂不考虑人的因素）。
2、机器的基本组成部分一部完整的机器的组成如下图所示：原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源（简单的一个原动机，复杂的有好几个，现代使用的为电动机或热力机，如我们的成型机，切割机都用电动机）执行部分：完成机器预定功能的组成部分。
（如成型机的模具压制成型功能，切割机的砂轮的切割功能等等）传动部分：完成把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
例如把旋转运动变为直线运动，高转速变为低转速，小转矩变为大转矩，把转轮的轴线转过90度（应用涡轮涡杆）。
以上三部分只是机器的三个基本部分，随着机器功能越来越复杂，对机器的精确度要求也就越来越高，如只有以上三个部分，使用起来就会遇到很大的困难，所以，我们还会在机器上不同程度地增加其它部分，如控制系统和辅助系统。
例如新成型机的报数系统。
以新成型机为例，电动机是成型机的原动机；涡杆涡轮组成传动部分；模具及上下滚轮组成执行部分；控制面板上的启动、停止、调速器等等组成控制系统；速度表、电表、产品记数器等组成显示系统；照明灯及仪表盘灯组成照明系统；报数警报器及安全感应器组成信号系统等。
先进制造技术-现代设计方法
质的飞跃，在此基础上传统设计技术得到了延伸和发展，产生了现代设计技术。它是以网络为基
础，以电子计算为手段，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算 结果最优化、设计过程高效化和自动化的设计技术。
现代设计技术
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2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术的内涵和特点
程中适时地给出智能化提示，告诉设计者下一
步该做什么、当前设计存在的问题，并给出解 决问题的途径及方案建议。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
特征模型实例
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
1．产品的造型建模技术
与几何建模相比较，特征建模具有以下特征：① 能够更好地表达统一、完整的产 品信息；② 能够更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；③ 有助于 加强产品设计和分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建 模技术更适合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
2．单一数据库与相关性设计
单一数据库是指与设计相关的全部数据 信息来自同一个数据库。相关性设计是指任何 设计改动都将及时反馈到设计过程的其他相关 环节上。例如，修改二维零件工程图样的某个 尺寸后，与该零件工程图样相关联的产品装配
图、加工该零件的数控程序等也将会自动跟随
更新。建立在单一数据库基础上的产品开发， 可以实现产品的相关性设计。单一数据库和相 关性设计技术的应用可以减少设计中的差错，
机械零件强度的现代设计方法
机械零件强度的现代设计方法
在现代机械设计中，确定机械零件的强度是非常重要的。
当设计机械零件时，需要考虑材料的强度和应力分析，以确保零件能够承受预期的负载和环境条件。
以下是一些现代机械零件强度设计的方法：
1.强度分析：对机械零件进行应力和应变分析，以确定零件在负载下的强度。
可以使用有限元分析（FEA）等数值方法进行强度分析，通过计算应力和应变的分布来评估零件的承载能力。
2.力学原理：应用力学原理，如弹性力学和塑性力学，对零件的应力和变形进行分析。
力学原理可以用于计算零件在不同负载下的最大应力和变形程度，以确定零件的强度。
3.材料选择：选择合适的材料对机械零件的强度至关重要。
材料的强度属性，如屈服强度、抗拉强度和韧性，应该与设计要求相匹配。
根据零件的功能、负载和工作环境，选择具有合适强度和耐磨性的材料。
4.安全系数：在进行机械零件的强度设计时，常常采用安全系数来考虑不确定性因素和荷载变化。
安全系数是指零件能够承受的负载与实际应用负载的比值。
高安全系数可以提高零件的可靠性和寿命。
5.条件检查：在设计过程中，对机械零件的应用条件进行检查是必要的。
考虑到工作环境的温度、湿度、振动和腐蚀等因素，可以更准确地评估零件的强度，以确保其在实际工作条件下的可靠性。
综上所述，现代机械零件的强度设计方法包括强度分析、力学原理、材料选择、安全系数和条件检查等。
通过综合运用这些设计方法，可以确保机械零件在负载下具有足够的强度和可靠性。
机械设计基础习题含答案
机械设计基础习题含答案《机械设计基础课程》习题第1章机械设计基础概论1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？ 1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？1-3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 1-4 常见的零件失效形式有哪些？1-5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？ 1-6 什么是磨损？分为哪些类型？1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？ 1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途： Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310－570 、QT600－3。
第2章现代设计方法简介2-1 简述三维CAD系统的特点。
2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。
2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。
2-4 优化设计的一般过程是什么？ 2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些？ 2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？ 2-7 常用的可靠性尺度有那些？ 2-8 简述有限元法的基本原理。
2-9 机械创新设计的特点是什么？2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。
第3章平面机构的组成和运动简图3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。
3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么 3-3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？ 3-4 计算自度时需注意那些事项？3-5 机构运动简图有何用途？怎样绘制机构运动简图？ 3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自度。
3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的自度。
3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自度。
3-9 试判断图a、b、c所示各构件系统是否为机构。
若是。
1判定它们的运动是否确定。
3-10 计算图a、b、c、d、e、f所示各机构的自度，如有复合铰链、局部自度、或虚约束请指出。
现代设计和传统机械设计的比较分析
现代设计和传统机械设计的比较分析摘要：进入21世纪以来，在社会经济高速发展的背景下，我国科学技术得到了空前的进步发展，现代机械产品设计技术含量更高，并且更加注重创造性，在传统整体功能的基础上，加强了现代化设计方法与计算机技术的应用，产品设计质量、效率以及精度均得到了有效的提高，满足了社会发展对产品经济性、适应性与可靠性的需求。
现代设计相比于传统设计，在功能、结构等方面具有着明显的优势。
本文在比较现代设计方法与传统设计方基础上，进一步比较了现代机械设计特点与传统设计特点，其主要目的是进一步提升现代设计质量。
关键词：现代设计；传统设计；机械设计所谓机械设计，主要是根据使用要求，对机械工作原理、结构以及运动方式等方面加以构思，并且将其转变为人为制造的工作过程。
传统机械设计主要是指以强度与低压控制为核心，展开安全系数设计、经验设计以及机电分离设计等。
随着我国科学技术的不断进步发展，现代机械设计加强了现代计算机技术与现代设计方法的应用，在确保传统机械整体功能的基础上，提高了产品设计质量、效率与精度，满足现如今市场产品在经济性与可靠性等方面的需求。
1.现代设计方法与传统设计方法比较1.1传统设计方法传统设计方法主要是以直觉设计、经验设计以及静态设计为基础，通常情况下，所采用的设计方法有两种，分别是理论设计与经验设计，接下来两种设计方法加以详细介绍，（1）理论设计方法。
理论设计主要是指依据长时间设计累计的设计理论与实验数据所进行的的设计，这种设计方法主要缺点在于考虑问题不够全面，例如安全系数过大的情况下，将会无形中增加了产品的体积，反之无法确保产品的安全性，造成上述问题存在的主要原因是设计过程中，实际情况是复杂多变的。
（2）经验设计主要是指依据某零件已有的设计方法与经验采用类比方式进行的设计，或者是按照设计人员个人的设计经验进行的设计[1]。
但是随着设计产品的技术含量的不断提高，尤其是现如今的产品更新速度不断加强的情况下，经验类比设计方法已经远远满足不了市场的需求，其主要原因在于难以确保设计质量、效率与精度。
机械制造中的零部件标准化与模块化设计
机械制造中的零部件标准化与模块化设计随着科技的不断进步和工业化的快速发展，机械工程在现代社会中扮演着至关重要的角色。
机械工程是一门涉及设计、制造、运行和维护机械设备的工程学科，它的发展与机械制造密不可分。
在机械制造过程中，零部件标准化与模块化设计是一种重要的方法和策略，它们在提高机械产品质量、降低成本、提高生产效率和促进技术创新等方面发挥着重要作用。
首先，零部件标准化是指将机械产品中常用的零部件进行规格、尺寸、材料等方面的统一设计和制造。
通过零部件的标准化，可以实现不同机械产品之间的互换性，降低生产成本和库存量。
标准化的零部件具有较高的通用性和可替代性，使得生产过程更加简化和高效。
此外，标准化还可以促进供应链的优化和整合，提高供应商的竞争力，从而进一步推动整个机械制造业的发展。
其次，模块化设计是指将机械产品的功能模块化，将复杂的机械系统分解为相互独立的模块，每个模块负责一个特定的功能。
模块化设计可以提高机械产品的灵活性和可维护性，使得产品的设计、制造和维修更加方便和快捷。
同时，模块化设计也有利于技术创新和产品升级，通过更换或升级某个模块，可以实现产品性能的提升和功能的扩展。
此外，模块化设计还有助于加快产品的开发周期，提高市场反应速度，满足不断变化的市场需求。
零部件标准化与模块化设计的实施需要充分考虑多方面的因素。
首先，需要进行充分的市场调研和需求分析，了解不同用户对机械产品的需求和要求。
其次，需要建立完善的标准化和模块化设计的体系和规范，确保设计和制造的一致性和可靠性。
同时，还需要加强与供应商的合作和沟通，确保标准化零部件和模块的质量和供应的稳定性。
此外，还需要加强对标准化和模块化设计的培训和推广，提高相关人员的专业水平和意识。
总之，零部件标准化与模块化设计在机械制造中具有重要的意义和作用。
它们可以提高机械产品的质量和性能，降低成本和风险，提高生产效率和竞争力。
随着技术的不断进步和市场的不断变化，零部件标准化与模块化设计将继续发挥重要的作用，并在未来的机械工程领域中发挥更大的潜力。
机械零部件的结构设计与分析
机械零部件的结构设计与分析简介：机械零部件的结构设计与分析是现代机械工程中一个重要的课题。
通过对机械零部件的结构进行合理的设计和分析，能够提高机械产品的性能和质量，同时降低制造成本和维修难度。
本文将从机械零部件的结构设计流程、结构设计基本原则、结构分析方法等方面进行讨论，希望能够对读者在机械零部件的结构设计与分析方面有所启发。
一、机械零部件的结构设计流程机械零部件的结构设计流程通常可以分为三个阶段：需求分析、概念设计和详细设计。
1. 需求分析：在需求分析阶段，设计师需要明确零部件的功能要求、工作环境、使用寿命等相关因素。
通过对这些需求的分析，可以确定零部件的基本结构形式和性能指标。
2. 概念设计：在概念设计阶段，设计师根据需求分析的结果，进行初步的结构设计。
这个阶段的关键是创新和选择，设计师需要结合自己的经验和创造力，找出不同的设计方案，并进行评比。
最终选择出一个相对合理的概念设计方案，作为后续详细设计的基础。
3. 详细设计：在详细设计阶段，设计师需要对概念设计方案进行细化和优化。
包括确定零部件的具体尺寸、材料和工艺要求等。
同时还需要进行一些结构分析，确保设计的可行性和合理性。
在详细设计完成后，还需要进行样机制造和测试，对设计进行验证和修正。
二、结构设计的基本原则在机械零部件的结构设计过程中，需要遵循一些基本原则以确保设计的可靠性和高效性。
1. 简洁性：结构设计应该尽量简洁，避免多余的复杂性。
简洁的设计不仅能够降低制造成本，还可以减少零部件的运动摩擦和能量损失，提高机械系统的传动效率。
2. 刚度与强度：结构设计应该具备足够的刚度和强度来承受工作负荷和环境力学影响。
设计师需要根据不同工况和材料的特性，选择合适的截面形状和尺寸以及合理的加工工艺，确保零部件在工作中不会出现过大的变形和破坏。
3. 可制造性：结构设计应该符合现有的加工工艺和设备能力。
设计师需要考虑到工艺的可行性，减少加工难度和成本。
同时，还应该注意材料的可获得性和成本，选择合适的材料以满足设计的要求。
机械创新设计简介
第十三章机械创新设计简介第一节概述第二节常用的创造性思维模式和方法第三节机械的创新设计第四节产品造型创新设计简介第一节概述一、创新设计的概念机械创新设计MCD（Mechanical Creative De sign）是指更充分地发挥设计者的创造力和智慧，利用人类已有的相关科学理论、方法和原理，以及最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，进行新的构思、设计出新颖、有创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。
开发设计创新设计变异设计反求设计开发设计:从提出方案到完成设计全过程都是全新的、探索性的，创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产和生活的需要。
变异设计:在已有产品的基础上，针对原有产品存在的缺或新的功能要求，从工作原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定的变异，改进机械产品的技术性能、可靠性、经济性和适用性，设计出新产品以适应市场需求。
反求设计:针对已有的先进产品或设计，进行深入分析研究，探索掌握其关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型的创新产品。
无论哪种创新设计都要求设计师在设计环节上突破常规惯例，追求与前人、众人不同的的方案，提出新原理、新方法、新机构、新形式、新材料等，在求异是寻求创新，将设计者的智慧具体物化在整个设计过程中。
二、机械创新设计与常规机械设计以及创造发明的关系1.机械创新设计与常规机械设计常规机械设计过程一般可以分为这样4个阶段：（1）机械总体方案设计设计者根据设计任务书的要求，广泛收集同类机械或相近机械的性能参数，使用情况、优缺点等技术资料和数据，而后进入机械总体方案设计阶段。
机械总体方案设计在很大程度上决定了未来机械的面貌，对机械的性能、成本影响很大。
（2）机械的运动设计机械运动设计的内容包括：机构主要尺寸的确定、机械运动参数的分析、传动比的确定与分配等。
（3）机械的动力设计在运动设计的基础上，确定作用在机械系统各构件上的载荷并进行机械的功率和能量计算。
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• 十、可靠性设计
• 1．概念 • 在满足性能、费用、时间等条件下使 产品的可靠性提高或者在保证可靠性指 标下，使上述因素最佳。
精品课件！
精品课件！
• 2．失效率曲线 • Ⅰ区-早期失效期 • Ⅱ区-偶然失效期 • Ⅲ区-损耗失效期
• 三、设计方法学
• 1．概念 • 用系统观点，考虑自然科学、社会科学 经济学诸因素以获得优质，价廉新颖的 产品，所应用的设计思想、设计规律及 设计中的设计过程、设计方法和设计工 具的总和。
• 2．主要研究内容 • ①设计规律。设计工作应符合客观事物发展规 律 • ②设计思维规律。设计人员运用科学的创造性 思维规律、方法和技术 • ③设计过程。研究各设计阶段的任务与特点寻 找符合设计规律的设计方法。 • ④设计步骤。研究解决问题的合理逻辑步骤。 • ⑤设计类型。研究不同类型的设计特点及方法 步骤。 • ⑥设计信息库。大量设计信息的表达存储和使 用。 • ⑦设计工具。研究先进的高效的设计工具
模 块 化 设 计
摩 擦 学 设 计
反 求 工 程
• 二、计算机技术手段，来生成和运 用各种数字信息和图形信息进行工程或 产品设计。 • 在制造工业中 CAD 技术已经成为先进制 造技术群中的一项主体关键技术。
• • • • • • • • •
2．CAD技术的优越性 ①能显著提高设计效率 提高结构设计和工程制图的速度 ②有利于产品的标准化、系列化 可利用存储的信息及数据库中的标准件。 ③设计与分析统一 利用CAE软件进行性能分析 ④设计与制造一体 CAD数据可生成数据代码，用于数控机 床加工。
• 八、相似设计 • 1．概念 • 工厂常设计和生产系列产品。首先选定 某一型号为基础对它进行最佳方案设计 定出参数和尺寸。然后通过相似的原理 求出系列产品中的其它产品的参数和尺 寸。 • 2．过程 • ①进行模型试验 • ②对模型进行仿真
• 九、优化设计
• 1．概念 • 将设计问题的物理模型转化成数学模型 运用最优化的数学理论、选适当的优化 方法，用计算机求解数学模型。 • 2．优化设计是现代设计方法追求的目标
• 四、工业设计
• 1．概念 • 以工业产品为表现对象，在满足工业属性的前提下， 用艺术手段创造出实用、美观、经济的产品。 • 2．基本特征 • ①批量性：有一定批量有工业属性，不同于工艺品 • ②创造性：区别于仿制，是一种创造活动 • ③实用性：考虑产品的规定功能 • ④艺术性：造型美是产品整体设计体现出来的全部美 的综合 • ⑤舒适性：考虑操作的生理和心理因素 • ⑥经济性：应用价值工程学、设计物美价廉的产品 • ⑦时代性：产品具有时尚性和流行性 • ⑧社会性：考虑消费者的社会属性和社会环境
• 五、价值分析
• 1．概念 • 以功能分析为核心以开发创造性为基础，以科 学分析为工具，寻求功能与成本最佳比例，是 产品获得最大价值的一种现代管理技术。 • 2．分析程序（过程） • ①确定价值分析对象 • ②进行成本分析和功能价值估算 • ③应用最新成果进行革新和创造提出新方案。 • ④对新方案进行评价和决策。
• • • • • •
六、专家系统 1．概念 在专家水平上工作的计算机程序系统。 2．应用特点 ①具有该领域专家的丰富知识 ②具有该领域专家的专门知识和推理能 力
• 七、模块化设计
• 1．概念 • 对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能，不同 规格的产品进行功能分析的基础上，划分设计出一系 列的功能模块，通过模块的不同选择，可构成不同的 产品。 • 2．优点： • ①减少产品的设计和制造时间 • ②有利于产品的更新换代 • ③有利于提高产品质量降低成本 • ④便于产品维修 • 3．举例 • ①兼容式计算机 • ②汽车的各总线
设计技术的发展及相关研究
设计技术的发展及相关研究
设计技术的发展及相关研究
设计技术的发展及相关研究
主要现代设计理论与方法
设 计 方 法 学
优 化 设 计
可 靠 性 设 计
计 算 机 辅 助 设 计
有 限 元 法
工 业 设 计
专 家 系 统
价 值 工 程
相 似 性 设 计
动 态 设 计
人 工 智 能