机械现代设计与创新设计
第2章机械现代设计与创新设计
2-1 现代设计方法
2．1．1 现代设计的概念
2．1．1．1 设计
人类在改造自然的历史长河中，一直都在不断地进行设计活动。设计是复杂的思维过程，设计过程蕴涵着创新和发明的机会。设计是根据客观的需求，提高人们的创造性思维，将指定的任务转化为满足该任务要求的技术系统的一种活动。设计不仅仅只是围绕产品图纸和有关文件进行的一系列工作，其目的是将预定的目标，经过一系列规划与分析决策，产生一定的信息（文字、数据、图形），形成设计。设计是把各种先进技术转化为生产力的一种手段，是先进生产力的代表，反映了社会的生产力水平。
2．1．1．2 传统设计与现代设计
传统设计即常规设计，传统设计分为初步设计、技术设计、施工设计三个步骤。传统设计往往采用类比法、经验法、模仿法，它的思维方式是收敛式思维，多是利用设计手册中有关数据，采用较大安全系数，强调零部件计算。传统设计法的优点是比较简单，设计费用低廉。传统设计面向的问题偏重于技术。
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。现代设计既体现了更高层次的学科，又是方法科学。现代设计主要面向功能目标，将技术、经济和社会环境因素结合在一起统筹考虑，把设计作为系统工程对待，强调创造能力的开发，注重综合分析的设计，重视设计方案的选择，考虑对多种方案的评价，其思维方式是发散型的思维。现代设计是学科综合化、统一化在方法科学上的一次突破，它是一门新兴的交叉学科。现代设计与传统设计比较，有下列几个特征：
（1）系统性。把设计对象看作一个系统，同时考虑系统与外界的联系，用系统工程概念进行分析和综合，通过功能分析、系统综合等方法，力求系统整体最优，使人积之间的功能相互协调。
（2）创造性。现代设计强调创造能力开发和充分发挥人的创造性；重视原理方案的设计、开发和创新产品。只有创新才能有所发明。但是，今天的科学技术已经高度发展，创新往往是在已有技术基础上的综合。有的新产品是根据别人的研究实验结果而设计，有的是博采众长，加以巧妙地组合。
（3）综合性。在设计过程中，综合考虑、分析市场需求、设计、生产、管理、使用、销售等各方面的因素；综合运用优化及系统工程、可靠性理论、价值工程、技术等学科的知识，探索多种解决设计问题的科学途径。
（4）程式性。研究设计的一般进程，包括一般设计战略和用于设计各个具体部分的战术方法。要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到实验、试制，按步骤有计划地进行设计。
2．1．2 现代设计方法的特点和范畴
现代设计方法是现代广义设计和分析科学方法学的简称，现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。冠以“现代”二字是为了强调以引起重视，其实有些方法也并非是现
代的。经分析，可归纳为下列具有普遍意义的方法：
（1）信息论方法，如信息分析法，技术预测法等，他们是现代设计方法的前提。
（2）系统论方法，如系统分析法，人机工程等。
（3）控制论方法，如动态分析法等。
（4）优化论方法，如优化设计等，它是现代设计法的目标。
（5）对应论方法，如相似设计等。
（6）智能论方法，如计算机辅助设计、计算机辅助计算等。
（7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。
（8）离散论方法，如有限元及边界元方法等。
（9）模糊论方法，如模糊评价和决策等。
（10）突变论方法，如创造性设计等，它是现代设计法的基础。
（11）艺术论方法，如艺术造型等。
2．1．3 现代设计方法研究的概况
当代国际上关于现代设计方法的研究十分活跃，由于经济文化背景不同，各国学者的研究各有自己的特点和侧重方面。在第二次世界大战后，德国发现自己的产品质量下降，竞争力减弱之后，分析这和设计工作不符合要求，缺乏有能力的设计人员密切相关。为此，1963~1964年之间，举行了全国性“薄弱环节在于设计”的讨论会，制定了一批有关设计的各种指导性文件，举办了有关产品系统规划、创造性设计与发展、CAD等许多专题的培训班和讨论会，并在高校开设有关现代设计方法等专题课程。德国、瑞士的学者比较重视设计程序的研究：明确设计任务，对设计任务进行抽象化的功能分析和求解（设计目录），将开发新产品的内容要求转化为产品图纸。这种方法思路清晰。英国自1963年开始提出工程设计思想后，广泛开展设计竞赛，加强设计过程中的创造性开发和技术可行性、可靠性、价值分析方面的研究，从而改变了设计水平低的局面。日本自1960年以来开始有关现代设计方法的研究，提高设计人员素质，开展工程技术教育。现在日本在产品开发中的更新速度受到全世界的关注，其产品的竞争能力已给许多国家造成巨大威胁。美国的学者强调“创造性设计”，提倡设计中创造能力的开发，把设计活动分为创造—分析—决策三个步骤。在美国的设计工作中，产品设计图纸基本上由计算机绘制，设计者可以摆脱常规的技术工作，集中精力进行创造性设计。我国对现代设计方法的研究是从上世纪80年代开始的，通过派留学生到国外进修学习和请国外专家来讲学，组织各种类型的讲习班，培训班、开展国内外学术交流等，推广和普及现代设计的基本知识。由于世界各国对设计方法的研究越来越重视，目前已成为一项国际性学术活动。有关国家组织了关于现代设计方法的国际会议，比如国际工程设计会议（ICED）就是其中之一。
2．1．4 现代设计方法简介
2．1．4．1 优化设计
优化设计是现代设计方法的重要内容之一，它以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑各种设计约束的前提下，寻求满足某些预定目标的最优设计方案。优化设计建立在最优化数学理论和现代计算技术基础之上，其任务是应用计算机自动确定工程设计的最优方案。优化设计的关键是建立数学模型和选择优化方法。
（1）优化设计的数学模型
设计变量、目标函数和约束条件是优化设计数学模型的三个要素。
①设计变量
设计变量是一些相互独立的基本参数。基本参数是一些对该项设计性能指标好坏有影响的量。设计时，设计变量是待定的参数。若有n 个设计变量，一般表示为：
X =[x 1,x 2,….,x n ]T
②目标函数
目标函数是设计变量的函数，即
f (X )=f (x 1,x 2,….,x n )
在设计过程中要求寻找出使目标函数取得极小值（或极大值）的设计方案。
③约束条件
约束条件是对设计变量的取值给予某些限制的数学关系式。约束条件可分为边界约束和性能约束两类。边界约束是考虑设计变量的取值范围，而性能约束是由某种性能设计要求推导出来的一种约束条件。此外，约束条件又可分为等式约束和不等式约束两类。工程中实际优化问题的数学模型可表示为：
求X =[x 1,x 2,….,x n ]T ，使
min f (X )=f (x 1,x 2,….,x n ) X ∈R n
s.t. g i (X )≤0 (i =1,2,…,p )
h j (X )=0 (j =1,2,…,q )
（2）优化方法
优化设计数学模型建立后，必须应用优化方法进行求解，工程优化设计对数学模型的求解均用数值计算方法，其基本思想是搜索、迭代和逼近。即求解时，从某一初始点出发，利用函数在某一局部区域的性质和信息，确定每一迭代步骤的搜索方向和步长，去寻找新的迭代点，这样一步一步地重复数值计算，用改进后的新设计点替代老设计点，逐步改进目标函数，并最终逼近极值点。
我国现已开发了先进的OPB 优化方法程序库和常用机械零部件及机构优化设计程序库，为推广和普及优化设计创造了条件。
2．1．4．2 变型产品设计
为了满足使用者的不同要求，可在原有产品基础上进行变型产品的开发，使零件标准化、部件通用化、产品系列化。变型产品系列包括：纵系列产品（其功能、原理、结构相同，而尺寸、性能参数不同），横系列产品（在基型产品基础上扩展功能的变型产品）和跨系列产品（具有相近动力参数的不同类型产品）。纵系列产品设计也称相似系列产品设计，是在基型产品的基础上利用相似理论求各扩展型产品的尺寸和参数。基型产品一般选在系列产品的中档，为常用型号。系列产品是指具有相同功能、相同结构方案，相同或相似加工工艺，且各产品相应的尺寸参数及性能指标具有一定级差（公比）的产品。在系列产品设计中，一般有两种造型原理：几何级数的几何相似产品系列和几何级数的半相似产品系列。相似系列产品设计的步骤依次是基型设计、确定相似类型、定各尺寸、参数级差（相似比），求各扩展型产品尺寸参数及确定全系列产品结构尺寸等。
2．1．4．3 价值工程设计
设计的目标是在满足功能需求的前提下，提高产品的价值。价值是产品功能与成本的综合反映，即 C
F V = 式中，V ——产品的价值（实用价值）；F ——产品具有的功能；C ——实现该功能所耗费的成本。
在第二次世界大战后，美国开展了关于价值分析和价值工程的研究，发现了顾客所需要
的不是产品的本身而是其功能。把价值看作某一功能与实现此功能所需成本的比，考虑到提高产品价值，产品设计也就成为使用最低成本向用户提供必要功能的问题。如美国通用电气公司在开发产品时注意从功能分析着手，实现必要功能，去除多余功能和过剩功能，既满足了用户需要又降低了成本。该公司17年内在价值分析方面投入了80万美元的费用，却获得了2亿多美元的利润。50年代后期开始，价值工程在日本、德国及其他国家也得到了广泛的应用，并经取得了良好的经济效益。日本佳能照相机公司运用价值工程方法，于1976年开发出35毫米的AE-1型照相机，这种照相机采用大规模的集成电路，能自动调节光圈和快门、自动卷片、连续摄影，性能大大超过了同类产品，而售价却低20%，投入市场后很受欢迎。
通过上面的简介可以看出，现代设计方法具有系统化、优化、动态化和内在质量与外观质量统一等特征。当前设计领域正面临着“传统设计”向“现代设计”过渡，通过推广现代设计方法，开发大批构思新颖的新产品，提高我国机电产品的性能、质量和可靠性。
2-2 创新设计
2．2．1 引言
江泽民总书记多次强调创新的重要性，他指出：创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界民族之林。任何一项工作的活力和生计都来自于发展和创新。
中华民族是富有创造性的民族，远在古代已有指南针、火药、印刷、造纸四大发明；此外还有记里鼓车、气象观测、地震预测等许多技术都处于世界领先地位。新中国成立后，我国科技工作者艰苦奋斗，取得了“两弹一星”、万吨水压机等科技成就，光纤之父高锟在20世纪60年代就提出用光纤传递信息的设想。
创新是技术和经济发展的原动力，是国民经济发展的重要因素。当今世界各国之间在政治、军事和科学技术方面的剧烈竞争，实质上是人才的竞争，而人才竞争的关键是人才创造能力的竞争。
创造强调新颖性和独特性，而创新是创造的某种实现。21世纪科技创新是社会和经济发展的主导力量。世界各国综合国力竞争的核心是知识创新、技术创新和高新技术产业化。加强技术创新、发展高科技、实现产业化是一项系统工程，对提高国民经济质量和效益，提高我国国际竞争力有决定性的意义。
2．2．2 创新设计
设计是为了满足人类和社会需求而进行创造性思维的实践过程。随着社会的发展，人们的需求将有所变化，原来那些能满足需求的产品，经过一段时间后可能会变成不能满足客观需要，因此需要对产品改进设计，不断更新老产品，创造新产品，要求设计师的设计成果前所未有，具有新颖性和独创性。
2．2．3 创新设计的特点和类型
1．创新设计的特点
（1）独创性
独创性体现为敢于提出与前人、众人不同的见解，敢于打破一般思维的常规惯例，寻找
更合理的新原理、新机构、新功能、新材料，独创性能使设计方案标新立异，不断创新。比如，人工洗衣通常用手搓、脚踩、刷子刷、棒槌打、流水冲等方法去除衣物的污垢，为了代替人的洗衣动作，可在洗衣机滚筒内放置衣物和鹅卵石，滚筒回转时鹅卵石反复挤压衣物，达到去污的目的。搅拌式洗衣机和波轮式洗衣机属机械式洗衣机。真空洗衣机用真空泵将洗衣机缸内抽成真空状态。衣物和水在缸内转动时，水在衣物表面产生气泡，气泡破裂产生爆破力将衣物的污垢微粒弹开并抛向水面。超声波洗衣机利用超声波使衣物上的污垢分解而离开衣物。电磁洗衣机利用高频振荡使污垢与衣物分离。此外还有利用微型计算机与多种传感器控制的全自动洗衣机。从洗衣机的开发可以看出，设计人员发挥独创性，应用新技术，可开发出更多新产品。
（2）实用性
实用性体现在对市场的适应性和可生产型两方面。
创新设计必须针对社会的需要，满足用户对产品的需求。20世纪70年代，科学家发现氟里昂会破坏高空臭氧层对紫外线的吸收，并影响到人类的生活。上海第一冷冻机厂抓住制冷设备中的这一关键问题，研制出溴化锂以代替原来大中型空调机上的氟里昂制冷设备，这一创新设计具有巨大的社会效益和经济效益。
可生产性要求创新设计有较好的加工工艺性和装配工艺性，能以市场可接受的价格加工成产品，并投入使用。
（3）突破性
人们往往习惯于从已有的经验和知识中，从考虑某类问题获得成功的思维模式中寻求解题方案，受到“思维定势”的约束。突破性敢于克服心理上的惯性，从思维定势的框框中解脱出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新原理、创造新模式、贡献新方法，为工程技术问题打开新局面。如对卫星天线的设计，不论是采用机、电还是液的方法都很复杂。近年来，人们发现镍钛合金具有记忆功能，即将这种记忆合金在某种温度下进行处理后，在其他温度环境中不论把元件弯成什么形状，但只要达到特定的处理温度时，元件会自动恢复原有形状。根据这一原理设计的记忆合金卫星天线，在发射卫星时，将天线卷曲成团塞在卫星的内部，到达轨道后，随着温度的变化，卫星天线就会自动恢复为预定形状。这种设计方案简单可靠，克服了必须用一机构打开天线的思维定势，具有突破性。
（4）多向性
善于从多种不同角度考虑问题，是创新设计的重要特征。据统计，设计活动中成功的几率与设想出供选择方案的多少是成正比的。多向性体现为扩散思维和多向思维。扩散思维以某一现实事物为起点，诱发出多种奇思异想，通过一个来源产生众多的输出。多向思维是对某一事物和问题从不同角度探索尽可能多的解法和思路。
（5）连动性
创造性思维也是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开阔思路。连动思维包括纵向、横向、逆向思维。纵向思维针对某现象和问题进行纵深思考，探寻其本质而得到新的启示。横向思维通过某一现象联想到特点与它相似和相关的事物，从而发现新应用。逆向思维针对现象、问题和解法，分析其相反的方面，从另一角度探寻新的途径。
（6）突变型
直觉思维、灵感思维是在创造性思维中对问题产生的一种突如其来的领悟和理解。在思维过程中突然闪现出一种新设想、新观念，从而使问题得到解决。比如阿基米德从洗澡时浴缸中水的溢出产生灵感而得出浮力定律。又如美国工程师杜里埃研究如何使汽油和空气均匀混合以保证内燃机有效工作的问题时，他从妻子喷洒香水而受到启发，发明了发动机的汽化器。
2．创新设计的类型
（1）开发设计
在设计原理、设计方案全都未知的情况下，根据产品总功能和约束条件，提出新的原理、设计方案及进行技术设计。
（2）变异设计
在已有产品的基础上，针对产品的缺点和用户的要求，从工作原理、结构、尺寸参数等方面进行变型产品的开发，设计新产品以适应市场需要，提高竞争力。如双缸洗衣机变单缸洗衣机、电冰箱从单开门到双开门，轮径大小不同的自行车设计等。
（3）反求设计
针对已有的新产品和样机，分析其关键技术，在消化、吸收、引进先进技术的基础上，利用移植、组合、改造等方法，设计创新产品。如某单位在设计和研制PHD-600型液压平衡吊和GY-20随车吊时，参照外国产品样本的外形推测其结构形式，按照其性能参数探索其设计原理，从而研制出当时起重量属国内最大且结构新颖的液压平衡吊，以及轻便灵巧的液压随车吊。又如美国人发明的晶体管技术原来仅用于军事，日本索尼公司买到晶体管专利技术后，进行反求研究，移植于民用领域，开发出晶体管半导体收音机，占领了国际市场。
四、创新设计方法
在国内外市场竞争激烈的形势下，技术创新是企业保持旺盛生命力的根本保证。在不断开发新产品的过程中，要求设计人员发挥创造性，提出新方案、探求新解法、开拓新局面。创新活动必须运用创新设计方法。创新方法的基本出发点是打破传统思维的习惯，克服思维定势和防碍创造性设想产生的各种消极的心理状态，应用创新设计方法以帮助人们在设计和开发产品时得到创造性的解。创新设计方法有很多种，下面简单介绍智力激励法、提问追溯法、联想类推法、反向探求法、系统分析法、组合创新法六种。
1．智力激励法
人的创造性思维特别是直觉思维在受激发情况下能得到较好地发挥。一批人集合在一起，针对某个问题进行讨论时，由于各人知识、经验不同，观察问题的角度和分析问题的方法各异，提出的各种主意能互相启发，填补知识空隙，启发诱导出更多创造性思想，通过激励、智慧交流和集智达到创新的目的。
2．提问追溯法
提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题，在回答问题过程中，便可能产生各种解决问题的设想，使设计所需要的信息更充分，解法更完善。提问追溯法有奥斯本提问法、阿诺尔特提问法、希望点列举法、缺点列举法。
3．联想类推法
通过由此及彼的联想和异中求同、同中求异的类比，寻求各种创新解法。利用联想进行发明创新是一种常用而且十分有效的办法。许多发明者都善于联想，许多发明创新也得益于联想的妙用。例如贝尔发明电话，开始没有成功，以后他从吉他的声音中想到了共鸣原理，改进了的装置，终于使电话发明成功。类比联想是由一事物或现象联想到与其有类似特点（如性质、外形、结构，、功能等）的其他事物或现象，从而找出创新解法。
4．反向探求法
将人们通常思考问题的思路反转过来，从背逆常规的途径探寻新的解法，因此反向探求法亦称逆向思维法。例如声音既然是振动那么振动为什么不能复现原声呢？通过这样的反问，发明了留声机。
5．系统分析法
对于技术系统，根据其组成和影响其性能的全部参量，系统地依次分析搜索，以探索更
多和解决问题的途径。
6．组合创新法
组合创新法是将现有技术和产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想和新产品。组合法应用的技术单元一般是已经成熟和比较成熟的技术，不需要从头开始，因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。在现代社会中，大量已经开发出来得技术，只要合理组合，就能创造出适合人们需要的技术系统。组合创新的类型很多，常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。
性能组合将若干产品的优良性能组合起来，使之形成一种全新的产品。例如铁心铜线电缆的制造就是组合了铜线导电性能好、耐腐蚀，而铁线成本低，强度高的优点，这样便可以达到性能互补的目的。
原理组合是将两种或两种以上的技术原理有机地组合起来，组合成一种新的复合技术性能或技术系统。
功能组合是将具有不同功能的技术手段或产品组合到一起，使之形成一个技术型更优或具有多功能的技术实体的方法。例如计算机和机床组合在一起成为数控机床。
模块组合是把产品看成是若干模块（标准、通用零部件）的有机组合。按照一定的工作原理选择不同的模块或不同的组合方式，从而得到多种不同的设计方案。例如各种专用机床的组合。
运用创新思维和创新设计方法，必将在技术领域中有更多的创新发展。
习题
2-1 试述现代设计与传统设计的含义。
2-2 试述现代设计的特征和含义。
2-3 试述优化设计数学模型的含义。
2-4 试述创造与创新设计的含义。
2-5 试述创新设计的特点。
2-6 试举出三个用联想类推法和组合创新法进行产品设计的例子。
2-7 请与同宿舍的同学用智力激励法讨论一分、二分、五分、一角、五角、一元六种硬币的定量设备的设计方案。
2-8 请与同宿舍的同学用创新设计方法讨论砸腰果取仁的设计方案。
机械创新设计大赛获奖作品
全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品 展示 全国一等奖 北京化工齿动多功能平行 口钳北京化工齿动多功能平行 口钳 北京化工齿动多功能平行 口钳 大 连理工机械式自动节水 水龙头 第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车 第二炮兵工 程学院军地两用全自动担 架车 东 南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探 测车 东南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探测 车 福 大节流阀型高楼逃生器 福大节流阀 型高楼逃生器 福大节流阀型高楼逃生器 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车
国防科大行星轮式登月车 哈工并联与 分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈工程仿生机器蟹 哈 工大微定位仿生机器人 哈 工大微定位仿生机器人 海 军工程大学摆式特种发 动机 天津大学爬杆喷漆机器人 天 津大学爬杆喷漆机器人 中 国农大菌液自动抽取喷涂 机 中国农大菌 液自动抽取喷涂机
重庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 全国二等奖 北工大助力器 北工大助力 器 北工大助力 器 长 春理工轮足式机器人 长春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 大 连理工蚯蚓爬行器 大连理工蚯蚓爬行器 东 北大学圆柱凸轮数控铣 削加工装置 哈工程螺旋 传动管道机器人 海 军工程大学舰船探测者 海军工程大学舰船探测 华 东理工易拉罐有偿回收 / 华南理工健身洗衣机 华 南农大气动式龙眼去核机
现代机械设计方法复习题【答案2】
现代机械设计方法试题-----复习使用 考试形式：闭卷（带计算器与尺） 一、图解题 1．图解优化问题：min F (X)=(x 1-6)2+(x 2-2)2 s ．t ． 0．5x 1+x 2≤4 3x 1+x 2≤9 x 1+x 2≥1 x 1≥0, x 2≥0 求最优点和最优值。 最优点就是切点坐标：X1=2.7,x2=0.9 最优值：12.1【带入公式结果】 2．若应力与强度服从正态分布，当应力均值μs 与强度均值μr 相等时，试作图表示两者的干涉情况，并在图上示意失效概率F 。 参考解： 3 ．已知某零件的强度r 和应力s 均服从正态分布，且μr >μs ,σr <σs ，试用图形表示强度r 和应力s 的分布曲线，以及该零件的分布曲线和可靠度R 的范围。 参考解： f (s) f (r) Y >0安全状态；Y <0安全状态；Y =0极限状态 f (Y)
强度r 与应力s 的差可用一个多元随机函数Y =r -s =f (x 1,x 2,…,x n )表示，这又称为功能函数。 设随机函数Y 的概率密度函数为f (Y )，可以通过强度r 与应力s 的概率密度函数为f (r )和f (s )计算出干涉变量Y =r-s 的概率密度函数f (Y )，因此零件的可靠度可由下式求得： Y Y f Y p R ?∞ =>=0d )( )0( 从公式可以看出，因为可靠度是以Y 轴的右边对f (Y )积分，因此可靠度R 即为图中Y 轴右边的阴影区域。而失效概率F =1-R ，为图中Y 轴左边的区域。 4．用图表示典型产品的失效率与时间关系曲线，其失效率可以分为几个阶段，请分别对这几个阶段进行分析。 失效率曲线：典型的失效率曲线。失效率（或故障率）曲线反映产品总 体寿命期失效率的情况。图示13.1-8为失效率曲线的典型情况，有时形象地 称为浴盆曲线。失效率随时间变化可分为三段时期： (1) 早期失效期，失效率曲线为递减型。产品投于使用的早期，失效率较高 而下降很快。主要由于设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷，以及调试、 跑合、起动不当等人为因素所造成的。当这些所谓先天不良的失效后且运转 也逐渐正常，则失效率就趋于稳定，到t 0时失效率曲线已开始变平。t 0以前 称为早期失效期。针对早期失效期的失效原因，应该尽量设法避免，争取失 效率低且t 0短。 (2) 偶然失效期，失效率曲线为恒定型，即t 0到t i 间的失效率近似为常 数。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶 然因素所造成。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效期。偶然失效期是 能有效工作的时期，这段时间称为有效寿命。为降低偶然失效期的失效率而 增长有效寿命，应注意提高产品的质量，精心使用维护。加大零件截面尺寸 可使抗非预期过载的能力增大，从而使失效率显著下降，然而过分地加大， 将使产品笨重，不经济，往往也不允许。 (3) 耗损失效期，失效率是递增型。在t 1以后失效率上升较快，这是由于产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对耗损失效的原因，应该注意检查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修，使失效率仍不上升，如图13.1-8中虚线所示，以延长寿命不多。当然，修复若需花很大费用而延长寿命不多，则不如 报废更为经济。
现代机械设计方法(答案)
一、绪论 1.设计活动的特征有哪些？ 时空性、物质性、需求性、创造性、过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别？ 传统设计师静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地分析产品的性能；而传统设计师动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本特点。 主要内容：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。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学 1.设计过程包括哪几个阶段？ 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些？ 智力激励法、提问追溯法、联想类推法、组合创新法、反向探求法及系统搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设计的主要步骤有哪些？ 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么？ 相似定理是用来判断两个现象相似的充分必要条件及其所应遵循的法则 内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 π，π，，，，，，π 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。 用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什么？ 导出方法：方程分析法、量纲分析法 基本依据：表示各物理量之间关系的方程式，其各项量纲必须是相同的 3.相似准则有哪些特点和性质？ 如果两个现象相似，则这两者的无量纲形式的方程组和单值条件应该相同，具有相同的无量纲形式解。 出现在这两者的无量纲形式的方程组及单值条件中的所有无量纲组合数对应相等。 4.白炽灯的功率为其主要技术参数。现在要求在10~100W之间按几何级数分级设计六种型号。试确定其 功率系列（将计算值按0.5圆整） 解： 四、有限单元法 1.试简述有限单元法的主要思路、具体步骤及其依据。 核心思想：将复杂结构分解成形状简单、便于方程描述的规则单元，列出方程组求解 基本思路： “分”：用有限个规则单元代替原来的各种各样的连续系统，并用近似方程对每个单元的行为加以描述。 “和”：根据一定的规则，把关于单元的方程组合起来构成方程组，并引入外载及约束条件进行求解。 三个步骤：结构的离散化、单元分析、整体分析 2.单元刚度矩阵的物理意义是什么，具有哪些主要特征？
现代机械设计方法
一、绪论 1.设计活动的特征有哪些 时空性、物质性、需求性、创造性、 过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别 传统设计师静态的、经验的、手工的 方法，在设计过程中被动地分析产品 的性能；而传统设计师动态的、科学 的、计算机化的方法，在设计过程中 可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本 特点。 主要内容：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。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、 可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学
1.设计过程包括哪几个阶段 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些 智力激励法、提问追溯法、联想类推 法、组合创新法、反向探求法及系统 搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设 计的主要步骤有哪些 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么 相似定理是用来判断两个现象相似的 充分必要条件及其所应遵循的法则
内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什
机械创新设计较完整版
第一讲 1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。 常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计 关联： 机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。 创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。 2.现代创新人才应具备那些基本素质？ (1) 具备必须的基础知识和专业知识 (2) 不断进取与追求的精神 (3) 合理的创新思维方式（突破传统定式） (4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件） (5) 掌握一定的创新技法 3.学习机械创新设计的内容有那些？ 1.机构的创新设计 2.机构应用创新设计 3.机构组合设计产生新机构系统 4.机械结构的创新设计 5.利用反求原理进行创新设计 6.利用仿生原理进行创新设计 第二讲 1简述创造性思维四大特性
(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。 影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？ (1)天赋能力：与生俱来的所有神经元 (2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义 (3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练 2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。 概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技 术，并利用于其他新事物。 特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾； 2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值； 3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。 实施途径：1）基于结构的分解；2）基于特性、原理的列举分离 第三讲 1．学习创造原理的基础知识有什么实际意义？ 2．物场三要素是指什么？（两个物与一个场）比较完全物场（三个要素齐全的场）、不完全物场（三要素中有两个要素存在的场）、非物场（三要素中仅有一个要素的场）的异同。 3．列举三种所熟悉的创造理论，简述其实施的基本途径。 （1）物场要素变换：电磁场取代机械场 （2）物场要素补建：超声波加工（特种加工工艺） 第四讲 1、实施群体集智法应遵循哪些原则？提出自己运用此法的技巧。（要求从不同角度提两点） 1.自由思考原则：解放思想、消除顾虑 2.延迟评判原则：过早的结论会压制不同的 想法，可能扼杀有创造性的萌芽 3.以量求质原则：相关统计表明，一批设想 的价值含量与总数量成非线性正比。 4.综合改善原则：充分利用信息的增值。 ２．为什么设问探求法特别强调“善于提问”？简述所学的九种基本提问。 ●学习者的基本技能 ●创造者分析、解决问题的基础 ①有无其他用途;②能否借用（直接）;③能否改变使用（间接）;④能否扩大（改良）; ⑤能否缩小（改良）;⑥能否代用;⑦能否重新调整;⑧能否颠倒;⑨能否组合
2014机械创新设计大赛-主题解析20130605
第六届全国大学生机械创新设计大赛 主题为： “幻·梦课堂”；内容为“教室用设备和教具的设计与制作”。 学生们可根据对日常课堂教学情况的观察或根据对未来若干年以后课堂教学环境和状态的设想设计并制作出能够使课堂教学更加丰富、更具吸引力的机械装置。教室用设备包括桌椅、讲台、黑板、投影设备等；教具包括但不限于演示“理论力学”、“材料力学”、“机械原理”、“机械设计”、“机械制造基础”等大学生机械类课程的基本概念、基本原理、基本方法等的教学用具。不包括前几届大赛已经命题的用于厨房、卫生间、健身、助残等机械。不得用现在已有的教具、示教板和实验台参加本届比赛。应注意对作品在功能或原理上进行突破和创新。 所有参加决赛的作品必须与本届大赛的主题和内容相符，与主题和内容不符的作品不能参赛。参赛作品必须以机械设计为主，提倡采用先进理论和先进技术，如机电一体化技术等。对作品的评价不以机械结构为单一标准，而是对作品的功能、设计、结构、工艺制作、性能价格比、先进性、创新性等多方面进行综合评价。在实现功能相同的条件下，机械结构越简单越好。 机械类课程含：工学各类专业主要的机械基础与机械专业课程：如机械制造基础、机械制图、机械原理、机械设计、机械设计基础、液压传动、机制工艺学、机械创新设计、数控加工技术课程；车辆工程、能源与动力、船舶与海洋、航空航天、农业与园林、食品与包装、轻工与纺织等机械类专业课程。不包括：化学、物理、电器、电子原理类等课程。 课堂限于用于学习机械类课程的教室、实验室等教学场所。不包括：化学、电子类、体育、农业、生物等课程的专用教室和场所；不包括：课堂打扫卫生、擦黑板、擦玻璃等环卫选题。 大赛希望作品设计要有创新，不希望重复制作各类示教板，创新拼接箱等；不希望重复现有的教学模型（如车模、机器人模型、生产线模型）。如确有改进设计，则要求：在设计说明书中，以及答辩准备中，特别要指出作品与所参考的原教具、原模型的异同；要能明确说明改进设计之优点。 大赛相关进程的时间节点 ? 1．2013年3月发布第五届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容的通知； ? 2．2014年4月20日前各赛区务必完成预赛， ? 3. 2014年5月1日前按有关通知要求报送预赛结果；全国组委会将进行作品初评， ? 4. 2014年6月1日左右公布参加全国决赛的作品名单； ? 5．2014年7月下旬在东北大学（沈阳）举行全国决赛。 案例教学模拟 快乐课堂 实践教学模拟 实验教学模拟 梦幻课堂 互动课堂
机械结构设计的原则和特点
5.1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 5.1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 5.2机械结构件的结构要素和设计方法 5.2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，
一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 5.2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。 零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。 多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、
机械创新设计案例
机械创新设计案例 我们知道，目前，机械产品的国际竞争非常激烈，要保持和发展我国机械产品在机械市场中的份额，关键靠的就是创新。我们要摆脱现在在机械创新设计上的落后局面，就要我国机械人才的创新设计能力。 机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决，这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中，因此要统一研究知识获取工具与设计系统。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的，因此设计系统必需符合创新设计思维规律。 案例一：新型内燃机的开发实例 一般圆柱凸轮机构是将凸轮的回转运动变为从动杆的往复运动，而此处利用反动作，即当活塞往复运动时，通过连杆端部的滑块在凸轮槽中滑动而推动凸轮转动，经输出轴输出转矩。活塞往复两次，凸轮旋转360°。系统中没有飞轮，控制回转运动平稳。 这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。通过改变圆柱凸轮的凸轮轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到减速增矩的目的。这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重型机械、建筑机械等行业。 旋转式发动机与传统的往复式发动机相比，在输出功率相同时，
具有体积小、重量轻、噪声低、旋转速度范围大以及结构简单等优点，但在实用化生产的过程中还有许多问题需要解决。 随着生产科学技术的发展，必然会出现更多新型的内燃机和动力机械。人们总是在发现矛盾和解决矛盾的过程中不断取得进步。而在开发设计过程中敢于突破，善于运用类比、组合、替代等创新技法，认真进行科学分析，将会使人们得到更多创新的、进步的、高级的产品。 案例二：圆柱凸轮数控铣削装置的创新设计实例 圆柱凸轮作为一种机械传动控制部件，具有结构紧凑、工作可靠等突出优点，但其加工制作比较困难。东北大学东软集团生产的医用全身CT扫描机，有一对复杂的圆柱凸轮，过去一直采用手工加工，不仅制造精度低，而且劳动强度大，生产效率低，成本高。为此，负责机械加工的东北大学机械厂提出要研制一种精度较高、操作方便、成本较低的圆柱凸轮加工装置。圆柱凸轮数控铣削装置包括工作台直线运动坐标轴和工件回转运动坐标轴，在加工圆柱凸轮时，本装置根据数控加工程序控制工件作旋转进给运动和直线进给运动，通过普通立式铣床工作台的垂直运动进行切深调整，这样就可以实现一条凸轮曲线槽的连续自动化加工。 案例一图
机械创新设计(设计实例论文)
机械创新设计 说明书 设计题目：洗瓶机推瓶机构 设计组号： 院系 专业： 指导教师：
目录
1，设计目的及意义 由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省了大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。从而产生了对洗瓶机设备的研究与改进工作。 随着啤酒市场不断地发展变化，酒瓶种类、标纸和粘接剂品种不断增加，特别是现在的头标铝箔纸的出现，给洗瓶设备和工艺提出了新的更高的要求在长期使用多种洗瓶机的过程中。为了适应现在啤酒回收瓶的洗涤要求，我们同该洗瓶机的制造厂家进行了广泛地讨论和研究，对洗瓶机适时地进行了一系列的技术改进。 洗瓶机器设备的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业的生产率产生了质的飞跃。 洗瓶机推瓶机构的原理方案分析： （1）功能分解：
（2） （3）求功能元解 洗瓶机推瓶机构形态学矩阵
2.设计题目 2.1推瓶机推瓶机构的改进设计 洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。 待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋 转。当推头M 把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外 面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已 送入导辊待推。如图1所示。 图1 洗瓶机工作示意图 2， 原理方案设计 3.1功能分析 为了完成设计任务需要三个阶段：①通过组合机构使推 头M 以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后
机械创新设计大赛比赛心得
大家好，我是***，在这里我分享一下我参加机械创新大赛的心得体会与收获。创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。随着市场经济的发展，大家越来越清楚地认识到这个道理。 我们有幸能够参加广西省第四届机械创新设计大赛，不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。参加比赛是对一个人各个方面能力的全面锻炼，是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习、工作和生活都很重要。我们收获的不仅仅是理论知识和技术，更是团队之间的完美合作。通过这次比赛，我们更加的了解了比赛的各项流程，积累了丰富的经验教训，充分认识到和其他学校同学的差距，知道了自己专业知识的匮乏，视野还不够宽广，促使我们更有热情的去学习知识和运用知识。同样在这次比赛中我们也收获了队友们的友谊，大家因为同一兴趣而联系在一起，为共同目标而努力奋斗，大家因此而成为了要好的朋友。总结我们团队的成败得失并吸取其他成功团队的宝贵经验，一个团队要想取得成功，以下几点非常重要： 一、首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要能够注意到很小的细节问题。 二、一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，成员间互相鼓励保证了团队旺盛的斗志，成员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事如此，参加一个比赛亦如此。没有一个明确和强烈的目标就很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。我们认为学院要多重视这样的比赛，这些比赛是提高学院声誉和体现实力的重要载体。这次比赛我们经费，技术等与其他学校有一定的差距。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中，能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我们认识到了自己，从对比中看到了自己的不足，对自己在今后的学习生活工作上也有很大的帮助。再次感谢学院给了我们这个机会参加这次比赛，我们通过比赛确实收获良多。也相信我们学院会在大家齐心协力之下，创造出更加辉煌的成绩。
汽车传统设计方法与现代设计方法之比较
汽车零部件传统设计方法与现代设计方法的比较 姓名：XXX 学院:机械与汽车工程学院专业：车辆工程学号: XXX 摘要：汽车零部件的设计方法，可以从不同的角度做出分类。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传统设计方法，近几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。文中对传统设计方法与现代设计方法的特点、二者的关系进行了详细的说明。 1 前言 在近百年中，汽车零部件设计技术经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的现代设计阶段。20世纪60年代中期，在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)等新方法，使设计逐步实现半自动化和自动化。 经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。 随着测试技术的发展与完善，在机械设计过程中引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使机械设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。 汽车零部件的设计方法，可以从不同的角度做出分类。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设计方法即传统的设计方法，近几十年发展起来的设计方法称为现代设计方法。本文将两者进行比较。 2 汽车零部件设计的发展历程 （1）直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。当时人们或是从自然现象中
机械创新设计案例word版本
机械创新设计案例
机械创新设计案例 我们知道，目前，机械产品的国际竞争非常激烈，要保持和发展我国机械产品在机械市场中的份额，关键靠的就是创新。我们要摆脱现在在机械创新设计上的落后局面，就要我国机械人才的创新设计能力。 机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决，这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中，因此要统一研究知识获取工具与设计系统。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的，因此设计系统必需符合创新设计思维规律。 案例一：新型内燃机的开发实例 一般圆柱凸轮机构是将凸轮的回转运动变为从动杆的往复运动，而此处利用反动作，即当活塞往复运动时，通过连杆端部的滑块在凸轮槽中滑动而推动凸轮转动，经输出轴输出转矩。活塞往复两次，凸轮旋转360°。系统中没有飞轮，控制回转运动平稳。 这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。通过改变圆柱凸轮的凸轮轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到减速增矩的目的。
这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重型机械、建筑机械等行业。 旋转式发动机与传统的往复式发动机相比，在输出功率相同时，具有体积小、重量轻、噪声低、旋转速度范围大以及结构简单等优点，但在实用化生产的过程中还有许多问题需要解决。 随着生产科学技术的发展，必然会出现更多新型的内燃机和动力机械。人们总是在发现矛盾和解决矛盾的过程中不断取得进步。而在开发设计过程中敢于突破，善于运用类比、组合、替代等创新技法，认真进行科学分析，将会使人们得到更多创新的、进步的、高级的产品。 案例二：圆柱凸轮数控铣削装置的创新设计实例 圆柱凸轮作为一种机械传动控制部件，具有结构紧凑、工作可靠等突出优点，但其加工制作比较困难。东北大学东软集团生产的医用全身CT扫描机，有一对复杂的圆柱凸轮，过去一直采用手工加工，不仅制造精度低，而且劳动强度大，生产效率低，成本高。为此，负责机械加工的东北大学机械厂提出要研制一种精度较高、操作方便、成本较低的圆柱凸轮加工装置。圆柱凸轮数控铣削装置包括工作台直线运动坐标轴和工件回转运动坐标轴，在加工圆柱凸轮时，本装置根据数控加工程序控制工件作旋转进给运动和直线进给运动，通过普通立式铣床工作台的垂直运动进行切深调整，这样就可以实现一条凸轮曲线槽的连续自动化加工。
机械创新设计大赛作品集
1助立椅 参赛学校： 华南理工大学 参赛者： 毕经元、xx、万明远，指导教师： xx、xx仪 作品内容简介本作品是一张方便老年人或者腿脚不便的人站立的椅子。主要是通过使用者上肢的运动来带动一面的动作，从而可以调整人的坐姿与重心，来减少下肢的运动来实现站立姿势。本机构主要用到了平面连杆以及其它一些机械结构来实现椅面的调整，来带动使用者的行动。并且如果使用者需要的话，在坐下来的时候也可以起到减少其下肢运动的作用。 主要创新点我们主要是考虑到老年人或者其他腿脚不方便的人群，在站起来的时候总是很费力；而且往往在坐下来的过程中也是一屁股就坐了下去。为了改变这样的状况，我们将人站立过程中的手脚并用，该为手起到主要作用，方便特殊人群。 推广应用价值我们的社会对老年人的关爱渐见凸现，在这样的背景下，对老年人日常行动的关爱也就更为重要了。而且对于特殊群体，比如下肢受伤，残疾等等的人群，我们的设计也可以助他们一臂之力。方便了使用者日常行动，而且也减轻了子女或者看管人的看护负担。 这样的话，他们坐下就不愁再站起来了。 2自动搀扶助步车 参赛学校： 青岛大学 参赛者：
王新刚、曹志强、郑虎阶、徐晟、孙海峰，指导教师： 师忠秀、庞严英作品内容简介本产品主要应用于腿部残疾、腿部骨折处于恢复期的病人。主要运用了自动检测和电器控制的原理；巧妙地将助步车和动力装置结合起来，实现了动力助步；并添加了单片机系统、光电检测装置以及继电器，可以自动检测病人的行动意图，并且实现了车随人动。该车充分考虑了不同使用者的需要，设置了多种不同的工作模式；另外，本车增添了多处人性化设计及安全保护措施，结构简单、操作方便、产品的可靠性高；创新地利用支撑板代替双拐，这样可以减轻病人长时间拄拐带来的劳累；由于该车操作的方便性以及车身对人体的搀扶作用，病人可以独立使用，从而大大减轻家人及护士的负担。基本技术指标： 1、"整车指标： 速度0~ 0."5m/s连续可调；电机： DC12V、46rpm、P=15W。电源：12V、14Ah；光电开关： 检测距离： 0."1m/ 0."3m、DC 6～36V。 主要创新点 （1）系统能够自动检测人体的行动意图并自动启动相关系统进行动力助步； （2）本车实现了车随人动，提高了使用者的方便性和舒适性； （3）本车实现了在一定范围内的无级变速； （4）本车采用了多种工作模式以适应不同的使用人群； （5）独特的控制电路大大简化了控制系统；
现代机械设计的特点及设计手段的未来发展之我见
哈尔滨职业技术学院学报 ２００７年第５期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ?１１５? 一、现代机械工程设计的特点 机械设计是为实现某一使用功能，同时考虑其运动可能性、制造可能性、经济可能性，从而构思一种具有一定创新的机械产品的过程。 传统的机械设计过程：一是市场（用户）对产品的需求调查；二是工程设计问题的归纳定义；三是工程设计问题的综合；四是设计问题的分析和方案的优化；五是已有设计方案的反复评价修改；六是绘制工程图样和撰写设计文件。上述设计过程分别涉及以下各方面的工作和相关的技术人员：市场预测、科学思维方法学、相似理论和模型试验、价值工程、可靠性设计、测试与分析技术、类比设计和设计信息管理。传统的设计技术受低劣的设备条件和落后的技术方法所限，只能在保守的观念下，依据粗略的验算甚至估计，通过大量的简化和静止化假设完成机械工程设计，它必然使设计存在随意性，对个人的经验和习惯的依赖性极大，极难实现合理、准确和高效的设计。 现代设计技术充分利用了当今迅速发展起来的计算机技术、计算技术、应用数学和力学、电子学、测试和分析技术，使设计技术有可能从经验的、静止的和随意性很大的传统设计变为基于计算数据、知识工程或专家系统的、动态的现代设计。这需要充分收集、分析和检索必要的信息、快速的数值运算和方案寻优，因而必然大规模地使用ＣＡＤ技术和人工智能技术、数据库技术等。 现代设计虽然大体上继承了传统设计的原则和步骤、价值分析法则和指标、造型设计标准和观念、类比设计思想、 组合／分解方法等，但科技发展对设计技术的促进使之不可 能一成不变地沿袭旧有模式，而是几乎在产品设计全周期的各阶段，都应引入现代科技成果和工具，使用各学科的新发现、新观念。如在以机能设计为中心的问题定义和问题综合阶段，要使用创造心理学提出的“经验转换”、“侧向思维”等多种启发方式，引导自己和同伴的思维活动；在计算机技术、通讯技术、图形图象处理和传输技术基础上组建“计算机支持的协同工作”（ＣＳＣＷ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎＷｏｒｋｉｎｇ）环境以综合集体的智慧；用系统工程的观点乃至大系统理论对问题进行分解简化或综合分析。而在随后的分析计算和优化设计阶段（或者总称详细设计阶段），应以弹性力学为基础，以有限元分析系统为工具进行机械结构的应力／应变分析和强度计算，以塑性力学、材料力学为基础，以有限元方法、计算机数字仿真和图形仿真技术为手段，进行针对材料屈曲和塑性破坏的极限设计；以振动理论、强化试验理论和安全寿命预测理论为基础，在计算机系统支持下完成针对疲劳损伤的疲劳设计。由此可见，现代设计技术的相关学科领域除上述传统设计过程中涉及的技术门类外，还融进了计算机仿真技术、随机振动与动态载荷分析、模块化设计、优化设计、计算机辅助设计、有限元分析、动态试验及其强化、计算机信息交换方法和标准等，其中，动态、优化和计算机化是其核心。 此外，产品市场的激烈竞争和用户对产品质量、价格和交货期的要求使提高产品质量、降低产品成本、缩短产品开发周期成为现代机械工程设计中越来越重要的目标，各种新 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—８９７０—（２００７）０５—０１１５—０２ ［收稿日期］２００７－０４－０２ ［作者简介］商昌桥（１９６４－），男，昌吉职业技术学院讲师。 现代机械设计的特点及设计手段的未来发展之我见 商昌桥 （昌吉职业技术学院，新疆昌吉８３１１００ ） 摘要：随着计算机软硬件性能和水平的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法都获得了不断地更新。这样一场全面的世界科技进步对机械设计领域也同样产生了深刻的革命性的影响。各种设计技术、计算技术、设计工具乃至新材料、新工艺在机械设计与制造中的应用，使机械工程设计过程中单调机械的工作大幅度持续减少，设计人员的创造性思维得到前所未有的解放。与此同时，传统的理论体系、方法体系也受到强烈的冲击。笔者在此讨论的主题是现代机械设计的特点及设计中最具活力的计算机辅助设计（ＣＡＤ）技术的发展趋势。 关键词：机械设计技术；计算机辅助设计；智能化；集成化
机械现代设计方法及展望
机械现代设计方法及展望 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，本文综述了目前常用的几种现代机械设计方法，并展望了未来的机械设计方法的发展趋势。 关键词：机械设计方法展望 1、引言 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、分析和计算并将这些转化为具体地描述以人为制造依据的工作过程。机械设计作为工程设计的重要组成部分，不仅代表着将科学发现转化为经济实践的成果，也表征着一个国家和地区的制造业发展水平。 近十几年里，工业产品的设计理论和制造方法发生了极大的变化。首先，由于计算机辅助设计(CAD)、辅助工程(CAE)和辅助制造(CAM)等方法的普遍推广，改变了传统的设计模式，提高了设计质量和工作效率，使设计加工周期大大缩短；其次，机器人及自动化生产线的广泛使用，把操作者从繁重的体力劳动和危险作业环境中解放出来，提高了劳动生产效率。 2、机械设计的常用现代设计方法 2.1专业的现代设计方法 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。 2.2 通用的现代设计方法 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。 2.2.1 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
机械创新设计心得(精选多篇)
机械创新设计心得(精选多篇) 有幸参加本次“博亚杯”机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要： 首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有
强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，今晚花了两个钟的时间写下了下来这篇比赛心得，真的有点长，转发到自己的博客上，见证下自己曾经的步伐。 转眼间，大三过去了，在大三的第一个学期的最后几天，我们的参赛作品——绿色环保自动吸尘黑板擦通过了答辩，最后得到了学校老师，领导的肯定，成为其中的一个立项项目，得到了学校的大力支持。
现代机械设计方法与理论.doc
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。