机械设计概述机械设计中约束分析齿轮传动设计.docVIP

第一章　机械设计概述§1-2 机器的构成及其功能结构 　　一 、机器的构成　　机器一般可视为主要由原动机、工作机、传动装置、控制系统及一些辅助装置等部分构成，如图1-1。 　　原动机：是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。　　工作机：是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。　　传动装置：用来连接原动机部分和执行部分，它将原动机的运动形式、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：把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低转速；小转矩变为大转矩等。 　　二 、功能分析　　功能分析是机械设计的基本出发点，进行机械产品的设计，首先必须进行功能分析，明确功能要求，设计出机器的功能结构图，然后再进行各个阶段的设计。只有这样，才能不受现有结构的束缚，形成新的设计构思，提出创造性的设计方案。　　不同机器的功能结构图是不同的，甚至总功能要求相同，也可以设计出不同方案的功能结构图，因此，设计者应能从多种可行方案中选出较优者，并以此为依据，进行机械系统各个阶段的设计。　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　三、机器实例 内燃机车 高速列车 加工中心 机械手 汽车 船舶 胶印机 水压机 飞机 压路机 起重机 减速器 表1-1　机器实例 §1-3　机械设计的概念和特点 　　一、机械设计的概念　　设计具有广泛的含义，一般认为，设计是根据市场需求，对技术系统、零部件、工艺方法等进行计划和决策的过程。从市场需求出发，通过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术参数和结构等，并把设想变为现实，这样一种技术实践活动的过程，就是机械设计。 　　二、机械设计的过程　　机械设计工作阶段的划分，不同的国家，甚至不同企业均不尽相同，大致上可分为计划阶段、原理方案设计阶段、结构方案设计阶段、总体设计阶段、施工设计阶段和试制、生产、销售阶段等，每个阶段的大致内容和目标如图1-2所示。 　　图1-2　　机械产品设计过程的一般模式 　三、机械设计的特点 　　1、特点　　1) 机械设计中认知过程的渐变性　　产品设计是一个从抽象到具体的演化过程。设计者在设计过程中，不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品的设计。产品设计是一个逐步求精和细化的过程。产品设计是一个反复修改和迭代的过程，在此过程中，设计者需要不断的修改某些设计参数和结构，以达到最终的设计要求。 　　2) 设计过程中设计管理的复杂性　　产品开发过程管理要求能够对整个产品开发过程从需求分析、概念设计、直到最终设计完成进行组织、协调和控制，并且能够对每一个阶段所需要的设备、工具、人员等进行分配、组织和管理。　　3) 设计过程中以市场需求为导向的必要性 　　产品设计与制造的目的是为了满足市场的需求，因此，用户的满意程度是衡量产品优劣的重要指标。注重市场调查和预测，明确市场需要什么，是设计师经常关心的问题。　　4) 设计过程中增强社会环境意识、建立可持续发展观念的必要性 　　2、创新和优化　　(1) 创新　　1) 机械设计的核心是创新 　　在机械设计中必须突出创新的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新设计的原理方案和结构，做到有所发明，有所创造，有所前进。 　　2) 产品设计创新的方向 　　一是能满足大范围当前需求的产品创新；二是研究开发具有重要技术进步，且为我所独有、技术含量高、在市场上具有竞争力的新产品。 　　3) 产品技术创新的主要类型　　第一种是无重要新技术，但在形式上有所创新；第二种是含有重要的高新技术，使产品的竞争力有新的、更重要的提高；第三种是有完全创新的功能。 　　4) 创造性思维　　创造性思维使人们突破各种约束，在一切领域内开创新的局面。创造性思维具有独创性 、连动性、多向性和综合性的特点。 　　(2)优化　　在通常情况下，满足约束条件的机械问题的解都不是唯一的，而是存在多种可行方案。因此需从诸多可行方案中进行优化设计，得到最优解。作为设计人员必须对择优问题予以高度重视。优化方法的发展过程如下：　　1) 基于经验的优化设计　　是原始的优化，或被动的自然优化。其质量取决于专家经验的多少和经验的可靠程度。　　2) 基于计算机的枚举寻优　　用计算机计算出各种可行方案，结合人工判断寻优。　　3) 基于数学规划的寻优方法　　是定量的优化方法，适合于解决机械设计中的参数优化问题。　　4) 工程优化和人工智能优化　　能解决不少数学规划方法不能胜任的工程优化问题。 　　3、机械设计中的产品成本问题　　好的设