现代机械设计方法与传统设计方法的比较研讨.pdf

全国机械设计教学研讨会议(2006) 现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究 韩旭周长江杨华 田正琳 (湖南大学机械与汽车工程学院) 摘要：根据教育部关于机械设计课程教学改革的必威体育精装版意见，针对现用的机械设计教材中设计理论与方法 内容比较陈旧的问题，提出有必要将现代设计方法与传统设计方法深度融合。本文先后对主导教材中传统 机械设计方法进行介绍，然后对最常用的几种现代设计理论与方法进行分析，比较研究表明两种设计方法 紧密结合的必要性和迫切性。最后。对现代设计理论与方法在机械设计教学中的实施进行了探讨。并指出 其对提高教学效果，使学生掌握最先进的设计理念与方法，培养科研精神和创新素质的重要性。 关键词：机械设计现代设计方法传统设计方法 比较研究 引 言 机械设计是基础技术课，主要是培养学生机械系统总体方案设计、机械零部件工作能力设计、结构设 计能力为主，使学生能够掌握一般机械零部件的工作能力分析方法和设计方法。作为机械工程学科的主干 课程，在培养学生树立正确设计思想、初步具备设计能力方面起着十分重要的作用。在构建适应新世纪需 要的人才培养模式的教学体系改革中，按照培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的高级专门人才的 总体要求，本课程具有举足轻重的地位。 根据教育部机械基础课程教学指导委员会关于机械设计课程教学改革的必威体育精装版指导意见之一——以现 代设计理论和设计计算方法取代或充实一些传统的经典内容，本文旨在对现代机械设计方法与传统设计方． 法进行比较研究。 1．传统机械设计方法 当前的大多数本科院校所选用的机械设计教材的主要内容，是在介绍关于整台机器设计的基本知识的 基础上。重点讨论一般尺寸和参数的通用零件，包括它们的基本设计理论和方法，以及有关技术资料的应 用等n1。教材中采用的主要设计方法仍是以直觉设计、经验设计和静态设计为基础的传统设计方法。常用 的传统设计方法主要有以下几种： (1)理论设计理论设计是根据长期的实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，如标准直 梁理论提出的将轮齿视为等强度悬臂梁：同时假设只有一对齿轮啮合，全部载荷作用于齿顶；只考虑周向 从而奠定了齿轮弯曲强度计算的理论基础。 F。 眨二_I王暑 ‘} }； {| }≯万…孑鼍 图1Lewis悬臂梁模型 图2标准直齿轮二维结构图 105 韩旭等：现代机械设计方法与传统设计方法的比较研究 ob：』≥ (齿形系数：y：12x) (1) Pby 3p 后来的许多研究和试验表明，以Lewis“悬臂梁”为代表的轮齿计算模型存在一定的局限性乜1 1)实际轮齿的高厚比(觚≈1．43)与标准梁模型所要求的跨高比㈣≥5)存在一定的差距； 2)齿廓梯度的急剧变化和齿根应力集中用等强度梁模拟近似度较大； 3)计算加载点和危险截面位置的确定有待完善； 4)在分析齿面载荷移动、齿向载荷分布、传动系统变形以及轮齿磨损等因素对齿轮强度的影响时比较 复杂。 (2)经验设计经验设计是根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设 计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计。该方法常用于那些使用要求变动较小且结构形状已典型 化的零件设计，如箱体、机架、传动件、轴等结构因素。图2所示为某新型气弹簧封口机上的标准直齿圆 柱齿轮二维结构图例。 随着先进制造技术和全球化市场竞争的发展，所设计产品及其系统结构的不断复杂化，当前的机械产 品与装备设计，不仅要