现代机械设计导论.doc

机械设计导论 设计方法学（属系统论方法） 最优化设计（属优化论方法） 相似性设计（属对应论方法） 可靠性设计（属功能论方法） 计算机辅助设计CAD（属智能论方法） 计算机辅助分析CAE（有限元，属离散论方法；超模型，属连续论方法） 机电一体化设计（属**论方法） 虚拟设计 CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。??? CAE系统的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析。 古代机械史 古代机械史是指十八世纪欧洲工业革命之前，人类创造和使用机械的历史。 ??? 机械始于工具，工具是简单的机械。人类最初制造的工具是石刀、石斧和石锤。现代各种复杂精密的机械，都是从古代简单的工具逐步发展而来的。古代由于交通不便，文化交流很少，世界上几个基本独立的文化区域，如东亚和南亚、西亚和欧洲的机械发展情况各不相同。如中国古代机械起源早，发展较快，在13、14世纪曾居世界前列，是独立发展的，与其他地区联系不多。??? 公元前三千年以前(史前期)，人类已广泛使用石制和骨制的工具。搬运重物的工具有滚子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔时就已使用这类工具。公元前3500年后不久，古巴比伦的苏美尔已有了带轮的车，是在橇板下面装上轮子而成。??? 史前期的重要工具有弓形钻和制陶器用的转台。弓形钻由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。往复拉动弓便可使钻杆转动，用来钻孔、扩孔和取火。弓形钻后来又发展成为弓形车床，成为更有效的工具。??? 埃及第三至第六王朝(约公元前2686～前2181)的早期，开始将牛拉的原始木犁和金属镰刀用于农业。铜制工具的制造多用锻打法。约公元前2500年，欧亚之间地区就曾使用两轮和四轮的木质马车。埃及古代墓葬中曾发现公元前1500年前后的两轮战车。叙利亚在公元前1200年制造了磨谷子用的手磨。??? 在建筑和装运物料过程中，已使用了杠杆、绳索滚棒和水平槽等简单工具。滑轮最早出现于公元前日世纪，亚述人用作城堡上的放箭机构。绞盘最初用在矿井中提取矿砂和从水井中提水。这时，埃及的水钟、虹吸管、鼓风箱和活塞式唧筒等流体机械也得到初步的发展和应用。??? 公元前六百年至公元四百年的古希腊和古罗马被称为古典文化时期。这一时期在古希腊诞生了一些著名的哲学家和科学家，他们对古代机械的发展作出了杰出的贡献。??? 如学者希罗关于五种简单机械(杠杆、尖劈、滑轮、轮与轴、螺纹)推动重物的理论，至今仍有意义。这一时期木工工具有了很大改进，除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿外，还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。广泛使用的还有长轴车床和脚踏车床，用来制造家具和车轮辐条。脚踏车床一直延用到中世纪，为近代车床的发展奠定了基础。??? 冲制钱币也是这一时期金属加工方面的一大成就，是现代成批生产技术的萌芽。但随着罗马帝国的灭亡，这种技术失传了几百年。??? 约在公元前一世纪，古希腊人在手磨的基础上制成了石轮磨。这是机械和机器方面的进步。约在同时，古罗马也发展了驴拉磨和类似的石轮磨。??? 齿轮系在欧洲最早的应用是装在战车用来记录行车里程的里程计上。杠杆原理在机械上的应用此时已较普遍，如用在建筑上起吊重物的滑车和复式滑车。马车和战车也有了改进。??? 这时期在流体机械和动力机械方面的发展是，首先扩大了桔槔式提水工具和吊桶式水车的使用范围；创造了涡形轮和诺斯水磨等新的流体机械，前者靠转动螺纹形杆，将水由低处提到高处，主要用于罗马城市的供水，后者用来磨谷物，靠水流推动方叶轮而转动，其功率不到半马力。功率较大的有维特鲁维亚水磨，水轮靠下冲的水流推动，通过适当选择大小齿轮的齿数，就可调整水磨的转速，其功率约三马力，后来提高到五十马力，成为当时功率最大的原动机。??? 利用活塞和气缸制成的压力泵和吸水泵，在此时期也有发展。最早出现的是用来灭火的菲罗压力泵，后来又有了从井中提水的吸水泵和压力泵，以及罗马人用于灭火的双筒柱塞泵。??? 热力机械这时主要是作为希腊学者和哲学家们的玩物而出现的。在公元一世纪，希罗的汽转球(又叫风神轮)就是一例。汽转球下部的蒸锅盛水，其上用支管连接着一只空心球。球上有两支方向相反的切向喷口。当锅下烧火、球内的水沸腾变成蒸汽喷出时，如产生的喷气反作用推力足够大，便会推动球体不断转动。汽转球作为第一个把蒸汽压力转化为机械动力的装置而闻名于世，它也许是最早应用喷气反作用原理的装置。??? 公元400～1500年时期属于中世纪