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3.1
概论
3.1.3 设计的分类 从设计任务的要求来划分,通常有三种不同类型的设计: 1)开发性设计。运用成熟的科学技术,从工作原理和结构 上设计过去没有的新型产品,这是一种完全创新的设计。
2)适应性设计。在原理、方案基本保持不变的前提下,对
产品作局部的变更设计,使之更能满足用户的需求。 3)变型设计。在功能和工作原理不变的情况下,变更现有 产品的结构配置、布置方式和尺寸,使之适应多方面的使 用要求。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 优良性能设计基础技术是一组以提高机械产品综合性能 为目标的设计技术,是各种创新技术发展的基础,是全生 命周期设计技术的必要条件。它包括可靠性设计技术、
试验技术、防疲劳断裂设计技术、系统动态设计技术、
稳定性设计技术、摩擦学设计技术、优化设计技术、防 腐蚀设计技术、表面工程设计技术、状态监测和补偿控 制技术等。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (3)机械可靠性设计 机械可靠性设计内容包括: 3)可靠性试验。 可靠性试验是为了定量评价产品的可靠性指标而进行的 各种试验的总称。通过试验可以获得受试产品的可靠性 指标,如平均寿命、可靠度、失效概率等,验证产品是否 达到设计要求。通过对试验样品的失效分析,可以揭示产 品的薄弱环节及其原因,制定相应措施,达到提高可靠性 的目的。因此,可靠性试验是研究产品可靠性的基本手段, 也是预测产品可靠性的基础。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (2)可靠性的研究内容和可靠性指标 可靠性的主要研究内容有可靠性理论基础和可靠性应用 技术。可靠性理论基础包括概率统计理论、失效物理、 可靠性设计技术、可靠性环境技术、可靠性数据处理技 术、可靠性基础实验及人在操作过程中的可靠性等。可 靠性应用技术包括使用要求调查、现场数据收集和分析、 失效分析、零部件和系统的可靠性设计与预测、软件可 靠性、可靠性评价和验证、包装运输保管和使用的可靠 性规范、可靠性标准等。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 2.系统动态设计 (1)系统动态设计的技术内涵 机械设计可以分为静态设计 和动态设计。 1)静态设计。认为结构是相对“不动的”,它承受的载荷和 周围介质的状态参数(如温度、压力、流速及电磁场等)也 是“不变的”,只对其静态性能进行分析、评价和设计。 2)动态设计。动态设计是相对静态设计而言,与静态设计的 本质区别在于:变“不动”为“运动”,变“不变”为“变 化”,是对结构的动态特性,如固有频率、振型、动力响应 和运动稳定性等进行分析、评价与设计,谋求结构系统在工 作过程中受到各种预期可能的瞬变载荷及环境作用时,仍然 保持良好的动态性能与工作状态。
图3-4 机械产品设计过程的工作循环流程
3.2
设计理论与方法
3.2.1 设计理论与方法的分类
图3-5 现代机械设计方法的分类
3.2
设计理论与方法
3.2.2 机械设计理论与方法的发展趋向
图3-6 现代机械设计理论与方法的发展趋向
3.3
现代设计技术
3.3.1 现代设计技术的定义与特点 现代设计技术:以满足应市产品的质量、性能、时间、成 本/价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为
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概论
3.1.4 设计的本质与过程 1.设计的本质 设计的本质可以从下面几方面来说明: 1)从工作性质与内容看,设计的内容广泛。 2)从设计的过程与方法看,设计是一种活动。 ① 设计是一种工程活动。 ② 设计是一种创造性的智力活动。 ③ 设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程。 设计是一种创造性活动,设计的本质是创造和革新,从这 个意义上讲,创新是设计的灵魂。
第三章 机械设计及现代设计方法
□4.1 概论 □4.2 毛坯制造方法 □4.3 材料热处理及表面处理技术 □4.4 零件加工制造 □4.5 机器装备 □4.6 机械制造装备
3.1
概论
3.1.1 工程设计的概念 产品是设计结果的物质表现。若设计人员所设计的产品, 是以一定技术手段来实现社会特定需求的人造系统,则称 之为技术系统。工程设计主要是对技术系设计的概念 工程设计是一种技术实践活动,旨在创造人为事物,实践 性是其最根本的特征之一。 从信息处理角度,设计是一种信息转换装置,输入的是设 计要求和约束条件信息,设计者运用一定的知识和方法通 过计算机、试验设备等工具进行设计,最后输出的是方案、 图样、程序、文件等设计结果。 设计并不仅仅是计算和绘图。随着高新技术的发展和社 会需求的多样化,工业生产迅速走向大规模、集成化和复 杂化,从而使现代工业特别是机械工业面临新的机遇和挑 战。
手段,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、
改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。
3.3
现代设计技术
3.3.1 现代设计技术的定义与特点 现代设计技术具有如下特点: (1)设计范畴扩展化 (2)设计手段计算机化 (3)设计过程并行化 (4)设计过程智能化 (5)设计手段拟实化 (6)分析手段精确化 (7)多种手段综合应用 (8)强调设计的逻辑性和系统性 (9)进行动态多变量的优化 (10)强调产品的环保性 (11)强调产品的宜人性 (12)强调用户参与 (13)强调设计阶段的质量控制 (14)设计和制造一体化 (15)强调产品全生命周期最优化
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现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (2)可靠性的研究内容和可靠性指标 2)失效率(Failure Rate)。机电产品零件的典型失效率 曲线(即失效或故障模式)如图3-7所示。
3.3
现代设计技术
图3-7 机电产品零件的典型失效率曲线
2)失效率(Failure Rate)。 典型失效率曲线可以划分为三个区域。 早期失效区域最初的失效率较高,此后迅速下降。 正常工作区域出现的失效具有随机性,失效率变化不太大, 有的微微下降或上升。在此区域内,失效率较低。 功能失效区域的失效率迅速上升。一般情况下,零件表现 为耗损、疲劳或老化所致的失效。预测这一时间的意义非 常重大。 失效率曲线的三个区域反映了产品零件的三种失效率或故 障模式,它们均具有一定的概率分布特性。
广义设计在工程技术领域中的特有表现,是对技术系统进
行构思、分析并把设想变为现实的技术实践活动。
3.1
概论
3.1.1 工程设计的概念 技术系统的处理对象是能量、物料及 信息。随着时间及其他条件的影响, 系统中存在能量、物料及信息的变化, 即能量流、物料流和信息流。其中, 能量包括机械能、电能、光能、核能 等形式,在图3-1中用实线箭头表示; 物料可为材料、毛坯、试件、半成品 等形式,在图3-1中用双线箭头表示; 而信息往往体现为测量值、指示值、 控制信号、脉冲显示等形式,在图31中用虚线箭头表示。
3.1
概论
3.1.2 设计的地位和意义 设计的目的：保证系统的功能,建立性能优良、成本低廉、 价值最佳的技术系统。它对产品的技术和经济效果起着 决定性作用,其重要性是不言而喻的。
设计的意义：设计作为现代工业生产的关键性环节,在产
品的整个生命周期中占有极其重要的位置,它从根本上决 定着产品的内在和外在品质及成本。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (3)机械可靠性设计 机械可靠性设计内容包括: 1)可靠性预测。 可靠性预测是一种预报方法,即从所得到的失效数据预报 一个零部件或系统实际可能达到的可靠度,预报这些零部 件或系统在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功 能的概率。其目的有:协调设计参数及指标,提高产品的 可靠性;对比设计方案,以选择最佳系统;预示薄弱环节,采 取改进措施。它可以按单元→子系统→系统的顺序自下 而上地落实可靠性指标,是一种合成方法。
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现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (3)机械可靠性设计 机械可靠性设计是在满足产品功能、成本等要求的前提下,使
产品可靠运行的设计过程。
机械可靠性设计的主要特征是将常规设计变量,如材料强度、 疲劳寿命、载荷、几何尺寸及应力等所具有的多值现象都看 成是服从某种分布的随机变量,根据机械产品的可靠性指标要 求,用概率统计的方法设计出零部件的主要参数和结构尺寸。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (2)可靠性的研究内容和可靠性指标 可靠性的数值标准常采用以下指标(或称特征值):可靠度、 失效率或故障率和平均寿命等。
1)可靠度(Degree Of Reliability)。可靠度的定义是:
零件(系统)在规定的运行条件下及在规定的工作时间内, 能正常工作的概率。
3.1
概论
3.1.4 设计的本质与过程 1.设计的本质 设计的本质是由如下设计的基本特征所决定的: 1) 约束性。 2)多解性。 3)相对性。
3.1
概论
3.1.4 设计的本质与过程 2.设计的过程 首先,对设计对象作出正确的分析,确定它的技术经济指标。 其次,采用系统学或创造性的设计方法,确定可能的设计方 案,根据经验或通过简单的计算作出分类,然后再用价值分析 方法或优选方法选择方案。 最后,用优化设计方法确定所选方案的主要参数,选择经济 的材料和工艺过程,并完成设计阶段的一切技术文件。
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概论
3.1.3 设计的分类 按照不同的划分标准,设计有不同的分类。例如,按照设 计活动的时间进程,设计可分为方案设计(概念设计)、技 术设计(详细设计)和施工设计。基于对设计本质的认识,
根据设计活动中创造性的大小,则可将其分为三类:常规
设计(Routine Design)、革新设计(Innovative Design)和创新设计(Creative Design)。
3.3
现代设计技术
3.3.2 优良性能设计基础技术 1.可靠性设计 (1)可靠性的概念及其发展 产品的可靠性可定义为:产品在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力。 “规定的时间”,它具有一定寿命的数值概念。这个规定 的时间指的是产品出厂后的一段时间,这一段时间可以叫 做产品的保险期; “规定的条件”,包括环境条件、储存条件以及受力条件 等; “规定的功能”,它说的是保持功能参数在一定界限值 之内的能力,不能任意扩大界限值的范围。
