现代设计在机械设计中的应用

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1、第一章现代设计概述现代设计是新理论与计算机相结合的产物．它是以思维科学、设计理论系统工程为基础，以段以计算机为工具的各种技术和程序的总和特别是对一些复杂的计算及绘图，只能采取近似计算及作图，影响了设计的质量．计算机辅助设计(CAD)可把人们的经验、智能和创造力与计算机高速运算的功能有机地结合起来。有利于发挥人和机器的各自特长，大大加速设计进程．借助于CAD系统，我们可以用精确计算代替近似计算，用计算机绘图代替手工绘图，从而使设计理论和结果日趋完善．一、传统设计与现代设计（一）传统设计传统设计是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过

2、经验公式、近似系数或模拟方等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，是符合当代技术水准的有效设计方法。但由于所用的计算方法和参考数据偏重于经验的概括和总结，往往忽略了一些难解或非主要因素，因而造成设计结果的近似性较大，也难免有不确切和失误。此为，在信息处理、参量统计和选取、经验或状态的存储和调用等还没有一个理想的有效发法，解算和绘图也多用手工完成，所以不仅影响设计速度和设计质量的提高也难以做到精确和优化的效果。传统设计对技术与经济、技术与美学也未能做到很好地统一，使设计带来一定的局限性。这些都是有待于进一步改进和完善的不足之处。限于历史和科技发展的原因，传统设计方

3、法基本上是一种以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动为特征的设计方法。显然，随着现代科技技术的飞速发展，生产技术的需要和市场的竞争，以及先进设计手段的出现，这种传统设计方法已难以满足当今时代的要求，从而迫使设计领域不断研究和发展新的设计方法核技术。（二）现代设计现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，它继承了传统设计的精华，吸取了当代科技成果和计算机技术。与传统设计相比，它则是一种以动态分析、精确计算。优化设计和CAD为特征的设计方法。（三）现代设计与传统设计的比较系统方法手段传统设计静态经验手工现代设计动态科学计算机第二章现代设计在机械设计中的应用分析18现代设计是将现

4、代设计方法应用于机械设计中去：一、创新设计在机械设计中的应用（一）创新设计分类机械系统的创新在很大程度上取决于机构的创新，创新设计的方法有两类：一类是指首创、突破及发明；另一类是选择常用机构，并按某种方式进行组合，综合出可实现相同或相近功能的众多机构，为创新设计开辟了切实可行的途径。（二）平动齿轮传动装置的创新设计实例分析一、机构串联组合：平行四边形机构与外齿轮机构进行串联组合，由于外齿轮Z1随同连杆做平动，称为平动齿轮传动机构。设曲柄长度等于二齿轮中心距LAB=0102=r1+r2=mz1+z22根据机构瞬心原理，可有：平动齿轮传动机构演变后平动齿轮传动进行整理后，可有：18平

5、行四边形机构与外啮合齿轮组合后，可获得增速机构。但外形尺寸过大，应用受到限制。平行四边形机构与内啮合齿轮的串联组合平动内啮合齿轮机构根据机构瞬心原理，可有：当二轮齿数差较小时，可获得大传动比的减速机构。并联组合原理的应用：采用三套互成120º的平动齿轮机构并联组合，可三环减速器。平动齿轮并联组合机构图三环减速器的内齿轮做平动，不能减小尺寸和重量，做平动的环板的惯性力的平衡难度大，难以在高速下运转。18演变后平动齿轮并联组合机构图相对运动原理的应用：采取外齿轮做平动，内齿轮输出，，可得到下图的平动齿轮机构。根据机构瞬心原理，可有：平动齿轮机构图当二轮齿数差较小时，可获得大传动比的减

6、速机构。为平衡外齿轮的惯性力，采用三套互成120º的平动齿轮机构并联组合。改进后平动齿轮并联组合机构图18采用机构演化与变异原理，缩短机架尺寸，可得到下列机构。创新后实物机构简图结构创新：用偏心轴代替平行四边形机构创新后实物机构图小结：该装置具有传动比大、体积小、结构紧凑、传动效率高等特点。研制过程中使用了机构的串联组合原理、并联组合原理、相对运动原理、演化与变异原理以及机构创新等创新方法。18二、优化设计在机械设计中的应用（一）优化设计概述优化设计是一种现代设计方法，在机械设计中有着广泛的应用。近些年来，优化设计所解决的问题，量大面广，可以说成效卓著。从机构的最优化综合到机械零

7、部件以至整机或系统的优化设计都做了大量的工作，这些成果已经产生了深刻的社会效益与明显的经济效益。（二）四连杆机构的优化设计在机械优化设计中数学模型建立的方法以及优化设计技术在机械设计中的应用实例：1如图2.1-1所示为平面铰链四杆机构。各杆的长度分别为、、、；主动杆1的输入角为，相应于摇杆3在右极位(杆1与杆2伸直位置)时，主动杆1的初始位置角为；从动杆的输出角为，初始位置角为。试确定四杆机构的运动参数，使输出角的函数关系，当曲柄从位置转到时，最佳再现下面给定的函数关系（1）已知