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探讨现代机械设计方法

2018.07.27      点击: 146
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 机械设计是根据目标任务和使用需求,对机械整体的布置、工作方式、结构组成、运动方式、能量传递的形式、具体零部件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算,将其转化为具体的机械设计描述。机械设计的目的是在各种限定的条件下,按照经济精度的理念和优化设计的要求,设计出最好的产品。随着科技的进步,特别是计算机科学、系统科学、材料科学的发展,多种设计技术和理论交叉融合,使得机械设计方法进一步拓展,设计手段也更加精确化和智能化。

  1现代机械设计概述

  1.1现代机械设计的内涵

  在20世纪60年代初期,人们将机械设计方案的过程分为不同的设计阶段,如用户体验阶段、设计方案阶段、技术设计与工艺设计阶段等。随着科技的不断发展,产品技术的发展不再单纯依赖于设计者的思想灵感或经验技术,而是逐渐发展成为一门科学,并且是以机电光液一体化的专业知识为基础,具有科学设计手段的现代机械设计技术。随后,现代机械设计又引进了多种不同的设计方法及理念,例如系统科学、信息科学、计算机技术等,这些都为我国的机械设计理念增色不少。

  1.2现代机械设计的特点

  现代机械设计种类繁多,其结构也越来越复杂。现代机械设计可以从质量、性能、经济精度、效率、成本、价格与实现功能的角度来综合考虑,其中包括系统功能、传统功能、执行功能、新材料功能和操作功能等,这些功能都可以用来协助机械的运作,每一种功能都有其自身的特点。现代机械设计方法一般都是凭借计算机网络或其他一些现代化机械设备,引进先进的现代化设计理念及方法,创造出具有现代化机械设计特点的作品。现代机械设计的主要工具是计算机,利用计算机计算、分析、绘图等,可以大大提高现代机械设计的效率。

  2现代机械设计方法

  2.1现代机械设计的优化

  机械设计的优化就是通过不同的方式,对产品结构优化以及性能提升,并进行系统控制的优化设计,这样的优化设计是为了保证设计出来的机械、产品具有时代的先进性、可靠性和美观的可观赏性。

  2.1.1数学规划实现的设计优化

  数学规划法,就是把数学规划的理论作为基础,是一种严格意义上的优化方法。这种算法对理论依据有很高的要求,同时对设计流程也有着严格的标准。这种规划法在计算的过程中要进行很多的迭代,并对数学模型要求很高。所以这种优化方式适用于目标明确、容易建立数学模型或者结构不复杂的机械设计中。

  2.1.2人工智能实现的设计优化

  现代机械设计需要进行以下四个步骤:明确任务,设计方案,设计技术以及施工设计,并且每个环节都要及时地对建立的模型进行仔细分析,对设计的模型进行修改与合理性评价。人工智能优化设计活动有下面两种,一是对设计数值的计算,主要是大量的绘图与计算分析;二是对设计方案进行设计以及推理,主要是方案的提出、方案的优化以及设计结构等方面。由于思考和推理是这种优化活动的基础,所以要求设计人员要有丰富的专业知识和设计经验。

  作为机械设计的重要内容,设计方案以及推理设计的结果对产品的质量起着关键性的作用,使用人工智能技术能为设计计算工作提供保障。

  2.2现代机械设计的并行设计

  机械设计的并行设计就是在对产品进行设计时,应用IT技术中的CAM、CAD、Solidworks等技术,以集成或者并行的方式,设计出合适的生产工艺步骤。这种设计方法要求设计人员从最初阶段就要对产品的整个生产过程、生产工艺、测试方法以及生产设备的配置,进行细致的考虑和规划,将产品的现代机械设计概念,体现在产品的细节中。根据设计的效果,对并行设计进行全面的评价,再对产品设计进行改进,这样能有效地保证产品的一次成功率,从而降低产成本,提高效益。

  2.3现代机械的网络协同设计

  一般来说,所谓的网络协同设计,就是通过利用现代的网络机制,将分布在不同地方的设计资源以及设计任务进行统一,并以协同工作机制以及平面支撑工具为基础对信息进行有效的管理,进而完成对机械产品的研发以及设计工作。随着现代IT技术的不断发展与成熟,网络时代中的宽带也得到了很大程度上的提高,所以利用现代化中多媒体技术和实时数据的传输特性,一方面能够对机械设计中的相关数据进行了解,另一方面还能建立起数据平台,以web为基础解决web中数据的修改、访问以及传输工作,从而进一步实现数据的共享,进一步满足现代机械设计的要求。

  3机械结构设计需要注意的事项

  3.1注重绿色设计理念的渗透

  将绿色设计理念使用到机械结构设计制造中,要把握好质量、性能和成本三者之间的联系,在设计中尽可能多地采用新技术、新材料、新工艺,同时还要把握好机械设计与制造的过程和结果对环境的影响程度。绿色设计理念的融入,可推进机械产品实现可持续发展。因此,机械产品设计制造要将成本、产品替代、回收、污染处理等问题综合考虑。此外,在设计的时候要考虑产品的可拆卸性能和互换性。最后,是对于机械产品设计的模块化考虑,主要是把机械产品功能设计成多个模块,模块之间的组合形式不同,这样可有利于产品的更新换代,优化了各个零部件的利用效率。

  3.2改善结构设计的强度和刚度

  为了提高机械的强度,在进行机械设计和制造时,可以选择强度比较高的材料,可以使零件具备足够的截面尺寸,并将截面设计出合理的形式,以增大截面的惯性矩。另外还可以采用热处理的方法提高材料的力学性能。并对机械中的零部件位置要进行合理分配,以减少零件的荷载。为了提高机械设计和制造中零件的整体变形刚度,可以缩短支撑跨距,以减少挠曲变形的发生。

  机械设计还有几个非常重要的注意事项:比如说要避免一些大型的铸件应力集中,避免过大冲击载荷的产生,尤其是交变应力的产生等。

  结语

  总之,我们在未来的机械设计工作中,首先要进一步分析市场需求,了解国家的发展方向,客户对机械设备的具体诉求,之后采用有效的方式进行系统优化,最后再应用到实际的生产中。相信通过这些现代机械设计方法的运用,一定能够取得更大的经济效益和社会效益。

  参考文献:

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  [3]秦伟 耿庆松 黄勇刚 杜力 张伟.某车型麦弗逊转向悬架分析和优化设计[J].农业机械学报.2014(10)

  [4]楊义勇《现代机械设计理论与方法》