您好,欢迎访问三七文档
机械创新设计题目:机构的创新设计方法院系:机械工程学院专业:机械设计制造及其自动化班级:姓名:学号:得分:1一.摘要机械结构设计的任务是在原理方案设计的基础上,确定满足功能的结构方案,其内容包括结构的组成和类型结构中所有零部件的形状、尺寸、位置、数量、材料、热处理方式以及表面状况等,所确定的结构方案除应能够实现原理方案所规定的动作要求外,还应满足设计对结构的强度。刚度、精度、稳定性、工艺性、寿命、可靠性等方面的要求。机械设计是机械设计中设计问题最多以及工作量做大的工作阶段。机械结构设计的重要特征之一是设计问题的多解性。通常根据一个问题可以得出几个可行的方案,机械结构设计就是在众多可行的方案中选出最优方案。即在已有数学方案中根据完整的数学模型从一个可行方案出发,在一个单峰区间内寻求局部最优解,但是不能遍历全部的可行区域,找出局部最优解,从而找出全局最优解。所以要么得到最有设计方案,就需要发挥创造性思维方法的作用。二.结构方案的变异设计机械设计方案的变异设计是创造性思维和方法的重要应用。所谓变异设计就是从一个已知,可行的结构方案出发,通过变换得到大量的可行方案。通过对这些方案的优化得到最优方案。变异设计就是尽可能多的收集独立的设计方案,覆盖范围广,优化得到最优方案的可能性越大。变异设计的基本方法:飞已有方案的分析,对其中包括的一系列因素进行分析,在一个合理的取值范围内,让这些因素在各自合理取值范围内充分组合,可以得到多个独立设计方案。以下介绍几种常见的变异设计方法。1.工作表面的变异机械结构的功能主要靠机械零部件的几何形状以及各个零部件之间的相对位置关系来实现直接连接或运动控制。零件的表面几何形状由它的表面所构成,一个零件通常有多个表面,在这些表面中与其他零件部位相接触的表面以及工作介质的表面成为工作表面。零件的工作表面是决定机械质量的重要因素,工作表面的设计是零部件设计的核心问题,通过对工作表面的变异设计,可以得到多种方案。就比如现实生活中的弹簧产生的压紧力压紧某零件,就可以悬着不同类型的弹簧得到多种设计方案。其中要注意弹簧的压缩距离不宜过大过小。2.连接的变异机械中的零部件是通过各种各样的连接组成的完整的机器。机械由零件组成,一个不与其他零件相接触的零件具有6个运动自由度。机械设计中通过规定零件2适当的连接方式限制零件的自由度,保证机械的正确运动。以轴毂连接为例,连接的相对运动自由度的限制有以下几种情况:固定连接、滑动连接、转动连接、移动、转动连接。几种方法各有各的优点,依照情况而定。3.支承的变异旋转轴至少需要二个相距一定距离的支点支承,支承的变异设计包括支点位置变异和支点轴承种类及其组合的变异。以锥齿轮传动为例分析支点变异问题,锥齿轮轮传动的两轴各有两个支点,每个支点相对于传动零件的位置可以在左侧,也可以在右侧,两个支点的位置可能有3种组合方式,可以得到9种结构方案,除一种在结构安排有困难,其他8种均可以使用。4.材料的变异机械设计中可以选择的材料种类很多,不同的材料具有不同的性能和对应的加工工艺。设计者如果要做到能够正确的选择材料,就必须了解材料的力学性能、加工信息、使用成本等信息。在弹性联轴器的设计中,需要弹性材料,由于不同材料会有较大的区别,可以选择的材料有金属、橡胶、尼龙、胶木等。并根据这些材料的特点来选择自己需要的最合适材料。三.提高性能的结构创新设计方法机械产品的性能不但与原理设计有关,结构设计的质量也直接影响产品的性能,甚至影响产品的功能实现。以下分析为提高结构的强度,刚度,精度,工艺性等常用的创新设计原则。1.提高强度与刚度的设计强度与刚度是结构设计的基本问题,通过正确的结构设计可以减少单位载荷所引起的材料应力和变形量,提高机构的承载能力。强度与刚度都与结构受力有关,在外载荷不变的情况下降低机构受力是提高强度与刚度的有效措施。主要有载荷分担、载荷平衡、减少应力集中.2.提高精度的设计现代化设计对精度的要求越来越高,通过合理的机构设计可以减少由于制造、安装等原因产生的原始误差,也可以减少由于温度,磨损、构件变形等原因产生的工作误差,还可以减小执行机构对各项误差的敏感程度,从而提高工作精度。常见的处理误差的方法有误差均化、误差合理配置、误差传递、误差补偿、采用原理误差较小的近似机构、零件分割。3.提高工艺性的设计3设计的产品经过制造、安装、运输等过程,机械设备使用过程中还要多次对其进行维修、调整等操作,好的机构应该保证正常进行。工艺过程有以下几种原则:方便装夹、方便加工、简化装配、调整既拆卸。四.结构的宜人化设计在人操作机器设备过程中不应该无限制的要求操作者适应机器的要求,而应使机器的操作方法适应人的生理和心理特点,只有这样才能使操作者在最佳的生理及心理状态下工作,使人和机器所组成的人—机系统发挥最佳效能。以下分析机械设计中考虑操作者的生理和心里特点应遵循的基本原则。1.适合人的生理特点的结构设计人对机械的操作是用过肌肉发力对机械做功,通过合理的设计使操作者不容易疲劳,保证连续操作。正常的设计有:减少疲劳的操作、容易发力的设计。2.适合人心理特点的结构设计操作者在工作时要应对机械的运行状况随时对其进行调整,操作者对设备工作情况的正确判断是正确操作的基本条件之一。常见的设计有:减少观察错误的设计、减少操作错误的设计。五.新型结构设计随着机械设计理论及技术的发展,出现了一些新的机械结构形式和新的设计方法。合理的采用这些新技术,可以用更巧妙的方法实现预期的机械功能。1.弹性结构组成机器的各部分零件之间具有确定的相对运动,并且运动方式越复杂,机械结构越复杂,就限制了机械结构在某些场合的应用。弹性结构设计方法的出现,通过某个零件的弹性变形构成两个零部件或者一个零部件不同部位之间的相对运动。省去了运动副,使机械结构更简单,体积更小,为机械的制造、安装、调整及维护带来了方便这种设计被越来越多的机械结构所采用。2.快动连接结构经常拆卸的零部件结构不但要求连接可靠,开应使拆卸尽量方便,并控制连接结构在安装和拆卸的过程中磨损尽量小,保证使用寿命。快动连接结构通过零件的弹性变形达到连接的目的,结构简单,便于操作。快动连接需要零件具有较好的弹性,一般采用塑料或薄金属板材料制作,有额可以通过增大变形零件的长度4改善弹性。3组合结构组合结构是通过合理的结构设计,将多个零件的功能组合到一个零件上,达到减少零件数量,便于装配,降低成本的目的。比如防止螺纹连接的松脱,通常采用放松装置,弹簧垫圈是一种被广泛应用的方法,应在安装螺栓或螺母的同时安装弹簧垫圈。4.智能结构在结构设计中使用的材料称为结构材料,其主要目的是承受载荷和传递运动。与之不同的另一类材料称为功能材料。功能材料对外界的刺激具有感知的能力称为感知材料,用这类材料可以制造各种传感器,随着外界环境变化而变化。在外界环境变化时可以产生机械动作的材料,称为智能材料,该材料使机械装置的控制功能更加简单,可靠。5参考文献[1]姜加之,雍学智。技术革新原理及方法,武汉:湖北科学技术出版社,1990[2]周昌忠,创造之谜:创造学新探和应用。重庆:西南师范大学出版社,1993[3]段继扬,智力教育与创造力培养。郑州:河南教育出版社,1992[4]吴宗泽,机械结构设计。北京:机械工业出版社,1988[5]黄纯颖,工程设计方法。北京:中国科学技术出版社,1989[6]黄靖远,机械设计学。北京:机械工业出版社,2006目录一.摘要...........................................................................................................................................1二.结构方案的变异设计...............................................................................................................11.工作表面的变异..................................................................................................................12.连接的变异..........................................................................................................................13.支承的变异..........................................................................................................................24.材料的变异..........................................................................................................................2三.提高性能的结构创新设计方法...............................................................................................21.提高强度与刚度的设计......................................................................................................22.提高精度的设计..................................................................................................................23.提高工艺性的设计..............................................................................................................2四.结构的宜人化设计...................................................................................................................31.适合人的生理特点的结构设计..........................................................................................32.适合人心理特点的结构设计..............................................................................................3五.新型结构设计...........................................................................................................................31.弹性结构..............................................................................................................................32.快动连接结构.......................................................
本文标题:机械结构创新设计
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2327505 .html