《现代设计技术》PPT课件.ppt
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1、第二章 现代设计技术,第二节 机械设计问题及过程描述,协同设计的一个关键特征就是强调交流:交流依赖于对名词术语的共同理解。所有有关成员都要使用相同的名词术语来表达相同的物体、方法和行为。,2.1 概述,将产品分解成零件对制造是非常重要的,但设计要聚焦于功能。,2.2 机械系统的分解,在过去很长的历史阶段,机械设计学科只需要机械零件和部件的知识。但是,早在20世纪初,电子元件被引进到机械装置中。从此,机械设计学科经历了从纯机械向机电产品的稳定转变。但是,不管装置如何的“电子”化,几乎所有产品都需要有机械界面来面对公众。另外,所有产品都需要机械设备来进行加工、装配和机械零件来支撑和包容。在20世纪
2、60和70年代,另一个学科被引进到机电设计中,即:软件设计。现在,许多机电产品中部有微处理器作为控制系统的组成部分。例如:考察一下照相机、办公复印机和许多智能玩具:这些产品都具有机械、电子和软件部分,称为智能装置。这类产品的设计困难在于需要相互交叉,但又显然不同的三个专业领域和设计过程的知识。,一般在设计过程中首先要考虑系统的功能和功能的分解。当功能尽可能地细分后,就可以得到实现这些功能的零部件。因此,机械的分解要有层次。,在机械系统中,形式实现功能,功能决定形式。,2.3 产品功能、行为和性能的重要性 功能的同义词很多。在机械工程领域中,英语常用“function”、“operation”、
3、“purpose”等来表示装置做什么。一种常用的机械装置分类方法是根据它们的功能来划分。事实上,有些装置只有一项主要功能,并用此功能来命名。功能分解一般要比物理分解困难得多,因为每一个功能可能由多个零件来实现或一个零件实现多个功能。许多通用装置根据其功能分类编人产品目录。比如:轴承。每一类轴承虽然基本功能相同,即:减少轴和其他零件之间的摩擦,但有不同的几何特征不同外形。,在机械设计中,一旦其基本功能可以通过一个单独的硬件,不论是一个零件还是一个部件来明确表示出来,就可以对其进行分类列目。换句话说,其形式和功能是按照同一个界限来分解的。在许多机械装置中确实也是这样做的,如:泵、阀、热交换器、齿轮
4、箱、鼓风机叶片,而且特别是许多电器元件也是这样分类的,如:电阻、电容器、放大器。另外,与功能相关的两个术语是“行为”和“性能”。功能和行为往往同义使用。然而,其中还有微小的差别,行为是真实的性能输出,是系统的物理性质对输入能量或控制做出的反应。因此,行为可以去模拟或测量,而功能只能是期望。,性能是对功能和行为的度量。,选择设计问题:选择设计就是从列表中选出一项(或多项),这个选项满足一定的要求。是最简单的设计问题。我们的目标就是不按照学科来描述不同类型的设计问题。2.4.1 选择设计 为解决选择设计问题,必须从一个明确的需求开始,以便能够有效地从产品目录或选项表中得到问题可能的答案。我们必须根
5、据给出的特定需求对可能的答案进行评价,以获得正确的选择。,2.4 机械设计问题的不同类型,2.4.2 组装设计 更复杂一些的设计是组装或称为包装设计。在这类问题中所有零件已经设汁出,需要解决的是如何将这些零件装配在一起组成完整的产品。实际上,这类设计问题与玩搭积木游戏或其他拼装游戏或者是摆放卧室家具类似。2.4.3 参数设计 参数设计就是要确定表征研究对象特征的特性参数值。这看起来好像很简单只要找到满足要求的值即可。设计问题可能不是一个简单的方程而是由一组方程和规则制约着的设计。,实例:复印机主要制造商要为每一台新复印机设计送纸机构(送纸机构包括一组滚子、驱动轮和隔板,以使纸张在机器内由一个位
6、置移动到另一个位置)。许多参数,如:滚子的数量、它们的位置、隔板的形状等,表征了这一特定设计问题的特征。但是,显然送纸机构还有相似之处,不管是纸张起、止的相对位置,还是(运动中的)一些阻碍(机器中的其他零件)一定要指出,也包括纸张的尺寸和重量。公司会提供一系列的方程或条件帮助设计师确定可行的送纸路径。根据这些信息,设计师就能够确定新产品的相关参数值。,2.4.4 原创设计 要求开发出以前没有过的过程、部件或零件,或者设计师无法得到可用信息的这种设计称为原创设计,如:我们没有看到过轮子而设计出一个轮子,就可以称为原创设计。虽然大部分选择、组装和参数设计问题通过方程、规则或一些逻辑图表述出来,但是
7、原创设计问题一般都不能简化成任何算法。每一个问题都代表了一个新的和惟一的事物。从许多方面考虑,其他类型的设计问题选择、组装、参数设计仅仅是原创性设计的子集。可能的答案限定在某个列表、零件的安排或者一组相关参数。因此,如果有一个明确的完成原创设计的方法,我们就能够用一组有限的可能答案来解决任何的设计问题。,2.4.5 再设计 在工厂中,许多的设计问题都是对现有产品的再设计。许多再设计问题是程式化的;对设计领域非常了解,所采用的设计方法也可以在手册中表示为一系列的公式和规则供查阅。,有许多设计问题是再设计问题,因为它们是用以前有的、相似的设计为基础的。相反地,也有许多设计问题是原创设计问题,因为它
8、们包含新的、以前的设计不能适用的要素。,实例:自行车的基本结构包括:两个被张紧、带辐条的等直径轮子,菱形的支架和驱动链,此结构19世纪末期已经完善。图3.1所示的1890年Humber自行车看起来和现代的自行车很像,但是那个时期不是所有的自行车都是这种结构。图3.2所示的Otto自行车有两个带辐条的轮子和链,此车的制动和驾驶具有挑战性。事实上,自行车的设计技术在19世纪末期已经发展得很完善了,1896年就发表了专门的论著自行车和三轮车:关于它们的设计和结构的基本论述。从这本书发表后,自行车设计的主要变化就是在20世纪30年代加入了变速器。,然而,到了20世纪80年代,传统的自行车设计又开始发生
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