現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法1第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三一、什么是摩擦學(xué)設(shè)計(jì)？研究有關(guān)摩擦、磨損與潤滑的科學(xué)與技術(shù)統(tǒng)稱為摩擦學(xué)，并把在機(jī)械設(shè)計(jì)中正確用摩擦學(xué)知識與技術(shù)，使之具有良好的摩擦學(xué)性能這一過程稱為摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。摩擦的分類？摩擦帶電的原因？滑動摩擦的分類？磨損的三個階段？磨損曲線？2第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三二、機(jī)械中的摩擦學(xué)問題---為什么要進(jìn)行摩擦學(xué)設(shè)計(jì)？

機(jī)械中零部件的摩擦?xí)?dǎo)致能量的嚴(yán)重?fù)p失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界工業(yè)部門所用的能源有1／3--1／2消耗于機(jī)件間的摩擦。汽車發(fā)動機(jī)因摩擦而損失約30％的功率，紡織機(jī)械中因機(jī)件摩擦造成的功率損耗競高達(dá)85％。

1966年，英國的喬斯特(Jost)博士受工業(yè)大臣的委托，進(jìn)行了大量的調(diào)查分析，在著名的喬斯特報(bào)告中方才提出，摩擦磨損和潤滑這三者應(yīng)該合成為一個有機(jī)的整體，于是形成了一門新的學(xué)科——摩擦學(xué)，牛津大學(xué)辭典部為其編制了一條專門的英文詞匯Tribology。3第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三三、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)解決哪些方面的問題？1、能量方面2、表面強(qiáng)度方面3、運(yùn)動性能方面4、特種要求方面5、伴生現(xiàn)象方面名義接觸面積指的是接觸面外邊界所包圍的面積，輪廓接觸面積指的是波紋凸起受壓形成的斑點(diǎn)的面積，實(shí)際的接觸點(diǎn)就分布在這些斑點(diǎn)內(nèi)；實(shí)際接觸面積指的是這些實(shí)際接觸點(diǎn)的面積之和。在一般的機(jī)械零件相接觸時，輪廓接觸面積約為名義接觸面積的5%～15%，而實(shí)際接觸面積只為名義接觸面積的0.01%～0.1%。三種接觸面積4第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三四、常用的摩擦機(jī)理1、微凸體機(jī)械鎖合作用2、微凸體粘焊作用3、犁溝效應(yīng)4、微凸體塑性變形5、表面分子間與原子間力的作用5第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三五、影響摩擦的主要因素及減摩設(shè)計(jì)1、材料2、溫度3、滑動速度4、載荷5、表面粗糙度6、表面膜6第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三磨損的分類磨料磨損粘著磨損

表面疲勞磨損

腐蝕磨損

微動磨損

7第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三六、磨損機(jī)理1、粘著與轉(zhuǎn)移2、切削3、疲勞4、塑性變形5、摩擦腐蝕6、熔化8第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三可靠性設(shè)計(jì)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。為了將可靠性量化：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，這就是可靠度。可靠性定義四要素：1、對象2、規(guī)定條件3、規(guī)定時間4、規(guī)定功能一、可靠性的定義9第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三二、可靠性的尺度1、可靠度-用可靠度函數(shù)R(t)表示N-受測產(chǎn)品總數(shù)，n(t)表示從0到t時間內(nèi)失效的產(chǎn)品個數(shù)F(t)=1-R(t)--不可靠度函數(shù)--失效概率密度函數(shù)10第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三2、失效率失效率又稱為故障率，其定義為工作到某時刻t時尚未失效(故障)的產(chǎn)品，在該時刻t以后的下一個單位時間內(nèi)發(fā)生失效(故障)的概率。用失效率密度函數(shù)表示：平均失效率11第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三

例題今有100個某種零件，已工作了6年，工作滿5年時共有3個失效，工作滿6年時共有6個失效。試計(jì)算這批零件工作滿5年時的失效率。3、平均壽命

平均壽命是產(chǎn)品無故障的工作時間的平均值，平均壽命對于不可修復(fù)的產(chǎn)品和可修復(fù)的產(chǎn)品．含義分別為：對于不可修復(fù)的產(chǎn)品、其壽命是指它的失效前的工作時間。因此，平均壽命就是指該產(chǎn)品從開始使用到失效前的工作時間(或工作次數(shù))的平均值，或稱為失效前平均時間，記12第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三對于可修復(fù)的產(chǎn)品，其壽命是指相鄰兩次故障間的工作時間，稱為平均故障間隔，記4、維修度維修度就是對可能維修的產(chǎn)品在發(fā)生故障或失效后在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成修復(fù)的概率。5、重要度

系統(tǒng)中的某設(shè)備發(fā)生故障而引起的系統(tǒng)故障次數(shù)占整個系統(tǒng)故障次數(shù)的比率，稱為該設(shè)備在該系統(tǒng)中的重要度。13第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三綠色產(chǎn)品是指生產(chǎn)過程及其本身節(jié)能、節(jié)水、低污染、低毒、可再生、可回收的一類產(chǎn)品，它也是綠色科技應(yīng)用的最終體現(xiàn)。綠色產(chǎn)品的第一個環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)。綠色產(chǎn)品要求產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)、環(huán)境行為優(yōu)。

綠色產(chǎn)品的第二個環(huán)節(jié)是生產(chǎn)過程。要求實(shí)現(xiàn)無廢少廢、綜合利用和采用清潔生產(chǎn)工藝。

綠色產(chǎn)品的第三個環(huán)節(jié)是產(chǎn)品本身的品質(zhì)。比一般產(chǎn)品更體現(xiàn)以人為本、提高舒適度和健康保護(hù)及環(huán)境保護(hù)程度。綠色產(chǎn)品的第四個環(huán)節(jié)是廢棄物便于處置。

綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)14第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三綠色產(chǎn)品的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：①產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中少用資源和能源，并且不污染環(huán)境。②產(chǎn)品在使用過程中能耗低，不會對使用者造成危害，也不會產(chǎn)生環(huán)境污染物。③產(chǎn)品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能夠安全廢置并長期無慮。15第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三

綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是把產(chǎn)品視為與人類共存的生命體，對它的研究要基于它自身的從需求、設(shè)計(jì)、制造到銷售、使用、廢棄／回收再生的廣義產(chǎn)品生命周期，并行地考慮生命周期內(nèi)每一個階段產(chǎn)品與人和環(huán)境的相互影響.對工業(yè)設(shè)計(jì)而言：核心是3RReduceRecycleReuse16第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三綠色設(shè)計(jì)的方法

1）模塊化設(shè)計(jì)

對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能，不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，滿足不同的需求。

模塊化設(shè)計(jì)既可以很好的解決產(chǎn)品品種規(guī)格，產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本之間的矛盾，又可為產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，方便維修，有利于產(chǎn)品廢棄后的拆卸，回收，為增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力提供必要條件。

2）循環(huán)設(shè)計(jì)

循環(huán)設(shè)計(jì)既是回收設(shè)計(jì)（DesignforRecovering&Recycling)，就是實(shí)現(xiàn)廣義回收所采用的手段或方法，即在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料的回收的可能性，回收價值的大小，回收處理方法，回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與回收有關(guān)的一系列問題，以達(dá)到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，環(huán)境污染最小的一種設(shè)計(jì)的思想和方法。

17第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三優(yōu)化設(shè)計(jì)

optimaldesign從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

第二次世界大戰(zhàn)期間，在軍事上首先應(yīng)用了優(yōu)化技術(shù)。1967年，美國的R.L.福克斯等發(fā)表了第一篇機(jī)構(gòu)最優(yōu)化論文。1970年，C.S.貝特勒等用幾何規(guī)劃解決了液體動壓軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題后，優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用和發(fā)展。

18第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三

隨著數(shù)學(xué)理論和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)已逐步形成為一門新興的獨(dú)立的工程學(xué)科，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。通常設(shè)計(jì)方案可以用一組參數(shù)來表示，這些參數(shù)有些已經(jīng)給定，有些沒有給定，需要在設(shè)計(jì)中優(yōu)選，稱為設(shè)計(jì)變量。如何找到一組最合適的設(shè)計(jì)變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好、質(zhì)量最高、成本最低（即技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳），有市場競爭能力，同時設(shè)計(jì)的時間又不要太長，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)所要解決的問題。步驟：①建立數(shù)學(xué)模型②選擇最優(yōu)化算法③程序設(shè)計(jì)④制定目標(biāo)要求⑤計(jì)算機(jī)自動篩選最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

常采用的最優(yōu)化算法：逐步逼近法，線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃

19第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三有限元設(shè)計(jì)(FEA)有限單元法是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域--飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元法分析計(jì)算的思路和做法：1）物體離散化2）單元特性分析

A、選擇位移模式

B、分析單元的力學(xué)性質(zhì)

C、計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力

3）單元組集4）求解未知節(jié)點(diǎn)位移20第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三模糊控制設(shè)計(jì)

自從1965年美國加利福尼亞大學(xué)控制論專家L.A.zadeh教授提出模糊數(shù)學(xué)以來，吸引了眾多的學(xué)者對其進(jìn)行研究，并且廣泛地應(yīng)用于自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域.1974年英國的E．H．Mamdani成功地將模糊控制應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)控制。此后模糊控制不斷發(fā)展并在許多領(lǐng)域中得到成功應(yīng)用。模糊控制能夠解決許多復(fù)雜而無法建立精確數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的控制問題，所以它是處理推理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中不精確和不確定性的一種有效方法。從廣義上講，模糊控制是適于模糊推理，模仿人的思維方式，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實(shí)施的一種控制策略。它是模糊數(shù)學(xué)同控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，同時也是智能控制的重要組成部分。模糊電視,模糊冰箱,模糊空調(diào),聽說過嗎?21第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期三模糊控制的特點(diǎn)1、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要提供現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識及操作數(shù)據(jù)。2、控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適應(yīng)于解決常規(guī)控制難以解決的非線性、時變及大純滯后等問題。3、以語言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量，易于形成專家的“知識”。4、控制推理采用“不精確推理”(ApproximaticReasoning)。推理過程模仿人的思維過程。由于介入了人