哈爾濱工程大學(xué)題目機(jī)械設(shè)計發(fā)展歷程姓名：學(xué)院：專業(yè)：班級：學(xué)號指導(dǎo)教師： 職稱:目錄摘要 錯誤!未定義書簽。1機(jī)械設(shè)計發(fā)展歷程 錯誤!未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1機(jī)械設(shè)計發(fā)展的三個階段 3\o"CurrentDocument"1.2機(jī)械設(shè)計起源和古代機(jī)械設(shè)計 3\o"CurrentDocument"1.3現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計 3\o"CurrentDocument"2我國機(jī)械設(shè)計研究現(xiàn)狀 42.1概述 4\o"CurrentDocument"2.2常規(guī)設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用 5\o"CurrentDocument"2.2.1理論設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.2.2經(jīng)驗設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.2.3模型實驗設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.3現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用 5\o"CurrentDocument"2.3.1優(yōu)化設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.3.2可靠性設(shè)計 52.4現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)與常規(guī)設(shè)計技術(shù)的 62.5機(jī)械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢 6概述：設(shè)計一詞的英語為Design,它源于拉丁語Designar,由De（記下）與Signare（符號，記號，圖形等）兩詞組成。因此，''設(shè)計”的最初含義是將符號，記號，圖形之類高下來的意思。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，設(shè)計的內(nèi)涵不斷向深度和廣度發(fā)展，設(shè)計的含義愈來愈深刻和愈來愈先進(jìn)。設(shè)計是人類改造自然的基本的活動之一，設(shè)計是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計過程蘊(yùn)含著創(chuàng)新和發(fā)明的機(jī)會。主要內(nèi)容：1機(jī)械設(shè)計發(fā)展的三個階段機(jī)械設(shè)計的發(fā)展史按時間來分，可分為三個階段，分別是：從古代社會到17世紀(jì)為機(jī)械設(shè)計起源和古代機(jī)械設(shè)計階段，由17世紀(jì)至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機(jī)械設(shè)計，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設(shè)計階段。如果按其內(nèi)容來分，可分為：直覺設(shè)計階段，經(jīng)驗設(shè)計階段和理論設(shè)計階段。兩種劃分是一一對應(yīng)的，是從不同角度來劃分機(jī)械設(shè)計的發(fā)展史。每一個階段在設(shè)計理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。下面就按時間來劃分，把機(jī)械設(shè)計發(fā)展史劃分為三個階段來論述。1.1機(jī)械設(shè)計起源和古代機(jī)械設(shè)計我國近代的考古發(fā)現(xiàn)證明了一些傳說和記載。在浙江余姚河姆渡，河南鄭裴李崗等遺址中都發(fā)現(xiàn)了七八千年以前制造相當(dāng)精致的農(nóng)具如石鏟等。我國古代經(jīng)書中，對于古代使用，制造機(jī)械的情況有許多記載?！吨芤住?'系辭下〃中有“黃帝，堯，舜氏作，夸U木為舟，剡木為楫，剡楫之力以濟(jì)不通",“服牛乘馬，引以致遠(yuǎn)〃，''斷木為杵，掘地為舀〃。由此可見，在4000多年以前，我國古代已經(jīng)發(fā)明了車，船，農(nóng)具和許多生活用具。在《周易》第47圭卜''困〃的卦辭中有''困于金車〃，金車指用銅裝飾起來的豪華馬車。清代學(xué)者章誠說''六經(jīng)皆史〃，在我國古代文獻(xiàn)中隨處可以見機(jī)械產(chǎn)品與人民生活密切的聯(lián)系，在我國春秋戰(zhàn)國時代的著作《道德經(jīng)》中有三十輻共一轂，像日月也〃的說法，而在秦陵發(fā)掘出來的二號銅車馬，車融會貫通就有30個車輻。雖然據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)時的車每個車輪用30個輪輻，但是對輪輻的數(shù)目已經(jīng)有了一定的規(guī)則。此外，我國古代在武器，紡織機(jī)械，農(nóng)具，船舶等方面也有許多發(fā)明，到秦漢時期（公元前221至公元220年）我國機(jī)械設(shè)計和制造已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的技術(shù)水平，在當(dāng)時世界上處于領(lǐng)選地位，在世界機(jī)械工程史上占有十分重要的位置。在我國古代，機(jī)械發(fā)明，設(shè)計者與制造者是統(tǒng)一的。有許多著名的人物，他們的成果代表了當(dāng)時我國的機(jī)械的設(shè)計水平。唐代的時侯我國與許多國家開展了經(jīng)濟(jì)，文華和科學(xué)技術(shù)的交流，與東南亞，南亞，阿拉伯，非洲東海岸貿(mào)易頻繁，對中國和世界其它的一些國家有很大的影響。由于貿(mào)易的發(fā)展，要求商品增加，從而改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，使機(jī)械設(shè)計有了很大的發(fā)展，造紙，紡織，農(nóng)業(yè)，礦業(yè)，陶瓷，印染，兵器等都有了新的進(jìn)展，機(jī)械設(shè)計水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《夢溪筆談》記載了當(dāng)時的許多科學(xué)成就，反映了當(dāng)時的科學(xué)水平。世界其它的國家也有不少機(jī)械的成果。但這些設(shè)計多是憑設(shè)計者的經(jīng)驗完成的缺乏必要的，有一定精度的理論的計算。1.2近代機(jī)械設(shè)計17世紀(jì)歐洲的航海，紡織，鐘表等工業(yè)的興起，提出了許多技術(shù)部題，1644年英國組成了''哲學(xué)學(xué)院〃，德國成立了實驗研究會和柏林學(xué)會，1666年，法國，意大利也成立了研究機(jī)構(gòu)。在這些機(jī)構(gòu)中工作的意大利人伽里略（1564~1642）發(fā)表了自由落體定律，慣性定律，拋物體運(yùn)動，還進(jìn)行過梁的彎曲實驗；英國人牛頓提出了到家動的三大定律，1688年，他提出了計算流體黏度阻力的公式，奠定了古典力學(xué)的基礎(chǔ)；英國人虎克建立了在一定范圍內(nèi)彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變成正比的虎克定律；1705年伯努力提出了梁彎曲的微分方程式，在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展了近代機(jī)械設(shè)計的理論（也稱常規(guī)機(jī)械設(shè)計理論），為18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命中機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展提供了有力的技術(shù)理論支持；1764年英國人瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)，為紡織，采礦，冶煉，船舶，食品，鐵路等工業(yè)提供了強(qiáng)大的動力，推動了多種行業(yè)對機(jī)械的需求，使機(jī)械工業(yè)得到迅速的發(fā)展，而機(jī)械化使生產(chǎn)力迅速提高，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)革命時代。這一時期，對機(jī)械設(shè)計提出了很多的要求，各種機(jī)械的載荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此機(jī)械設(shè)計理論也在古典力學(xué)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展。材料力學(xué)，彈性力學(xué)，流體力學(xué)，機(jī)械力學(xué)。疲勞力學(xué)，疲勞強(qiáng)度理論，實驗應(yīng)力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的學(xué)科體系。在1854年德國學(xué)者勞萊克斯發(fā)表了著作《機(jī)械制造中的設(shè)計學(xué)》把過去溶在力學(xué)中的機(jī)械設(shè)計學(xué)獨(dú)立出來，建立了以力學(xué)和制造為基礎(chǔ)的新科學(xué)體系，由此放生了''機(jī)構(gòu)學(xué)〃，''機(jī)械零件設(shè)計〃，成為機(jī)械設(shè)計中的基本的內(nèi)容。在這一基礎(chǔ)上，機(jī)械設(shè)計學(xué)得到了很快的發(fā)展。在疲勞強(qiáng)度，接觸應(yīng)力，斷裂力學(xué)，高溫蠕變，流體動力潤滑，齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計算，彎曲疲勞強(qiáng)度計算，滾動軸承強(qiáng)度理論等方面都取得了大量的成果，新工藝，新材科的，新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)沒什么械設(shè)計的水平也取得了很大的發(fā)展。機(jī)器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機(jī)械設(shè)計的計算方法和數(shù)據(jù)積累也相應(yīng)有了很大的發(fā)展，反映了時代的特色。1.3現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計第二次世界大戰(zhàn)以后，作為機(jī)械設(shè)計的理論基礎(chǔ)的機(jī)械學(xué)繼續(xù)以更加迅猛的速度發(fā)展，摩擦學(xué)，可靠性分析，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計，有限元計算，尤其是計算機(jī)在機(jī)械設(shè)計中迅速推廣，使機(jī)械設(shè)計的速度和質(zhì)量都有大幅的提高。在機(jī)械中廣泛運(yùn)用計算機(jī)和自動化程度的提高，使現(xiàn)代的具有明顯的特色。因此，機(jī)械設(shè)計在理論，內(nèi)容和方法方面與過去相比都有了劃時代的發(fā)展。而國際市場的激烈競爭，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的方法和發(fā)展的催化劑。世界各國逐漸認(rèn)識到產(chǎn)品市場競爭對各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用。在產(chǎn)品競爭中，德國臨于印W“MADEINUSA”的美國產(chǎn)品充斥德國市場，計劃努力恢復(fù)德國產(chǎn)品的信譽(yù)，使“MADEINGERMANY'風(fēng)靡世界，提出了''關(guān)鍵在于設(shè)計”（DerEngpassistdieKnostrution的口號。日本雖然在某尖端科學(xué)研究方面走在了一些國家的后面，但是，在產(chǎn)品設(shè)計的方面發(fā)展很快，迅速擺脫了二次世界大戰(zhàn)以前、'東洋貨不好〃的印象，大量生產(chǎn)各國市場上需要的產(chǎn)品，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。美國，英國也逐漸認(rèn)識到產(chǎn)品設(shè)計的重要性，美國提出了''為競爭的優(yōu)勢而設(shè)計'（DesigningforCompentitiveAdvance）的口號，有人說“21世紀(jì)將是設(shè)計的世紀(jì)〃。因些，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計在這一時期獲得了空前的發(fā)展。機(jī)械設(shè)計目前已經(jīng)不宜作為機(jī)械學(xué)的一個分支，而應(yīng)該認(rèn)為是與機(jī)械學(xué)并立的一門技術(shù)科學(xué)了?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的特征是，它具有自己的學(xué)科體系和專門的內(nèi)容。其核心技術(shù)有3個方面：（1） 以產(chǎn)品的''功能〃作為機(jī)械計的核心目標(biāo)。美國麥爾斯提出了''顧客購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品所具有的功能〃，明解地說明了''功能〃是產(chǎn)品的本質(zhì)和靈魂。這一原理的提出大大地解放了設(shè)計師的思想，為了實現(xiàn)某一功能，可以采用各種不同的原理和結(jié)構(gòu)。我們可以從近年來的計時裝置，文件復(fù)制設(shè)備，通訊方法等方面的飛速發(fā)展看出，設(shè)計師的聰明才智得到了空前的發(fā)揮，多方面的滿足了社會的需要。（2） ''人機(jī)學(xué)〃的形成和發(fā)展。機(jī)械的工作往往與人是不可分的，如汽車，飛機(jī)有些操縱的信號要靠人輸入。必須考慮操縱者的反映速度和能力限制，還必須考慮操縱者和乘客的傳舒適性。如有一些武器設(shè)計者已經(jīng)考慮使用者中，雖然磊部分是作右手方便的，但是習(xí)慣于用左手的（稱為左利手或左撇子）也占有一定的百分率。雖然許多產(chǎn)品已經(jīng)向自動化發(fā)展，許多民用產(chǎn)品對使用者的拔術(shù)要求日益降低（俗稱''傻瓜化〃）。但是機(jī)械產(chǎn)品競畢竟是為了人類設(shè)計的。考慮''人機(jī)學(xué)〃是提高產(chǎn)品的競爭能力的重要方面。實際上''傻瓜化〃就是當(dāng)前處理人機(jī)問題的一個重要的途徑。（3）建立系統(tǒng)的、'工業(yè)設(shè)計〃學(xué)科體系。工業(yè)設(shè)計是設(shè)計者使產(chǎn)品在外觀，色彩，形狀，尺寸比例等方面的合理設(shè)計，使產(chǎn)品與人，環(huán)境更協(xié)調(diào)，以得到更好的使用效果與況爭力。2、我國機(jī)械設(shè)計研究現(xiàn)狀摘要：綜述了常規(guī)設(shè)計技術(shù)與現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵、應(yīng)用及它們之間的關(guān)系，闡述了機(jī)械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢。同時指出發(fā)展機(jī)械工業(yè)。關(guān)鍵是開發(fā)、應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；常規(guī)技術(shù)；現(xiàn)代技術(shù)；發(fā)展趨勢2、1概述：機(jī)械設(shè)計是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械設(shè)計是機(jī)械工程的重要組成部分，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。根據(jù)德國工程師協(xié)會文件VD12225的調(diào)查分析，產(chǎn)品設(shè)計成本約占產(chǎn)品成本的5%?7%，但卻決定了產(chǎn)品制造成本的75%?80%左右。設(shè)計工作的質(zhì)量，直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能、研究周期和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益等。2、2常規(guī)設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用目前各大專院校所使用的《機(jī)械原理》及《機(jī)械設(shè)計》教材主要講述的是常規(guī)設(shè)計技術(shù)。它是學(xué)習(xí)、應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)。2.2.1理論設(shè)計根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計稱為理論設(shè)計?，F(xiàn)以簡單受拉桿件的強(qiáng)度設(shè)計為例來討論理論設(shè)計的概念?？梢岳霉街苯忧蠼鈼U件必須的橫截面積，也可以按其它方法先初步設(shè)計桿件的橫截面尺寸，然后用強(qiáng)度計算公式去校核。由于實際情況復(fù)雜多變，若安全系數(shù)選擇過大，則產(chǎn)品傻、大、粗。若安全系數(shù)過小，則很難保證安全性。2.2.2經(jīng)驗設(shè)計根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者個人的工作經(jīng)驗用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計叫經(jīng)驗設(shè)計。這對那些使用要求不大變動而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計方法。例如箱體、機(jī)架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等。隨著設(shè)計產(chǎn)品的技術(shù)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，技術(shù)含量不斷提高，產(chǎn)品更新發(fā)展速度加快，經(jīng)驗類比的設(shè)計方法已不能滿足市場需要。2.2.3模型實驗設(shè)計對于一些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件，尤其是一些重型整體機(jī)械零件，為了提高設(shè)計質(zhì)量，可采用模型實驗設(shè)計的方法。即把初步設(shè)計的零、部件或機(jī)器做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實驗的手段對其各方面的特性進(jìn)行檢驗，根據(jù)實驗結(jié)果對設(shè)計進(jìn)行逐步的修改，從而達(dá)到完善。這個設(shè)計方法費(fèi)時、昂貴，因此一般用于特別重要的設(shè)計中。2.3現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用2.3.1優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計是建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)的數(shù)值計算，在一切可能的方案中尋求最優(yōu)方案，使期望的指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計方法。它可以成功地解決解析法等其他方法難以解決的復(fù)雜問題。在機(jī)械工程領(lǐng)域中，根據(jù)機(jī)械設(shè)計理論、方法和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等建立反映工程設(shè)計問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計算機(jī)計算技術(shù)自動找出設(shè)計問題的最優(yōu)方案。32有限元設(shè)計F團(tuán)@init正1團(tuán)errd)esi耐有限元分析技術(shù)是最重要的工程分析之一，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新的數(shù)值計算方法。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元設(shè)計在各個工程領(lǐng)域中不斷得到深入的應(yīng)用。有限元法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個容易分析的單元來表示，單元之間通過有限個節(jié)點(diǎn)相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。由于單元的數(shù)目是有限的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數(shù)目，就可以使解的精確度改變，得到與真實情況無限接近的解。有限元法的基本理論要用到工程數(shù)學(xué)，力學(xué)等方面的知識。它不僅能用于工程中復(fù)雜的非線性問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解，而且還可用在工程設(shè)計中進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動力分析。2.3.2可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計是近幾十年發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，從20世紀(jì)60年代以來逐漸進(jìn)入機(jī)械工程領(lǐng)域。零件的可靠性設(shè)計是指在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計的主要特征是將常規(guī)設(shè)計方法中所涉及的設(shè)計變量如材料強(qiáng)度、疲勞壽命、尺寸、應(yīng)力等，看成服從某種分布的隨機(jī)變量。然后根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)要求。用概率統(tǒng)計的方法得出零部件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺寸。2.4現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)與常規(guī)設(shè)計技術(shù)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的定量化常規(guī)設(shè)計技術(shù)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件或整機(jī)只能進(jìn)行定性或類比的估算?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)引入了有限元及邊界元方法，可實現(xiàn)對任何產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的定量化分析。產(chǎn)品工況分析的動態(tài)化常規(guī)設(shè)計技術(shù)對產(chǎn)品的工作狀況僅限于靜態(tài)的計算和動態(tài)的估算。而現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的動態(tài)設(shè)計方法可以同時利用理論和測試數(shù)據(jù)建造與實際工況相符的數(shù)學(xué)模型。通過計算機(jī)進(jìn)行分析計算，預(yù)測出產(chǎn)品的動態(tài)性能和改進(jìn)效果。產(chǎn)品質(zhì)量分析的可靠性化常規(guī)設(shè)計技術(shù)中采的