现代机械设计与制造读书笔记05--14

目录

一.相似理论及相似设计方法 .................................................................................................. 3

1.相似理论简介 ................................................................................................................ 3 2.相似概念 ........................................................................................................................ 3 3.相似准则的确定 ............................................................................................................ 4 4.相似设计方法 ................................................................................................................ 4 5.自学小结 ........................................................................................................................ 6 二.最优化设计 .......................................................................................................................... 6

1.建立数学模型 ................................................................................................................ 7 2.优化方法 ...................................................................................................................... 10 3.自学小结 ...................................................................................................................... 13 三.可靠性设计 ........................................................................................................................ 13

1.机械产品可靠性设计特点 .......................................................................................... 14 2.机械产品可靠性设计原则 .......................................................................................... 14 3.产品可靠性设计的方法 .............................................................................................. 15 4.自学小结 ...................................................................................................................... 17 四.系统动态设计 .................................................................................................................... 18

1. 系统动态设计概述 .................................................................................................... 18 2.系统动态设计方法 ...................................................................................................... 19 3.自学小结 ...................................................................................................................... 21 五.全寿命周期设计技术 ........................................................................................................ 22

1.全生命周期设计的定义 .............................................................................................. 22 2.全生命周期设计技术概述 .......................................................................................... 22 3全生命周期设计技术研究的主要内容 ...................................................................... 24 4.全生命周期设计方法 .................................................................................................. 24 5.自学小结 ...................................................................................................................... 26 六.绿色产品设计技术 ............................................................................................................ 26

1.绿色产品的定义及内涵 .............................................................................................. 26

2.绿色产品设计的主要内容及评价标准 ...................................................................... 28 3.绿色产品设计特点 ...................................................................................................... 29 4.绿色产品设计的关键技术 .......................................................................................... 30 5.自学小结 ...................................................................................................................... 32 七.柔性制造技术 .................................................................................................................... 32

1.柔性的概念 .................................................................................................................. 32 2.柔性的特点 .................................................................................................................. 33 3.柔性的规模 .................................................................................................................. 33 4.柔性制造所采用的关键技术 ...................................................................................... 34 5.柔性的发展趋势 .......................................................................................................... 35 6.自学小结 ...................................................................................................................... 37 九.快速原型制造技术 ............................................................................................................ 37

1.RPM技术产生背景 ..................................................................................................... 37 2.RPM技术的原理及主要方法 ..................................................................................... 38 3.PM技术的独有特性 ................................................................................................... 40 4.自学小结 ...................................................................................................................... 41

一.相似理论及相似设计方法 1.相似理论简介

相似理论是研究相似现象的性质及其规律的理论。具体说是研究物理现象之间的相似条件、相似准则和相似的有关定理，在实验研究的基础上求出相似准则之间的函数关系式。其目的是应用相似理论，把个别现象的实验结果推广应用到与之相似的所有现象上去，而不必对每个现象逐一地进行实验，从而使试验的次数大大减少。相似理论综合了数学分析和实验研究的特点，它在科学研究中得到广泛的应用，特别是对处于研制阶段的设备和设施，这种研究方法就尤为重要。

目前，相似理论已成为一门完整的学科。它是先进的科学研究方法之一，是处理实验数据的理论基础。相似理论是一种完整地研究、整理和综合实验数据的一种方法论。根据相似理论，可将影响现象发展的全部物理量适当地组合成几个无量纲的相似准则，然后把这些相似准则作为一整体，来研究各个物理量之间的函数关系。这种做法的优点，不仅会大大减少实验工作设置和费用，而且扩大了实验结果的使用范围。系统相似、尺寸性能参数成一定比例关系的系列产品为相似系列产品。在基型产品的基础上，用相似理论可进行某个相似产品或相似产品系列的设计，这种相似设计法直接利用量纲原理和相似比关系可以高效率地得出计算结果。在反求某一产品的基础上，也可用相似设计法得到与其尺寸、性能相似的多种产品，以满足生产的需要。

相似理论作为一门在机械领域应用的方法学，统称为相似设计方法。它可以解决模型试验如何进行，系统产品如何设计以及计算机仿真的原理等问题，有着广阔的应用范围。

2.相似概念

(1)相似和相似常数

相似是指表述一组物理现象的所有物理量在空间相对应的各点和时间上各对应的瞬间，各自胡成一定的比列关系，并且被约束在一定的数学关系之中。其中各物理量的相似主要有几何相似，时间相似，运动相似，动力相似，边界条件的相似和其他物理量的相似。时间相似是指对应的时间间隔互成比例；运动相似是指速度场或加速度场的几何相似，即相似系统的各对应点在对应时刻上速度或加速度的方向一致，大小互成比例。动力相似是指力场的几何相似，即相似系统的各对应点处对应时刻的作用力(广义)的方向一致，大小互成比例。由

于表示现象特征的各种物理量并不是孤立的，而是处在为自然规律所决定的一定的关系之中，所以各个相似常数是相互关联的，不能随意选择。正因为如此，对某种相似现象，可以用相应的几个基本参数的相似来描述。

相似常数是物理量相似的数学表达式，对于不同的相似系统，它是一个不同的数值。

3.相似准则的确定

相似准则是相似理论、模型试验研究以及相似性设计的核心。因此，如何确定相似准则就成为解决问题的关键。确定相似准则有两类方法：方程分析法和量纲分析法。

（1）方程分析法

任何正确的物理方程都是量纲和谐的，即方程中每一项的量纲都相同。这是通过方程分析能够导出相似准则的基础。通常采用的方程分析法有三种：相似变换法，积分类比法和相似定数法。

（2）量纲分析法

采用量纲分析法时，应首先了解所研究现象的物理实质，并正确决定参与现象的全部物理量。然后，根据表示物理关系的方程式等号两端量纲应该齐次的原则，就可推算出指数未知的物理关系式，即得相似准则。

4.相似设计方法

相似理论在产品系列设计中的应用又称相似性设计。

为了满足使用者的不同要求，工厂常设计和生产系列产品。所谓系列产品，是指具有相同功能、相同结构方案、相同或相似的加工工艺，且各产品相应的尺寸参数及性能指标具有一定级差(公比)的产品。

目前，系列化产品在工业、农业、交通运输和家庭生活等各个领域中得到广泛应用，产品的系列化设计也成为广泛应用的设计方法之一。采用系列化设计的好处主要如下：

1)系列产品的不同规格仅仅是基于一种规格变化而形成的，这就大大节省了产品的开发周期和成本，提高了产品的性能可靠性。

2)系列产品在满足用户需求的前提下，遵循适当的参数变化规律，可以提高不同规格产品的生产批量，从而使产品质量稳定，成本下降，这对生产企业和用户都是有利的。 3)对生产和销售企业来说，系列产品便于库存管理；对用户而言，系列产品的使用规定和方法相同，方便使用。

产品系列设计时，首先选定某一中档的产品为基型，对它进行最佳方案的设计，定出其

材料、参数和尺寸。然后再按系列设计原理，即通过相似原理求出系列中其他产品的参数和尺寸。前者称为基型产品，后者称为扩展型产品。

在产品系列设计中，一般采用两种造型原理：几何相似产品系列设计和几何半相似产品系列设计。

1．几何相似产品系列设计 几何相似产品系列设计的工作步骤为：

1)根据市场需求确定系列的尺寸范围和系列的分级数咒。细分级能使系列产品的技术特性易于满足用户的不同要求，具有较大的市场覆盖面。而粗分级可使系列中的每种规格有较大的批量，实现较为经济的加工，降低成本。在设计之前，应经充分考虑，予以确定。 产品的分级可以在整个尺寸范围内有相同的级间比，也可以各段不同。就每种规格而言，其全部技术参数也不一定采用同一种级间比。通常是将全部参数分为主要量和次要量，主要量应细分级，而次要量则粗分级，这就意味着与之相关的零部件也要进行相应的粗细分级。至于主要量和次要量的区别，则要根据具体情况与产品的功能相结合来确定，如对起重运输设备，其起重量就应作为主要量，而对能量转换设备(泵、电机等)，其设备功率则应为主要量。

2)按产品功能要求，设计基型产品。基型产品的尺寸和功能参数应居整个系列的中间位置。

3)根据相似关系，进行相似设计，求得系列中扩展型产品每种规格的技术参数和几何尺寸。完全几何级数相似设计的系列产品的各种参数的级间比和长度级间比具有一定的关系。 4)在计算出扩展型产品技术参数和几何尺寸的同时，要考虑到技术和工艺方面的种种限制，如铸件的壁厚、钻孔的直径和深度等，对某些尺寸进行适当调整，这样，这些尺寸就可能偏离标准系列和几何相似。 2．几何半相似产品系列设计

在系列化设计时，一种规格的产品的全部零件不一定按同一种相似比变化，往往由于各种因素要对相似比进行调整。这种具有不同级间比的相似系列称为半相似系列。几何半相似产品系列设计应该按照工艺、使用要求等具体情况来确定各参数的比例关系。如车床系列设计中，中心高H或工件最大回转直径D一般是成比例的，即D1／D2=

?D；而中心距l、车

床中心离地面高度H以及手柄几何尺寸的大小b等将是不同的，有的甚至是随结构改变的。因而，在系列设计时必须要进行具体分析。

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