1745_沟槽凸轮机构的设计和运动仿真
1745_沟槽凸轮机构的设计和运动仿真,沟槽,凸轮,机构,设计,以及,运动,仿真
摘 要在当今经济全球化、市场竞争日趋激烈的时代,新产品的开发时间成为企业能否在激烈的市场竞争中取胜的关键因素。传统的产品设计过程中重复计算、重复建模等工作量很大,一直困扰着产品开发人员,严重影响了产品的设计质量和效率。这种现象在凸轮的设计中尤为突显。针对这一问题,本课题利用 Pro/E 软件中的运动仿真模块对凸轮机构运动进行模拟仿真。本论文的主要研究内容有:1、沟槽凸轮设计2、沟槽凸轮机构的零部件的实体建模3、沟槽凸轮机构的运动仿真关键词:沟槽凸轮 实体建模 运动仿真 ABSTRACTIn the competitive era of economic globalization and increasingly markets, the development time for new product become a key factor to win in the fierce competition market. The traditional product design process of double counting, such as repeated heavy workload and modeling have troubled the product development staff, a serious impact on product design quality and efficienct. This phenomenon is particularly on the design of cam highlights. Address with this problem, the subject of using the movement simulation module of Pro / E software on the cam movement simulation.In this paper, the main research contents are as follows:1. Designing the groove cam2. Modeling the mechanism parts of groove cam 3. Motion simulating of the groove cam mechanism Key Words: Cam groove, Modeling, Motion Simulation目 录绪 论 .11.1 本文研究的背景 .11.1.1 我国凸轮机构的研究现状 .11.1.2 我国凸轮机构 CAD/CAM 的研究现状 .11.1.3 国外凸轮机构及其 CAD/CAM 的研究现状 .21.1.4 我国凸轮 CAD 系统存在的问题 .21.2 本文研究的主要内容 .21.3 本文意义 .31.4 本章小结 .32 凸轮机构设计分析 .42.1 从动件运动规律的选取 .42.1.1 从动件常用的基本运动规律 .42.1.2 从动件运动规律的选取原则 .42.2 凸轮机构基本尺寸的设计 .52.2.1 凸轮机构压力角和基圆半径 .52.2.2 凸轮机构的偏距 .62.2.3 凸轮滚子半径 .62.3 凸轮轮廓设计 .72.4 机构简介 .82.5 本章小结 .93 凸轮机构的实体建模与装配 .103.1 Pro/E 软件简介 .103.2 零部件的实体建模 .103.3 装配原理简介与装配模型的建立 .123.3.1 Pro/E 仿真装配原理介绍 .123.3.2 装配模型建立 .143.4 本章小结 .174 凸轮机构的运动仿真 .184.1 计算机仿真概述 .184.1.1 计算机仿真的基本概念及特点 .184.1.2 计算机仿真技术在制造业中的应用 .184.2 Pro/E 运动仿真简介 .194.2.1 Pro/E 运动仿真的特点 .194.2.2 Pro/E 运动仿真的基本术语 .204.2.3 Pro/E 运动仿真的步骤 .214.3 凸轮机构的运动仿真 .214.3.1 设置机构环境 .214.3.2 分析 .254.4 本章小结 .29结 论 .30致 谢 .31参考文献 .320 绪 论1.1 本文研究的背景1.1.1 我国凸轮机构的研究现状凸轮机构是典型的常用机构之一。凸轮机构是能使从动件按照给定的运动规律运动的高副机构,可以实现任意给定的位移、速度、加速度等运动规律,而且与其它机构配合可以实现复杂的运动要求。工程中,几乎所有简单的、复杂的重复性机械动作都可由凸轮机构或者包括凸轮机构的组合机构来实现。又由于凸轮机构具有平稳性好,重复精度高,运动特性良好,机构的构件少,体积小,刚性大,周期控制简单,可靠性好,寿命长等优点,因而是现代工业生产设备中不可缺少的机构之一,被广泛用于各种自动机中。例如,自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农用机械、印刷机械加工中心环刀机构、高速压力机械等。我国以前对凸轮机构深入系统地研究较少,仅在内燃机配气凸轮机构有较深入研究。1990 年以来,有关凸轮机构的应用研究取得了一大批成果,许多己应用于生产。陕西科技大学完成的(高速高精度间歇转位凸轮分度机构CAD/CAM), 1995 年获陕西省科技进步二等奖:开发的 “凸轮分度机构传动装置”获中国轻工总会优秀新产品一等奖;加工弧面凸轮的“XK5001 双回转坐标数控铣床”获实用新型专利。天津大学关于分度凸轮机构的研究,得到了国家自然科学基金的支持;研究开发的两片式平行分度凸轮机构达到了国内领先水平。此外,上海交通大学、大连轻工业学院、合肥工业大学和山东大学(山东工业大学) 等在理论应用研究方面都取得了很多具有国际或国内先进水平的科研成果。尽管我国对凸轮机构的应用和研究也有多年的历史,对凸轮机构的设计、运动规律、轮廓线、动力学、优化设计等方面的研究都取得了很多科研成果。但是,与先进国家相比,我国对凸轮机构的设计和制造上都还存在较大的差距,尤其在制造方面。在国外核心技术也只是集中在少数的几家公司和科研机构中,而且由于技术保密等因素,具有一定参考价值的相关资料很少公开发表。这样就在无形中制约着我国凸轮机构设计和制造水平的提高,造成高速、高精度的凸轮机构必须依赖进口的被动局面。1.1.2 我国凸轮机构 CAD/CAM 的研究现状我国凸轮机构运动学的理论研究己经达到了较高的水平,为凸轮机构设计奠定了坚实的理论基础。当今,凸轮机构设计己广泛采用解析法并借助于计算机来完成,数控机床用于凸轮加工也有很长的历史。我国发表的凸轮机构CAD/CAM 方面的文献较多。但这些凸轮的 CAD/CAM 系统核心技术仅被某些1 企业所有,并未在市场上以商品软件的形式出现。迄今为止我国凸轮机构CAD/CAM 技术仍未得到有效的推广应用。另外,由于凸轮专用软件开发更新的速度慢,远远跟不上当今计算机软、硬件的发展速度,使得现有凸轮机构CAD/CAM 软件己大为落后,不能完全适应广大设计人员的要求。1.1.3 国外凸轮机构及其 CAD/CAM 的研究现状自上世纪三十年代以来,人们就开始了对凸轮机构的研究,并且研究工作随着新技术、新方法的产生和应用在不断深化。60 年代后,对凸轮的研究逐步成熟起来,出现了较完整的运动规律的设计,在梯萨尔的著作中就采用了多项式运动规律。对凸轮机构的研究不断向纵深方向发展,开始对凸轮进行有限元分析及非线性问题的研究,同时,欧美各国学者对高速凸轮的研究也有新的突破,许多学者发表了关于凸轮机构的优化设计、凸轮振动、动态响应等方面的论文。日木在凸轮机构方面的研究也有巨大贡献。在机构设计方面,致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化,以适应新的要求。并加强了对凸轮机构动力学和振动方面的研究和标准化研究,发展成批生产的标准凸轮机构,在此基础上进一步拓展凸轮机构 CAD/CAM 系统。美国、日木等国家的一些凸轮制造企业开发了供木企业使用的凸轮 CAD/CAM 系统,有的还形成了商业化软件,如日木 SUNCALL 公司开发的 HYMOCAM 系统等。1.1.4 我国凸轮 CAD 系统存在的问题通过调研以及查阅大量文献资料,我国现有的凸轮 CAD 系统存在如下问题:(1)多数是在 AutoCAD 基础上进行二次开发而成的,不具有三维建模功能;(2)没有商品化的凸轮 CAD 系统出现;(3)现有的基于 Pro/ENGINEER 的凸轮 CAD 系统中,融入先进的数据库管理技术的还没有主要原因是由于 Pro/TOOLKIT 开发界面的功能很弱,而且根木没有连接数据库的功能;(4)由于凸轮专用软件开发更新的速度慢,远远跟不上当今计算机硬件的发展速度,使得现有的平面凸轮机构 CAD 应用软件已大为落后,不能适应实际生产的需要;(5)集成化、智能化和网络化很不完善。1.2 本文研究的主要内容本文研究的主要内容是关于沟槽凸轮机构的运动仿真。首先介绍了沟槽凸轮的设计,然后在 Pro/E 软件中实现其实体建模和装配,最后才对装配好的沟槽凸轮机构进行运动仿真,并对仿真结果进行了分析。2 1.3 本文意义对凸轮机构进行运动仿真,可以根据仿真结果以及碰撞干涉检查,对设计的零件进行结构等方面的修改,大大简化机构的设计开发过程,缩短开发周期,减少开发费用,同时提高产品质量。1.4 本章小结首先本章对课题的研究背景进行了详细的介绍,然后又对本文的研究内容和本文意义进行介绍。3 2 凸轮机构设计分析2.1 从动件运动规律的选取运动规律设计包括对所设计的凸轮机构输出件的运动提出的所有给定要求。例如,推程、回程运动角、远休止角、近休止角、行程以及推程、回程的运动规律曲线形状,都属于运动规律设计。所谓凸轮曲线并不是凸轮轮廓的形状曲线,而是凸轮驱动从动件的运动曲线。研究凸轮曲线的目的在于用最短时间、最圆滑、无振动、耗能少的方式来驱动从动件。凸轮曲线特性优良与否直接影响凸轮机构的精度、效率和寿命。从动件的运动情况,是由凸轮轮廓曲线的形状决定的。一定轮廓曲线形状的凸轮,能够使从动件产生一定规律的运动;反过来实现从动件不同的运动规律,要求凸轮具有不同现状的轮廓曲线,即凸轮的轮廓曲线与从动件所实现的运动规律之间存在着确定的依从关系。因此,凸轮机构设计的关键一步,是根据工作要求和使用场合,选择或设计从动件的运动规律。在设计凸轮机构基木尺寸和凸轮轮廓之前,必须根据凸轮机构的工作性能要求选择从动件的运动规律方程式,选择不同的从动件运动规律将直接影响凸轮机构的基本尺寸设计、轮廓设计及凸轮机构的运动性能等。2.1.1 从动件常用的基本运动规律几种常见的基木运动规律有三角函数运动规律(简谐运动规律、摆线运动规律及双谐运动规律等);简单多项式运动规律;等速运动规律(一次项运动规律)、等加等减速运动规律(二次项运动规律)等。2.1.2 从动件运动规律的选取原则从动件运动规律的选择或设计,涉及到许多因素。除了需要满足机械的具体工作要求外,还应使凸轮机构具有良好的动力特性,同时又要考虑所设计的凸轮廓线便于加工,这些因素又往往是互相制约的。因此在选择或设计运动规律时,必须根据使用场合、工作条件等分清主次,综合考虑。下面是一些常用运动规律的适用场合:(l)等速运动规律在很多情况下能满足凸轮机构推程的工作要求,但是在从动件行程的开始和终止位置存在刚性冲击,是运动特性最差的曲线,所以等速运动规律很少单独使用,且不适用于中、高速。(2)等加速等减速运动规律的速度曲线连续,在所有曲线中其最大加速度值为最小,但在从动件行程的开始、终止和由正加速度变为负加速度的中间位置,加速度的有限值突变将导致柔性冲击,因而不能在中、高速场合使用。(3)余弦加速度运动规律消除了行程中间位置的加速度突变,且易于计算和加工,在中速时也能获得合理的从动件的运动。但当这种运动规律用于升停回停运动时,在行程的起始和终止位置因加速度突变而仍有柔性冲击。当4 这种规律用于升回升型运动时,则加速度曲线连续,没有柔性冲击。(4)正弦加速度运动规律用于升停回停运动时,从动件在行程的起始和终止位置加速度无突变,因而无柔性冲击,有利于机构运转平稳。但它用于升停回停运动时,在推程与回程的连接点处,跃度从有限的正值变为负值,因而加速度曲线不连续。这种曲线要求机械加工的准确性高于其他曲线。正弦加速度运动规律广泛用于中速凸轮机构,但不适于高速场合。2.2 凸轮机构基本尺寸的设计凸轮机构的基本尺寸对凸轮机构的结构、传力性能都有重要的影响。凸轮机构的基本参数选择的不恰当,则可能造成压力角过大或产生运动失真现象。凸轮机构的基本尺寸之间互相影响、互相制约,所以如何合理地设计这些基本尺寸,也是凸轮机构设计中要解决的重要问题。凸轮机构基本尺寸的设计问题是在给定从动件运动规律和许用压力角的条件下寻求一组适用的尺寸,从而使设计的凸轮机构性能佳、寿命长。沟槽凸轮机构主要设计参数有:基圆半径和偏距,滚子半径,摆杆长度等。为提高凸轮机构传力效果,希望机构在推程中压力角尽量小。一般来讲,这些参数的选择,除应保证使从动件能够准确地实现预期的运动规律外,还应当使机构具有良好的受力状况和紧凑的尺寸。2.2.1 凸轮机构压力角和基圆半径凸轮压力角是从动件运动(速度)方向与传动轴线方向之间的夹角。压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。从减小推力、避免自锁,使机构具有良好的受力状况来看,压力角应越小越好。同时设计凸轮机构时,除了使机构具有良好的受力状况外,还希望机构结构紧凑。在实现相同运动规律的情况下,基圆半径越大,凸轮的尺寸也越大。因此,要获得轻便紧凑的凸轮机构,就应当使基圆半径尽可能地小。而基圆半径 r 及偏距 e 与凸轮压力角 有如下0 关系:tan = = (21)0seds20ers当凸轮逆时针转动、从动件偏于凸轮轴心左侧或当凸轮顺时针转动,从动件偏于凸轮轴心右侧时,压力角的计算公式:tan = (22)20ersds5 由计算公式可知压力角和基圆半径两者是互相制约的,在一般情况下,为了保证设计的凸轮机构既有较好的传力特性又具有较紧凑的尺寸,设计时两者应同时考虑。为了保证凸轮机构顺利工作,规定了压力角的许用值 ,在使的前提下,选取尽可能小的基圆半径。推荐推程的许用压力角为:移max动推杆 =30 38 ;当要求凸轮尺寸尽可能小时可取 =45 ;摆动推杆0 0=40 45 ;回程时,由于推杆通常受力较小而无自锁问题,故许用压力角可以取大一点,通常取 =70 80 。0在实际工作中,一般都是先根据具体情况预选一个凸轮的基圆半径,待凸轮轮廓曲线设计完成后,在检查其最大压力角是否满足 。max2.2.2 凸轮机构的偏距由式(2 1)和式 (22)可看出,凸轮的转动方向和从动件的偏置方向不同,增大偏距。压力角的变化就不同。若推程压力角减小,则回程压力角将增大,即通过增加偏距来减小推程压力角,是以增大回程压力角为代价的。在设计凸轮机构时,如果压力角超过了许用值、而机械的结构空间又不允许增大基圆半径,则可通过选取从动件适当的偏置方向来获取较小的推程压力角。即在移动滚子从动件盘形凸轮机构的情况下,选择从动件偏置的主要目的是为了减小机构推程时的压力角。从动件偏置方向选择的原则是:若凸轮逆时针回转,则应使从动件轴线偏于凸轮轴心右侧;若凸轮顺时针回转,则应使从动件轴线偏于凸轮轴心左侧。2.2.3 凸轮滚子半径当凸轮廓线为内凹廓线时,实际廓线的曲率半径 、理论廓线的曲率半径a、滚子半径 r 三者之间有如下的关系: = +r 。而当凸轮廓线为外凸廓线 ar时,实际廓线的曲率半径 、理论廓线的曲率半径 、滚子半径 r 三者之间的a关系是 = r ,当 =r 时,则 =0,即实际廓线将出现尖点,由于尖点处ara极易磨损,故不能实用;若 键选择 “xf1_位移” 、 “xf2_速度”和“xf3_ 加速度 ”,钩选“分别绘制测量图形(Graph measures separately) ”项,在“结果集(Result Set) ”栏中选中AnalysisDefinition1,如图 415 所示。然后单击该对话框中的 (图形)工具,系统弹出“图形工具(Graph tool) ”窗口,如图 416 所示,在该窗口中显示了凸轮机构从动件的位移曲线、速度曲线和加速度曲线。图 416 从动件实际运动规律28 从图 416 所示可知:凸轮是逆时针方向旋转,经回程到近程休止,再经推程到远程休止,如此循环运动。回程过程中位移逐渐减少,直到达到近程休止,近程休止内位移不变,推程过程中位移逐渐增大,直到达到远程休止,远程休止内位移不变。速度在回程过程中先减少后增大,在近程休止内速度不变,推程过程中速度先增大后减小,在远程休止内速度不变。加速度在回程先减小后增大然后又减小,在推程过程中加速度先增大后减小然后有增大。由图形曲线可知从动件的实际运动规律和修正正弦规律一致。在“测量结果(Measure Results) ”对话框中的“图形类型(Graph Type) ”栏中选择“测量与时间(Measure vs. Time) ”,在“测量(Measure) ”栏中按着键选择 “xf4_行程” 和“xf5_速度” ,钩选“分别绘制测量图形(Graph measures separately) ”项,在“结果集(Result Set) ”栏中选中AnalysisDefinition1,如图 417 所示。图 417 “测量结果”对话框然后单击该对话框中的 (图形)工具,系统弹出“图形工具(Graph tool) ”窗口,如图 418 所示,在该窗口中显示了凸轮连杆机构执行端的向行程和速度。图 418 执行端 Y 向位移和速度曲线29 从图 418 可知:凸轮连杆机构执行端的 Y 向位移、速度曲线和从动件的位移、速度曲线一样。这说明此凸轮机构能够精确输出本文所要求的运动规律。4.4 本章小结本章首先介绍了下计算机的仿真技术,然后较详细的介绍了 Pro/E 软件中的运动仿真模块,最后详细的介绍了凸轮机构的运动仿真过程,并对结果进行了分析。30 结 论经过几个多月的忙碌后,终于完成了本设计课题的各项任务。经过这次毕业设计,增强了我的自学能力和收集使用资料的能力,同时全面系统地巩固和总结大学四年来所学的专业知识。通过这次毕业设计,我更好的把四年来所学的知识进行了综合、巩固,加深了对所学专业知识的理解,同时还接触了一些在原来知识基础上更为深层的知识。当然,也使我体味到设计工作是一项艰苦任务,必须具备吃苦耐劳的精神。总之,这次毕业设计使我受益匪浅,为我将来工作打好了良好的基础。在这次毕业设计的过程当中,我的指导老师一直给予的细心指导,还有其它老师和同学在提供帮助,在此表示衷心的感谢。由于本人知识面较窄,加上时间比较仓促缺乏实践经验,设计中难免出现错误或不足之处,还望各位老师和同学批评指正,不胜感激。31 致 谢本文是在指导老师精心指导和大力支持下完成的。指导老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时,在此次毕业设计过程中我也学到了许多生活方面的知识。另外,我还要特别感谢其它师对我论文写作的指导,他们为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。感谢同学对我的无私帮助,使我得以顺利完成论文。最后,再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。32 参考文献1 Xing Yingjie. Recording and processing of planar cure using clothoids(Ind Report)recording of cam profile with clothoidal interpolation, Tokyo: Seimitsu kogaku kaishi 61 Aug 1995 JSPE, 1995, 109211002 Watanabe Katsuin, Exact analysis of plate cam mechanisms having errorin kinermatic constants. Nippon Kihai Gakkai ronbunshuc Hen, 19933 石永刚,徐振华凸轮机构,上海:上海科学技术出版社.4 申永胜机械原理教程,北京:清华大学出版社5 石永刚凸轮设计与应用创新,北京:机械工业出版社.6 刘会英,杨志强,张勤明机械原理,北京:机械工业出版社7 袁剑雄,李晨霞,潘承怡.机械结构设计禁计,北京:机械工业出版社 .8 刘昌祺,牧野洋(日) ,曹西京.凸轮机构设计,北京:机械工业出版社 .9 谭雪松,张青,赖春林机械工程师 Pro/ENGINEER Wildhre 中文版 机械设计,北京:人民邮电出版社.10 葛正浩,杨芙莲Pro/E 机构设计与运动仿真,北京:化学工业出版社 .毕业设计(论文)任务书I、毕业设计(论文) 题目:沟槽凸轮机构的设计和运动仿真II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:设计技术要求:1.凸轮机构设计2.凸轮机构的实体建模与装配3.凸轮机构的运动仿真III、毕 业设计(论文)工作内容及完成 时间:1. 开题报告、查阅资料、外文翻译(6000 字符) 第 1 周第 3 周2. 凸轮机构设计 第 4 周第 6 周3. 凸轮机构的实体建模与装配 第 7 周第 10 周4. 凸轮机构的运动仿真 第 11 周第 13 周5. 撰写毕业论文 第 14 周第 16 周6. 答辩准备及毕业答辩 第 17 周 、主 要参考资料:1 石永刚凸轮设计与应用创新,北京:机械工 业出版社.2 石永刚,徐振华凸轮机构,上海:上海科学技术出版社.3 刘昌祺,牧野洋(日),曹西京.凸轮机构设计,北京:机械工业出版社4谭雪松,张青,赖春林机械工程 师 Pro/ENGINEER Wildhre 中文版 机械设计,北京:人民邮电出版社.5葛正浩,杨芙莲Pro/E 机构设计与运动仿真,北京:化学工业出版社.6 Xing Yingjie. Recording and processing of planar cure using clothoids(Ind Report)recording of cam profile with clothoidal interpolation, Tokyo: Seimitsu kogaku kaishi 61 Aug 1995 JSPE, 1995, 109211007 Watanabe Katsuin, Exact analysis of plate cam mechanisms having errorin kinermatic constants. Nippon Kihai Gakkai ronbunshuc Hen, 1993航空与机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业类 0681051 班学生(签名): 胡裕填写日期: 2011 年 01 月 03 日指导教师(签名): 于斐助理指导教师(并指出所负责的部分):机械制造工程 系(室)主任(签名):姚坤弟附注:任 务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 毕业设计(论文)外文翻译题目 机械设计理论 专业名称 机械设计制造及其自动化 班级学号 068105116 学号姓名 胡 裕 指导老师 于 斐 填 表 日 期 2011 年 3 月 25 日机械设计理论机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域,主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思,还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性,还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉,机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处,只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而,应该认识到在一个特定的产品进行设计之前,必须先确定人们是否需要这种产品。应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面,应该认真精确的进行所有运算。例如,即使将一个小数点的位置放错,也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法,而且愿意承担一定的风险,当新的方法不适用时,就使用原来的方法。因此,设计人员必须要有耐心,因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计,要求屏弃许多陈旧的,为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规,这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法,在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理,将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生,只有当这些缺陷和问题被解决之后,才能体现出新产品的优越性。因此,一个性能优越的产品诞生的同时,也伴随着较高的风险。应该强调的是,如果设计本身不要求采用全新的方法,就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。在设计的初始阶段,应该允许设计人员充分发挥创造性,不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法,也会在设计的早期,即绘制图纸之前被改正掉。只有这样,才不致于堵塞创新的思路。通常,要提出几套设计方案,然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中,采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作,因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个重要问题,设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段,设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商,并得到批准。这一般是通过口头讨论,草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ,需要解决下列问题:(1) 所设计的这个产品是否真正为人们所需要?(2) 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力?(3) 生产这种产品是否经济?(4) 产品的维修是否方便?(5) 产品有无销路?是否可以盈利? 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是, 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图,与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。通常 ,在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改,使零件的生产变得容易。但是,工程上的更改必须要经过设计人员批准,以保证不会损伤产品的功能。有时,在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作,设计人员应该不断努力,寻找这些更好的方法。近些年来,工程材料的选择已经显得重要。此外,选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现,而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源,可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力,都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼,已经产生了深刻的影响。此外,材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此,为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果,设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段:(a)初步设计;( b)功能设计;( c)生产设计。在初步设计阶段,设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案,然后决定这种思想是否可行;如果可行,则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段,关于材料选择唯一要考虑的问题是:是否有性能符合要求的材料可供选择;如果没有的话,是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。在功能设计和工程设计阶段,要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸,选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型,并对其进行试验,评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明,在产品进入到生产阶段之前,应该更换某些材料,但是,绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能,认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时,所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同,并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来,或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同,则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作,而不是将其留到生产设计阶段去做。因为,在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的,这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中,与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来,使它们与现有的设备相适应,能够利用现有设备经济地进行加工,而且材料的数量能够比较容易保证供应。在制造过程中,不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明,可采用某些便宜材料作为替代品。然而,在大多数情况下,在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作,可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然,这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是,必须对新材料进行认真的评价,以确保其所有性能都满足要求。应当记住,新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前,没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时,采用最好的程序。在材料过程中,五个最常见的问题为:(a)不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料;(b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途(如有可能,设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中,由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家,并且赢得判决) ;(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定,尤其是当其长期性能数据是如此的时候;(d)质量控制方法不适当和未经验证;(e)由一些完全不称职的人员选择材料。通过对上述五个问题的分析,可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼,设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择,可以大大减少诉讼的数量。从以上的讨论可以看出,选择材料的人们应该对材料的性质,特点和加工方法有一个全面而基本的了解。Machine design theoryThe machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of productMust regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly.A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certain risk, when the new method is not suitable, use original method. Therefore, designs the personnel to have to have to have the patience, because spends the time and the endeavor certainly cannot guarantee brings successfully. A brand-new design, the request screen abandons obsoletely many, knows very well the method for the people. Because many person of conservativeness, does this certainly is not an easy matter. A mechanical designer should unceasingly explore the improvement existing product the method, should earnestly choose originally, the process confirmation principle of design in this process, with has not unified it after the confirmation new idea. Newly designs itself can have the question occurrence which many flaws and has not been able to expect, only has after these flaws and the question are solved, can manifest new goods come into the market the product superiority. Therefore, a performance superior product is born at the same time, also is following a higher risk. Should emphasize, if designs itself does not request to use the brand-new method, is not unnecessary merely for the goal which transform to use the new method. In the design preliminary stage, should allow to design the personnel fully to display the creativity, not each kind of restraint. Even if has had many impractical ideas, also can in the design early time, namely in front of the plan blueprint is corrected. Only then, only then does not send to stops up the innovation the mentality. Usually, must propose several sets of design proposals, then perform the comparison. Has the possibility very much in the plan which finally designated, has used certain not in plan some ideas which accepts. How does the psychologist frequently discuss causes the machine which the people adapts them to operate. Designs personnels basic responsibility is diligently causes the machine to adapt the people. This certainly is not an easy work, because certainly does not have to all people to say in fact all is the most superior operating area and the operating process. Another important question, project engineer must be able to carry on the exchange and the consultation with other concerned personnel. In the initial stage, designs the personnel to have to carry on the exchange and the consultation on the preliminary design with the administrative personnel, and is approved. This generally is through the oral discussion, the schematic diagram and the writing material carries on. In order to carry on the effective exchange, needs to solve the following problem: (1) designs whether this product truly does need for the people? Whether there is competitive ability (2) does this product compare with other companies existing similar products? (3) produces this kind of product is whether economical? (4) product service is whether convenient? (5) product whether there is sale? Whether may gain?Only has the time to be able to produce the correct answer to above question. But, the product design, the manufacture and the sale only can in carry on to the above question preliminary affirmation answer foundation in. Project engineer also should through the detail drawing and the assembly drawing, carries on the consultation together with the branch of manufacture to the finally design proposal.Usually, can have some problem in the manufacture process. Possibly can request to some components size or the common difference makes some changes, causes the components the production to change easily. But, in the project change must have to pass through designs the personnel to authorize, guaranteed cannot damage the product the function. Sometimes, when in front of product assembly or in the packing foreign shipment experiment only then discovers in the design some kind of flaw. These instances exactly showed the design is a dynamic process. Always has a better method to complete the design work, designs the personnel to be supposed unceasingly diligently, seeks these better method. Recent year, the engineerig material choice already appeared importantly. In addition, the choice process should be to the material continuously the unceasing again appraisal process. The new material unceasingly appears, but some original materials can obtain the quantity possibly can reduce. The environmental pollution, material recycling aspect and so on use, workers health and security frequently can attach the new limiting condition to the choice of material. In order to reduce the weight or saves the energy, possibly can request the use different material. Comes from domestic and international competition, to product service maintenance convenience request enhancement and customers aspect the and so on feedback pressure, can urge the people to carry on to the material reappraises. Because the material does not select when created the product responsibility lawsuit, has already had the profound influence. In addition, the material and between the material processing interdependence is already known by the people clearly. Therefore, in order to can and guarantees the quality in the reasonable cost under the premise to obtain satisfaction the result, project engineer makes engineers all to have earnestly carefully to choose, the determination and the use material. Makes any product the first step of work all is designs. Designs usually may divide into several explicit stages: (a) preliminary design; (b) functional design; (c) production design. In the preliminary design stage, the designer emphatically considered the product should have function. Usually must conceive and consider several plans, then decided this kind of thought is whether feasible; If is feasible, then should makes the further improvement to or several plans. In this stage, the question which only must consider about the choice of material is: Whether has the performance to conform to the request material to be possible to supply the choice; If no, whether has a bigger assurance all permits in the cost and the time in the limit develops one kind of new material.In the functional design and the engineering design stage, needs to make a practical feasible design. Must draw up the quite complete blueprint in this stage, chooses and determines each kind of components the material. Usually must make the prototype or the working model, and carries on the experiment to it, the appraisal product function, the reliability, the outward appearance and the service maintenance and so on. Although this kind of experiment possibly can indicate, enters in the product to the production base in front of, should replace certain materials, but, absolutely cannot this point take not earnestly chooses the material the excuse. Should unify the product the function, earnestly carefully considers the product the outward appearance, the cost and the reliability. Has the achievement very much the company when manufacture all prototypes, selects the material should the material which uses with its production in be same, and uses the similar manufacture technology as far as possible. Like this has the advantage very much to the company. The function complete prototype if cannot act according to the anticipated sales volume economically to make, or is prototypical and the official production installment has in the quality and the reliable aspect is very greatly different, then this kind of prototype does not have the great value. Project engineer is best can completely complete the material in this stage the analysis, the choice and the determination work, but is not remains it to the production design stage does. Because, is carries on in the production design stage material replacement by other people, these people are inferior to project engineer to the product all functions understanding. I n the production design stage, is should completely determine with the material related main question the material, causes them to adapt with the existing equipment, can use the existing equipment economically to carry on the processing, moreover the material quantity can quite be easy to guarantee the supply. In the manufacture process, inevitably can appear to uses the material to make some changes the situation. The experience indicated that, may use certain cheap materials to take the substitute. However, in the majority situation, in will carry on the production later to change the material to have in to start before the production to change the price which the material will spend to have to be higher than. Completes the choice of material work in the design stage, may avoid the most such situations. Started after the production manufacture to appear has been possible to supply the use the new material is replaces the material the most common reason. Certainly, these new materials possibly reduce the cost, the improvement product performance. But, must carry on the earnest appraisal to the new material, guarantees its all performance all to answer the purpose. Must remember that, the new material performance and the reliable very few pictures materials on hand such understood for the people. The majority of products expiration and the product accident caused by negligence case is because in selects the new material to take in front of substitution material, not truly understood their long-term operational performance causes. The product responsibility lawsuit forces designs the personnel and the company when the choice material, uses the best procedure. In the material process, five most common questions are: (a) did not understand or cannot use about the material application aspect most newly the best information paper; (b) has not been able to foresee and to consider the dusk year possible reasonable use (for example to have the possibility, designs the personnel also to be supposed further to forecast and the consideration because product application method not when creates consequence. In recent years many products responsibilities lawsuit case, because wrongly uses the plaintiff which the product receives the injury to accuse produces the factory, and wins the decision); (c) uses the material data not entire perhaps some data are indefinite, works as its long-term performance data is the like this time in particular; (d) the quality control method is not suitable and not after the confirmation; (e) the personnel which completely is not competent for the post by some chooses the material. Through to the above five questions analysis, may obtain these questions is does not have the sufficient reason existence the conclusion. May for avoid these questions to these questions research analyses the appearance indicating the direction. Although uses the best choice of material method not to be able to avoid having the product responsibility lawsuit, designs the personnel and the industry carries on the choice of material according to the suitable procedure, may greatly reduce the lawsuit the quantity. May see from the above discussion, the choice material people should to the material nature, the characteristic and the processing method have comprehensive and the basic understanding.
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