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1、机械设计读书报告学生姓名:学生学号:& 个个个个个个个个个学院名称:专业班级:&个个个个个个个个个个个个个个个个个个个& 个个个个个个个个个个个个个个个 摘要现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法 是现代机械设计的手段和目的。现代机械设计具有动态的、科学的、计算机化的 特点，在技术上体现智能化、经济性、并行性、集成化、精确性和动态性。现代 机械设计范畴广，方法呈现多样化，国内外设计科学形成了不同的流派。关键词 机械设计理论与方法 发展趋势优化方法 体会引言作为一名本科生，我自认为学到的知识在整个机械行业里面还是比较的浅显 的。关于机械设计理论与方法，我们所上的课（机械原
2、理、机械设计等） 断然是不可能讲的非常细致、清楚，于是我查找了相关资料，大致的了解了了解 机械设计理论与方法的发展历程、研究现状和未来趋势，对机械行业也有了更深 的认识，在这篇论文里有比较系统的阐述。机械设计理论与方法的发展历程、研究现状和未来趋势机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，是机械生产的第一步， 是决定机械性能的最主要因素，机械设计的过程实际上就是如何实现机械设计理 论的过程。从黄帝的指南车，天工开物中记载的一个个灵巧的机械，到今天的火 星探测车，无一不包含机械设计理论的成果。理论是工程现象不断升华和总结的 内在规律和本质，现代机械设计理论是对现代机械产品原理和机理的科学总结
3、， 而现代机械设计方法是使现代机械产品满足以及判断现代机械产品是否满足设 计原则的依据。现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成的，现代机械设 计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法仅仅是现代机械设计 的手段和目的。因此，掌握机械设计理论的程度将直接反映机械设计的水平。现 代机械设计理论与方法是相对于传统设计理论与方法而言的。随着社会的发展， 人们生活水平不断提高，社会对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械 设计的理论和方法不断向前推进，同时，科学技术的不断进步，也为现代机械设 计的理论和方法提供了手段。设计方法的发展进程可划分为：从古代社会到 17世纪为机械设计起源和古
4、代机械设计阶段由17世纪至第二次世界大战结束 为近代机械设计第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段。今天，机械设计学已成为研究机械产品设计理论、设计方法和设计技术的一 门学科。它以为发明创新机械提供正确有效理论和方法的机械学、为机械稳定、 安静运转提供设计计算方法的机械振动学，保证机械设备安全可靠地运行的机械 结构强度学，延长机器寿命、降低能量消耗的摩擦学等学科为基础，探索设计过 程本身的一般理论、方法和技术以及设计过程的科学进程和规律。随着以微电子 技术为代表的新技术革命浪潮，推动机械科学向新的境界发展，有如给它注入新 的血液、新的动力。现代机械设计的特征是，在单一技术内容中渗加社会的和经
5、 济的因素，使得设计过程成为系统工程，由经验性和随意性向科学化和模式化发 展。强调理论分析计算和试验分析的相互结合，强调系统全局的功能综合，使设 计在限定条件下实现最佳动能目标；以实际工况为出发点，引人动力学、摩擦学 和可靠性等新概念，发展各种模型的识别及建模技术，以数据库为核心，以交互 式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的一体化的计算机辅助设计系统（CAD），高度的集成化、智能化和自动化。这也是我们学生应该注意的一个地方。 机械设计与制造的历史表明，不论是新产品的设计或是老产品的改进设计，都 是从形象思维开始，然后经过逻辑推理和判断以及相应的综合，分析与决策，产 生设计方案，然后进一步将
6、其设计具体化，产生机械模型，结构模型和机械系统 模型。它们是设计计算的起点，并进一步进入技术细节设计。我国机械设计工业发展历程与现状几十年来，我国机械设计的发展经历了一个曲折的过程；已由设计和制造一 般的产品逐步发展到高水平的产品，有的产品的设计已达到世界先进水平。但从 全局来说，我们对机械设计方法和设计思想的研究不够，因而在设计方面与世界 发达国家相比仍比较落后。其落后的特征表现为经验在保证设计质量中仍占主导 地位，多数设计依然是遵循类比法和静态设计法，设计作用业以手工为主，而设 计的效率低，设计周期长，设计产品效益低。加上已有的成果得不到有效的推广 应用，设计人员的素质跟不上发展的需要；以
7、致形成没有开发新产品和更新老产 品的设计和应变能力；这些都制约着我国机械工业的发展。我是车辆工程专业的， 我深深的感受到身上的担子之重。如今国产汽车市场非常小，路上随处可见的都 是外国车，有德国车、日本车这也是由于我国汽车工业整体不发达有关。传统设计与现代设计的几个重要特征如图1所示。以经验为垄串行模式传统设汁汁算机操作-数值il算山并结合现代it精度高、效率 Si成本低、 研发周期知图1传统设计与现代设计的对比机械设计理论与方法具体应用通过查阅文献资料，我了解到了很多机械设计理论与方法在我们都很熟悉的 机械装备或产品上的具体应用，其中我最感兴趣的是山地自行车后悬架机构优化 设计方法。以下我将
8、介绍一下这个方法。早期山地车的车架与车轮为刚性连接，主要通过充气轮胎和弹簧座垫提供减 振效果，也就是如今普通自行车的减震措施。随着技术的不断改进，20世纪9 0年代初出现了前后都带有悬架结构的全减振山地车。受操控性的影响，山地车 前悬架一般采用简单的伸缩筒式结构，而后悬架的设计具有一定的灵活性，且对 骑行舒适性影响较大，因此近年来备受关注。根据后悬架与主车架、后轮轴的连 接方式不同，可将山地车后悬架分为两大类：一类为单铰结构，另一类为四杆铰 接机构（四杆机构），如图2所示。图2山地自行车后悬架主要结构类型由图2可见，单铰结构后悬架仅通过单铰点与主车架相连，结构简单，但扭 摆刚度较差；四杆机构后
9、悬架与主车架通过两个铰点连接，具有较好的扭摆刚度， 且可通过调整铰点位置改变悬架的拓扑结构。根据后轮轴及减振器安装位置的不 同，可得到如图3所示的四杆机构后悬架图谱。为方便区分，定义机构中与车架下方铰点连接的构件称为摇臂，与车架上方铰点连接的构件称为连架杆。根据减 振器安装在摇臂和连架杆上位置的不同，四杆机构也可退化为单铰结构，图3 中未列出退化结构。考虑到主车架位于后悬架左上方，为方便安装减振器，图3b和图3e为较 合理结构。定义后悬架机构的力比值R为减振器受力P与后轮轴所受力Q模的比值， 即R =|P| /Q。R随后轮轴位移变化的关系曲线即为力比曲线。图4四杆后悬架机构结构图（摇臂驱动式）
10、将后轮轴安装在摇臂上的机构称为摇臂驱动后悬架机构，如图4所示，后悬 架与车架下方连接铰点D处于主车架上较低位置，有利于提高骑行效率。可以得到力比R=奴二伽W 5伽4N如（1）由上述公式可知，力比值仅与后悬架机构的几何参数有关，当机构中的几 何参数确定后，即可绘制出力比值R随参数变化的曲线，即为前述定义的力比曲线。表1摇臂驱动后悬架机构数据表1列出了某型样车的摇臂驱动后悬架机构在给定坐标系下的数据。坐标值儿何参数值死）皿0)386g(20, 206)h345(xF ,yF)(-62, 336)nohr55403mm同样，也可以得到连杆驱动后悬架机构力比特性和单铰后悬架机构力比特性。表2连杆驱动后
11、悬架机构数据min坐标值几何参数值0。.死）(0,0)34。&澎)(20,206)A355(Xf)f)(+2,336)【4no坛55bc400表3单较后悬架机构数据mm坐标值几何参数值g沁(0,0)270(xA,yA)(-62, 336)40340S由此我们将不同后悬架机构力绘制在图5上。3 Ar2.2“设定的四杆机榭J单铉后悬架机祠 推臂驱动四杆机构 连杆骊动四杼机构生-Q廿 口 口L 一 图5不同后悬架机构力比而线二-2024681012最后，采用Matlab软件中非线性有约束优化方法，得到优化后的后悬架参 数比如连杆长、减振器与主车架铰点的坐标等。个人学习情况与感悟以上便是一个机械设计理
12、论与方法应用的实例。看上去很令人振奋！由一 个具体的实际问题，一步一步转向抽象的理论，转向公式的推导、演算。终于感 受到所学的知识在实际应用中是如此的至关重要。最先运用机械原理将机构运动 简图画出来，最后用机械设计以及其他方法得出最优解。这便是在工程中的工作 的简化。由于我们暂时只学了机械原理和机械设计两门相关的课程，感觉对于机 械设计理论与方法的理解不是非常深入，知识面也比较窄，所以在日常生活中我 也有意识的去了解、去留意有关的信息，渐渐的也培养了我的兴趣，现在越来越 觉得自己热爱这个专业、行业。学了这些知识，平常也是有用武之地的。虽然不 是什么设计汽车等一些大物件，做一些小东西还是不错的。
13、平常在寝室，最大的 问题就是桌面非常杂乱，东西不知道放哪儿。由此可以在柜子上做文章，比如在 柜子上敲几个钉子，将插座或者自己做一些小盒子挂在上面；再者做一些大的盒 子，将书柜里的杂物统一收纳好，并盖上盖，顿时桌面与书柜就简洁整齐了很多。 在寝室进进出出的人很多，便自制了远距离控制开门的小装置。这个装置其实很 简单，一根结实的绳子，再加一些带固定装置的钉子，将绳子的位置固定好，使 在座位上拉绳子时，将门锁打开的同时，也能将门打开，这样给我们都带来了不 小的方便。虽然这些小的创意都很简单，甚至有点可笑，但是我觉得这也是一种 设计与方法的体现，因为其目的都是为了方便我们的生活，给我们带来利益。到 现
14、在，自己感觉在设计一些结构使其使用起来更节能上更有兴趣，比如汽车的轻 量化等，全球的资源已经日渐枯竭，节能减排是一个非常有潜力、有意义的方向。结论这次读书报告的制作其实对我来说是个不小的挑战。以前基本上没有去查 阅过这么多的专业书籍，这次则去借阅了很多，不仅锻炼了我的文献检索能力， 也锻炼了专业论文的写作能力，受益匪浅！机械行业是国民经济的一大支柱产业，重要性不可言喻。不断发展机械设 计的理论和方法是很有必要的，掌握机械设计理论与方法是我们机械人所必须的 能力。几十年来，我国机械设计的发展经历了一个曲折的过程，已由设计和制造 一般的产品逐步发展到高水平的产品，有的产品的设计已达到世界先进水平。
15、要 确立我国机械工业在国际上的地位，我们必须要加强对机械设计方法和设计思想 的研究。因此，我们大学生也必须要更加努力，利用学习的丰富资源充实自己， 将理论基础打扎实，这样在将来工作时才能做到游刃有余。参考文献【1】国家自然科学基金委员会.机械学.科学出版社1994. 1112, 6675.【2】杨叔子，刘克明.取经用弘一一中国机械设计方法的历史回顾与前瞻.世界科技研究与发展.6/1996【3】胡占明.多功能健身自行车设计.沈阳职业技术学院(2011)06-0065-01 【4】项忠霞，卜研，刘晗，黄田.山地自行车后悬架机构优化设计方法.天津大学.J2008.10.283【5】闻邦椿.产品设计理论与方法的发展趋向及产品的现代设计.东北大学.机电工程.2011.28.3【6】卜云峰，王文志，等
