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1、车辆现代设计方法及理论o第一章绪论o第二章设计方法学o第三章优化设计o第四章可靠性设计o第五章有限元法o第六章机械动态设计o第七章计算机辅助设计o第八章其它方法第一节现代设计设计的概念广义的概念是指：开展过程的安排，包括开展的方向、程序、细节及到达的目标。狭义的概念是指：将客观需求转化为满足该需求的技术系统的活动，包括机械产品在内的各种产品的设计。设计：将预定的目标经过一系列规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息。产品设计过程本质：是一个创新过程，是将构思转化为有竞争力的产品的过程。第一节现代设计o现代设计的概念力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手
2、段实现设计的下述各方面的转化：静态动态定性定量常量变量可行性优化串行并行宏观微观局部系统人工自动第一节现代设计o现代设计的概念上世纪60年代末开始，设计领域相继出现一系列新兴理论与方法，与传统的设计理论和方法相区别，被称之为现代设计，主要有：设计方法学优化设计可靠性设计有限元法动态设计计算机辅助设计人工神经元算法工程遗传算法智能工程价值工程工业艺术造型设计人机工程并行工程模块化设计相似性设计摩擦学设计三次设计反求工程设计第一节现代设计o现代设计的特点o1.系统性：德国的发散思维方法，美国的创造性设计学o2.社会性：全寿命周期面向社会、面向市场o3.创造性：鼓励创造冲动、突出创新意识o4.最优化
3、：寻求最优方案和参数o5.动态化：载荷谱和负载率的随机性和设计参数的变量o6.宜人性：突出和注重产品的精神功能o7.智能化：o8.CA化：第二节机械产品设计o机械产品设计的三种设计方法1.开发性设计：应用可行的新技术，创新构思，设计工作原理和功能结构创新的产品。2.适应性设计：工作原理方案保持不变，便更局部或增设部件，增加辅助功能。3.变形设计：工作原理和功能结构不变，变更现有产品结构配置和尺寸，或更改材料工艺。o机械产品开发的一般主要进程1.产品规划阶段：决策开发新产品，为新技术系统设定技术过程和边界，明确设计任务。2.原理方案设计阶段：新产品的功能原理设计。3.技术设计阶段：新产品最优原理
4、具体化。4.施工设计阶段：技术设计的结果变成施工的技术文件。第二节机械产品设计产品设计一般进程阶段步骤方法指导理论产品规划信息集约技术造型产品设计任务调研预测技术造型可行新分析明确任务要求可行新报告、设计要求工程表设计方法预测技术设计方法学技术预测理论市场学信息学第二节机械产品设计原理方案设计功能分解功能元求解功能载体组合功能原理方案多个原理试验评价决策系统化设计方法创造技法评价决策方法系统工程学形态学创造学思维心理学决策论模糊数学总功能分析最优原理方案原理方案图参数表第二节机械产品设计技术设计结构设计结构价值分析结构方案试验评价决策最优结构方案价值设计优化设计可靠性设计宜人设计产品造型设计系
5、列化设计机械性能设计工艺性设计自动化设计价值工程学最优化方法学工程遗传算法可靠性理论与实验人机工程学工业美学模块化设计、相似理论有限元法、动态设计、摩擦学设计、高等机构学、智能工程、专家系统总体设计最优技术方案总体布置图、装配草图、技术文件造型设计造型价值分析外观方案试验模型评价决策最优造型方案总体效果图、外观效果模型第二节机械产品设计施工设计零件工作图部件装配图技术文件试制各种制造、装配、造型、装饰、检验等方法各种工艺学批量生产外观件加工工艺、面饰工艺规程效果图、检验标准造型工艺文件修改商品化第三节车辆的现代设计o车辆的现代设计方法(1)车辆计算机辅助设计CAD;(2)车辆计算机辅助工程CA
6、E;(3)车辆优化设计;(4)车辆可靠性设计;(5)车辆性能的计算机仿真;(6)车辆噪声分析及设计;(7)车辆动态设计。现代的汽车设计方法并不是各自孤立的，它们既有自己的优势，又互相渗透，在汽车设计的技术领域中发挥着各自的重要作用。第三节车辆现代设计o计算机辅助设计CAD方法oo概念和意义o充分发挥人和计算机系统的优势，是一种人机结合解决技术问题的现代方法。应用CAD技术，可以将各种现代的设计计算技术、计算机制图技术、人工智能技术、技术经济分析技术等有机地结合起来，缩短产品设计周期，提高产品设计质量。第三节车辆现代设计o计算机辅助设计CAD方法oo主要过程o汽车的CAD系统一般可以完成一个完整
7、的汽车整车或零部件的设计过程，它包括：输入关键数据进行几何造型；利用多种计算和分析方法进行工程分析；从生产工艺的角度进行设计评价；按照设计完成的数据进行自动绘图。汽车离合器壳汽车车身第三节车辆现代设计o计算机辅助设计CAD方法oo主要内容o主要包括CAD技术在车身设计中的应用，包括传统车身设计流程、车身设计特点、车身部件设计、车身骨架装配建模、客车外形色彩效果图的生成。第三节车辆现代设计o计算机辅助工程CAE概念和意义以有限元设计方法为代表，大量地应用于汽车零部件的设计计算，以解决复杂形状零部件的整体变形和应力分布的分析计算问题，使得一些薄弱环节在图纸设计阶段就可以被发现并作出适当的修改。第三
8、节车辆现代设计o计算机辅助工程CAE主要内容目前在汽车设计中，有限元方法普遍地应用于车架和车身的强度计算、车架和车身的振动特性分析、车身的结构动态特性对车内噪声的影响分析等。在发动机的曲轴和连杆、变速器的壳体和齿轮、车桥的壳体和齿轮、转向系的转向节臂、悬架系的钢板弹簧和导向装置、车轮的轮辋、制动系的制动毂和制动盘等一些形状复杂的重要零部件的应力和变形计算中，有限元方法也提供了有力的设计手段。第三节车辆现代设计o计算机辅助工程CAE主要研究方向汽车车架的静态分析、客货车车架动态特性分析、轿车底板及其骨架的有限元静动态分析、客车车身结构的有限元分析、柴油机曲轴静动特性的有限元分析。第三节车辆现代设
9、计o优化设计o概念和意义o在数学规划法的根底上，随着计算机的开展而开展起来，它适用于影响因素众多、计算技术复杂的多种设计方案的选择。优化设计方法提供了一种选优的最正确路径，在路径中针对具体问题的计算方法可以是多种多样的。因而，有限元设计方法、可靠性设计方法以及传统的设计方法都可以与优化设计方法很好地结合而发挥更大的作用。第三节车辆现代设计o优化设计o主要内容oo汽车设计中的影响因素是非常多的，而且可供选择的设计方案也为数众多，加之计算比较复杂，所以采用优化设计方法，可以将传统的设计内容、现代的设计方法和现代的设计手段较好地结合起来，最大限度地协调各种技术指标，使设计出的汽车尽可能满足出自多种角
10、度考虑的设计要求。第三节车辆现代设计o计算机辅助工程CAE主要研究方向汽车车架参数的优化设计、冶金专用车车架优化设计、客车外摆式乘客门机构参数的优化、轻型货车制动性能优化设计、柴油机电控参数优化。第三节车辆现代设计o可靠性设计o概念和意义o随着汽车结构和使用条件日趋复杂化而在汽车设计中得以应用并推广。与传统的平安系数设计方法相比，建立在大量统计数据根底上的可靠性设计方法有较大的不同。oo它以概率论和数理统计为理论依据，利用应力强度模型，对汽车零部件的寿命进行较精确的计算，从而在设计阶段就有可能合理地解决汽车零部件的强度与轻量化之间的矛盾。第三节车辆现代设计o可靠性设计o主要内容oo在零部件计算
11、的根底上，可靠性设计方法还可将复杂系统模型化，既能进一步计算出汽车总成和整车的可靠性，又能将总成或整车的可靠性要求分解到各个零部件上。第三节车辆现代设计o可靠性设计主要研究方向汽车零件的可靠性设计、汽车零部件可靠性设计算例、系统故障树分析、轻型客车的可靠性试验。第三节车辆现代设计o车辆性能的计算机仿真概念和意义应用计算机模拟仿真方法研究汽车性能是最重要而有效的方法之一，采用模拟原理和仿真技术，借助计算机可以用数学模型来研究汽车的各种性能，并用计算机仿真，用这种方法不仅可以分析系统在正常工况下的特性，而且还可以分析各种偏离正常工况下(包括损坏)系统的特性，如在危险场合下的试验，破坏性试验等。被研
12、究的对象在数学描述的情况下，可以在计算机上经济、快速、精确的模拟计算与仿真，从而成功地代替时间长而昂贵的汽车道路试验和台架试验，因此汽车性能的计算机模拟与仿真的研究和应用越来越为人们所重视。第三节车辆现代设计o车辆性能的计算机仿真主要研究方向汽车动力性计算、汽车最高车速的计算方法及参数灵敏度、汽车动力性和和经济性分析软件、汽车制动性软件开发、柴油机性能的神经网络建模。第三节车辆现代设计o车辆的噪声分析与计算o概念和意义oo车内噪声与路面鼓励、发动机和底盘噪声特性、汽车运行状态密切相关。由于车身的几何形状复杂，加之室内壁面敷贴的吸声材料产生对声能的吸收，使得用传统的复变函数等数学方法来分析车内噪
13、声响应难以进行，研究人员在进行车内噪声改进过程中，为了取得比较满意的效果，往往要经过多轮“实验测试改进的过程。第三节车辆现代设计o车辆的噪声分析与计算o主要研究意义oo随着计算机技术的开展，产品的设计与改进正朝着减少试验次数，更多地依靠计算机进行仿真分析的方向开展。进行车内噪声设计改进时，通过计算机仿真分析，可以在设计阶段对车内噪声响应进行动态分析，既节省了大量的人力，又可缩短产品的研制周期，提高产品参与市场竞争的能力。第三节车辆现代设计o车辆的噪声分析与计算主要研究方向车内噪声产生机理及构成、客车车内噪声有限元分析、客车车内噪声源识别、客车振动噪声的小波分析、吸声材料对车内声场影响。第三节车
14、辆现代设计o车辆的动态分析概念和意义汽车在行驶过程中，不仅承受静载(人、货等)的作用，同时受路面不平度的影响，因而不断受到随时间变化的激振力的作用，因此对汽车车架进行静动态特性以及结构参数的优化等方面的分析，在汽车结构的综合设计中是必不可少的。第三节车辆现代设计o车辆的动态分析主要研究方向汽车车架的动态分析、汽车车架的灵敏度分析和结构动力修改。第三节车辆现代设计o车辆传统设计方法与现代设计方法关系o尽管现代汽车设计所采用的技术手段和设计方法与传统汽车设计所采用的技术手段和设计方法相比有很大的不同，但万变不离其宗，一些根本的传统设计方法仍然是进行汽车设计的根底，尤其在我国，目前无论是汽车技术的开
15、展水平，还是汽车设计的技术手段，都尚未具备全面使用现代设计方法的良好条件，所以，还是大量地以传统的技术手段和设计方法为主进行根底性的汽车设计工作；从另一个方面来看，汽车设计的大多数现代设计方法也是在传统设计方法的根底上开展起来的。因此，在学习汽车设计的知识时，首先应该掌握最根本的传统设计方法，只有在这个根底上，才有可能进一步掌握和应用现代的一些汽车设计新方法。第三节车辆现代设计o学习车辆现代设计方法的意义产品设计与创新作为车辆工程技术方面的高级专业人才，无论从事哪项具体工作，都会以不同的方式不同程度地涉及到产品设计与创新。实际上，很多从事管理工作的人员也会直接或间接地与产品的设计与创新发生联系
16、。第三节车辆现代设计o学习车辆现代设计方法的任务oo熟练地掌握现代设计方法与理论，并学会在实践中灵活地运用这些方法与理论，只有这样才可能防止由于设计阶段的缺乏甚至错误，造成制造阶段本钱高、周期长和产品使用中性能差、能耗大等缺陷，才有可能及时地把握创新的思想火花，创造出社会需要的综合性能优良的新产品，才能不断提高企业的竞争能力。第三节车辆现代设计o学习车辆现代设计方法的方法oo现代设计方法大都以计算机技术为根底，并有不同层次的计算机应用软件来支撑，对大量的公式和推导死记硬背是没有必要的，也是不可取的。因此，学习现代设计方法最主要的任务是掌握其理论与原理，了解其作用与局限性，并学会用它来解决工程实
17、际问题。第四节局部现代设计方法简介o价值工程oo价值工程从产品的功能研究开始，对产品进行设计，或重新审查设计图样文件，剔除与用户要求无关的材料、结构、零部件，代以更新的构思，设计出功能形同而本钱更低的产品。o价值：指的是事物的用途或积极作用，表达在使用功能和美学功能。o本钱：产品各项生产费用的总和。o价值=功能/本钱第四节局部现代设计方法简介o工业产品艺术造型设计o概念：指用艺术手段按照美学法那么对工业产品进行造型工作，使产品在保证使用功能的前提下，具有美的、赋予表现力的审美特性。o三要素：使用功能、艺术形象、物质技术条件。o原那么：表达高新科技水平的功能美，符合三化的标准美，显示新型材质的肌
18、理美，表达先进加工手段的工艺美，表达各造型因素整体调和统一的协调美，追求时代精神的新颖美，表达色光新成就的色彩美。第四节局部现代设计方法简介o人机工程o概念：从系统论的观点研究“人-机系统中人，机之间的交互作用，研究人的生理和心理特征，合理分配人与机器的功能，正确设计人、机界面，使人、及相互协调，发挥最大的潜力。o过程：在封闭的系统中，机器的显示器显示生产过程的信息变化；人的感受器感受和接受信息，传给分析器大脑，对信息进行分析、处理、存储、决策；由执行器根据决策信息作出反响，操纵机器的控制器，使机器的工作状态发生变化，实现生产过程的转变；从而在机器的显示器上显示新的信息。第四节局部现代设计方法
19、简介o并行工程o概念：集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程包括制造、后勤等的系统方法。要求产品开发人员在设计伊始就考虑产品整个生命周期中，从概念形成到报废处理的所有因素，充分利用企业内的一切资源，最大限度地满足市场和用户的需求。o目的：寻求新产品的易制造性、缩短上市周期和增强市场竞争能力。o过程：集中涉及产品寿命所有部门的工程技术人员，组成并行设计组，共同那个设计制造产品，对产品的各种性能和制造过程进行计算机动态仿真，生成软样品或快速出样，进行分析评议，该进设计，取得最优结果。第四节局部现代设计方法简介o模块化设计o概念：模块是具有一定功能和特定结合要素的零件、组件或部件。o模块化产品是由
20、一组特定模块在一定范围内组成不同功能或功能相同而性能不同的产品。o特点：便于开展变型产品，更新换代，缩短设计和供货周期，提高性价比。o过程：先建立模块系列型谱，按型谱的横系列、纵系列、全系列、跨系列或组合系列进行设计，确定设计参数，按功能分析法建立功能模块，设计根本模块、辅助模块、特殊模块和调整模块及其结合部位要素，进行排列组合与编码，设计基型和扩展型产品。第四节局部现代设计方法简介o相似性设计o概念：相似理论和模拟理论将自然界和工程中的现象联系起来，形成研究问题、设计产品的“相似方法和“模化设计方法。o模化设计是在开发新产品时，在相似的模拟工作条件下设计相似的模型进行试验，通过测定模型性能，
21、预测产品原型性能，分析设计的可行性并进行必要的修改，进一步取得最优参数和结构。o特点：便于开展变型产品，更新换代，缩短设计和供货周期，提高性价比。o原理：产品系列设计是在急性设计的根底上，通过形似原理求出系列中其它产品的参数和尺寸。o关键：找出相似系统各尺寸参数的相似比。第四节局部现代设计方法简介o摩擦学设计o概念：摩擦学是研究相对运动外表的科学及有关的应用技术。摩擦损耗占世界能源消耗的1/2到1/3，机械零件中磨损失效的零件占总数的4/5。o研究内容：1摩擦与磨损机理o2润滑理论o3新型耐磨减摩材料与外表处理工艺o4新型润滑材料o5测试技术o摩擦学设计是机械构件的运动学设计、强度设计之后的重
22、要设计组成局部。第四节局部现代设计方法简介o三次设计o概念：三次设计是日本质量管理学家田口玄一在60年代提出的一种设计方法，把新产品、新工艺分为三个阶段，称为三次设计法。o1第一次设计称为系统设计。根据市场调查，规划产品功能，确定产品根本结构及组成该产品的各种零部件的参数，提出初始设计方案。o2第二次设计称为参数设计。在初始设计方案的根底上，对各零部件参数进行优化组合，完成最优设计方案，使产品的技术特性合理，稳定性好，抗干扰能力强，本钱低廉。o3第三次设计称为容差设计。在最优设计方案的根底上，进一步分析导致产品技术特性波动的原因，找出关键零部件，确定适宜的容差，进而确定定差，并求得质量和本钱的最正确平衡。o第四节局部现代设计方法简介o反求工程设计o概念：反求工程是针对引进技术进行深入研究、消化和创新、开发出先进产品，形成自已的技术体系的过程中所应用的系列分析方法和应用技术的组合。o1实物反求：应用实测手段获得所需参数和性能、材料、尺寸等。o2软件反求：可直接分析了解产品和各部件的尺寸、结构和材料，但使用性能和工艺，那么需要通过试制和试验。o3影响反求：可用透视法与解析法求出主要尺寸间的相对关系，求出绝对尺寸，推算其他尺寸，同样材料和工艺那么需通过试制和试验。o第四节局部现代设计方法简介o反求工程设计应用Pro/E的逆向工程技术流程图
