机械制造装备设计方法研讨.pptx
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1、第二章 机械制造装备设计(shj)方法 机械制造装备设计的类型(lixng)机械制造装备设计的方法 机械制造装备设计的评价第一页,共71 页。第一节 机械制造(j xi zh zo)装备设计的类型创新(chungxn)设计变型(bin xn)设计模块化设计创造性思维直觉思维逻辑思维适应型设计变参数型设计第二页,共71 页。第二节 机械制造装备(zhungbi)设计的方法 机械制造装备设计的典型(di nxng)步骤 系列化设计 模块化设计 合理化工程第三页,共71 页。一、机械制造(j xi zh zo)装备设计的典型步骤 产品(chnpn)规划阶段 方案设计阶段 技术设计阶段 工艺设计阶段第
2、四页,共71 页。(一)产品规划阶段1.需求分析2.调查研究(1)市场调研:一般从用户需求、产品情况、同行情况、供应情况几方面进行调研。(2)技术调研(3)社会调研3.预测(1)定性预测:采用的方法有走访调查、查资料、抽样调查、类比调查、专家调查等。(2)定量预测:采用的方法有时间序列回归法、因果关系回归法、产品寿命(shumng)周期法等。第五页,共71 页。4.可行性分析可行性报告一般包括如下内容(nirng):1)产品开发的必要性,市场调查及预测情况,包括用户对产品功能、用途、质量、使用维护、外观、价格等方面的要求。2)同类产品国内外技术水平,发展趋势。3)从技术上预期产品开发能达到的技
3、术水平。4)从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题5)投资费用及开发时间进度,经济效益和社会效益估计。6)现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。5.编制设计任务书第六页,共71 页。第七页,共71 页。(二)方案设计阶段1.对设计任务(rn wu)的抽象2.建立功能结构 分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。第八页,共71 页。第九页,共71 页。3.寻求原理解与求解方法 所谓原理解就是能实现某种功能的工作原理,以及实现该工作原理的技术手段和结构原理,即所谓的功能载体。从技术上和结构上实现工作原理的功能载体是以它具有的某种属性来完成某一功能的。4.初步设计方案的形成(1)系
4、统(xtng)结合法 所谓系统(xtng)结合法是按功能结构的树状结构,根据逻辑关系把原理解结合起来。(2)数学方法结合法第十页,共71 页。第十一页,共71 页。5.初步设计方案的评价与筛选(1)初步设计方案的初选 1)观察淘汰法 2)分数比较法(2)初步设计方案的具体化 具体化采用的方法大致有:绘出方案原理(yunl)图、整机总体布局草图、主要零部件草图。进行运动学、动力学和强度方面的粗略计算。进行必要的原理(yunl)试验。对于大型、复杂设备,可制作模型。(3)对初步设计方案进行技术经济评价第十二页,共71 页。(三)技术设计阶段 1.确定结构原理方案(1)确定结构原理方案的主要依据(2
5、)确定结构原理方案(3)评价和修改 2.总体设计(1)主要结构参数(2)总体布局(3)系统原理图(4)经济核算(jn j h sun)(5)其他 3.结构设计 结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上,对结构原理方案 结构化,绘制产品总装图、部件装配图;提出初步的零件表,加工 和装配说明书;对结构设计进行技术经济评价。(四)工艺设计阶段 1.零件图设计 2.完善(wnshn)装配图 3.商品化设计 4.编制技术文档第十三页,共71 页。二、系列化设计(shj)系列化设计(shj)的基本概念 系列化设计(shj)的优缺点 系列化设计(shj)的步骤第十四页,共71 页。(一)系列化设计的基本概
6、念(二)系列化设计的优缺点优点:1)可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2)系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基 型产品演变和派生而成的,可以大大减少设计工作量,提高设计 质量,减少产品开发的风险、缩短产品的研制周期。3)产品有较高的结构相似性和零部件的通用性,因而可以压缩工艺 装备的数量和种类,有助于缩短产品的研制周期,降低生产成本。4)零备件的种类少,系列中的产品结构相似,便于进行产品的维 修,改善售后服务质量。5)为开展变型设计提供技术(jsh)基础。缺点:1)用户有可能选不到最满意的产品。2)用户选择的产品有些功能可能冗余。第十五页,共71 页。(三)系
7、列(xli)化设计的步骤1.主参数和主要性能指标的确定2.参数分级 表223.制定系列(xli)型谱 系列(xli)型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。(1)纵系列(xli)产品(2)横系列(xli)产品(3)跨系列(xli)产品第十六页,共71 页。第十七页,共71 页。三、模块化设计(shj)模块化设计(shj)的基本概念 模块化设计(shj)的优缺点 模块化设计(shj)的步骤第十八页,共71 页。(一)模块化设计的基本概念 为了开发多种不同功能结构,或相同功能结构而性能不同的产品,不必对每种产品单独进行设计,而是精心设计出一批模块,将这些模块经过不同的组合来构造具
8、有不同功能结构和性能的多种产品。(二)模块化设计的优缺点(1)缩短开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力。(2)根据科学技术的发展,便于用新技术设计性能更好的模块,取代原 有旧的模块,提高产品的性能,组合出功能更完善、性能更先进的 组合产品,加快产品的更新换代。(3)大大缩短设计和供货周期。(4)有利于采用成组加工等先进工艺(gngy),有利于组织专业化生产,既提高 质量,又降低成本。(5)维护修理更为方便,对生产影响少。第十九页,共71 页。(三)模块化设计(shj)的步骤1.明确设计(shj)任务第二十页,共71 页。2.建立(jinl)功能结构第二十一页,共71 页。第二十二
9、页,共71 页。第二十三页,共71 页。3.合理确定产品的系列型谱和参数4.模块的组合5.模块的计算机管理系统(xtng)1)对模块进行编码,以便进行计算机管理。2)给出模块系统(xtng)最多可组合的产品数。3)对于用户的某一给定的设计要求,分析是否存在一种有效的组合方案。4)在满足要求的几种组合方案中进行评价,选择最佳的组合方案。5)若干有效的组合方案满足用户要求,为新的模块设计提供信息。6)给出已选方案的模块组装图、明细表及价格表。四、合理化工程第二十四页,共71 页。第三节 机械制造装备设计(shj)的评价 技术经济评价 可靠性评价 人机工程学评价 结构工艺性评价 产品(chnpn)造
10、型评价 标准化评价第二十五页,共71 页。一、技术(jsh)经济评价 建立目标系统和确定评价(pngji)标准 确定重要性系数 确定各设计方案的评价(pngji)分数 总权重值 技术评价(pngji)经济评价(pngji)第二十六页,共71 页。(一)建立目标系统和确定(qudng)评价标准(二)确定(qudng)重要性系数第二十七页,共71 页。(三)确定(qudng)各设计方案的评价分数 第二十八页,共71 页。(四)总权重(qun zhn)值(五)技术(jsh)评价(六)经济评价1.产品成本的组成2.现代产品的成本概念不但要考虑产品自身的生产成本,还必须考虑3.产品全生命周期内的其它消耗
11、。4.产品在生产过程中的成本,按其结算方式可分为(fn wi)单件成本和公共成5.本。第二十九页,共71 页。第三十页,共71 页。2.成本(chngbn)估算的方法(1)按质量估算法(2)按材料成本(chngbn)折算(3)应用回归分析进行(jnxng)估算(4)应用相似关系进行估算假设基型产品的生产成本近似按下式计算相似产品的估算成本应为第三十一页,共71 页。生产(shngchn)准备成本与产品成本的关系加工成本与尺寸比例(bl)系数的关系材料成本系数与尺寸比例(bl)系数的关系设相似产品与基型产品的尺寸比例系数为 则可推算出:(七)技术经济评价1)当 和 的值相差不太悬殊时,可用均值法
12、计算 的值,即2)当 和 的值相差很悬殊时,建议用双曲线法计算 的值,即第三十二页,共71 页。二、可靠性评价(pngji)可靠性特征量 可靠性预测(yc)可靠性指标的分配第三十三页,共71 页。(一)可靠性特征(tzhng)量第三十四页,共71 页。(1)可靠度 一般记为R。可靠度是时间的函数,故也记为R(t)。可靠度的观测值记为。(2)累积失效概率 也称为不可靠度,记为F(t),其观测值记为。根据概率互补(h b)定理由可靠度指标推算出累积失效概率,即(3)失效率(故障率)(4)平均寿命(MTTF)和平均无故障时间(MTBF)(5)可靠寿命第三十五页,共71 页。(8)平均修复时间(shj
13、in)MTTR(9)瞬时有效度A(t)(10)平均有效度(11)极限有效度A(6)维修(wixi)度(7)修复率第三十六页,共71 页。(二)可靠性预测 可靠性预测的定义及目的(md)影响产品可靠性的因素 可靠性预测包括单元可靠性预测和系统可靠性预测。可靠性预测的方法 如统计分析法,失效模式、影响及故障模式、影响(危害度)分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,缩写FMECA),故 障树分析法(Fault Tree Analysis,缩写ETA),可靠性逻辑框图法及 近似值法等。第三十七页,共71 页。1.串联系统(xtng)(非储备系
14、统(xtng))串联(chunlin)系统的可靠度为第三十八页,共71 页。3.混联系统(xtng)2.并联(bnglin)系统(储备系统,冗余系统)并联系统(xtng)的可靠度为:第三十九页,共71 页。4.表决系统 特点:组成系统的n个单元中,至少有r个单元正常(zhngchng)工作,系统才能正 常工作,大于(n-r)个单元失效,系统也就失效。这样的系统称为 r/n表决系统。第四十页,共71 页。5.旁联系统(xtng)6.复杂系统 复杂系统的可靠性计算(j sun)比较复杂,一般采用布尔真值表法、卡诺图法、贝叶斯分析法和最小割集近似法等。第四十一页,共71 页。第四十二页,共71 页。
15、(三)可靠性指标的分配1.可靠性分配的原则1)对技术成熟的单元,能够保证实现较高的可靠性,或预期投入使用时可 靠性有把握达到较高水平的单元,可分配较高的可靠度。2)对较简单的单元,组成单元的零部件的数量少,装配容易保证质量或故 障后易于修复的单元,可分配较高的可靠度。3)对重要的单元,该单元的失效将引起严重的后果,或该单元失效会导致 全系统失效,应分配较高的可靠度。4)对整个任务时间内需(ni x)连续工作,或工作条件严酷的单元,应分配较低的 可靠度。第四十三页,共71 页。2.可靠性分配方法(1)等同(dngtng)分配法(2)按比例分配法 1)当新设计的产品与原有产品基本类似,已知原有产品
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