現代機械設計方法1第1頁，課件共24頁，創作于2023年2月一、什么是摩擦學設計？研究有關摩擦、磨損與潤滑的科學與技術統稱為摩擦學，并把在機械設計中正確用摩擦學知識與技術，使之具有良好的摩擦學性能這一過程稱為摩擦學設計。摩擦的分類？摩擦帶電的原因？滑動摩擦的分類？磨損的三個階段？磨損曲線？2第2頁，課件共24頁，創作于2023年2月二、機械中的摩擦學問題---為什么要進行摩擦學設計？

機械中零部件的摩擦會導致能量的嚴重損失。據統計，全世界工業部門所用的能源有1／3--1／2消耗于機件間的摩擦。汽車發動機因摩擦而損失約30％的功率，紡織機械中因機件摩擦造成的功率損耗競高達85％。

1966年，英國的喬斯特(Jost)博士受工業大臣的委托，進行了大量的調查分析，在著名的喬斯特報告中方才提出，摩擦磨損和潤滑這三者應該合成為一個有機的整體，于是形成了一門新的學科——摩擦學，牛津大學辭典部為其編制了一條專門的英文詞匯Tribology。3第3頁，課件共24頁，創作于2023年2月三、摩擦學設計解決哪些方面的問題？1、能量方面2、表面強度方面3、運動性能方面4、特種要求方面5、伴生現象方面名義接觸面積指的是接觸面外邊界所包圍的面積，輪廓接觸面積指的是波紋凸起受壓形成的斑點的面積，實際的接觸點就分布在這些斑點內；實際接觸面積指的是這些實際接觸點的面積之和。在一般的機械零件相接觸時，輪廓接觸面積約為名義接觸面積的5%～15%，而實際接觸面積只為名義接觸面積的0.01%～0.1%。三種接觸面積4第4頁，課件共24頁，創作于2023年2月四、常用的摩擦機理1、微凸體機械鎖合作用2、微凸體粘焊作用3、犁溝效應4、微凸體塑性變形5、表面分子間與原子間力的作用5第5頁，課件共24頁，創作于2023年2月五、影響摩擦的主要因素及減摩設計1、材料2、溫度3、滑動速度4、載荷5、表面粗糙度6、表面膜6第6頁，課件共24頁，創作于2023年2月磨損的分類磨料磨損粘著磨損

表面疲勞磨損

腐蝕磨損

微動磨損

7第7頁，課件共24頁，創作于2023年2月六、磨損機理1、粘著與轉移2、切削3、疲勞4、塑性變形5、摩擦腐蝕6、熔化8第8頁，課件共24頁，創作于2023年2月可靠性設計產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。為了將可靠性量化：產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率，這就是可靠度。可靠性定義四要素：1、對象2、規定條件3、規定時間4、規定功能一、可靠性的定義9第9頁，課件共24頁，創作于2023年2月二、可靠性的尺度1、可靠度-用可靠度函數R(t)表示N-受測產品總數，n(t)表示從0到t時間內失效的產品個數F(t)=1-R(t)--不可靠度函數--失效概率密度函數10第10頁，課件共24頁，創作于2023年2月2、失效率失效率又稱為故障率，其定義為工作到某時刻t時尚未失效(故障)的產品，在該時刻t以后的下一個單位時間內發生失效(故障)的概率。用失效率密度函數表示：平均失效率11第11頁，課件共24頁，創作于2023年2月

例題今有100個某種零件，已工作了6年，工作滿5年時共有3個失效，工作滿6年時共有6個失效。試計算這批零件工作滿5年時的失效率。3、平均壽命

平均壽命是產品無故障的工作時間的平均值，平均壽命對于不可修復的產品和可修復的產品．含義分別為：對于不可修復的產品、其壽命是指它的失效前的工作時間。因此，平均壽命就是指該產品從開始使用到失效前的工作時間(或工作次數)的平均值，或稱為失效前平均時間，記12第12頁，課件共24頁，創作于2023年2月對于可修復的產品，其壽命是指相鄰兩次故障間的工作時間，稱為平均故障間隔，記4、維修度維修度就是對可能維修的產品在發生故障或失效后在規定的條件下和規定的時間內完成修復的概率。5、重要度

系統中的某設備發生故障而引起的系統故障次數占整個系統故障次數的比率，稱為該設備在該系統中的重要度。13第13頁，課件共24頁，創作于2023年2月綠色產品是指生產過程及其本身節能、節水、低污染、低毒、可再生、可回收的一類產品，它也是綠色科技應用的最終體現。綠色產品的第一個環節是設計。綠色產品要求產品質量優、環境行為優。

綠色產品的第二個環節是生產過程。要求實現無廢少廢、綜合利用和采用清潔生產工藝。

綠色產品的第三個環節是產品本身的品質。比一般產品更體現以人為本、提高舒適度和健康保護及環境保護程度。綠色產品的第四個環節是廢棄物便于處置。

綠色產品設計14第14頁，課件共24頁，創作于2023年2月綠色產品的公認標準：①產品在生產過程中少用資源和能源，并且不污染環境。②產品在使用過程中能耗低，不會對使用者造成危害，也不會產生環境污染物。③產品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能夠安全廢置并長期無慮。15第15頁，課件共24頁，創作于2023年2月

綠色產品設計就是把產品視為與人類共存的生命體，對它的研究要基于它自身的從需求、設計、制造到銷售、使用、廢棄／回收再生的廣義產品生命周期，并行地考慮生命周期內每一個階段產品與人和環境的相互影響.對工業設計而言：核心是3RReduceRecycleReuse16第16頁，課件共24頁，創作于2023年2月綠色設計的方法

1）模塊化設計

對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能，不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，滿足不同的需求。

模塊化設計既可以很好的解決產品品種規格，產品設計制造周期和生產成本之間的矛盾，又可為產品的快速更新換代，提高產品的質量，方便維修，有利于產品廢棄后的拆卸，回收，為增強產品的競爭力提供必要條件。

2）循環設計

循環設計既是回收設計（DesignforRecovering&Recycling)，就是實現廣義回收所采用的手段或方法，即在進行產品設計時，充分考慮產品零部件及材料的回收的可能性，回收價值的大小，回收處理方法，回收處理結構工藝性等與回收有關的一系列問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，環境污染最小的一種設計的思想和方法。

17第17頁，課件共24頁，創作于2023年2月優化設計

optimaldesign從多種方案中選擇最佳方案的設計方法。它以數學中的最優化理論為基礎，以計算機為手段，根據設計所追求的性能目標，建立目標函數，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優的設計方案。

第二次世界大戰期間，在軍事上首先應用了優化技術。1967年，美國的R.L.福克斯等發表了第一篇機構最優化論文。1970年，C.S.貝特勒等用幾何規劃解決了液體動壓軸承的優化設計問題后，優化設計在機械設計中得到應用和發展。

18第18頁，課件共24頁，創作于2023年2月

隨著數學理論和電子計算機技術的進一步發展，優化設計已逐步形成為一門新興的獨立的工程學科，并在生產實踐中得到了廣泛的應用。通常設計方案可以用一組參數來表示，這些參數有些已經給定，有些沒有給定，需要在設計中優選，稱為設計變量。如何找到一組最合適的設計變量，在允許的范圍內，能使所設計的產品結構最合理、性能最好、質量最高、成本最低（即技術經濟指標最佳），有市場競爭能力，同時設計的時間又不要太長，這就是優化設計所要解決的問題。步驟：①建立數學模型②選擇最優化算法③程序設計④制定目標要求⑤計算機自動篩選最優設計方案

常采用的最優化算法：逐步逼近法，線性規劃和非線性規劃

19第19頁，課件共24頁，創作于2023年2月有限元設計(FEA)有限單元法是隨著電子計算機的發展而迅速發展起來的一種現代計算方法。它是50年代首先在連續體力學領域--飛機結構靜、動態特性分析中應用的一種有效的數值分析方法，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題。有限元法分析計算的思路和做法：1）物體離散化2）單元特性分析

A、選擇位移模式

B、分析單元的力學性質

C、計算等效節點力

3）單元組集4）求解未知節點位移20第20頁，課件共24頁，創作于2023年2月模糊控制設計

自從1965年美國加利福尼亞大學控制論專家L.A.zadeh教授提出模糊數學以來，吸引了眾多的學者對其進行研究，并且廣泛地應用于自然科學和社會科學的各個領域.1974年英國的E．H．Mamdani成功地將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機控制。此后模糊控制不斷發展并在許多領域中得到成功應用。模糊控制能夠解決許多復雜而無法建立精確數學模型系統的控制問題，所以它是處理推理系統和控制系統中不精確和不確定性的一種有效方法。從廣義上講，模糊控制是適于模糊推理，模仿人的思維方式，對難以建立精確數學模型的對象實施的一種控制策略。它是模糊數學同控制理論相結合的產物，同時也是智能控制的重要組成部分。模糊電視,模糊冰箱,模糊空調,聽說過嗎?21第21頁，課件共24頁，創作于2023年2月模糊控制的特點1、控制系統的設計不要求知道被控對象的精確數學模型，只需要提供現場操作人員的經驗知識及操作數據。2、控制系統的魯棒性強，適應于解決常規控制難以解決的非線性、時變及大純滯后等問題。3、以語言變量代替常規的數學變量，易于形成專家的“知識”。4、控制推理采用“不精確推理”(ApproximaticReasoning)。推理過程模仿人的思維過程。由