高 等 教 育 自 学 考 试
毕业设计（论文）说明书
汽车检测与维修（独立本科段）
市 地： 郑州市
准考证号： [1**********]1
姓 名： 谷萌阳
指导教师： 于秀涛
河南科技大学高等教育自学考试办公室
传统机械设计的经典性分析
摘 要
传统的机械设计是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计，也称常规设计。优化设计技术提供了一种在解决机械产品设计问题时，能从众多的设计方案中寻找尽可能完善的或最为适宜的设计方案的先进设计方法。采用优化设计方法能有效提高设计效率和设计质量，优化设计已成为现代机械设计理论和方法中的一个重要领域，越来越受到从事机械设计的科研工作者和工程技术人员的重视。传统机械设计博大精深，现代设计的各种理论和方法能迅速建立和蓬勃发展，都得益于这一坚实基础。之所以具有如此凝重的基础作用，就在于它的经典性。传统机械设计的基本观念、概念摸式、设计准则、等效处理、方式方法等方面，对其经典性加以评述。
关键词：机械设计，传统，经典性
TRADITIONAL MECHANICAL DESIGN CLASSIC
Abstract
Traditional mechanical design is a strength and low-voltage control to the center of the safety factor design，experience design，analog design，and mechanical and electrical separation design，also known as the conventional design.Optimized design technology provides the advanced design of a mechanical product design problem to solve，can find the best possible design program or the most appropriate design method.The optimal design method can effectively improve design efficiency and quality of design，optimize design has become an important field of modern mechanical design theory and methods，more and more attention of scientists engaged in the mechanical design and engineering and technical personnel.Traditional mechanical design is profound，a variety of theories and methods of modern design can be quickly established and flourish，have benefited from this solid foundation.The reason has a fundamental role so dignified，is that it's a classic.From the basic concept of the traditional mechanical design，the concept of the touch-type ，design criteria，the equivalent processing，such as ways and means to be its classic commentary.
Keywords: Mechanical design，Traditional ，Classical
目 录
前 言 ................................................................................................................................ 1
第1章 传统机械设计发展概述 .................................................................................... 2
1.1传统机械设计方法 ............................................................................................ 2
1.2 设计理论和设计方法的研究 ........................................................................... 2
1.3 机械设计发展分析 ........................................................................................... 3
第2章 国内外机械设计的动态 .................................................................................... 5
2.1 国内机械设计的动态特征 ............................................................................... 5
2.1.1 对中国古代机械工程史的研究 ............................................................ 5
2.1.2 国内机械发展 ........................................................................................ 6
2.2 国际上机械设计的特征 ................................................................................... 6
2.2.1 各国在设计上的特色 ............................................................................ 6
2.2.2 机械设计的特点 .................................................................................... 7
第3章 传统机械设计理论概念的经典模式 ................................................................ 8
3.1载荷的概念 ........................................................................................................ 8
3.2应力的概念 ........................................................................................................ 9
3.3强度的概念 ........................................................................................................ 9
第4章 传统设计的设计准则的经典性 ...................................................................... 11
第5章 传统设计的等效处理经典方法 ...................................................................... 12
第6章 传统设计的经典观念 ...................................................................................... 13
第7章 传统机械设计与现代机械设计分析 .............................................................. 14
7.1先进机械设计制造技术的特点 ...................................................................... 14
7.2机械设计现状 .................................................................................................. 15
7.3现代机械设计理论与方法 .............................................................................. 15
7.3.1 利用现代计算机软硬件技术的设计方法 .......................................... 16
7.3.2积极开发发展绿色设计、制造 ........................................................... 17
结 论 .............................................................................................................................. 18
参考文献 ........................................................................................................................ 19
致 谢 ............................................................................................................................ 20
前 言
人类成为“现代人”的标志就是制造工具。在远古的石器时代就有了各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具也后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。
在这个漫长的经历中，人类完成了从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代。在这以千年计的实践中，在机械发展方面还是积累了相当多的经验和技术知识，成为后来机械工程发展的重要潜力。17世纪以后，资本主义在英、法和西欧诸国出现，商品生产开始成为社会的中心问题。18世纪后期，蒸汽机的应用方便了部分的重工业、轻工业，制作机械的原材料也从以往的木质转变为质地比较坚硬的钢铁。标志着机械制造工业基本成形，幷在几十年中成为重要工业。
以往的机械制造主要是以经验为主要基准，完成对所需机械的设计与制造，而经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。但这种设计方式缺乏精确的设计数据和科学的计算方法。随着人类的发展进步，机械设计也在逐步的向更科学更精密的方向发展，在汽车设计过程中也引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。这样的发展趋势就产生了以往的依靠经验的传统性机械设计制造向现代技术分析为基础的设计的演变与完善。
第1章 传统机械设计发展概述
机械设计是为生产机械所必需进行的工作步骤，它具有明显的经典性。说起传统机械设计的经典性就要探讨一下它的发展史。
1.1传统机械设计方法
传统机械设计方法是经验、类比式的设计的方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计，在计算方面只进行静态分析并将载荷、应力集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的方法。传统机械设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。另外传统设计是一种串行设计，既一个零件从设计到生产是一个阶段，工作完成之后才进行下一个阶段的工作，例如：首先进行初期的规划设计，接着进入总体方案设计，然后有结构人员设计出零件的结构之后完成工艺文件的编制，最后将图纸及工艺规程交给生产工人，加工出零件的原型，如需改进的话再返回零件的改进信息。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间因此开发周期时间长，并且串行设计过程中各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调，但其优势也是很突出的，如：工作分工详细不容易出现漏洞减少了不必要的麻烦工人在操作是也很容易辨析。
1.2 设计理论和设计方法的研究
自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思维、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计、相似性设计、智能设计等新概念。从设计准则来看出现了优化设计、可靠设计有限元等概念。从设计手段来看出现了计算机辅助设计，不仅普及了三维设计CAD 软件，而且功能全面的三维造型软件也
进入了实用阶段。但现代这些机械设计的日新月异都是在传统机械设计的基础上开展起来的，所以要想在机械设计上有更新的方法，研究和探讨传统机械设计的经典性是非常有必要的。
1.3 机械设计发展分析
机械在我们的生活中无处不在，可以说一部人类的发展史就是机械设计的发展史，不过机械实际的发展还是可以划分为几个阶段的。
第一阶段，个人经验阶段。这一时期主要是指机械设计的初期，还没有发展出机械设计的相关理论，主要是人们为了解决生产生活中的实际问题而发明的，这一时期的机械结构简单，完全靠设计者的经验，没有一定的理论方法，至多靠人们口耳相传获得经验，不过依然成果显著。典型的代表如春秋战国时期控制射击的弩。
第二阶段，实验或模型试验阶段。这一时期机械设计已经发展相对成熟，机械设计已经发展为一项比较重要的事业，但是机械设计还没有发展到理论公式设计的水平，不过人们已经总结出了一些机械的成品。
第三阶段，以静态分析为主（简单建模）。这一时期机械设计由实验设计转为理论设计的阶段，20世纪60年代，随着机械生产数量的不断增加，对产品质量也随之提高，为了适应生产的需要出现了液压技术，电子技术等，这一时期在设计机械，性能确认是已经不再仅仅依靠试验，而是考理论推导，这大大加快了机械设计的速度，也大大提高了机械设计的能力，由于有了设计的理论和方法，机械设计不再那么模糊，从这一阶段开始人类进入了机械设计的大发展时期. 日本在这一时期的发展就是这样的，再上一个阶段，日本主要是引进模仿美国的机械，并且日本已经达到了世界先进行列，在70年代日本也走向了”独立设计”的道路，最终于欧美等国并驾齐驱。
第四阶段，以静态分析为主（复杂建模）。这一阶段是机械设计成果非凡的时期，由于过去建立的力学模型简单，只能解决不太复杂的问题，已经不能适应当时的设计需要，利用实验已经成了过去。这是人们开始考虑如何建立更加复杂更加贴近实际的模型。这一阶段发展出了最优化设计，有限元法，可靠性设计，断
裂力学，CAD 等等，这些方法都是改进了以前的模型，使之更加接近实际，所得结果更加精确。
最优化方法，也称运筹学方法，他最早是在60年代应用与机械设计，虽然历史较短，但发展迅速，有机械结构优化，结构参数优化等，这些方法使得我们在设计机械时不仅仅局限于实现功能，更要用最优的方法实现，在今天发展出了多个分支，实现了从功能设计，方案设计，技术设计，建模，结果评价等各个方面的优化，在保证质量，缩短研发周期方面发挥了重要作用。
第五阶段，以动态分析为主。在速度不太高的机械中静态分析就可以胜任了，但在高速机械中由于各部件高速运转所产生的惯性力就不得不考虑了，由于运动所产生的动载荷甚至成了机器最大的载荷，我们把考虑机器运转时产生的动载荷的设计方法成为第五阶段。其实这一阶段基础理论并没有太多的创新，相关的力学基础理论早在牛顿时期就已经建立完成了，之所以把它单独划分为一个阶段主要是因为这是一个设计思路的转变，是一种概念的创新。现在许多软件也可以完成动力学仿真，如：Adams ，pore 虚拟建模，组装，定义材料属性在进行动力学仿真，可以获得受力特征，运动特征等等，这样是我们建立模型的环境与我们真实生活的更加接近了，大大的提高了机械产品的性能。
第2章 国内外机械设计的动态
2.1 国内机械设计的动态特征
2.1.1 对中国古代机械工程史的研究
关于于中国机械传统的记述和传说长期流传一事，引起了历代擅长技术者和文人的注意和好奇。三国时期的马钧曾再度发明前人的指南车、翻车，明末的王徵试图复原指南车、木牛流马等。王祯撰《农书·农器图谱》，薛景石撰《梓人遗制》，宋应星著《天工开物》，记载了他们所了解的机械。
中国古机械较早引起了国外学者的注意。1909年起，格里(Giles)、摩尔(Moule)、朗基斯特(Lanchester)等人先后推测过指南车的传动机构。20世纪20年代以后，中国的历史学家、机械工程学家和文博专家开始了中国古代机械的文献研究和专题研究。1925年，张荫麟翻译了英国人摩尔的论文《宋燕肃吴德仁指南车造法考》，且撰写了《宋卢道隆、吴德仁记里鼓车之造法》，刊载在《清华学报》上。1935年，刘仙洲在清华大学出版《中国机械工程史料》，初步整理了汉语古籍中关于机械的记述。王振铎则根据古文献的记载，试图复原古代的机械装置。1936年，他在《燕京学报》上发表《汉张衡候风地动仪制法的推测》，并在北平研究院复原指南车、记里鼓车。这些早期的工作开创了中国机械工程史的研究。
1950-60年代，刘仙洲开展了机械原动力、计时器、齿轮、凸轮等方面的专题研究。基于这些研究，他撰写了通史性著作《中国机械工程发明史》（第一篇）和《中国古代农业机械发展史》，初步勾画了中国机械技术发展的大致脉络。书中收入了关于耧、辘轳、独轮车等方面的调研成果。后来，刘仙洲曾组织学者从2万余种古书中查找古机械的线索和记述，留下了大量的卡片。近年来，学者对这些资料进行了整理。
复原是古代机械史研究的一个重要方面。王振铎等长期从事古代机械史的专题研究和复原。在文献分析和考古发现的基础上，为中国历史博物馆复原了地震
仪、指南车、记里鼓车、水运仪象、水排等机械装置，其主要成果收入他的文集《科技考古论丛》。
英国李约瑟(Joseph Needham)注意从东西方文明的比较这一视角，审视中国古代的机械和技术传播，同时探讨机械技术与其它知识的关系。他参考了中国学者和西方学者的研究成果，在王铃的协助下撰写了《中国科学技术史》机械工程分册。该书初版于1965年，后被翻译成日文和中文，是国外学者了解中国机械技术传统的一个重要窗口。
2.1.2 国内机械发展
中国有连续的文化传统，保留了繁浩的古籍。有关古代机械的记载，散见于多种体裁的典籍之中。然而，关于技术的文字记述或绘图大多过于简略，时常仅有只言片语，甚至找不到任何记载。考古发现能够提供某些可靠的第一手资料，但其内容显然是有限的。多数古代机械的制作材料是木、竹等不易长期保留的材料，只有少数零件是用石头和金属制作的。这使得我们在考古资料中很少有机会找到结构比较完整的机械。像古代车辆和铜车马这样的发现毕竟是少数。
古代典籍和考古资料的缺憾限制了人们对机械技术传统的认识。因此，单纯基于文献和考古发现的技术史研究是有一定局限性的。进一步发现技术传统的一个有效途径就是调查现存传统技术，且从科技史、文化史、人类学、民俗学等角度去展开讨论。
2.2 国际上机械设计的特征
2.2.1 各国在设计上的特色
1、德国的包装机械在计量、制造、技术性能方面均属世界一流。主要体现在：工艺流程的自动化、生产效率高，满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求；设备具有更高的柔性和灵活性。主要体现在生产的灵活性、构造的灵活性和供货的灵活性，以适应产品更新换代的需要；利用计算机和仿真技术提供成套设备，
故障率低，可以进行远程诊断服务；对环境污染少，主要包括噪音、粉尘和废弃物的污染。
2、意大利包装机械行业的最大优势就在于可以按照用户的要求进行设计和生产，并能保证很好地完成设计、生产、试验，实现监督、检验、组装、调整和用户需求分析等。
3、日本的食品包装机械，虽然以中小单机为主，但设备体积小、精度高、易于安装、操作方便、自动化程度也较高。
2.2.2 机械设计的特点
生产规模：小批量少品种大批量多品种变批量。资源配置：劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型。生产方式：手工机械化单机自动化刚性流水自动线柔性自动线智能自动线。工艺方法：重视加工前后处理、重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备、工艺材料为一体的成套技术。过程控制：把对物流、检验、包装、储存过程的控制作为制造技术的组成部分。建立产品循环系统：设计生产准备加工制造销维修回收利用，整个过程形成一个良性循环。
第3章 传统机械设计理论概念的经典模式
传统设计理论根据自己的观念建立了具有经典性的一系列的概念，从而形成了静态解析理论体系其概念的建立大致有两种模式：第一，将客观的变动态抽象为稳定状态或静态进而建立概念；第二，对其有随机性的的概念，没有完整的概率统计方法来描述，而是略去其分散趋势的统计特征，仅只抓住集中趋势的统计特征来建立概念。下面就将几个普遍的概念加以评述：
3.1载荷的概念
传统理论认为机械和零件受的载荷可以分为静载荷和变载荷两大类。严格地讲，静载荷的加载状况在工程实际中是很少见的甚至是不存在的，而且从广义的角度看，实际服役中的机械和零件所承受的载荷，大都是连续性随机载荷，这中间可分为两种：一种是具有确定规律变化的载荷；另一种是不确定的幅值和频率随时间变化的载荷；这之后一种载荷就是狭义的随机载荷。
真实载荷的历程是千变万化的，看起来杂乱无章，但它可以用概率论和数理统计方法来描述。例如可以将实测的载荷时间历程描绘成能反应真实情况，具有到表性的典型载荷谱也可以将载荷随机过程看成平稳的随机过程，作为平稳随机过程的变载荷，它的量值、频率和载荷改变速率都是随机变化的。但是传统理论没有用概率统计的方法来处理载荷的随机性，而是引进名义载荷和计算载荷的概念来处理的。这就是在分析机械或零件的载荷时，将真实得广义的随即载荷折算成计算载荷，然后将进行设计。在这里，计算载荷是在考虑各种影响因素后，对名义载荷进行修正后的载荷；而名义载荷则是根据原动机或负载的额定功率应用理论力学方法计算出来的作用在机械或零件上的载荷。这样，在传统理论中就将随机载荷转换成在稳定工作条件下作用在机械或零件上的载荷，从而将“载荷”这一最基本概念纳入到经典概念之中。
3.2应力的概念
在传统的强度设计中，一般以名义应力为计算的基础，同时还引入了极限应力和许用应力两个概念，名义应力是将计算载荷代入材料力学或弹性力学公式计算而得的零件截面或表面上的最大应力，这是在稳定工作条件下作用在零件上的工作应力。极限应力是根据材料性质及应力种类，所采用的材料某种机械性能的极限值（如强度极限或屈服极限）。很明显，在传统理论中为了确定极限应力的具体数值，就通过实验，重复测出材料的某种机械性能大量的随机数据，再应用概率论和数理统计的方法求出其均值—数学期望。但是要知道，在概率统计中把握大量数据的整体特征，这就是集中量数和差异量数由于数据的分布既有集中趋势分布中心的指标称为集中量数，像某一组数据的算术平均值，就是集中量数。而将反映分散的数据间的差异程度的指标称为差异量数，如方差、标准差等就是差异量数。可是传统机械设计理论受缚于稳定性解析的观念只取了反应随机变量集中趋势的指标却摈弃了反应它的分散趋势指标，因而是没有反应随机变量大量数据的整体特征的，但现代机械概率设计理论却很好地解决了这个问题。许用应力是计算应力允许达到的最大值，而计算应力是与计算载荷具有相同模式的概念，即对名义应力进行修正后的应力，它也是在稳定工作条件下作用在零件上的应力。
现代设计理论对应力的随机性按其设计中的影响分为两种。一种是零件本身所受的应力随时间的随机变化，另一种是相同的零件间的差异，是反映同样零件在同样工作条件下，由于受一些随机因素的影响，而实际引起的应力不一致。
3.3强度的概念
保证必要的强度是零件设计的首要任务。在时机零件时，最好是选定材料做大量的强度试验，并将实验数据按概率统计方法处理后，作为机械零件强度计算的依据。强度这一概念应从两个方面来理解：一是材料的机械性能指标；二是零件或机械承受应力的能力。强度的大小，一般用应力的大小来衡量。传统理论认为应力是由于对零件或机械功能有影响的外界因素的作用而产生的，这种外界因素仅限于机械的和热的作用，但现代设计理论根据所建立的应力—强度模型，认
为对应力和强度需作广义理解，应力除传统理论所说的机械应力外，还将力（载荷）、变形、温度、磨损、油膜、电流、电压等这些直接影响零件或机械功能的因素一概包括在应力的概念之中。同样，强度除通常的机械强度外，尚应包括承受上述各种形式应力的能力。
在传统设计理论中，当提到材料的强度时，则是指采取不完整的概率统计方法来处理，即只反映材料机械性能指标的集中趋势，而忽略其分散趋势，当提到零件或机械的强度时，则是指其在稳定工作条件下承受应力的能力。因此，无论是材料的强度还是零件或机械的强度，都将其随机性俺盖住了。
第4章 传统设计的设计准则的经典性
机械是与社会的需要相适应并作为对社会有用的工具而存在。机械的工作能力是由机械的性能来表现的，同时要求在规定的使用期限内它必须发挥其应有的性能，而不发生失效，此外，考虑机械性能的成本价格也是非常重要的，因为这反映了机械在社会资源利用或降低社会资源消耗，实现企业社会效益与经济效益的最终目标方面的属性。因此，现代机械理论认为，机械设计的准则机能、可靠性和价格。这是一个完整的机械设计准则体系，既包括了机械的工作能力准则，也包括了机械的效益准则。
传统设计仅根据机械或零件的失效分析结果，以防产生各种可能的失效目的，制定出计算该机械或零件所应依据的计算准则。这种计算准则，实际上只是机械或零件的工作能力准则。对于工艺和材料的选用原则中去考虑，似乎成了第二位的，而未直接作为设计准则来考虑，因而造成一般设计者往往只关心技术而忽视生产成本，这种倾向的产生，一方面由于受着传统的合格实际观念束缚，不明确成本的大部分是有设计来决定的，统计结果表明，产品成本的70~80%在设计阶段已经确定下来。另一方面是对日趋激烈的国内外市场和价格竞争态势认识不足。在机械设计传统理论和方法达到完备，并被广泛推广和普及的20世纪60年代，由于产业集团之间、国与国之间的竞争不像今天这样激烈、技术完备和经济效益的关系不像今天这样水乳交融、休戚相关，人们将技术和生产成本分开来考虑是不足为奇的。但是在科学技术(特别是高技术产业开发) 和社会经济高速发展的今天，光有技术头脑是而无经济头脑就不行了。因此现代设计理论提出，产品的性能、结构和制造工艺等确定，材料、能源的选用与节约都决定与设计阶段。要降低产品成本，必须从设计入手，仅仅靠加工中降低工时消耗是远远不够的。
第5章 传统设计的等效处理经典方法
传统设计在进行理论分析时，基于观念的制约和所确定的力学—数学模型的需要，常常将复杂的的具体问题作了一些等效处理。而使理论分析的目的性和问题的本质更加明确，也使分析的过程得到简化。具体的等效处理方法大致有以下几种：
1、将不同的参量折算成同一参量的等效处理
这是引入等消系数或折算系数，将不同的作用量折算成当量。例如当轴受弯扭组合变形时，就是将转轴的弯矩M 和转矩T ，联合折算弯矩. 又如在进行轴疲劳安全系数校核计算时引入了与材料有关的弯曲（扭转）等效系数，将平均应力折算成应力幅，从而将循环变应力的应力幅和平均应力这两个参量都归并成应力幅这样一个参量。
2、将合成作用状态转化成特定状态的等效处理
这是以实验为基础的一种等效处理方法，因为特定状态易于通过实验来实现。例如由于滚动轴承样本及机械设计手册所列的额定载荷C ，是以特定条件下实验为基础的经验公式计算出来的额定载荷，而滚动轴承在机器中所承受的实际载荷性质和工作条件与实验时的载荷性质及工作条件不可能一致。所以必须通过等效处理，将实际载荷折算成与额定动载荷C 值相同条件下的载荷值、才能和额定动载荷C 值进行比较。折算后的这一等效假想载荷称为量动载荷P 因此可以理解为：当量动载荷P 与实际载荷作用下的轴承寿命是相同的。
3、将不稳定状态转化成稳定状态的等效处理
传统设计理论在其稳定性解析的观念指导下，在对变应力强度进行理论分析时都是运用等效处理手段，将随机不稳定变应力和规律不稳定变应力，转化成稳定循环变应力；而在稳定循环变应力中，由于对称循环的平均应力等于零，只有应力幅才能表现出其应力循环的强度，因此就将非对称循环变应力转化成对称循环变应力。
第6章 传统设计的经典观念
传统机械设计的理论和方法，从确立到发展、深化，最后形成休系均是建立在如下的观念基础上的：第一，静态解析和稳定性解析的观念；第二，合格设计的观念。我们不能简单地将这些观念当成是低级、平庸、落后的观念。实际上在进行理论研究时，人们应具备某些最基本的观念，没有这些观念作基础，任何研究都无从开展，任何理论也建立不起来。正如牛顿力学是建立在绝对时空观念和物质的质量固定不变的观念而爱因斯坦狭义相对论是建立在相对性原理和光速不变原理的观念上一样，机械设计的传统理论必然要以某些观念为基础，这就是上面所说的两个观念。之所以这样认为，主要原因是：
1、受着牛顿力学框架的影响。在传统的设计理论形成时期，人们习惯于牛顿力学的思维方式，总是将处于变动状态之中的事物，抽象为处于相对稳定状态之中来描述；再加之受当时的实验和模拟技术水平的制，所以就把复杂状态的问题，尽量采取近似的、粗略的简化处理，不然就难以进行实验模拟和数值处理。
2、受着机械生产水平的制约。在传统设计理论发展时期，社会对机械生产要求不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展，机械系统和产品结构也不象今天这样日趋复杂。既然当时的要求不高，而在这样观念指导下的机械设计又能很好地适应和满足当时社会的需要，应该说这种观念是适时的。
3、因客观条件的限制，人们的思维还被充分开发。这主要是指： 第一，传统设计的理论和方法赖以存在的基础理论也在逐步地健全和发展； 第二，对某些业已成熟的基础学科在应用于设计时，需要进行与当时水平相适应的简化建模处理；这些过于粗略的简化假设和简陋的计算模型不太尽人意，但在当时却能奏效，因此人们就接受了这种观念，而且对它的完善程度也未曾产生过怀疑。
4、受着当时计算手段的局限。不象今大这样广泛使用电子计算机，在那个时代只有计算尺或电功计算器。因此，在这种情况一人们维系着这样的观念是不得已而为之的。尽管传统机械设计理论的这样的观念只能引导人们粗略地反映客观，但毕竟在一定的范田内和一定的条件下能够较真实地反映客观，这不能不说是人类文明进步的一种成果，因而也就表现出这样的观念的经典性来。
第7章 传统机械设计与现代机械设计分析
现代机械具有智能化、集成化、并行性、动态性等特点，高精度、高速度、自动化、从设计到制造再到操作实现电脑程序程控制。现代机械是一个开放式的一体化机械。已不是单一的的机械部件或结构，它包括电力、电子、流体、人机对话等多学科。是一门综合化的学科。
传统机械的最大优点是解放了劳动力，缺点做不到智能化、自动化、并且精度低、功率低、速度慢 。传统机械主要是单一的机械传动，实现复杂的功能时，就会产生更为复杂的机械结构。
7.1先进机械设计制造技术的特点
1、面向21世纪的技术
先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向21世纪的技术。
2、面向工业应用的技术
先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。
3、驾驭生产过程的系统工程
先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制
造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
7.2机械设计现状
在现阶段，机械设计工作是按设计人员根据设计对象的要求，参考各种有关资料、参数数据及制造标准等计算公式，考虑加工方法及生产设备条件，与同类产品相比较，再由人来构思，拟订产品的初步方案或结构草图，进行多次反复的计算、分析、综合比较 选取在经济性、工艺性及可靠性等方面较为合理、完善的方案。然后根据这个初步设计绘制、设计图纸，并编制有关文件资料，当然还需要在这个过程中进行修改。这种方法比以前的设计方法得到了长足的发展，使设计周期大大缩短，质量大大提高，人力、物力大大减少，而且还减少了设计的盲目性，所以现阶段得到了广泛应用，特别是一些中小型企业和私营企业。
但是，这种设计的工作量大多由人来完成，一般很难做到优化设计，主要凭经验、类比、估算、模仿来代替设计，所以存在一些明显的不足之处。主要表现在以下几个方面：设计的精确度不高，使产品的安全性能受到影响；设计过程中材料浪费严重；设计费工费时，延长了设计周期；有许多具体设计内容还不是很成熟，带有很大的经验性、盲目性，这样就耗费了大量的资金和时间。
总之，当代的各种设计方法有其自身的特点，能满足一定的市场需求，但时代在前进，市场对机械产品会提出越来越多的严格要求，如果不改进设计方法，势必会被淘汰。
随着科技的进步，试验手段的加强，设计水平发展很快。首先，机械设计的基础理论和各种专业产品设计机理的研究得到进一步加强；其次，关键零部件的设计研究得到加强。纵观整个设计发展过程，设计从宏观走向微观，从静态走向动态，从单目标设计走向多目标综合设计。
7.3现代机械设计理论与方法
设计理论是对产品原理和机理的科学总结，设计方法是使产品满足以及判断产品是否满足设计原则的依据。现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具
科学性和逻辑性。但一些方法要有完善和发展的过程，所以现代设计方法还不能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍是现代设计方法的重要组成。
7.3.1 利用现代计算机软硬件技术的设计方法
采用三维图形和超媒体技术描述产品的构思和产品结构，在产品开发初期即采用计算机辅助设计，借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了现有的CAD 尖端技术—虚拟现实技术。
1、产品规划—构思产品
其任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD 立体模型表示出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。
2、开发—设计产品
该阶段主要根据系统合成原理，在立体模型上配置和集成解元素，把实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置进行分析。产品配置分析是综合产品规划和开发结果的重要手段。
3、生产规划—加工和装配产品
在这一阶段中运用CAD 技术，用计算机图案显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法。CAD 技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在产品规划、开发和生产规划中连续地交替进行，可以较早发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术以及虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的确定需要软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
7.3.2积极开发发展绿色设计、制造
1、绿色设计制造是现代设计制造的可持续发展模式
人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐渐转变为技术型发展模式，依靠科技进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源与环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观—可持续发展。
2、发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇
开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大，见效慢，经济效益不如直接抓成本、抓产量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿采取措施。实际上，绿色制造不仅是一个社会效益显著的行为。环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好社会形象，为企业增加无形资产。因此，对待绿色制造不应该被动地遵守政府和社会道德方面作出的规定，而应该把绿色制造看做是一种战略经营决策。
3、发展绿色制造将推动新一轮技术创新
在全球性竞争日趋激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。事实上，无论从技术发展，还是从需求推动的角度，绿色制造已经在影响和引导当今的技术发展方向。从产品设计到制造技术，从企业组织到营销策略的制定，一批绿色制造技术与概念已经在发展之中。
实施绿色设计制造是一个极其复杂的系统工程，研究一套绿色设计制造的评估指标体系和评估系统，是当前绿色设计制造的研究和实施急需解决的问题。
结 论
传统机械设计理论和方法是博大而精深的，经过长期发展，它的理论完备，体系完整，实用性强。现代机械设计的诸多理论和方法，均是对它的某个或某些观念、观点、假设、概念、原则、准则、方式、方法等有所突破和继承才建立起来 的，这充分表现出它深广凝重的经典特性。尽管我们现在已有了更为科学化、系统化、完善化、现代化的设汁理论和方法，但传统设计仍是不可缺少的，依然是重要的基础。传统的机械设计是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计，也称常规设计。而现代机电产品设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机技术为工具的机电一体化系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高水平、高效率地设计出性能优良、市场欢迎、经济效益显著的新型产品。传统机械设计博大精深。现代设计的各种理论和方法能迅速建立和蓬勃发展，都得益于这一坚实基础。
参考文献
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[16] 刘子建，叶南海．现代CAD 基础与应用技术[M]．长沙：湖南大学出版社，
2004．
致 谢
大学的生活即将结束，在本次毕业设计的过程中非常感谢于秀涛老师的细心指导和谆谆教诲，您不仅是我们敬爱的老师、长辈，同时也是我们在生活中的朋友。在我写论文的过程中，于老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的构思和资料的搜集方面，还是在论文的研究方法及成文定稿方面，我都得到了于老师的悉心细致的教诲和无私的帮助，再次向我敬爱的于老师致以深深的感谢！
在此也还要感谢在我的大学生涯中对我无私付出的老师们，因为有你的默默支持，才有我今天的成绩；同时还要感谢和我一起共同努力的同学们，因为有你们和我的共同努力，我们克服论文中的种种困难，我们一起讨论，一起进步，和我合作共同完成本次毕业论文。
感谢各位评委专家在百忙中抽出宝贵时间对我的论文进行评审，请多批评，谢谢。
高 等 教 育 自 学 考 试
毕业设计（论文）说明书
汽车检测与维修（独立本科段）
市 地： 郑州市
准考证号： [1**********]1
姓 名： 谷萌阳
指导教师： 于秀涛
河南科技大学高等教育自学考试办公室
传统机械设计的经典性分析
摘 要
传统的机械设计是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计，也称常规设计。优化设计技术提供了一种在解决机械产品设计问题时，能从众多的设计方案中寻找尽可能完善的或最为适宜的设计方案的先进设计方法。采用优化设计方法能有效提高设计效率和设计质量，优化设计已成为现代机械设计理论和方法中的一个重要领域，越来越受到从事机械设计的科研工作者和工程技术人员的重视。传统机械设计博大精深，现代设计的各种理论和方法能迅速建立和蓬勃发展，都得益于这一坚实基础。之所以具有如此凝重的基础作用，就在于它的经典性。传统机械设计的基本观念、概念摸式、设计准则、等效处理、方式方法等方面，对其经典性加以评述。
关键词：机械设计，传统，经典性
TRADITIONAL MECHANICAL DESIGN CLASSIC
Abstract
Traditional mechanical design is a strength and low-voltage control to the center of the safety factor design，experience design，analog design，and mechanical and electrical separation design，also known as the conventional design.Optimized design technology provides the advanced design of a mechanical product design problem to solve，can find the best possible design program or the most appropriate design method.The optimal design method can effectively improve design efficiency and quality of design，optimize design has become an important field of modern mechanical design theory and methods，more and more attention of scientists engaged in the mechanical design and engineering and technical personnel.Traditional mechanical design is profound，a variety of theories and methods of modern design can be quickly established and flourish，have benefited from this solid foundation.The reason has a fundamental role so dignified，is that it's a classic.From the basic concept of the traditional mechanical design，the concept of the touch-type ，design criteria，the equivalent processing，such as ways and means to be its classic commentary.
Keywords: Mechanical design，Traditional ，Classical
目 录
前 言 ................................................................................................................................ 1
第1章 传统机械设计发展概述 .................................................................................... 2
1.1传统机械设计方法 ............................................................................................ 2
1.2 设计理论和设计方法的研究 ........................................................................... 2
1.3 机械设计发展分析 ........................................................................................... 3
第2章 国内外机械设计的动态 .................................................................................... 5
2.1 国内机械设计的动态特征 ............................................................................... 5
2.1.1 对中国古代机械工程史的研究 ............................................................ 5
2.1.2 国内机械发展 ........................................................................................ 6
2.2 国际上机械设计的特征 ................................................................................... 6
2.2.1 各国在设计上的特色 ............................................................................ 6
2.2.2 机械设计的特点 .................................................................................... 7
第3章 传统机械设计理论概念的经典模式 ................................................................ 8
3.1载荷的概念 ........................................................................................................ 8
3.2应力的概念 ........................................................................................................ 9
3.3强度的概念 ........................................................................................................ 9
第4章 传统设计的设计准则的经典性 ...................................................................... 11
第5章 传统设计的等效处理经典方法 ...................................................................... 12
第6章 传统设计的经典观念 ...................................................................................... 13
第7章 传统机械设计与现代机械设计分析 .............................................................. 14
7.1先进机械设计制造技术的特点 ...................................................................... 14
7.2机械设计现状 .................................................................................................. 15
7.3现代机械设计理论与方法 .............................................................................. 15
7.3.1 利用现代计算机软硬件技术的设计方法 .......................................... 16
7.3.2积极开发发展绿色设计、制造 ........................................................... 17
结 论 .............................................................................................................................. 18
参考文献 ........................................................................................................................ 19
致 谢 ............................................................................................................................ 20
前 言
人类成为“现代人”的标志就是制造工具。在远古的石器时代就有了各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具也后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。
在这个漫长的经历中，人类完成了从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代。在这以千年计的实践中，在机械发展方面还是积累了相当多的经验和技术知识，成为后来机械工程发展的重要潜力。17世纪以后，资本主义在英、法和西欧诸国出现，商品生产开始成为社会的中心问题。18世纪后期，蒸汽机的应用方便了部分的重工业、轻工业，制作机械的原材料也从以往的木质转变为质地比较坚硬的钢铁。标志着机械制造工业基本成形，幷在几十年中成为重要工业。
以往的机械制造主要是以经验为主要基准，完成对所需机械的设计与制造，而经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。但这种设计方式缺乏精确的设计数据和科学的计算方法。随着人类的发展进步，机械设计也在逐步的向更科学更精密的方向发展，在汽车设计过程中也引进新的测试技术，和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试。这样的发展趋势就产生了以往的依靠经验的传统性机械设计制造向现代技术分析为基础的设计的演变与完善。
第1章 传统机械设计发展概述
机械设计是为生产机械所必需进行的工作步骤，它具有明显的经典性。说起传统机械设计的经典性就要探讨一下它的发展史。
1.1传统机械设计方法
传统机械设计方法是经验、类比式的设计的方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计，在计算方面只进行静态分析并将载荷、应力集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的方法。传统机械设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。另外传统设计是一种串行设计，既一个零件从设计到生产是一个阶段，工作完成之后才进行下一个阶段的工作，例如：首先进行初期的规划设计，接着进入总体方案设计，然后有结构人员设计出零件的结构之后完成工艺文件的编制，最后将图纸及工艺规程交给生产工人，加工出零件的原型，如需改进的话再返回零件的改进信息。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间因此开发周期时间长，并且串行设计过程中各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调，但其优势也是很突出的，如：工作分工详细不容易出现漏洞减少了不必要的麻烦工人在操作是也很容易辨析。
1.2 设计理论和设计方法的研究
自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思维、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计、相似性设计、智能设计等新概念。从设计准则来看出现了优化设计、可靠设计有限元等概念。从设计手段来看出现了计算机辅助设计，不仅普及了三维设计CAD 软件，而且功能全面的三维造型软件也
进入了实用阶段。但现代这些机械设计的日新月异都是在传统机械设计的基础上开展起来的，所以要想在机械设计上有更新的方法，研究和探讨传统机械设计的经典性是非常有必要的。
1.3 机械设计发展分析
机械在我们的生活中无处不在，可以说一部人类的发展史就是机械设计的发展史，不过机械实际的发展还是可以划分为几个阶段的。
第一阶段，个人经验阶段。这一时期主要是指机械设计的初期，还没有发展出机械设计的相关理论，主要是人们为了解决生产生活中的实际问题而发明的，这一时期的机械结构简单，完全靠设计者的经验，没有一定的理论方法，至多靠人们口耳相传获得经验，不过依然成果显著。典型的代表如春秋战国时期控制射击的弩。
第二阶段，实验或模型试验阶段。这一时期机械设计已经发展相对成熟，机械设计已经发展为一项比较重要的事业，但是机械设计还没有发展到理论公式设计的水平，不过人们已经总结出了一些机械的成品。
第三阶段，以静态分析为主（简单建模）。这一时期机械设计由实验设计转为理论设计的阶段，20世纪60年代，随着机械生产数量的不断增加，对产品质量也随之提高，为了适应生产的需要出现了液压技术，电子技术等，这一时期在设计机械，性能确认是已经不再仅仅依靠试验，而是考理论推导，这大大加快了机械设计的速度，也大大提高了机械设计的能力，由于有了设计的理论和方法，机械设计不再那么模糊，从这一阶段开始人类进入了机械设计的大发展时期. 日本在这一时期的发展就是这样的，再上一个阶段，日本主要是引进模仿美国的机械，并且日本已经达到了世界先进行列，在70年代日本也走向了”独立设计”的道路，最终于欧美等国并驾齐驱。
第四阶段，以静态分析为主（复杂建模）。这一阶段是机械设计成果非凡的时期，由于过去建立的力学模型简单，只能解决不太复杂的问题，已经不能适应当时的设计需要，利用实验已经成了过去。这是人们开始考虑如何建立更加复杂更加贴近实际的模型。这一阶段发展出了最优化设计，有限元法，可靠性设计，断
裂力学，CAD 等等，这些方法都是改进了以前的模型，使之更加接近实际，所得结果更加精确。
最优化方法，也称运筹学方法，他最早是在60年代应用与机械设计，虽然历史较短，但发展迅速，有机械结构优化，结构参数优化等，这些方法使得我们在设计机械时不仅仅局限于实现功能，更要用最优的方法实现，在今天发展出了多个分支，实现了从功能设计，方案设计，技术设计，建模，结果评价等各个方面的优化，在保证质量，缩短研发周期方面发挥了重要作用。
第五阶段，以动态分析为主。在速度不太高的机械中静态分析就可以胜任了，但在高速机械中由于各部件高速运转所产生的惯性力就不得不考虑了，由于运动所产生的动载荷甚至成了机器最大的载荷，我们把考虑机器运转时产生的动载荷的设计方法成为第五阶段。其实这一阶段基础理论并没有太多的创新，相关的力学基础理论早在牛顿时期就已经建立完成了，之所以把它单独划分为一个阶段主要是因为这是一个设计思路的转变，是一种概念的创新。现在许多软件也可以完成动力学仿真，如：Adams ，pore 虚拟建模，组装，定义材料属性在进行动力学仿真，可以获得受力特征，运动特征等等，这样是我们建立模型的环境与我们真实生活的更加接近了，大大的提高了机械产品的性能。
第2章 国内外机械设计的动态
2.1 国内机械设计的动态特征
2.1.1 对中国古代机械工程史的研究
关于于中国机械传统的记述和传说长期流传一事，引起了历代擅长技术者和文人的注意和好奇。三国时期的马钧曾再度发明前人的指南车、翻车，明末的王徵试图复原指南车、木牛流马等。王祯撰《农书·农器图谱》，薛景石撰《梓人遗制》，宋应星著《天工开物》，记载了他们所了解的机械。
中国古机械较早引起了国外学者的注意。1909年起，格里(Giles)、摩尔(Moule)、朗基斯特(Lanchester)等人先后推测过指南车的传动机构。20世纪20年代以后，中国的历史学家、机械工程学家和文博专家开始了中国古代机械的文献研究和专题研究。1925年，张荫麟翻译了英国人摩尔的论文《宋燕肃吴德仁指南车造法考》，且撰写了《宋卢道隆、吴德仁记里鼓车之造法》，刊载在《清华学报》上。1935年，刘仙洲在清华大学出版《中国机械工程史料》，初步整理了汉语古籍中关于机械的记述。王振铎则根据古文献的记载，试图复原古代的机械装置。1936年，他在《燕京学报》上发表《汉张衡候风地动仪制法的推测》，并在北平研究院复原指南车、记里鼓车。这些早期的工作开创了中国机械工程史的研究。
1950-60年代，刘仙洲开展了机械原动力、计时器、齿轮、凸轮等方面的专题研究。基于这些研究，他撰写了通史性著作《中国机械工程发明史》（第一篇）和《中国古代农业机械发展史》，初步勾画了中国机械技术发展的大致脉络。书中收入了关于耧、辘轳、独轮车等方面的调研成果。后来，刘仙洲曾组织学者从2万余种古书中查找古机械的线索和记述，留下了大量的卡片。近年来，学者对这些资料进行了整理。
复原是古代机械史研究的一个重要方面。王振铎等长期从事古代机械史的专题研究和复原。在文献分析和考古发现的基础上，为中国历史博物馆复原了地震
仪、指南车、记里鼓车、水运仪象、水排等机械装置，其主要成果收入他的文集《科技考古论丛》。
英国李约瑟(Joseph Needham)注意从东西方文明的比较这一视角，审视中国古代的机械和技术传播，同时探讨机械技术与其它知识的关系。他参考了中国学者和西方学者的研究成果，在王铃的协助下撰写了《中国科学技术史》机械工程分册。该书初版于1965年，后被翻译成日文和中文，是国外学者了解中国机械技术传统的一个重要窗口。
2.1.2 国内机械发展
中国有连续的文化传统，保留了繁浩的古籍。有关古代机械的记载，散见于多种体裁的典籍之中。然而，关于技术的文字记述或绘图大多过于简略，时常仅有只言片语，甚至找不到任何记载。考古发现能够提供某些可靠的第一手资料，但其内容显然是有限的。多数古代机械的制作材料是木、竹等不易长期保留的材料，只有少数零件是用石头和金属制作的。这使得我们在考古资料中很少有机会找到结构比较完整的机械。像古代车辆和铜车马这样的发现毕竟是少数。
古代典籍和考古资料的缺憾限制了人们对机械技术传统的认识。因此，单纯基于文献和考古发现的技术史研究是有一定局限性的。进一步发现技术传统的一个有效途径就是调查现存传统技术，且从科技史、文化史、人类学、民俗学等角度去展开讨论。
2.2 国际上机械设计的特征
2.2.1 各国在设计上的特色
1、德国的包装机械在计量、制造、技术性能方面均属世界一流。主要体现在：工艺流程的自动化、生产效率高，满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求；设备具有更高的柔性和灵活性。主要体现在生产的灵活性、构造的灵活性和供货的灵活性，以适应产品更新换代的需要；利用计算机和仿真技术提供成套设备，
故障率低，可以进行远程诊断服务；对环境污染少，主要包括噪音、粉尘和废弃物的污染。
2、意大利包装机械行业的最大优势就在于可以按照用户的要求进行设计和生产，并能保证很好地完成设计、生产、试验，实现监督、检验、组装、调整和用户需求分析等。
3、日本的食品包装机械，虽然以中小单机为主，但设备体积小、精度高、易于安装、操作方便、自动化程度也较高。
2.2.2 机械设计的特点
生产规模：小批量少品种大批量多品种变批量。资源配置：劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型。生产方式：手工机械化单机自动化刚性流水自动线柔性自动线智能自动线。工艺方法：重视加工前后处理、重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备、工艺材料为一体的成套技术。过程控制：把对物流、检验、包装、储存过程的控制作为制造技术的组成部分。建立产品循环系统：设计生产准备加工制造销维修回收利用，整个过程形成一个良性循环。
第3章 传统机械设计理论概念的经典模式
传统设计理论根据自己的观念建立了具有经典性的一系列的概念，从而形成了静态解析理论体系其概念的建立大致有两种模式：第一，将客观的变动态抽象为稳定状态或静态进而建立概念；第二，对其有随机性的的概念，没有完整的概率统计方法来描述，而是略去其分散趋势的统计特征，仅只抓住集中趋势的统计特征来建立概念。下面就将几个普遍的概念加以评述：
3.1载荷的概念
传统理论认为机械和零件受的载荷可以分为静载荷和变载荷两大类。严格地讲，静载荷的加载状况在工程实际中是很少见的甚至是不存在的，而且从广义的角度看，实际服役中的机械和零件所承受的载荷，大都是连续性随机载荷，这中间可分为两种：一种是具有确定规律变化的载荷；另一种是不确定的幅值和频率随时间变化的载荷；这之后一种载荷就是狭义的随机载荷。
真实载荷的历程是千变万化的，看起来杂乱无章，但它可以用概率论和数理统计方法来描述。例如可以将实测的载荷时间历程描绘成能反应真实情况，具有到表性的典型载荷谱也可以将载荷随机过程看成平稳的随机过程，作为平稳随机过程的变载荷，它的量值、频率和载荷改变速率都是随机变化的。但是传统理论没有用概率统计的方法来处理载荷的随机性，而是引进名义载荷和计算载荷的概念来处理的。这就是在分析机械或零件的载荷时，将真实得广义的随即载荷折算成计算载荷，然后将进行设计。在这里，计算载荷是在考虑各种影响因素后，对名义载荷进行修正后的载荷；而名义载荷则是根据原动机或负载的额定功率应用理论力学方法计算出来的作用在机械或零件上的载荷。这样，在传统理论中就将随机载荷转换成在稳定工作条件下作用在机械或零件上的载荷，从而将“载荷”这一最基本概念纳入到经典概念之中。
3.2应力的概念
在传统的强度设计中，一般以名义应力为计算的基础，同时还引入了极限应力和许用应力两个概念，名义应力是将计算载荷代入材料力学或弹性力学公式计算而得的零件截面或表面上的最大应力，这是在稳定工作条件下作用在零件上的工作应力。极限应力是根据材料性质及应力种类，所采用的材料某种机械性能的极限值（如强度极限或屈服极限）。很明显，在传统理论中为了确定极限应力的具体数值，就通过实验，重复测出材料的某种机械性能大量的随机数据，再应用概率论和数理统计的方法求出其均值—数学期望。但是要知道，在概率统计中把握大量数据的整体特征，这就是集中量数和差异量数由于数据的分布既有集中趋势分布中心的指标称为集中量数，像某一组数据的算术平均值，就是集中量数。而将反映分散的数据间的差异程度的指标称为差异量数，如方差、标准差等就是差异量数。可是传统机械设计理论受缚于稳定性解析的观念只取了反应随机变量集中趋势的指标却摈弃了反应它的分散趋势指标，因而是没有反应随机变量大量数据的整体特征的，但现代机械概率设计理论却很好地解决了这个问题。许用应力是计算应力允许达到的最大值，而计算应力是与计算载荷具有相同模式的概念，即对名义应力进行修正后的应力，它也是在稳定工作条件下作用在零件上的应力。
现代设计理论对应力的随机性按其设计中的影响分为两种。一种是零件本身所受的应力随时间的随机变化，另一种是相同的零件间的差异，是反映同样零件在同样工作条件下，由于受一些随机因素的影响，而实际引起的应力不一致。
3.3强度的概念
保证必要的强度是零件设计的首要任务。在时机零件时，最好是选定材料做大量的强度试验，并将实验数据按概率统计方法处理后，作为机械零件强度计算的依据。强度这一概念应从两个方面来理解：一是材料的机械性能指标；二是零件或机械承受应力的能力。强度的大小，一般用应力的大小来衡量。传统理论认为应力是由于对零件或机械功能有影响的外界因素的作用而产生的，这种外界因素仅限于机械的和热的作用，但现代设计理论根据所建立的应力—强度模型，认
为对应力和强度需作广义理解，应力除传统理论所说的机械应力外，还将力（载荷）、变形、温度、磨损、油膜、电流、电压等这些直接影响零件或机械功能的因素一概包括在应力的概念之中。同样，强度除通常的机械强度外，尚应包括承受上述各种形式应力的能力。
在传统设计理论中，当提到材料的强度时，则是指采取不完整的概率统计方法来处理，即只反映材料机械性能指标的集中趋势，而忽略其分散趋势，当提到零件或机械的强度时，则是指其在稳定工作条件下承受应力的能力。因此，无论是材料的强度还是零件或机械的强度，都将其随机性俺盖住了。
第4章 传统设计的设计准则的经典性
机械是与社会的需要相适应并作为对社会有用的工具而存在。机械的工作能力是由机械的性能来表现的，同时要求在规定的使用期限内它必须发挥其应有的性能，而不发生失效，此外，考虑机械性能的成本价格也是非常重要的，因为这反映了机械在社会资源利用或降低社会资源消耗，实现企业社会效益与经济效益的最终目标方面的属性。因此，现代机械理论认为，机械设计的准则机能、可靠性和价格。这是一个完整的机械设计准则体系，既包括了机械的工作能力准则，也包括了机械的效益准则。
传统设计仅根据机械或零件的失效分析结果，以防产生各种可能的失效目的，制定出计算该机械或零件所应依据的计算准则。这种计算准则，实际上只是机械或零件的工作能力准则。对于工艺和材料的选用原则中去考虑，似乎成了第二位的，而未直接作为设计准则来考虑，因而造成一般设计者往往只关心技术而忽视生产成本，这种倾向的产生，一方面由于受着传统的合格实际观念束缚，不明确成本的大部分是有设计来决定的，统计结果表明，产品成本的70~80%在设计阶段已经确定下来。另一方面是对日趋激烈的国内外市场和价格竞争态势认识不足。在机械设计传统理论和方法达到完备，并被广泛推广和普及的20世纪60年代，由于产业集团之间、国与国之间的竞争不像今天这样激烈、技术完备和经济效益的关系不像今天这样水乳交融、休戚相关，人们将技术和生产成本分开来考虑是不足为奇的。但是在科学技术(特别是高技术产业开发) 和社会经济高速发展的今天，光有技术头脑是而无经济头脑就不行了。因此现代设计理论提出，产品的性能、结构和制造工艺等确定，材料、能源的选用与节约都决定与设计阶段。要降低产品成本，必须从设计入手，仅仅靠加工中降低工时消耗是远远不够的。
第5章 传统设计的等效处理经典方法
传统设计在进行理论分析时，基于观念的制约和所确定的力学—数学模型的需要，常常将复杂的的具体问题作了一些等效处理。而使理论分析的目的性和问题的本质更加明确，也使分析的过程得到简化。具体的等效处理方法大致有以下几种：
1、将不同的参量折算成同一参量的等效处理
这是引入等消系数或折算系数，将不同的作用量折算成当量。例如当轴受弯扭组合变形时，就是将转轴的弯矩M 和转矩T ，联合折算弯矩. 又如在进行轴疲劳安全系数校核计算时引入了与材料有关的弯曲（扭转）等效系数，将平均应力折算成应力幅，从而将循环变应力的应力幅和平均应力这两个参量都归并成应力幅这样一个参量。
2、将合成作用状态转化成特定状态的等效处理
这是以实验为基础的一种等效处理方法，因为特定状态易于通过实验来实现。例如由于滚动轴承样本及机械设计手册所列的额定载荷C ，是以特定条件下实验为基础的经验公式计算出来的额定载荷，而滚动轴承在机器中所承受的实际载荷性质和工作条件与实验时的载荷性质及工作条件不可能一致。所以必须通过等效处理，将实际载荷折算成与额定动载荷C 值相同条件下的载荷值、才能和额定动载荷C 值进行比较。折算后的这一等效假想载荷称为量动载荷P 因此可以理解为：当量动载荷P 与实际载荷作用下的轴承寿命是相同的。
3、将不稳定状态转化成稳定状态的等效处理
传统设计理论在其稳定性解析的观念指导下，在对变应力强度进行理论分析时都是运用等效处理手段，将随机不稳定变应力和规律不稳定变应力，转化成稳定循环变应力；而在稳定循环变应力中，由于对称循环的平均应力等于零，只有应力幅才能表现出其应力循环的强度，因此就将非对称循环变应力转化成对称循环变应力。
第6章 传统设计的经典观念
传统机械设计的理论和方法，从确立到发展、深化，最后形成休系均是建立在如下的观念基础上的：第一，静态解析和稳定性解析的观念；第二，合格设计的观念。我们不能简单地将这些观念当成是低级、平庸、落后的观念。实际上在进行理论研究时，人们应具备某些最基本的观念，没有这些观念作基础，任何研究都无从开展，任何理论也建立不起来。正如牛顿力学是建立在绝对时空观念和物质的质量固定不变的观念而爱因斯坦狭义相对论是建立在相对性原理和光速不变原理的观念上一样，机械设计的传统理论必然要以某些观念为基础，这就是上面所说的两个观念。之所以这样认为，主要原因是：
1、受着牛顿力学框架的影响。在传统的设计理论形成时期，人们习惯于牛顿力学的思维方式，总是将处于变动状态之中的事物，抽象为处于相对稳定状态之中来描述；再加之受当时的实验和模拟技术水平的制，所以就把复杂状态的问题，尽量采取近似的、粗略的简化处理，不然就难以进行实验模拟和数值处理。
2、受着机械生产水平的制约。在传统设计理论发展时期，社会对机械生产要求不象今天这样向高速、高效、精密、轻量化、自动化方向发展，机械系统和产品结构也不象今天这样日趋复杂。既然当时的要求不高，而在这样观念指导下的机械设计又能很好地适应和满足当时社会的需要，应该说这种观念是适时的。
3、因客观条件的限制，人们的思维还被充分开发。这主要是指： 第一，传统设计的理论和方法赖以存在的基础理论也在逐步地健全和发展； 第二，对某些业已成熟的基础学科在应用于设计时，需要进行与当时水平相适应的简化建模处理；这些过于粗略的简化假设和简陋的计算模型不太尽人意，但在当时却能奏效，因此人们就接受了这种观念，而且对它的完善程度也未曾产生过怀疑。
4、受着当时计算手段的局限。不象今大这样广泛使用电子计算机，在那个时代只有计算尺或电功计算器。因此，在这种情况一人们维系着这样的观念是不得已而为之的。尽管传统机械设计理论的这样的观念只能引导人们粗略地反映客观，但毕竟在一定的范田内和一定的条件下能够较真实地反映客观，这不能不说是人类文明进步的一种成果，因而也就表现出这样的观念的经典性来。
第7章 传统机械设计与现代机械设计分析
现代机械具有智能化、集成化、并行性、动态性等特点，高精度、高速度、自动化、从设计到制造再到操作实现电脑程序程控制。现代机械是一个开放式的一体化机械。已不是单一的的机械部件或结构，它包括电力、电子、流体、人机对话等多学科。是一门综合化的学科。
传统机械的最大优点是解放了劳动力，缺点做不到智能化、自动化、并且精度低、功率低、速度慢 。传统机械主要是单一的机械传动，实现复杂的功能时，就会产生更为复杂的机械结构。
7.1先进机械设计制造技术的特点
1、面向21世纪的技术
先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向21世纪的技术。
2、面向工业应用的技术
先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。
3、驾驭生产过程的系统工程
先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制
造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
7.2机械设计现状
在现阶段，机械设计工作是按设计人员根据设计对象的要求，参考各种有关资料、参数数据及制造标准等计算公式，考虑加工方法及生产设备条件，与同类产品相比较，再由人来构思，拟订产品的初步方案或结构草图，进行多次反复的计算、分析、综合比较 选取在经济性、工艺性及可靠性等方面较为合理、完善的方案。然后根据这个初步设计绘制、设计图纸，并编制有关文件资料，当然还需要在这个过程中进行修改。这种方法比以前的设计方法得到了长足的发展，使设计周期大大缩短，质量大大提高，人力、物力大大减少，而且还减少了设计的盲目性，所以现阶段得到了广泛应用，特别是一些中小型企业和私营企业。
但是，这种设计的工作量大多由人来完成，一般很难做到优化设计，主要凭经验、类比、估算、模仿来代替设计，所以存在一些明显的不足之处。主要表现在以下几个方面：设计的精确度不高，使产品的安全性能受到影响；设计过程中材料浪费严重；设计费工费时，延长了设计周期；有许多具体设计内容还不是很成熟，带有很大的经验性、盲目性，这样就耗费了大量的资金和时间。
总之，当代的各种设计方法有其自身的特点，能满足一定的市场需求，但时代在前进，市场对机械产品会提出越来越多的严格要求，如果不改进设计方法，势必会被淘汰。
随着科技的进步，试验手段的加强，设计水平发展很快。首先，机械设计的基础理论和各种专业产品设计机理的研究得到进一步加强；其次，关键零部件的设计研究得到加强。纵观整个设计发展过程，设计从宏观走向微观，从静态走向动态，从单目标设计走向多目标综合设计。
7.3现代机械设计理论与方法
设计理论是对产品原理和机理的科学总结，设计方法是使产品满足以及判断产品是否满足设计原则的依据。现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具
科学性和逻辑性。但一些方法要有完善和发展的过程，所以现代设计方法还不能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍是现代设计方法的重要组成。
7.3.1 利用现代计算机软硬件技术的设计方法
采用三维图形和超媒体技术描述产品的构思和产品结构，在产品开发初期即采用计算机辅助设计，借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了现有的CAD 尖端技术—虚拟现实技术。
1、产品规划—构思产品
其任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD 立体模型表示出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。
2、开发—设计产品
该阶段主要根据系统合成原理，在立体模型上配置和集成解元素，把实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置进行分析。产品配置分析是综合产品规划和开发结果的重要手段。
3、生产规划—加工和装配产品
在这一阶段中运用CAD 技术，用计算机图案显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法。CAD 技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在产品规划、开发和生产规划中连续地交替进行，可以较早发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术以及虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的确定需要软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
7.3.2积极开发发展绿色设计、制造
1、绿色设计制造是现代设计制造的可持续发展模式
人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐渐转变为技术型发展模式，依靠科技进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源与环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观—可持续发展。
2、发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇
开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大，见效慢，经济效益不如直接抓成本、抓产量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿采取措施。实际上，绿色制造不仅是一个社会效益显著的行为。环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好社会形象，为企业增加无形资产。因此，对待绿色制造不应该被动地遵守政府和社会道德方面作出的规定，而应该把绿色制造看做是一种战略经营决策。
3、发展绿色制造将推动新一轮技术创新
在全球性竞争日趋激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。事实上，无论从技术发展，还是从需求推动的角度，绿色制造已经在影响和引导当今的技术发展方向。从产品设计到制造技术，从企业组织到营销策略的制定，一批绿色制造技术与概念已经在发展之中。
实施绿色设计制造是一个极其复杂的系统工程，研究一套绿色设计制造的评估指标体系和评估系统，是当前绿色设计制造的研究和实施急需解决的问题。
结 论
传统机械设计理论和方法是博大而精深的，经过长期发展，它的理论完备，体系完整，实用性强。现代机械设计的诸多理论和方法，均是对它的某个或某些观念、观点、假设、概念、原则、准则、方式、方法等有所突破和继承才建立起来 的，这充分表现出它深广凝重的经典特性。尽管我们现在已有了更为科学化、系统化、完善化、现代化的设汁理论和方法，但传统设计仍是不可缺少的，依然是重要的基础。传统的机械设计是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计，也称常规设计。而现代机电产品设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机技术为工具的机电一体化系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高水平、高效率地设计出性能优良、市场欢迎、经济效益显著的新型产品。传统机械设计博大精深。现代设计的各种理论和方法能迅速建立和蓬勃发展，都得益于这一坚实基础。
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致 谢
大学的生活即将结束，在本次毕业设计的过程中非常感谢于秀涛老师的细心指导和谆谆教诲，您不仅是我们敬爱的老师、长辈，同时也是我们在生活中的朋友。在我写论文的过程中，于老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的构思和资料的搜集方面，还是在论文的研究方法及成文定稿方面，我都得到了于老师的悉心细致的教诲和无私的帮助，再次向我敬爱的于老师致以深深的感谢！
在此也还要感谢在我的大学生涯中对我无私付出的老师们，因为有你的默默支持，才有我今天的成绩；同时还要感谢和我一起共同努力的同学们，因为有你们和我的共同努力，我们克服论文中的种种困难，我们一起讨论，一起进步，和我合作共同完成本次毕业论文。
感谢各位评委专家在百忙中抽出宝贵时间对我的论文进行评审，请多批评，谢谢。