高等机械设计作业

第一讲。

一、对于新出现的3d打印技术，对其发展作出**，如果用于机械产品的生产和加工，其优点又分别是什么。

发展趋势：第一，提升3d打印的速度效率和精度开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造。

第二，开发更为多样的3d打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点。

第三，3d打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产，设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求。

第四，软件集成化。实现cad/capp的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接。实现设计者直接联网控制的远程**制造。

第五，拓展3d打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。

优点：从操作工序上来说，传统的制造工艺是对原材料进行剪裁、拼接后连接而成，而3d打印是通过软件设计，一层一层堆积材料把产品做出来。3d打印通过将材料层层电解沉积的方法直接制造复杂的塑料、金属和合金元件，而不是像以前那样对材料切割、锻打、弯曲，不再需要工序麻烦地制作很多不同的元件去组装它，可以不用传统的大规模机床来制造小型的部件。

从制造模式来说，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是个性化的定制生产，产品上市时间缩短，同时不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。3d 打印适应越来越苛刻的个性化消费需求。传统的大批量制造生产几乎能够提供任何人们最基本的吃穿住行玩等消费产品，但是这些产品都是标准化的，比较千篇一律，在个性化方面已经无法满足人们日益增长的需求。

而手工生产的个性化东西虽然地道，品质精良，内涵丰富，但是手工制造耗时巨大。而3d 打印技术既可以满足人们对个性化产品的追求欲，市面上买不到某件产品，3d 打印机或许可以满足你的心愿，还可以大大提高产品的生产效率。

从生产成本来说，3d 打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，大幅减少材料浪费，提高生产效率和降低生产成本。它还可以制造出传统生产技术无法制造的外形。3d 打印极大地解放劳动力，一个技术工人可以看管数台打印机，就像纺织工人看管织布机一样，可以节省大量的劳动力，而劳动效率却有数倍甚至数十倍的提高。

缺点。加工精度由于分层制造存在台阶效应，每个层次虽然很薄，但在一定微观尺度下，仍会形成具有一定厚度的一级级“台阶”，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么就会造成精度上的偏差。还有些工艺需二次强化处理，当表面压力和温度同时提升时，3d打印的杰作必然会引起材料的收缩与变形，造成精度降低。

材料应用首先是材料性能差，强度、刚度、机械加工性等都远不如传统加工方式，其次是材料局限，成本高。目前供3d打印机使用的材料非常有限，主要是石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等。

**优势在某些情况下，3d 打印产品最终耗费的成本和零售店产品的**差不多，目前条件下，3d 打印还不具备规模经济的优势，**方面的优势尚不明显。所以对于大多数产品来说，不管你是打印多少件，**都相差无几。

第二讲。二、你认为一个好的机械结构设计应遵循哪些设计准则，说明理由，以设计实例加以说明。

1)实现预期功能的设计准则：我们设计机械装置的目的就是为了完成一定的机械运动，所以运动要求准则是机械装置最基本的准则。

2)满足强度要求的设计准则：只有具有一定一定的刚度、强度，才能保证机械具有一定的寿命，机械装置才具有经济性。

如图所示，选择不同类型的轴承对系统刚度也有明显的影响，且常与对弯曲强度的影响同时存在。

a）较差结构 b）改进结构。

3)提高精度的结构设计准则；机械具有一定的精度，可以更好的完成它的功能要求，但是精度不宜过高，否则影响经济性。

两槽之间的距离对构件的功能无影响，此时，尺寸标注方法应如右图所示，这样，所有槽相对于定位孔的位置误差都一样，最右边槽的位置不存在累积误差。

4)提高抗腐蚀性的结构设计准则；提高机械的抗腐蚀性，装置可以适应更苛刻的工作环境，有效的延长机械的使用寿命。

5)满足结构刚度的设计准则；为了保证零件在使用期限内正常的实现其功能，必须具有一定的刚度。

6)提高工艺性结构设计准则。良好的工艺性可以降低加工难度、减小加工成本。

图示轴承座用两个销钉定位。图（a）中两销钉反向布置，到螺栓的距离相等，装配时很可能将支座旋转180°安装，导致座孔中心线与轴的中心线位置偏差增大。因此，应将两定位销布置在同一侧，或使两定位销到螺栓的距离不等。

第三讲。三、机械系统的载荷谱在机械设计中有什么作用，确定机械系统载荷的方法有哪些？

载荷谱的作用：

1)载荷谱是机械设计的原始依据。

2)载荷谱是室内疲劳模拟试验的依据。

3)原始载荷数据是对结构动态特性进行修改与优化的原始依据。

确定机械系统载荷的主要方法：

(1)直接测量法。

直接测定载荷本身或与载荷有关的参数来得到载荷大小。

2)间接识别方法。

即通过测定结构的响应，并由响应来识别出结构的动态载荷。

第四讲。四、试分析human-centered system 的特点？

1）主观性(subjectivity)，指不同的人对相同的事物可能有不同的主观认识，或者是在特定条件下对特定的某些样本个体也会产生认识上的不同。

2）多义性(ambiguity) 对于同一个研究对象即一个具有主观性的系统，即使相同的信输入，不同的人却给出的是不同的解释。

（3）模糊性(vagueness) human-centered system，并不能保证有明确的输入输出关系，只可能具有某种倾向性或者方向性的选择性输入输出关系。

4）状况依存性(situation dependence) 人能够自适应的做到来应对最需要的处理的情感和问题，由所处主观对象所处心理或情感状况所决定的，这种现象称为以人为中心的主观系统的状况依存性。

第六讲。五、微机械系统（mems）与传统的机械系统相比有哪些特点？

1) 微型化 mems技术已经达到微米乃至亚微米量级，利用mems技术制作的器件具有体积小、耗能低、频率高、响应时间短（迅捷）等突出优点，可携带性得以提高。

2) 以硅为基本材料主要有晶体硅和氮化硅等，性能稳定，可靠性高；机械电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨；微机械器件体积极小，封装后几乎可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的影响，具有较高的抗干扰性，可以在比较恶劣的环境下稳定地工作。

3) 能耗低、灵敏度和工作效率高很多微机械装置所需要的能量远远小于传统机械耗能的十分之一，但又却能以十倍以上的速度来完成同样的工作，机电一体化的微机械不存在信号延迟等问题，从而能高速、高效率工作；

(4) 批量生产用硅微加工工艺在一片硅片上可以同时制造成百上千个微机械部件或完整的微机械，批量生产可以大大降低生产成本；

(5) 集成化可以把不同功能、不同敏感和致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，形成微传感器阵列或微执行器阵列，甚至可以把器件集成在一起以形成更为复杂的微系统。微传感器、执行器和ic集成在一起可以制造出高可靠性和高稳定性的微机械；

(6) 学科上的交叉综合以微电子及机械加工技术为依托，范围涉及微电子学、机械学、力学、自动控制学、材料学等多种工程技术和学科；

(7) 应用上的高度广泛微机械的应用领域包括信息、生物、医疗、环保、电子、机械、航空、航天、军事等等。它不仅可形成新的产业，还能通过产品的性能提高、成本降低，有力地改造传统产业。

8) 多能量域系统能量与信息的交换和控制是微机械的主要功能，微机械具有感知和控制外部世界的能力，能够实现微观尺度下电、机械、热、磁、等领域的测量与控制。

9) 在微机械范畴内，经典物理学规律仍然有效，但是影响因素更加复杂多样。

10) 微机械不是简单的尺寸缩小，而是包含了新原理、新功能。

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