公理设计案例.pptx
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1、第4组2018年11月7日现代机械设计主讲人 :小组:设计过程的四个域在AD中,设计空间被划分为用户域、功能域、结构域和工艺域等四个域,每个域都是一组数据的集合,分别为客户属性(Customer Attributes,CAs),功能需求(Functional Requirements,FRs),设计参数(Design Parameters,DPs)和工艺变量(Process Variables,PVs)。公理设计过程就是四个域间的逐层分解、迭代和映射的过程。公理设计理论概述公理设计理论概述映射映射映射用户域功能域物理域过程域CAFRDPPV一、巴氏合金轴瓦成形新工艺二、自动装弹机设计三、汽车停
2、车挡的设计四、数控微型磨床设计五、机加夹具概念设计公理公理设计案例目案例目录一、巴氏合金轴瓦成形新工艺锡基巴氏合金和铅基巴氏合金为油润滑轴承的首选润滑界面材料,具有非常好的减摩性、嵌藏性、顺应性等,主要使用于大型机械主轴的轴瓦、轴承、轴衬、轴套巴氏合金轴瓦成形新工艺锡基合金自身强度较低,表面硬度随温度升高下降明显,致使巴氏合金对外界温度的变化十分敏感针对高速工况下轴承巴氏合金耐温性能及机械性能偏低等问题利用公理设计方法通过对传统的巴氏合金轴承材料的改性及成形工艺流程的设计,而不是简单的试错来进行巴氏合金的性能改进 应用背景公理设计理论研究巴氏合金轴瓦成形新工艺上图是公理设计理论,得到针对某种材
3、料成形工艺设计的4个域巴氏合金轴瓦成形新工艺上图是巴氏合金材料新工艺过程含用户域、功能域、物理域和过程域这4个域。约束性能(目标)影响因素可控因素巴氏合金轴瓦成形新工艺DP1DP1相相密度密度 :决定巴氏合金的软化温度,决定巴氏合金在高温下的硬度(FR1)DP2DP2相的晶粒尺寸相的晶粒尺寸 s s :s的减小是提高巴氏合金压缩屈服强度(FR2)的重要手段DP3DP3冷却冷却速度速度v v:巴氏合金材料与轴瓦背衬的结合强度(FR3)主要取决于浇注时的冷却性能,即与冷却速度v有关图示为巴氏合金的典型金相组织,白色三角或方块为相。巴氏合金性能的主要影响因素DPs巴氏合金轴瓦成形新工艺 PV1,PV
4、1,即添加微量铜即添加微量铜(质量分数质量分数2%):2%):巴氏合金中含有Cu,其质量一般占合金质量的3%5%微量的Cu能溶入固溶体并使之强化,提高材料硬度,Cu还可控制相的偏析,PV2,PV2,即浇注轴瓦后即浇注轴瓦后,在液态合金开始凝固时在液态合金开始凝固时再水冷再水冷,以保持液态合金的流动性以保持液态合金的流动性 :高的冷却速度可以减小晶粒,也可以防止偏析,但过快的冷却会导致合金层的温差增大,容易产生缩孔,最后导致合金组织不致密,强度降低,因此要合理选择冷却速度。巴氏合金工艺中的可控因素巴氏合金轴瓦成形新工艺图示为巴氏合金的典型金相组织,白色三角或方块为相。过程域过程域PVPV中所列的
5、是可控制物中所列的是可控制物理域理域DPDP 中中各项的工艺各项的工艺保保证证设计检验 在设计付诸实践之前,需采用数学方法对设计进行检验。较佳的设计应满足公理设计理论中独立公理和信息公理的要求。p信息公理规定,设计中需获取的新信息的含量应尽可能少。由功能域映射到物理域的设计方程可写成:p由功能域映射到物理域的设计方程可写成可以看出,设计矩阵是一个典型的下三角矩阵,因此这个设计是一个解耦设计,满足独立公理的要求,设计是成立的。设计检验 设计前后对比 对新工艺轴承材料考核的性能有四项:机械性能、微观组织、摩擦学性能、服役性能,。分别将新老工艺下制造的轴承材料进行试验对比。改进前后对比二、自动装弹机
6、设计自动装弹机应用背景双转鼓式自动装弹机自动装弹机是军事装备中较为典型的机电一体化综合机械系统装置,由多个机械执行系统协同将弹仓中的炮弹运送推入炮膛,完成供弹、抛壳等动作,实现火炮装弹的自动化。自动装弹机公理设计域名描述用户域CA设计一个新的自动装弹机,解决现役主战坦克自动装弹机结构复杂、射速较低以及定角式装填极大地减小了火炮的射击范围,限制了坦克的战斗力的问题功能域FR贮弹功能FR1:必须保证弹仓中放置一定数量的弹丸,并保证在射击和行驶过程中弹丸可靠定位,不能窜动输弹功能FR2:即转动弹仓,将弹仓中所需的弹丸由其它位置移动到指定位置上,完成供弹的要求;推弹功能FR3:即将弹仓中的弹丸提供到指
7、定的接口上的功能。物理域DP 储弹装置DP1、双鼓输弹装置DP2、推弹装置DP3。过程域PV设计了双转鼓式可变角装填自动装弹机,其特点是双转鼓弹仓结构,使弹仓容量变大,弹鼓横向水平放置在炮尾的两边,再加上整装式弹药,使得装弹时间大大减少,并且火炮的射速比现有的自动装弹机快一倍,并能实现可变角装填。自动装弹机公理设计u具体改进方案示意图设计了双转鼓式弹仓,即将弹仓放在火炮的尾侧,炮弹水平向前存储在筒形弹仓内,其中轴线和火炮平行。这样可以实现任意角装填弹药,而且这样,炮弹的运动规律是,先沿垂直于炮弹轴线方向做直线运动,滚落至火炮轴线位置,再向前直线运动被推入炮膛,这种方式的运动规律只需要做一次推弹
8、动作,炮弹的运动路线也较短,装弹时间可以缩短。独立性判断与解耦u双转鼓式自动装弹机设计参数:储弹装置DP1、双轮鼓输弹装置DP2、推弹装置DP3。设计矩阵:FRs的数目等于DPs的数目为非耦合设计。耦合解决:采用带托弹板弹仓支架(输弹装置组成部分)结构,以炮弹自动滚落代替提弹过程,固定设计参数DP3。三、汽车停车挡的设计 自自动动变变速速器器汽汽车车都都具具有有一一个个变变速速器器输输出出锁锁止止机机构构,即即停停车车挡挡,用用来来防防止止汽汽车停车时自动滑移。车停车时自动滑移。为为解解决决汽汽车车停停车车换换挡挡时时有有过过大大的的冲冲击击和和噪噪声声,基基于于公公理理设设计计理理论论,解解
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