机械系统设计论文篇1

2相似模型构建

2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似，功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值，建立相似模型，从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来，用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式，功能的表达需满足：（1）能根据给定要求表示设计者的意图；（2）能准确描述满足设计要求的设计对象；（3）能被定性或者定量地评价，并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息，每个功能要素都有其输入和输出，因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序，即功能序。本研究将功能序的关系进行分类，分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系，并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中，功能是一个模糊而粗糙的概念，而行为相对而言更为具体，能激发设计者的灵感，引导设计者保证三大流（即物质、能量、信息）的有序流动，不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法，本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构，较为简单；组合行为由基本行为构成，包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等，这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接，行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种：①串联顺序关系；②并联同时关系；③选择发生关系。

2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知，不同类型、不同层次系统存在一定的序结构，当系统序结构存在共同性时，系统之间出现相似特性，相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升，反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性，本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统，若是没有相似性即相似度为零，那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合，不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后，为每个序进行编码，用eik表示序要素的集合，要素包含属性和特征值，属性由所属功能或者行为的输入输出流决定，i是分功能编号，k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定，相似度以q表示，相似序个数决定的相似度为q1，影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一，主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模，系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达，计算可变功能间的相似性，设机械系统共有两个可变分功能，特征参数取自输入输出流的类型和数值，如功能的能量类型和所代表的数值等，对整个系统进行相似模型构建，并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下：（1）分别对分功能系统进行层次划分，建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型，对应的序结构统计如表1所示。

3实例分析

笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究，选取如图6所示的机床作为研究对象，通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔，扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出，这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析，首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型，所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现，在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述，根据所建立的序结构模型，通过分析相似要素应用公式（1~3）得到系统功能级的相似度数值。

机械系统设计论文篇2

1.1机械设计业务模型探索

机械设计的过程中需要对机械控制功能进行全面的分析，只有把握住机械控制功能，才能对机械功能进行全面的分析，提高机械设计业务管理水平，为机械业务模型控制和优化创造良好的平台。在新的机械业务管理链条控制下，需要对信息流进行优化控制，才能提升机械设计的综合管理控制能力，为机械综合控制管理创造良好的内部条件和外部条件。机械设计的过程中业务模型优化需要从价值链角度出发，对模型化管理工具进行全面的分析，实现对管理工具的全面控制，提升对机械管理工具的综合管理能力。

1.2通过IT工具实现机械设计的模型优化

随着信息技术的发展，机械设计所利用的IT工具越来越多，因此要从云计算、互联网、大数据等角度出发，充分发挥机械工具的控制管理要求，保证新兴IT技术能够在机械设计中得到全面的应用。IT工具在业务需求控制管理的过程中需要进行流程化管理，确保权责控制能够符合机械化的具体要求，实现机械的流程化管理和控制，提高对机械控制管理的总体需求，在具体实施的过程中需要从价值创造和管理效率角度出发，实现机械设计的管理模型优化，为管理方案的探索和优化创造良好的条件，通过搜集整理和数据管理分析，保证机械设计能够符合管理决策控制的要求，实现机械系统的全面优化。机械设计中需要通过软件诊断和经验分析等手段，保证模型能够按照机电一体化控制的要求进行系统设计。机械设计咨询与机械设计软件和机械设计软件服务融合在一起的，需要按照一体化管理和控制的具体要求，积极推进机械系统的综合控制管理，从机械模型主脉出发，积极稳妥的推进机械系统优化控制。机械设计软件本身就是一种模型，因此管理模式存在固化现象，需要从全面预算管理的角度出发，解决机械设计中出现的问题，对机械系统进行全面的风险控制，保证机械系统设计符合模型化的具体要求。

2机械设计管理模型控制和优化

机械设计管理过程中需要从全面预算管理的角度出发，控制和优化机械设计的方案，提高机械模型的综合控制管理水平，对范式有效控制具有积极的作用，通过对机械业务的全面控制，才能对管理模型进行优化，提高对机械系统的综合管理水平。

2.1机械设计中多业务模型控制

机械设计过程中需要对不同的功能进行不同的分析，确保功能业务能够被全面的掌控，实现对机械设计的管理模型优化，让参数能够符合机械设计中多业务管理的要求，提升对多业务模型的综合控制管理水平。机械设计要和参数及控制点紧密结合在一起，实现对情景的有效匹配，为机械控制管理和模型优化创造良好的条件。机械系统多业务模型控制管理的过程中需要从风险控制角度出发，按照管理模型的综合管理要求，提升机械系统的优化管理要求。

2.2机械系统设计的质量模型控制优化

机械系统设计的过程中需要建立完善的质量管理和控制体系，通过对质量模型的优化和管理，实现对算法的全面管理，让机械系统设计能够符合质量标准要求，机械系统的质量控制与机械系统的效率是紧密结合在一起的，只有把机械系统的质量和系统的模型融合在一起，才能提升机械系统的综合控制管理水平，质量控制需要从机械元件出发，对每个元件进行机械模型优化，提高对机械模型的控制管理水平。机械系统模型设计与质量控制要从不同的方案出发，建立完善的质量控制管理体系，为模型管理创造良好的内部环境和外部环境。在机械设计平台中植入质量管理方案，可以实时对机械系统的质量进行监控，确保机械系统的质量管理能够符合质量控制的具体要求，实现对模型的全面分析和优化，对模型应用具有重要的作用。机械系统设计质量控制与机械系统模型管理是紧密结合在一起的，需要从不同的方案设计出发，提高机械系统的管理控制能力。

3机械系统设计模型控制和管理机制

机械系统设计模型控制要从模型管理的角度出发，加强管理机制建设，提高对机械系统的控制管理水平，为机械设计系统的综合管理创造良好的条件。

3.1机械系统设计模型控制

机械系统设计需要从机械控制角度出发，建立完善的机械模型，保证机械系统能够得到全面的运行。机械系统设计模式控制需要遵循一定的规范，全面提升机械系统的综合控制、管理功能。机械系统功能模块设计过程中要从技术创新出发，确保CAD解决方案能够符合功能设计的总体要求，从机械系统操作角度进行模型控制，按照机械资源管理器的控制理念，提升机械系统的资源控制和管理能力，为机械系统更好的管理文件创造良好的条件。机械系统要实现高质量的模型控制，必须要从资源管理角度出发，促进机械系统模型优化管理工作。机械系统设计要和零件设计、部件设计紧密结合在一起，形成工程模式管理，全面优化机械系统的综合功能，提高机械系统的优化控制和管理功能。机械系统模型设计过程中需要建立一套完整的动态管理界面，减少不必要的操作流程，提高机械系统设计的控制管理能力。机械模型设计中要从特征模块出发，建立完善的标准控制管理系统，通过特征模型设计，可以实现对其标准的优化和控制，实现零件系统的信息共享。机械系统设计控制模型优化要与调用标准紧密结合在一起，形成机械配置管理的模式，从部件设计、零件设计、工程图角度出发，确保机械系统设计能够符合机械控制管理的具体要求。机械系统设计中需要通过不同的参数组合和变换，提高机械系统的综合控制管理水平。

3.2机械设计模型管理机制设计

机械设计模型管理机制要从信息资源共享角度出发，建立完善的信息共享平台，提高机械设计的信息共享能力，为其更好的实现机械控制创造良好的平台。机械设计模型管理中要利用先进的工具，通过互联网进行协同控制和管理，保证机械系统能够得到全面的优化，为机械系统的管理模式创新创造良好的条件。机械设计中信息管理机制建设需要从文件控制管理角度出发，通过实体模型优化控制，确保互联网信息能够协同工作，在机械部件设计中进行参数信息管理，使设计能够符合机械控制管理的具体要求。通过智能零件技术能够实现系统的自动重复设计，保证智能零件能够符合创新技术方案设计的具体要求。机械设计模型与管理模式要紧密结合在一起，确保管理模式能够符合机械设计平台设计的管理要求，从不同平台实现信息资源的共享。

机械系统设计论文篇3

2机械传动系统节能设计方法

机械传动系统是机械系统的核心构成，传动机构的工作效率对整个机械设备运行有直接性影响。为了顺序现代机械工程改造要求，必须要提出切实可行的节能设计改造方案，维持机械工程运行速率的稳定性。结合常见的机械传动方式，其节能设计改造方法：（1）齿轮传动。齿轮传动是依靠主动齿轮依次拨动从动齿轮来传递动力的，齿轮传动节能设计的要点是保证齿轮瞬时角速度比始终保持稳定。定轴齿轮系在工作时所有齿轮的回转轴线固定不变。设计人员可根据齿轮传动类型详细设计，以最优齿轮组合方式执行传动工作。例如，从零部件耗损率控制角度考虑，设计改造时可按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动、空间运动，再将其分为平面齿轮传动、空间齿轮传动，选择最高效的方式作为机械设备动力来源，减少了齿轮啮合磨损。（2）蜗轮蜗杆传动。涡轮蜗杆传动效率偏低，且零部件磨损较大，长时间运行会出现不同程度的故障问题，阻碍了机械设备的稳步运行。在节能改造设计中，可用专用工具安装或拆卸，禁止用锤子敲击减速机部件；根据公差配合要求装配蜗轮输出轴；严格采用原厂配备的齿轮和蜗轮蜗杆进行成对更换；在空心轴上涂红丹油或防粘剂，防止配合面积垢和过度磨损产生的生锈。（3）带传动。机械设备选用带传动系统具有安装便捷、易操控等特点，但是带传动长时间处于高速、高温旋转状态下，易容易出现断裂、耗损等问题。节能设计中，需对主动轮、从动轮、环形带等进行优化设计，进而提高传动机构的稳定性。（4）链传动。链传动由主动链轮、从动链轮和环形链条组成，环形链条作为中间挠性件装在平行轴上，动力和运动的传递依靠链轮轮齿与链条的啮合动作完成。一般来说，链传动节能设计与改造需注意链条、链轮的高效搭配。例如，链传动工作时，为了便于链条联成环形时内、外链板正好相接，链接数一般取偶数；为了便于链接的啮合，链轮轴面齿形两侧应设计成圆弧状；链传动接头处需要用开口销或弹簧夹夹紧。链传动节能设计要考虑传动机构形式，合理控制小链齿轮数量，小链齿轮数尽量多一些。

3机械传动系统防护设计

机械工程快速发展趋势下，人们对机械系统结构组合形式展开深入研究，如何在满足机械系统工作性能前提下，通过优化系统结构以实现节能化控制，这是现代机械科技改造的先进趋势。机械传动系统防护也是节能改造设计的一部分内容，可综合防范机械故障发生带来的异常损耗。（1）齿轮传动。传动系统是机械设备的核心部分，能够为整台装备提供足够的动力来源，维持内部元器件持续运转。为了保证传动系统工作的连续性和稳定性，避免传动系统零部件产生异常工况造成的危险事故，齿轮传动机构必须安装全封闭的防护装置。（2）皮带传动。动力是维持一切机器设备运行的基本条件，传动系统是机械设备创造动力的根源。皮带传动装置可以采用全封闭型防护装置或带有金属骨架的防护网，也可以采用防护栏杆，从而保证皮带传动的耐用性和连续性。（3）联轴器。除了对机械设备直接性的改造设计，还要注重设备使用后期的综合养护，才可不断延长设备的使用寿命。联轴器需要加装防护罩，确保其在工作时不被破坏，从而延长使用寿命，比如Ω型防护罩；安全联轴器可以保证其在工作时没有突出的部分，确保联轴器的工作安全。

机械系统设计论文篇4

通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验,我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小,安全性达到最高。且强弱电分开控制。

所以在这里设计了舞台机械的具体参数:

A、景物吊杆技术参数如下：

电机功率：2.2KW吊点数：4个

升降速度：0.27m/s杆体长暂定：16米

电机转速：1400转/分速比为：40：1

提升荷载为：400KG杆体为钢管

控制方式：点控

该型吊相具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB.

吊杆杆体用两根Φ50黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

B、灯光吊杆技术参数如下：

电机功率：3KW吊点数：4个

升降速度：0.18m/s杆体长暂定：14米

电机转速：1400转/分速比为：50：1

提升荷载为：600KG杆体为?50黑铁管吊杆

控制方式：点控

该型吊杆具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB。

吊杆杆体用Φ50；黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

舞台机械设计原则

（节选）1、钢结构

a)所有承重的钢结构件，其结构刚度大于1：1000

b)钢结构件应设计合理，钢结构及其接头应能承受最大额定载荷和由紧急停车造成的冲击载荷；

c)钢结构件所用材料应符合有关标准；

d)钢结构焊缝须符合有关规定，主要焊缝应进行无损探伤检查；

2、吊物与卷扬装置

①卷扬机卷扬机上的电动机和制动器应联合动作，只有电动机电源接通时，才能许可制动器打开；万一制动器打开，而电动机没有接通电源时，只许吊杆（负载）静止或低速下降；

②卷筒组件

卷筒直径不小于钢丝绳直径的30倍；

卷筒用优质灰铸铁或厚壁无缝钢管焊接并经精确机械加工而成；

钢丝绳屿卷筒绳槽中心线的夹角应中于2.5度；

卷筒组件应设计防止钢丝绳在负荷或松驰状态下跳槽的装置。③滑轮

滑轮的节圆直径，不应小于钢索直径的28倍；

滑轮及滑轮组应采用滚动轴承支承；

滑轮及滑轮组应有防止钢丝绳脱槽的保护装置。

钢丝绳与滑轮的偏角不超过2.5度。

④钢丝绳

悬吊钢丝绳应为带有人造纤维芯的软钢丝绳；

预先检验：供货时所有的钢丝绳均应分批测试；

现场处理：钢丝绳在安装期间应小心处理，不能以任何方式技术打结或损坏；受损或变形的钢丝绳不予接收。所有切断头都应妥善处理；

安装：钢丝绳不应与设备的固定或移动部分磨擦，在有损坏或卡住风险的地方，应采取正确防护措施；

悬挂支承：穿过顶楼的转向滑轮或在其它需要悬挂支承的地方，钢丝绳应在滑轮上进行支承。

⑤钢丝绳配件

钢丝绳配件应采用表面镀锌的标准配件；

钢丝绳配件规格尺寸与钢丝绳匹配；

使用钢丝绳夹的地方，每个接头至少使便用3个正确安装的绳夹。

3、吊杆

a)吊杆采用圆管杆或桁架杆，管子或构架应平直、无扭曲变形；

b)管杆采用优质无缝钢管制造；

c)杆的接头应尽量少，接头采用实心圆棒与管子配合；

d)悬吊钢丝绳的端头用单独安装于杆上的调节装置进行调整；

e)管端：管端应配有带醒目颜色的永久性塑料帽或钢封头；

4、限位、定位、超程开关

a)限位及定位开关

i.行程终止限们开关：行程终止限位开关应能测出设备正常行程绺并使之停车；

ii.中间定位开关：在合适的地方配置中间定位开关和减速开关；

iii.直接碰撞限位开关：行程终止限位开关也可选用直接碰撞限位开关。

b)超程限位开关

超程限位开关：所有电动设备都应安装单独的超程限位开关，以防行程终止限位开关发生故障导致机械损伤。

4、电动机

机械系统设计论文篇5

Abstract： Mechanical structure design as part of the foundation of the traditional mechanical design teaching， as a teacher， on the one hand to consider how existing mechanical design theory and methods based on the methods and theories of modern mechanical design， application of modern computer effective combination of the twobroadened the mechanical design ideas and methods of teaching. From several aspects of how to investigate computer-aided design throughout the teaching of mechanical design.

Key words： machinery design；teaching method；rearch

【中图分类号】G42 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）05-0250-01

引言

随着计算机技术的飞速发展， 利用计算机辅助设计来改善机械类专业基础课程机械设计教学学模式已成为必然趋势。机械结构设计作为传统机械设计教学中最基础的一部分，作为教师一方面考虑如何在现有机械设计理论与方法的基础上与现代的机械设计方法和理论，应用现代的计算机将两方面有效的结合起来，更加拓宽了机械设计教学的思路和方法。本文将从以下几个方面来探讨计算机辅助设计如何来贯穿于机械设计的教学中去。

1.传统机械设计教学中面临的挑战

《机械设计》是一门古老的学科，随着时代的发展本课程的教学也出现一系列的问题，主要体现在以下四个方面：（1）传统的课堂教学形式仍占主要地位课堂教学是传授知识的主阵地和主渠道，《机械设计》课程内容的广泛性与授课方式及学时的有限性之间有矛盾，影响了学生掌握更多有关机械设计的知识，限制了学生分析、构思和设计能力的培养，阻碍了教学改革进程。 （2）实践知识的匮乏。现在的大学生尤其是近机专业类的，他们在平时的实践和实验课程中接触机械方面的机会比较少，就是观察到一些机械机构与原理方面的现象，也不会刻意去留意。这样的话，学习本课程，就更缺乏实践方面的知识，甚至连感性认识都没有。（3）现代设计理论及方法的出现。近些年来，现代机械设计方法取得了飞速的发展，目前常用的有：计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、摩擦学设计、设计方法学设计、并行设计、人机工程学设计、虚拟现实、相似系列产品的设计、质量驱动设计、工程反求设计和分型设计等。一个新的机械设计体系正在发展和形成，现代设计方法将不断得到推广和应用。这方面也是我们机械设计教学遇到的新的挑战。（4）缺乏实践手段，教学目标难以实现《机械设计基础》是一门实践性较强的课程，边学习边实践才能实现提高设计能力、培养创造性素质的要求。但实际上由于学时所限，加之一般院校缺乏相关实验、实习操作手段，很难达到上述要求。由于学生缺乏对实际机械系统的感性认识，所以教学效果不太理想。（5）社会需求和要求的不断提高。

2.计算机辅助设计融入机械设计教学模式的研究

就《机械设计》教学在新的时代面前提出了这些迫切的要求，本文对该课程的教学模式进行了初探。主要从以下四个方面进行探究。（1）机械设计教学中推广三维设计的方法。（2）注重培养学生的创新能力。（3）优化教学手段。（4）CAD的虚拟技术是一种新兴的多学科交叉技术，它涉及多方面的学科研究成果与专业技术。以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，能使设计人员与多维的信息环境进行交互。同时，利用虚拟技术可以大大地减少实物模型和样件的制造。虚拟技术以CAD为基础，是一种新的制造系统，这种系统按应用情况又可分为增强的可视化系统和基于现实的CAD系统。①增强的可视化系统。利用现行的CAD系统进行建模，通过对数据格式进行适当的转换输出虚拟环境系统。利用三维的交互设备（如头盔式显示器、数据手套等），在一个虚拟真实的环境中，设计人员对虚拟模型进行各个角度的观察。目前投入使用的虚拟设计多采用增强的可视化系统，这主要是因为基于建模系统还不够完善，相比之下，目前CAD建模技术比较成熟，可以利用。②基于虚拟现实的CAD系统。利用这样的技术用户可以在虚拟环境中进行设计活动。与纯粹的可视化系统相反，这种系统不再使用传统的二维交互手段进行建模，而直接进行三维设计。此外，它也支持如语言识别、手势及眼神跟踪等。这种虚拟设计系统在机械设计的教学中融会贯通，更加深入的了解现代机械设计的理念和思维。

3.总结

《机械设计》是一门非常重要的技术基础课程，内容多，课时少。研究如何解决当前机械设计教学中面临的问题，我们一方面要从教学内容，教学方法不断提高和改进，另外还要培养在机械设计中融入现代计算机的设计思想，增强他们学习的主动性，为今后进行相关机械设计工作打好良好的基础。

机械系统设计论文篇6

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0109-03

一、引言

“作为生产力的一个要素，工程技术把科学原理转变为改造世界的动力，是科学发现和产业发展联系的桥梁；是产业革命、经济发展与社会进步的强大杠杆。”人类社会已经经历了三次工业革命。18世纪的机械工业革命产生了纺织工业、机械制造业、铁路运输业和煤炭工业等；第二次工业革命中崛起了电力工业、化工工业、冶金工业和汽车工业等；第三次工业革命催生了电子工业、计算机工业、空间工业、合成材料工业和原子能工业等。机械设计作为机械工程的技术基础在不断地更新与发展，机械设计课程的内容与教学方式也随着新科技的发展而不断进化，机械设计教学的基本要求就是使得学生获取机械产品设计的知识、拓展设计能力、提高素质和开启智慧。

人们设计、制造、检测和销售产品是为了获取利润，在向用户提供使用价值的同时获得自己劳动应该得到的利润。劳动创造价值，机械产品的设计最终目的就是提供使用价值，同时获得劳动报酬。因此，价值—功能—原理—结构的产品设计思路认为，在设计产品的初期，设计者思考的不仅仅是产品应具有的功能，也必然考虑产品的市场销售能得到多少利润。

在创新氛围日益浓厚的21世纪，创新教育与创新实践是各国教育界特别重视的问题。面对生命科学与技术为核心的21世纪，机械设计课程面临新的挑战。在新的世纪，机械设计教学不应“渴而穿井，斗而铸锥”，而是应该未雨绸缪、积极面对新的挑战。本文从当前科技的发展出发，讨论机械设计课程面临的挑战。

二、机械设计的基础

17世纪和18世纪初叶是钟表时代，18世纪末叶和19世纪是蒸汽机时代。机构学的发展，出现了曲柄滑块原理的内燃机、汽轮机和水轮机等，实现了将柴油和汽油的化学能转化为机械能；原煤的化学能经热能转化为机械能；水的动能和势能转化为电能或机械能。这些技术发展进程中，诞生了机械设计课程。

机械设计包括机械原理、机械零件和机械系统设计三部分内容。机械原理讨论机构的设计、运动分析和动力学分析。机械零件部分讨论机械零件的强度、刚度、振动稳定性和耐磨性等设计方法，并且介绍机械的结构设计。机械系统设计部分讨论机械系统的动平衡、速度波动调节以及系统方案优化设计等。机械产品的创新设计以上述三部分内容为基础，对产品设计进行改进或革新。

1.机械原理。机构的设计与分析是机械原理的核心内容。常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆结构、摩擦轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。机构的演变或创新方法有：机构的组合、机构的演绎、机构的逆向设计以及新原理的应用等。机构组合是常用的设计方法，通过不同类型机构组合或者同类型机构的组合，得到实现运动轨迹的新组合机构。机构的演绎是通过改变机构的运动副、构件几何设计、机构的变结构等方法，获得新的机构设计。机构的逆向设计，常用主动构件和输出构件互换、增加或减少自由度数即原动件数，来获得新的机构设计方案。机构的运动分析和动力学分析，常用计算机辅助设计的方法来分析，以获得运动轨迹、加速度和跃度的变化曲线。机构的创新设计是机械产品创新的基本内容，也是对产品在较大程度上的革新。

2.机械零件。机械零件分为通用零件和专用零件。机械零件部分介绍的是各类通用零部件，包括连接零件、传动零件、轴系零部件以及弹簧、机架和导轨等。连接零件有螺纹连接、销、键和花键、过盈连接、胶接、焊接和铆接等。传动部分有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、摩擦轮传动等。轴系部分有轴承和轴的设计，其中轴承有滑动轴承、滚动轴承、空气轴承、电磁轴承和静电轴承等。机械零件的设计是针对零件的失效形式来进行的。首先由实践确定机械零件的失效形式，然后选择零件的材料和表面处理技术，以抵抗其失效形式，再依据相应的设计理论提出设计准则和设计公式，最后是设计零件的所有结构尺寸。另一方面，机械零件是物化的产品，其结构设计和制造工艺性设计也是关键方面。机械零件的创新设计方法有变结构的设计、组合设计以及采用新原理的设计等。

3.机械系统设计。机械产品越来越复杂，组成机械产品的零件个数越来越多。机械系统的传统设计内容有动平衡、速度波动调节和分系统之间的匹配等。机械子系统的设计，包括动力系统、传动系统、执行系统、控制系统和辅助系统的设计。在计算技术发展后，针对系统层面出现了系统优化设计、系统可靠性设计和系统摩擦学设计，并且在产品设计中得到应用和推广。随着生态设计、全寿命周期设计、维修设计和自动化设计的发展，基于系统分析和计算仿真的设计软件包日益增多。经典的设计内容都可以由软件包来完成，然而对于新材料的机械零部件设计及其系统设计，仍需要理论和实验的应用基础研究，以获得设计准则和相应的设计方法。

三、机械设计面临的挑战

我国的机械工程高等教育是从20世纪初开始的，落后于欧洲的第一次产业革命200余年。因此，我国的机械工程科学与技术距世界先进水平有差距是有其历史原因的。在改革开放后，国家的载人航天、高速铁路和青藏铁路等重大工程的建设推动了机械、电气、信息和材料等学科技术的进步，同时也促进了不同学科的技术整合，以新的系统产品提供给消费者。然而，我国的工程教育历史较短，仍有待借鉴国外先进的工程教育经验和教育方法。目前，机械设计教学与产品设计面临的挑战有创新能力的培养、系统性的思维观、新的科学原理带来的挑战等。

1.新材料带来的挑战。人类的发展史从某种意义上说也是人类利用和制造材料的历史。随着人们对石头、铜及其合金、铁及其合金、半导体材料的制造和使用，人类社会经历了石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代。在上个世纪末，智能材料的发展非常迅速，例如压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等，机敏材料正得到更多的应用。在量子力学基础上出现的新智能材料，将为机械产品设计提供更广阔的空间。作为机械产品设计工程师，要时刻关注智能材料的进展及其制备技术。纳米材料作为一种介观尺度的材料，已在纳米添加剂方面得到工程应用。另一方面，材料的成本与市场供应也是产品设计阶段需要考虑的内容。新材料的发展与研制，为机械产品设计提供了更多的设计选择，也同时使得以前不可实现的产品功能得以实现。生物材料及其仿生技术是新材料的发展方向之一，设计师应关注这一方面的新进展、新技术和制造过程，在较短时间内将其应用于产品设计，为人们的安全、舒适的生活和健康提供新的产品。

2.信息科技带来的挑战。从信息论和控制论的诞生开始，人们就进入了信息社会。计算技术的软件、硬件和系统技术，作为20世纪的标志性进展，以此为阶梯，人们开始了信息社会的生产与生活。信息技术使得地球变成了地球村，各地信息及时传递与互享共用，改变着人们的生活方式、生产方式和思维习惯等。毫无疑问，我们已经生活在信息社会里，信息技术对机械系统中的控制单元设计进行了彻底的变革。产品的设计涉及功能、结构、外部界面、用户界面和成本五个方面。产品的创新设计方法很多，例如前苏联学者G.S.Altshuller提出了创新问题解决方法。无人车间、无人制造工厂不再是人们的向往，而是已经成为现实。信息技术已经提供了虚拟战场、3D虚拟电影、虚拟产品模型、虚拟产品装配等一系列产品和相关的技术。机械制造的核心，机床已经是计算机控制的可编程设备，机械制造过程也已经是柔性的可变制造系统的生产线。可以预见，信息技术不仅会为人们的生活提供手机和无线网络等，也将提供虚拟的生活体验，例如虚拟的蹦极、虚拟侏罗纪公园等。信息科技对机械设计和机械制造的变革不会比电气化革命带来的少，而且更加深刻、更加深远。机械设计工程师要学习新的信息科学与信息技术，用其革新机械产品的设计、机械制造过程和管理过程。

3.智能科学带来的挑战。21世纪是生命科学与技术的时代，生命的基本特征就是智能与生长。智能科学的发展与信息科学密切相关，也可以说是以信息科技为基础的。简单智能产品，例如冰箱、空调等，已成为商用产品，而且新的更高智能程度产品也在日新月异的发展之中。基于信息技术的智能交通系统、公园导游系统、空中管制系统等产品已具雏形，随着信息处理的高度智能化发展，这些信息管理系统也需不断地升级。1956年到1961年可以说是AI研究的形成时期，卡内基-梅隆大学、麻省理工学院和IBM公司开始了AI的早期研究。1961年到20世纪80年代是AI成长期，80年代是其快速发展期，80年代后人工智能技术步入实用化成熟期。取得了国际象棋、口语识别、机器视角和专家系统等研究成果。

4.生态环境带来的挑战。随着生产的规模扩大，对自然资源的消耗日益严重，伴随出现的环境污染也日益突出。在今天的生产发展阶段，保护自然生态环境的压力更加突出。为了保护人类的生活环境，必须从产品设计、产品制造到产品回收循环利用的全周期，考虑产品的环境绿色性。产品供应链的全球化、网络化与节能设计，是新世纪机械产品设计需要考虑的新问题。机械产品的设计阶段就很大程度上决定了产品的环境友好性。从材料选择来说，应采用材料种类更少的设计方案；从计算参数设计来看，应提高功能参数与质量之比，更大程度地发挥材料的性能；从结构设计来说，应尽可能地循环利用报废机器的零件，或者通过最低成本的再制造，然后循环利用零部件；在功能设计来说，应尽可能发挥产品的设计构思，提供更多、更便捷、更低成本的功能实现方案。如此等等，在整个产品设计阶段贯彻生态设计的理念，为保护自然环境和最大效能利用资源做出努力。

四、小结

机械产品创新设计必需解决新发展的挑战，新材料、信息技术、智能科学与生态环境等带来的将是长期面临的新问题。机械设计的发展是个动态的吐故纳新过程，只要我们睁开眼睛、敞开胸怀，以前期的机械机构设计、结构设计、强度和刚度设计、可靠性设计、优化设计和摩擦学设计等知识为基础，必将在新的世纪中创造出更多更好的新产品。

参考文献：

[1]Naverio M.Design education in Brazil[J].Design Studies，2008，（29）：304-312.

[2]陈秀宁，顾大强.机械设计[M].杭州：浙江大学出版社，2009.

[3]冯·贝塔朗菲.一般系统论——基础、发展和应用[A].林康义，魏宏森，等，译.影响世界的著名文献——自然科学卷[M].北京：新华出版社，1997.

[4]Czichos H.The principles of system analysis and their application to tribology[J].ASLE Transactions，1974，17（4）：300-306.

[5]XieY B.On the systems engineering of tribo-systems[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering，1996，9（2）：89-99.

[6]Saunders M N，Seepersad C C，H？ltt？-Otto K.The characteristics of innovative mechanical products[J].Journal of Mechanical Design，2011，（133）.

机械系统设计论文篇7

《机械原理》是高等工科院校机械专业必修的一门重要的专业技术基础课[1，2]，《机械原理课程设计》则是使学生较全面系统地掌握及深化机械原理课程的基本原理和方法，培养学生综合运用所学知识，提高分析和解决工程实际问题的能力的重要实践环节。

一、问题的提出

我校《机械原理课程设计》所选用的设计题目以往多为针对不同类型的连杆机构进行运动分析及动态静力分析。机构的类型机构及尺寸由教师指定，一般为平面六杆机构。班级各学生所需分析的机构类型或机构的尺寸不同。

随着科技的进步与发展，对高等教育的要求也在不断提高。培养具有创新精神和实践能力的人才，提高工科学生的综合能力已成为机械工程教育工作者的共识。在此大环境下，对《机械原理课程设计》进行改革，将以分析为主的《机械原理课程设计》改变为“机械系统运动方案设计[3，4]——型综合——尺度综合——运动动力分析”的设计型《机械原理课程设计》，势在必行。

二、设计型《机械原理课程设计》

课题组首次在大三詹天佑班及车辆专业部分学生中试点，进行了设计型《机械原理课程设计》的探索与实践。

课题组在充分调研查阅的基础上，选用文献[5]作为主要参考教材，并自编了与之配套的任务书等教学资料。

1.设计的目的及任务。设计型《机械原理课程设计》的目的在于：使学生巩固理论知识，并使其对于机械的组成结构、运动学以及动力学的分析与设计建立较完整的概念；掌握机械运动方案设计的内容、方法和步骤，培养机构选型与组合和确定运动方案的能力；培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。其任务为：针对某种简单机器（它的工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，包括机械系统运动方案的设计与评定，机构尺度综合等。

2.设计题目。本次《机械原理课程设计》选择了“圆盘型自动包本机进本系统”、“水稻插秧机”等六种机械系统作为设计与分析的对象。各个机械系统由多个能够完成具体工作的机构组成，其各组成机构必须动作协调，方能实现预期要求的功能。教师根据各机械系统所包含的具体工作机构的数目，将学生分为2～4人一组，每位学生在完成所要求的整体机械系统运动方案设计的前提下，还须独立完成该机械系统中的指定工作机构的型综合、尺度综合及其运动分析（动力分析部分为选作）。因此，任意一名学生的工作均需各自完成，不可能“拷贝”他人成果。

3.设计内容及要求。设计型《机械原理课程设计》要求学生根据教师下达的任务书完成：①全组讨论及提出两个以上系统设计方案；②经比较、选优，确定系统最终方案；③每个学生设计分析总体系统中的一个机构；④每个学生对自己设计的机构运用解析法完成机构运动分析；运用解析法选作机构受力分析；⑤每个学生运用软件选作机构的仿真与验证；⑥完成设计说明书。

三、《机械原理课程设计》指导方法的改革

1.《机械原理课程设计》前期工作。《机械原理课程设计》为期两周，为使学生能够有充分的时间消化理解《机械原理课程设计》的内容，做好先期准备工作，我们提前一周半进行《机械原理课程设计》授课。许多学生听课后即开始查阅资料，重温课程设计中所用到的相关先修课程的知识，讨论方案，主动找老师答疑等，教师也插空到班级辅导，收到良好的效果。

2.集思广益，确定机械系统运动方案。各组学生拟定出两个以上机械系统运动设计方案。所有参加设计型《机械原理课程设计》的六十多名学生一起进行讨论，集思广益，优选机械系统运动方案。具体做法为：每组选派一名学生主讲，其他学生补充，借助PPT介绍本组初定的几种设计方案，指出各方案的优缺点及筛选原因，其他学生提出问题及建议。通过讨论，学生对许多概念、基本理论有了新的认识和理解，巩固了课堂教学中学到的知识，并且各组学生取长补短，相互学习，开阔了思路，对本组原有的设计方案又有了许多新的设想。

3.理论联系实际，完成机构设计。由于所承担的任务不同，每个学生必须独立完成总体系统中一个机构的设计，难度较大。指导教师与实验室老师一道，带领学生参观各类机构模型，演示各类机构动画，讲解各类机构的优缺点及适用场合，一一解答学生的各种问题。指导学生运用solidworks软件对自己设计的机构进行仿真与验证。

4.综合运用知识，对机构进行运动分析和力分析。教师对运用解析法对机构进行运动分析和动态静力分析进行了较为详细的讲解，对运用solidworks软件和ADAMS软件进行机构的运动分析和力分析的方法及常见问题的解决进行了辅导，使得学生在求解机构的运动过程中即“知其然”又“知其所以然”。

5.在课程设计的各环节中强化学生综合素质的培养。教师在课程设计整个过程中注重对学生查阅文献、基础理论知识的掌握、各科知识的融会贯通、理论联系实际、独立思考、综合运用所学知识解决实际问题、动手能力、克服困难、创新意识、团队协作精神等多方面的能力进行培养，并在对每位学生单独进行答辩的过程中加以考核。强化了对学生综合素质的培养，效果较为理想。许多学生感慨，这次课设虽经历了许多困难，但收获了知识，获得了成功的喜悦。

四、结束语

开展“设计型《机械原理课程设计》”，收效明显：

1.使学生进一步巩固和加深了对理论知识的理解，并逐步掌握了工科学生应具备的理论联系实际的学习方法。

2.调动了学生学习的主动性和积极性，使学生动手实践能力、创新设计能力、团结协作精神和综合素质得到了提高。

3.促进了师资的培养，教师自身的业务水平得到提高，队伍得到了锻炼。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].第七版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理[M].第二版.北京：高等教育出版社，2010.

[3]孟宪源，姜琪.机构构型与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

机械系统设计论文篇8

2机械设计类课程教学及课内实验

课程教学及课内实验教学环节分为机械原理和机械设计两个部分，每部分。含课内实验，课程内容及培养目标如下：机械原理课程是一门培养学生机械机构运动设计与分析的技术基础课，主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统传动方案的规划与设计，其主要任务是培养学生：第一，理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神。第二，掌握机构运动方案设计的能力。第三，具有机械系统运动简图的绘制，计算机辅助机构分析和设计的能力。机械原理实验教学是机械原理课程教学中的实践环节。在实验中通过安排部分课程基本理论的验证性实验，使学生进一步加深对课堂教学内容的理解。通过增设一些综合性、设计性实验，培养学生基本知识、基础理论与实际项目需求的理论知识应用能力，同时培养学生创新意识和能力。通过设立较多的选修实验，促进学生的个性发展。机械设计课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课，在教学内容方面着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和创新思维，通过对本课程的学习，使学生掌握常用机构和机器中各种通用零件的基本理论和基本知识，初步具有机械结构方面的分析、设计能力，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。机械设计实验教学通过设立部分验证性实验，使学生进一步加深理解课堂教学的内容；通过设立一些综合性、设计性实验，培养学生理论联系实际的能力及机械结构设计的创新意识和创新能力；通过强调学生参与实验的全过程，培养学生的动手操作能力；通过设立较多的选做实验，满足学生的求知欲，促进学生的个性发展。

3基础设计能力培养

机械设计课程设计是机械设计基础类课程的重要实践性环节，通过对机械传动装置和简单机械的设计，使学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，熟悉机械设计的一般规律，掌握机械通用零部件及简单机械的设计理论及设计方法。培养学生理论联系实际的正确设计思想，树立工程意识，培养独立分析和解决工程实际问题的能力，为毕业设计和以后从事工程设计工作打下良好的基础。课程的教学目的：第一，学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。第二，学会从机器的功能要求出发，合理选择传动机构的类型，制定传动设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的结构、形状、尺寸及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力。第三，进行机械设计基本技能训练，例如计算、绘图，运用标准、规范、手册、图册和设计资料，以及使用经验数据和处理数据等。第四，通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；培养学生运用计算机撰写论文的能力。第五，训练学生用CAD绘图的能力。机械综合课程设计是形成机械装备设计能力的重要实践性教学环节。内容以车床或铣床的主传动系统设计为主线，以所学过的机械制造装备的基础知识为支撑，完成主传动系统设计、操纵装置布置、工程分析计算等环节的训练。其目的是在相关先修课程学习后，进行机械结构设计综合训练，使学生掌握机械系统分析和设计的基本步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。

4创新设计能力培养

学生创新设计能力培养包括机械产品创新设计与仿真和机械创新设计与制作两个环节：机械产品创新设计与仿真是学生以项目组的形式自主开展的为期一年的研发与制作项目，在学院的统一命题下完成一项任务。提高学生自主学习、问题求解、团队协作、项目管理、综合创新等方面的能力和素质。机械创新设计与制作是结合学生已有的知识储备，充分发挥学生的创新设计思维，通过机构综合模拟现实自然界生物的动作行为，并辅以相应的控制系统达到机构的协调运动。在教师的启发和指导下，学生以组为单位自主地进行相关内容科技文献检索、方案设计、虚拟仿真、绘制加工图纸、撰写设计说明书并进行答辩，通过工程实践培养学生灵活运用所学机械设计知识的能力。

机械系统设计论文篇9

中图分类号TH12 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）96-0064-02

关于机械可靠性的研究最早出现在电子产品领域，时间可以追溯到上个世纪中叶，各国的机械可靠性研究都是从航天以及军工领域开始的。随着经济以及科技的不断进步，可靠性研究逐渐由军工转入到民用的范畴，并慢慢变成经济竞争的重点。传统的机械设计重点在于强度，而可靠性设计的重点集中在产品的材料、规格以及其在载荷情况下表现出来的随机性以及分散性上面。传统的设计可靠性主要表现为载荷与机械产品强度之间的关系，如果材料强度高于载荷则为安全，反之便是不安全，而新的可靠性设计则是关注机械安全使用的机率以及达到预定使用时间的机率，这种新的可靠性设计理念以概率为基础，是机械设计理念的重大发展。

1 机械可靠性设计的概述

1.1 对机械可靠性概念的理解

一般意义上的机械可靠性，是指机械类的产品和系统在规定的时间以及工作条件下能够进行功能有效实现的一种能力，是机械产品质量的一个重要衡量标准。一般来说，可靠性设计的内涵还可以从四个方面进行更深一层的阐释，第一，关于可靠性设计的对象，机械产品和系统是从广义上来说的，它的对象既可以是整套的系统设备，也可以是一个子系统甚至是一个设备或者部件；第二，可靠性设计的重点是规定的时间，可靠性作为一种衡量产品的时间质量指标，关系到产品质量能够持续的时间，通常情况下随着时间的增加可靠性会减小；第三，机械的使用条件是进行可靠性设计的前提，可靠性的设计会根据实际使用条件的变化而变化，没有了使用条件作为前提，可靠性设计就没有意义了。第四，可靠性设计的实质就是对规定的功能进行设计，使其使用功能能够延长到尽可能长的时间。

1.2 机械可靠性设计的特点和基本理论

机械可靠性是一个比较笼统的概念，由于机械产品的种类非常多，所以在可靠性方面的要求也是不同的。机械产品的用途多种多样，这也决定了它们在结构和工作原理方面的差异，另外还有一些特殊的机械零件。对于使用要求、用途和结构都不同的机械来说，其可靠性也是存在差别的，相应的可靠性的计算理论和办法也不同。机械一般都处在较为复杂的使用条件之中，对于所受的载荷很难进行确定，载荷的大小和类型会因为实际工作条件的变化而改变，所以要进行准确的载荷测定需要进行多次的实验。但是实际工作中，长时间实验的测算是不容易实现的，很难进行准确的载荷谱测算，当然也会为可靠性的设计带来一定的制约。一方面可靠性设计会对机械的可靠性造成直接的影响，另一方面使用环境、制作工艺和过程也会影响到机械产品的可靠性。因为这些因素存在着很大的不确定性，所以在进行可靠性设计的时候，一定要将这些因素考虑进来，尽可能的避免设计方面的偏差。

我们知道，大部分的机械产品都是由很多不同功能的零件组织而成，通过螺栓和丁卯等将零件连接成一个整体。在进行机械可靠性设计的时候，要将连接形式看成虚拟的一个零件，这些零件能够在很大程度上影响机械的可靠性，所以也要被纳入可靠性设计的范畴之中。这些虚拟的零件会因为采用的连接方式以及工人的安装质量不同而改变，不好的连接状态也会给机械可靠性带了很坏的影响，所以在进行可靠性设计的时候也要加以注意。

设计理论的科学和准确是机械产品可靠性的前提和基础，也是可靠性实现的必要准备。在实际的设计中，一定要从机械产品的实际情况出发，选用最佳的设计理论和办法，其中，应力-强度相干的理论是基本理论之一，它明确了机械可靠性与所受载荷之间的基本关系，针对应力-强度相干理论，逐渐产生了以矩和矩方法为基础和以可靠性概率理论为基础的可靠性理论，对于可靠性设计的方法进行了扩充，在内容方面延伸到了有限寿命、疲劳程度等方面，还针对不同的机械功能系统进行了分别的可靠性设计研究。

2 现代可靠性设计方法

近年来，由于机械建造以及科学技术的不断前进，越来越多的新知识、新理论被应用到机械产品的设计中来，机械产品的更新变得越来越快。在计算机技术以及数学理论的基础上，机械可靠性的设计方法也有了很大的进步，为复杂环境下的机械可靠性设计问题找到了解决的途径。

现代的可靠性设计中，灵敏度以及重分析的加入是一种很有效的方式。通常所说的灵敏度，是指在对复杂的机械进行可靠性设计时，由于存在很多几何以及物理因素的影响，如果改动设计方案的话，我们希望找到能给产品特性带来对多变化的参数，也就是说机械产品的性能对哪些参数的变化感应最灵敏，针对这些参数对机械产品进行灵敏度方面的测试，就称为灵敏度的分析。如果灵敏度分析的过程中，发现了对产品的可靠性有较大影响的因素，那么在进行设计的时候就要进行重点的控制，使产品保持充分的可靠性，相反的，如果发现对可靠性影响较小的因素，在进行设计时就可以降低机械分析的难度，直接将其按照可靠值来计算。这种设计方法，在弄清产品性能变化与参数之间的关系基础上，进行有针对性的可靠性设计，可以使机械产品的可靠性增强，同时在性能和使用寿命上都得到提高。

在通过灵敏度进行机械可靠性设计的基础上，我们还可以发展出一个使灵敏度因素达到极小化进而使机械性能达到稳健性的设计方式。这种方法的设计理念就是尽量减少灵敏度大的因素的使用，设计出容差更大的产品，这种稳健性的设计方法能够有效减少资金和人员的重复投入，降低设计中的盲目性，不仅具有成本低的特点，而且具有很强的稳定性。

3 结论

综上所述，机械的可靠性设计是一个不断发展的过程，随着科技的不断进步，相关人员应该在实际经验的基础上，不断吸收新的理论和观念，对于机械产品的可靠性设计进行不断的研究，使机械产品能够在更长的时间内提供更加高质和安全的功能服务。

参考文献

机械系统设计论文篇10

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）01-0132-03

机械原理是机械类和近机类专业十分重要的主干技术基础课程，是理论课程向工程实践课程转换的过渡性环节，具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用，在机械类高级工程技术人才培养的基础系列课程中是不可替代的。[1]但是，传统机械原理教学存在目标单一、内容陈旧、方法死板、考核简单片面等不足，与理论力学、机械设计等相关课程间存在教学内容重复或脱节、整体协调性不足等问题[2] [3]，导致教师讲课费力，学生听课乏力，教与学的效果不理想，甚至造成对立的师生关系。

学校针对机械设计制造及其自动化专业部级“卓越工程师教育培养计划”项目的实施需要，进行了基于项目的CDIO教学模式、基于网络资源和创意兴趣的自主学习模式等教学方法改革探索与实践。本文从机械原理的课程体系、教学方法等角度进行全面介绍。

一、面向卓越工程师教育培养计划的教学内容体系构建

处理好机械原理与理论力学、机械设计等专业基础课间分工和衔接，不同于机械制图与建模、刚体运动与力分析、零部件强度计算与校核、材料成型与加工等专一知识和能力的培养[4]，机械原理以培养学生面向机械系统的机构设计与分析能力为主，在机构学、机器动力学和常用机构等基本知识学习基础上，更加注重机械系统的设计和综合创新能力培养。[5]处理好机械原理课程内部各章节间内在关系，机械原理教学内容可划分为机械系统、基本原理和常用机构三大模块，构建各教学模块间有机联系，课程体系与教学模块关系如图1所示。

机械系统模块是培养学生系统观念的重要途径，利用完整的机械系统实例把课程知识点串联，贯穿绪论、机器人机构及其设计、机械系统方案设计等章节的教学全过程，形成闭环。

基本原理模块包括结构分析、运动分析、力分析、效率与自锁、机械平衡、机械运转速度波动调节等章节，重点讲授：1.机构结构分析中机构组成、自由度计算、组成原理和型综合等知识点;2.机构运动分析中解析法;3.平面机构力分析中运动副总反力和机构受力分析;4.机械自锁和速度波动调节。而与理论力学等前期基础课联系紧密的运动分析图解法采用实例化教学，在学生自学、练习、讨论基础上，点明速度影像和加速度影像等知识点;实践性较强的机构运动简图、机械平衡以实验教学为主线。

常用机构模块包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系和其他常用机构等章节，重点讲授：1.连杆机构中平面四杆机构设计的图解法和解析法;2.凸轮机构中轮廓曲线设计解析法;3.齿轮机构中渐开线直齿圆柱齿轮啮合定律、啮合传动、变位齿轮和斜齿圆柱齿轮;4.齿轮系的传动比和效率计算。而常见多杆机构、凸轮基本尺寸确定、渐开线特性、其他常用机构等知识点以自学、调研等自主学习方式为主。

二、基于认知规律的“以生为本”教学方法改革与实践

国内众多高校长期开展机械原理精品课程建设，使教学理论、课程体系、教学内容、教学方法与手段等研究工作不断深入，在教材、电子教案、电子教具、教辅参考资料、教学视频和网络平台等教学资源建设方面进展显著，为机械原理课程教学方法改革奠定基础。

（一）基于慧鱼组合模型的机械系统概念强化与贯穿

课程学习前，利用工程训练中心慧鱼创意组合模型，让学生按照已有拼装路线亲手搭建典型的机械系统模型，如各种类型机器人，使课程教学从“积木游戏”场景中开始，逐步了解机械原理所学的连杆、凸轮、齿轮及齿轮系等机构;课程教学结束前，要求学生根据学习内容，自主搭建一个新型的综合型机械系统。学生能够全程深度参与课程教学，实现寓教于乐，激发学生学习兴趣和热情。

以学生自主搭建典型机械系统模型为课程学习对象，贯穿机构结构分析、运动分析和连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等教学全过程。引导学生发现并解决其隐藏的科学问题，包括概念理解、问题分析、问题求解等主要的学习环节，教师承担定义阐述、提出问题、思路引导、方法总结和疑难解答等辅工作，激发学生主观能动性，真正实现学生自主学习、教师辅助指导的教学模式。

（二）基于网络教学资源的自主学习模式实践

随着互联网技术的发展，大学校园内学生上网便捷快速，机械原理课程的网络教学资源十分丰富，如国家精品课程资源网[6]、江苏科技大学课程建设与辅助教学平台[7]、第一视频教程网[8]等，为机械原理课程的自主学习模式探索奠定基础。同时，在学校课程建设与辅助教学平台上开设相应的同步网络教学班级，实现课上课下同步进行。随着基于网络教学资源的自主学习模式推广，学生对机械原理课程的学习主动性和积极性逐步得到加强。

由于网络资源自主学习的时间、地点具有很大程度的自由，且学生对自主学习的效率存在差异，教师需做好前期引导和后期考核工作：每次课结束前，应明确下次课教学内容和对应的网络资源材料;每次课开始时，需通过提问、课堂练习等方法检查学生课后自主学习效果，对共同存在的疑难问题要及时解释，强化理解。基于网络教学资源的自主学习模式，不但调动了学生的主动性和积极性，而且自主学习环节实际上是一次学习阶段，课堂提问与检测环节则是二次学习阶段，课后作业、答疑等环节则是三次学习阶段，三者具有一定的时间差，对课程知识点的理论和吸收具有良好效果，尤其是课程教学。

（三）基于计算机和编程技术的项目式教学模式改革

项目式教学分为科技论文写作与课外大作业两类。在机械原理学科发展方向调研和文献查阅基础上，每位学生选择一个自己感兴趣的方向，如机械发展史、医疗机器人、生物机械、仿生机构、微小机械等，严格按照国家科技论文写作要求和规范撰写报告，包含题目、中英文摘要、中英文关键词、引言、正文、结论和参考文献等部分。

课外大作业是项目式教学的重点，引入计算机技术和Matlab软件进行机械原理课程课外大作业的解析法分析。课外大作业包括运动分析、力分析、连杆机构设计、凸轮轮廓曲线设计、齿轮轮廓曲线设计和速度波动调节这六种类型，要求全体学生自行分成3-4人一组，从六类大作业题目中分别选择三项，共同完成分析建模、编程求解、报告撰写、演示答辩等环节，各团队成员必须有明确的分工与协作，禁止以逸待劳现象。完成后要求提交大作业实践报告、Matlab程序源文件及分析建模的关键草稿纸等材料，实践报告应达到内容完整全面、字迹图标工整清晰、格式符合国家科技论文规范等要求，Matlab程序源文件应达到运行流畅、注释合理充分、格式整齐美观等要求。

项目式教学实施过程中，以学生为主体，教师起引导答疑作用，实现科研基本思路和规范的训练，培养学生运用计算机和编程技术进行学习、研究的能力，为学生后继其他课程的学习、课程设计、毕业设计以至毕业后科研创新打下良好的基础，培养学生进行科学研究或工程设计的良好习惯。

三、课程综合改革实践效果与注意事项

通过机械原理课程教学改革与实践，在掌握课程基本理论、基本知识和基本技能基础上，学生的机构设计、综合、创新等专业能力和系统性工程意识、基本的科研素养得到显著提高，在后续的专业课程、第二课堂（如课外科技制作、机械创新设计大赛等）、毕业设计等学习环节中充分发挥作用，尤其是第二课堂，机械类专业学生兴趣浓厚，积极主动，上手快，创意多，动手实践能力强。

由于机械原理课程教学改革涉及内容体系、课堂教学、课内实验、课外大作业和期末考试以及相应的考核方法，存在面广、点多、工作量大等问题。为保证课程教学与考核方法综合改革实践的效果，应注意以下几个事项：

（一）学生的兴趣与投入。课程学时不断压缩，课堂教学时间越来越短，但教学内容与要求反而提高，而课余活动（尤其是网络普及带来的网络活动）不断丰富，导致学习时间减少。针对现状，必须全面激发学生的学习兴趣，自主投入一定的课外时间用于课外学习，包括项目驱动式课外大作业、课外科技创新与制作等内容。

（二）教师的钻研与投入。目前高校普遍存在“重科研、轻教学”的问题，使职称评审、考核奖励等活动的科研成果要求不断提高，导致教师对教学的专研精神和精力投入不足，需从学校制度上做适当引导，如我校职称评审中的教学绿色通道和重金奖励的教学模范奖，将教学成绩、学生评价作为考核指标。

（三）课外学习资源的建设与应用。课外学习的硬件资源包括场地（如开放教室、实验室、机房等）和慧鱼组合模型、常用工具、常规机床等设备设施;软件资源包括课外大作业的项目和本科生创新计划、机械设计创新大赛等活动。

四、结束语

为从知识、能力和素质三个层次上提高机械原理课程教学质量，进行了课程体系梳理、教学方法改革与实践，构建有机统一的课程教学模块，实践基于慧鱼组合模型、网络教学资源、计算机和编程技术的新型教学方法，有效提高了学生知识水平、专业能力、工程意识和科研素养。

[ 注 释 ]

[1] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 于晓红，王小群，邱丽芳.机械原理与机械设计课程体系的优化整合[J].中国大学教学，2008（7）：34-36.

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[4] 陈文华，陈秀宁.“机械原理”课程改革的实践与探索[J].机械工业高教研究，2001（1）：71-74.

[5] 于晓红，韩建友，邱丽芳，等.深化机械原理课程教学改革[J].中国大学教学，2005（4）：25-26.

机械系统设计论文篇11

按照产品使用要求，机械设计的结构、形式、工作原理等，展开合理分析和科学计算，并通过机械设计方法，实现产品设计的具体运用。在传统机械设计中，主要依靠设计人员手工计算、手工绘图和检索资料，产品设计的周期较长，且无法保证设计质量。近些年来，随着科学技术迅猛发展，机械产品不断更新，传统机械设计方法无法适应新时展，因此催生了现代机械设计工艺。不断改变了传统设计方法，对设计理论、设计方法不断改进，使产品设计周期明显缩短，产品质量明显提高。笔者根据自身多年的机械设计经验，主要分析现代机械设计的制造工艺。

1.现代机械设计方法的优点分析

1.1通过现代化机械设计，可提升产品质量、工作效率

针对现代化机械设计，可实现生产、作业的现代化处理，通过机械设计的优质产品，可灵敏、精确控制作业流程，准确把握生产控制，利用机械操作系统，确保机械制造程序现代化设计，保证产品设计达到规定操作。采取现代化设计，可实现操作系统全程数据化控制，无主观因素影响，确保操作流程科学、有序运行，通过精确规定动作，提升产品质量、工作效率。

1.2通过现代化机械设计，可改善劳动条件

现代化发展的机械设计，属于技术密集型、知识密集型的集合技术，通过现代化机械设计，降低作业人员劳动负担，使作业人员摆脱繁重手工作业。随着机械现代化产品的逐渐推广应用，使机械行业生产环境得以有效改善，有利于提高行业劳动条件，实现机械制造的现代化办公，进而使机械制造劳动条件得以有效改善。

1.3通过现代化机械设计，提高机械设备可靠性、安全性

对于机械设计所包含的现代化功能，包含了问题诊断、警报处理、系统保护、系统监视等现代化、对于机械生产，若遭遇电压短路，或超负荷运载问题，利用现代化系统，可采取控制保护措施，实现系统现代运行，可降低人身事故发生率，对设备起着良好保护作用，使设备损坏率明显下降。对于机械设计、现代化发展，电子元件是其主要部件，可有效降低元件磨碎率，提高机械现代化产品可靠性、安全性，进而使设备故障率明显降低，延长机械设备的使用寿命。

2.现代化机械设计的主要工艺

2.1智能化设计方法

对于机械设计而言，实现现代化控制技术，就是为提高生产作业、机械制造的智能化。立足现代化机械设计角度，智能化是立足动力学、社会学与心理学理论角度，结合人工智能技术与计算机技术学科等，将其纳入机械设计学科。通过交叉学科建设，有效吸取机械设计智能化发展新方法与新思维。利用人工智能模拟技术，就是使机器行为与人脑推理、逻辑、决策等思维能力类似，智能化机械设计是机械制造领域的重要设计工艺。

2.2机电一体化设计方法

按照现代学科发展模式，使传统单一学科模式被打破，逐渐往学科融合方向不断发展。对于现代机械设计而言，也必须转变传统设计思维，创新机械设计思路，趋向学科融合发展。立足学科建设角度，在未来发展中，机电一体化是机械设计的重要发展方向。机电一体化，是通过机械、微电子、电子信息、传感器、电子工程等技术，相互结合而产生，从这些技术理论中，吸取机械设计所需理论、技术，在机械设计、现代化发展中，不断综合运用，使机械产品往机电一体化方向不断发展，机电一体化设计，极大推动机械制造行业的积极、健康发展。可以说，机电一体化设计，是机械设计的关键工艺。

2.3网络化设计方法

近些年来，随着互联网技术兴起和日益发展，使人民生产、生活发生巨大改变。随着互联网快速发展，加速了全球经济一体化。对于机械设计而言，其产品换代、理论更新，均离不开互联网发展。提高机械设计、现代化发展，必须紧密联系互联网，利用互联网监控技术、远程控制技术，实现实时操作、动态化控制，利用计算机安全、云计算数据、局域网等互联网技术，为机械设计、现代化发展创造良好网络运行环境。总之，随着互联网不断发展，机械设计产品和互联网联系日益紧密。

2.4模块化设计方法

针对机械设计产品研发，现代化属于系统性、复杂性的工程，所涉及产品规格、种类繁杂。现阶段，对于机械设计现代化研发，若想实现产品接口生产标准化，还存在一定难度。所以，通过模块化处理技术，目的就是为简化设计流程。系统模块化，就是复杂、庞大的设计系统进行分解，建立良好管理模块。利用标准单元模式，实现产品的快速研发，使产品生产规模日益扩大，进而分解模块，简化处理机械产品。

2.5绿色化设计方法

由工业革命开始，全球进入工业化社会，影响着人们的生产、生活，有效提升了人们物质、文化生活。然而，随着粗放型经济不断发展，人们生态环境遭到严重破坏，环境污染与资源浪费问题日益突出。因此，工业改革是社会发展的必然趋势，发展绿色工业，保护生态环境，降低资源浪费率，要求机械设计必须提倡绿色、环保，设计出环保型、节能型的现代化产品，是机械制造发展不可小视的问题。

3.结束语

综上所述，现代机械设计工艺，主要是完善、补充传统机械设计工艺，主动性较强，且设计周期较短，可明显降低设计耗费。通过现代机械设计方法，不管是产品设计、产品制造，或报废回收方面，比传统机械设计工艺明显要好。对于现代机械设计工艺，是诸多学科知识、领域的完美融合，并实际运用于产品设计中，不仅是单独个人设计，还是一个设计团队的设计，在设计设计中，运用现代机械设计方法，确保每个设计人员做到相互了解，运用模块化、网络化、智能化等设计工艺，通过设计工艺的有机融合，方可设计出完美、优质的机械产品。 [科]

【参考文献】

机械系统设计论文篇12

1 现代设计理念概述

所谓设计就是根据一定的设计目的和产品应用要求，借助一定媒体将软性思维转化为相关产品信息、产品模型的过程。因此，机械产品的设计必须具有目的性、结构性和严谨性，而现代设计是基于提高设计速度和设计水平为出发点，将智能化和自动化充分运用于产品设计与研发当中的一种设计方法。因此，机械产品现代设计理念的特点就是智能化和自动化。在上世纪80年代以前，我国在设计领域中的一些设计技术、设计方法、设计理念相比国际上相对落后，对于一些先进科学技术的应用知之甚少，而为了强调设计技术的变革，通常把我国过去常用的设计称为传统设计，而把国际上兴起的新兴设计技术称为现代设计。经济的快速发展必然要求生产效率的提高，而生产效率的提高必须要将新兴科学技术充分运用于生产领域中，因此机械产品功能的多样性、机械产品结构的复杂性、机械产品使用寿命的长期性必然会给机械设计提出时代课题。随着科学技术的高速发展，在产品设计绘图、加工制造等方面的研究已经取得了一定的成果，但计算机在产品初期设计中的应用却少之又少，因此计算机在设计中的应用是机械产品现代设计方法的必然选择。

2 机械产品现代设计方法类型

2.1 系统化设计方法

所谓系统就是整体与部分之间相互联系、密不可分的一种构成方式。同时，每个组成部分又具有独立性，每个组成部分发挥的作用也不尽相同，这些不同的作用对于整体而言又是必不可少的，正是由于不同元素之间的相互作用，才维持了整体作用的持续发挥。系统化设计方法正是对系统原理的充分体现，系统化设计方法理论源于德国学者Pahl和Beitz教授，我国多学着在设计实践中充分借鉴西方国家设计理念，同时根据我国实际情况对系统化设计理论不断进行深化，一是从产品开发过程的宏观性为出发点，根据用户需求，利用质量功能布置法，以产品开发阶段技术要求为目标，系统地将客户需求转化为实际产品功能。二是借助生命系统理论将产品视作为层次分明的生命系统，在产品设计过程中进行层次上的划分，以达到产品功能结构的系统性。设计就本质来说是产品要求和设计者自身思想的有效结合，因此不同设计者对待同一产品会有不同的角度和思路，总的来说，具有代表性的系统化设计方法主要包括设计元素法、图形建模法、“构思”―“设计”法、矩阵设计法、键合图法等等。

2.2 结构模块化设计方法

结构模块化设计方法是从规划产品的角度出发而提出的，而这种方法的设计任务又是以产品结构为基础，利用产品通用零部件来确定设计任务，同时在分解设计任务时就要充分考虑好不同零部件之间存在的作用冲突，解决好矛盾，同时还要及早预测生产能力和费用，由此来提高设计效率，从而降低产品研发成本。设计任务的功能化产品结构共分为四层：产品―功能组成―主要功能组件―功能元件。为了更好地评价专用机械设计和更有效地规避制造风险，在专用机械设计中采用功能化的产品结构将充分发挥优势作用。

2.3 基于产品特征知识的设计方法

利用计算机的语言识别功能来描述产品特征及相关专家的知识经验是基于产品特征知识设计方法的主要特点，这种方法实际上是利用知识库和推理机及已储存领域知识来实现计算机辅助产品的方案设计。产品特征是机械系统方案设计的主要依据，而设计领域相关专家的知识和经验又是对机械系统特征的规律性把握，基于产品特征知识的设计就是利用这两个方面来进行推量和决策，从而来完成机构的型、数综合。而知识的自动获取、表达、集成、协调管理和使用，又是实现这一阶段计算机辅助设计的必然前提。综观国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化获取的研究，采用的方法主要包括：编码法、知识的混合型表达法、利用基于知识的开发工具、设计目录法、基于实例的方法这五种。

2.4 智能化设计方法

根据设计方法学理论，借助三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体工具来进行产品开发设计是智能化设计方法的主要特点。数学系统理论和系统工程理论是智能化设计方法的理论支柱，在利用这两个理论时，充分利用产品设计技术和系统开发方法学研制出与产品设计初期相适应的多媒体开发系统软件是智能化设计方法的基本原理。

3 结语

机械产品的系统化设计方法、结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、智能化设计方法是机械现代化设计的主要内容，而这四者之间又有着密切的联系。在信息化的时代背景下，科学技术飞速发展带来了机械产品功能与结构的深刻变革，但机械产品功能与结构的变革与机械设计的发展却并不同步，机械产品方案的设计手段显得力不从心，跟不上时展的需要。由于这四者之间密切的联系，要想有效的实现机械化设计的现代化，还必须对这四种方法进行综合运用。而计算机辅助功能在机械设计领域的运用也必然会带来新技术、新方法、原理的大量涌现。因此，在机械现代化设计中必须将计算机功能充分运用其中，因为计算机的运用本身就是信息化、智能化的一个重要标志，计算机在机械设计中的应用也必然会在很大程度上提高设计水水平、加快设计速度。所以机械现代化设计是机械设计的必然发展趋势。机械产品作为生产领域的重要生产工具，它的变革往往会带来整个生产领域的变革，从而带动经济的发展，而机械设计已经从传统走向了现代，这是思想变革和技术变革的有效结合，为了实现我国机械设计的现代化，必须完善创新机制，加大科研投资力度，培养机械设计人才队伍，只有通过技术创新才能够保证我国机械设计能够步入世界先进行列。