机械设计论文范文

导语：如何才能写好一篇机械设计论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1.1增强产品的美观性能

随着我国经济的发展与人们生活水平的日益提高。人们对产品的要求已经不单单停留在使用性能这一方面了。在满足商品本身的使用性能的同时，人们更加注重某一商品是否美观。因此，对冶金机械制造设计进行研究，可以加大产品的美观性能。从而增加客流量以增加商品的收益。这对消费者和研究商都有一定的好处。

1.2减少噪音污染

噪声一直是困扰人们生活的因素之一，它能打扰人们的休息，严重时还会引发疾病。近些年来随着科技的发展，人们也一直在研究减少噪音的方法。冶金制造业是大型的生产企业，产生的噪声是普通企业的好几倍。因此对冶金机械制造设计的研究势在必行。它可以大大减少冶金制造业在生产过程中产生的噪音。

1.3保护环境

随着科技的发展，越来越多的问题得以解决。同样也越来越多的问题逐渐被发现。环境问题便是其中之一。近些年来环保一直是世界的主题。每个国家、城市、企业和家庭都有义务做到保护环境。随着科学的研究发现环境污染不只只是大气污染、水污染等这些污染，还包括噪声污染等。冶金制造业在生产过程中如果控制不得当会产生大量的污染源。因此对冶金机械制造设计的研究可以大大减少在生产过程中的污染，从而保护环境。

2冶金机械制造设计中存在的问题

上面已经让大家了解到了对冶金机械制造设计的研究具有很重要的意义，既然这样，那么相关人士应该义不容辞的开展这项活动。话容易说，但是事情却不容易做。对冶金机械制造设计的研究这项活动是存在许多问题的，下面让我们具体的来了解一下。

2.1造型的均衡感和稳定感存在瑕疵

大家都应该知道，芭蕾舞演员需要很匀称的身材比例，俗称黄金比例。比例的协调性对于一个芭蕾舞的展现具有很重要的作用。同理，均衡感和稳定感的存在如同芭蕾舞演员的黄金比例身材一般。它们的存在可以是原本有一些瑕疵的产品看起来同样高档。但是，现如今的冶金机械制造业所设计出来的产品却缺乏造型的均衡感和稳定感。这使得原本建材高档的产品却体现不出高贵来。

2.2色彩所表达的机械语言不符

人们都知道色彩对于一个产品来说是非常重要的。在这里，本文想举几个例子来说明一下色彩的重要性：首先一件长裙，如果裙子是纯白色的则会给人一种仙女的气质；相反，如果裙子是黑色的则会给人高贵、冷艳的感觉；其次，大家都知道钢琴的琴键是黑白色的，大家可以试想一下如果把钢琴的琴键换成五颜六色的那将是什么后果。举这个两个例子的是想说明色彩选择与应用的重要性。可是，先如今冶金制造业所设计出来的产品色彩所表达的含义与机械语言并不相符合。

2.3设计美感与加工制造经济性的协调

其实，任何行业都是以盈利性为目的的。都是为了挣钱。每个投资商都希望用最少的投资来换取最大的利益。所以在投资、设计与生产的过程中投资商有时候是很吝啬的。先如今的技术指导下，冶金制造业所设计出来的产品如果追求美感则耗资比较大；如果想减少投资而美感又上不去。造成了设计美感与加工制造经济性不相协调的现状。

3解决冶金机械制造设计中存在问题的办法

既然冶金制造业设计存在着这么多的问题，如果冶金制造业想要发展、想要获取更多的利益、想要更好的服务于人们，那么相关人士就要想办法解决出现的困难。那么该如何解决上述困难呢？本文给出了以下方法。

3.1设计高均衡感和稳定感的造型

既然均衡感和稳定感对于冶金制造业的设计如此重要，那么毫无疑问的想要解决这个困难，就要设计高均衡感和稳定感的造型。话容易说，但是事情却不是那么容易做的，该如何设计出高均衡感和稳定感的造型呢？本文觉得一下几点会对设计有所帮助：首先，确定产品的尺寸。大小不同的产品它们所需要的比例肯定是不同的，因此首要任务就是要先确定一下想要把商品做多大。其次，根据产品的尺寸设计产品的比例。比例对于均衡感和稳定感是有很大作用的，如果比例不协调那么更无从可谈均衡感和稳定感的问题了。最后，也是最重要的就是加工打造出高度均衡感和稳定感的产品。许多人对于这一点很不理解，其实大家可以试想一下，再好的设计如果加工工程不过关，那么产品也不会好到哪去。

3.2设计吸引人眼光的色彩

上面已经探讨过了色彩对于一个产品的重要性。也同样指出了在冶金制造业的设计中存在着色彩所表达的含义与机械语言不相符的问题。既然这样，那么我们就要想办法解决这个问题。可是解决问题的办法到底是什么呢？首先，我们要确定所设计的产品想要表达什么的含义。不同的意义所需要的色彩是不同的，例如白色代表纯洁；黄色代表温馨；蓝色代表大海等等。所以只有首先确定产品想要表达什么含义才能确定所需要的色彩。然后，就像上面说的，根据所要表达的含义设定产品所需要的色彩。有的产品需要色彩艳丽；有的需要纯色，一切根据实际情况而定。这样根据需求所设计的色彩就不会产生上面所叙述的问题了。

3.3设计完美比例让美感与经济性同在

既然人们想要美感十足的产品，而商家又不想投资太多。那么我们就要想办法在降低成本的前提下设计出具有美感的产品。其实这个问题不难解决。解决的办法也因人而异。本文给出了一点建议希望对相关人士有帮助。首先，商家可以采用先进的技术来设计出美感十足的产品，然后提高产品的价格，以此来获得更高的利益。许多人对这个方案很不理解，觉得这不是要加大投资吗？商家会同意吗？大家忽略了提高产品价格的问题。成本是提高了，但是商品的价格也大大提高了，这样设计出来的产品不仅可以打造品牌，还能获取更高的利益；此外，商家也可以设计出美感稍微欠缺的产品，这样可以减少投资，也同样可以获取很高的利益。其实这个办法是与上述办法相反的解决方案。因此在这里本文就不多做论述了。想必大家已经了解。

4冶金机械制造设计发展前景

虽然冶金制造业存在着许多问题，发展比较缓慢。但是如果相关人士能够积极解决问题，那么冶金制造业的发展将会是一片大好的前景。本文也相信，通过冶金制造业相关人士的努力，冶金制造业将会发展成我国的经济龙头行业，为我国经济的发展和国际地位的提高起到不可忽视的作用。

5结语

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我院建校前几年由于师资力量有限，主要依赖兼职教师指导课程设计，这些兼职老师大多来自一本院校，他们时间有限，指导方法基本沿袭一本院校的指导方法，每天集中一两个小时在教室集中指导，而三本学院的学生依耐性强，老师走后基本是放鸭子，因此抄袭现象特别严重。此外，在教学指导过程中也存在一系列问题，比如必须掌握的知识点、知识群、关键内容都没有明确，指导过程因老师而异，随意性较大，标准不统一。因此，进一步规范课程设计的内容、指导方法、达到的目标、必须掌握的知识点和知识群，显然是提高实践教学质量的重要内容和措施。后来随着一些青年教师的引进，我们对机械设计课程设计的题目、应该完成的内容及进度要求、考核方法等进行了一系列的研究与实践，使学生达到掌握知识点的目的。

二、针对机械设计课程设计题目、指导方法，进度安排及考核方法进行改革

（一）设计题目的改革

以前兼职老师给的课程设计题目是多样化的，鉴于我院学生的基本条件，我们把课程设计的题目统一标准化了，传动方案也已经给定，目的是让学生熟悉课程设计的一般方法，掌握应该掌握的知识点，并对机械设计的理论课的知识加以巩固，并不要求他们创新设计。其设计题目、初始条件和传动方案如下：设计题目：带式运输机的传动装置；初始条件：带式运输机可运送谷物、型砂、碎矿石、煤等。两班制工作，连续单向转动，有轻微振动，输送带的速度允许误差为±5%，使用期限为10年。卷筒与输送带间传动效率96%，减速器批量生产。要求学生每人按学号顺序依次选一组数据进行设计计算。

（二）指导方法改革

在课程设计之前，负责人对指导机械设计课程设计的老师集中在一起开个小会，对学生必须掌握的知识点、知识群、关键内容都明确要求，要求指导老师每天的上午和下午至少在教室两个小时，这样学生有问题就能及时找到老师解决问题。还有学生课程设计进行到第一阶段，尤其是课程设计的设计计算初步完成时候，要求指导老师对学生的计算数据进行初步的检查，并要在草稿本上签字，才可进行下一阶段的工作。这样就避免后面学生在画草图时候发现错误，又要反过来重新计算浪费大量的时间，并且可以避免了个别学生抄袭的现象。

（三）进度安排改革

以前兼职老师指导课程设计时候，一次把课程设计要求完成的内容一个半天讲完，这样内容太多，学生根本记不清楚。我们根据三本学生的特点，将机械设计课程设计分为六个阶段。每个阶段集中讲解一次，学生按进度要求完成该完成的任务。第一阶段，主要是动员和设计计算。学生在这一阶段应该完成的内容包括：选择电动机；计算总传动比和分配传动比；传动装置的运动和动力参数计算；传动件计算；初算轴的最细处直径；选择联轴器（型号、孔径、孔长等）；初选滚动轴承及其相关参数，轴承盖是否干涉等。要求学生按上述步骤严格进行，不要颠倒。第二阶段是草图绘制。设计计算完毕后，我们会带学生到实验室做一个减速器拆装实验，主要是对减速器有个感性的认识。然后在集中讲解，其内容包括：减速器的结构；减速器的；设计装配图的准备；减速器铸造箱体的结构尺寸；减速器装配草图设计；轴和键的强度校核，滚动轴承的寿命计算。第三阶段是正式绘制装配图，在完成减速器装配草图后，校核轴、键强度及滚动轴承寿命无任何问题时，在此基础上继续完成装配图。要求注意两个方面的设计：轴系零件的结构设计；减速器箱体及附件的结构设计。第四阶段是装配图的检查。给学生主要讲解的内容包括：检查装配草图；标注主要尺寸与配合；编写减速器的技术特性；编写技术要求；零件编号；编制零件明细表及标题栏。第五阶段是零件图的绘制。零件工作图是零件制造、检验和制定工艺规程的技术文件，应包括图形、尺寸及其极限偏差、表面粗糙度、形位公差、技术要求等。零件图从装配图上测绘下来，形状应与装配图一致。第六阶段是编写说明书。说明书的编写我们也把格式基本给学生，学生按照步骤把草稿整理成册就可以了。机械设计课程设计总共安排了三周的时间，周末时间不计，具体的进度安排我们设计了一个表。（四）考核方法进行改革课程设计结束后，我们会现场答辩，在答辩时候，会先给个预成绩，这个成绩非常重要，因为通过答辩，可以看出学生对课程设计掌握的情况，是否有抄袭，一问就基本可以得到答案。最后结合学生交上来的课程设计说明书、装配图、零件图给每个学生单独评定优、良、中、及格和不及格的成绩等级。

三、结束语

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根据上述教学目标，疲劳设计部分的教学逻辑应按照下述的顺序进行：1．讲解疲劳破坏发生的原因和破坏特征。这部分要首先举一些发生疲劳破坏的实例来说明什么是疲劳破坏。比如轴在工作过程中，当一直受到径向载荷作用时，轴的截面上将产生交变应力，在这种应力长时间作用下，轴将会产生疲劳断裂。这时可以展示轴的疲劳断裂截面图，说明这个断裂截面有哪些特征。2．讲解材料的σ－N疲劳特性曲线图。讲解时要着重强调这个图的含义，它是如何通过大量的试验数据绘制出来的，讲解这个曲线可以分成哪几段，每一段各代表什么含义，讲解为什么我们一般只重点关注有限寿命区中疲劳极限随循环次数变化较大的这一部分，进而引出疲劳曲线方程。3．讲解材料的σa－σm特性曲线。讲这部分之前，一定要说明这个曲线和前面的σ－N疲劳特性曲线的关系，这里是学生最容易混淆的部分。应说明该曲线也是根据大量试验数据描绘出来的，并说明曲线上几个关键点的物理意义，讲解该曲线的简化方法有哪几种，常用的简化方法是哪一种，说明其原因。4．讲解影响零件疲劳强度的因素。这部分重点讲几个影响系数，即：理论应力集中系数（kσ，kτ）、尺寸系数（εσ，ετ）、表面状态系数（βσ、βτ）。关键是要讲清楚什么叫应力集中，为何当应力集中现象产生时会降低疲劳强度，如何引入系数进行修正？什么叫尺寸系数，为何尺寸变大后疲劳强度会降低。什么叫表面状态系数，为何要引入修正系数进行修正。5．讲解零件的疲劳极限应力图。说明极限应力图其实就是σa－σm特性曲线，零件的σa－σm特性曲线与材料的σa－σm特性曲线的区别就在于，它以零件的形式出现时，已经确定了几何形状、加工方法、尺寸、表面状态等，因此必须考虑前面谈到的三种修正系数，进而自然引出新的（零件）疲劳极限应力图。6．讲解零件的安全系数计算方法。这部分内容是这一章的核心内容。主要介绍图解法和解析法求解安全系数这两种方法。讲解图解法，一定要说清楚极限应力图中的两个区域（疲劳安全区、塑性安全区），说清楚当应力在这两个区域中按照不同的应力增长方式变化，什么情况下发生疲劳破坏，什么时候发生塑性破坏，在此基础上，再讲解安全系数的两种计算公式的推导过程。7．讲解疲劳损伤的线性积累现象。首先举例说明疲劳作用的线性积累过程，让学生理解为什么每一次的疲劳作用都会对零件造成一定程度的损伤，接下来再介绍线性疲劳损伤积累假说，要求学生在理解的基础上用自己的语言描述出来。按照上述的教学逻辑施教，将可以实现知识点上的连续性和相互关联性，便于实施层层递进的教学过程，方便学生学习和掌握。同时，讲解过程中，除了强化原理解释外，讲解上述2—7部分时一定要配以相关的例题进行阐释，以帮助学生更深入地理解。

二、疲劳设计部分两个难点内容的教学方法

从上述的分析中可以看出，疲劳设计这部分的教学内容很多，确实存在着学生难以理解的现象。在此，笔者认为，学生对这部分知识最难懂的地方有两个：一是两个疲劳曲线图的理解和应用，二是如何通过使用极限应力图有效进行安全系数的计算。为了提高这两个难点的教学效果，笔者采用以下的教学方法。

（一）材料的疲劳特性曲线教学方法

这部分内容在讲解时首先要谈两个实验曲线。图1是通过实验测试建立的σ－N（或τ－N）疲劳特性曲线，图2是通过实验测试建立的σa－σm（τa－τm）疲劳特性曲线，这两个曲线都是通过大量的实验数据拟合得到的，是针对材料的疲劳性能所进行的标准化实验而得到的，不涉及零件的问题。要讲清楚实验条件及这两个曲线的物理意义。接下来应阐述通过对图1的简化而得到图3的意义。讲清楚图3的分区，每个区域的物理意义。引入疲劳极限的概念。疲劳曲线上每一点所对应的应力σrN或τrN称为疲劳极限，表示循环次数N下材料不发生疲劳破坏的应力最大值。钢在受到弯曲、拉压和扭转剪切作用时的疲劳极限值不同，但疲劳曲线具有大致相似的形状。对于机械设计问题，大部分材料处于AB段，这一区域中，疲劳曲线符合指数方程：σmrNN＝σmrN0＝CτmrNN＝τmrN0＝C′（1）由该公式出发解释m、N0的物理意义及取值方法，讲解循环特性r对疲劳曲线的影响规律（图4）。通过这样的讲解，学生自然就能够掌握图3的来历，也易于掌握其基本的内在知识点。采用上述同样的讲解逻辑，可以建立图2和图5之间的关系。即图5是通过对图2的简化而来的有关材料的标准化试验曲线。表达的是在不同循环特性r的应力作用相同的次数N，材料的疲劳极限应力，在曲线上的每一点都是等寿命的，又称为疲劳极限应力图。该曲线上有三个关键点，分别为对称循环点A（0，σ－1），脉动循环点B（σ0／2，σ0／2），静强度极限点F（σB，0）。接下来要讲解如何对图5进行简化，指出为何我们一般只采用图6的简化方法。至此，就可以完成疲劳强度极限应力图的构建过程，为下一步利用其进行有关安全系数的计算创造条件。

（二）零件的疲劳曲线及安全系数计算的教学方法

讲这部分内容时，首先要说明，前面介绍的疲劳特性曲线是针对材料进行的标准化实验得到的，但对于一个具体的零件来说，其疲劳强度还会受到应力集中、加工方法、热处理、尺寸大小、表面状态、环境介质、加载顺序、工作频率、加载速度等一系列因素的影响。其中应力集中、尺寸大小、表面状态三项因素的影响最为突出。接下来讲解机械零件的三种常见的应力增长方式，并以r＝σminσmax＝常数的增长方式讲解安全系数的公式推导示范。机械零件的疲劳安全系数计算方法有两种：一是图解法，二是解析法。这两种方法都是以图7为依据进行推导而建立的。接下来要应用图8的示意图进行讲解。如果有一个零件工作的应力状态点在疲劳安全区的C点，当按照r＝常数进行应力增长时，将发生疲劳破坏。公式（4）—（7）具有同等的意义。因此，使用图解法时，只要按照比例关系绘制出图8，通过量取相应的线段长度，即可完成安全系数的求解过程。而当零件的工作应力点处于塑性安全区的某一点C1时，按照r＝常数进行应力增长时，将发生塑性破坏。至此，教学就完成了图解法和解析法计算安全系数的讲解。通过这样的过程，学生将易于掌握整个过程的来龙去脉，实现在理解的基础上的牢固掌握。

三、结束语

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1.知识点的传授和项目相结合。

知识点的传授与项目相结合，有助于学生实施项目时，不存在知识点学习的困难或应用的障碍。项目中所涉及到的知识点应在课堂上提前介绍，依据学时的安排，调整知识点讲授的广度与深度。

2.项目选取和布置的注意点。

项目的选取范围应覆盖课程的重点内容，可以通过一个大项目覆盖所有重点内容，也可通过几个小项目涉及几个重点内容。项目的难易度适中，应使学生觉得项目有点难度但自己通过努力可以完成，这样的项目是比较好的。项目的选题还需要与实际应用相关，有了应用背景，学生做项目的兴趣度也会提升。项目布置时，应明确设计要求、设计任务和设计的关键点，这样学生才会有的放矢，从而顺利地完成项目。

3.项目分组的注意点。

小组规模是影响学生参与的一个重要变量，如果小组规模较大，部分学生的分工会出现重复或是任务不足，如果小组规模较小，组内成员的任务过于繁重，有时导致项目不能顺利完成。教师应设定小组规模的范围（一般2~5人一组为宜），让学生们自由组合。

4.鼓励实验测试和实物加工。

机械专业对学生的动手能力要求较高，实验测试和实物加工是锻炼学生动手能力的一个重要途径。常常出现纸上设计的机构，看起来合适，实际做起来是不合适的，因此在学生实施项目过程中，教师应鼓励学生完成实验测试和实物加工，从而检验机构设计的合理性。

5.项目的考核。

项目的考核是检验学生完成项目的一个重要总结，项目的考核应包含设计文档、口头报告、实物或实验展示这三部分。设计文档锻炼了学生总结设计过程的文字撰写能力；口头报告锻炼了学生口头汇报的能力，口头报告还应包含教师和学生提问环节，检验学生的完成情况，锻炼学生思考的能力；实物或实验展示直观地反映学生项目完成的效果，同时增强学生的动手能力。

二、项目驱动教学法在“电子精密机械设计”中的应用实例

下面以“陶瓷放电管全自动打印机”为例介绍如何开展项目驱动教学法。

1.知识点的讲解。

由于陶瓷放电管全自动打印机涉及上料机构、打印机构、供墨机构、传动机构（凸轮机构）、下料机构的设计，因此布置项目之前，教师应大概讲解凸轮机构、上料机构、下料机构、控制系统等相关章节，为学生的项目实施扫清未了解知识的障碍。

2.项目选取和布置的注意点。

“陶瓷放电管全自动打印机”项目与实际紧密联系，难度适中，学生在了解了相关知识点后不会出现看到题目而不知所措的现象。接下来，教师应明确项目的要求。该项目要求学生完成打印机的整机设计，包括上料机构、打印机构、供墨机构、传动机构（凸轮机构）、下料机构等的设计，使该设备满足打印质量要求，其中自动上料机构保证放电管的供料率；打印机构实现陶瓷放电管的打印，要求保证打印质量；凸轮传动机构驱动打印机构，使其完成打印任务；供墨装置是为印章提供油墨的机构，要保证油墨厚度均匀。教师还应指出项目实施的关键点，例如陶瓷放电管对自动上料的特殊要求：一方面该类放电管的形状和尺寸使放电管在振动排料时出现多种姿态，给自动上料带来一定难度，因此自动上料机构的设计必须保证放电管的供料率。另一方面，放电管在振动料斗中的振动，会造成放电管之间的碰撞和摩擦，进而影响放电管的外观甚至质量，进而影响打印质量，因此要优化振动料斗的机构以减少放电管间的碰撞和摩擦。“陶瓷放电管全自动打印机”是一个较为复杂的系统，因此需要向学生说明设计的要求和设计的关键点，同时鼓励学生组队合作完成，培养他们的团队精神。

3.实物的加工和实验测试。

要求依据设计图纸，加工陶瓷放电管全自动打印机。加工之前可通过多次文档报告或口头报告，不断改进设计，从而使得加工出来的实物是可行的，实物的完成会让学生有成就感，让他们对学习《电子精密机械设计》增添兴趣。

4.项目的考核。

项目的考核综合设计文档、口头报告、实物或实验展示这三部分，分别占40%、30%和30%。设计文档应注意规范性，图纸是否规范、合理；文字描述是否正确、翔实；图标是否清晰等等。口头报告应注意学生表述是否明朗、思路是否清晰，若发现学生的思路有误，应及时纠正，防止后续工作的中断。实物或实验的展示是成果最直接的体现，教师应对完成的实物或实验测试提问，掌握学生从项目实施过程中遇到的关键问题，以及他们解决的思路。

三、结语

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1.理论知识没有形成系统。主要有两个方面：一是先修课程的理论知识没有跟《机械设计基础》联系起来。《机械设计基础》的课程学习，要综合运用到《工程材料》、《工程制图》、《工程力学》、《互换性与技术测量》及《机械原理》等课程的知识，由于这些课程学习时是分开单独学习的，学生在独立进行设计计算时，往往无法运用这些知识，比如不能运用力学知识去校核齿轮、轴及轴承等零件的强度；不能运用互换性原理中的公差知识去设计轴孔配合公差；不能运用工程材料的知识选择零件材料等。二是本课程内各章节知识没有形成有机整体。由于各章节基本上是以机器中不同类型的机构来进行划分的，学生在碰到多机构组合的装置时，往往不知道如何进行设计，比如不知道轴承设计的输入参数应该从轴的设计结果中获取。

2.缺乏查阅资料解决问题的能力。查阅资料解决问题是进行机械设计必备的技能之一。在实际教学过程中，由于教材一般不会强调这方面的知识，学生在这方面的能力相对匮乏。比如在查阅机械设计资料时，遇到图表不能根据横纵坐标查到所需的参数，或者遇到表格不知道表头所指代的参数，遇到新的问题不知道从目录中找到参考资料的位置等。

3.缺乏思考、生搬硬套。学生在进行设计计算时，生搬硬套比较多，机械地套用公式，或者完全按照例题参数进行设计，不考虑自己的设计任务与现有方案的差异，缺乏独立的思考。比如在进行带传动设计时，未直接给出转速（需要用其他参数计算得出），有的学生直接将例题中的转速带入计算。甚至有些学生直接照抄别人的设计结果，数据计算和结构设计都相同。

4.对设计参数缺乏宏观把握。对设计参数缺乏宏观把握主要表现在课程设计的过程中。由于学生缺乏工程经验，对所设计的机构没有在大脑中形成一个宏观的概念，对其尺寸和参数也没有感性的认识，因此在设计出现明显不合理，甚至错误时，不能及时发现，直到设计后期，甚至绘图时才发现问题，已经没有足够的时间修改，影响设计成绩。比如在设计减速器时传动比分配不合理，导致制图时发现结构比例不协调等。

5.制图能力弱。制图能力弱同样是主要表现在课程设计的过程中，课程设计的最后都要求学生把自己设计的装置按照国家标准要求的工程制图样式表达出来，在这一过程中出现了很多问题。主要是因为学生对工程制图的标准掌握不够，比如标题栏格式、零件简化画法、螺纹的绘制、壳体相贯线的绘制等经常出现错误。综合上述问题分析可以看出，学生在创造能力及设计思维上相对较弱，实际上通过平时作业和操作实践，学生基本都能完全掌握单一零件的设计，比如设计带传动、设计齿轮机构、轴的结构设计等，但却在需要整合运用这些知识技能时出现了问题。这实际上就是因为心智技能的匮乏，因此，培养心智技能是提高学生机械设计能力的关键。

二、心智技能培养在《机械设计基础》教学中的应用

1.机械设计心智技能形成分析。根据冯忠良教授的研究，心智技能的形成是阶段性的，其过程分为原型定向、原型操作和原型内化三个阶段。原型定向阶段以理论知识传授为主，让主体掌握技能操作的原理；原型操作阶段通过实践让主体熟练掌握操作技能，为原型内化奠定基础；原型内化阶段在主体大脑中形成内化的思维模式，使主体能够灵活运用操作技能解决实际问题。根据上述理论，结合《机械设计基础》教学的实际情况，机械设计心智技能的形成阶段如图1所示。机械设计心智技能的形成分为三个阶段：掌握基本理论、熟悉常用设计和综合设计计算三个阶段。在整个学期的教学过程整体上按照三个阶段进行划分，同时每个章节的教学同样按照三个阶段进行，甚至具体到每次课都尽可能遵循心智技能形成的过程进行，如此不断反复强化，才能提高心智技能。在整个学期的教学过程中，掌握基本理论、熟悉常用设计和综合设计计算三个阶段的主要教学内容是：（1）讲授常用机构和通用零部件的工作原理、设计、应用等知识；（2）讲授常用机构和通用零部件的设计步骤，通过课内实训，大作业等方式加以巩固；（3）指导学生综合运用所学知识，独立进行机构设计，总结设计中出现的问题，形成经验反馈。而在具体某个机构或零件设计的教学过程中也应遵循三阶段原则，教师首先讲授机构或零件的工作原理。然后按照设计步骤让学生动手练习，在此过程中不断发现和改正出现的问题，再通过针对性布置大作业及课内实训进行巩固。最后提出一些设计案例，组织学生进行分组讨论，培养独立设计的能力。

2.教学内容及教学模式。在前述理论研究的基础上，《机械设计基础》的教学内容分为理论教学内容、实训教学内容和讨论教学内容。其中，理论教学内容针对机械制造专业学生必须具有通用零部件和常用机构的初步分析能力和设计能力而设置，对教材中的内容进行简化，重点讲授平面连杆机构、凸轮机构、带传动、齿轮传动、滚动轴承、轴、减速器等内容。实训教学内容与理论教学的重点相呼应，包括平面运动简图的测绘、机构的结构及特性分析、渐开线直齿圆柱齿轮参数的测定、轴系结构设计、机械传动装置的拆除和结构分析、机械创新设计。讨论教学内容则针对常用机构和零件的设计中存在不确定性的部分，例如平面连杆机构、凸轮机构、带传动、齿轮传动、轴等，这些机构或零件的设计往往需要学生在一定范围内去选取参数，经常会让学生不知如何进行，因此进行讨论和总结是有必要的。

三、小结

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CAD软件拥有二维和三维绘图的功能,但是设计人员更加偏爱三维设计,主要是它的效率高,速度快,成本低。主要表现在三个方面:首先,机械设计效率提高,周期变短。机械设计的零件需要在反复的设计失败和错误中不断进步和完善。比如,在零件需要配合设计时,为了保证零件能精确配合,可以用三维软件同时设计两个零件进行装配,避免单独设计引起的装配失败,三维技术能有效完成零件配合设计,当设计配合不合理时只需要对零件部分做微小的改变,零件的大部分信息没有发生变化。另外,CAD具备变型设计的功能,能将不同零件部分进行重构,设计一个不同的产品。如此,CAD技术能大幅减少设计时间,提高生产效率。其次,在CAD中装配零件方便直观。该功能能监测到静态和动态下,零件之间是否发生干涉或者在运动过程中是否出现碰撞,从而及时对设计方案进行更改,运用不同的装配关系进行实验装配,CAD软件中的资源管理器能有效记录装配路径,如果装配不正确,能直观显示装配不合格的位置,同时软件还具有隐藏功能,将部分零件隐藏,能清晰的看到内部结构的装配及运动情况。另外软件还能进行运动演示,将静态和动态配合下无法发现的问题在运动中进行检测,观察是否跟其他部位产生干涉,保证零件设计的正确性,避免零件未经过周密的论证生产出来导致报废。最后,提高产品质量,提升竞争力。机械设计产品与CAD技术结合,能提升设计者的设计思路,能进行干涉检查,受力分析,产品优化提高设计质量。另外,现在CAD软件都具备了较好的在线加工能力,利用CAM进行零件加工,能保证产品跟设计图样的一致性,保证产品质量。

2在机械设计中常用的CAD功能

第一,CAD实体建模。目前,CAD建模最主要的有三种方式,实体、表面、线框。比如在AUTOCAD中提供了多种实体建模方式,最基本的有立方体、圆球体、柱体、锥体等。一般零件都可以通过这些模块进行结构分析,设计时,对基本造型进行分解分析,然后采用布尔运算对零件进行三维造型。另外,零件三维实体建立后,调用运动分析模块对零件功能进行分析。对于零件装配,可以通过采用三维编辑功能,让零件按坐标要求进行装配,完成设计任务。第二,集成制造。科学技术的不断进步,CAD软件也在不断发展和强大,制造向数控化方向发展,设计向计算机方向发展,CAM/CAE也正在向计算机方向发展。一个完整的CAD/CAM软件集成了三维造型、图形编辑、曲面造型、仿真加工、受力分析、在线加工等的功能。这些模块的运行都是建立在全面的工程数据库基础上的。第三,机械设计CAE软件的发展。CAE软件主要是承担后期分析处理的任务,解决零件设计是否合理。比如产品零件结构是否优化,受力分析是否合理,运动特性分析,静态和动态特性分析等等。

3CAD技术在机械设计中的发展方向

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1模块化机械设计的应用

通过对产品的构成进行分析，考察其中的功能互换性与结构互换性的关系，将立体车库模块划分为钢结构、横移机构、载车板等几大模块，包括了系统级模块、部件级模块和零件级模块，以模块为基础进行接口，通过模块的组合来满足不同车库产品的设计。同时对工艺进行优化，达到同类型零部件工艺的统一。

1.1钢结构的模块化设计

对升降横移立体车库的钢结构立柱、前后横梁、纵梁、斜撑等进行通用化设计，无论立体车库方案如何变化，只要方案中的结构能由现有结构配型得到，就只需对现有结构进行横向、纵向、竖向的组合，无法通过组合得到的，只需对不匹配模块进行更改，以项目图纸形式对项目模块进行匹配搭建。新式六层升降横移立体车库钢结构如图1所示。

1.2钢丝绳设备横移机构与链条设备横移机构的

模块化设计

将横移机构分解为横移传动系统、提升传动系统和横移框架3个主模块，通过使用相同型材和改变钢丝绳缠绕方式，实现了两种类型横移框架的模块化设计（前后吊点中心距、防坠钩中心距、定位针中心距等关键配合尺寸一致），达到了两种类型的横移机构共用一套横移传动系统的目的，也为钢丝绳设备与链条式设备载车板的统一奠定了基础。1.3载车板的模块化设计载车板对边梁结构形式进行了模块化设计，提高了边梁模块的通用性，并确定了载车板自带斜坡与载车板无斜坡两种载车板结构，通过对斜坡的优化设计使两种载车板结构除斜坡外其他横向构件模块完全通用，通过对横向构件进行选型调整来实现载车板与设备的匹配。

1.4工艺的模块化设计

以传动轴的加工为例：模块化前的传动轴如图5所示，模块化后的传动轴如图6所示。对比可以看到，所有传动轴（包括提升、横移）轴身由原来的必须经过车床倒角、车内孔、齐总长的工序变为现在的直接锯床下料；轴头由原来的指定尺寸改为根据无缝管材料内径的进行配车，并将原来较长的阶梯进行分段处理，以方便链轮的安装，焊缝由原来的角焊缝改为缝焊缝，通过工装对焊缝宽度的调节来实现对传动轴总长的尺寸控制，这样极大地简化了大轴、长轴的加工工艺，节省了工时。

2模块化机械设计的优势

通过前述模块化设计在升降横移立体车库设计中的应用可以明显地看出模块化设计具有以下优势。1）尽管升降横移立体车库形式多样，具体项目方案千变万化，给设计带来极大不便，但是模块化设计可以通过模块的选择和组合构成不同顾客定制的产品，以满足市场的不同需求，对于设计者来说设计任务趋于简单化、轻量化，设计周期大大缩短，可以给产品的生产加工与安装留出更多的缓冲时间。2）模块化设计可以在很大程度上减少图纸的数量，同一零件可以在多种产品上使用，从一定程度上节约了纸张，也方便了图纸的管理。3）很多通用化的零件可以批量地进行储备式生产，这必然带来成本的降低和人力、物力投入的减少，并能从一定程度上缓解了多个项目同时开工生产时加工工期紧张的问题，尤其是当安装过程中项目现场零件丢或失损坏时，可以直接跳过加工，直接从备品库中出库发货，节约了时间，有助于合同的按期兑现。

3结语

模块化设计理念已被引进立体车库的机械设计中，特别是在常规的升降横移立体车库中表现得更为明显，模块化给机械设计带来效率和效益的大幅提升。

作者:丁翔 单位:江苏省特种设备安全监督检验研究院

参考文献：

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（一）进一步提高了生产效率。

系统在生产产品的过程中，主要果采用了控制自动化和信息的自动化，以此减少了在操作过程中的失误，让操作控制起来更加方便简单。机械自动化在不断的完成其操作自动化外，还进一步保证了产品的质量，并且在计算机控制的情况下，进一步修改了编程，让生产的产品更具有多样化，同时也加快了产品的更新换代。

（二）系统在运用过程中，便于维修和调整。

关于机械自动化系统的设计主要是应用了计算机技术，它的功能是可以根据产品的需要来调试安装设备，然后再生产出所需要的产品。对于多数利用的电子技术而言，它能够减少在生产过程中的开关数量，然后让操作人员在工作中，方便操作，由于工作的内容都是提前设定好的，系统在运行过程中能够自动的转换。目前，根据对象的需求系统可以自动调整好自动化的产品，确保其需求。

（三）减少了安全隐患。

机械自动化系统的运用，在使用过程中，要确保生产设备在运行过程中的稳定性和安全性能，让其能够提前做好在生产过程中可能出现的安全隐患和危险状况，在每一个生产环节都要做到监控设施，做好监控工作，及时发现设备在运行过程中出现了故障，然后进行报警诊断，及时解决问题，让机器恢复正常运用。在机器运行的过程中，如果出现了短路。过载或者过压的状况，要将其尽快的转换到别的模式下，并在此要及时关掉电源。另外，对于机械自动化，它在使用中能够减少大型设备发生事故。

二、机械设计制造及其自动化发展的前景

（一）人格化。

机械设计制造及其自动化的发展越来越注重产品与人之间的关系，在社会的不断的发展中，进一步实现机械自动化走向人格化。这主要是因为，机械自动化产品的使用者，最终就是人类，所以说，在产品的设计中要更加注重智能化。情感以及人性的投入。另外，在人格的发展中还要体现出其模拟方式，然后研制出各种不同的自动化产品，让其进一步促进人格化的发展和推动机械化制造及其自动化的发展。

（二）绿色化。

目前，随着我国社会的不断进步与发展，我国的环境问题越来越受到人们的关注，环境日趋呈现污染状态，一些资源也开始慢慢锐减，人们对于环境的保护意识越来越强，对于产品的绿色概念也逐步增强。因此，对于绿色的生产，就应该考虑到周边环境的影响，让其在生产过程中对环境的影响降到最小，减少生态环境的污染，进一步提高资源的利用率，让其绿色要的机械化制造产品进一步促进社会的发展，这样不仅能够有效的利用环境保护，还能够让变废为保，将废弃的材料进行回收和利用，投入的生产过程中。

（三）网络化。

随着我国网络技术的迅速发展，我国网络化建设技术越来越多，机械化制造产品也不例外，在网络技术发展的浪潮中，机械自动化的产品也向全球化推广，另外，多媒体技术的应用，让计算机图形作为多学科知识，让其形成了一套比较完整的系统，目前，基于网络的各种远程控制和检测技术迅速发展，机械自动化产品在其中发挥着十分重要的作用。例如利用家庭网络将给各种家用电器连接成以计算机为中心的集成家电系统，使得人们不出门也可以充分利用个各种高科技的生活和娱乐设施，从而丰富了人们的日常生活。

（四）智能化。

所谓智能化系统一般是指人与机器一体化的系统。在生产的过程中随时可能发生的智能活动包括想法，分析，判断。另外，智能系统当中的智能化主要表现在系统是否具有友好性，适应性。智能制造需要做到的是全面复苏社会资源，能源，和环境污染，促进更加合理的竞争和合作。智能化是在控制理论的基础之上，吸收了多种学科的知识和思想方法，从而模拟人类的大脑，提高了机器的推理判断力，还有自主决策力，这样就可以全面实现机器智能化。

三、结语

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机械设计节能原理又称之为平衡节能原理，平衡理念是节能设计的主要指导思想。机械节能设计应当从改进动力源、减小摩擦、功率匹配节能这三个方面入手，充分考虑机械设备在实际应用中所存在的能耗问题，尽量在设计环节就加以改善，从源头上减少能源的浪费。

1.动力源动力源通常指的是机械设备的发动机，在节能设计的过程中要求尽量的减少发动机的输入功率，同时尽可能增大其输出功率，简单的说就是提高机械设备电能与动能、势能、热能等的转化率。在实际的应用中这一设计理念体现在机械设备的启动、减速停止这两个阶段中。例如，在停止设备的动力输入之后由于惯性的因素机械设备还会运行一小会儿，通过合理的设计将这一部分动能或者势能储存起来，在机械需要发动的时候提供一部分初始动力。

2.在设计过程中减小摩擦发动机所产生的动力必须通过齿轮、动力传送柱、动力传动带等传递给机械设备需要作用的部位，在这个过程中难以避免的会产生摩擦，损失一部分动能。因此，需要在设计的过程中尽量较小各个组件之间的摩擦。例如，在“机械手”的设计环节，对于其关节处都会采用光滑的圆柱、轴承和液压柱进行连接，同时在使用的过程中还会定期的用油进行。目的就是为了减少机械设备活动处的摩擦，减少动力的损失。

3.功率匹配节能，合理运用节能合理的分析不同应用环境下所需要的功率大小，有依据的设计机械设备的标准功率。例如，饮品加工传动带所需的功率就远远小于装卸工厂所用的传动带的功率。为了节约机械的购买费用还可以利用汽车发动机的原理，设置不同的档位，根据实际功率需求进行调节。

二、机械设计能源浪费的原因

1.缺乏节能设计理念传统的机械设计理念是尽可能的提高机械设备的生产能力，设计人员在设计的过程中首先考虑到的就是如何提高机械设备的载重量、运转速度等，其次便是机械设备的稳定性和可靠性，完全忽略了节能设计，甚至为了提高之前的两方面性能而使得设计能耗更高。

2.设计人员专业水平低机械设计工作都是由专门的设计人员完成的，部分设计人员的理论知识匮乏，固步自封、不愿意学习新的知识，导致与先进的新型设计方式脱节。同时，很多设计人员长期忙于设计工作，不愿意深入基层考察设备的使用情况，导致理论脱离实践，设计出的机械设备不具有可实现性。

3.技术水平无法满足设计需要受到现有技术水平的限制很多设计思想很难得到实现，即使勉强得以实现也会大大增加机械设备的制造成本。所以，处于经济效益的角度考虑，很多机械制造商并不愿意完全按照设计要求引入相应的节能技术。

三、如何做好机械设计节能

1.选用环保型材料和环保型发动机从设计环节入手，在满足设计要求时，优先选取环保型的材料，材料尽量能够做到可回收、易处理、无污染。发动机是机械设备的主要污染源之一，对减少污染物排放具有重要的意义，比如可以选用环保型水冷增压柴油机作为发动机，此发动机具有油耗低、排放低、使用寿命长等优势，条件允许的话，电控高性能长寿命节能型发动机也是不错的选择。

2.电子控制系统的精确化控制利用电子计算机和无线网组成的控制系统，实现对机械的精准控制是机械节能的又一项措施。智能化终端可以依据设定的程序对机械的运行情况实行实时监控，做出智能化判断，控制发动机的输出功率等，以达到减少消耗的最佳标准，同时，其自我检测还能及时发现、处理问题，延长机械的使用寿命。

3.做好液压系统的清洁和防渗漏工作液压系统的污浊物加快机械设备的磨损和腐蚀，液压系统渗漏直接浪费了宝贵的资源，因此，机械液压系统也是机械节能设计时要重点考虑的问题之一。比如，加装一个高效率、高精准度的过滤装置就可以过滤掉大部分掺杂物，降低杂物与机械的物理磨损。采用防渗透的新材料或改变零部件结构，如密封的销轴等防止渗漏。

4.引入新的技术机械设计节能的实现离不开技术的支持，在设计的过程中不能脱离实际的技术发展水平。但是，又不能完全禁锢设计思想，要大胆的进行创新与尝试，积极的将各种先进的新型技术应用到设计中去。例如，利用太阳能发电技术为机械设备提供动力，再外加传统的动力系统以备不时之需，特别是对于小型机械设备，具有很强的可操作性。

四、结语

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一、自动化技术创新在机械设计中的应用

不断的将机械产品的创新能力优化与提高，与国家、机械领域的企业单位发展与生存有着密切的联系。在美国，相关的机械工程的设计委员会制定了2005年到2030年的有限资助计划领域中，将机械创新设计作为重要的资助之一；另外，机械个性化的发展趋势以及机械市场的复杂多变也要求了企业需要在机械设计当中不断的更新、设计，迎合市场的需要，而自动化技术创新的运用是确保企业能够在第一时间内研发出迎合市场需求的产品的有利武器。因此，对于21世纪的机械工程设计学科来说，创新性与快速性就成为企业是否能够适应市场需要、社会发展的关键所在。在机械产品概念设计的初期阶段，也就是原理方案的设计当中决定了产品是否具备创新性。

对于机械产品的设计概念来说，主要是设计到了人们的创新思维，也可以看成为人脑抽象与形象思维综合运用的一种结果。当然也受到了人们创新思维以及知识积累的局限。人们进行机械创新设计时，具有很大的随机性，并不能够确保想要的设计，同时兼具创新性的方案能够在一定的时间段之内得出。因此，想要在第一时间内设计出满足市场需求、能够占据市场的产品，存在一定的困难局限性，也是不太现实的问题，因此，在机械产品的创新迅速实现过程中，基于计算机化的创新就是非常有效的方法之一。

从广义的机构学的教学来看，对于机电一体化系统（包含了机、电、液与控制等等），都可以将其看成为两个组成部分——广义的传动机构与传动载体。而对于创新机电一体化系统的方案，就在于创新广义机构。因此，笔者在本文当中针对机械设计当中自动化技术创新的运用提出了一套机械系统创新设计以及自动化的方案（基于三维平台，以下所述都是基于三维平台）。

二、机械设计与自动化体系

对于上述中的复杂机械系统进行创新设计以及对于机械相应的自动化系统的组成方面，主要是以下：两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、在计算机化方法当中适合于机械系统创新设计当中较为复杂的方案；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行仿真、建模以及装配。而快速与创新则是其最大优点。

对于初期机械设计概念的这一阶段放纵，主要通过自动化系统为创新设计提供两套方案：其一，基于机械设计的基本规则而采用的创新设计方案；其二，创新方案的功能改良分解以及重组。考虑到这两种系统设计在方案的产生原理上都是采用的符号形式将最终的方案列出。而对于机械概念设计的初期阶段的使用符号的方案，机械自动化则会将方案进一步的分解成为机构的基本形式以及相互的连接这两个方面。在进行识别基本的机构方法选取上可以考虑到进行运动分析，从而将内部各个构件运动时所产生的分析数据展示出来。为了将开发机械产品的速度进一步提高，就能够使用面向对象的技术来进行基本机构的设计。然后，三维平台进行的二次开发，在采用的措施当中选择特征控制参数、数据库驱动等等，对于整体的基本机构三维造型设计，能够使用少量特征控制参数对其进行驱动。能够良好的解决基本机构虚拟建模的问题。

在机械领域当中，对于刚度、美学的等方面都有着很高的要求，因此为了满足机械运动刚度以及美学，可以最优的布局算法能够考虑到基本机构所占据的空间以及连接关系，从而基本机构在空间当中的位置进行确定，从而可以将机械系统空间限制到最小的占有空间。对于装配方案“后台预置”的借用，对于基本机构的运动分析数据以及布局结构的参照，则能够在特定的布局空间当中放置好虚拟的模型。连续的变化驱动构件的位置，在概念设计当中使用符号方案的设计，就能够得到其三维虚拟样机（复杂机械系统）。