机械设计的基本要求范文

导语：如何才能写好一篇机械设计的基本要求，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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关键词：框剪结构、特点、设计要求

框架-剪力墙结构也可以称为框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，即满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，保证相当大的刚度，框剪结构是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式，它的不同于纯框架结构中，也不同于纯剪力墙结构。

框架-剪力墙在水平力作用下，框架变形曲线为剪切型，楼层越高，水平位移增长越慢，在纯框架框结构中，各榀框架的变形曲线类似，楼层剪力按框架柱的抗1贝恫0度D值比例进行分配；而剪力墙在水平力的作用下，其变形曲线呈弯曲型，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，楼层越高水平位移增长越快。所以框架-剪力墙的特点因为框剪结构的受力变形是剪弯形，框架结构是剪切形，上部变形大，下部变形小；剪力墙结构是弯曲形，上部变形小，下部变形大。框剪结构是两种结构的综合应用，减小各曾见到相对位移与顶点位移，侧向刚度得到很大的提高。水平荷载主要由剪力墙承受，一般能承担80%的荷载。剪力墙侧向刚度大于框架结构，在沿高度分配的水平荷载就比较均匀，各层梁柱弯矩比较接近，有利于减小梁柱的截面积.所以框剪结构是由延性较好的框架、抗侧力刚度较大的并有带边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁组成，具有多道抗震设防的相对较为合理的结构型式；框剪结构的受力特点，是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的共同受力形式。相互弥补不足之处。而纯框架结构和纯剪力墙结构的特点却是：1）框架结构的特点为空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。 但是框架结构体系框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏，适用于非抗震设计；钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑， 框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。2）剪力墙结构的特点是现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足；但剪力墙缺点主要是剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求。而剪力墙的结构自重也较大。剪力墙的变形特点：当剪力墙的高宽比较大时，是一个受弯为主的悬臂墙，侧向变形是弯曲型，即层间侧移随着层数的增加而增大。适用于剪力墙结构在住宅及旅馆建筑中得到广泛应用。因此这种剪力墙结构适合于建造较高的高层建筑。

所以与上诉纯框架和纯剪力墙结构相比。框架-剪力墙中的框架不同于纯框架结构中的框架，剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙。框架一剪力墙结构使两者结合起来，取长补短，在框架的某些柱间布置剪力墙，从而形成承载能力较大、建筑布置又较灵活的结构体系。在这种结构中，框架和剪力墙是协同工作的，框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。

框剪-剪力墙的结构设计

1.框架-剪力墙的结构形式：因为框架-剪力墙结构由框架和剪力墙组成，以其整体承担荷载和作用。所以其组成形式较灵活。可采用一下形式:

(1)框架与剪力墙（单片墙、联肢墙或较小井筒）分开布置。

(2)在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙（带边框剪力墙）。

(3)在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙。

(4)上述两种或三种形式的混合。

2.框架-剪力墙结构的布置原则：框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系，考虑抗震设计的结构应在两轴方向布置剪力墙。框架-剪力墙结构中的主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接；梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合；框架梁、柱中心线之间有偏离时应按《高规》要求。

所以框架-剪力墙结构中剪力墙的布置应遵循以下原则；

（1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大。

（2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。

（3）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和［形等形式。

（4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的30%。

（5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞是，洞口不宜上下对齐。

（6）楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力机构结合布置。

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1.1测井仪器机械设计通用规范

测井仪器机械设计通用规范是机械工程师在设计测井仪器时所应遵循的通用规则。具体测井仪器机机械设计原则，连接标准件设计规范，仪器材料选择规范，钣金件设计规范，耐腐蚀设计规范，公差选用规范，结构工艺设计规范，焊接件设计规范，可靠性设计规范，力学原理设计规范，便于切削设计规范，热设计规范，塑胶件设计规范，便于装配设计规范。通过这些规范，来约束工程师日常设计工程，减少设计偏差。

1.2承压外壳机械设计规范

石油测井仪器在井下工作时要承受高温高压，温度可达175℃，压力达140MPa，为保护好仪器内的电子元器件，要求测井仪器的耐压圆筒必须具有足够的强度，而且还要考虑测井仪器可靠地连接。本规范对外壳的设计流程进行了详细说明，其中考虑到外壳密封的特殊性，单独把外壳的密封设计单独编制成密封设计规范。连接设计规范用来约束外壳连接零件和连接螺纹牙型的具体尺寸。外型腔体设计规范用来约束外壳零件连接处的轴向和径向尺寸，以及外壳内部空间的尺寸。同时规定了承压外壳的检验方法，另外提出了标识、包装、运输及贮存等相关要求。承压外壳在设计过程中需要对密封性、承压性等进行大量校核计算及试验，通过制定本规范对于通用结构外壳的本体及配件使用可直接引用，大大减少了外壳设计的工作量，同时降低了设计过程中的出错可能性。

1.3电子骨架机械设计规范

测井仪器电子骨架的机械设计以承压外壳的结构和尺寸为基本依据，以结构强度坚固耐用、装配方便、外观优美为主要原则，综合考虑电路散热等特殊功能的实现。包括外壳轴向装配尺寸规范，外形、接口设计规范，电路板安装设计规范，变压器安装设计规范。其中外壳轴向装配尺寸规范中给出了骨架和接头座齐平的端面在外壳内部与外壳最近轴向间距应满足的条件。外形、接口设计规范给出了电子线路骨架的结构形式和尺寸系列。接口指的是骨架与标准31芯或者50芯、52芯连接器之间的连接形式及接口配合尺寸，规范中给出了尺寸系列。电路板安装设计规范给出了电路板安装的方式和轴向的设计空间，同时还明确了走线密集、散乱的骨架区域上开扎线孔以供绑线用。

1.4承压接头机械设计规范

承压接头是测井仪器上隔离高压部分与常压部分的关键零件，结构复杂、加工难度大。此规范的编制可以减少设计工作量，提高一次设计成功率。本规范适用于高温高压作用下测井仪器承压接头的机械设计，主要包括材料选择、确定最大外径、端部连接方式设计、电气连接件安装结构设计、内部走线设计和油路设计六部分，另外还给出了承压接头型式试验的具体方法。规范说明了承压接头的设计流程，规定了某些功能的具体结构，规定了某些结构的具体尺寸，对于特殊的需求给出了设计指导意见。本规范是机械工程师进行承压接头设计时须参照的标准，也是相关设计人员进行元器件选型或装配等工作的参考依据。此规范的经济意义在于减少设计工作量提高工作效率，提高一次设计成功率减少加工反复，使承压接头结构趋于统一降低加工难度，使用相同电气接插件降低采购成本。

1.5压力平衡机械设计规范

测井仪器通常都工作在高温、高压的恶劣环境中，为了保证仪器在井下的安全，很多测井仪都是通过保持仪器内外的压力平衡来实现耐高压的性能，其中注油式的压力平衡结构就是通常采用的结构方式。注油过程中为确保油路腔体充满油液，需确保油路畅通。压力平衡系统机械设计流程包括：选择硅油牌号；计算补偿量；选择压力平衡方法；结构设计。规范里分别给出了不同形式的压力平衡机械设计实例。包括，中部活塞式压力平衡设计实例，底部活塞式压力平衡设计实例，管式皮囊压力平衡设计实例以及底部皮囊压力平衡设计实例。

1.6密封设计规范

密封设计规范的目的在于统一密封件的设计标准，方便机械工程师进行密封件的结构设计，分静密封的动密封两种。石油测井环境要求密封材料满足高温高压的要求。其中密封材料选择规范给出了对于不同环境要求下选取密封件材料的规则。密封面设计的基本要求中给出了密封沟槽设计的结构尺寸。

1.7地面机箱机柜设计规范

本部分给出了地面机箱机柜设计方法，目的是使地面产品的机械设计过程规范统一，组件选型、加工工艺合理，提高标注化程度。地面机箱采用标准19英寸机箱结构设计，尺寸应符合IEC-60297标准。地面机箱设计规范包括机箱设计基本要求，机箱设计的其本步骤，地面机箱的结构，地面机箱的外观，地面机箱的外形尺寸。地面机柜设计规范包括机柜前面板安装孔规范，结构形式规范，抗振要求规范，颜色要求规范等。

1.8仪器探头结构设计规范

电法仪器探头机械设计规范包括线圈系设计规范、电极系设计规范和极板设计规范。线圈系设计规范描述感应类仪器线圈绝缘体的结构特征，电极系设计规范描述侧向类仪器电极的结构特征，极板设计规范描述井壁成像类仪器极板的结构特征。声波仪器机械设计规范包括隔声体设计规范和换能器结构设计规范。隔声体设计规范描述接收和发射之间的隔声体结构特征，换能器结构设计规范描述安装发射和接收换能器的结构特征。核测井仪器机械设计规范包括源仓结构设计规范和减震设计规范。核测井的探头由放置在源仓内的晶体源构成，这两个规范规定了源仓结构和晶体减振结构的设计要素。

2结论

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关键词：绿色理念；机械设计；机械制造；应用分析

中图分类号：F407文献标识码： A

分析我国经济的发展现状以及未来的发展趋势，“绿色环保”、“节能”是我们必然的选择，也是实现可持续发展的唯一、有效策略，目前绿色理念已经渗入到各行各业的发展战略。机械制造业是我国工业发展的重要标志，从某种程度上而言，机械制造的水平代表了一个国家、地区的经济发展水平以及科学技术水平，在我国的经济发展中占有举足轻重的地位。绿色理念设计是一种全新的发展战略，符合当前时代的发展需求以及人们的生活要求，传统的机械设计制造并没有融入环保意识，不仅造成资源的严重浪费，后期加工废品也并未得到正确的处理，极大的破坏了自然环境，也极大的限制了机械制造业的长久、健康发展，因此在机械设计制造中注入绿色设计这一全新元素，显得非常重要，也非常必要。

1 绿色理念设计的基本概念以及内容

机械设计是机械生产的第一步，机械设计水平直接决定机械性能，其主要是结合机械产品的使用要求，对产品的结构、零件材料、零件形状、零件大小、运作原理、运行方式、能量传递等各方面内容进行分析和精密的计算，进而设计出符合使用要求的机械产品。绿色设计理念贯穿于产品生命周期的全过程，在考虑产品的质量、性能、成本以及开发周期等问题的同时，充分考虑设计产品对资源以及环境的影响，以产品的可循环使用为导向优化产品设计的各方面因素，最大限度的降低产品及其制造过程中消耗资源总量以及对环境的危害程度。绿色设计主要将产品的设计眼光投放在未来的可持续发展上，将绿色产品设计的要求作为设计约束条件，提倡无废物、可回收的产品设计技术。绿色设计的核心内容是减少环境污染，降低能源消耗，实现产品以及零部件的回收以及循环利用，降低机械的更换频率，大体可概括为“Reduce（减少）”、“Recycle（循环）”以及“Reuse（重新利用）”--3R理念。

2 基于绿色理念的机械设计制造的重要性

近年来，我国机械制造业对于绿色机械设计的研究内容比较多，研究的深度和广度也不断拓宽，很多人将绿色机械设计也称为“生态设计”、“自然环境设计”、“环境意识设计”等。和传统的机械设计制造理念相比，在产品的设计与开发过程中，传统的机械设计制造首先立足于市场需求分析，根据市场需求设计产品的使用功能、使用寿命等基本属性，并且需求反复的修改，往往会导致设计过程以及产品制造周期延长，生产后不易拆卸，产品以及回收难度较大，部分产品在报废之后，可能无法回收，造成资源大量浪费以及环境污染。绿色设计的重要性主要表现在可节省原材料，减少能源消耗，减少使用过程中废水、废气、废料的排放，进而保护自然生态环境。更加符合可持续发展要求主题，实现更大的经济价值以及社会价值。

3 绿色理念在机械设计中的具体应用分析

3.1 绿色设计方案

目前比较常用的绿色理念设计方案包括生命周期设计、可拆卸性设计以及模块化设计三种，生命周期设计主要是基于环境保护、机械产品的成本需求以及产品性能等方面考虑，包括产品的回收、再利用成本、产品代替以及污染物的处理等问题；可拆卸性设计主要是在保证产品功能不受影响的前提下，进行有规律拆卸，主要针对产品的再利用设计以便产品生产后期的维护；模块化设计主要是考虑产品的功能以及模块，通过产品模块的重新组合从而形成新的系统，既可以实现产品的更新换代，也可以提高零部件的充分利用率。最后应建立健全绿色机械设计数据库，设计人员可将机械设计制造过程中用到的数据以及需要的数据进行系统化储存，以便日后查询以及绿色设计的理论基础。

3.2 绿色机械设计制造中的材料选择

材料是绿色设计的主要内容，在机械设计制造过程中应首选环保、健康的制造材料，综合考虑材料与材料之间的相容性、材料的经济性和安全性，分析材料对环境的影响。传统的机械制造产品材料主要包括汞、铅等特殊的有害化学物质构成，产品在使用报废后，回收利用率低，对环境有极大的损害，为了实现绿色机械制造工艺，应从源头开始抓起，慎重选择机械制造材料。机械设计的绿色选材应选择能够满足产品需求的基本性能，保证材料的可用性，选择高温性能、抗冲击性能以及耐腐蚀性能材料，避免选择有毒材料。其次应加强绿色材料的管理工作，认真审核材料的性能、根据不同的材料进行分类管理并加以标注，在材料投入实际生产后应实现材料的动态管理，及时回收和有效利用设计中产生的副产品以及废弃物。

4 绿色机械设计实现的基本要求

在机械设计制造中，若想要真正实现绿色理念设计，需要国家政策的支持、产品设计人才以及先进的设计技术，人才是实现绿色设计的核心力量，首先应加强对机械设计人才的培养，重点培养的对象应该是高中职院校中机械设计专业的学生，加强绿色理念设计的概念，让他们重视绿色设计。其次，国家应制定相关的绿色机械产品支持政策，加强社会以及广大群众对机械产品设计的监督力度。同时应不断学习、引进一些先进发达国家先进的技术，积极实现产品的创新，尽量优化设计方案。

综上所述，绿色理念是一种符合当前经济社会发展的重要发展战略，可以实现机械制造产品的低耗能、低成本、高利用率以及高回收率，大大的提高机械机械产品的经济价值以及社会价值，推动我国可持续发展观的实施路径，是未来世界发展的主流。

参考文献

[1]张生泉.机械产品绿色设计与制造技术[J].中国科技纵横，20I2（9）：288-288.

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[关键词] 机械设计；节能；基本原理；措施

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 054

[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）01- 0091- 01

0 引 言

环境与经济从来都是群众重点关注的问题，特别是在社会经济快速发展的今天，人们对环境和资源保护逐渐重视起来，人们逐步发现，正确处理经济与资源环境的关系，对社会的稳定发展和进步有着重要作用。其中，节能减排是促进社会可持续发展的基本要求之一，机械设计应该遵循节能减排，促进社会发展。

1 机械设计节能基本理论

在机械设计中，机械设计人员对机械改革结构的组成形式进行优化，以降低能源损耗为目的，努力达到节能指标要求。在此过程中，机械设计人员努力将各个零件设施的配合优化为最理想模式，减轻机械使用间的磨损，延长机械设备使用手柄，进一步达到节能需求。此外，机械设计人员，在设计时，借助机械制图软件优化机械结构，同时利用一系列的公式计算，对机械使用后的节能指标进行计算分析，将大部分能源提供到机械设备运行阶段，将个零件受力形式进行科学安排，进一步将科学节能落到实处。

2 导致机械设计产生能源浪费的主要原因

（1）节能理念欠缺。受到传统机械设计观念的影响，大部分机械设计人员还是以提高机械设备生产力为主要目的，因此，设计人员在进行机械设备设计的过程中，首先主要考虑如何提高机械设备的运转速度和承载量，其次也是对机械设备的运行稳定性和可靠性进行考虑，对机械设备的节能设计考虑少之又少，有些设计人员甚至直接忽略了机械设备的节能性能。甚至，为了提高机械的生产力，有些设计人员枉顾设计的节能性能，反而将设计能耗提高，这对于社会的发展和进步有着消极作用。

（2）专业水平不高。由于大部分机械设计工作有专门设计人员进行操作，如果设计人员在只是理论方面故步自封，不愿与更随时代的发展，与时俱进，与先进的设计方式和设计理念相脱节，甚至抵触新的设计知识，导致机械设计滞后，无法实现节能。另外，还有很多设计人员忙于设计工作，没有对设备的使用情况进行深入了解，导致设计理论与实践相脱节，所设计出的机械设备无法与实际使用相符合，造成了大量的资源浪费。

（3）设计水平过低。由于受到现有技术水平的限制，有很多设计思想无法实现，及时进行勉强实现设计思想，也会造成机械设计成本增加，因此，受限于经济效益，大部分机械制造商并不会完全按照设计要求进行节能技术的引用。这就导致节能技术和节能理念只停留于表面，并没有真正的落到实处。

3 做好机械设计节能工作的措施

（1）采用环保材料，使用环保设备。为了明显减轻机械设备的整体重量，并以节能设计的方法高校应用于设备使用环节中，设计人员应该再用环保材料。首先，在设计前期，设计人员要充分应用节能环保材料，即材料应该具有绿色无污染、可回收等性能，从本质上保证设备的节能性能。①对电子系统进行精确化的控制。在机械设备中进行电子控制芯片植入，利用程序编写控制对设备各项数据进行控制，且通过电子技术，可以保证参数的情趣恶性，有助于帮助设备实现更理想的节能目的。同时，如果在芯片植入使用过程中，有设备需要进行控制功能的改变，通过电子系统可以优化解决该问题，使问题得到高效快速的解决。②注意对液压系统进行维护保养。液压系统在运行过程中，主要为设备提供运行所需压力。由于传统设计理念中，液压系统结构之间优化型欠缺，导致使用期间的液压系统容易产生泄漏问题，是设备所得到的压力不够，降低了使用效率。因此，设计人员应该重视这一问题，针对液压系统进行加密处理，将防渗漏问题作为解决重点，是定合理的清洁维修周期，对液压系统进行周期性周密检查。另外，对于液压系统中内存的杂质也要进行及时清洁。

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【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）34-0071-01

为重点突出高等职业技术教育的应用性、技术性和职业性特点，机械设计基础课程的教育观念，应紧密围绕各专业人才的培养目标，对学生提出设计能力、创新能力、工程意识培养的教学目的，把培养适应工程实际的创新人才作为教学改革的根本目标，因此，机械设计基础教学有必要在减少原理阐述、理论与实践融为一体、在实验及创新设计方面做改革，建立感性引导理性、实践导入理论，从形象过渡到抽象的高等应用性专门人才的认识规律，进行实践教学改革，以形成符合当前实际的应用型机械设计基础课程。

一 目前实践教学存在的问题

1.教学方式陈旧，对实践教学重视不够

教学仍停留在课堂教学的传统模式下，对教学效果的评价依然是学生对课堂知识理解了多少，作业与考试能否顺利通过等，几个传统实验并不能激发学生的学习兴趣。

2.实验方式和内容缺乏创造性

目前的实践教学还限于实验室中少数的教学模型和实验设备，学生对实验过程按部就班，按教师布置流程完成实验，填写规范划一的实验报告，不利于培养学生的应用技能。

3.学生的观察分析问题能力与实际需求严重脱节

对于生产实践中的常用机构、机械连接、机械零部件的认知理解能力明显缺乏，对于机械设计的流程有畏惧感，对于“设计”有理解上的误区，觉得与自己的层次有距离。

4.没有及时跟踪先进技术的发展，学生学习动力不足

学习有前瞻性的认识，可以激发学生学习兴趣，便于一部分学生对机械设计更进一步的深入学习，有方向感。

二 实践教学改革探索

1.灵活运用教材处理知识点，使教学内容符合学生实际

教材理论内容多，有些内容不符合学生实际，一些举例离学生的生活和生产实际较远，学生不易理解。如齿轮机构及设计这部分的内容论证较多，有关实践方面的内容却介绍得较少，这就要求我们不唯“本”，只唯“实”，通过企业专家的指导和毕业学生的反馈，及时修订教学内容，灵活处理教材知识点，满足行业的需求。

2.构建富有层次、内容丰富的实践教学体系

第一，基础实验。在学习相关内容之前设置的“启蒙作业”：通过实物和模型的动态展示，让学生得到有关机械设计与创新的“启蒙教育”。引导学生对机械的组成及运动有初步认识，激发学生的学习兴趣。

第二，测绘分析实验。“机构运动简图测绘实验”常使用的测绘装置涵盖缝纫机、内燃机、牛头刨床等，学生通过其中典型机构的运动简图的测绘，可以全面地认识机器及机构组成，学会如何从实物抽象出机构分析和设计的几何模型――机构运动简图，为今后研究和创新设计机构奠定良好的基础;轴系结构测绘、带式运输机测绘等对学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，并使学生具备了用基本实验方法对机械结构初步剖析的能力，从而对更好地从事实际的工程设计有很大的帮助。

第三，性能测试实验。此类实验是通过实验装置测定机械传动的各项运动参数，使学生加深对常见机械传动装置传动性能的认识和理解，从而掌握机械传动合理布置的基本要求和机械传动方案设计的一般方法。

第四，精心设计拆装实验。一组以学生自我训练为主、培养高素质创新人才的实验项目，培养分析问题和解决问题的能力。进一步正确使用工具和量具分析构件相对运动情形，绘出棘轮机构简图等，使学生善于发现问题并参与讨论探求新知，实事求是解释出各种问题。

第五，创意组合设计实验。利用机构运动创意组合测试分析实训台等创新设计装置，提供多种搭接与运动参数实训，学生可根据功能要求，自己进行方案设计，利用所提供的资源进行实训测试操作和数据图形处理，培养学生的综合设计能力、创新能力和工程实践能力。装置配备角度传感器、线性位移传感器，并可将数据通过采集器上传到上位机软件，实时绘制出性能参数曲线，使学生对常见机构的组成及运动特点有更全面、更深入的了解，提高其机械设计与创新的能力。

第六，综合性设计实验。如带式运输机传动装置总体方案设计，使学生熟悉总体方案设计的过程，学会通过查阅大量的资料做好符合实际需求的设计，增强成就感，激发学习兴趣，树立学习自信心。

三 结束语

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1.1机械设计及其自动化的含义

机械设计及其自动化，应分为设计和自动化两个方面。机械设计是依据各种机械加工设备的构造、工作原理、运行方法、力和能量的传递、不同零件的组成材料、形状尺寸和方法等进行思路构建、分析和计算，并将这些结果转化为人为进行制造的具体的工作过程。机械设计作为机械产品加工生产的重要步骤，在工程设计中占据有重要地位。机械设计水平的高低不仅能代表科学技术发展的水平，而且还能决定转化为实际的经济成果。机械设计发达的地区，其装备制造业发展水平也相对较高。自动化技术是指能够实现机械设计和制造过程的自动运行，自主调控。

1.2自动化技术在机械设计中的应用特征和原则。

自动化技术在机械设计中的应用是以控制理论作为理论基础，将生产的工序和人工的指导作用进行有机的结合，从而实现机械设计过程的自动化。具体而言，自动化技术在机械设计中的特征和原则包含以下几个方面：

（1）加大创新。

随着科技水平的不断提升，传统机械设计方式在适应当前机械设计结构复杂、工作量大、误差率小的要求下已经出现明显的弊端。当前，智能化、自动化、规模化是整个机械设计领域的新要求，只有不断创新，提高设计水平，才能满足日益增长的新要求和新挑战；

（2）利用各领域先进成果。

机械设计及其自动化是多学科、多领域相关综合下的产物，要想获得新的突破和新的科技攻关，必须保持高度的相关学科前瞻性，将最新技术和理念融入到机械设计及其自动化当中，如加强对电子学、计算机仿真技术、机械力学等学科新技术新发现的引入；

（3）提高管理水平。

机械设计及其自动化与传统的机械设计相比，所要求的管理水平有较大提升。以往的管理经验不再适用于当前机械设计及自动化的要求，这就需要研发人员不断提升自身管理水平，运用现代化管理模式和手段服务机械设计及自动化。同时，技术人员也要不断提升自身技术水平和专业知识，与当前技术发展趋势保持一致，只有这样才能顺应市场发展要求。

2机械设计及其自动化的发展方向

经历了从无到有，从模仿国外到自主研发，我国机械设计及其自动化取得了骄人的成绩，这极大弥补了工业生产领域中机械设计自动化的空白。但与国外发达国家相比，我国机械设计及其自动化的发展还存在一定的差距，通过研究分析，笔者认为应从以下几点着手，推动机械设计及其自动化的前进。

2.1机电一体化

机械设计及其自动化只是机械设计领域中的一个重要组成部分，而机电一体化包含了机械、电子信息处理、动力、传感检测、执行元件五大模块，只有朝机电一体化方向发展，才可以具有更加广阔的市场空间。

2.2智能化

自动化技术的基本要求之一就是智能化。所谓的智能化，是指在控制理论的基础上，利用人工智能、计算机科学、心理学、模糊数学和运筹学等新思维、新措施，模拟人类的智能，使之具有逻辑判断、推理、自主决策的能力，以达到更高的控制目标。智能化的实现可以摆脱人力脑力劳动，大大降低工作强度及错误率。

2.3模块化

由于机械设计的复杂和多样，模块化设计在整个机械设计及自动化方面发挥着重要作用。通过建立模块化标准，可以实现在设计过程中多部件同时适用于同一模块的效果。这不仅可以缩短机械设计的时间，而且可以大大降低设计成本，便于后期零配件的更替和维护。通过模块化设计，机械制造企业可以在短时间内实现规模化生产，带来巨大经济效益。

2.4网络化

如今，网络的使用在各行各业已非常普遍，通过网络技术的使用，我们可以随时控制和操作机械设计自动化产品。以家庭为例，现在已经实现了以手机为载体，通过远程控制实现家用电器的智能化操作，通过远程控制实现汽车的启停，这些都是利用现场总线和局域网技术实现的机械设计自动化产品的网络化，在为人们提供便利的同时，企业本身也获得了良好的经济效益。

2.5微型化

微型化设计是要求机械设计产品在便携性、体积、能耗、性能等方面做到统筹兼顾，不但要求体积小，能耗低，还需要兼备高性能的特征。微型化设计在医学、军事、电子等领域的应用越来越广泛。

2.6绿色化

工业水平的不断提升在改善了人们生活水平的同时，也对环境造成了一定的影响。工业经济想要走可持续发展道路，必须要坚持绿色化发展方向。在机械设计及其自动化快速发展的今天，只有不断降低对环境的污染，与环境和谐共生，才能持久长远发展下去。

3结语

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摘 要：目前，随着科学技术的不断进步，我国的科技水平发生了日新月异的巨大变化，诸如核电、高铁等相关机械设备已经走出了国门，走向了世界，成为"中国制造"新的代表产品，这充分说明了我国综合国力有了显著增强，机械设备制造业水平已位居世界前列，成为我国具有国际竞争力的新行业。只有不断更新技术、创新思维源源不断地生产出新产品，使"中国制造"变为"中国智造"，才能使我国在世界之林永立于不败之地，因此，加强机械设备设计研发具有举足轻重的现实意义。基于此，本文通过对机械设计研发的基本步骤和相关问题的论述，提出机械设计研发的绿色化概念，希望通过本文的阐述能为相关行业的发展起到一定的参考和借鉴作用。

关键词：机械设计；机械研发；绿色机械

无论社会如何发展，科技如何进步，追求质量永远是各行业发展不变的主题。现代科技的不断发展和技术的飞速进步给“机械质量”提出了新的更高的要求，工业在我国经济发展中占据着重要的地位，因此加强机械设计研发成为促进我国经济发展的重要手段。以下就机械设计研发概述、基本步骤和设计研发过程中存在的问题展开阐述，并在此基础上提出绿色发展的概念。

一、机械设计研发概述

机械设计研发必须按照规定的工作流程进行，是一项十分缜密的工作。科学合理是机械设计研发的基本要求。机械设计研发要与世界相关产业发展同步，确保信息畅通，这样才能使设计研发的产品满足市场需求，实现经济效益的最大化。

二、机械设计研发的基本步骤

一是申请：首先要有机械设计研发的需求，并由需求者提出设计申请。二是确认需求：经机械设备需求者提出申请之后，要经过领导或者主管部门对申请进行确认并批准。三是下达设计研发任务书：确认机械设备需求之后，要把需求内容按照具体要求细化成设计研发要求和内容，对设计研发要求进行明确，同时将任务书下达给相关承担部门。四是成立设计研发工作组：相关部门接收任务之后，根据相关设计研发要求、内容，组织相关专业人员组建设计研发项目组，明确责任。五是确定初步设计研发方案：设计研发项目组根据工作任务，开展设计研发方案讨论，形成设计初步方案。如果是成套或者大型的机械设备，要先进行关键功能部件或小样机的设计方案。六是设计方案草图：根据拟定的初步方案，组织相关人员设计草图。七是对设计草图方案进行评审：草图设计完成以后，项目组要组织有关人员开展对设计方案的评审，对草案的主要部分和关键环节开展深入研讨，并提出相关的意见和建议，制作修改方案。八是修改方案、正式设计：借鉴相关的修改意见进行修改之后，按照修改后的设计草案开展设计。九是审核、批准图纸：完成设计之后，组织有关人员审核，经相关领导批准后制作正式图纸。十是按照图纸加工制造：设计出图纸以后，制造加工之前，要针对图纸的设计内容与加工单位进行深入沟通，就设计相关疑问进行磋商，保证加工单位对设计要求充分领会和思路明确，以便开展施工。十一是对加工过程进行跟踪：交付图纸进行加工以后，加工单位要和设计人员经常保持联系，及时反映工作进度和在加工过程中遇到的难题，设计人员除了要及时解决出现的问题之外，还要详细记录相关问题的内容，以便日后参考和查阅。十二是验收机械设备：在加工制造完成之后，设计人员要到加工单位对机械设备进行验收，通过机械设备连续运行，观察机械设备的可靠性和相关要求是否达标，如果发现存在问题要及时提出，让加工单位立即纠正。在通过验收之后，才能允许发货，这样能有效避免机械设备运到安装地点后发现问题不容易处理的问题。十三是设备的安装和调试：机械设备运到安装地点之后，设计人员要全过程参与对机械设备的安装、调控，并提供实地技术指导。这对提高设计人员的设计水平有着非常重要的现实意义。例如，对于机械液压系统的调试，应当调试的内容包括液压系统的参数（如速度、力、行程等），系统运行的稳定性，可调元件的可靠程度等。各项操作机构的灵敏性等。测试步骤包括泵站调试、系统压力调试、系统流量调试等。十四是试产运行：机械设备经过安装调试之后，生产管理人员和设计人员要共同参与组织对机械设备进行试生产，同时对试用效果进行鉴定和评价。十五是正式交付使用：机械设备试产通过之后，由设计人员对机械设备的操作、维护、工艺等相关资料和图纸交给机械设备使用单位，并开展对机械设备相关操作、使用方面的技能培训，在完成上述工作之后，才可以将机械设备正式投入交付使用。

三、机械设计研发中的几个问题

1.研制阶段的问题

研制阶段对于机械设计研发具有非常重要的意义，是设计方案得以实现的基础阶段，对机械设备质量的高低起到了至关重要的作用，直接影响到设计方案的预期效果，决定机械设备能否正常交付使用。在这个阶段，制造加工单位要严格按照设计图纸的相关要求进行操作，同时还要加强与设计人员之间的沟通和交流。机械设计人员也要积极主动地经常过问制造加工过程中的相关情况，经常和加工制造单位就机械图纸相关设计进行深入探讨，合理改进安排加工工艺。同时，设计人员要认真听取制造工人和现场技术人员提出的改进建议和意见，对加工精度、零件结构等相关事项开展及时调整。不能认为制造加工过程只是加工单位的事，与设计人员没有关系。机械设备设计人员应当清醒地认识到，在加工手段、制造能力和加工工艺方面，制造单位提出的一些建议和意见是非常有价值的，甚至会起到决定性的作用，他们最具有发言权。

2.安装调试中的问题

在安装调试阶段，设计人员必须要对调试过程进行监控和技术指导，及时处理各种技术问题。设计人员在调试过程中能够获得第一手资料，哪些地方还存在什么问题，哪些地方需要进一步的改进，在调试过程中都可以找到答案。在安装调试完成后，要进行设备的试产鉴定，确定设备达到使用要求后，设计人员要组织开展对设备操作、使用、维护工作的培训，并将相关资料交给使用单位。同时要注意知识产权的保护工作。

四、机械设计研发的绿色化趋势

机械设备在运行过程中，会产生废气、噪声、热辐射等现象，造成对环境的污染，设备腐蚀和磨损，增加设备故障率，导致停产和事故发生。因此，在机械设计研发过程中要引入“绿色环保”理念，转变传统制造模式，推行绿色制造技术，减少对环境的污染，走可持续发展道路。绿色设计主要是指在产品的设计过程中，要充分减少对环境的影响和资源的消耗，在考虑到产品质量、功能、成本和开发周期的同时，对各相关因素不断进行优化，实现产品资源消耗的最小，制造过程对环境影响的最少。近年来，随着科技的发展，新技术、新材料、新能源不断涌现，这也为绿色设计提供了有利条件，开辟了广阔的发展前景。

结语

总而言之，在开发新产品的过程中，机械设计研发起着非常重要的作用，目前，机械设备正在向着精密化、高效化、集成化、智能化、数字化的方向发展，我们要不断提高机械设计研发质量，将我国的机械设备不断推出国门，推向世界！

参考文献：

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    一、机械类专业实验室的创新背景及现状

    1、实验设备仍比较短缺,缺乏全面系统的实验训练就满足实验的教学需要来说,目前众多的实验室与国内一流水平高校的差距仍将长期存在。实验设备的局限性导致动手训练的机会不够充分。许多的实验都纯粹以教学教材涉及的理论和知识中的基本要求来配置,此类实验皆属于验证性的实验。对学习者的分析思考、发散思维没有直接性的启发。传统的实验室不利于学习者创造性思维的培养。

    2、过分强调理论知识,实验效率低下许多时候过于强调课本上的理论知识,忽视了实验室的工作效率。例如,在温度传感器的实验中,用万用表测出的数据以手工做出记录,组织和效率明显不高,因此没有达到现代数字化处理模式的要求和水平。检测技术、单片机等的实验室应相应地进行创新探索。

    3、实验种类单一,缺少综合型的知识实践目前中多的实验室中,虽然有一定数量的配套实验设备,但设备的配套上仍存在一定的局限性,导致实验的内容、种类单一,不利于灵活地应用机械设计的知识与要求,也不能有效率地综合运用知识。在冲击相关试验中,缺乏相应接口,不能与单片机实现相连。二、实验室创新的预期目标机械类专业之实验室创新应针对以上的背景现状,通过有针对性的创新建设,力求较大限度地克服机械类专业实验室中原有的缺点,使实验室的实验实践与课本上的理论知识实现真正的结合从而激发出对机械知识学习的热情,从被动的实验和学习模式转为积极主动善于创新的新型学习实践模式。从实验室的操作环节入手,在掌握经典理论基础上,促进实践性知识的应用,展示出最新的设计方法,实现分析、综合、转换的数学模型和程序。与此同时,使机械原理及机械设计上的实验进行大胆的改革创新,使实验室变成受学习者欢迎的实践型基地。以实验室的改革创新为桥梁和纽带,帮助学习者提高实践动手能力,助其分析和思考问题。

    三、建设创新型的机械类专业实验室之重点实验项目

    在合理利用实验室的硬件资源的基础上,充分地与机械设计基础相结合,完成学习者运用独立自主创新思维和设计的过程,从而构思机械设计的传动构思,到完成成套的设计图纸,最后实现简单机械模型的制造和加工。

    1、实现运动方案的组合创新实验在此类实验中,采用获得国家的专利产品:创新机构组合试验台2套,其中含有机构形式的高副杆组和低副杆组,另外还包括组成以上杆组的各种构件和机架等组件。这些设置既能够灵活方便地使曲柄滑块机构与连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及间歇运动机构相拼接,还能使链传动、带传动和涡轮蜗杆等的传动形成平面与空间有机交叉组合的机械传动系统和组合机构,最后与出轮齿条传动相结合,并通过带传动和连接电机令拼接的机构有效地进行运动。通过以上的创新实验,能使学习者对机构组成这一部分知识内容在理解的基础上学习与识记,通过实验培养其工程实训的动手能力,对日后的实际生产和运作也有指导作用。机构运动实验的创新体现了设计思维和综合实践设计能力的提升,按以上的操作要求进行拼接实验,并观察其运动情况,能及时准确地检验出机构运动方案的科学性与可行性。

    2、对平面机构的创意组合和可视化分析的实验在平面机构的创意组合与可视化分析实验中,配备电脑4台,实验台8套,机构模型8套。利用设计和并接能够使机构传感之系统实现种类不尽相同的运动要求。与此同时,实验台的创新之处在于,在主要的构件中设置出安装传感器的具置,并且添加了数据处理软件和检测系统之类的配置。通过数据处理软件与检测系统,能够看到运动参数变化的系列曲线,从而了解和探索不同类别的机构运动的特定条件下的运动规律。利用速度、位移和加速度等的要素进行分析,研究运动构件的特点。最后,实验室中的其他设备也应同时跟上更新的步伐,因此要求能进行机构模型拆装、机械原理的课程设计、计算机的辅助设计和机械设计课程的设计等,是实验室真正成为搞实验和研究的重要阵地。对于参数化设计、仿真设计、工程图生成、基于特征之实体造型、工程数据与文件管理、装配造型等也可在实验室中进行。这样的实验室创新设置能进一步提高对计算机的辅助设计能力和实际应用能力,对实际的工作生产具有很大的帮助。

    3、机械设计创新陈列实验展示在这个实验当中,主要展示的是近几年公开展示过的机械原理和设计、机械设计和创新等方面知识的国家和区域地优秀例子。另外还有以国外先进企业和高校的优秀展示为主要设计依据的陈列专柜,其目的在于突出地展示出不同产品的创新创造工艺、原理方案、机构创新、组合结构方案创新与外观的设计创新,以上的创新展示均采集了各种各样思考独到和设计特别的机电类模型与产品,在对应的文字和图片示例资料的配套下,能对机械类板块创新设计的主要原理和基本方法进行形象生动的介绍。这样的示例实验能对创造思维有一定的启发意义,也对机械创新的能力和创造意识有提高作用[2]。

    4、轴系结构的设计实验实验室配置了具有创意组合形式的轴系结构设计的试验箱,这样能比较完整系统地概括总结出轴系方面的知识结构,一套实验箱里一般含有8类40种168个零件。如果能达到以上标准,那么实验室就能在国内同类产品的配置中达到前列的地位,因为其产品的种类比较齐全,数量也非常丰富,覆盖的知识内容也十分广泛。这样能自由地组合出30种或以上的轴系结构参考。此实验能解决诸如,在轴上,回转零件中的轴向和轴向固定,受伤的零件装拆和轴承里轴向位置的固定等问题,是机械创新设计中的打基础环节。

    5、常用构建制作的加工实验在设计好的创新方案中,需要利用设计图纸来加工对应的机械零件。关于加工机方面,选择一些知名的加工机品牌,能实现组合式、多功能的加工要求,同时具备耐用安全等特点,能组合为钻床、磨床、金属车床,特别是采用数控机床。可根据用户的具体要求来配合使用。

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关键词：机械设计制造；自动化；发展方向

机械设计制造一般指的就是通过分析机械原理、结构、零件尺寸等，得出计算结果，并将其转化为较为具体的描述，指导产品制作[1]。结合近年来机械设计制造迅速发展的形势来看，其发展的主要推动力在于系统科学以及信息技术的进步。在当前机械设计制造水准不断提高、理论持续扩展的基础上，机械制造更关注新技术和新设备的开发，自动化是其未来发展的总趋势。

1机械设计制造及自动化发展原则

1.1采用新技术，不断创新

一般来讲，不同产品的性能和系统是不一样的，因此，在产品开发出来之后，将不同种类分别投入市场，观察市场的接纳情况和消费者的反应，若效果良好，说明此项产品值得继续研究和大力推广。对于受到大众青睐的产品，应对其受欢迎的原因进行全面分析，并积极应用新技术持续开发，同时，还要将原料都处理好，以便提高产品质量。对于机械设备来讲，技术含量与功能是成正比的，因此，技术开发与应用是改善产品性能的主要途径之一。自动化系统具有多种功能，不仅可以对数据进行分析，还能够指定机械产品的功能。

1.2以功能要求为导向

产品性能不同，其制造设备通常也不一样[2]。结合当前的市场行情来讲，一般用户对于机械产品的需求数量都比较小，所以，批量小是机械产品生产的基本特征。功能差异是不同产品之间必然存在的，其对设备的功能形成了挑战。所以，机械设计制造及自动化发展必须以设备为基础。现代化技术在机械设备中的应用，提高了机械的灵活性和使用效率[3]。产品需要经过设计和制造的过程，在这个过程中，需将内部结构进行有效结合，才能使产品尽可能的满足使用要求。

2自动化系统优势分析

2.1高效

自动化技术在生产过程中的应用，使得失误和错误的发生率大为降低，控制变得更加容易和简单。自动化系统能够显著提高生产效率，对于错误根源也可以及时发现，有助于实现有效的控制。自动化控制系统能够保障设备遵循设计流程运作，同时，模拟仿真技术的应用，使得生产环节和流程得到优化。机械自动化的优势在于其在保障操作实现自动化的同时，还可以确保产品质量满足规定要求。另外，在生产过程中应用的计算机技术，可以实现编程修改，有助于开发和生产多样产品。所以，借助自动化技术，产品更新周期会更短。机械设计制造及其自动化如图1所示。

2.2便捷

信息技术在自动化系统中的应用，使得在生产过程中能够依据需要对设备进行调试，确保最终产品可以很好的满足现实需求。同时，这样的调控无需拆除部件，只需输入控制系统即可实现，非常便利。存储能力是自动化产品的基本能力，将型号存入设备，使用时将执行程度调出，能够确保自动化生产的正常进行。检测技术能够实现自动化的事故修复，稳定性得到了保障。另外，电子技术的应用，使得多数机械的开关数量大为减少，操作更为方便。由于工作内容是提前预定的，所以，系统可以实现自动的转换、循环，还可以根据控制对象，对产品进行自动调整。

2.3安全

自动化系统在保障设备安全、稳定方面，具有十分显著的优势。对于生产设备来讲，安全是必须要考虑的因素，因此，应尽量排除生产过程中的隐患。自动化系统能够实现危险情况预防控制，对于安全生产意义重大[4]。由于各个环节都设置了相应的监控设施，所以，对于设备生产过程中出现的故障和意外，系统能够进行自动的诊断并及时发出警报。在设备使用的过程中，一旦发生短路或者过压等问题，系统能够在切断电路的同时，实现工作模式的调整，对于降低事故危害、保障设备正常运转的积极作用十分明显。自动化设备中包含了大量的电子元件，这些元件可以对部分可动构件起到替代作用，降低了出现事故的几率，生产过程中的安全隐患大为降低，安全生产有了可靠保障。

3机械设计制造自动化发展方向的探讨

3.1绿色化、生态化

随着环境条件的改变，当前的人们对于环境保护的重要性有了新的认识，环境影响经济已经是大众的普遍认知。在这样的背景下，人们对于生态、绿色、节能、环保等新兴理念极为关注，机械制造也受到了一定的影响。绿色设计在机械设计制造中主要体现在尽可能的利用资源获取绿色产品设计。因此，新时期的机械设计制造，除了要保障产品的功能与成本之外，还要使其符合环保的基本要求，重视其环境属性。一般意义上的绿色产品，指的就是既能够满足性能要求，也符合低损害要求的产品。可持续发展观要求经济发展走生态之路，因此，机械设计制造中也要对生态化、绿色化给予重视。从另一方面来讲，机械设计制造的生态化不仅可以起到节能环保的作用，还可以在一定程度上提升产品的市场竞争力。

3.2系统化

对于当前的机械设计制造来说，其中的逻辑性更高。将产品视作一个完整的整体，并利用计算机技术，能够协调人与自然界的关系。系统化指的是把系统细化为子系统，并积极应用现代技术与方法，协调各个子系统，以促进系统化的顺利实现。传统设计模式下，采取的是静态分析，依据主要是经验，动态化与定量设计均无法使用，与当今的要求存在一定的距离。功能设计一般在随机动态下进行，因此，定量化、系统化将是机械设计制造未来的发展趋势之一。

3.3智能化

计算机技术对时代的影响力毋庸置疑，其推动了各项技术的革新。CAD技术以计算机应用为基础，推动了设计工作水平和效率的显著提升。在未来的发展中，人工智能与CAD技术将会实现更为高效的结合，将会大大提升CAD系统的创造力，设计的智能化程度也会更高。另外，得益于现代机械在集成性以及智能性方面的优势，CAD技术与人工智能等现代技术的结合，将使得计算机的功能更为“强大”。以其为基础建设的整体模型，能够描述产品工况，再加上智能化处理，产品设计将会得到更好的优化。3.4微型化与模块化自动化产品具有体积小、使用灵活的显著特征，备受用户青睐，在市场中处于非常重要的地位。这些产品被称为微电子机械，其发展方向是微米级、纳米级。所以，伴随着相关技术的进步，自动化产品将朝着微型化的方向发展。自动化机械种类繁杂，开发过程中的需求也各不相同，但共同点是均需要利用标准单元。就当前来讲，由于生产高效的引导作用，产品单元正在朝着模块化的方向快速发展。

4结束语

在机械设计制造发展的过程中，需要不断总结经验、加强改进。在改进的过程中，新技术的应用是一个十分重要的方面。产品制造需要兼顾成本和效率，因此，自动化技术的应用是机械制造业发展的必然趋势。自动化系统具有高效、便捷、安全等明显优势，在推动机械制造发展方面功不可没。

作者:刘春朝 单位:中铁电气化局集团有限公司

参考文献

[1]柳景亮.现代机械设计理论与方法最新进展[J].河北农机，2015（7）：53~54.

[2]赵文增.机械设计加工中应注意的问题及对策探讨[J].科技致富向导，2015（17）：232.

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关键词:机械设计；自由度；机械

中图分类号：TU85文献标识码： A

科学技术的进行带动了各行各业，创新技术在机械行业方面的应用尤为突出，比如机器人技术的上市，整个社会发生了翻天履地的变化，其在工业、军事、日常生活中的积极意义值得肯定。对于机械行业来讲，像机械手可以模仿人手臂

动作功能进行工作，在一定的技术力量支持之下，机械手能够按照固定程序进行抓取、搬运、自动操作相应工具等，从而代替了一部分人工繁重的、危险的劳动程序，真正意义上实现了工业的机械化和自动化，机械手也算是机器人系统中的重要组成部分。目前，尽管在理念研究方面，国内外学者都做出了许多努力，不断构建六自由度机械手运动学模型，但是复杂环境中工作中仍然面临难题，像排爆机械手在工作时，难以提前预知抓取物体的具置，导致抓取物体的速度缓慢，甚至不准确。因此，必须对此类机械手运动轨迹进行控制，探讨机械设计中运动机构自由度的控制问题将是当前机械行业研究的难点和重点。

一、机械设计概述

机械行业不同于其他行业，它有自身独特的一面，主要对机械设计领域的内容要求极高，在各种各样有所限定的条件下，机械行业力求设计出最理想的机械，比如：材料加工能力方面的相关知识，不同材料尺寸的相关计算手段等等。换句话说，只要从事机械设计，不管是在哪种类别的机械行业，大家都有一个共同的目标，就是要充分发挥自己的想象力将机械设计工作做得精通，直至天衣无缝，所以，在实际工作中，一定要综合考虑机械行业中存在的各种技术要求。通常来说，最优化的设计占有绝对优势，它大大满足了最好的工作性能、最低成本、最小尺寸，以及最低消耗、最少污染等方面的基本要求，细细观察这些要求，似乎互相矛盾，但是它们之间的关联密不可分，而且在机械设计的整个环节上占有着举足轻重的地位。另外，每种要求都有其重要的一面，都会根据机械种类和用途的不同而存在差异。当然，作为一名优秀的机械设计人员，无论在哪种机械行业中，他们必须明确自己的主要任务，必须进行具体问题具体分析，以各种各样的复杂情况为依据，尽量坚持“纵览全局、统筹兼顾”的原则，工作时要权衡轻重，确保机械设计内容具有综合技术经济效果，并且使之达到最大化。

二、机械行业中的自由度及其计算

2.1关于机构自由度

机构自由度，指的是依据机械学原理，确定机构具体的运动时，有必要为之提供独立运动参数的数目，也就是说，给定机械独立的广义坐标数目，可以确定使机构的确切位置。其中，给定的数目表示：如果一个构件组合体自由度F>0时，则它就是一个机构，同时表明各个构件之间可以有的相对运动；如果一个构件组合体自由度F=0，则它就是一个结构，同时表明它已退化为一个构件。此外，机构自由度还可以细分，主要包括平面机构自由度和空间机构自由度。

2.1.1平面机构自由度

所谓平面机构的自由度，指的是一个刚体杆件可以由平面上任意一点A 的坐标（X，Y），以及通过 A点的垂线 AB与横坐标轴的夹角这三个个参数来决定，即它的杆件拥有3个自由度。

2.1.2空间机构自由度

所谓空间机构的自由度，指的是一个刚体杆件完全不受空间约束，而且在三个正交方向上可以平行移动，甚至可以在三个正交方向上以轴为中心而进行转动，即它的杆件就拥有6个自由度。

由此可见，在平面上，杆件只存在3个自由度，一个自由度表现为面的旋转，另两个自由度表现为前后、左右2个角度进行移动；在立体空间中存在6个自由度，三个自由度表现为前后、上下、左右三个角度进行移动，另三个自由度表现为前后、上下、左右三个面进行旋转。简言之，就是沿着三个坐标轴移动，以及绕三个坐标轴转动，构建相对的独立运动参数数目称作构件自由度。

2.2自由度的计算法

一般来说，对于自由度进行计算，主要表现为：一旦增加约束时，自由度就会减少，而且机构自由度等于组合而成的杆件自由度之和减掉运动副的约束。

三、平面机构自由度的分析

3.1分析构件的自由度

在平面机构运动过程中，作为一个单元体，构件属于组成机械设计中运动机构自由度的控制。作为机构的基本要素之一，构件自由度是构件在机械运动过程中可能会发生的一项独立运动。与此同时，对于任意一个构件来说，它在空间进行自由运动时，都会存在6个自由度，它具体地表现为：在直角坐标系内，沿着三个坐标轴进行移动，或者绕三个坐标轴进行转动;对于一个在平面上进行运动的构件来说，仅有3个自由度，即构件AB在XOY平面内,不但可以在任一点M处 绕着Z轴进行转动，而且还可以沿着X轴、Y轴方向进行移动。

3.2分析平面机构的自由度

在平面机构中，每个平面都有低副，即转动副和移动副，并且都需要引入2个约束数，使构件同时失去2个自由度，然后只保留其中1个自由度；每个平面都有高副，即齿轮副和凸轮副，并且都需要引入的约束数为1个，让构件失去1个自由度，只留下2个自由度。不难发现，在某个平面机构中，假如含有N个可动构件，即机架仅作为参考坐标，相对进行固定，未用运动副联接前，这些可以运动的构件自由度总数应当是3N；当各个构件用运动副连接后，运动副引入约束而减少构件自由度；如果机构中存在PL个低副PH个高副，那么所有运动副引入约束数可以表示为2PL加上PH。因此，自由度的计算公式也可以表现为：可移动构件自由度的总数减去所引入约束的总数来计算平面机构。

四、关于六自由度机械手复杂运动的控制

为了探讨机械设计中运动机构自由度的控制，本文主要针对六自由度机械手复杂运动的控制进行分析，为了挖掘其内在规律和有效对策。大体地说，在实际应用过程中，如果六自由度机械手的某些关节发生故障，机械系统将会锁定该关节在当前角度，直接导致六自由度机械手无法顺利工作，严重阻碍了六自由度机械手作用的正常发挥，往往呈现五自由度机械手，即欠自由度机械手等不良现象。

毫无疑问，针对欠自由度机械手问题来说，有效的运动控制和轨迹规划尤为重要，只有这样，才能保证其完成预期任务。比如：在航空航天工业领域内，要是某航天飞行器所载的六自由度机械手的一个关节发生故障，从而变为欠自由度机械手，极易导致此机械手无法再正常工作，即影响飞行任务，这种现象在其它方面亦如此。

此外，在工作空间中，欠自由度机械手只能达到全部或部分定位，而对于轨迹规划的中间位姿点没有对应的逆解。在实际应用中，机械设计师经常采用向量代数线性变换法，而由关节故障形成的欠自由度机械手可用容错性能的机械手位置进行逆解，而且算法实用。因此，容错性能的机械手位置逆解法在探究机械设计中运动机构自由度的控制方面具有很高的研究价值。

结束语：

总之，通过对机械设计中运动机构自由度的控制进行探讨，在一定程度上丰富了机器人运动学的相关理论，经过分析六自由度机器人在复杂运动中的控制问题，对目前机械行业中各种复杂轨迹的设计工作提供了有价值的技术支持。展望未来，更多结构六自由度机器人的应用将越来越广泛，不同方式下的复杂运动控制值得深入研究，需不断优化和拓展其仿真易用性，努力实现更加理想的自由度控制方式，将复杂控制简单化。

参考文献：

[1]赵军华，袁世先.机械设计中运动机构自由度的控制［J］.煤炭技术.2013，（4）.