机械设计原理范文10篇

【摘要】本文基于陕西国防工业职业技术学院的实验教学平台，结合机械原理与机械设计实验教学概况和存在的问题，提出整合提升软硬件建设、加大实验室开放力度和实现理论实验教学“双师化”三个方面的教学改革思路，并进行初步成效分析，为高职院校同类课程的实验教学改革提供一定的参考与借鉴。

【关键词】机械原理与机械设计；实验教学改革；成效分析

随着现代职业技术的快速发展和社会、行业对技术技能型人才的需求不断提升，机械原理与机械设计课程的实验教学改革面临着诸多挑战。课程涉及的实验设备、教学内容、评量方式以及学生积极性都对教学效果有着显著的影响，如何全面提升教学效果、调动学生积极性，是机械原理与机械设计课程的实验教学改革致力于解决的主要问题。

1课程改革背景

1.1实验教学概况。教研室遵循人才培养方案要求，在机械制造与自动化、机械设计与制造两个专业中开设机械原理与机械设计课程，共计48学时教学外加36学时（两周）课程设计，课程涵盖的实验主要包括以下三类：1.1.1演示类实验。包含机构运动演示和机构运动简图测绘，前者目的是使学生了解构件间运动关系及主动件、从动件概念，并深化机构及其组成概念；后者主要要求学生掌握比例尺运用、视图选取、运动副符号及自由度计算等方面。1.1.2验证类实验。包括齿轮范成原理实验和齿轮参数测绘实验，前者要求学生使用范成仪绘制正、负变位齿轮和标准齿轮，通过观察、分析和比较，了解标准齿轮与变位齿轮的区别；后者要求学生使用游标卡尺测量奇、偶数齿轮基本参数，了解齿数、模数、分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿距等参数和尺寸计算基本知识。1.1.3减速机拆装试验。该实验为演示性试验，10-20人一组，部分同学拆装，部分同学观看，主要了解减速机的结构、轴上零件的装配关系、窥视孔、放油塞、油标尺、放气孔、及吊钩等附件的位置、尺寸大小等，为减速机设计奠定基础。1.2教学改革前存在问题。1.2.1部分实验设备老化，无法满足实验要求。由于实验室搬迁和设备自身老化，部分实验设备准确性、稳定性和可靠性不足，此前开设的相当一部分演示与测绘实验已无法开出，教学效果受到了较大影响。课程相关实验在一段时间里主要是减速机拆装实验，但由于设备有限，分组时每组学生较多，限制了学生实践能力的提高。1.2.2教学方法较为模式化。多数实验教学模式较为固定，学生严格按照步骤详细、易于操作的实验指导书完成实验，教师主要指出原则性错误并负责学生安全。该模式在培养学生严谨细致、精益求精的素养方面具有积极意义，但与激发学生求知欲、树立其创新精神并最终解决实际工程问题的目标具有一定的矛盾。1.2.3个性化考核方式有待实现。目前考核内容主要包括实验完成度和按时到课情况。实验内容的设定方面未能充分反映学生的水平差异，学生完成的实验项目以及实验报告内容基本相似，而考勤情况相同的学生基本会取得相同的实验成绩。评量方式与因材施教、个性化评估的初衷存在冲突。1.2.4学生的学习重视度有限。由于上述原因，外加本课程实验为课内实验，并未单独设置考核学分，学生对实验环节的重视程度有限，直接导致日后进行课程设计和毕业设计时毫无头绪，也对学生参与各级各类机械创新设计大赛和学历提升方面产生了一定的负面影响。

2课程实验教学的改革思路

摘要：基于工程教育专业认证，对传统“机械原理”和“机械设计”课程设计进行教学改革探索。课程设计选题突出陶瓷机械特色，切合工作实践，完善课程综合性。对照专业认证标准从机械课程设计的教学内容、教学目标和组织实施三方面提出了改革。

关键词：工程教育专业认证；课程设计；陶瓷机械；教学改革

工程教育专业认证是针对高等学校工科专业实施的专门性认证，也是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础[1]。高等教育质量问题成为社会关注重点，为进一步提高工科专业教学质量，对标国际标准，教育部于2006年启动了工程教育专业认证试点工作，2013年，中国成为《华盛顿协议》预备会员，2016年正式加入国际工程教育组织[2]。“机械原理与机械设计课程设计”是机械类专业培养学生综合机械设计能力和创新能力的重要实践教学环节[3]。课程主要任务为简单结构运动分析，简单的机械设计，旨在引导学生整合机械原理和机械设计的所学知识：机构运动简图、基本零部件设计校核、传动方案设计等，以期培养学生工科思维。如何对“机械原理”和“机械设计”课程设计教学进行改革，以适应新时代工程教育认证的新要求，是摆在各工科院校面前的一大挑战。

1对“机械原理”和“机械设计”课程设计现状的分析

“机械原理”和“机械设计”作为机械专业学科非常重要的专业基础课程，其课程设计大纲明确了常用机械零部件、机械传动系统、联系实际设计过程、正确的设计思想、分析和解决问题能力等要求指标。但传统的课程设计难以满足新时代工程教育专业认证标准。本校目前仍存在以下问题：①机械课程设计的选题较为单一。“机械原理”课程设计只是对典型机构、四杆机构或凸轮机构运动分析。“机械设计”课程设计一直以来都是以二级圆柱齿轮减速器作为设计题目。题目传统单一，学生抄袭现象严重，不求甚解风气较重。与工程教育专业认证标准的符合学校定位、适应经济发展需要的培养目标尚有差距。机械作为一门工科，理应与实际接轨，应与生产实践相结合，与社会发展需要契合，充分体现出各地区高校的机械专业特色。②机械课程设计的相关性不足。虽然机械原理中的执行机构和机械设计中的零部件设计都得到了训练，但学生学完机械基础系列课程后，缺乏对整体机械的认识，“机械原理”课程设计着重于运动分析，“机械设计”课程设计着重于机构零部件性能参数，二者甚至不在同一机构中，两门课程没有建立必要的对接点，使学生没有形成一个有机的整体系统工程的认识以及掌握机器设计的完整过程。

2课程设计改革探索

1机械设计节能的背景和基本原理

随着社会经济的快速发展，对于能源的利用和消耗逐渐增大，导致环境恶化问题日益严重，对于自然生态和人们日常生活的影响越来越严重。由于中国在改革开放初期一直注重工业化的发展，没有对环境问题给予相当程度的重视，造成环境问题被破坏的现象越来越严重。因此，需要关注环境问题的发展和保护。

1.1机械设计节能的背景

我国在1972年就提出了“可持续发展”的战略，注重经济增长处于长期发展的模式中，但是由于这一时期，我国还没有开始改革开放，经济发展和社会效益比较落后，工业化发展比较落后，国家的生态环境还比较好，但是在1978年，改革开放之后，国家在初期一直大力发展重工业，为了提高经济效益的发展，对我国的资源和能源进行过度开采，导致我国的环境破坏现象越来越严重。因此，我国在2003年提出“科学发展观”的政策，促进人与自然和谐发展，合理有效的保护生态环境，增强生态资源和能源的使用效率，减少工业废水和污染物的排放，是我国发展的当务之急。机器设备的能源消耗和尾气排放是我国环境污染和破坏的重要原因之一，为了对环境进行合理有效的保护和治理，就需要开展节能减排促使，进行机械设计节能的开展，对环境进行有效的治理，提高经济效益。

1.2机械设计节能的基本原理

机械设计是按照使用要求对机械的工作原理、组成部分、运行模式、能量传送、各部件的形态等进行规划、分析、研究和计算，以及将其从理论的规划转变为实际制作基础的工作流程。机械设计是机械工程主要的构成成分，也是决定机械效能的重要因素。为了减少机械类机器对环境的污染和破坏，就需要开展机械设计节能，其基本原理为：对实际机械体系的效能、动力能量、运行的使用效力以及机械体系的耗能速率等进行整合，然后运用相关的数学函数进行分析计算，通过一系列的设计计算和合理分析最终有效归纳合成，形成机械设计节能的工作原理，减少能源的消耗，促进可持续发展政策的进行。

摘要：机械设计作为机械工程领域的重要组成部分，其工作质量至关重要，不仅关系到机械制造企业的工作效益，还决定着机械产品的性能。因此，在机械设计工作中，我们不仅要牢牢遵循机械设计的基本原理，还要兼顾当今社会发展所倡导的节能环保要求。从机械设计的基本原理入手，就其节能设计要点做了深入分析。

关键词：机械设计；节能；环保；原理

随着时代的发展，生态问题与能源危机日益严峻，极大影响了人们生活与生产，在这种时代背景下，节约能源、保护环境已成为全球共识。机械生产作为社会发展中不可或缺的产业，节能环保问题不容忽视。机械设计作为机械工程领域的第一工序，其在产品设计中除了考虑产品性能、质量外，更要注重设备的节能型，尽可能的节省资源浪费，避免因为设备不具备节能性能而造成大量材料的浪费。文章从机械设计节能的原理入手，从实际出发通过能量分析提出了机械设计的节能方法。

1机械设计节能的重要性

我国工业产业与西方国家相比，有着起步晚、起点低的特征，但伴随改革开放以来国内经济的迅速发展，机械生产行业也得到了前所未有的发展，在国家经济中占有重要地位。机械设计作为机械工程领域的重要组成部分，其对机械工程有着很大影响，近几年来，受到国家节能减排、保护环境政策的影响，机械设计节能工作的开展已成为不可逆的趋势，在这种时代背景下，要求机械设计人员充分考虑各种因素，除了保证机械产品的最初性能外，更要做好节能环保及经济性要求，我们首先要对这些内容分析和整理，正确认识这些环节的工作要求。因此，在机械设计的时候，我们要对设备的配合及应用更加注意，力求机械设计在保持正常运转的时候，尽可能的降低能量损耗，从而让机械设计达到当前可持续发展战略的要求。

2机械设计的节能原理

摘要:随着我国社会的进步，各个行业对能源的需求量也在不断的提升，在这样的背景下，能源紧缺已经成为了一个社会性问题，为了缓解我国的能源压力，政府部门提出了节能减排的生产理念，要求各个行业在生产过程中，要对原有的生产模式进行优化，减少对能源的消耗，减少各种有害物质的排放。机械制造业是我国的重要行业，在机械设计的过程中，必须要把节能的理念带入其中，减少机械设备运行对能源的消耗。对机械设计节能原理及其运用进行分析。

关键词:机械设备;设计理念;节能环保

现阶段，节能已经成为了所有行业的发展目标，作为我国的重点行业，机械制造业在机械设计的过程中，也必须要遵循这样的设计理念，通过设计理念的优化，减少各种机械设备在使用过程中对能源的消耗，这样的机械设计方式，充分迎合了我国当前的节能理念，同时，也可以缓解现阶段的能源压力。下文对此进行简要的阐述。

1机械设计节能技术的原理

地球上任何机械运动都要遵循牛顿的力学定律，机械设计的节能原理，就是以能量守恒为理论基础，通过能量的高效运用，实现机械设备的节能设计。在机械运动的过程中，各种能量之间可以实现互相转化。在机械设备运行的过程中，势能与动能之间往往不能实现完全转化，势能在向动能转化的过程中，会产生一定的变动，这样就造成了能量的损耗，从而产生能源的过量消耗。而机械节能设计，就是对机械设备运行过程中产生的势能波动进行控制，使势能处于合理的范围之内，提升势能与动能之间的转化率，从而达到节能的设计效果;在机械设备的运行过程中，动能是保证设备运行的主要能量，机械设备的结构复杂，许多因素都会对设备的动能造成影响，产生了能量的消耗。为了减少这种现象的发生，在机械设计的过程中，着重减小设备构件之间的摩擦力，降低机械设备运行过程中能量的损耗，通过这样的方式，来实现机械设备的节能设计。在实际的设计过程中，可以从以下几个方面入手，减少设备对能源的需求，首先，对设备的各种配件进行检查，保证配件之间运行的默契程度，保证配件的精确度与设计精度充分吻合，减少运行问题的发生;其次，要在配件的材料上下功夫，选择性能优良的材料来制作各种构件;最后，要对机械设备的启停程序进行优化，通过上述方式，可以实现机械设备对能源的消耗，达到预期的设计目标。

2机械设计节能原理的运用

摘要：随着我国社会不断的加强建设，对我国的能源消耗需求也不断增大。这同时使得我国机械制造行业得到飞速的发展，机械设备的使用能够帮助人们解决一些高难度的生产，同时使用机械来代替人力能够有效的加速产品的生产促进经济发展，同时也解放了生产力。所以机械设备的推陈出新是十分重要的，高效率的机械能够很好的带动社会经济的发展。本文主要从机械设计节能基本原理的分析和应用进行探讨。

关键词：机械设计;节能;分析和应用

社会不断的发展，机械设备不断的更新。机械行业的发展正处于飞速发展的时代，机械行业是现代社会中的新宠儿。但是在机械行业中也存在着很大的竞争，机械的成本，机械的质量和机械的工作能力对需求者来说都是关注的热点。能创新出新的机械的发明，能够有效的节约能源和保护环境对于机械企业来说也是非常重要的。在现代可持续发展的理念下，能的机械能够获得国家和社会的不断支持。

1机械设计节能背景和基本原理

1.1机械设计节能背景。随着我国的经济发展与高速的经济贸易交流，我国迎来了许许多多的挑战和机遇。这对我国的经济发展来说起着积极的促进作用，但同时一些国外的先进设备也流入我国，对我国的现有的一些机械行业和相关企业发展都存在着巨大挑战。这一挑战促进了我国的机械设计发展，各种新型设备不断更新，各个新技术不断的出现。促进了我国的经济发展。机械节能设计，我国从很早就提出了可持续发展战略，对于环境和资源的开采都必须要有节制的开采，要从长远的角度去看待资源问题。不能过度的开发资源，导致生态破坏。所以在这可持续发展的理念的指导下，促进了机械设计技能的发展。1.2机械节能设计的基本原理。机械节能设计是从机械的各个层面出发，对机械的组成部件和运转原理以及能量传送等进行合理的设计，以达到使用目的。机械的前期设计准备阶段时机械工程中的重要组成部分，设计对于机械来说决定了机械产品的使用原理和使用性能及外观。机械在使用中存在着巨大的能源消耗和污染排放，人们为了很好的解决这一问题保护环境减少机械排放，对机械节能设计重视了起来。机械技能设计的基本原理是对机械的工作效率，机械的运转效率，所需能量通过合理的设计进行一个整合。运用相关的先进的科技来达到节能目标。实现可持续发展理念。

2机械设计节能基本原理的应用

一、机械设计节能原理及应用

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润滑。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机械设计节能基本原理的分析

机械设备在工作的过程中，机械工作的损失功率以及有效功率之和就是能源消耗的功率。按照机械守恒原理，我们能够推导出以下公式:NM=NSF+NCF+NR+dT/dt其中，NSF指的是其他作用力消耗的功率;NCF指的是有势力所消耗的功率;NR表示的是无用功率;dT/dt指的是系统动能的变化率;NM指的是机械输入的总功率。通过对该公式进行分析，可以得出机械设计节能基本原理如下:1．1减小机械势能的变化范围。由上述公式可知，系统势能会对有势力所消耗的功率造成一定的影响，当机械设备在工作的过程中，系统势能一定会出现变化，在变化的过程中，会有一些势能没有得到有效应用的，这就会提高机械设备的有势力消耗，从而增加机械设备的能源消耗。因此，在进行机械设计时，需要减小机械势能的变化的范围，以此来降低有势力所消耗的功率，从而设计出节能的机械设备。1．2减少机械动能。动能是机械进行工作的最关键部分，一般来说，能源消耗就是在转变成有效动能时产生的，在进行和动能有关机械的设计中，有很多影响动能的因素，比如:零件的材质和制作的精确程度、机械设备的启动和停止频率等。因此，要想使机械设备具有更好的节能减排效果，就要减少机械设备生产和工作中的制动作用力以及摩擦力，增加机械设备有效动能的转化。比如，选用新型的材料进行机械设备的生产、降低机械设备启动和停止的频率等。1．3减少无用功。机械设备在工作的过程中，会产生非常多的无用功，这些无用功会造成大量的能源消耗。比如，机械设备的工作表面和物体之间以及零件之间，都会产生一定的摩擦力，摩擦力做功会产生非常多的热量，这些热量就是无用功。另外，有些机械设备的部件会出现塑性或者弹性变形，这些变形就是由无用功引起的。因此，在进行机械设计时，需要降低机械设备的产生的无用功，从而减少机械设备的能源消耗，达到节能减排的目的［1］。

2机械设计节能基本原理的应用

2．1在升降机械方面的应用。升降机械主要是应用链条或者大压力容器移动升降设备，进行高空维修或者高空作业。在实际的工作中，升降机械需要非常大的动力能量才能将升降设备送到需要的高度。观察升降机械工作的过程可以看出，升降机械需要消耗很大的功率，从而产生非常大的无用功，亟需采取相应的节能措施。因此，需要根据机械设计节能，再结合电梯的设计原理进行升降机械的设计和优化，以此来降低升降机械的能源浪费以及能源消耗。比如，当升降机械与曳引驱动机构保持一致的速度进行同等质量货物的提升时，曳引驱动机构可以有效维持升降机械的平衡，降低提升货物过程中造成的能源损耗，确保升降机械的系统势能维持常量或者在最小的范围内变化。2．2在机械加工设备方面的应用。机械加工设备在生活中的应用非常广泛，机械加工设备在工作时消耗的能源也非常多，因此，机械加工设备也要采取一定的节能措施。比如，牛头刨床，这种机械加工设备是依靠一个质量比较大的主轴来进行操作的，这个主轴可以确保设备的稳定运行，要想节约该设备的能耗，就要降低设备的输入功率，应用机械设计节能的基本原理，在该设备的基础上增加一个惯量比较大的飞轮，以此来降低设备主轴的速度变化，从而提升机械加工设备的功率，节约能耗。另外，在进行桌椅、衣橱或者电脑等生活设备的加工时，可以采用电脑机械化来进行加工生产，减少冲压以及焊接等设备的应用，以此来降低机械加工设备生产时造成的资源浪费。2．3在大型压路机上的应用。大型压路机是由三边弧形的前冲击轮以及后冲击轮所组成的，冲击轮的势能是按照周期函数来呈现的，具有很大的变化空间以及变化范围。因此，根据机械设计节能的基本原理可知，要想使大型压路机节能，就要缩小大型压路机系统势能的变化范围，当大型压路机前冲击轮以及后冲击轮的势能出相位达到一定的条件时，系统势能就会在最小的范围内变化。另外，还可以将重心最低时候的冲击轮势能变化减小到最小的区间内，这个区间越小，大型压路机的节能效果就越好［2］。

3结语

综上所述，机械设备的设计中亟需进行节能设计。分析可得，通过对机械设计节能基本原理的分析与应用可知，机械制造企业要将节能基本原理作为依据，通过改变机械势能、动能以及无用功的方式进行节能设计，降低机械生产和工作中的能耗，真正实现节能减排，提高机械制造企业的经济效益和社会效益，从而提高机械制造业的发展。希望本文的研究可以帮助机械制造企业意识到节能的重要性。

目前，计算机辅助产品的设计计算、设计绘图、生产规划、加工制造已得到了比较广泛和深入的研究，并取得初步成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，根据目前国内外设计学者进行机械产品设计所使用的方法，现代设计方法可以概括为四类：

1系统化设计方法

系统化设计的主要特征方法是：将设计的几个设计元素组成的一个系统，每一个设计拥有独立的设计元素，各元素之间存在有机的联系，并具有层次性，这样的话，所有的设计要素进行组合后，可以达到设计系统所需的任务。我国设计者在进行产品方案设计时，基本上沿用了德国标准设计方式。另外，还借鉴了其他发达国家的系统化设计思想，如下：

(1)产品功能特征构思、结构设计和零件设计等都来源于用户的需求，具体设计时，利用质量功能布置方法从产品开发的宏观过程出发，系统地将用户需求信息合理有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

(2)借助于生命系统理论，将产品看作有机体的生命系统，就是产品的设计过程可以看成：功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时，产品的功能要求由生命系统图符抽象地表达，形成产品功能系统结构。

(3)将系统科学的应用(机械设计中)分为两个问题：

在走可持续道路的今天,一切会产生污染的企业都是不符合当今世界的发展主题的。工业制造企业是产生污染的源头之一,一方面现代社会发展依赖机械制造,在现代社会的建设过程中,有很多地方都需要工业机械。另一方面制造企业产生的污染又是不符当今世界的发展主题的,是不符合可持续发展的。在如此矛盾形势下,有一个两全其美之策就是实现绿色设计、绿色制造。既满足社会发展对工业机械的需要,又没有对环境产生污染。

1绿色设计技术的特点

绿色设计虽然发展的时间并不长,但是已经形成了一套完整的技术系统,有它特有的技术特点。绿色设计是融产品的质量、功能、寿命和环境于一体的系统设计方法。设计是工业制造企业生产产品的第一步,在设计的时候要考虑到产品制造过程中的每一部,确保每一步都是于环境无害的。设计之初,设计者就应该在产品生命周期的各个环节考虑产品的环境属性,比如说机械制造成成品之后的可拆卸性、可回收性、可维护性以及可重复性等。在进行机械设计时上述性质应该作为设计时的指导原则,时刻在设计的过程中体现出来。绿色设计方法具有绿色性、集成性和并行性。在设计的过程中,它首先是在绿色设计指导的原则下进行的,设计时需要考虑的因素很多,有产品的质量、成本、进度计划和用户要求等,在绿色设计时要考虑这些因素,确保生产产品的这些因素都是环保的。在设计时,一个很重要的因素是制造材料,由于材料不环保而导致生产的产品产生污染是现代很多机械产品的通病。在设计的过程中使材料选择、结构设计、工艺设计、包装运输设计、使用维护设计、拆卸回收设计、报废处置设计等多个设计阶段同时进行、相互协调。在设计的各个阶段,都需要将设计信息以及评价结果等进行及时的交流和反馈等,至于整体的设计方案更是要进行反复论证,确保在制造过程中的每一个环节都是对环境无污染的,使产品设计达到最优化。

2发展工业机械绿色设计制造的途径

2.1重视绿色意识教育,建立并遵守环境保护体系

工业机械设计要实现绿色设计、绿色制造,首要的一步是重视绿色意识教育。在我国的机械行业内大力宣传环保意识,让企业的每个员工都对环保有所了解并将环保进行到底。在机械制造的整个周期中伴随的环境问题进行正确识别。只要是发现是有害环境的,立刻采取措施加以预防和有效处理。在产品设计在制造的过程中,都要以环境控制的思维方式和行为模式制度化、惯性化,也就是说在设计和制造的过程中,每一个步骤、每一个环节都是环保的,甚至还要在设计时就要考虑到产品报废后的处理是否是符合可持续发展的原则的。