机械设计方法论文3篇
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0引言
传动系统是指在机器内部传递力和运动的装置，主要是指通过接受发动机的动力并且传递给驱动装置［1］，保证整机的正常运行。另一方面，还可以增大来自发动机的传动转矩，降低发动机的传输速度或者改变发动机转速的传递方向，传动系统一般可以分为机械式传动系统、液力机械传动系统和静液压传动系统，其中，机械传动系统是目前应用最为广泛的一种传动类型［2］。传动机构工作性能直接影响机械工作可靠性。机械传动的设计准则与设计方法是保证传动系统合理运行的基础条件。CAD作为目前计算机设计工具主要用于辅助完成计算机制图的概念设计、初步设计、详细设计等，与传统人工进行数据计算与处理相比，CAD具有显著的创造性思维和综合分析能力，是目前进行机械设计过程中设计、绘图和工程分析一体化系统，设计人员可以通过交互式交流与图像显示等对机械设计方案进行不断优化与修改，直到获得满意的设计效果与合理的设计方案。
1机械传动的基本形式
1.1按照传动原理进行分类
常见的机械传统系统按照其传动原理分类，分为摩擦传动、齿轮传动、蜗杆传动、挠性啮齿传动、螺旋传动、连杆机构等［3］。摩擦传动包括摩擦轮传动、带传动、绳传动等;齿轮传动包括圆柱齿轮传动、动轴轮系、非圆齿轮传动等;蜗杆传动包括圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动。
1.2按照传动比进行分类
常见的机械传统系统按照其传动比分类，分为定传动比和变传动比。定传动比指输入与输出转速对应，适用于工况固定的机器，例如带传动、链传动、摩擦轮传动、齿轮传动、蜗杆传动。变传动比分为有级调速、无级调速、按周期性调速。有级调速一个输入转速对应若干个输出转速，可以用来扩大动力机的调速范围，如齿轮变速箱;无级调速一个输入转速对应某一个范围内无限多个输出转速，适用于机器工况较多或者机器工况不明确的场合，如各种机械无级变速箱、电磁滑差离合器、液体黏性传动;按周期性调速指输出角速度是输入角速度的周期性函数，用于实现函数传动，如非原齿轮、凸轮、连杆机构和组合机构。1.3按照传动输出速度变化分类常见的机械传动系统按照其传动输出速度变化分为传动输出速度恒定和传动输出速度可调。传动输出速度恒定是指动力机输出速度恒定，如齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动、螺旋传动、液压及气压传动。传动输出速度可调又分为三类，一是有级调速，如，塔轮传动、齿轮变速箱，电力、液压传动中的有级调速传动等;二是无级调速，如机械无级变速器、液力耦合器及变矩器、电磁滑差离合器、内燃机调速、电力、液压耦合器及变矩器;三是按某种周期调速，如非圆齿轮、凸轮、连杆机构、组合机构，数控电力传动等。
2带传动
2.1带传动的组成
带传动通常由主动轮、从动轮、紧套在两个齿轮上的传动带组成(图1)，当发动机驱动主动轮转动时，在带和带轮之间产生摩擦和啮合作用，促进传动带运动，进而驱动从动轮转动，从而实现运动和力在各个部件之间的传动。带传动具有结构简单、传动平稳、应用方便等优点，是目前应用广泛的传动机构之一。
2.2带传动的特点
1)带传动具有弹性和挠性，可以吸收并且缓冲机器运行时对零部件造成的冲击，保证传送平稳。2)当机器运行超过规定载荷时，传送带与带轮之间会发生相对滑动，进而保证机器其他部件不受到损坏。3)适用于主动轮和从动轮差距较大的传动。4)由于传送带存在一定的弹性和滑动现象，长时间使用还会造成传送带弹性的改变，因此，无法保证准确的传送比，导致整机传送效率较低。5)传送带长时间使用容易造成磨损等现象，导致一般传送带使用寿命较短，因此，为了保证机器传动的稳定性和安全性，传送带不适宜用于高温、易燃、易爆的工作场合。
2.3V带的设计准则与应用特点
由于V带结构较为紧凑，并且已经实现标准化生产，因此，V带是目前应用最为广泛的一种带传动类型，本章节重点对V带的设计与选型进行介绍。V带横截面呈等腰三角形，根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力情况下，在带传动中可以产生更大的摩擦力，传递功率较大。目前，V带已经实现标准化生产，按照V带不同横截面尺寸将V带型号划分为Y、Z、A、B、C、D和E共7种型号(表2)。
3齿轮传动
3.1齿轮传动的特点
与其他传动机构相比，齿轮机构的主要优势如下:1)在所有机械传动类型中，以齿轮传动的传递效率最高，以圆柱齿轮传动效率为例，其传动效率可以达到99%。2)齿轮机构结构紧凑，在机器内部所占空间较小。3)工作可靠性较高，使用寿命长，一般可以使用20年左右。4)传动比较为稳定。但是齿轮制造与安装对于精度要求较高，需要用专用机床进行设计与制造，制造成本较高，对安装、维修技术人员的要求也较高［4］。
3.2齿轮传动的设计参数
3.2.1传动比一般齿轮传动比不宜过大，否则大小两个齿轮相差较大，两个齿轮之间的强度相差较大，不适宜于动力传递。一般闭式齿轮传动比i＜3，最大不超过5，开式传动比i一般为8～12。
3.2.2齿数
齿轮齿数过多，会造成重合度过大，传动平稳，可以减少传动磨损，因此，在满足齿根弯曲疲劳强度时，应该选用较多的齿数。一般在设计过程中，先设计小齿数z1，再按照传动比确定大齿数z2，z2=iz1。
3.2.3齿宽系数
齿宽系数一般根据表3确定。
4基于CAD的机械传动系统设计思路
4.1系统设计基于CAD的机械传动系统，将系统划分为3个子系统，分别为机械传动系统常见的带传动设计、链传动设计和齿轮传动设计。每个子系统中主要包括参数设计模块、二维制图模块和三维制图模块等。设计模块主要包括设计参数的输入、参数的设计计算、结构几何尺寸计算和设计结果显示等工作步骤。
4.2开发工具的选择使用VisualBasic6.0进行系统的升级与应用，操作人员不需要经过编写大量的代码即可操作界面，可以提高使用效率。另一方面，VisualBasic6.0还具有强大的数据计算和管理功能，是目前Win-dows系统最为高效和优秀的使用软件之一。
4.3V带设计参数和条件基于CAD系统进行V带设计时，主要操作步骤如下:1)首先需要选择带传动的类型、载荷性质和工作场合(主要是得出每日工作小时数);2)输入带传动所具备的传动效率与滑动摩擦系数;3)其他尺寸要求，如整体设计尺寸与中心距限制等;4)需要了解带传动下动力设备的主要型号和参数。
4.4齿轮设计参数和条件在进行齿轮设计中，主要输入参数与设计依据包括接触疲劳强度(参照GB/T3480—1997)，校核弯曲疲劳强度一般按照弯曲疲劳强度(参照GB/T10062—1988)计算。目前，校核接触疲劳强度计算上没有标准的计算方法与设计依据，主要是近似为弯曲疲劳强度条件进行设计约束，并且在此基础上充分考虑齿轮工作磨损条件。
5结论
机械传动是机器的重要工作部件，是保证整个机器正常运行的必备条件。传动系统承载着机器内部传递力和运动的重要任务，其工作稳定性和可靠性是保证机器运转效率的重要基础条件。机械传动系统的设计原则是保证选择适宜的传动参数的依据。本研究以典型的带传动和齿轮传动为例，详细阐述了传动基本结构与类型，并简述了计算特点与计算流程，研究结果以期为提高机械传动系统的设计依据提供技术参考，对于保证整机的正常运行具有重要意义。
作者:王黎明 单位:古浪县职业中等专业学校
机械设计方法论文2
本科毕业设计（论文）是机械类专业评价毕业生综合能力的重要指标，是提高毕业生创新、动手、实践能力的重要一环。在传统的毕业设计（论文）指导模式中，指导教师的考核制度与评分规则往往不够严谨和统一，学生对毕业设计（论文）的专注度相对较低，重视程度不足[1-2]，因此研究和解决这些问题是非常有意义的。课题组以贵阳学院机械类专业毕业设计（论文）情况为例，从学院、指导教师和学生自身三个方面分析整个毕业设计过程中的不足，针对机械类专业毕业设计评分规则，优化毕业设计过程中的评分体系，降低评分的随意性、主观性，以提高毕业设计（论文）的质量。
1机械类专业毕业设计现状
毕业设计作为本科学习的最后一次作业，在整个大学阶段有着举足轻重的地位，其旨在培养学生运用所学理论知识和技能解决实际问题的能力，对培养大学生创新意识、实践能力和综合素质具有十分重要的作用。但是，由于各种原因导致毕业设计难以达到最初的目的，甚至变成了费时费力的任务，这些都是与毕业设计的初衷背道而驰的[3]。以贵阳学院机械工程学院为例，机械类专业的毕业设计普遍存在以下问题：1）整体质量一般，创新度不足。由于学术氛围不够浓厚，学生很少接触前沿的相关研究领域。大部分学生为了方便或者是由于能力的限制，阅读的都是简单明了、浅显易懂的参考文献，对于需要斟酌和思考的深奥文章避之不及，更不用说阅读外文文献，这也导致了毕业设计很难有创新点。2）格式不规范、不严谨。作为工科专业，学校没有安排相关的论文写作课程，学生没有接受过专门的训练，没有形成严谨的治学态度[4]。这直接导致了在整个毕业设计撰写的过程中，学生难以把握正确的格式，甚至语言组织都不顺畅，逻辑关系混乱。3）学术态度不端正，急于求成。大四处于一个从学校向社会过渡的阶段，很多学生忙于找工作或者被其他事情干扰，加之对毕业设计的态度不够端正，也无人监督，一部分学生选择了在终期答辩的前1~2周临时抱佛脚，从网上抄抄改改，东拼西凑地组装一篇论文以应付答辩，甚至有些学生花高价请他人代笔，只是为了完成任务，完全不把毕业设计作为锻炼、提升自己能力的过程[5-7]。这些问题的出现不能全部归咎于学生本身，指导教师以及考核体系也难辞其咎，为了能够有效解决这些问题，提出合理的团队式毕业设计（论文）考核制度及评分体系尤为重要。
2毕业设计考核体系存在的问题
机械类毕业设计过程包括论文选题、开题答辩、中期答辩以及最终答辩等几个重要环节，并且机械类毕业设计是分组进行，各个组的学生在自己论文指导老师的带领下完成这些过程。但是，在此过程中由于各种原因，会出现一些问题，从而导致最后各组的进度或者标准不一，最终造成毕业设计的质量参差不齐。具体有以下几个问题：1）各组沟通不足，考核标准不一。指导老师在完成学生毕业设计指导工作的过程中，通常是根据自己的时间安排来确定指导学生的时间，并没有确定的计划，亦没有和其他老师进行具体交流，仅仅是凭自己的知识与观念来指导，这就很容易导致每组的进度和标准不统一[8-9]。有些组的老师要求很严格，那该组的学生就需要付出更多的时间和精力来达到老师的标准；但有些老师则认为本科毕业设计不用太严谨，对学生的要求相对放松，那该组的学生的设计就相对没有深度。这种因各组之间缺少沟通而导致考核标准不一的情况是毕业设计考核体系中不容忽视的问题。2）师生供需不匹配。每位指导老师的研究领域都不尽相同，但是由于资源有限，很难实现每位老师都在自己擅长的领域工作，所以很多老师其实都在做着自己不熟悉的事情。老师的研究领域是有限的，但是又需要指导一个组的学生进行毕业设计，老师分到的学生不可能和老师的想法都一致。这就可能导致有些学生的选题老师并不是很赞同，或者老师提供的选题学生不感兴趣，这些都会导致学生毕业设计的最终成果的质量难以保证。3）指导老师责任意识淡薄。由于老师指导没有合适的考核机制，所以在指导毕业设计的过程中，有的老师没有端正态度去认真地帮助学生，认为本科毕业设计没有必要花大把的时间和精力去完成，更有甚者认为只凭学生自己查阅相关文献就可以依葫芦画瓢、拼拼凑凑地完成自己的毕业设计；还有的老师认为毕业设计仅仅是一个任务，没有积极地去帮助学生解决在该过程中遇到的问题[10]，没有把这个过程当作培养学生综合应用能力、发展学生创新创造能力的契机。这些都是对学生的不负责任，也是对自己工作的敷衍。毕业设计不仅是对学生综合能力的考验，也是对指导老师的极大挑战。指导老师的专业程度对学生的影响很大，但由于很多现实状况和制度无法支撑老师做到“专业的人做专业的事”，所以要改善毕业设计考核体系，以提高毕业设计的质量。
3毕业设计考核体系的策略分析
3.1改善指导教师考核制度
随着高校毕业生人数逐渐增加，对毕业生的毕业考核要求也越来越严格，为提高高校毕业生毕业设计（论文）的质量，课题组针对传统毕业设计考核体系中存在的问题提出一些优化与调整策略。1）考核形式多元化。学生不作为唯一的考核主体，团队式考核体系采用“双向”考核制度，即指导教师与学生的相互考核。通过增加学生对教师的考核，可以有效地提高教师的指导效率和学生的参与率，使指导教师在每一个环节都可以对学生做出关键指导；也有利于指导教师了解学生进度以及自身缺点，并及时修正，让考核更加全面、更加合理，最大程度上促进学生毕业设计（论文）的进度，提高质量。学生还应该根据考核标准来对自己的表现与毕业设计完成进度进行自我评价，以提高自身的积极性，激发论文写作的动力，使指导教师对自己的定位更加准确，并提供更有效的指导[11]。2）考核方式规范化，避免主观性评价。传统的毕业设计考核方式较为简单，考核标准不明确，学生的考核时间也过短，考核评价存在差异性、主观性等问题[12-15]。团队式考核体系要求指导教师应当针对每一位学生的论文难易程度与学生一起制定一套完整的毕业设计（论文）考核标准，明确每一个环节学生应当完成的任务量，有计划、有条理地执行定好的考核标准，避免缺少过程性评价而只有最终成果评价，导致评价出现不公平现象。这种方法有效地提高了考核评价的准确性，让学生在完成毕业设计的过程中及时发现问题并向指导教师请求帮助，做出改正。3）建立毕业设计工作监控体系。高校毕业生的毕业设计工作是一个用时长、花费精力多、质量因素影响大的综合性教学工作，每一个环节出现错误都会影响毕业设计的质量。团队式考核体系针对毕业设计的选题、开题、中期和结题等各个环节实施质量监控，可以对学生和指导教师起到一定的督促作用，在保证论文进度的同时提高毕业设计的质量。毕业设计工作监控体系可以由院系教师、辅导员以及低年级学生成立一个监控小组，定期对每一组的毕业设计进度进行抽查，记录检查结果，并将结果作为下一环节的部分评分标准，这样可以使毕业设计的每一个环节都紧紧相扣，最大程度上提高评价的准确性与公平性。
3.2毕业设计评分体系的细化
针对上面所叙述的机械类专业毕业设计考核制度存在的问题，现对毕业设计各环节的评分体系做出优化，以增强教师对学生毕业设计过程评价的准确性和公正性，降低教师主观态度对学生最终成绩的影响，实现对学生各方面能力的考查。综合以上对机械类专业毕业设计实际情况的分析和研究，毕业设计评分体系由开题答辩评分、中期答辩评分、最终答辩评分三个部分组成，相应的成绩分别占20分、30分和50分，并且科学合理地设计了三个部分的评分细则。机械类专业毕业设计评分细则表，如表1所示。
4结束语
课题组通过对毕业设计（论文）现状的分析，找出了学生在完成该项作业过程中存在的问题以及产生的原因，并得出了以下两个结论：一是指导教师在该过程中起到了至关重要的作用，只有老师尽职尽责、分工协作才能指导出更加优秀的毕业设计；二是团队式考核和评分系统是促进优秀毕业设计的关键，故分别从改善指导教师考核制度和细化评分体系等方面对考核及评分体系做出了相应的调整与改进。毕业设计的要求随着社会的进步在不断改变，但是唯一不变的是学生在毕业设计过程中锻炼的能力一定要是社会需要的能力，高校需要培养出符合社会需求、推动社会发展、引领社会创新的人才，而团队式毕业设计考核及评分体系可以在很大程度上提高高校人才培养的规格和质量。
作者:徐玉梁，胡传孝，邓宇航，胡 涛，刘征宏单位:贵阳学院机械工程学院
机械设计方法论文3
在制造业中对于零件的加工较多是采用刀具对金属进行切削，刀具在使用过程中会随着加工零件数量、加工材料、切削参数等因素发生磨损，磨损后的刀具不能保证加工质量而严重影响工作效率，为此要对刀具进行刃磨，经过刃磨后的刀具仍可使用。
1刀具刃磨设备的发展
随着我国科技的高速发展，带动机械加工的设备由普通机床、数控机床、加工中心等向更精密加工设备发展，随之改变刀具的形状和整合了加工工艺，进而提高工件的表面质量，也对刀片刀具的精度、形状提出了较高的要求。随着刀具材料多样性、刀具形状复杂性、刀具耐用性和加工精度的不断提高，刀具的刃磨设备也随之在变化。全球刀具研磨设备的发展基本上经历了三个阶段，从手动刀具刃磨设备，到数控刀具刃磨设备，再到现在的多轴联动磨削。目前比较流行的数控工具磨床基本上是五轴联动的，加工精度高，生产效率高，磨削范围广，自动化程度高，操作简单，但投入和维修成本高。为降低加工成本，较多中小企业在选砂轮机、万能工具磨床、专用刃磨机床、数控磨刀机、数控万能刀具磨削中心等常用的刀具刃磨装置时，还是采用传统的手工砂轮磨削。在刀具的刃磨过程中，为确保刀刃锋利，需要保证刀具切削部分的几何形状、相关角度、刀尖位置在规定的范围内，以及刀具前刀面、刀具后刀面的表面粗糙度等。传统的手工砂轮磨削对操作者要求较高，安全系数低。另外，目前在传统刀具刃磨装置中，因使用刀具不同，刃磨装置也不同，给使用者带来较多不便。为了解决这些问题，做到安全高效、绿色低碳，项目通过对现有刃磨装置的分析，研究、设计了机械刀具刀刃电动打磨装置。
2设计思路
金属切削加工因工种不同，所用刀具形状不同，对刃磨装置要求不同。要设计一款符合所有金属切削刀具刃磨装置，首先要考虑不同刀具的形状，以及刃磨时刀具的装夹。为此在设计时将刃磨装置设计为在一个平台上的两个独立部分，其中装夹部分固定在平台上，刃磨部分为可活动部分。机械刀具刀刃电动打磨装置结构示意图如图1所示。装夹部分:支座(1)顶部左端通过第一液压杆(31)活动连接第一连接板(30)底部的右端，通过调节杆(8)活动连接夹座(28)，同时，夹座顶部通过转轴和支撑杆(29)与第一连接板的底部活动连接。夹座(28)的右侧开设有螺纹孔(27)，且螺纹孔的内表面螺纹连接有螺杆(6)，同时，螺杆的左端通过轴承活动连接夹板(7)。刃磨部分:支座(1)顶部的右端固定连接有输送箱(17)，输送箱的正面固定安装有输送电机(26)，输送电机的输出轴固定连接有螺杆(19)，螺杆的外表面螺纹连接有螺套(18)，螺套的顶部通过连接杆(15)固定连接有第二连接板(14)，第二连接板的左端通过第二液压杆(20)活动连接有第三连接板(21);支座底部的四周均固定连接有支撑腿(32)，第三连接板(21)和第二连接板(14)的底部均通过轴承活动连接有支架(22)，支架的底部活动安装有滚轮(16)，滚轮的底部与支座的顶部接触;第二连接板(14)的顶部固定连接有集尘箱(13)，集尘箱结构示意图如图2所示。集尘箱顶部的左端开设有出风口(9)，集尘箱顶部的中端固定安装有吸风机(10)，吸风机的输入端通过管道连通有吸风罩(5)，吸风机(10)的输出端通过管道与集尘箱(13)右侧的底部连通，集尘箱内腔的上端固定连接有卡座(11)，卡座的内表面卡接有过滤网(12)，集尘箱正表面的左端通过合页活动连接有活动门(24)，活动门正表面的左端设置有观察窗(25)，活动门正表面的右端设置有把手(23);第三连接板顶部的左端固定安装有打磨电机(2)，打磨电机的输出轴固定连接有打磨轮(4)，第三连接板的顶部且位于打磨电机(2)的外侧固定连接有电机罩(3)，电机罩示意图如图3所示。
3工作原理及特征
3．1工作原理
将刀具的刀背放置在夹座内侧，然后拧动螺杆使夹板将刀具的右侧夹持住;根据需要控制第一液压杆伸缩以及调节调节杆可对刀具的倾斜角度进行调节，方便对不同斜度的刀刃进行打磨;打开打磨电机带动打磨轮转动，对刀具进行打磨，并控制输送电机转动，使打磨轮对刀具进行匀速打磨;针对不同厚度的刀具根据需要控制第二液压杆伸缩，对不同厚度的刀具进行打磨处理;在打磨过程中，打开吸风机废屑通过吸风罩和管道输送到集尘箱内，被过滤网阻挡后废屑留在集尘箱底部，空气从出风口处排出，保障作业环境的卫生性，如图4所示。
3．2机械刀具刀刃电动打磨装置的优点
(1)装夹装置与打磨装置之间可调节距离。支座底部的四周均固定连接有支撑腿，第三连接板和第二连接板的底部均通过轴承活动连接有支架，支架的底部活动安装有滚轮，滚轮的底部与支座的顶部接触。
(2)刀具夹板可根据不同的厚度进行调节。夹座的右侧开设有螺纹孔，螺纹孔的内表面螺纹连接有螺杆。同时，螺杆的左端通过轴承活动连接有夹板，对平板进行调节，可用于不同硬度的刀具进行装夹。
(3)环保。在第二连接板的顶部固定连接了一个集尘箱，集尘箱顶部的左端开设有出风口，集尘箱顶部的中端固定安装有吸风机，吸风机的输入端通过管道连通有吸风罩，吸风机的输出端通过管道与集尘箱右侧的底部连通，在打磨过程中，打开吸风机废屑通过吸风罩和管道输送到集尘箱内，被过滤网阻挡后废屑留在集尘箱底部，空气从出风口处排出，保障作业环境的卫生性。
(4)集尘箱清洗方便。为了方便集尘箱的清洗，在集尘箱内腔的上端固定连接了一个卡座，卡座的内表面卡接了过滤网，集尘箱正表面的左端通过合页活动连接有活动门，活动门正表面的左端设置了观察窗，活动门正表面的右端设置有把手，便于观察集尘工作情况。(5)利用打磨电机实现电动打磨。在第三连接板顶部左端固定安装了打磨电机，打磨电机的输出轴固定连接在打磨轮上，第三连接板的顶部且位于打磨电机的外侧固定连接有电机罩，防止打磨屑飞溅。结语机械刀具刀刃电动打磨装置在分析现有设备基础上对结构和功能进行了优化。主要体现在一是利用液压杆进行调节，支座顶部的左端通过第一液压杆活动连接在第一连接板上，且第一连接板底部的右端通过调节杆活动连接有夹座。二是刃磨刀具的角度可调节，在装置上设置了连接板、液压杆、调节杆和支撑杆，可对刀具的倾斜角度进行调节，方便对不同斜度的刀刃进行打磨，设置了输送箱、螺套、螺杆、连接板、连接杆、液压杆和连接板，根据需要控制液压杆伸缩，可对不同厚度的刀具进行打磨处理，并控制输送电机转动，使打磨轮对刀具进行匀速打磨。通过以上结构的配合，可对不同类型的刀具进行多角度打磨处理，从而为人们的使用带来极大的便利。
参考文献:
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［2］代雪峰．机床刀具刃磨中心的研究［D］．陕西:陕西理工学院，2015．
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［5］么居标，曹著明，孙红梅，等．复杂曲面五轴数控加工关键技术研究［J］．机械设计与制造，2017(07):128-130．
作者:伍倪燕 陈琪 刘培涛 单位:宜宾职业技术学院
