机械设计研究

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机械设计研究范文第1篇

关键词：机械设计；机械制造；机械产品；机械设计原则；机械设计效果 文献标识码：A

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2015）11-0026-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.11.014

机械设计是机械制造的首要步骤，机械设计的好坏将会直接影响到实际工作的效果，在今后工作过程中为了实现科学发展必须不断加强这方面的研究。从当前的情况来看，机械设计本身还存在着一定问题。机械制造是机械设计的下一步工作，机械制造效果在很大程度上是取决于机械制造的。为了实现科学发展，对于这两项工作就应该进行深入分析。

1 机械设计技术分析

1.1 机械设计的步骤

机械设计有其专门步骤，在设计的时候，设计人员应该严格按照步骤来进行设计，这样才能够保证效果。实际工作过程中机械设计的步骤主要是分为计划、制定以及设计这三个阶段，对于这三个阶段应该进行深入细致的分析。机械设计的计划阶段。计划阶段的主要工作就是要对之前那些已有的机械产品要能够有充分了解和认识，对于相关机械的性能必须要予以充分认识和把握。对于机械产品的优缺点必须要认真予以记录，这样做的主要目的是为了能够为今后机械制造积累一定材料，这对于提升机械设计效果有着十分重要的意义，对于这些工作必须要予以高度重视。

方案制定阶段是机械设计中的一个关键步骤，在制定方案的时候对于现有条件以及未来期望这两者之间的关系必须要进行科学协调，要在两者之间找到较好的切入点。制定方案的时候对于机械产品的最终形态结果，设计过程中各个环节的调控和处理都需要引起高度重视。对于这些必须要进行认真设计，才能够保证效果。这是实现之后机械设计及机械制造的重要前提条件，实际工作中必须要严格按照设计原则和设计要求来采取措施。在方案制定阶段技术设计是重点，所谓技术设计就是要根据自身经验及初期的设计来进行下一步设计，技术设计的主要目的就是要形成完整的设计方案。

机械设计的设计阶段就是要把原先思路转变成具体的机械描述阶段，该阶段的主要目标就是要获得总装配和总部件装配的草图。总装配以及部件装配草图是设计的重要依据，草图的存在有助于规划工作的顺利完成。需要注意的是在设计工作完成之后还需要对其进行设计修改，只有经过设计修改之后才能够有效保证其效果，这一点是我们在实际工作中需要予以充分注意的一点。为了适应实际批量生产作业的要求，对于模具的设计就需要引起高度重视。机械设计的最后设计又可以称作是定性设计，所谓定性设计指的是实际工作过程中应用于生产机械前的最后一次设计，由于机械设计方案有的地方过于理想，因而不能够满足实际批量生产的需要，因而工作中就需要对其进行定性设计，通过定性设计来对那些不能够满足实际需要的进行有效调整，这一点是我们在实际工作过程中需要引起注意的。

1.2 机械设计的原则

为了实现科学的机械设计，在今后设计过程中就应该坚持科学的设计原则。机械设计过程中应主要坚持标准化、技术性能和安全性这三大原则。标准化原则指的是设计过程中需要严格按照机械设计标准来进行设计，设计出来的每个零件、每个组件都需要符合相关文件的规范。只有严格按照标准来进行设计才能够真正适应实际需要。标准化准则是机械设计过程中的一项重要约束，对于这项约束，必须要引起注意。

技术性能原则。技术性能原则是一项重要原则，在实际工作中，技术性能原则指的是实际工作过程中必须要保证机械的性能，只有保证了机械的技术性能才能够实现机械的长时间高效运转，这一点是我们在实际工作中应该引起高度重视的。在设计的时候必须要严格控制机械技术性能的设计，要充分保证设计出来的性能能够符合实际需要。

安全性原则。保证机械安全是机械设计的基本要求，实际工作中对此应该引起高度重视。这里的安全指的是多方面的安全，设计的时候要考虑到零件安全性、环境安全性、生产安全性以及整机安全性，保证设计安全是今后必须要做到的。

1.3 机械设计的分类

机械设计当前能够分成多个类别，从实际设计来看可以分为三大基本类型，这三大类型分别是新型设计、继承设计以及变型设计。新型设计把那些成熟的先进技术应用到设计中来进行新的机械的设计，这是一项非常重要的设计，这一点在今后工作中是应该引起重视的。继承设计指的是为了设计功率消耗小、运行效果好的机械，在设计的时候就必须要结合自身经验及设计技术来进行科学合理有效的设计。变型设计主要是从市场需求出发来进行科学设计，变型设计主张对原来的机械设计进行变动更改，从而有效满足市场需求。这样设计的主要目的就是为了能够在满足实际应用的条件下有效节约成本，这一点是需要引起高度重视的。

2 机械制造分析

2.1 机械制造的特点

对于机械制造而言，在实际工作过程中首先需要了解其基本特点，这是进行工作的重要前提。通过详细分析就会发现当前的机械制造存在着多元化、服务化和全球化的特点，对于这三个基本特点需要充分把握。

多元化。在经济社会快速发展的背景下，机械市场对机械制造技术提出的要求越来越高，与此同时消费者的个性化要求也日益凸显出来。消费者对机械制造的要求逐渐多样化，在实际设计过程中不仅要求机械制造能够具有良好性能。能够满足质量要求，同时还要求能够具有优质的服务。为了适应多样化要求，实际工作中就应该对机械市场进行充分调查研究，只有在进行调查研究之后才

能够了解市场的真实需求，这样有助于避免盲目生产。

服务化。服务化指的是在实际工作中，服务质量对产品销售会产生直接影响。为了保证产品质量今后还需要专门进行市场售后服务，对于不同机械产品应该有针对性地来开展售后服务调查工作，通过开展售后服务调查来有效提升企业信誉，进而扩大消费群体，这一点是实际工作中应该予以充分注意的一点。

全球化。当前的机械制造已经逐渐走向了全球化发展的道路，实际发展过程中全球化的主要工作能够有效推动制造业的发展。在经济全球化的背景下，机械制造既可以利用国内市场同时也可以利用国外市场，又可以统筹好国内和国外这两个市场来最终实现企业的快速发展，这对于提升机械制造水平是非常有利的。

2.2 机械制造的现状

从当前我国机械制造的发展现状来看，当前计算机的应用已经成为机械制造的重要发展趋势，为了适应日益复杂的管理形势，在今后工作过程中就需要进行创新管理，当前我国机械制造有不少方面还是处于落后状态的。产业大而不强和结构矛盾突出是当前机械制造的典型问题。这些年来尽管我们的机械制造行业中有不少行业都已经处于世界第一的位置，但是从行业创新能力、产业核心竞争力上来看，当前还存在着很多问题。在实际工作中这些问题如果得不到科学合理的解决，就会严重影响到实际工作效率。从产业结构矛盾上来看，当前产能扩张较快、低端领域过度竞争，这种现象会严重影响到企业的自我发展能力。这些问题是我们在今后工作中必须要引起注意的，这些问题如果得不到科学合理的解决，就会严重影响到实际工作效率。

3 机械设计和机械制造的发展前景

3.1 机械设计的发展趋势

从今后的情形来看，在今后设计过程中机械设计将会出现一系列变化。实际工作中机械设计性能将更加优良、节能环保的理念将深入人心，在今后设计过程中将探寻更加能够适应市场竞争的设计技术。在今后设计过程中性能更加优良。设计的时候应该尽量提升产品设计性能的优良性能。优良性能本身又可以分为动态设计、可靠性技术设计、补偿设计、防腐设计等内容。为了保证实际工作效果，今后只有不断提升设计水平才能够满足要求。节能环保的理念将更加深入人心。今后的设计应该注重绿色设计，要把智能化和绿色化作为设计的基础。在今后设计过程中要充分利用资源，要能够实现资源利用的最大化，同时还要能够实现资源的循环利用，今后对于这方面的工作必须要引起高度重视。

3.2 机械制造的发展方向

今后机械制造管理将主要依靠计算机管理制度来实施，计算机管理已经成为今后发展的必然趋势。组织体制及生产模式的创新具有十分重要的意义，当前我国机械制造管理机制还比较匮乏，今后应该是不断加强机械制造管理机制的研究。在今后设计过程中激光加工技术、电磁加工技术、纳米加工技术、微型加工技术等技术都将会得到科学合理的应用。机械设计是机械制造行业的重要环节，科学高效的机械设计对于今后提升机械产品性能具有十分重要的意义。机械制造过程中应该高度重视管理机制及先进技术的应用。本文重点分析了机械设计和机械制造的特点以及今后的发展方向和趋势，今后应该进一步加强这方面的研究才能够适应实际需要。

参考文献

[1] 孙永春.谈机械设计在机械制造中的关键性[J].科技创新与应用，2012，（19）.

[2] 司慧.改革机械原理和设计课程设计的探索与实践

[J].太原理工大学学报（社会科学版），2008，（S1）.

[3] 朱龙根.建设好专业课，把机械设计及制造专业办成特色鲜明的新型专业[A].第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集（卷1教学论文）[C].2002.

机械设计研究范文第2篇

关键词:木牛流马;中庸之美;老子思想;传统机械美学

中图分类号:J524 文献标志码:A 文章编号:1671－1602(2016)10－0049－02

1关于木牛流马的寻根之路

1．1木牛流马的时代性

公元231年，诸葛亮对魏战争期间设计了“木牛流马”届时，名声大噪，震惊八方，出于蜀国畜力人力匮乏，更为战时运输军用物资所用，也就是说其制作流程不宜过于繁琐，且能负重，最重要的是行进速度的把握。也就是说其造型特点必然是功能至上的极简风格，极少装饰，遵循着实用主义原则。历史上对木牛流马的记载始见于《三国志•蜀书•后主传》:“建兴十年，亮休士劝农于黄沙，作流马木牛毕，教兵讲武……［2］诸上历史事实，证明了诸葛亮首创仿生机械大规模的应用于军事活动范畴，然而出于战争的历史条件下，统治者绝不会将先进的机械技术武器设备流传于民间乃至敌国，故而没有得以流传。

1．2木牛流马的地域风格

中国是一个幅员辽阔的国家，广袤的领土面积，繁多的民族悠久的历史，还有各地不同的开化程度，形成了风格迥异的地域差异，培育出不同的风土人情、人文习惯、文化风尚，以及截然不同的衍生工具。木牛运行道路是诸葛亮北伐“出祁山”的路线以西北方向迂回道路为主，道路相对平坦，流马运粮所走的是褒斜栈道(褒斜二谷多为峭壁陡崖，只能循河谷临水铺设栈道)，比较宽阔平缓，有一定起伏。如此的道路状况所衍生出来的交通运输工具必然是独一无二的。

1．3木牛流马的民族人文通感

三国乱世，处于一个兵荒马乱的年代，《三国志》中所记载的孔明淡泊名利，宁静致远，众所周知其三顾茅庐而不出之典故，后知天命难违，入蜀后推行严厉的法律极尽掌握一切权力，诸葛亮在政治方面是明显的法家思想，控制欲极强，然而其个人色彩却是温婉的，极其类似道家精神，道法自然，与老子的精神颇为神似。老子所创《老子》一书是中国古代最早论及科学技术的著作，也是最早论及机械设计思想和机械设计方法的文献。《老子》朴散为器，大制不割［3］，复归于朴的思想是教导人们任何器物的创作与制造，都应该遵循自然，尊重自然规律。返璞归真，使得所制之物无人力妄自干扰而成就的自然而然的和谐状态，是为大美。这一点与诸葛亮的造物思想不谋而合，“木牛流马”诸葛亮以最自然的形态仿生，回归自然界之中，所创之物与大自然在画面之中符合设计事理学，毫无违和感。“木牛流马”的设计成果内含着中华民族的优秀血统，传承着中庸之美寓于创作之中，似是情理之中，又是意料之外的稀世文化遗产;对于科学技术的发展方向老子赞成“有什伯之器而不用，”从“无所为用”到“有而用之”再到“有而不用。”［4］这个观点用于当今世界依然是充满哲理的。诸如火药的发明，从无到有，到应用于烟花、炸药，到如今为了和平与环保，做到有而不用，同样是为大美。

2关于木牛流马的美学思考

2．1结构美

英国哲学家休谟曾这样讲过，“美是各部分之间的这样一种秩序和结构，由于人性的本来构造，由于习俗，或是由于偶然的心情，这种秩序的结构适宜于使心灵感到快乐和满足，这就是美的特征。”［5］可以说此观点十分肯定了结构在器物要素中的重要性。在结构造诣方面，中国古代先人的智慧结晶比比皆是，诸葛亮的木牛流马是中国最早的仿生机械，其结构设计应用了杠杆省力原理、后载剋技术、三脚杠等诸多机械技术，各个部件之间的连接方式都是以最为和谐的状态组合在一起。结合中国古代机械设计思想来说，匠人们更趋向于朴素之美，将结构暴露于外，少有装饰。像水车、辘轳皆是如此。设计目的一目了然，简洁大方。用最简约的结构解决最根本的问题，使生活更加美好。结构是器物赖以存在的内在骨架，外观是器物赖以生存的外在形式。如果没有一个合理的、科学的内在骨架作为支撑，外观即使再华丽，也是无谓的堆砌。

2．2功能美

黑格尔说过:“美的要素可分为两种，一种是内在的，即功能美，另一种是外在的，即功能所借以表现出意蕴和特性的东西。”［6］由此可以看出，形式与功能是对立统一的，二者你中有我，我中有你的哲学关系。木牛流马，是具有承载功效的流动艺术品。通过《作木牛之法》、《作流马之法》的复原结构来看，它如同其他运输工具一样，有着诸如平衡器、车架、车罩壳等基本的组成构件。马的外观形态不是单纯的用来象形，它的主要功能在于水路运输的时候，其密度小于1又是一个封闭的空间罩，足可以漂浮于水面，流马一旦入水，“后载剋”会定位下沉，使得整车在水中形成不倒翁结构，故此流马可以定义为两栖车辆，也就是说流马的结构具备水上漂的功能，结构美是功能美的前提，是功能美的实现条件，结构设计在整个造物过程当中扮演着重中之重的角色。自此诸葛亮成为水路两栖运输工具的开创者。这在当时的社会条件以及科技发展水平下可谓是神乎其神的。在很多普通人看来，物的美与功利来源于外在形式艺术创造，而忽略了构成此种平衡的内在因素。相传司马懿“夜深入敌营盗车数辆，细细钻研良久而不得其法。”造成这种现象的主要原因就是司马懿只注重事物的表面所呈现的状态，而忽略了事物的内在联系，故而解困之路不了了之。

2．3融入意匠美之中的中庸之美

不同人，不同地域，不同民族，不同国家因为经历了不同的历史轨迹等等因素，都会有其相对固定的文化心理结构。2000多年前孔子提出了“中庸”之道，简而言之，就是适中且平和的意思，表现在日常的就是中国人的日常行为，尚文不尚武，缺乏感情冲动不走极端等等，呈现一片和平、雍容的气象与风度。在中庸文化心里的影响下，中国人有着区别于其他民族的思考方式、道德观、价值观乃至审美体验。中庸文化心理和与其衍生出的中庸之美是一脉相承的。在传统机械制造的过程中，不同种族地域的人们的造物思想大同小异，均是服务于人的生活，可该时期所引导的思想确是形成不同风格器物建筑的重要原因。例如在男权社会，器物大多显得浑厚粗狂，体现着阳刚之美的男性崇拜，而早期女权社会时期，器物大多显得细腻工整，体现着统治阶级的阴柔之美。设计之行业，是一种精神的转换与寄托。中庸之美主要的构成要素有四，分别是时、度、中、和。这里主要分析当中的“度”与机械制造美的关联。过于简洁则是简单，过于复杂则是累赘。使器物处在“无过无不及”的状态，就是中庸之美最为核心的体现。在木牛流马的造物过程当中，各个部件的衔接，穿插结构的布局，在使用过程中的损耗都应当是有相当精确的数据支持的，甚至其承重能力也应该掌握度的原则，过多会不堪重负，过少则浪费了资源。中国古代崇尚的造物思想是“天人合一。”《周礼考工记》天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可以为良。”［7］，大意是制器的时机应当顺应天时，适合地气，材料优良，工艺精湛，那么所为之器物才是符合自然规律的，顺应历史发展潮流的。“多一分则过，少一分则淡”使器物呈现最为合理的状态是为中庸之道。古代机械的造型原则有四，分别是对称原则，协调原则，规律性原则以及适度装饰原则。这里主要分析当中的“对称”与机械制造美的关联。造物思想对称性的考虑，所谓之对称，其要领在于掌握平衡，而这里所表述的平衡并非是将器物一分为二所得到的对等，以木牛流马为例，流马三角杠的设计，为解决力的对称与平衡而生，其制动原理是在重力相等的前提条件下，物体与地面的平面摩擦力大于滚动摩擦力，由此诸葛亮成为四轮车机械制动结构的开创者。

2．4色彩美

中国古代无论从建筑还是器物上，人们都极力从自然界中寻找创造来源，随处可见的森林树木、石料土沙，人们可以随性的表达自己的创作意图。自古以来，人们总是对木材情有独钟，首先木材具有可再生性，木牛流马的制作材质选用木料，最重要的一点是考虑到可以就地取材，而且加工方便，环境友好性强。木材之美是天然之美，无需过多的装饰，最为淳朴的原色，仿佛又回归了大自然之中。

3传统机械角度美的由来

3．1模仿自然

模仿是最古老的艺术创作方式，远古时期，人们对大自然崇拜从而加以模仿，师法自然，以天地万物为师，古代的设计多半来源于自然，螺旋结构来自于龙卷风，锯子来自于螳螂臂，轮子来源于随风旋转的飞蓬草，船儿来源于水中鱼……一直以来，人们总是善于利用自然界的形态进行创作模仿，从而逐步改善人们的生活质量，往往以自然界为创作素材的发明发现又总是给予人们无限惊喜，这意味着模仿与回归是造物设计的永恒主题。

3．2秩序之美

中国传统机械设计的秩序之美体现于各个元素之间的功能和谐、结构和谐、色彩和谐、尺度和谐。机械之美，在于它合理的秩序性，“木牛流马”的设计真正做到“牵一发而动全身”这得益于其各个关节之间的相互牵引、带动以及力的传送。中国传统机械设计中的秩序之美，体现了中国式的理智与情感，在历史的长河中，沉淀了其独特的个性。

3．3回归生活

人类的一切设计活动都是服务于生活，为了使生活更美好。人们在井边打水所用到的辘轳、河边洗衣的洗衣棒、乡间的水车……所有这种平常而美好的画面，都融入了祖先的智慧。当器物回归，成为生活中不可或缺的一部分，也就成就了最美的存在。

4结论

4．1中国古代机械设计美的本质

机械设计虽然是器物文化，可他也同样是记载了人类生活方式的物质载体，物以载道，反映了所处时代人们的价值观念和审美观念。作为几千年来形成的价值观念和造物思想，功能上人们毫无疑问的追求实用，形式上还是倾向于柔和的中庸之美。“中庸之美”源于中庸思想，这种思想一直贯穿于中国几千年来的文明之中，当然也包括机械设计和器具设计之中，这是由社会意识形态所决定的，孔子缅怀尧舜禹的时代，老百姓在原始社会曾经拥有至纯、至善、至朴、至美的美好的品德，可在很久以前却失去了这种美德，所以提出以中庸之美为美的审美观，从而方方面面的影响着人们的衣食住行，而由此一来形成的社会风尚、器物风格、反过来又推动社会更替与发展。如此周而复始，不断更新充实中庸之道。中庸之美在机械设计当中的体现主要表现在合理的结构关系和为人类提供最为舒适的全方位的体验。

4．2中庸之美的传承

当代人们处在信息高速运转的时代里，人们的认知与观念时时刻刻都在发生日新月异得变化，西方的价值观与多元化的思潮正在潜移默化的改变着我们，然而几千年的造物思想和文化价值观念绝不是这么容易消失的，最民族的才是最国际的，让本民族的文化价值观念与审美标准吸收最为先进的优秀技术与养分，融于造物之中。一经改良的造物设计的民族风格一方面是设计师对本民族优良传统的传承与应用，另一方面也在潜移默化的影响客户的文化价值观念，引领世界潮流。

参考文献:

［1］三国志蜀书后主传．上海古籍出版社，2002．

［2］安庸．褒斜二谷的自然面貌．成都大学学报(社科版)，1989(1)56－60．

［3］谭勇啸．木牛流马考辩．社会科学，1984(2)103－109．

［4］魏源．老子本论•诸子集成(第三册)．北京:中华书局．［5］黑格尔．美学．江苏人民出版社．

［6］曹一华．以“中庸之道”分析设计中的适度装饰．

［7］曹励华．诸葛亮木牛流马对古代机械的四点贡献．机械设计与研究，2009．

［8］汪崟，宁绍强．论设计的中庸之道．桂林电子工业学院学报，2001．9．3．

［9］宗白华．美学散步．上海人民出版社，1997．

机械设计研究范文第3篇

【关键词】材料设计；生产技术；产品制造；材料数据库

在我国，随着计划经济体制向市场经济体制转化，传统的机械零、部件或一般常用机械产品的设计方法已经不能适应现代机械工业产品设计的需要，随之而来的现代机械设计方法已经得到了迅速发展，形成了许多相对比较成熟的分支学科，如机械可靠性设计、防断裂设计、抗疲劳设计、耐磨损设计、机械CAD、机械优化设计等，这些方法在实际的一些机械产品设计中得到了不同程度的应用，取得了可观的效益。但由于受传统设计思想的影响这些方法还没有被广大机械设计师普遍掌握和应用，一些新的设计思想和方法更有待于探索和发展。

1.机械设计中常见的材料设计问题

随着人们对工业产品的使用性能、技术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产品设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。传统的机械设计方法中，材料设计实际上仅仅是“材料选择设计”，而这些材料的选择设计过程中，往往也是根据以往设计人员的经验，即设计手册中提供的参考资料或数据来进行的，而这些参考数据常常仅是在一定的标准试验条件下得到的实验数据。这样的材料设计方法，有几个方面的缺点：（1）由于使用条件与实验条件的差异，标准试验过程本身的不确定性等，根据参考资料和数据选择材料生产出的机械产品在使用过程中常常会发现不合适，某些零部件材料或者因为仅能很好满足整机使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某个方面的性能特点产生了对整机其它方面性能的不良影响而致使整个机械产品性能达不到要求，甚至报废；（2）现在工程材料研究发展很快，特别是一些材料加工方法、工艺的改进和发展，使得原有材料可以达到更高的性能要求，发挥更大、更好的作用。但是这些新材料、新方法、新工艺不可能在短期内编入设计手册，有些内容甚至会滞后十年或几十年，这与当今社会发展对新产品更新速度的要求显然是不适应的，影响产品的竞争力或生命力。

2.材料设计案例分析

2.1轮-轨耐磨性设计

在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全。机务部门急迫地需要解决这一问题。从工程摩擦学角度看，轮-轨是一对摩擦副，是一个系统的两个元素，研究其耐磨性问题，应该从整个系统出发，考虑双方的材料最佳配对，以达到使用寿命的最长值。经理论分析计算、大量的实验室试验和机车实际运行试验，得到了轮—轨硬度匹配最佳值，可以使机车轮的寿命在不影响钢轨寿命的情况下，提高2～3倍。这种方法是在不改变现有的路轨和机车轮材料的前提下，用一种常规热处理工艺改变其严重磨损区的局部材质，提高产品的实用性与经济性。

2.2硬质合金钢刀具耐磨损设计

用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命是一种很有效的方法。对多个厂家生产的硬质合金刀具进行深冷处理后实际使用，结果表明经深冷处理的刀具寿命延长数倍。但个别个体厂家生产的刀具，实验结果则不稳定，有的好，有的差，有的甚至不能使用。这说明：对同一类产品，用同样的方法改变材料性能，结果可能相差很大，这不能说明该方法本身不行，而是还有一个材料本身的均匀性、稳定性以及如何与不同材料结合的问题，即如何改变工艺参数以适应材料本身的差异问题。

2.3汽车制动衬片设计

我国汽车用制动衬片目前有不少生产厂家，但正规的大汽车厂主要还是用进口产品或中外合资厂生产的产品。国产件在质量稳定性、寿命等方面明显缺乏竞争力，特别是一些个体厂家生产的产品质量根本没有保障，有些产品甚至连最基本的性能指标如摩擦系数都达不到标准，特别是热衰退性能差，制动过程常导致失效。其原因还是大部分厂家缺乏必要的技术力量，只是简单地完成配方材料混合、烧结和压制等工艺过程，至于整个生产过程的各种工艺参数的系统研究，不同车型材料配方的深入研究，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，则没有进行研究。这些是目前我国汽车用制动衬片质量稳定性问题无法根本解决的主要原因。

2.4自动装料装置的七连杆机构设计

自动装料装置的设计，可采用七连杆机构，该机构整个悬挂于机架上，在原理方案正确的情况下，连杆材料的设计成为关键问题，因为连杆的铰链是整个部件材料最薄弱的部分，既要有足够的强度，还应有良好的耐磨性和抗冲击性能，进口设备中该部分材料是采用高性能塑料，销孔用钢套。由于当时很难买到这种进口材料，而且较贵，就考虑用铸铝件替代，加大铰链处的尺寸以保证强度。这样设计的铸铝连杆，加工时出现了问题，由于连杆形状较复杂，铸件材质严重不均，加工铰链孔时有时发生折断现象。加工完成后，装机试用，又出现了问题：（1）由于铸铝件的重量比塑料件大得多，运动速度较快时，起、停惯性大，对整个机架造成较大的冲击振动；（2）试用一段时间后有些连杆的铰链发生断裂现象，这除了因为它本身冲击振动外，还因为铸铝件的弹塑性远不如塑料件。后来，购买了进口高性能塑料，制造成的连杆，上述问题全部解决了。尽管进口塑料单位价格稍贵些，但重量轻、用量少，总费用并不很大。以上情况说明机械零、部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且对机器整体功能有时会造成严重影响。

3.机械设计中新的材料设计理念与方法

以上案例分析进一步说明，机械设计中材料设计问题已经愈显突出，传统的材料设计方法亟待改进。在机械产品设计过程中，机械零部件的材料设计应从系统论思想和功能论思想出发，不仅要考虑满足各零、部件的性能要求即满足整机的各分功能要求，还应考虑各零、部件对整机性能或者其它零件分功能的影响。

3.1进行材料设计功能分析时应包括的内容

进行材料设计功能分析时，应包括三个方面的内容：（1）确定技术上的功能应达到的程度，它用产品技术性能参数来表示；（2）对功能成本作出分析，以便在实现同一功能的各种途径中找出成本低、功能好的材料设计方案；（3）进行可靠性定量及定性的分析，在对产品功能的定性和定量的综合分析之后，就可能制定出相对优化的材料设计方案，为整个产品设计工作打下坚实的基础。

3.2现代机械设计的改进措施

从传统的机械设计材料设计方法向现代机械设计材料设计方法发展有以下几个方面：

3.2.1设计思想上应树立系统观和功能观

工程上没有绝对好或绝对不好的材料，亦即不能以某种材料的某种性能或几种性能来评定它是绝对好或差的材料，材料设计时只能是寻求最适合的材料。全面考虑机械零、部件材料的子系统功能和整体系统功能，也就是说，设计时不仅要考虑某种材料是否适合做某种零件，还应考虑它在整台机器中是否合适，对其价格的评估也是如此。案例2.4节说明了这一点。

3.2.2应改进现有的一些重要的或关键的机械部件的研制和生产方法

即应把该部件作为一个子系统来进行设计和研究，尤其是摩擦学系统部件。案例2.1节和2.2节是典型实例。传统方法，把系统的元素作为独立零部件各自进行设计研究，无法满足或保证整个子系统的系统功能，特别是高速、重载的零、部件会产生许多功能（下转第198页）（上接第56页）附作用，如高温引起的机械性能变化，高速引起的附加动载荷等。

3.2.3建立基于INTERNET的机械设计材料库

鉴于前文2提出的传统的材料设计方法即“查手册设计法”的不足，作者认为，应尽快建立基于INTERNET的动态的机械工程材料库。换言之，在INTERNET上建立独立的《机械工程材料库》网页及数据库，该数据库内容不仅涵盖传统机械零部件常用材料，而且包括用户材料库，即由机械工程材料有关生产厂家或有关经营部门直接访问网站，随时添加国内外最新研制的新机械工程材料的有关资料数据。项目包括材料的机械性能和物理化学性能（如强度、硬度、韧性、比重、导热性、耐腐蚀性等）、价格、厂家、供货途径等。这样的材料库不仅可以满足现代机械设计高效、快速、合理、经济的要求，而且可以与CAD/CAM/CAE、并行设计、即时技术等现代先进制造技术相适应。

机械设计研究范文第4篇

关键词：虚拟样机；机械设计；动力学；机械系统

之前，机械设计都必须在现场才能够完成样机试验，所以，应用这样的设计方法将会消耗更多的时间和大量的资金，而且设计效果也不会很好。但是，在机械设计的过程中，应用虚拟样机技术能够在设计阶段全面分析好机械系统的特征。这样就能在制造样机之前处理好原本的设计问题，并且还可以减少资金的投入，节约更多的时间，提高机械设计的整体效率。由此可知，有关人员只有深入研究基于虚拟样机的机械设计方法，才能够设计出更好的机械产品。

1优化机械设计分析

在整个机械设计的过程中，设计者结束设计的基本工作后，一般需要采取某些有效的措施优化设计。针对当前的实际状况，在优化机械设计的过程中，常见的问题是求取目标函数的最大值。在满足控制变量的变化范围和设计条件的情况下，设计者能够根据选择设计变量和分析函数来优化机械设计。但是，通过计算机所具有的强大计算功能，利用设计变量改变再迭代求解的方法来仿真机械设计，这样就能够求取目标函数的最优值。总而言之，在每一次仿真的过程中，只需要改变其中一个模型的设计变量，并且观察仿真的结果，就能够获得物理量设定的最优解。

2联合设计控制系统和机械系统

在之前很长的一段时间中，设计者经常需要测试、设计控制系统和机械系统。但是，控制系统与机械系统之间不存在任何联系，而是两个相互独立的个体。因此，在联合控制系统和机械系统以后，设计效果很难达到预期要求。针对当前的实际状况，能够通过机构控制一体化虚拟样机技术来实现联合机械系统和控制系统。这样，要获取更好的设计效果就非常简单。在设计思路方面，联合仿真设计实质上是借助动力学、运动学仿真软件，创建与机械系统设计同样含有控制目标的动画、动力学模型和三维实体模型。另外，在这样的设计基础之上，其基本条件就是得到相应的电机模型和控制算法。

3机械系统所含有的有限元分析

机械系统所含有的有限元实质上是指一种现代化用作分析结构件的动态特性、结构强度的设计方法。由于有限元法有很好的通用性，能够随意用在任何的力学问题中，所以，有限元法在整个机械设计的过程中都得到了非常广泛的使用。另外，有限元法属于比较可靠的一种计算方法，通过有限元法能够得知边界条件和机械结构形状。由此可知，有限元法相对于虚拟样机而言，是一种不能够缺少的工具。

4机械系统的三维建模

如果要在机械系统设计时实现虚拟样机，先要创建出三维实体的机械系统模型。针对当前的实际情况，在创建三维实体的机械系统模型时，要处理好建立系统的复杂约束关系和创建外形复杂的零件模型这两个主要问题。一般情况下，使用CAD软件能够妥善处理好系统的复杂约束关系和创建外形复杂的零件模型这两个主要问题。对于二维CAD而言，市面上主流的三维CAD软件可以更好地表达出产品的生产管理和技术信息。由此可知，在创建机械系统模型的过程中，有效应用三维CAD软件具有十分重要的意义，同时，三维CAD软件也将在整个建模过程中发挥十分重要的作用。在创建机械系统中的各零部件模型时，设计者可以使用CAD软件，并且有效地应用实体造型技术和变量化设计技术。在完成机械系统中的各零部件模型后，还应该采取某些措施连接好各个零件的模型。这样，有助于实现物体的相对运动。在添加约束副的过程中，应该要确保实际情况与模型符合。这样做，主要是为了确保实际产品与模型的密度、材质、结构细节等内容一致，进而提高建模的准确度。现在，大部分的CAD软件都具有运动/运动学插件功能，它能够通过关系装配之后再将其映射在约束关系上，有助于实现机械运动的模拟。

5机械系统的静力学计算和动力学仿真

在创建了机械系统模型后，可以使用动力学仿真方法将物理样机实验试验替换掉，实质上是指在计算机环境下完成物理样机的数据采集和动作实验。而在机械系统动力学仿真的过程中，仿真的准确性将会受到驱动参数、三维模型和实际产品相似程度的直接影响。同时，动力学仿真方法的有效应用是为了更好地计算输出扭矩和驱动系统功率，以及选择传动系统的类型。另外，动力学仿真方法的有效应用，计算、校核部件的运动惯性力和结构强度，能够完成驱动控制系统的设计。

6结束语

综上所述，在实际工作中，应用基于虚拟样机的机械设计方法，能够在短时间内帮助设计人员设计出具有优异性能的产品。同时，设计者利用基于虚拟样机的机械设计方法，在虚拟的环境中能够更加形象、直观地实现产品的性能测试和设计优化。设计者针对参考虚拟环境所获得的计算结果，能够根据其自身积累的设计经验来设计机械的系统。这样能够有效提高设计系统的质量，同时，还能够减少设计系统时出现的设计错误。

作者:许慈 单位:康尼机电股份有限公司

参考文献:

［1］陈佳佳.基于虚拟样机的机械设计方法研究［J］.科海故事博览•科技探索，2014，12（22）：264-265.

［2］张鸣，任建平，毛鸿伟.基于虚拟样机的机械设计方法［J］.机械科学与技术，2016，23（11）：149-150.

机械设计研究范文第5篇

关键词：机械设计 教学内容 学习兴趣 课程设计

机械设计是机械及相关专业一门重要的技术基础课，具有很强的综合性和实践性。在课程的学习过程中，需要综合运用多门先修课程中有关的知识与技能，教材中涉及的公式、图线、表格、数据众多，各章节之间没有明显的逻辑关系，从宏观上看，缺乏系统性和规律性。而且，在研究该课程的相关问题时，思维活动往往需要沿多条线路交错进行：既要分析机构的工作原理、运动情况、零件的载荷状态，还要探讨如何选材、如何保证良好的工艺性及经济性等相关问题，设计者还要考虑到从设计到制造、使用及维护等方方面面的环节，十分复杂。学生在进行设计计算时，设计参数选择的灵活性很大，设计结果不是唯一，评价设计结果的标准也不能简单的用“对”或“错”来衡量。这些特点都使得初学者难以适应，也给教学者带来了很大的困扰。为此，我将日常教学中的做法及想法做了如下总结，以求探索更好的教学方式来提高学生的综合设计能力。

一、教学内容更加合理和具有针对性

机械设计是既注重理论又非常注重实践的一门课程。但是，对于不同的办学层次有着不同的要求。高职教育突出的是应用型教育，因此，在课程内容的设置上要难易适中，结合实际，实用够用。在保证知识结构系统性和完整性的前提下，尽量缩减理论推导，把抽象的知识直观化。如对一些繁难的公式会用就行，不必深究。在传授基本知识的基础上，适当引入新知识，在课堂上增加一些现代设计方法的基本概念和基本方法的传授。如在结构设计的内容中穿插三维造型设计；在典型零件的规范化设计中运用计算机辅助设计来实现等。一些具有可比性的零部件可以合并讲授，例如滑动轴承和滚动轴承，螺纹联接和键联接，直齿轮设计和斜齿轮的设计等。

针对机械设计内容多、杂、散的特点，采用“主线式”教学，即：

介绍类型结构及特点工作情况分析失效形式及原因受力和应力分析确立设计准则选择材料及热处理方式设计计算结构设计绘制工作图等，让学生在设计不同对象时掌握一些共通的设计方法和步骤。

二、采用启发式教学，培养学生的学习兴趣和创新能力

兴趣是一种主观能动性的体现，有了兴趣就有了想认知和进一步认知的动力，只有充分挖掘出学生学习中的主动性，才能真正使之全面而透彻的掌握机械设计这门课程。传统中平铺直叙、满堂灌的教学方式已经落伍，应将教学过程组织成创设矛盾和充满讨论的过程，通过一定的由浅入深的问题激发矛盾，推动思维活动的展开，把学习的外向动机向内向动机转移，变学生的客体地位为主体地位，对一些知识点通过一系列的提问和启发，让学生利用已掌握的知识自己去寻求答案，对他们得到的结论给以积极而客观的评价，把他们从自己得出的结论引向实际，进而继续发现问题并解决问题。这样，在培养学生的理论水平的同时也加强了他们的素质教育，提高了他们的自学能力，使得他们有了创新的渴求。创新是高科技发展的动力和源泉，是一个民族进步的灵魂，也是我国21世纪人才培养的核心目标，在机械设计课程中可以增加机械零件认知实验、机械性能实验和机械创新实验，加强学生的动手能力，学校可以定期将实验室开放，让同学们自己选择仪器、自主对实验项目进行改进、设计等。

三、教学手段多样化、现代化

课堂教学中充分利用实物模型、挂图和多媒体等教学手段，课堂外可以采用现场教学、实地参观等多种教学手段，多角度、多方位地培养学生。计算机多媒体技术声画并茂，图文交互，包含大量的信息；对同一个内容的处理可以采用语言、音乐、图片、动画等不同的方式呈现并有机结合在一起；能够充分发挥多种感官功能，减少学习抽象概念的困难，大大提高了教学效率。如每一章的概述都会介绍各种传动机构或通用零件的类型、特点及应用，如果单纯用语言描述，枯燥又抽象。如果能制作成动画或截取一些实物的影象资料，就会使内容简练而生动。当然这离不开好的课件，课件要与课堂充分结合在一起，要把知识点和教学环节有机的进行结合，提高课件的交互性。但是机械设计课程涉及的内容繁杂，特点不一，也不能单纯用多媒体，老师讲解加板书对于一些复杂的推导可能给学生留出了更多的思考空间和时间，逻辑上更清晰一些。另外，现场教学也应引起重视，通过现场案例教学，可以提高学生的学习热情减少他们的精神压力，减少理论和实际的脱节，如果能进行一些简单的拆装或机器的操作就能起到事半功倍的成效。

四、改革课程设计

课程设计是机械设计教学的最后一个环节，其基本目标是培养学生综合运用基础理论知识的能力，工程分析能力和运用资料等基本设计能力，同时，也是对整个课程学习成果的检验。

目前，我们课程设计的题目仍然采用的是一级减速器的设计，由于资料不齐全，学生基本上是在经过大量的计算，翻手册之后，就照葫芦画瓢了。设计题目太过陈旧，跟不上时展，易使学生墨守成规。对此，其改进措施是：针对一些基础薄弱的同学可以继续选择做减速器的设计或减速器结构的优化设计；而针对一些基础好的同学，可以让学生选择一些老师自己以前的科研课题的一部分加以改进；或让学生自己找感兴趣的课题由老师加以指导来加强创新能力和工程实践能力的培养。

在内容上，还可以将原来的机械原理和机械零件的课程设计合在一起进行，要求学生从总体方案设计到零部件结构设计一起完成，使设计更系统，完整，为鼓励学生创新，我们可向学生提供多个设计方案参与，学生也可提出自己更合理的设计方案。

对于结构设计，不给学生过多的限制，而应充分发挥学生的想象力和创造性，为了解决学生对机械结构知识普遍缺乏的问题，让学生在设计前参观机械传动陈列室和实训中心，对学生进行结构设计有所启发。

对于学生中普遍存在的工艺知识和公差知识的缺乏，应结合课程设计实际进行必要的讲解和补充，使学生通过设计全面掌握和巩固机械设计的相关知识。在课程设计中我们还可以尝试用课程设计CAI课件来指导学生进行设计，提高学生的积极性，另外，我们还积极鼓励学生利用CAD软件在计算机上进行设计，使学生通过课程设计来掌握现代化的设计手段和方法。

五、结束语

机械设计教学方法还需要不断地改革，才能更适应高职教育培养高级应用型人才的需求。这是一个系统工程，涉及课程教学环节上的综合配套。只有不断地实践，才能找到更加合适和有效的方法，我们应该朝着这个目标不断地努力。

参考文献：

[1]赵亮培.计算机多媒体技术在“机械设计”教学中的应用.中国职业技术教育，2004.