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機械設計研究范文第1篇

關鍵詞：機械設計；機械制造；機械產品；機械設計原則；機械設計效果 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH122 文章編號：1009-2374（2015）11-0026-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.11.014

機械設計是機械制造的首要步驟，機械設計的好壞將會直接影響到實際工作的效果，在今后工作過程中為了實現科學發展必須不斷加強這方面的研究。從當前的情況來看，機械設計本身還存在著一定問題。機械制造是機械設計的下一步工作，機械制造效果在很大程度上是取決于機械制造的。為了實現科學發展，對于這兩項工作就應該進行深入分析。

1 機械設計技術分析

1.1 機械設計的步驟

機械設計有其專門步驟，在設計的時候，設計人員應該嚴格按照步驟來進行設計，這樣才能夠保證效果。實際工作過程中機械設計的步驟主要是分為計劃、制定以及設計這三個階段，對于這三個階段應該進行深入細致的分析。機械設計的計劃階段。計劃階段的主要工作就是要對之前那些已有的機械產品要能夠有充分了解和認識，對于相關機械的性能必須要予以充分認識和把握。對于機械產品的優缺點必須要認真予以記錄，這樣做的主要目的是為了能夠為今后機械制造積累一定材料，這對于提升機械設計效果有著十分重要的意義，對于這些工作必須要予以高度重視。

方案制定階段是機械設計中的一個關鍵步驟，在制定方案的時候對于現有條件以及未來期望這兩者之間的關系必須要進行科學協調，要在兩者之間找到較好的切入點。制定方案的時候對于機械產品的最終形態結果，設計過程中各個環節的調控和處理都需要引起高度重視。對于這些必須要進行認真設計，才能夠保證效果。這是實現之后機械設計及機械制造的重要前提條件，實際工作中必須要嚴格按照設計原則和設計要求來采取措施。在方案制定階段技術設計是重點，所謂技術設計就是要根據自身經驗及初期的設計來進行下一步設計，技術設計的主要目的就是要形成完整的設計方案。

機械設計的設計階段就是要把原先思路轉變成具體的機械描述階段，該階段的主要目標就是要獲得總裝配和總部件裝配的草圖。總裝配以及部件裝配草圖是設計的重要依據，草圖的存在有助于規劃工作的順利完成。需要注意的是在設計工作完成之后還需要對其進行設計修改，只有經過設計修改之后才能夠有效保證其效果，這一點是我們在實際工作中需要予以充分注意的一點。為了適應實際批量生產作業的要求，對于模具的設計就需要引起高度重視。機械設計的最后設計又可以稱作是定性設計，所謂定性設計指的是實際工作過程中應用于生產機械前的最后一次設計，由于機械設計方案有的地方過于理想，因而不能夠滿足實際批量生產的需要，因而工作中就需要對其進行定性設計，通過定性設計來對那些不能夠滿足實際需要的進行有效調整，這一點是我們在實際工作過程中需要引起注意的。

1.2 機械設計的原則

為了實現科學的機械設計，在今后設計過程中就應該堅持科學的設計原則。機械設計過程中應主要堅持標準化、技術性能和安全性這三大原則。標準化原則指的是設計過程中需要嚴格按照機械設計標準來進行設計，設計出來的每個零件、每個組件都需要符合相關文件的規范。只有嚴格按照標準來進行設計才能夠真正適應實際需要。標準化準則是機械設計過程中的一項重要約束，對于這項約束，必須要引起注意。

技術性能原則。技術性能原則是一項重要原則，在實際工作中，技術性能原則指的是實際工作過程中必須要保證機械的性能，只有保證了機械的技術性能才能夠實現機械的長時間高效運轉，這一點是我們在實際工作中應該引起高度重視的。在設計的時候必須要嚴格控制機械技術性能的設計，要充分保證設計出來的性能能夠符合實際需要。

安全性原則。保證機械安全是機械設計的基本要求，實際工作中對此應該引起高度重視。這里的安全指的是多方面的安全，設計的時候要考慮到零件安全性、環境安全性、生產安全性以及整機安全性，保證設計安全是今后必須要做到的。

1.3 機械設計的分類

機械設計當前能夠分成多個類別，從實際設計來看可以分為三大基本類型，這三大類型分別是新型設計、繼承設計以及變型設計。新型設計把那些成熟的先進技術應用到設計中來進行新的機械的設計，這是一項非常重要的設計，這一點在今后工作中是應該引起重視的。繼承設計指的是為了設計功率消耗小、運行效果好的機械，在設計的時候就必須要結合自身經驗及設計技術來進行科學合理有效的設計。變型設計主要是從市場需求出發來進行科學設計，變型設計主張對原來的機械設計進行變動更改，從而有效滿足市場需求。這樣設計的主要目的就是為了能夠在滿足實際應用的條件下有效節約成本，這一點是需要引起高度重視的。

2 機械制造分析

2.1 機械制造的特點

對于機械制造而言，在實際工作過程中首先需要了解其基本特點，這是進行工作的重要前提。通過詳細分析就會發現當前的機械制造存在著多元化、服務化和全球化的特點，對于這三個基本特點需要充分把握。

多元化。在經濟社會快速發展的背景下，機械市場對機械制造技術提出的要求越來越高，與此同時消費者的個性化要求也日益凸顯出來。消費者對機械制造的要求逐漸多樣化，在實際設計過程中不僅要求機械制造能夠具有良好性能。能夠滿足質量要求，同時還要求能夠具有優質的服務。為了適應多樣化要求，實際工作中就應該對機械市場進行充分調查研究，只有在進行調查研究之后才

能夠了解市場的真實需求，這樣有助于避免盲目生產。

服務化。服務化指的是在實際工作中，服務質量對產品銷售會產生直接影響。為了保證產品質量今后還需要專門進行市場售后服務，對于不同機械產品應該有針對性地來開展售后服務調查工作，通過開展售后服務調查來有效提升企業信譽，進而擴大消費群體，這一點是實際工作中應該予以充分注意的一點。

全球化。當前的機械制造已經逐漸走向了全球化發展的道路，實際發展過程中全球化的主要工作能夠有效推動制造業的發展。在經濟全球化的背景下，機械制造既可以利用國內市場同時也可以利用國外市場，又可以統籌好國內和國外這兩個市場來最終實現企業的快速發展，這對于提升機械制造水平是非常有利的。

2.2 機械制造的現狀

從當前我國機械制造的發展現狀來看，當前計算機的應用已經成為機械制造的重要發展趨勢，為了適應日益復雜的管理形勢，在今后工作過程中就需要進行創新管理，當前我國機械制造有不少方面還是處于落后狀態的。產業大而不強和結構矛盾突出是當前機械制造的典型問題。這些年來盡管我們的機械制造行業中有不少行業都已經處于世界第一的位置，但是從行業創新能力、產業核心競爭力上來看，當前還存在著很多問題。在實際工作中這些問題如果得不到科學合理的解決，就會嚴重影響到實際工作效率。從產業結構矛盾上來看，當前產能擴張較快、低端領域過度競爭，這種現象會嚴重影響到企業的自我發展能力。這些問題是我們在今后工作中必須要引起注意的，這些問題如果得不到科學合理的解決，就會嚴重影響到實際工作效率。

3 機械設計和機械制造的發展前景

3.1 機械設計的發展趨勢

從今后的情形來看，在今后設計過程中機械設計將會出現一系列變化。實際工作中機械設計性能將更加優良、節能環保的理念將深入人心，在今后設計過程中將探尋更加能夠適應市場競爭的設計技術。在今后設計過程中性能更加優良。設計的時候應該盡量提升產品設計性能的優良性能。優良性能本身又可以分為動態設計、可靠性技術設計、補償設計、防腐設計等內容。為了保證實際工作效果，今后只有不斷提升設計水平才能夠滿足要求。節能環保的理念將更加深入人心。今后的設計應該注重綠色設計，要把智能化和綠色化作為設計的基礎。在今后設計過程中要充分利用資源，要能夠實現資源利用的最大化，同時還要能夠實現資源的循環利用，今后對于這方面的工作必須要引起高度重視。

3.2 機械制造的發展方向

今后機械制造管理將主要依靠計算機管理制度來實施，計算機管理已經成為今后發展的必然趨勢。組織體制及生產模式的創新具有十分重要的意義，當前我國機械制造管理機制還比較匱乏，今后應該是不斷加強機械制造管理機制的研究。在今后設計過程中激光加工技術、電磁加工技術、納米加工技術、微型加工技術等技術都將會得到科學合理的應用。機械設計是機械制造行業的重要環節，科學高效的機械設計對于今后提升機械產品性能具有十分重要的意義。機械制造過程中應該高度重視管理機制及先進技術的應用。本文重點分析了機械設計和機械制造的特點以及今后的發展方向和趨勢，今后應該進一步加強這方面的研究才能夠適應實際需要。

參考文獻

[1] 孫永春.談機械設計在機械制造中的關鍵性[J].科技創新與應用，2012，（19）.

[2] 司慧.改革機械原理和設計課程設計的探索與實踐

[J].太原理工大學學報（社會科學版），2008，（S1）.

[3] 朱龍根.建設好專業課，把機械設計及制造專業辦成特色鮮明的新型專業[A].第五屆全國機械設計及制造專業教學研討會議論文集（卷1教學論文）[C].2002.

機械設計研究范文第2篇

關鍵詞:木牛流馬;中庸之美;老子思想;傳統機械美學

中圖分類號:J524 文獻標志碼:A 文章編號:1671－1602(2016)10－0049－02

1關于木牛流馬的尋根之路

1．1木牛流馬的時代性

公元231年，諸葛亮對魏戰爭期間設計了“木牛流馬”屆時，名聲大噪，震驚八方，出于蜀國畜力人力匱乏，更為戰時運輸軍用物資所用，也就是說其制作流程不宜過于繁瑣，且能負重，最重要的是行進速度的把握。也就是說其造型特點必然是功能至上的極簡風格，極少裝飾，遵循著實用主義原則。歷史上對木牛流馬的記載始見于《三國志•蜀書•后主傳》:“建興十年，亮休士勸農于黃沙，作流馬木牛畢，教兵講武……［2］諸上歷史事實，證明了諸葛亮首創仿生機械大規模的應用于軍事活動范疇，然而出于戰爭的歷史條件下，統治者絕不會將先進的機械技術武器設備流傳于民間乃至敵國，故而沒有得以流傳。

1．2木牛流馬的地域風格

中國是一個幅員遼闊的國家，廣袤的領土面積，繁多的民族悠久的歷史，還有各地不同的開化程度，形成了風格迥異的地域差異，培育出不同的風土人情、人文習慣、文化風尚，以及截然不同的衍生工具。木牛運行道路是諸葛亮北伐“出祁山”的路線以西北方向迂回道路為主，道路相對平坦，流馬運糧所走的是褒斜棧道(褒斜二谷多為峭壁陡崖，只能循河谷臨水鋪設棧道)，比較寬闊平緩，有一定起伏。如此的道路狀況所衍生出來的交通運輸工具必然是獨一無二的。

1．3木牛流馬的民族人文通感

三國亂世，處于一個兵荒馬亂的年代，《三國志》中所記載的孔明淡泊名利，寧靜致遠，眾所周知其三顧茅廬而不出之典故，后知天命難違，入蜀后推行嚴厲的法律極盡掌握一切權力，諸葛亮在政治方面是明顯的法家思想，控制欲極強，然而其個人色彩卻是溫婉的，極其類似道家精神，道法自然，與老子的精神頗為神似。老子所創《老子》一書是中國古代最早論及科學技術的著作，也是最早論及機械設計思想和機械設計方法的文獻。《老子》樸散為器，大制不割［3］，復歸于樸的思想是教導人們任何器物的創作與制造，都應該遵循自然，尊重自然規律。返璞歸真，使得所制之物無人力妄自干擾而成就的自然而然的和諧狀態，是為大美。這一點與諸葛亮的造物思想不謀而合，“木牛流馬”諸葛亮以最自然的形態仿生，回歸自然界之中，所創之物與大自然在畫面之中符合設計事理學，毫無違和感。“木牛流馬”的設計成果內含著中華民族的優秀血統，傳承著中庸之美寓于創作之中，似是情理之中，又是意料之外的稀世文化遺產;對于科學技術的發展方向老子贊成“有什伯之器而不用，”從“無所為用”到“有而用之”再到“有而不用。”［4］這個觀點用于當今世界依然是充滿哲理的。諸如火藥的發明，從無到有，到應用于煙花、炸藥，到如今為了和平與環保，做到有而不用，同樣是為大美。

2關于木牛流馬的美學思考

2．1結構美

英國哲學家休謨曾這樣講過，“美是各部分之間的這樣一種秩序和結構，由于人性的本來構造，由于習俗，或是由于偶然的心情，這種秩序的結構適宜于使心靈感到快樂和滿足，這就是美的特征。”［5］可以說此觀點十分肯定了結構在器物要素中的重要性。在結構造詣方面，中國古代先人的智慧結晶比比皆是，諸葛亮的木牛流馬是中國最早的仿生機械，其結構設計應用了杠桿省力原理、后載剋技術、三腳杠等諸多機械技術，各個部件之間的連接方式都是以最為和諧的狀態組合在一起。結合中國古代機械設計思想來說，匠人們更趨向于樸素之美，將結構暴露于外，少有裝飾。像水車、轆轤皆是如此。設計目的一目了然，簡潔大方。用最簡約的結構解決最根本的問題，使生活更加美好。結構是器物賴以存在的內在骨架，外觀是器物賴以生存的外在形式。如果沒有一個合理的、科學的內在骨架作為支撐，外觀即使再華麗，也是無謂的堆砌。

2．2功能美

黑格爾說過:“美的要素可分為兩種，一種是內在的，即功能美，另一種是外在的，即功能所借以表現出意蘊和特性的東西。”［6］由此可以看出，形式與功能是對立統一的，二者你中有我，我中有你的哲學關系。木牛流馬，是具有承載功效的流動藝術品。通過《作木牛之法》、《作流馬之法》的復原結構來看，它如同其他運輸工具一樣，有著諸如平衡器、車架、車罩殼等基本的組成構件。馬的外觀形態不是單純的用來象形，它的主要功能在于水路運輸的時候，其密度小于1又是一個封閉的空間罩，足可以漂浮于水面，流馬一旦入水，“后載剋”會定位下沉，使得整車在水中形成不倒翁結構，故此流馬可以定義為兩棲車輛，也就是說流馬的結構具備水上漂的功能，結構美是功能美的前提，是功能美的實現條件，結構設計在整個造物過程當中扮演著重中之重的角色。自此諸葛亮成為水路兩棲運輸工具的開創者。這在當時的社會條件以及科技發展水平下可謂是神乎其神的。在很多普通人看來，物的美與功利來源于外在形式藝術創造，而忽略了構成此種平衡的內在因素。相傳司馬懿“夜深入敵營盜車數輛，細細鉆研良久而不得其法。”造成這種現象的主要原因就是司馬懿只注重事物的表面所呈現的狀態，而忽略了事物的內在聯系，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，不同國家因為經歷了不同的歷史軌跡等等因素，都會有其相對固定的文化心理結構。2000多年前孔子提出了“中庸”之道，簡而言之，就是適中且平和的意思，表現在日常的就是中國人的日常行為，尚文不尚武，缺乏感情沖動不走極端等等，呈現一片和平、雍容的氣象與風度。在中庸文化心里的影響下，中國人有著區別于其他民族的思考方式、道德觀、價值觀乃至審美體驗。中庸文化心理和與其衍生出的中庸之美是一脈相承的。在傳統機械制造的過程中，不同種族地域的人們的造物思想大同小異，均是服務于人的生活，可該時期所引導的思想確是形成不同風格器物建筑的重要原因。例如在男權社會，器物大多顯得渾厚粗狂，體現著陽剛之美的男性崇拜，而早期女權社會時期，器物大多顯得細膩工整，體現著統治階級的陰柔之美。設計之行業，是一種精神的轉換與寄托。中庸之美主要的構成要素有四，分別是時、度、中、和。這里主要分析當中的“度”與機械制造美的關聯。過于簡潔則是簡單，過于復雜則是累贅。使器物處在“無過無不及”的狀態，就是中庸之美最為核心的體現。在木牛流馬的造物過程當中，各個部件的銜接，穿插結構的布局，在使用過程中的損耗都應當是有相當精確的數據支持的，甚至其承重能力也應該掌握度的原則，過多會不堪重負，過少則浪費了資源。中國古代崇尚的造物思想是“天人合一。”《周禮考工記》天有時，地有氣，材有美，工有巧，合此四者，然后可以為良。”［7］，大意是制器的時機應當順應天時，適合地氣，材料優良，工藝精湛，那么所為之器物才是符合自然規律的，順應歷史發展潮流的。“多一分則過，少一分則淡”使器物呈現最為合理的狀態是為中庸之道。古代機械的造型原則有四，分別是對稱原則，協調原則，規律性原則以及適度裝飾原則。這里主要分析當中的“對稱”與機械制造美的關聯。造物思想對稱性的考慮，所謂之對稱，其要領在于掌握平衡，而這里所表述的平衡并非是將器物一分為二所得到的對等，以木牛流馬為例，流馬三角杠的設計，為解決力的對稱與平衡而生，其制動原理是在重力相等的前提條件下，物體與地面的平面摩擦力大于滾動摩擦力，由此諸葛亮成為四輪車機械制動結構的開創者。

2．4色彩美

中國古代無論從建筑還是器物上，人們都極力從自然界中尋找創造來源，隨處可見的森林樹木、石料土沙，人們可以隨性的表達自己的創作意圖。自古以來，人們總是對木材情有獨鐘，首先木材具有可再生性，木牛流馬的制作材質選用木料，最重要的一點是考慮到可以就地取材，而且加工方便，環境友好性強。木材之美是天然之美，無需過多的裝飾，最為淳樸的原色，仿佛又回歸了大自然之中。

3傳統機械角度美的由來

3．1模仿自然

模仿是最古老的藝術創作方式，遠古時期，人們對大自然崇拜從而加以模仿，師法自然，以天地萬物為師，古代的設計多半來源于自然，螺旋結構來自于龍卷風，鋸子來自于螳螂臂，輪子來源于隨風旋轉的飛蓬草，船兒來源于水中魚……一直以來，人們總是善于利用自然界的形態進行創作模仿，從而逐步改善人們的生活質量，往往以自然界為創作素材的發明發現又總是給予人們無限驚喜，這意味著模仿與回歸是造物設計的永恒主題。

3．2秩序之美

中國傳統機械設計的秩序之美體現于各個元素之間的功能和諧、結構和諧、色彩和諧、尺度和諧。機械之美，在于它合理的秩序性，“木牛流馬”的設計真正做到“牽一發而動全身”這得益于其各個關節之間的相互牽引、帶動以及力的傳送。中國傳統機械設計中的秩序之美，體現了中國式的理智與情感，在歷史的長河中，沉淀了其獨特的個性。

3．3回歸生活

人類的一切設計活動都是服務于生活，為了使生活更美好。人們在井邊打水所用到的轆轤、河邊洗衣的洗衣棒、鄉間的水車……所有這種平常而美好的畫面，都融入了祖先的智慧。當器物回歸，成為生活中不可或缺的一部分，也就成就了最美的存在。

4結論

4．1中國古代機械設計美的本質

機械設計雖然是器物文化，可他也同樣是記載了人類生活方式的物質載體，物以載道，反映了所處時代人們的價值觀念和審美觀念。作為幾千年來形成的價值觀念和造物思想，功能上人們毫無疑問的追求實用，形式上還是傾向于柔和的中庸之美。“中庸之美”源于中庸思想，這種思想一直貫穿于中國幾千年來的文明之中，當然也包括機械設計和器具設計之中，這是由社會意識形態所決定的，孔子緬懷堯舜禹的時代，老百姓在原始社會曾經擁有至純、至善、至樸、至美的美好的品德，可在很久以前卻失去了這種美德，所以提出以中庸之美為美的審美觀，從而方方面面的影響著人們的衣食住行，而由此一來形成的社會風尚、器物風格、反過來又推動社會更替與發展。如此周而復始，不斷更新充實中庸之道。中庸之美在機械設計當中的體現主要表現在合理的結構關系和為人類提供最為舒適的全方位的體驗。

4．2中庸之美的傳承

當代人們處在信息高速運轉的時代里，人們的認知與觀念時時刻刻都在發生日新月異得變化，西方的價值觀與多元化的思潮正在潛移默化的改變著我們，然而幾千年的造物思想和文化價值觀念絕不是這么容易消失的，最民族的才是最國際的，讓本民族的文化價值觀念與審美標準吸收最為先進的優秀技術與養分，融于造物之中。一經改良的造物設計的民族風格一方面是設計師對本民族優良傳統的傳承與應用，另一方面也在潛移默化的影響客戶的文化價值觀念，引領世界潮流。

參考文獻:

［1］三國志蜀書后主傳．上海古籍出版社，2002．

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［8］汪崟，寧紹強．論設計的中庸之道．桂林電子工業學院學報，2001．9．3．

［9］宗白華．美學散步．上海人民出版社，1997．

機械設計研究范文第3篇

【關鍵詞】材料設計；生產技術；產品制造；材料數據庫

在我國，隨著計劃經濟體制向市場經濟體制轉化，傳統的機械零、部件或一般常用機械產品的設計方法已經不能適應現代機械工業產品設計的需要，隨之而來的現代機械設計方法已經得到了迅速發展，形成了許多相對比較成熟的分支學科，如機械可靠性設計、防斷裂設計、抗疲勞設計、耐磨損設計、機械CAD、機械優化設計等，這些方法在實際的一些機械產品設計中得到了不同程度的應用，取得了可觀的效益。但由于受傳統設計思想的影響這些方法還沒有被廣大機械設計師普遍掌握和應用，一些新的設計思想和方法更有待于探索和發展。

1.機械設計中常見的材料設計問題

隨著人們對工業產品的使用性能、技術性能及造型款式的要求愈來愈高，需要設計人員熟悉產品設計與材料的關系，掌握各種材料的性能特點及其加工工藝，了解新型材料，從而運用設計手段，充分利用材料的內在功能和表面特征，創造出使用功能好、技術性能高、款式新穎的工業產品。傳統的機械設計方法中，材料設計實際上僅僅是“材料選擇設計”，而這些材料的選擇設計過程中，往往也是根據以往設計人員的經驗，即設計手冊中提供的參考資料或數據來進行的，而這些參考數據常常僅是在一定的標準試驗條件下得到的實驗數據。這樣的材料設計方法，有幾個方面的缺點：（1）由于使用條件與實驗條件的差異，標準試驗過程本身的不確定性等，根據參考資料和數據選擇材料生產出的機械產品在使用過程中常常會發現不合適，某些零部件材料或者因為僅能很好滿足整機使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某個方面的性能特點產生了對整機其它方面性能的不良影響而致使整個機械產品性能達不到要求，甚至報廢；（2）現在工程材料研究發展很快，特別是一些材料加工方法、工藝的改進和發展，使得原有材料可以達到更高的性能要求，發揮更大、更好的作用。但是這些新材料、新方法、新工藝不可能在短期內編入設計手冊，有些內容甚至會滯后十年或幾十年，這與當今社會發展對新產品更新速度的要求顯然是不適應的，影響產品的競爭力或生命力。

2.材料設計案例分析

2.1輪-軌耐磨性設計

在鐵路的多曲路段，機車輪緣磨損嚴重，它不僅造成極大的經濟損失，而且會危害行車安全。機務部門急迫地需要解決這一問題。從工程摩擦學角度看，輪-軌是一對摩擦副，是一個系統的兩個元素，研究其耐磨性問題，應該從整個系統出發，考慮雙方的材料最佳配對，以達到使用壽命的最長值。經理論分析計算、大量的實驗室試驗和機車實際運行試驗，得到了輪—軌硬度匹配最佳值，可以使機車輪的壽命在不影響鋼軌壽命的情況下，提高2～3倍。這種方法是在不改變現有的路軌和機車輪材料的前提下，用一種常規熱處理工藝改變其嚴重磨損區的局部材質，提高產品的實用性與經濟性。

2.2硬質合金鋼刀具耐磨損設計

用深冷處理技術延長機械零件的使用壽命是一種很有效的方法。對多個廠家生產的硬質合金刀具進行深冷處理后實際使用，結果表明經深冷處理的刀具壽命延長數倍。但個別個體廠家生產的刀具，實驗結果則不穩定，有的好，有的差，有的甚至不能使用。這說明：對同一類產品，用同樣的方法改變材料性能，結果可能相差很大，這不能說明該方法本身不行，而是還有一個材料本身的均勻性、穩定性以及如何與不同材料結合的問題，即如何改變工藝參數以適應材料本身的差異問題。

2.3汽車制動襯片設計

我國汽車用制動襯片目前有不少生產廠家，但正規的大汽車廠主要還是用進口產品或中外合資廠生產的產品。國產件在質量穩定性、壽命等方面明顯缺乏競爭力，特別是一些個體廠家生產的產品質量根本沒有保障，有些產品甚至連最基本的性能指標如摩擦系數都達不到標準，特別是熱衰退性能差，制動過程常導致失效。其原因還是大部分廠家缺乏必要的技術力量，只是簡單地完成配方材料混合、燒結和壓制等工藝過程，至于整個生產過程的各種工藝參數的系統研究，不同車型材料配方的深入研究，特別是摩擦襯片和鼓（盤）的配對問題，則沒有進行研究。這些是目前我國汽車用制動襯片質量穩定性問題無法根本解決的主要原因。

2.4自動裝料裝置的七連桿機構設計

自動裝料裝置的設計，可采用七連桿機構，該機構整個懸掛于機架上，在原理方案正確的情況下，連桿材料的設計成為關鍵問題，因為連桿的鉸鏈是整個部件材料最薄弱的部分，既要有足夠的強度，還應有良好的耐磨性和抗沖擊性能，進口設備中該部分材料是采用高性能塑料，銷孔用鋼套。由于當時很難買到這種進口材料，而且較貴，就考慮用鑄鋁件替代，加大鉸鏈處的尺寸以保證強度。這樣設計的鑄鋁連桿，加工時出現了問題，由于連桿形狀較復雜，鑄件材質嚴重不均，加工鉸鏈孔時有時發生折斷現象。加工完成后，裝機試用，又出現了問題：（1）由于鑄鋁件的重量比塑料件大得多，運動速度較快時，起、停慣性大，對整個機架造成較大的沖擊振動；（2）試用一段時間后有些連桿的鉸鏈發生斷裂現象，這除了因為它本身沖擊振動外，還因為鑄鋁件的彈塑性遠不如塑料件。后來，購買了進口高性能塑料，制造成的連桿，上述問題全部解決了。盡管進口塑料單位價格稍貴些，但重量輕、用量少，總費用并不很大。以上情況說明機械零、部件材料的性能不僅影響其本身的功能，而且對機器整體功能有時會造成嚴重影響。

3.機械設計中新的材料設計理念與方法

以上案例分析進一步說明，機械設計中材料設計問題已經愈顯突出，傳統的材料設計方法亟待改進。在機械產品設計過程中，機械零部件的材料設計應從系統論思想和功能論思想出發，不僅要考慮滿足各零、部件的性能要求即滿足整機的各分功能要求，還應考慮各零、部件對整機性能或者其它零件分功能的影響。

3.1進行材料設計功能分析時應包括的內容

進行材料設計功能分析時，應包括三個方面的內容：（1）確定技術上的功能應達到的程度，它用產品技術性能參數來表示；（2）對功能成本作出分析，以便在實現同一功能的各種途徑中找出成本低、功能好的材料設計方案；（3）進行可靠性定量及定性的分析，在對產品功能的定性和定量的綜合分析之后，就可能制定出相對優化的材料設計方案，為整個產品設計工作打下堅實的基礎。

3.2現代機械設計的改進措施

從傳統的機械設計材料設計方法向現代機械設計材料設計方法發展有以下幾個方面：

3.2.1設計思想上應樹立系統觀和功能觀

工程上沒有絕對好或絕對不好的材料，亦即不能以某種材料的某種性能或幾種性能來評定它是絕對好或差的材料，材料設計時只能是尋求最適合的材料。全面考慮機械零、部件材料的子系統功能和整體系統功能，也就是說，設計時不僅要考慮某種材料是否適合做某種零件，還應考慮它在整臺機器中是否合適，對其價格的評估也是如此。案例2.4節說明了這一點。

3.2.2應改進現有的一些重要的或關鍵的機械部件的研制和生產方法

即應把該部件作為一個子系統來進行設計和研究，尤其是摩擦學系統部件。案例2.1節和2.2節是典型實例。傳統方法，把系統的元素作為獨立零部件各自進行設計研究，無法滿足或保證整個子系統的系統功能，特別是高速、重載的零、部件會產生許多功能（下轉第198頁）（上接第56頁）附作用，如高溫引起的機械性能變化，高速引起的附加動載荷等。

3.2.3建立基于INTERNET的機械設計材料庫

鑒于前文2提出的傳統的材料設計方法即“查手冊設計法”的不足，作者認為，應盡快建立基于INTERNET的動態的機械工程材料庫。換言之，在INTERNET上建立獨立的《機械工程材料庫》網頁及數據庫，該數據庫內容不僅涵蓋傳統機械零部件常用材料，而且包括用戶材料庫，即由機械工程材料有關生產廠家或有關經營部門直接訪問網站，隨時添加國內外最新研制的新機械工程材料的有關資料數據。項目包括材料的機械性能和物理化學性能（如強度、硬度、韌性、比重、導熱性、耐腐蝕性等）、價格、廠家、供貨途徑等。這樣的材料庫不僅可以滿足現代機械設計高效、快速、合理、經濟的要求，而且可以與CAD/CAM/CAE、并行設計、即時技術等現代先進制造技術相適應。

機械設計研究范文第4篇

關鍵詞：虛擬樣機；機械設計；動力學；機械系統

之前，機械設計都必須在現場才能夠完成樣機試驗，所以，應用這樣的設計方法將會消耗更多的時間和大量的資金，而且設計效果也不會很好。但是，在機械設計的過程中，應用虛擬樣機技術能夠在設計階段全面分析好機械系統的特征。這樣就能在制造樣機之前處理好原本的設計問題，并且還可以減少資金的投入，節約更多的時間，提高機械設計的整體效率。由此可知，有關人員只有深入研究基于虛擬樣機的機械設計方法，才能夠設計出更好的機械產品。

1優化機械設計分析

在整個機械設計的過程中，設計者結束設計的基本工作后，一般需要采取某些有效的措施優化設計。針對當前的實際狀況，在優化機械設計的過程中，常見的問題是求取目標函數的最大值。在滿足控制變量的變化范圍和設計條件的情況下，設計者能夠根據選擇設計變量和分析函數來優化機械設計。但是，通過計算機所具有的強大計算功能，利用設計變量改變再迭代求解的方法來仿真機械設計，這樣就能夠求取目標函數的最優值。總而言之，在每一次仿真的過程中，只需要改變其中一個模型的設計變量，并且觀察仿真的結果，就能夠獲得物理量設定的最優解。

2聯合設計控制系統和機械系統

在之前很長的一段時間中，設計者經常需要測試、設計控制系統和機械系統。但是，控制系統與機械系統之間不存在任何聯系，而是兩個相互獨立的個體。因此，在聯合控制系統和機械系統以后，設計效果很難達到預期要求。針對當前的實際狀況，能夠通過機構控制一體化虛擬樣機技術來實現聯合機械系統和控制系統。這樣，要獲取更好的設計效果就非常簡單。在設計思路方面，聯合仿真設計實質上是借助動力學、運動學仿真軟件，創建與機械系統設計同樣含有控制目標的動畫、動力學模型和三維實體模型。另外，在這樣的設計基礎之上，其基本條件就是得到相應的電機模型和控制算法。

3機械系統所含有的有限元分析

機械系統所含有的有限元實質上是指一種現代化用作分析結構件的動態特性、結構強度的設計方法。由于有限元法有很好的通用性，能夠隨意用在任何的力學問題中，所以，有限元法在整個機械設計的過程中都得到了非常廣泛的使用。另外，有限元法屬于比較可靠的一種計算方法，通過有限元法能夠得知邊界條件和機械結構形狀。由此可知，有限元法相對于虛擬樣機而言，是一種不能夠缺少的工具。

4機械系統的三維建模

如果要在機械系統設計時實現虛擬樣機，先要創建出三維實體的機械系統模型。針對當前的實際情況，在創建三維實體的機械系統模型時，要處理好建立系統的復雜約束關系和創建外形復雜的零件模型這兩個主要問題。一般情況下，使用CAD軟件能夠妥善處理好系統的復雜約束關系和創建外形復雜的零件模型這兩個主要問題。對于二維CAD而言，市面上主流的三維CAD軟件可以更好地表達出產品的生產管理和技術信息。由此可知，在創建機械系統模型的過程中，有效應用三維CAD軟件具有十分重要的意義，同時，三維CAD軟件也將在整個建模過程中發揮十分重要的作用。在創建機械系統中的各零部件模型時，設計者可以使用CAD軟件，并且有效地應用實體造型技術和變量化設計技術。在完成機械系統中的各零部件模型后，還應該采取某些措施連接好各個零件的模型。這樣，有助于實現物體的相對運動。在添加約束副的過程中，應該要確保實際情況與模型符合。這樣做，主要是為了確保實際產品與模型的密度、材質、結構細節等內容一致，進而提高建模的準確度。現在，大部分的CAD軟件都具有運動/運動學插件功能，它能夠通過關系裝配之后再將其映射在約束關系上，有助于實現機械運動的模擬。

5機械系統的靜力學計算和動力學仿真

在創建了機械系統模型后，可以使用動力學仿真方法將物理樣機實驗試驗替換掉，實質上是指在計算機環境下完成物理樣機的數據采集和動作實驗。而在機械系統動力學仿真的過程中，仿真的準確性將會受到驅動參數、三維模型和實際產品相似程度的直接影響。同時，動力學仿真方法的有效應用是為了更好地計算輸出扭矩和驅動系統功率，以及選擇傳動系統的類型。另外，動力學仿真方法的有效應用，計算、校核部件的運動慣性力和結構強度，能夠完成驅動控制系統的設計。

6結束語

綜上所述，在實際工作中，應用基于虛擬樣機的機械設計方法，能夠在短時間內幫助設計人員設計出具有優異性能的產品。同時，設計者利用基于虛擬樣機的機械設計方法，在虛擬的環境中能夠更加形象、直觀地實現產品的性能測試和設計優化。設計者針對參考虛擬環境所獲得的計算結果，能夠根據其自身積累的設計經驗來設計機械的系統。這樣能夠有效提高設計系統的質量，同時，還能夠減少設計系統時出現的設計錯誤。

作者:許慈 單位:康尼機電股份有限公司

參考文獻:

［1］陳佳佳.基于虛擬樣機的機械設計方法研究［J］.科海故事博覽•科技探索，2014，12（22）：264-265.

［2］張鳴，任建平，毛鴻偉.基于虛擬樣機的機械設計方法［J］.機械科學與技術，2016，23（11）：149-150.

機械設計研究范文第5篇

關鍵詞：機械設計 教學內容 學習興趣 課程設計

機械設計是機械及相關專業一門重要的技術基礎課，具有很強的綜合性和實踐性。在課程的學習過程中，需要綜合運用多門先修課程中有關的知識與技能，教材中涉及的公式、圖線、表格、數據眾多，各章節之間沒有明顯的邏輯關系，從宏觀上看，缺乏系統性和規律性。而且，在研究該課程的相關問題時，思維活動往往需要沿多條線路交錯進行：既要分析機構的工作原理、運動情況、零件的載荷狀態，還要探討如何選材、如何保證良好的工藝性及經濟性等相關問題，設計者還要考慮到從設計到制造、使用及維護等方方面面的環節，十分復雜。學生在進行設計計算時，設計參數選擇的靈活性很大，設計結果不是唯一，評價設計結果的標準也不能簡單的用“對”或“錯”來衡量。這些特點都使得初學者難以適應，也給教學者帶來了很大的困擾。為此，我將日常教學中的做法及想法做了如下總結，以求探索更好的教學方式來提高學生的綜合設計能力。

一、教學內容更加合理和具有針對性

機械設計是既注重理論又非常注重實踐的一門課程。但是，對于不同的辦學層次有著不同的要求。高職教育突出的是應用型教育，因此，在課程內容的設置上要難易適中，結合實際，實用夠用。在保證知識結構系統性和完整性的前提下，盡量縮減理論推導，把抽象的知識直觀化。如對一些繁難的公式會用就行，不必深究。在傳授基本知識的基礎上，適當引入新知識，在課堂上增加一些現代設計方法的基本概念和基本方法的傳授。如在結構設計的內容中穿插三維造型設計；在典型零件的規范化設計中運用計算機輔助設計來實現等。一些具有可比性的零部件可以合并講授，例如滑動軸承和滾動軸承，螺紋聯接和鍵聯接，直齒輪設計和斜齒輪的設計等。

針對機械設計內容多、雜、散的特點，采用“主線式”教學，即：

介紹類型結構及特點工作情況分析失效形式及原因受力和應力分析確立設計準則選擇材料及熱處理方式設計計算結構設計繪制工作圖等，讓學生在設計不同對象時掌握一些共通的設計方法和步驟。

二、采用啟發式教學，培養學生的學習興趣和創新能力

興趣是一種主觀能動性的體現，有了興趣就有了想認知和進一步認知的動力，只有充分挖掘出學生學習中的主動性，才能真正使之全面而透徹的掌握機械設計這門課程。傳統中平鋪直敘、滿堂灌的教學方式已經落伍，應將教學過程組織成創設矛盾和充滿討論的過程，通過一定的由淺入深的問題激發矛盾，推動思維活動的展開，把學習的外向動機向內向動機轉移，變學生的客體地位為主體地位，對一些知識點通過一系列的提問和啟發，讓學生利用已掌握的知識自己去尋求答案，對他們得到的結論給以積極而客觀的評價，把他們從自己得出的結論引向實際，進而繼續發現問題并解決問題。這樣，在培養學生的理論水平的同時也加強了他們的素質教育，提高了他們的自學能力，使得他們有了創新的渴求。創新是高科技發展的動力和源泉，是一個民族進步的靈魂，也是我國21世紀人才培養的核心目標，在機械設計課程中可以增加機械零件認知實驗、機械性能實驗和機械創新實驗，加強學生的動手能力，學校可以定期將實驗室開放，讓同學們自己選擇儀器、自主對實驗項目進行改進、設計等。

三、教學手段多樣化、現代化

課堂教學中充分利用實物模型、掛圖和多媒體等教學手段，課堂外可以采用現場教學、實地參觀等多種教學手段，多角度、多方位地培養學生。計算機多媒體技術聲畫并茂，圖文交互，包含大量的信息；對同一個內容的處理可以采用語言、音樂、圖片、動畫等不同的方式呈現并有機結合在一起；能夠充分發揮多種感官功能，減少學習抽象概念的困難，大大提高了教學效率。如每一章的概述都會介紹各種傳動機構或通用零件的類型、特點及應用，如果單純用語言描述，枯燥又抽象。如果能制作成動畫或截取一些實物的影象資料，就會使內容簡練而生動。當然這離不開好的課件，課件要與課堂充分結合在一起，要把知識點和教學環節有機的進行結合，提高課件的交互性。但是機械設計課程涉及的內容繁雜，特點不一，也不能單純用多媒體，老師講解加板書對于一些復雜的推導可能給學生留出了更多的思考空間和時間，邏輯上更清晰一些。另外，現場教學也應引起重視，通過現場案例教學，可以提高學生的學習熱情減少他們的精神壓力，減少理論和實際的脫節，如果能進行一些簡單的拆裝或機器的操作就能起到事半功倍的成效。

四、改革課程設計

課程設計是機械設計教學的最后一個環節，其基本目標是培養學生綜合運用基礎理論知識的能力，工程分析能力和運用資料等基本設計能力，同時，也是對整個課程學習成果的檢驗。

目前，我們課程設計的題目仍然采用的是一級減速器的設計，由于資料不齊全，學生基本上是在經過大量的計算，翻手冊之后，就照葫蘆畫瓢了。設計題目太過陳舊，跟不上時展，易使學生墨守成規。對此，其改進措施是：針對一些基礎薄弱的同學可以繼續選擇做減速器的設計或減速器結構的優化設計；而針對一些基礎好的同學，可以讓學生選擇一些老師自己以前的科研課題的一部分加以改進；或讓學生自己找感興趣的課題由老師加以指導來加強創新能力和工程實踐能力的培養。

在內容上，還可以將原來的機械原理和機械零件的課程設計合在一起進行，要求學生從總體方案設計到零部件結構設計一起完成，使設計更系統，完整，為鼓勵學生創新，我們可向學生提供多個設計方案參與，學生也可提出自己更合理的設計方案。

對于結構設計，不給學生過多的限制，而應充分發揮學生的想象力和創造性，為了解決學生對機械結構知識普遍缺乏的問題，讓學生在設計前參觀機械傳動陳列室和實訓中心，對學生進行結構設計有所啟發。

對于學生中普遍存在的工藝知識和公差知識的缺乏，應結合課程設計實際進行必要的講解和補充，使學生通過設計全面掌握和鞏固機械設計的相關知識。在課程設計中我們還可以嘗試用課程設計CAI課件來指導學生進行設計，提高學生的積極性，另外，我們還積極鼓勵學生利用CAD軟件在計算機上進行設計，使學生通過課程設計來掌握現代化的設計手段和方法。

五、結束語

機械設計教學方法還需要不斷地改革，才能更適應高職教育培養高級應用型人才的需求。這是一個系統工程，涉及課程教學環節上的綜合配套。只有不斷地實踐，才能找到更加合適和有效的方法，我們應該朝著這個目標不斷地努力。

參考文獻：

[1]趙亮培.計算機多媒體技術在“機械設計”教學中的應用.中國職業技術教育，2004.