机械设计方案范文篇1

一、自动化技术创新在机械设计中的应用

不断的将机械产品的创新能力优化与提高，与国家、机械领域的企业单位发展与生存有着密切的联系。在美国，相关的机械工程的设计委员会制定了2005年到2030年的有限资助计划领域中，将机械创新设计作为重要的资助之一；另外，机械个性化的发展趋势以及机械市场的复杂多变也要求了企业需要在机械设计当中不断的更新、设计，迎合市场的需要，而自动化技术创新的运用是确保企业能够在第一时间内研发出迎合市场需求的产品的有利武器。因此，对于21世纪的机械工程设计学科来说，创新性与快速性就成为企业是否能够适应市场需要、社会发展的关键所在。在机械产品概念设计的初期阶段，也就是原理方案的设计当中决定了产品是否具备创新性。

对于机械产品的设计概念来说，主要是设计到了人们的创新思维，也可以看成为人脑抽象与形象思维综合运用的一种结果。当然也受到了人们创新思维以及知识积累的局限。人们进行机械创新设计时，具有很大的随机性，并不能够确保想要的设计，同时兼具创新性的方案能够在一定的时间段之内得出。因此，想要在第一时间内设计出满足市场需求、能够占据市场的产品，存在一定的困难局限性，也是不太现实的问题，因此，在机械产品的创新迅速实现过程中，基于计算机化的创新就是非常有效的方法之一。

从广义的机构学的教学来看，对于机电一体化系统（包含了机、电、液与控制等等），都可以将其看成为两个组成部分——广义的传动机构与传动载体。而对于创新机电一体化系统的方案，就在于创新广义机构。因此，笔者在本文当中针对机械设计当中自动化技术创新的运用提出了一套机械系统创新设计以及自动化的方案（基于三维平台，以下所述都是基于三维平台）。

二、机械设计与自动化体系

对于上述中的复杂机械系统进行创新设计以及对于机械相应的自动化系统的组成方面，主要是以下：两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、在计算机化方法当中适合于机械系统创新设计当中较为复杂的方案；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行仿真、建模以及装配。而快速与创新则是其最大优点。

对于初期机械设计概念的这一阶段放纵，主要通过自动化系统为创新设计提供两套方案：其一，基于机械设计的基本规则而采用的创新设计方案；其二，创新方案的功能改良分解以及重组。考虑到这两种系统设计在方案的产生原理上都是采用的符号形式将最终的方案列出。而对于机械概念设计的初期阶段的使用符号的方案，机械自动化则会将方案进一步的分解成为机构的基本形式以及相互的连接这两个方面。在进行识别基本的机构方法选取上可以考虑到进行运动分析，从而将内部各个构件运动时所产生的分析数据展示出来。为了将开发机械产品的速度进一步提高，就能够使用面向对象的技术来进行基本机构的设计。然后，三维平台进行的二次开发，在采用的措施当中选择特征控制参数、数据库驱动等等，对于整体的基本机构三维造型设计，能够使用少量特征控制参数对其进行驱动。能够良好的解决基本机构虚拟建模的问题。

在机械领域当中，对于刚度、美学的等方面都有着很高的要求，因此为了满足机械运动刚度以及美学，可以最优的布局算法能够考虑到基本机构所占据的空间以及连接关系，从而基本机构在空间当中的位置进行确定，从而可以将机械系统空间限制到最小的占有空间。对于装配方案“后台预置”的借用，对于基本机构的运动分析数据以及布局结构的参照，则能够在特定的布局空间当中放置好虚拟的模型。连续的变化驱动构件的位置，在概念设计当中使用符号方案的设计，就能够得到其三维虚拟样机（复杂机械系统）。

机械设计方案范文篇2

关键词机械制造；中高职衔接；教学标准；人才培养方案

中图分类号G710文献标识码A文章编号1008-3219（2016）29-0013-04

一、机械制造专业中高职衔接人才培养方案设计背景及流程

中高职衔接既拓展了高职的生源渠道，又提供了适合中职毕业生的上升通道，同时为社会经济发展培养了大批高素质技能型人才，是构建现代职业教育体系的重要组成部分。广东省2010年试点对口自主招生“中高职三二分段”衔接政策，东莞职业技术学院机械制造与自动化专业成为广东省首批中高职衔接三二分段试点专业，近年来为珠三角地区培养了超过600名机械制造类中高职衔接毕业生。

在中高职衔接培养工作取得一定成效的同时，也必须重视中高职衔接存在的问题：一是专业契合度差，专业设置衔接困难，目前中高职专业设置口径宽窄不一，并没有根据职业、行业、产业的实际情况设置，降低了中高职相近专业的相容性和衔接性；二是课程内容重复或断层，专业课程没有相互对应，课程内容虽有所区分，但有40%左右的重复率，且知识和技能没有由浅入深，导致课程体系衔接失效；三是就业岗位职业标准界定不清，职业能力衔接模糊[1]。

针对以上问题，本课题组以机械制造专业为例，制定该专业中高职衔接教学标准并作为依据，结合珠三角地区制造类企业分布情况和中职学生的特点，完成机械专业中高职衔接人才培养方案的制定。具体流程如图1所示。

二、机械制造类专业的需求和供给调研

供需调研是专业标准制定的第一步。职业教育以就业为导向，专业标准的制定需要重视市场需求。通过调研所确定的职业发展路径和要求，是确定职业教育目标定位、开展专业建设的重要依据。本课题组通过查阅人才市场资料、企业访谈、问卷调查等方式完成调研，并对数据进行分析统计。

广东省机械制造类专业的人才需求约为62万人，其中，高职生年需求接近13万人，中职生年需求约48万人，但省内每年相关专业的高职毕业生不足3000人，供需比严重失衡。调查发现，企业需求集中在三大岗位：一是操作岗（主要是机床操作人员）；二是设计岗（主要是高技能人才，包括设计人员、编程员、工艺员等）；三是管理岗（包括品质检测、生产管理等）。岗位需求分析如表1所示，各岗位的职业生涯发展路径具体如图2所示。

三、机械制造类职业能力分析

职业能力是职业教育的人才培养目标，职业能力分析是课程体系构建的前提。本课题组在调研机械制造专业对应的岗位群、工作项目、工作任务和相关职业生涯发展路径的基础上，参照劳动和社会保障部培训就业司、职业技能鉴定中心颁布的《国家职业标准汇编》[2]，依托行业企业专家和专业指导委员会，充分借鉴国内外职业能力分析方法，最终形成机械制造相关职业能力分析表。本文以操作岗位的主要工作项目之一“数控车削”列举说明，具体如表2所示。

四、机械制造专业课程体系构建

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2022年）》指出，要建立健全职业教育课程衔接体系[3]。中高职课程体系的构建应由高职院校主导，在统一标准的基础上，按照分级培B的理念，以职业能力为核心，明确各层级教育的培养目标和教学内容，构建一体化的课程体系，实现中高职课程衔接[4]。依据“机械制造相关职业能力分析表”中各岗位职业能力层级的划分，明确中职的课程教学主要培养第1、2层级的职业能力，高职的课程教学则主要培养第3、4层级的职业能力。

课程体系的衔接是中高职衔接的核心，本课题组联合行业协会、专业指导委员会，以能力培养为目标，将工作领域的职业能力要求转化为学习领域的课程，将职业能力培养落实到课程建设中。明确中高职机械专业人才培养目标边界，依据中职、高职职业能力层级的标准，以及知识、技能学习由浅入深的原则，将中高职相关课程对接起来，系统构建基于工作过程的中高职衔接课程体系，使中职课程的学习既能达到学生的就业标准，又能满足学生升入高职的条件，而高职课程的设置则是中职课程的递进[5]，具体如图3所示。

五、机械制造专业标准制定和人才培养方案设计

（一）专业核心课程标准

课程标准是专业教学标准和教学组织实施的基础，是课程内容、教学评价及教材开发的依据[6]。专业核心课程旨在培养学生相关专业领域各岗位所需的职业能力，专业核心课程标准的有效衔接则是构建中高职衔接课程体系的关键。

课题组在专业调研、职业能力分析的基础上，将职业能力向课程转化，明确区分中高职对职业能力层级的要求，对课程内容重新整合与序化，从课程目标、课程内容、教学方法、教学评价等分析，编制出机械制造专业核心课程标准，确保中高职课程标准的衔接，具体如图4所示。

以数控加工为例，中职阶段对应课程为《数控机床操作》，培养学生数控机床基本操作与保养、数控加工工艺、数控手工编程、零件的数控加工等单一、通用技能；高职阶段对应课程为《数控高级编程与加工》，在巩固中职所学知识的基础上，培养学生使用UG等CAM软件进行3轴、多轴自动编程和相应零件加工等复杂、综合技能。核心专业课程的教学方法要突出“做中教，做中学”，重点强化理论与实践一体；教学评价方面，在“校中厂”、“厂中校”的基础上，吸收行业企业参与，将职业技能考证与课程考核评价结合、过程评价和最终考核评价结合、教师评价与学生评价结合，实施多元化的教学评价。

（二）专业教学标准

专业教学标准是规范专业建设和开展专业教学的基础，为确定培养目标、人才培养规格、课程结构、教学实施、教学管理、课程开发等提供了基本依据。依据供需调研、职业能力分析、课程体系构建及专业核心课程标准制定，高职机械专业教学团队依托行业企业专家、东莞机电职教联盟、机械制造专业指导委员会，与中职对口机械专业教学团队共同开展机械制造专业教学标准的制定，重点把握专业的就业领域、目标岗位、职业能力、学生的职业发展和中高职对应层级五个关键要素，保证中高职专业教学标准的有效衔接。将中职和高职学段合并到中高职衔接专业教学标准中，有助于直观了解不同学段专业教学标准的区分和接，教学标准框架具体如图5所示。

（三）人才培养方案设计

专业教学标准是人才培养方案的顶层设计，对专业人才培养方案的设计起指导作用，人才培养方案的制定必须以专业教学标准为基础。首先，将人才方案中的专业名称、培养目标、培养规格、课程体系等与专业标准从形式上一一对接；其次，充分结合珠三角地区尤其是东莞地区制造行业的岗位需求分析，针对中高职衔接专业学生技能水平较强而理论学习能力较差的情况，选择模具制造作为机械制造中高职衔接的专业方向，将课程体系中的专业核心课程向模具制造方向调整，实现课程内容与专业教学标准的对接；最后，确定与中高职阶段能力层级相匹配的模具制造行业职业资格证书，完成中高职衔接机械制造专业人才培养方案设计。

（东莞职业技术学院教改重点项目“机械制造与自动化专业中高职衔接人才培养方案的优化与实践”，编号：JGZD201635，主持人：孟鑫沛）

参考文献

[1]李龙根，杨福祥，孟鑫沛.机械制造专业中高职职业能力与课程体系衔接模型构建[J].职业技术教育，2015（14）：27-29.

[2]劳动和社会保障部培训就业司、职业技能鉴定中心.国家职业标准汇编（第一分册）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2003：3-96.

[3]徐国庆，石伟平.中高职衔接的课程论研究[J].教育研究，2012（5）：69-73.

[4]李海东，杜怡萍.中高职衔接标准建设新视野：从需求到供给[M].广州：广东高等教育出版社，2014：14.

机械设计方案范文篇3

关键词：机械制造；加工工艺合理化；机械设计制造

在我国机械制造业发展中，加工工艺合理化的机械设计工作较为重要，相关部门需要制定合理的设计方案，明确各个部门的设计职责，利用创新与研发的方式开展相关管理工作，提升机械制造质量与经济效益。

一、机械设计制造特征分析

机械制造，主要就是利用人工方式将半成品与原材料加工成为机械产品。在机械制造之前，需要做好准备工作，主要包括：原材料采购工作、运输工作与储存工作，需要科学设计零部件的使用方式。在机械制造期间，需要对各类产品进行调适，明确零部件的尺寸与规格等。要求施工人员按照相关流程开展机械制造工作，提升产品的生产质量，保证可以达到相关规定。

首先，我国在机械制造期间，整体技术有所创新取得了良好的开发成效，可以有效提升机械制造业的工作效率。机械制造业已经开始应用先进的技术，可以逐渐提升产品的设计效能，例如：应用计算机辅助设计工具，加强设计力度，提升设计准确性与可靠性。目前，在我国机械设计工作中，已经开始应用智能化设计技术，提升设计工作先进性，改变传统的设计方式与生产方式[1]。

其次，设计者可以将各类要素融合在一起，在传统设计模式的基础上，提升机械产品的性能，增强其环保性，避免出现能源浪费的现象，提升企业的经济效益。在机械制造业中，设计工艺不断完善，设计者可以将先进工艺与技术融合在一起，逐渐提升设计方案的可行性与先进性，提高设计质量[2]。

最后，在社会发展的过程中，机械设计方式有所创新，设计者可以根据社会发展需求与特征，全面开展设计工作，制定个性化设计方案，提升设计图纸的实用性与专业性。在机械设制造业设计工作合理性的情况下，可以有效增加零部件与产品的销售价值，拓宽市场销售渠道，提升自身工作质量，满足其实际发展需求，保证可以增强机械制造业的经济效益，提升其竞争能力[2]。

二、机械设计制造工作要点分析

在我国机械制造业实际发展期间，需要制定完善的设计制造方案，明确工作要点，遵循相关原则，提升机械设计制造工作质量。一方面，需要重视各类要点，及时发现衔接点存在的设计问题，采取有效措施对其进行处理。对于设计方案而言，需要提升设计方案的可控性，优化其运行体系，使其可以全面应用在机械生产活动中，满足其发展需求。另一方面，在机械制造业生产期间，需要做好管理工作，明确工艺技术的应用要求，制定完善的工艺管理方案，发挥现代化设计工艺的应用作用。另外，需要设计者将国内外先进技术融入设计方案，逐渐提升设计工作成效，发挥先进技术的应用作用，达到预期的设计目的[3]。

三、机械制造加工工艺合理化机械设计制造措施

机械制造业在实际发展期间，需要保证机械设计制造的合理性，提升工艺技术应用质量，使机械制造生产工作质量有所提升。具体措施包括以下几点：

（一）提升机械制造精确度

设计者需要保证机械制造的精确度，减少其中存在的误差现象，提升生产制造工作质量。首先，需要减少机械设计中的误差，做好设计方案与设计图纸的审核工作，避免出现偏差问题，提升设计方案的优化性，并对机械构建性能进行控制，逐渐增强设计工作质量。其次，相关部门需要做好机械构件加工质量管理工作，对加工夹具进行控制，按照相关规定提升加工模具的应用质量，科学选择加工工艺，明确机械加工尺寸与规格，提升其工作质量。最后，需要全面分析误差问题原因，从根本上预防此类问题[4]。

（二）提升制造标准性

在机械设计制造中，需要保证其标准性满足相关规定。首先，需要明确相关标准，完善生产结构与内容。在实际生产期间需要按照相关规定开展加工工作，在批量化生产的情况下，提升机械设计制造效率，提高企业的经济效益。其次，相关部门需要对机械模具的记忆性能进行控制，以便于开展机械设计者制造工作，提升产品的加工质量[5]。

（三）提高外观美观性

在机械设计制造期间，需要保证产品外观的美观程度符合相关要求，逐渐提升其生产成效，满足社会对于机械制造产品的需求。

第一，需要合理布置各类加工工具，在一定程度上，减少对于机械设备生产质量的影响，做好管理工作，提升外观美观程度，发挥技术的应用作用。设计者与制造者需要全面考虑模具的控制工作，在提升加工准确性基础上，提升外观的美观程度。

第二，需要对机械液体进行科学布置，保证模具衔接的合理性与科学性，提升机械设计制造工作质量，在一定程度上，可以优化其外观形象。

（四）提升制造可持续性

机械制造业在机械设计制造期间，需要提升制造工作的可持续性，利用持续制造方式对其进行处理，提升产品的加工质量。首先，需要树立正确的可持续制造观念，引导操作人员产生初步认知，使其可以积极应用先进的设计工艺与加工工艺。其次，需要创建良好的制造环境，制定针对性的管控方案，为机械设计可持续制造活动创建良好空间，生产绿色产品。最后，需要做好建模工作，在绿色设计的情况下，应用环保原材料，减少各类能源浪费问题，逐渐提升机械设计制造工作质量，提高其环保性能与加工水平。

结语：

在我国机械制造业实际发展中，需要做好机械设计制造工作，积极引进国内外先进的设计工艺，树立绿色设计观念，应用现代化节能环保原材料开展生产工作，满足其实际发展需求，建设高素质人才队伍，加大培训力度，使其掌握先进设计技能，提升机械设计制造水平。

参考文献：

[1]孙昊楠.基于机械设计制造加工工艺合理化的C械设计制造的分析[J].建筑工程技术与设计，2016（25）：1697.

[2]朱晓丽.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].硅谷，2014（11）：200-200，48.

[3]范伟强.基于机械制造加工工艺合理化的机械设计制造探讨[J].科技展望，2016，26（22）：65-65.

机械设计方案范文1篇4

关键词：机械设计；自动化技术；应用

自动化技术在机械设计领域的应用时大势所趋，二者的结合能够提升机械设计及制造水平。自动化技术在机械设计中的应用能够提升设计效率、工作质量，同时有利于节约资源成本和改善机械使用情况。基于以上，本文简要探讨了机械设计中自动化技术的具体应用。

一、自动化技术在机械设计中应用的必要性分析

机械设计指的是在了解机械加工设备材料、原理及形状尺寸等信息的基础上，对信息进行构思、分析和计算的整个过程和设计成果，其是机械制造的重要依据，直接关系到机械制造水平。自动化技术在机械设计中的应用是十分必要的，具体体现在以下几个方面：

（一）提升工作质量

自动化技术能够提升机械设计的精准性与高效性，从而提升机械生产工作质量。具体来说，自动化技术能够实现机械设计中的测量指标和评价指标的定量化处理，转变为定量指标，有效降低误差。此外，在传统机械设计及制造中，人工操作不仅容易产生误差，还容易出现安全事故，自动化技术的应用则能够有效解决这个问题，有效控制相关参数，降低人工失误率。

（二）约资源成本

传统机械设计属于粗放式设计，资源浪费问题严重，自动化技术的应用则能够提升机械设计的精细化水平，提升资源利用效率，改善材料适应性，这对于降低资源损耗，节约资源成本等方面有着重要的作用。

（三）改善机械使用情况

自动化技术在机械设计中的应用能够实时监控机械运行数据，通过数据分析和整合来开展机械维护工作，通过对数据的监控和分析还能够及时发现机械设备生产中出现的问题，通过数字化比对来为工作人员对设备的维护判断提供依据，改善机械使用情况，保证机械处于优良的工作状态。

二、自动化技术在机械设计中的具体应用

（一）集成系统的应用

集成系统指的是计算机综合设计制造系统，其在机械设计中有着重要的应用，不仅能够缩短研发周期，还能够剔除重复设计环节，从而避免资源浪费。在集成系统出现和应用前，机械设计也应用了测试技术、质控软件及辅助设计软件等计算机辅助技术，这些技术大多独立开来，而集成系统的应用则能够将独立的计算机辅助设计技术集成到一个系统中，通过创建信息共享平台和数据模型来协调各个独立的计算机辅助设计技术，有效提升了机械设计效率。集成系统以电子信息技术和管理理论为基础，利用计算机技术、传感器技术等整合机械设计中的物质、信息及参量，形成统一的机械设计系统。

（二）计算机综合机械制造技术系统的应用

计算机综合机械制造技术系统在机械设计领域中也有着重要的应用，在这一技术系统出现之前，我国机械设计领域中的计算机辅助技术已经形成了一定规模，包含产品设计、流程规划、参数测试及质量控制等众多环节，但各个环节相互独立，难以形成稳定的联系和配合关系。而计算机综合机械制造技术系统的出现和应用则打破了传统机械设计的局限性，有机整合各个环节，在应用层次上相互协调，对于提升机械设计效率及产品质量有着重要的作用。

（三）自动化检测技术的应用

自动化检测技术是自动化技术的重要组成部分，其主要原理是传感器与传统仪器设备的结合，对于机械设计来说，提升产品质量和产品合格率至关重要，自动化检测技术在机械设计中的应用能够实现机械设备自行检测，打破了人工检测的局限性，不仅提升了检测效率，还保证了检测的精准性。当前广泛应用的自动化监测系统就以自动检测技术为核心，其包含传感器、信号调节、数据处理及结果输出等众多模块，搭载智能芯片，保证了检测的可靠性和及时性。

（四）自动化体系的应用

自动化体系以三维平台为基础，在复杂机械系统创新设计中有着重要的应用，通过计算机化方法获取适用于复杂机械系统的创新性设计方案，能够实现机械设计三维虚拟样机装配及仿真的自动化建模，有着创新性和快速性的特点。

在概念设计阶段，系统能够提供就设计规则的设计方法和改良功能分解重组的设计方法，两种计算机辅助设计方法以符号方案形式给出创新设计方案，并对设计方案自动化分解为基本机构及基本机构的连接关系。以运动分析方法进行基本结构的分析，得出各个构件平面运动数据，采用面向对象技术，基于三维平台进行二次开发，利用数据库驱动及参数控制等手段来驱动三维造型设计，实现快速虚拟建模，从而提升产品设计及开发速度。

为了保证产品的运动刚度和工业美学要求，以基本机构占据空间为基础，分析各个基本机构之间的联系，利用最有布局算法确定基本机构空间位置，以此来保证复杂的机械系统占据最小的空间。以运动分析数据和布局结果为依据，利用“后台预置”装配方法将三维虚拟模型放置到布局空间中，实现设计符号方案与二维虚拟样机的对应。自动化生成符号方案，并进行虚拟仿真，实现产品方案概念设计阶段的价值评价向虚拟样机阶段定量行为评价的转换，以评价结果为基础，快速遴选最优设计方案，在提升机械设计效率的同时提升产品的创新性。

三、结论

自动化技术在机械设计领域中的应用至关重要，对于我国机械设计来说，应当积极提升自动化技术的应用水平，同时加快自动化技术的普及，以此来促进机械自动化的进一步发展。

参考文献：

[1]何楠.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].山东工业技术，2016，07：148\149.

[2]祖文明.自动化技术在机械设计中的应用[J].现代制造技术与装备，2016，07：164+166.

[3]周方兴.浅谈机械设计中的自动化技术[J].中国新技术新产品，2015，09：4.

机械设计方案范文篇5

关键词：机械原理课程设计；机械系统运动方案设计；机构尺度综合；机构仿真

《机械原理》是高等工科院校机械专业必修的一门重要的专业技术基础课[1，2]，《机械原理课程设计》则是使学生较全面系统地掌握及深化机械原理课程的基本原理和方法，培养学生综合运用所学知识，提高分析和解决工程实际问题的能力的重要实践环节。

一、问题的提出

我校《机械原理课程设计》所选用的设计题目以往多为针对不同类型的连杆机构进行运动分析及动态静力分析。机构的类型机构及尺寸由教师指定，一般为平面六杆机构。班级各学生所需分析的机构类型或机构的尺寸不同。

随着科技的进步与发展，对高等教育的要求也在不断提高。培养具有创新精神和实践能力的人才，提高工科学生的综合能力已成为机械工程教育工作者的共识。在此大环境下，对《机械原理课程设计》进行改革，将以分析为主的《机械原理课程设计》改变为“机械系统运动方案设计[3，4]——型综合——尺度综合——运动动力分析”的设计型《机械原理课程设计》，势在必行。

二、设计型《机械原理课程设计》

课题组首次在大三詹天佑班及车辆专业部分学生中试点，进行了设计型《机械原理课程设计》的探索与实践。

课题组在充分调研查阅的基础上，选用文献[5]作为主要参考教材，并自编了与之配套的任务书等教学资料。

1.设计的目的及任务。设计型《机械原理课程设计》的目的在于：使学生巩固理论知识，并使其对于机械的组成结构、运动学以及动力学的分析与设计建立较完整的概念；掌握机械运动方案设计的内容、方法和步骤，培养机构选型与组合和确定运动方案的能力；培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。其任务为：针对某种简单机器（它的工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，包括机械系统运动方案的设计与评定，机构尺度综合等。

2.设计题目。本次《机械原理课程设计》选择了“圆盘型自动包本机进本系统”、“水稻插秧机”等六种机械系统作为设计与分析的对象。各个机械系统由多个能够完成具体工作的机构组成，其各组成机构必须动作协调，方能实现预期要求的功能。教师根据各机械系统所包含的具体工作机构的数目，将学生分为2～4人一组，每位学生在完成所要求的整体机械系统运动方案设计的前提下，还须独立完成该机械系统中的指定工作机构的型综合、尺度综合及其运动分析（动力分析部分为选作）。因此，任意一名学生的工作均需各自完成，不可能“拷贝”他人成果。

3.设计内容及要求。设计型《机械原理课程设计》要求学生根据教师下达的任务书完成：①全组讨论及提出两个以上系统设计方案；②经比较、选优，确定系统最终方案；③每个学生设计分析总体系统中的一个机构；④每个学生对自己设计的机构运用解析法完成机构运动分析；运用解析法选作机构受力分析；⑤每个学生运用软件选作机构的仿真与验证；⑥完成设计说明书。

三、《机械原理课程设计》指导方法的改革

1.《机械原理课程设计》前期工作。《机械原理课程设计》为期两周，为使学生能够有充分的时间消化理解《机械原理课程设计》的内容，做好先期准备工作，我们提前一周半进行《机械原理课程设计》授课。许多学生听课后即开始查阅资料，重温课程设计中所用到的相关先修课程的知识，讨论方案，主动找老师答疑等，教师也插空到班级辅导，收到良好的效果。

2.集思广益，确定机械系统运动方案。各组学生拟定出两个以上机械系统运动设计方案。所有参加设计型《机械原理课程设计》的六十多名学生一起进行讨论，集思广益，优选机械系统运动方案。具体做法为：每组选派一名学生主讲，其他学生补充，借助PPT介绍本组初定的几种设计方案，指出各方案的优缺点及筛选原因，其他学生提出问题及建议。通过讨论，学生对许多概念、基本理论有了新的认识和理解，巩固了课堂教学中学到的知识，并且各组学生取长补短，相互学习，开阔了思路，对本组原有的设计方案又有了许多新的设想。

3.理论联系实际，完成机构设计。由于所承担的任务不同，每个学生必须独立完成总体系统中一个机构的设计，难度较大。指导教师与实验室老师一道，带领学生参观各类机构模型，演示各类机构动画，讲解各类机构的优缺点及适用场合，一一解答学生的各种问题。指导学生运用solidworks软件对自己设计的机构进行仿真与验证。

4.综合运用知识，对机构进行运动分析和力分析。教师对运用解析法对机构进行运动分析和动态静力分析进行了较为详细的讲解，对运用solidworks软件和ADAMS软件进行机构的运动分析和力分析的方法及常见问题的解决进行了辅导，使得学生在求解机构的运动过程中即“知其然”又“知其所以然”。

5.在课程设计的各环节中强化学生综合素质的培养。教师在课程设计整个过程中注重对学生查阅文献、基础理论知识的掌握、各科知识的融会贯通、理论联系实际、独立思考、综合运用所学知识解决实际问题、动手能力、克服困难、创新意识、团队协作精神等多方面的能力进行培养，并在对每位学生单独进行答辩的过程中加以考核。强化了对学生综合素质的培养，效果较为理想。许多学生感慨，这次课设虽经历了许多困难，但收获了知识，获得了成功的喜悦。

四、结束语

开展“设计型《机械原理课程设计》”，收效明显：

1.使学生进一步巩固和加深了对理论知识的理解，并逐步掌握了工科学生应具备的理论联系实际的学习方法。

2.调动了学生学习的主动性和积极性，使学生动手实践能力、创新设计能力、团结协作精神和综合素质得到了提高。

3.促进了师资的培养，教师自身的业务水平得到提高，队伍得到了锻炼。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].第七版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理[M].第二版.北京：高等教育出版社，2010.

[3]孟宪源，姜琪.机构构型与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，1998.

机械设计方案范文

关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势

引言

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，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，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。

根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

1、系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

系统化设计思想于70年代由德国学者pahl和beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准vdi2221“技术系统和产品的开发设计方法。

制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准vdi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而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)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。

由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

1.1设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

1.2图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”kaleit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。

将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ask中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

1.3“构思”—“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。roper，h.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(ge)”、“结构元素(ke)”、“功能结构元素(fke)”、“联接结构元素(vke)”、“结构零件(kt)”、“结构元素零件(ket)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。

1.4矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.5键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

2、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件strat。

认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。

提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和cad技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和cad技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。

在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。

3、基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

3.1编码法

根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。

3.2知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统dmdss中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统gbcdis”和“变速箱结构设计专家系统gbsdes”。

3.3利用基于知识的开发工具

在联轴器的cad系统中，利用基于知识的开发工具nexpert-object，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用nexpert描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

3.4设计目录法

构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

3.5基于实例的方法

在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

4、智能化设计方法

智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。

在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学vdi2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件muse。

在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的cad尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用cad立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中cad技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将cad技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。

我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的opengl技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。

将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。

利用智能型cad系统sigraph-design作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件sigraph-design提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。

5、各类设计方法评述及发展趋势

综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。

结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。

机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。

机械设计方案范文篇7

关键词机械人;机械系统;并行设计

1.前言

对于机械人而言，柔性设计个刚性设计都是在设计过程中的重点，因此是整个机电一体化产品中不可缺少的一部分，同时作为机械学科和电子学科的交叉学科在整个设计过程中有着复杂化的特点。

2.机器人机械系统的设计特点

机器人机械系统一般包括机身、行走系统、操作臂、末端执行器及周边设备，这是机器人的重要组成部分，是机器人系统在工作中实现机器人各种功能运动和操作任务的被控对象。它与机器人控制系统、感知系统等构成一个紧密联系的整体。机器人机械系统的性能优劣直接影响到机器人计算机控制系统、伺服系统、感知系统及其相关软、硬件的复杂程度。另一方面，就其机械系统本身而言，由于机器人要求具有高度的能动性和灵活性，能在复杂条件下满足各种各样的工作要求和作业任务，而这些是传统机械装置不能达到的。因此，机器人的机械系统设计和传统的机械设计有着本质的差别。其机械系统的设计具有如下特点：

（1）复杂性机器人的机械结构总的来看是相当于一系列悬臂杆件通过关节串连起来的开式链。但由于误差和变形的累积，使得在结构设计时，一方面要保证开链结构的能动性和灵活性，另一方面又要处理这种结构带来的运动传递、误差补偿和消除等问题，使机械结构的设计变得较为复杂。

（2）依赖性由于机械系统与控制系统、感知系统等构成机器人的一个紧密体，因此机械系统的总体方案、结构方案依赖于控制系统、感知系统的方式、方法及手段的确立。

（3）协调性机器人机械系统的形式、实现手段等将直接影响到控制系统的结构及复杂程度，以及其它系统部件的结构、安装、调控等，因此，机械系统的设计必须与其它系统进行不断的协调才能进行。

3.常见的机械并行模式

3.1机器人设计的一般模式

机器人的设计主要分为3个过程：一是概念设计，即根据定义的任务来确定机器人的执行要求，包括负荷、操作对象、精度、速度等，并进行机械系统方案设计;二是初步设计，包括机械结构设计与分析、传感器与控制策略的确定、伺服系统设计与模块化;三是详细设计，包括详细机械设计、详细电子设计和系统综合。

对每一过程的评价若不通过，则都将返回到该过程的初始点或上一过程中去再设计。这种自上而下的串行设计方式不利于机器人系统的整体优化，同时将使设计过程变得漫长。

3.2机械系统并行设计的模式

所谓并行设计就是指在产品开发的设计阶段即考虑产品生命周期中工艺规划、制造、装配、测试、维护等其它环节的影响，通过各环节的并行集成，以缩短产品的开发时间，提高产品的设计质量，降低产品成本。

对于机电一体化产品的机器人来说，其本身就是机械、控制、电子和计算机等高技术的集成，因此，机器人机械系统的设计需要机械运动与传动、控制理论与方法、电子电气和计算机应用技术等学科相互交叉和渗透的技术支持。针对机器人系统的设计要求和特点，运用并行设计的思想。

3.3模式分析

机器人机械系统的并行设计模式主要由方案设计、领域技术分析、综合与评价以及机械系统具体设计等部分构成。不难看出，方案设计与领域技术分析对应于一般意义上的机械设计的概念设计过程，综合评价与系统设计对应于具体设计过程。由于机器人的运动和传动方案设计涉及到机器人的机构、轨迹规划、误差的检测辨识与软硬件补偿技术、动力学参数辨识、振动与防治、关节柔性等方面的内容，因此需要机构运动、传动系统、控制系统（包括传感、检测）、电子系统和制造工艺及装配等方面的技术支撑，同时，机器人的运动与传动形式也一定程度上决定了上述支撑技术系统的方式和方法。所以，运动方案和传动装置方案的设计与各支撑系统的分析设计是一种并行设计的协作关系。这样才能达到机械系统方案与其它系统方案的协调、有效、可靠与快捷设计的实现。系统的综合是对机器人机械系统各组成部分的总体协调，同时对设计方案进行评价。它力求避免方案中各支撑技术方案的冲突，引导并处理各支撑技术方案的完善统一，并对机械系统设计方案组织具体实施。

4.两轮移动式倒立摆机器人的运动模型

二级倒立摆系统是一个快速响应系统，要求执行器能根据控制量变化快速做出动作系统主要由车轮车厢摆杆防震轮组成，2个车轮的轴线在同一直线上，分别由2台直流力矩电机直接驱动，在车厢的内部安装有蓄电池左右直流力矩电机编码器倾角传感器陀螺仪无线传输模块等，控制小车的自平衡，测量左右车轮的旋转角度。系统采用的传感器包括倾角传感器陀螺仪编码器，通过它们可以测量和计算出小车的状态参数，其中，车体倾角速度分别由倾角传感器陀螺仪直接测量，左右车轮旋转角度可由编码器测量，通过微分可以计算左右车轮的角速度，进而推算出左右车轮的行驶速度，车体的前进速度，小车在地面的旋转角速度。

轮式机器人因其具有良好的移动性能一直备受关注，国内外许多学者从理论方面研究了它的运动规划轨迹跟踪控制方法，并取得了很多成果。

两轮式机器人，同时也是一个倒立摆系统，对它的运动进行控制时需要保持系统的平衡状态机器人跟踪目标，首先要由视觉部分作为机器人的眼睛，完成识别目标的位置速度方向等信息的任务，这些信息是做出正确决策的基础视觉系统需要图像采集设备，包括摄像头和采集卡等两轮式移动倒立摆机器人还没有装备视觉系统，为了检测倒立摆机器人跟踪能力，模拟了一个虚拟的跟踪目标，PC机通过无线模块不断将目标位置发送给机器人，供机器人决策倒立摆机器人的位置可以通过自身的传感器获取。

5.结束语

综上所述，在进行机械并行系统的设计过程中要根据设计的需求进行针对性的设计，防止，由于设计过程中的背不当导致了后期机械人在施工过程中带来的诸多问题，发挥设计者的作用。

参考文献：

[1]宋昌统.两轮移动式倒立摆机器人系统结构及模型设计[J].镇江高专学报2014（1）.

[2]张葛.基于运动控制器的微创手术系统设计与实现[J].医疗卫生装备.2013（12）.

[3]许真珍，闫志斌，胡志强等.基于B/S模式的AUV协同设计平台设计与实现[J].计算机应用与软件

机械设计方案范文篇8

关键词：机械设计；机械制造

中图分类号：F407文献标识码：A

1、机械设计的阶段构成

机械设计是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，各个零件的材料和形状尺寸，方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的过程。一个好的机械设计必须有以下几个工作阶段构成。

1.1、计划阶段

在具体开展机械设计之前结合机械相关的资料进行设计是非常必要的。其目的是通过机械资料进行了解，从而合理的规划如何进行机械设计才能够保证机械的性能、安全、质量等方面能够符合规范性文件的要求，为后续进行具体的机械设计做好铺垫工作。

1.2、方案阶段

方案阶段是机械设计的关键部分，其主要进行的工作内容是详细的设计机械的每个部分，最终设计出完整的机械。但是，需要注意的是方案阶段所设计出的机械并不是最终定稿的设计方案。因为方案阶段仅是按照要求将机械设计出来，未涉及到设计方案检查相关的内容。

1.3、技术设计阶段

技术设计阶段需要进行的工作内容是结合总装配草图及相关技术性文件就机械设计方案中的设计部分进行优化和完善，最大限度的提高设计的合理性和有效性。由于在后续的工作中对机械设计方案改动的可能性较大，需要将此阶段设计完成的方案安全的保存，为后续工作做准备。

2、机械设计在机械制造中的作用分析

2.1、机械设计的准则

保证机械设计合理的、规范的开展才能够促使机械设计在机械制造中发挥作用，为构建质量好、功能强的机械创造条件。然而，要想保证机械设计的合理性、规范性、准确性，需要严格按照机械设计准则进行具体的设计工作。所以说，机械设计准则也是保证机械设计在机械制造中发挥作用的重要因素。机械设计准则为：（1）技术性能准则。技术性能是保证机械能够长时间高效运作的关键。在进行机械设计的过程中一定要严格控制机械技术性能设计，保证所设计的机械技术性能符合生产要求。（2）标准化准则。机械设计标准的进行，每个部分都符合相关规范性文件，才能够为建设出标准的机械做铺垫。而标准化准则正是对机械设计是否标准进行约束。（3）安全性准则。主要是约束设计人员在进行机械设计时充分考虑零件安全性、整机的安全性、生产的安全性以及环境的安全性，为安全的进行机械制造创造条件。

2.2、分析机械设计的合理性

通过市场调研，分析用户的需求之后，进行机械产品的初期设计。设计方案通过后，开始进行批量生产。因此，机械设计的合理性就在于如何能将两点进行有效衔接。那么，通过衔接的切合方式，就可以体现出机械设计的合理性。首先，保证机械设计理念的合理性。机械设计的理念必须是合理的，正确的，需要满足在不同条件下的机械产品的适应性，满足市场的需求，满足客户的用户体验。其次，保证机械设计方案的合理性。机械设计不只是一种对机械产品的设计，实际上在生产期间的工期以及检测标准等，都是通过机械设计的方案来完成的。因此，机械设计一定还要同时满足方案的合理性。最后，保证机械设计实现利益最大化。实际上利益最大化才是现代化机械生产模式下的机械设计的合理性所在。任何一个行业或者是产业，都是需要保证产品的合理性为前提的，而机械设计就做到了这一点。

2.3、绿色机械设计与制造

2.3.1、绿色材料的选择与管理

绿色材料即可回收、可再生，且对环境污染较小、低能耗的材料。因此在机械设计中应首先选用环境兼容性好的材料与零部件，并尽量避免选用有辐射性、有毒或有害的材料。要求所用材料能够有利于回收、再利用、再制造或易于降解，从而实现机械制造业在资源利用率方面的上升，实现可持续发展。同时，在机械设计与制造中，还应当尽量减少所选用材料的种类，从而降低产品在废弃后的回收成本。例如：模具材料的绿色程度对最终产品的绿色性能有着重要的影响，可通过舍弃过往对材料表面进行化学处理的方法，而改用物理方法实现防腐与脱模；选用对环境危害较小的镍磷镀代替电镀铬；用不锈钢材料来加工防腐模具来代替电镀的方式等。

2.3.2、拆卸性设计

在传统的设计方法中多数只是考虑到产品的可装配性，而较少考虑到产品的拆卸性。绿色设计中着重要求将拆卸性作为机械设计与制造中，产品结构设计评价的一个重要准则，从而使产品在报废以后，能够对其零部件实现高效且不加破坏的拆卸，以便有利于材料和零部件的重新利用与循环再生，进而达到保护环境和节省资源的目的。

2.3.3、可回收性设计

可回收性设计是指在设计中，充分考虑到产品各零件回收再利用的可能性，以及相应的回收处理方法和回收费用等问题。可回收性设计一般包括两种途径，即零部件的再利用和原材料的再循环。在当前鉴于材料再循环的困难与高昂的成本，因此较为合理的可回收性设计应重点突出零部件的再利用。可回收性设计的主要措施包括了以下几点：在机械设计与制造中尽量使用可重新利用的材料；使用对环境影响较小的材料，例如可再生材料、易回收材料以及无毒无害材料等；对于已使用过的零部件进行再加工和翻新等措施。

3、现代化机械设计的发展方向

3.1、智能化进程是发展源泉

机械设计的智能化大大的减少了整个设计过程中的人力参与，有利于实玖机械设计过程的模糊化，即工作人员可以将更多的精力放在非基础睦工作上，减少非必要的人力资源，而且可以集中精力进行设计的核心部分。除此之外，计算机进行基础性工作比普通的工作人员更加精确，效率更高，出错率更低，而且质量不差。所以职能化设计师需要将尽可能多的基础性工作从工作人员的手中释放出来，构成一套全而合理的智能体系，从而使计算机系统可以独立进行基础数据和细节的计算和分析。

3.2、数字化发展是发展核心

进入21世纪以来，人力管理和控制机械化设计的时代己经远远离去，为了进一步提高资源利用率、巩固设计质量、提高设计效率、优化资源配置，只有数字化管理手段才能实现。目前，计算机技术、网络技术和虚拟技术与现代化机械设计的融合与渗透程度成为现代工业的亮点也是利润点，唯有将数字化技术更好的结合到机械设计中的企业才能在新世纪高强度的竞争中脱颖而出，获得高报酬。

3.3、敏捷化生产是发展速度

大型机械化生产的最大弊端就是市场反应慢，敏捷度过低，随着数字化与智能化的发展，机械设计也希望可以更加灵敏，市场反应速度提高。所以设计者需要关注机械木身的同时敏锐的观察不断变化的市场，及时的适应市场，进而掌握市场，从而符合现代化市场竞争的规律，在市场竞争中游刃有余。

结束语

总之，机械设计是进行机械生产的第一步，是决定机械性能的关键因素，如果没有机械设计，就没有机械制造业的繁荣发展。因此，机械设计人员应按照客户的使用需求，对机械构造进行分析与设计，制造出一部完整可用的机器。同时，机器的好坏直接反映了设计者的设计水平，而机械设计的好坏则直接决定了能机械的性能优点，所以机械设计在机械制造中占有十分重要的地位。

参考文献：

[1]于成泽.试论机械设计在机械制造中的作用[J].企业改革与管理，2014，08:140.

机械设计方案范文

关键词：《机械设计基础》；关键问题；知识点；解决方案

中图分类号：G642.4文献标识码：A文章编号：1674-9324（2012）07-0146-02

高等职业技术教育是高等教育的重要组成部分。随着我国高等职业教育的快速发展与壮大，这就要求我们必须重视高等职业技术教育整体内容板块的改革与建设。各学科、各行业必须结合自身的具体情况来加强和丰满高等职业技术教育的内涵，以更好地适应技术应用型高技能人才培养的需求。《机械设计基础》课程是高等职业技术学院中培养学生对常用机械和通用零件的认知能力、应用能力及创新能力的一门主干技术基础课，是学习专业课程和从事专业技术活动工作的必备基础。通过多年来的教学与实践及学生的反馈，我认为要想搞好《机械设计基础》这门课的教学工作，就必须对以下一些关键问题（知识点）要特别引起注意。

一、关于机构特性问题

常用机构这部分内容的特点是：“各章节自成体系，内容互不相干。”学生最头痛的也是这部分内容，咎其原因就是教材与教师讲解的问题。也就是说教材本身没有明显地提供一条解决“各章节自成体系，互不相干”这一问题的思路，再加之这部分内容本身就很抽象，教师的重视程度又不够。这就给学生的学习、理解带来很大的困难；对学生学习的巩固、发挥造成较大的障碍。所以在讲解这部分内容时，教师应引起特别注意。要抓住一条主线，找出问题中的主要矛盾，去解决、去突破。常用机构这部分内容中的主要矛盾就是机构特性问题。对教材仔细、认真地进行分析，可发现教材中都暗藏着一条贯穿整个这一部分的主线—“几何因素决定了机构的特性”。抓住这条主线去挖掘、去讨论，就可将这部分内容有机地联系起来。帮助学生理解记忆，而且使学生悟出认识问题、解决问题的方法。

1.平面四杆机构中：（a）铰链四杆机构的三种基本类型是：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。类型是根据它的运动特征—有没有曲柄、有几个曲柄来命名的。而运动特征又是由各杆的几何长度（格拉肖夫判别式）来决定的。（b）平面连杆机构中，往复运动的从动件，往返速度不同的性质称为机构的急回特性。急回特性的实际意义是：压缩非生产性时间、提高工效、提高工作质量。而机构有无急回特性，则仅取决于极位夹角θ，即摇杆位于两个极限位置时，曲柄与曲柄之间所夹的锐角称为极位夹角。有极位夹角则有急回特性，极位夹角越大，急回特性越明显。（c）对机构而言，要求机构具有良好的传力性，即运转轻松、省力、摩擦小、效率高、运行成本低。传力性的好坏，则仅取决于压力角的大小，而与其他力的大小、速度、加速度、角速度的大小、高低没有任何关系。机构中主动件通过中间件作用在从动件上的力的方向与力的作用点的速度方向之间所夹锐角α称为压力角。压力角越小，传力性越好。（d）死（止）点位置问题，亦取决于压力角（α＝90°）。此位置处，机构自锁。

2.凸轮机构中：从动件不同的运动规律会引起刚性冲击、柔性冲击等。这些冲击、振动是由s=r-r0所决定的。另凸轮机构传力性的好坏，取决于压力角的大小，而压力角的大小又是由基圆半径来决定的。凸轮机构中，结构尺寸（基圆半径）的大小与传力性的好坏是一对矛盾。

3.齿轮传动中：（a）正确啮合条件：基节相等，既“Pb1=Pb2”；（b)连续传动的条件：实际啮合线长度■≥Pb。这里基节与实际啮合线长度均为几何长度。

4.螺旋副中：（a）圆周力F的大小取决于λ和ρv；（b）能否自锁取决于λ＜ρv是否成立；（c）效率的高低亦取决于λ和ρv。凡是能自锁的机构，效率总是小于50﹪.这里λ和ρv均为几何角度。

5.带传动中：传动带的疲劳破坏与最大应力和绕转次数有关。而最大应力和绕转次数主要是由小带轮的最小基准直径ddmax决定的（弯曲应力占最大应力的80﹪强）。

6.链传动中：传动（滚子）链在工作过程中，不可避免所产生的冲击、振动及噪音（动力不均匀性），以节距p大小的影响为主要。节距越大，冲击、振动及噪音越显著，反之亦反。所以实际使用中要重视对节距的控制。现场实践活动中应采用“小节距，多排链，多齿数，低转速”的使用方法。以上分析主要说明一个问题——“几何因素决定了机构特性”。这里的“几何因素”是指几何长度或几何角度。按照这一思路对机构特性分析进行切入、分析、讲解，会收到意想不到的效果，真可谓事半功倍。

二、关于中心距可分性问题

由于某些因素的影响，齿轮传动中心距略有变化（理论与实际有所不同）并不会影响传动比的恒定性，渐开线齿轮传动的这种特性称为中心距可分性。中心距可分性是渐开线齿轮传动的独特特性。其他像摆线齿轮传动、圆弧齿轮传动等都不具备这一特性，所以这类齿轮传动在使用时就受到了诸多的限制。正因为渐开线齿轮传动具有这一独特的特性，所以对渐开线齿轮的设计、加工、安装、使用、维护、保养提供了方便，降低了成本，从而才使得渐开线齿轮传动得到了广泛的应用。关于这一问题对于一般学生来说都只当做一条结论一记了之，但善于思考的学生就要问：“为什么中心距变化传动比不变？”传动比是否恒定是与节点有关，节点固定，传动比才恒定，这是学生的理解。那么你简单地用传动比与基圆半径有关，基圆半径不变传动比就不变，这样回答就满足不了学生的求知欲，应给一个信服的证明。

证明：（1)可先求出标准中心距时的传动比：

i=■=■=■=■

（2）中心距变化后，画出新的位置，这时节点变到了P′点，

同理仍可证明：i=■=■=■=■

通过以上两次同一种方法的证明就可更圆满地说明渐开线齿轮传动具有中心距可分性，也可对齿廓啮合基本定律（Willis定律）做更进一步的解释。

三、关于传动比的问题

机械设备为什么要减速？我国电动机转速序列为：3000、1500、1000、750、600rpm。转速越低、磁极对数越多、电动机结构尺寸越大、质量越大、工作时温度、价格越高。所以工程应用中1000转以下的电动机一般不用。为了获得较大的力或力矩，工作机的速度或转速一般是较低的（石油抽油机冲次一般是3～5次/分），这就需要在电动机和工作机之间设置减速装置。传动比是传动装置的特性参数。传动比说起来很简单，即为：

i=■=■=■=±■

再仔细问一下：传动比的含义是什么？这一问题对机械类学生而言应该是一个基本常识问题，但没有几位学生能回答上来。这就说明教材中没有重视这一问题，再就是教师讲解时没意识到。传动比的含义：（a）反映了两轮转速相差的程度（减速或增速）。（b)反映了两轮尺寸相差的程度（对齿轮传动还反映了中心距的大小）。（c）反映了降速增矩的程度。（d）对齿轮传比还说明了两轮的转向问题。以上就是传动比的含义，学生一定要知道，这也是一个“门面”问题。

机械设计方案范文1篇10

机械原理教学课件：

机械原理教案

第一章绪论

基本要求:

1.明确机械原理课程的研究对象和内容，以及学习本课程的目的。

2.了解机械原理在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。

3.了解机械原理学科的发展趋势。

教学内容:

1.机械原理课程的研究对象

2.机械原理课程的研究内容

3.机械原理课程的地位及学习本课程的目的

4.机械原理课程的学习方法

重点难点:

本章的学习重点是机械原理课程的研究对象和内容，机器、机构和机械的概念，机器和机构的用途以及区别；了解机械原理课程的性质和特点。

1.1机械原理课程的研究对象

机械是人类用以转换能量和借以减轻人类劳动、提高生产率的主要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。机械工业是国民经济的支柱工业之一。当今社会高度的物质文明是以近代机械工业的飞速发展为基础建立起来的，人类生活的不断改善也与机械工业的发展紧密相连。机械原理（TheoryofMachinesandMechanisms）是机器和机构理论的简称。它以机器和机构为研究对象，是一门研究机构和机器的运动设计和动力设计，以及机械运动方案设计的技术基础课。机器的种类繁多，如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器人、包装机等，它们的组成、功用、性能和运动特点各不相同。机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括和抽象内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看，都具有一些共同特征：

（1）人为的实物（机件）的组合体。

（2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。

（3）能完成有用机械功或转换机械能。

凡同时具备上述3个特征的实物组合体就称为机器

内燃机和送料机械手等机器结构较复杂，如何分析和设计这类复杂的机器呢？我们可以采取“化整为零”的思想，即首先将机器分成几个部分，对其局部进行分析。机构是传递运动和动力的实物组合体。最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。它们的共同特征是：

（1）人为的实物（机件）的组合体。

（2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。

可以看出，机构具有机器的前两个特征。机器是由各种机构组成的，它可以完成能量的转换或做有用的机械功；而机构则仅仅起着运动传递和运动形式转换的作用。在开发设计新型机器时，我们采用“积零为整”的设计思想，根据机器要完成的工艺动作和工作性能，选择已有机构或创新设计新机构，构造新型机器。内燃机就是由曲柄滑块机构(由活塞、连杆、曲轴和机架组成)、凸轮机构(由凸轮、顶杆和机架组成)和齿轮机构等组成。

随着科学技术的发展，机械概念得到了进一步的扩展：

1．某些情况下，机件不再是刚体，气体、液体等也可参与实现预期的机械运动。我们将利用液、气、声、光、电、磁等工作原理的机构统称为广义机构。由于利用了一些新的工作介质和工作原理，较传统机构更能方便地实现运动和动力的转换，并能实现某些传统机构难以完成的复杂运动。

利用液体、气体作为工作介质，实现能量传递和运动转换的机构，分别称为液压机构和气动机构，它们广泛应用于矿山、冶金、建筑、交通运输和轻工等行业。利用光电、电磁物理效应，实现能量传递或运动转换或实现动作的一类机构，应用也十分广泛。例如，采用继电器机构实现电路的闭合与断开；电话机采用磁开关机构，提起受话器时，接通线路进行通话，当受话器放到原位时断路。

2．机器内部包含了大量的控制系统和信息处理、传递系统。

3．机器不仅能代替人的体力劳动，还可代替人的脑力劳动。除了工业生产中广泛使用的工业机器人，还有应用在航空航天、水下作业、清洁、医疗以及家庭服务等领域的"服务型"机器人。例如Sony公司新近推出的SDR-3X娱乐机器人。

1.2研究内容

机械原理课程的研究内容分为以下三部分：

（1）机构的运动设计

主要研究机构的组成原理以及各种机构的类型、特点、功用和运动设计方法。通过机构类型综合，探索创新设计机构的途径。主要内容包括机构的组成和机构

分析、连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构等一些常用的机构及组合方式，阐述满足预期运动和工作要求的各种机构的设计理论和方法。

（2）机械的动力设计

主要介绍机械运转过程中所出现的若干动力学问题，以及如何通过合理设计和实验改善机械动力性能的途径。主要包括求解在已知力作用下机械的真实运动规律的方法、减少机械速度波动的调节问题、机械运动过程中的平衡问题、以及机械效率和摩擦问题。

（3）机械系统方案设计

主要介绍机械系统方案设计的设计内容、设计过程、设计思路和设计方法。主要内容包括机械总体方案的设计和机械执行系统的方案设计等内容。

通过对机械原理课程的学习，应掌握对已有的机械进行结构、运动和动力分析的方法，以及根据运动和动力性能方面的设计要求设计新机械的途径和方法。

1.3机械原理课程的地位和作用

机械原理是以高等数学、物理学及理论力学等基础课程为基础的，研究各种机械所具有的共性问题；它又为以后学习机械设计和有关机械工程专业课程以及掌握新的科学技术成就打好工程技术的理论基础。因此，机械原理是机械类各专业的一门非常重要的技术基础课，它是从基础理论课到专业课之间的桥梁，是机械类专业学生能力培养和素质教育的最基本的课程。在教学中起着承上启下的作用，占有非常重要的地位。

其目的在于培养学生以下几点：

1.掌握机构运动学和机械动力学的基本理论和基本技能，并具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力，为学习机械设计和机械类有关专业课及掌握新的科学技术打好工程技术的理论基础。

2.掌握机构和机器的设计方法和分析方法，为现有机械的合理使用和革新改造打基础。

3.掌握创新设计方法，培养创造性思维和技术创新能力，针对原理方案设计阶段，为机械产品的创新设计打下良好的基础。

1.4机械原理课程的学习方法

1.学习机械原理知识的同时,注重素质和能力的培养。

在学习本课程时，应把重点放在掌握研究问题的基本思路和方法上，着重于创新性思维的能力和创新意识的培养。

2．重视逻辑思维的同时,加强形象思维能力的培养。

从基础课到技术基础课，学习的内容变化了，学习的方法也应有所转变；要理解和掌握本课程的一些内容，要解决工程实际问题，要进行创造性设计，单靠逻辑思维是远远不够的，必须发展形象思维能力。

3．注意把理论力学的有关知识运用于本课程的学习中。

机械设计方案范文篇11

关键词机械设计；差异演化算法

中图分类号TH13文献标识码A文章编号1674-6708（2014）106-0153-02

1差异演化算法

差异演化是RainerStorn和KcnncthPrice在1996年提出的一种新型演化算法，随后由于它的简单好用，并且不容易出错，程序相当稳健在短期内得到了非常大的发展，并被广泛且迅速地应用到了很多的科研和商业领域。它类似于遗传算法，可以模拟生物进化，今年来已经成为演化算法中的研究热点，形成新的随机计算模型。近30年的研究充分表明，模拟自然界的生物的进化方法可以产生新的计算机算法，差异演化算法形成的新的变异向量是其它相似向量的差异形成得到，不需要所求函数的其它辅助信息，然后采用优胜劣汰的自然选择机制产生下一代种群，尤其适合一些非线性和超高维问题的优化。与其它演化算法相比，差异演化算法的搜索性能是强大的，并且更适合求解高维问题和非线性问题，适合求解多目标优化问题。

差异演化算法最开始是从实数编码的算法而来的，它像遗传算法一样，结构与遗传算法很类似，它们的主要的操作区别是如何变异操作。目前差异演化算法已广泛应用于各个领域。

2算法优化设计

大家都在研究如何优化这个问题，主要的研究方向是在满足一定的约束条件下，寻找一组合适的参数值，达到最满意的结果。人们在很多的领域都很重视优化的问题，如：系统控制优化、人工智能优化、模式识别优化、生产调度优化等等。在机械设计中的应用就更广泛了。因此，优化理论具有理论和应用的研究价值，而与优化理论关系紧密的算法研究也同样具有相应的价值。

3差异演化算法在机械优化设计中的使用

在机械设计过程中，设计者经常需要查阅一些手册和文献资料，以获得有关的计算公式和大量数据，例如零部件的标准和规范，材料的机械性能，许多应力和各种系数等数据或曲线图表。用理论设计代替经验设计、用精确设计代替近似设计、用优化设计代替一般设计将成为设计的必然发展趋势。

一般的机械设计都是设计人员按照各种资料提供的数据，结合自己的工作经历和经验，对已有的产品进行类比，比较出优点和缺点，初步定出设计的方案，再通过验算确定方案是否是可用的。优化设计，是利用电脑的计算优势采用数学的方法，用数量的指标对最终的方案进行评判和选择，得到一个相对来说具有最优功能的计算算法。通过这样的过程获得的方案不仅是可用的，而且也是相对最优的。它的一般过程是先明确设计的任务，再确定设计的变量参数，在明确变量的取值范围然的情况下确定设计函数来确定优化方法，最后编写优化程序，总之得出优化结果并圆整。

机械优化设计是在机械设计领域利用将最优化原理和计算机技术相结合，为了提供稳定可靠的机械装置，利用更加科学、更加有效率的理论和方法来完成设计方案，从而解决机械优化设计中遇到的难题。机械优化设计是将机械工程的设计问题转化为计算机算法的最优化问题，机械设计的问题大部分都已经解决，目前是在传统的设计基础上，让它更精确，更符合潮流。而选择适当的最优化算法，利用计算机的高速运算功能从众多满足要求的并且是正确的设计方案中寻找设计者比较满意的设计方法，达到设计者预期的目标。它可以解决过去难以处理的问题，优化设计是机械设计的一种新途径，它是为了更加优秀而去其糟粕，取其精华，从而提高传统设计的效率和质量。

机械设计是机械工程的重要组成部分，在机械设计的早期是主要是研究机械运动参数的。如材料尺寸、加工能力、最小的尺寸和重量，最好的性能，使之具有最可靠、最低消耗和最少环境污染。机械设计的分类很多，有农业机械设计，矿山机械设计、纺织机械设计、汽车设计、船舶设计泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计机床设计等专业性的机械设计分支学科。但是这些问题又有许多共性技术，例如机构分析和综合、力与能的分析和计算，工程材料学、材料强度学、传动、、密封，以及标准化、可靠性、工艺性等。计算机辅助设计引入优化设计方法后，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，解决这些共性的问题。

根据优化设计问题的特点选择优化算法是一个重要的问题。一般要对优化的数学模型的设计变量数、约束条件数、目标函数和约束函数的复杂程度等进行分析，并深人了解各种优化方法的特点，才能作出恰当的选择。

机械优化设计是一门新的学科。它是在现代机械设计理论的基础上提出的一种更科学的设计方法，它可使机械产品的设计质量达到更高的要求。因此，在加强机械设计理论研究的同时，还要进一步加强最优设计数学模型的研究，使其更能反映客观实际。

优化设计英文名是optimizationdesign，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。选定在设计时力图改善的一个或几个量作为目标函数，在一定约束条件下，以数学方法和电子计算机为工具，不断调整设计参量，最后使目标函数获得最佳的设计。通常设计方案可以用一组参数来表示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要在设计中优选，称为设计变量。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。一般来说，优化设计有以下几个步骤：1）建立数学模型；2）选择最优化算法；3）程序设计；4）制定目标要求；5）计算机自动筛选最优设计方案等。通常采用的最优化算法是逐步逼近法，有线性规划和非线性规划。

参考文献

[1]刘丽.基于实体有限元的机械优化设计方法及其应用.大连民族学院学报.

机械设计方案范文篇12

[关键词]机械原理教学改革工程ADAMS

[中图分类号]TH111；G642[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2014）05-0103-02

机械原理是机械系一门重要的专业基础课，它主要研究机械的设计以及力学分析，为机械设计过程中的方案设计阶段服务。由于方案设计在机械设计中占据着举足轻重的地位，所以机械原理就成为机械类学生一门十分重要的课程，也成为考研的专业课之一。

但是在几年的教学过程中，笔者发现，机械原理的讲授内容有很多已经过时，在工程设计实践中几乎没有用处，而我们却花费了大量的时间来做仔细的讲解；而对于工程急需的部分内容，我们却很少涉及；另外，我们过于强调分析而忽视了设计，导致学生学完机械原理以后，甚至简单地以为机械原理只是理论力学的延伸，是理论力学的一种应用；最后，课程设计内容几十年来都在做牛头刨床的力分析。虽然我们也追加了某种机器的方案设计部分，但是因为课程设计时间少，学生实际上把大量的精力耗费在力分析上面，而对于方案设计只是匆匆带过，这实际上混淆了机械原理的主要目的，又起到一种误解作用。

针对上述情况，许多机械原理一线教学的老师都提出了自己的改革方案，有些老师把许多计算机软件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn，MATLAB等引入机械原理的教学中，[1-3]有的对机械原理的内容进行重新组合分块而加强学生的动手部分，[4]有的对于课程设计给定了多种题目，并采用先进的计算机虚拟设计手段来进行课程设计。[5]笔者在上述方法的启发下，也进行了一些教学改革，改革的主要目的是面向工程，希望机械原理能够真正地为工程设计服务。下文对笔者的一些改革进行简要介绍。

一、设计与分析地位的界定

机械原理总体上分为两块内容：机构的设计以及力学分析。机构的设计包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系的设计。而力学分析部分包括：运动分析、速度波动分析、力分析、机械效率、机构的平衡。

在工程师的实际设计中，我们发现，他们很少用到分析的内容，如果用到机械原理，主要是在进行机构的设计。所以，从工程实际应用而言，机构的设计部分应该占据主导地位。但是我们的传统教学却习惯于从分析开始，在介绍了机构的结构分析以后，就花费了很多时间介绍运动分析、力分析、机械效率、机械平衡、速度波动的调节，让学生感觉好像在学习理论力学，只不过把解析法换成了图解法；而对某些内容只是感觉比理论力学处理的对象更多一些，方法都来自于理论力学。学生要到第8周才开始进入机构的设计部分，此时学期已经过半。这给学生造成一种强烈的感觉，机械原理就是理论力学的延伸。显然，这是一个误区，对于学生正确地理解机械原理的核心是不利的。

传统的教学方法对分析部分花费了太多的精力，而实际上，这些内容在实践中用处不大。运动分析这一部分，是当机构处于某个位置时，用作图法把构件的速度和加速度求出来。在实践中需要面对的一般都是整个周期，需要得到整个周期内的加速度，用图解法会相当困难，所以在工程设计中几乎都不会用到这种方法。对于力分析更是如此，力分析要求在运动分析结束后拆分杆组，再用动静法来进行静力分析，过程十分繁琐，在设计实践中不可能使用。换一句话说，这种方法只具有理论上的意义。但这并不意味着这些内容不需要，应该尽量简化，只阐述其思路就足够，并不需要花费很多时间。

对于运动学花费太多的教学时间的结果，导致机构设计部分这个主体内容课时被压缩，学时显得相当紧张。因为没有充足的时间来讲解这部分内容，最后的方案设计部分有些老师甚至都来不及展开，就进入了课程设计阶段。这样，学生甚至都没有弄清楚机械原理就是用来做方案设计的，这对于他们理解机械原理的作用显然是不利的。

有鉴于此，笔者以为，从为工程服务的观点出发，机械原理应该强调设计而适当降低分析的地位。在机构的结构分析介绍完以后，应该马上进入机构的设计部分，以便让学生明白机械原理就是来做机构设计的。应花费11周左右的时间后，对于力学分析部分用3周共6次课左右结束，基本上相当于一次课结束一章的内容。这样，就有充足的时间用来讲解机构的设计内容，使得机械原理的教学内容能够真正对工程设计发挥作用。

二、机构设计部分的讲解方式

机构设计包括两块：简单机构的设计及机械系统的方案设计。简单机构的设计包括：连杆机构、凸轮结构、齿轮机构的设计以及轮系传动比的计算。对于每一块内容，应该分成三个部分来讲解：理解、设计与分析。

理解，就是迅速接受前人在这种机构设计方面所积累的经验。比如连杆机构，第一步就是理解，弄清楚各种连杆机构的关系以及它们在工程实际中的应用；对于凸轮机构，弄清凸轮机构的类型及其应用；对于齿轮机构而言，理解占据最重要的地位，因为齿轮机构的正确啮合条件、无侧隙啮合条件、定传动比条件都是很重要的内容，通常老师都会花费不少精力在这一块内容上面。

设计是主体。连杆机构的设计，是机械原理的重头戏。传统的设计方法是老师用粉笔+直尺+圆规进行的，这实际上很不方便。在实际工程设计中，设计人员不大可能用铅笔、直尺来设计，而AutoCAD是他们最常用的工具软件，所以，用AutoCAD来进行机构的结构设计是最合适的方式，这使得他们日后在需要时，很自然地就用AutoCAD来做方案设计。另一个方面，用AutoCAD进行连杆机构的设计比直尺、圆规要优越很多。如刚化反转法是连杆机构设计的重要方法，手工操作十分麻烦，而用AutoCAD则轻而易举。基于AutoCAD的种种优越性，笔者强烈建议，教师在上课时就直接用AutoCAD来进行连杆机构设计的教学，何况在使用多媒体以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一个细节，这都具有黑板教学不可比拟的优越性。

凸轮机构的设计，也建议以图解法为主，此时仍旧是用AutoCAD教学。以图解法为主的原因是，这种方法能够清晰地说明原理。而对于凸轮机构的设计而言，弄清楚原理相当重要。至于解析法，把公式推出来后，说明其意义就可以了。齿轮机构的设计则强调是根据中心距和传动比来设计齿轮机构的，这也是设计中最经常出现的问题。

三、课程设计的处理

课程设计通常包括两个内容：牛头刨床的动力分析和飞轮的设计，以及某机构的方案设计。课程设计一般是一周的时间，前者在课程设计中通常要花费4-5天左右，由于时间关系，方案设计只能草草地做两个机构运动示意图。显然，这并不符合机械原理教学的主要目的。

机械原理教学的主要目的是教会学生做方案设计。最后的课程设计内容应该强化这一点，但是现有的教学方式却没有突出这一点。由于把主要时间花费在牛头刨床的动力分析上面，让学生误以为机械原理的主要目的是做机构分析的，这显然并不利于学生对于机械原理主要内容的把握。另外，由于时间的限制，学生对于所做的方案设计基本上只是画出一个示意图，都没有确定一些主要尺寸，这使得方案设计做得很草率。

课程设计同样应该强化机构设计部分，对于传统的牛头刨床的力分析部分，建议使用ADAMS来做辅助计算，这是比较实际的方式，一般学生建模结束后，最多一天的时间就可以用ADAMS做完飞轮的设计，从而有足够的精力来做机械系统的方案设计。至于方案设计本身如何处理，许多研究者已经提出了较为成熟的改革方案，这里不再赘述。

四、结语

机械原理作为一门重要的专业基础课，从其根本意义上来说，是为方案设计服务的，但是传统的教育模式并没有突出这一点。在授课时强调设计而弱化分析，在设计时突出用AutoCAD来绘图而少用手工绘图，在课程设计中加强方案设计而用ADAMS来进行牛头刨床的机构分析，这会加强设计的成分，而且所用的方法可以切实在工程设计中发挥作用。本文采用上述方法进行了机械原理的教学改革，取得了较好的效果。

[参考文献]

[1]车焕文.Pro/E在《机械原理》教学中的应用[J].中国科技信息，2011（2）：185-186.

[2]陈奇，朱家诚，公彦军.将计算机软件引入机械原理教学的探索与研究[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2011（1）：145-148.

[3]肖启明.RecurDyn在机械原理教学中的应用研究[J].重庆三峡学院学报，2011（3）：135-137.