机械结构分析与设计范文篇1

关键词：机械结构；创新设计；优化；变元法

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1006-8937（2015）05-0104-02

当前，人们在对机械结构设计展开评价时，通常所使用的方法为模糊综合评价法。即在挑选一个最优方案时，对机械的关键零部件展开可靠性设计，以达成结构的最优化。本文拟选用钻井转盘为大家详细介绍变元法在机械结构设计中的运用。

1变元法简介

变元法的含义通常有两个：

①定义机械结构的变元，主要包括如下七个部分：数量、形状、材料、位置、联接、尺寸、工艺。

②借助改变这七大变元，创新性的构造出更多的结构方案。下面为大家详细地介绍变元法中所包含的七类变元。

1.1数量变元法

机械设备结构里零件相关部分的元素，比方说轮廓线、工作面及加工面，甚至于整个零件都可以看成是基本元素，可借助更改机械结构里基本元素的数量达成机械结构的改变。

1.2形状变元法

更改机械结构零件的表面形状和零件的类型及规格均可以获得不一样的结构方案。

1.3材料变元法

零件采用不一样的工程材料通常会造成此零件尺寸结构的相应变化，同时加工工艺也会产生变化，进而影响整台机械的结构，所以借助改变材料变元可以形成不同的结构方案。

1.4位置变元法

借助改变机械结构里基本元素间的布局位置可获得不一样的结构方案。

1.5联接变元法

此变元法通常包含两层意思：

①联接方式，包含螺纹联接、铆接及盈联接等。

②对每一类联接方式均具有多类联接结构。借助改变联接方式及联接结构获得不一样的结构方案。

1.6尺寸变元法

尺寸包含长度及角度等，借助改变零部件和构件的尺寸可获得一样的机械结构。

1.7工艺变元法

结构设计和工艺有着异常紧密的联系。鉴于零件的制造工艺不一样，零件与机械的制造费用、质量和性能也会不一样，进而影响机械设备的结构。

2机械结构应注意的防腐蚀细节

机械结构的防腐蚀设计对于机械结构的创新及优化而言具有至关重要的意义，为了更好地完成机械结构的优化，各机械设计企业在进行机械设计的过程中理应注意如下防腐蚀细节：

①必须确保设备的机械结构于停车期间完全空干，以防止因介质残留淤积而造成的腐蚀。

②防止间隙结构的出现，以杜绝腐蚀介质的入侵。

③高温及高质量浓度将导致沉淀物及冷凝物的出现，进而增加腐蚀几率，因此设计人员在结构设计时必须避免此类现象的出现。

④异类金属接触可能导致接触性腐蚀出现，因此设计人员在进行结构设计时理应尽可能地将异类金属有效地隔绝开来。

⑤避免高速流体接触流道壁面，以降低侵蚀腐蚀。

⑥遵守最小化表面积原则，也就是说在容积一样的情况下让结构被腐蚀的表面积最少，比方说球体结构最好，其次便为圆柱体。

3机械结构创新设计与变元法应用

我们在对某一结构的设计方案展开评价时，理应对其将带来的经济效益、所具有的工艺性、技术可行性等相关指标进行综合的考量，随后从诸多备选结构方案中选出最佳的结构方案。在机械结构方案已然确定的情形下，也可对重要结构或零件展开不同变元的研究，甚至于变元间展开综合的联合修改，已实现优化设计的目的。此外，也可选用某些数学模型，之所以建议大家选择数学模型，主要是由于数学模型能够较好地介绍结构设计中的尺寸及数量变元，同时还能够对材料变元展开间接的介绍。

以机械设备的不同要求及特征为依据，综合使用不同变元，使用设计人员掌握的经验和知识，借助创造性思维的方法，设计出不一样的机械结构。比方说如下转盘结构。

在以上三大结构图里，假如把结构设计方案1（如图1所示）里的锥齿轮间与主轴承二者之间的位置进行调整，且借助调整位置变元，接着再改变水平轴位置的左轴承形状，即借助更改形状变元后得到结构设计方案2（如图2所示）。假如更改方案1里的主轴承及齿轮的尺寸、大小与数量，且借助调整二者的数量变元与尺寸变元，随后再调整齿轮构件及轴承零件的位置，再改变位置变元，即能够得到设计方案3（如图3所示）。从以上分析上我们可以得出这样一个结论：即以上三大不同类型的转盘结构方案都可采用变元法较好的实现。如果进一步运用变元法，同样可以获得更多类型各异的结构设计方案。

借助对比以上三大结构方案，综合研究社会效益可行性与制造工艺等诸多内容，我们可以得出这样的结论：方案2系三大方案中最佳结构组合。某一机械结构方案的综合评估，理应以实际使用效果充当最后评估的事实依据。如果对转盘结构里的齿轮构件展开进一步的可行性分析与优化设计，同时对滚动轴承和齿轮工作展开弹性流体压研究，接着实施精密计算，均能够为改善转盘结构设计提供诸多参考数据。

4结语

深入分析机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。

参考文献：

[1]徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010，（30）.

机械结构分析与设计范文篇2

摘要：随着工业化生产的发展，各行各业的机械设备越来越多，自动化的机械设备正逐步成为各生产的主力军，机械事故的不断发生，也越来越引起了人们的关注机械的安全性，因此，机械的安全性必须从本质安全入手，在机械设计时，同时考虑安全设计。

关键词：机械设计；安全设计；危险识别

中图分类号：TH12文献标识码：A

机械是现代化生产中各行各业不可缺少的生产设备，从机械的发展历史看，机械是用来代替人的劳动，目前已从简单的工具发展到完全自动化的机械。在生产的人机环境系统中，机械与人相比，它有许多人所不可能具备的优点，主要是：提高劳动生产率、能量大、功率大、精度高、灵敏度好、耐用性强、可靠性高、运转速度快、适应性强等。

由于人与机械的广泛接触，就有可能对人产生损伤或者危害人的健康，机械作业是一种事故多发性作业，近年来，机械设备的事故比较多，发生机械事故的原因可归纳为人的不安全行为、设备的不安全状态和环境的不安全因素等三个方面，据统计，造成机械伤害事故中的直接原因，由于设备的不安全状态，因防护缺陷（没有防护、防护不当、保险装置、信号装置缺乏等）而造成的各类事故占机械伤害事故的71.56%。我国机械伤害事故中，多数事故也与防护不当有密切有关，因此，重视机械的安全性是十分重要的。

为了从根本上防止机械伤害的隐患，应尽量采用各种有效地先进的技术手段，从根本上消除危险的存在；使机器具有自动防止误操作的功能；使机器具备完善的自我保护能力；优先采用安全保护措施，就必须从设计入手。在机械的设计时，就要考虑机械的本质安全，设计有安全可靠的各种防护措施、安全保障装置等。全面分析、研究机械运行、使用、维修中可能存在的不安全因素、可能发生事故的可能性及事故的危害程度，把保证机械的运行、使用、维修安全贯穿于整个设计中。

机械安全设计作为现代设计方法的重要组成部分,随着先进制造技术的推动和市场对机械产品需求的多样化,通过10多年来对传统安全工程的摒弃、扩展和延伸,逐步形成了以系统工程理论为指导,以基础科学、工程技术以及管理科学构成的多层次的安全科学。机械安全设计的主要包括以下内容：

1、危险识别

危险识别在机械安全设计中占有十分重要的地位,它的目的是描述危险的性质和识别它们各自危险所产生的后果。在对机械进行安全设计、制定有关安全标准和风险评价时,必须要对机器可能产生的危险进行识别。它是安全评价和安全设计的主要依据,危险识别的准确与否,直接影响到安全性能的好坏。机器可能产生的危险主要分为2大类:

(1)机械危险主要包括挤压危险、剪切危险、切割危险、缠绕危险、吸人或卷入危险、冲击或碰撞危险、刺伤或扎伤危险、摩擦和磨损危险、高压流体喷射危险等。

(2)非机械危险主要包括电气危险、热危险、噪声危险、振动危险、辐射危险、材料或物质产生的危险、未遵循人类工效学原则而产生的危险及综合性危险等。

2、安全评价

风险评价是在危险分析的基础上,根据现有工艺水平对机器在每种危险状态下可能产生伤害的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设计者根据现有技术水平,以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施,使机器达到最高安全水平。

(1)风险评价要素风险评价通常包括以下3个方面的要素:

①评估可能伤害的严重度。可通过伤害的范围、伤害的限度、伤害的严重度等因素进行评估。

②人们暴露于危险区的频率。通过对进入危险区的性质、频次、持续时间和人数等因素来进行评估。

③预测危险出现的概率。主要对以下因素进行预测:机器及其它元器件的可靠性及有关统计数据,类似机器事故历史资料。

(2)风险评价的定性方法

风险要素评估完成后,需对机器进行危险评价,以确定机器是否达到安全要求。

(3)综合运用各种系统安全分析和评价方法

采用系统工程方法进行风险评价已有近20年的历史,发展了数十种系统安全分析方法,能从各种不同的角度对系统进行风险评价。从分析的数理角度出发,这些方法可分为定性分析和定量分析。从分析的逻辑观点出发,又可分为归纳法和演绎法。其中,不少方法是相似的、重复的,但是按照系统寿命周期的时间进程,这些系统安全分析方法之间又互有联系,各有利弊。

在伤亡事故分析预测方面,比较常用的系统安全分析方法有初步危险分析(PHA)、故障类型和影响危险度分析(FMECA)、事件树分析(ETA)、故障树分析(FTA)、管理疏忽和危险树分析(MORT)等。其中,在我国乃至国际上应用最广泛的是故障树分析。

3、机械安全设计

根据风险评估的结果进行安全设计,在选择安全设计的最优方法时,必须遵循以下原则：

（1）结构安全设计机械安全设计的第一步是对其进行结构设计,结构安全设计应考虑的主要因素如下:

①使机器外观达到本质安全的结构设计，在不影响正常功能实现、使用的情况下，凡人体易接近的机械外形结构应平整、光滑、不应有易引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等。

②使机器有关运动参数达到安全的设计;直线运动部件之间或直线运动部件与静止部件（包括墙、柱）之间的距离，必须符合有关安全距离的规定，应保证不该通过的身体部位不能通过。限制操作力、运动件的质量和速度、往复运动件的运动距离和加速度、机器的噪声和振动、机器的表面温度等。

③合理规定和计算零部件的强度和应力;

④合理选用材料;

⑤选用本质安全技术和动力源;使机器与所有动力源或其他供给断开。断开必须做到既可见（动力源连续性明显中断），又能通过允许检查断开装置上操纵器的位置而确认，并且还必须明确表示出机器的那些部分已被断开。如果需要（例如：对于大型机器或在设施中），将所有切断装置锁定在“断开”位置。机械的动力源不管什么原因中断或波动后，要重新建立时不得导致危险状态。

尤其是：

A、机器不得意外起动；

B、一旦停机命令发出，机器必须停止运转；

C、机器的运动部分或由机械夹持的工件不得落下或抛出；

D、不得防碍自动或手动停止机器的运动部分；

E、防护装置必须保持完全有效。

F、采取措施保证在断开点的下游不再有：位能（如：电解、可以释放的液压或机械能）；动能（如：通过惯性可以继续运动的部件）。

在一旦停机命令发出，机器必须停止运转的措施效果通过工作安全系统进行验证。这些措施会使机器达到“0能量状态”；断开和能量泄放可提供很高的安全水平。

⑥应用强制机械作用原则;⑦应用人机工程原则;⑧应用人类工效学原则;⑨提高机器及零件的可靠性;10使机器的调整、维修点位于危险区之外。

机械结构分析与设计范文篇3

【关键词】机械结构；振动特征；设计方法

近些年来，随着时代的进步和社会经济的发展，在很多个领域内都开始广泛的应用机械结构振动特征设计，如宇航结构、建筑结构、汽车控制结构等等；通过实践研究表明，采用这种设计方法，可以促使在振动环境中，设备的稳定性能够得到大大的提高，从而促使相关设备的正常运转不受影响。

1.机械结构振动特性设计的主要技术要求

具体来讲，机械结构振动特性设计包括诸多方面的内容，主要可以从两个方面来理解，首先是计算机械结构振动特性模态的系统，另外一个部分则是对振动特性模态进行试验的系统，计算设计模块主要是分析和研究机械结构的静态装置方式和动态变化，对机械结构的固有频率和结构类型方式进行计算，然后辅助于机械结构的动态变化特性设计。试验验证模块主要是采样功能，利用的锤击激励方法，将变时基法充分应用了进来，以此来采样不同的信号，并且处理分析采样数据，结合其他的一些方法来验证机械结构设计，保证设计结果符合于相关设计要求。

那么就有两个方面的技术要求，一方面是针对计算系统的，另外一方面则是针对试验系统。从计算机系统方面来讲，要对常规的机械结构分析单元进行充分考虑，如梁单元部分、板单元部分、三维实体单元部分等，还有一些特殊的要求需要考虑，首先是在静态和动态作用下，对计算系统的分析能力提出了很高的要求，其次，能够对机械固有的频率以及振动类型进行计算，还可以及时分析结构振动的模型和状态变化的灵敏度；在试验系统方面，试验系统的敏感性和辨识性是主要的两个方面，需要结合具体变化情况来对信号功能以及参数辨识功能等进行有效调整，然后修正和改进设计。

2.机械结构振动特性设计的计算方法和解决途径

一是机械结构的修改问题由灵敏度分析法来进行解决：在设计机械设备的初始阶段，很多的设计人员往往没有准确的认识振动特性所造成的影响，那么设计方案在振动特性方面就达不到相关要求，这样就需要修改原始的设计方案。而利用灵敏度分析方法可以将原设计结构中携带的振动特性参数给充分利用起来，通过一系列的计算，将设计结构中最敏感的部位给找出来，然后修正改进敏感部位，这样利用最小的修改，就可以对机械结构进行改进，有效提高结构的固有频率稳定性。灵敏度分析方法在计算的过程中，主要是结合矩阵征值和一阶微分方程来进行的，并且要结合具体情况来合理选择计算方法，提高计算结果的精确程度。

二是机械结构频域内模态参数的识别问题由窄频段拟合识别法来解决：因为有很多问题存在于机械结构振动特性设计中，如有着较大的参数量、没有科学的参数来源以及在对各个参数进行衡量时，有着不同的量纲标准等，这些问题的存在，会导致病态矩阵产生于计算系统中，通过大量的实践研究我们可以得知，病态矩阵会直接影响到系统的稳定性和程序的可靠性。那么为了对病态矩阵造成的不利影响进行解决，就需要科学运用窄频段拟合识别方法。在计算设计之前，需要标准化处理各个参数，用无量纲来统一参数，这样就可以防止出现病态矩阵，并且还可以将那些非主导模态给识别出来，更加精确的进行参数识别，因此，这种方法十分的高效，可以对设计模态参数进行有效的识别。在具体操作的过程中，首先要将频率响应函数得出来，利用的是傅里叶函数，然后计算计算模态的初始频率，利用的是分量分析计算方法，将初始频率值给得出来，然后分段这些频率值，得出几个频段，有着不同的区间，然后分析这些频段，采用的是频率连续细化方法，将所需频段的各个频率点值给得出来，最后在识别计算得出来的窄频段模态参数，将多项式拟合识别方法有效应用进来。

三是运用变时基法来对不同采样频率问题进行解决：在进行机械结构振动特性设计过程中，需要充分研究设计系统的频率响应机制，以此来促使频率相应函数的形成，这种频率相应函数是可以计算和修改的，利用锤击激振法来测量这个函数；在对这种方法进行应用时，因为锤击的激励信号频率不同于系统的加速响应信号频率，那么采样频率的不同问题就会出现，针对这种情况，就需要采用变时基，借助于变时基，采用不同的方法来采样差异化的对象频率，然后采取一系列的处理措施，得出需要的结果。具体来讲，利用较高的频率来采样激励脉冲信号，采用较低的频率来采样系统响应信号，然后加倍这些采集到的采样频率，就可以将变时倍数给得出来，要想通过变时基来对相关数据进行获取，就需要将FFT及频率连续细化技术给有效应用进来。

3.结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，振动情况会出现于大部分机械结构的运动状态中，对机械设备的正常运转产生影响，针对这种情况，就需要采取机械结构振动特征设计方法，主要包括两个方面的内容，分别是计算设计模块和试验验证模块；本文简要论述了如何来改善机械运行状态，通过实践研究表明，修改方案是切实可行的，有着较好的效果，可以对固有振动频率进行有效提高，促使结构更加的稳定。[科]

【参考文献】

[1]熊晓燕，庞晓丽，陈冬冰.复杂机械结构非线性运行特征分析[J].振动之测试与诊断，2011，2（2）：123-125.

[2]黄涛，朱峰，曹伟.浅析工业振动设备的结构设计[J].城市建设理论研究，2013，2（23）：99-101.

机械结构分析与设计范文

1编写机械零部件性能试验教学大纲，合理设置实验项目及内容

根据机械原理、机械设计课程内容及以往的实验设置情况，我们主要开设1个认知实验、3个大实验项目。每一大项中再设置验证性、综合性、设计性、创新性的实验内容，以达到巩固专业基础知识的目的，从而进一步培养学生综合设计及工程实践能力，同时也激发学生的创新意识。

1.1机械认知

这个实验主要是让学生参观机械原理、机械设计、机械创新设计陈列柜，通过观察分析各类机构、零部件及创新方法等，使学生对所学课程有更进一步的感性认知，同时激发对所学专业的学习兴趣。

1.2机构分析实验及创意设计

实验主要内容为：（1）机构运动简图的测绘与分析：要求学生分析机构，画出机构运动简图并计算自由度。主要目的是使学生掌握正确绘制机构运动简图的方法及机构自由度的计算方法，理解机构自由度的概念。（2）机构创新设计及模拟：要求学生自行设计机构运动方案，并进行机构组装、调试、运行及改进，最终确定方案。目的在于通过实验使学生灵活运用机构组合、机构演化与变异，创造性地设计、拼接机构。同时也提高了学生的实际动手能力，通过对方案进行结构分析、运动分析、动力分析及实际测定，检验设计的方案是否满足工作要求，培养学生对各种常见机构的综合运用能力及创新设计能力。通过机构的方案设计、机构的组装调试及模拟运行等使学生实际动手能力、团结协调能力得到较好培养，同时也培养了学生的创新意识和创新能力，激发和调动了学生的学习积极性和自主性，以及参加各类机械创新设计大赛的热情。

1.3机械传动性能测试分析及创新组合

实验主要内容为：（1）各种典型机械传动装置并测试参数曲线及分析比较：要求学生分别组装带传动、链传动、万向节传动、蜗杆传动、齿轮传动等测试装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，分析比较运动特点及优缺点。目的是使学生通过组装各种典型机械传动装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，进一步分析比较各类传动的运动特点、优缺点及使用场合。（2）优化创新设计组合传动系统：要求学生创新设计组合传动系统，进行组装调试并测试各类参数，分析比较各类组合的优缺点，最终确定最佳组合传动系统。主要目的在于通过优化创新设计组合传动系统，进一步加强学生对传动系统的合理布置及优化、传动效率的提高等的创新设计意识，巩固学生的机械设计能力与工程实践能力。

1.4机械零部件性能试验

实验主要内容为：（1）减速器拆装及轴系结构分析：要求学生正确拆装各类减速器，画出轴系结构图；了解减速器整体结构以及零部件结构特点和作用；测定减速器主要参数，如中心距、齿轮齿数、传动比、传动方式、判定输入、输出轴；确定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力；观察轴承代号及安装方式；等等。目的在于通过对减速器的拆装、结构分析和对轴系结构测绘的过程，全面细致地观察齿轮减速器的整体结构以及零部件的结构特点，并了解它们是如何综合考虑满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配调整定位要求、密封润滑要求以及经济性要求的，以达到理论联系实际，加深关于结构方面的感性认识，为能设计出较为合理的减速器打下良好基础。（2）渐开线齿轮范成及齿轮参数测定：要求学生用范成法原理加工变位齿轮与标准齿轮；用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数。通过实验使学生掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；巩固并熟悉齿轮的各部分尺寸与参数的关系和渐开线的性质。（3）刚性回转件的动平衡测试：要求对刚性转子进行动平衡测试。通过实验使学生巩固动平衡知识，熟悉刚性转子动平衡的方法。（4）滑动轴承性能测试与分析：要求学生测试动轴承的特性曲线、径向油膜压力分布曲线与承载量曲线等。目的在于使学生了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象；了解滚动轴承、滑动轴承的特性、使用场合及各自的优缺点。（5）轴系结构创新设计：要求学生设计一轴系结构并组装，分析轴系结构设计是否合理，若发现错误或是不合理之处，应修改轴系结构设计方案，并重新组装轴系结构；绘制轴系结构装配图。目的在于使学生熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系；掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构；了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式等。

2充足的实验课时，促使学生能深入到每个实验中去

传统的课程实验都是依附于课程的，实验学时往往都很少。如机械原理、机械设计课程实验总学时为14学时，分两个学期完成。由于课时少，只能安排一些最基础的验证性、综合性的实验。在实验中多以教师讲解为主，学生按照教师的指导完成实验，给学生思考摸索的机会很少。现在的机械零部件性能试验课程有48学时，一学年内完成。在设置上增加了一些创新性、设计性的实验。学生对每个实验都能充分投入，对实验仪器、实验原理等都能充分地熟悉了解，实际动手能力得到提高。在设计性、创新性实验上也给予充分的思考时间，以激发学生的创新思维。

3采取以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式，并以多媒体辅助教学

实验教学方法采用以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式。要求学生做好实验预习，对实验中一些零部件的作用以及较为复杂零部件搭接方法采用多媒体进行讲解演示，使学生快速了解零部件功能，同时增加了学生设计方案的时间。每个实验都要求学生自己设计实验方案，经教师检查认可后确定方案的可行性和安全性。在实验中教师给予学生最大的自由度，放开手脚，使学生成为实验的主人。当学生遇到困难时，教师给以帮助或提示，并引导学生主动查找相关资料，从多角度、多渠道去观察和思考问题，不断进行探索和创新。

4教学实践效果

两年机械零部件性能试验实验课程教学，已取得了良好的效果：

4.1充分提高学生学习的积极性和自主性，同时也深化对本专业的感情

传统实验以教师讲解为主，学生多是在教师的指导下完成实验，造成许多知识点学生未能完全理解。通过机械零部件性能试验实验课程，学生在实验室的时间大大增加，能充分将理论知识与实际相结合，理论知识得到了巩固，并促使学生进一步思考与探索。同时对所学专业有了更深的了解，提高了对本专业的学习兴趣。

4.2提高学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，同时也激发了学生的创新意识

实验的设置由简单到设计性、创新性的过渡，促使每个学生都能投入到实验中去。通过方案选择设计、传动系统优化设计、综合性能测试等，使学生将多门课程（机械原理、机械设计、控制理论、计算机语言等）的知识或多项单独开设的实验合成一项综合实验，所学理论知识得到全面系统的复习，同时提高了学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。通过对所设计的方案进行创新优化，能较好激发学生的创新设计意识，充分调动学生的学习创造性。

4.3大大提高了实验设备的利用率及实验室的使用率

实验学时和实验项目的增加，让以前闲置的实验设备都得到充分利用。同时实验室也为学生提供了良好的创新实践活动条件，促使学生积极报名参加各类工程技术创新大赛，并充分利用实验室的资源进行方案的模拟运行。

4.4培养学生认真、严谨、科学的工作作风和团队协作精神

由于大部分实验的实验条件和方法都由学生自己拟订，实验过程中往往会出现理论上可行，但实际做起来困难的情况，有的学生会出现急躁、心灰意冷的状态，指导教师应给予正确的引导和鼓励，使其及时调整心态，正确对待挫折，并积极思考。同时也要求学生能分工明确、互相协作，达到事半功倍的效果。通过实验学生的综合素质得到提高。

5结束语

机械零部件性能试验课程实验已取得了一定的效果，但也存在着一些问题和困难，如教师的工作量加大、实验设备的维护与保养等问题。今后我们将不断进行探索和改革，进一步完善实验学时设置及教学方法的改革。

参考文献

[1]胡宏佳，王世刚.机械原理与机械设计实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：233-234.

[2]吕宏，刘大力，杨春梅.谈机械设计基础”实践教学中学生创新能力的培养[J].森林工程，2012，1（28）：87-88.

[3]郭淑芳，吴健，刘红俊，尹中伟，徐斌.机械原理及机械设计实验教学中心开放实验教学实践[J].中国现代教学装备，2009（13）：84-85.

机械结构分析与设计范文篇5

科技的进步使得人们对机械设计也提出了更高的要求。本文主要对当前机械设计中的相关理论进行系统分析，阐述机械设计的方法和过程，并对现代机械设计的创新方法进行了详细研究，同时论述了机械的创新设计步骤。

关键词:

现代机械设计;创新方法;研究

在科技高速发展的今天，人们的思维方式也产生了很大变化，机械设计人员除了要准确掌握机械设计原理以外，还要在思维方式上有所拓展。要求机械设计人员创新理念，在结构设计上与产品的相关功能进行紧密联系，将设计手段与计算机辅助设计进行有效融合，只有这样才能够设计出令受众满意的机械产品。

1现代机械设计

与传统机械设计相比，现代机械设计更加注重计算机化、动态化和科学化。现代机械设计理论是在机械设计理论学科基础上形成的，它包括了信息、控制、优化等内容，而对于相对比较复杂的产品而言，现代机械设计的优势也体现得更加明显。现代机械设计是在传统机械设计的基础上形成的，但它又在传统机械设计的基础上进行了极大创新，进而形成了一个完美且科学合理的机械产品设计。这不仅需要传统机械设计的相关经验，而且还需要在现代机械设计中引入先进的设计方法。

2机械设计方法及过程

具体机械设计步骤如图1所示。项目设计的前期工作主要包含对地区的实地调研，并对其进行可行性研究，制定可行性的计划和方案。方案设计主要包括:对功能的总体分析、对系统原理进行解释，确定最佳方案。技术设计包括:技术的总体设计、实验环节设计以及选型设计等。施工设计主要包括:零件画图、编写相关的技术文件、生产，等等。在机械设计中，每一个环节都要充分发挥人的主观能动性，利用科学技术手段来对机械设计进行不断创新。

3设计方法创新

创新设计是机械设计领域中对专业知识和设计经验的一个综合，在设计过程中能够真正体现出机械产品的真实价值，所设计的产品一般都是由人的主观能动性和创造性思维共同促成，这也是形成新思维模式的一种方法。对机械设计进行创新时，首先要充分发挥人的主观意识和想象力，能够在机械设计的过程中，运用现代化的机械设计方法来对产品进行创新设计，其设计模式也要选择现代化的科学思维方式来对设计理念进行分析，并且要求运用现代化的科学方法和工具来保证设计过程的完整性。在实际的机械设计过程中还要保证设计的创造性，尤其在对新产品进行设计时，要凸显创新意识。现代机械设计的创新主要包括两方面的内容:第一，通过创新使已经成型的产品更加具有技术性和可靠性。第二，从其他方面挖掘创新设计点，通过创新设计出机械产品来满足人们日益增长的生产生活需求。这两方面的创新与创新思维模式紧密联系在一起，而且与科学技术手段和设计工具也存在紧密联系。

3.1机械创新设计步骤

A.重点研究机械产品的工作原理及其本质。B.重点对机械生产产品的性能和结构进行分析，并对其类型进行综合考量。C.对机械产品的尺度以及参数进行优化选择。D.对机械产品进行最终的综合分析和协调。机械长效设计步骤的具体内容如图2所示。

3.2机械创新设计分类

3.2.1变形设计

这一设计手段主要是在原机械产品的基础上进行系列化、标准化的设计，以此来进一步满足使用者的实际需求，除此之外，还要对产品的功能、原理以及结构进行系统性分析，同时还可以进行跨系列产品的设计，这也是产品动力提升的主要手段。

3.2.2可靠性设计

这一设计也是当前机械设计中工程师们追求的主要目标。可靠性是衡量产品质量的重要指标。一般来说，可靠性设计与常规设计基本上都可以实现对应，常规的设计手段是凭借着多年的经验来进行设计，而可靠性设计则是在常规设计的基础上进行了延伸，更加系统地明确了科学分析与设计变量之间的关系。机械的可靠性设计融合了当前各个学科的知识点，并且将常规设计中的变量直接转变为随机变量，以分布规律为基准，运用相关的统计方法来对机械产品进行设计，从而满足可靠性的要求。

3.2.3并行设计

一般传统的机械设计采用的是串行设计方法，这种方法存在一个较大的弊端，即:生产周期相对较长且成本非常高。并行设计是一种系统化的设计方法，它也是以计算机为基础，这种设计手段打破了传统意义上的系统内部结构，创建了相互促进、相互协调的设计模式，很好地实现了机械设计制造的一体化发展。在机械设计制造的过程中，设计人员还充分考虑了机械设计质量、周期以及成本等因素，由此可见，并行设计是一种集成性极强的设计方法。

3.2.4反求设计

反求设计方法是目前多数国家发展科学技术和研究新产品的主要设计方法。目前反求设计需要解决的问题主要包括:A.三维重构方法，提高设计进度，减小误差区间。B.结合人工智能形成一套科学的设计还原技术，进而完成对原有设计的反求。C.重点研究适合反求设计的机械产品模型技术，并将相关的配套产品进行模型建立，以方便原始参数的反求还原要求。

4结语

本文针对当前现代化的机械设计理论进行了系统分析，对机械设计中的相关设计方法进行重点讨论，并对现代机械设计中的创新点进行了系统研究。通过研究发现，现代机械设计要比传统意义上的机械设计优势更为明显，这一优势主要体现在系统的结构重组以及实现过程上。现代机械设计与科学技术手段的结合也使机械设计的创新提升到了另一个高度。创新是以人的主观能动性为基础，而机械设计人员要想以创新思维来对产品需求进行分析和设计时，须保证对现代机械设计工具熟练掌握，只有这样才能够设计出满足人们实际需求的机械产品。

参考文献:

［1］曹春红，张斌，王利民，等.基于免疫神经网络的几何约束求解技术的研究［C］//第二十七届中国控制会议论文集，2008.

［2］张铮，胡社教，江萍.基于EP模式的特征选择算法［C］//2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集，2011.

［3］戴旭东，谢友柏.以企业为中心的产品设计平台构建方法［C］//第二届中国CAE工程分析技术年会论文集，2006.

［4］戴旭东，谢友柏.集成分布式知识资源的企业技术研发平台构建［C］//企业应用集成系统与技术学术研究会论文集，2006.

［5］许勇，邹慧君.基于子系统匹配的机电一体化系统概念设计［C］//全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会(第6届全国凸轮机构学术年会)论文集，2005.

［6］彭一凡，陈文.基于XML的动态数据结构持久化方法之研究［C］//促进企业信息化进程———第九届中国Java技术及应用交流大会文集，2006.

［7］全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第六次工作会议———实验教学工作会议纪要［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2•教学史志)，2015.

机械结构分析与设计范文1篇6

随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时要保证机械设计创新不能过于死板，单纯的按照其他机械设计进行修修改改的很难从实质进行改变，需要从机械结构、系统等全方位进行创新，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本，而且，通过不断的对机械结构设计的创新，对促进我国经济发展、科技发展有着极大的作用，更有利于早日超过西方一些发达国家的机械科技水平，从而成为世界机械结构设计创新的“领跑人”。

2机械结构设计中的创新设计

机械结构设计中的创新设计，应切实的走上创新道路，按照科学理论的推理，对其进行科学的设想、勇敢去实践，这样才能实现对机械结构设计的创新目的。变元法是机械结构设计创新设计的重要方法之一，而且，变元法的应用范围也极为广泛，能够给设计人员带来一定的创新思路，主要是对产品的关键点进行考虑，再对各个关键点的设计进行论证和调整，从而实现对机械结构设计方案的调整，去除以往机械结构设计的老套方案，提升机械结构设计效果，达到对结构设计的创新目的，具体分析如下。

2.1尺寸的变元

机械结构设计中涉及到的零部件较多，而且，各项零部件结构的形状有着很大的差异性，每个机械结构尺寸、形状等参数都会根据机械使用的情况进行相应的设定，从而实现机械运行的相应功能。利用变元法对机械结构各个零部件尺寸进行变元设计，实现对形状、尺寸等参数进行优化的目的，不断的提升机械的运行效果。另外，在尺寸变元的基础上，可以对机械结构形态、尺寸等进行创新，主要结合机械市场的发展形势、机械的使用趋势等来实现对机械结构的创新目的。

2.2材料的变元

机械结构设计中应用到的材料种类极为繁多，各部分结构都会结合使用情况的不同采取不同的原材料制成，而且每个零部件材料加工的方式也有所不同，同样材料在加工不同零件的情况下也可能出现不同的加工方式，而最终的目的是要通过合理的加工方式来将材料的最佳效能发挥出来，这样才能有效的提高机械的使用效率。变元法中所提到的材料变元，主要根据对材料的变元方式来实现对机械结构设计的创新和研究。例如，在对一种材料进行加工的过程中，如果想得到理想的刚性材料的作用，需要将这类刚性材料应用到相应的部件，也可以说，对机械结构的设计，需要根据材料的性能来进行相应的调整。因此说，在对机械结构设计创新的过程中，必须注重材料的性能发挥，这样才能更好的完成机械结构的创新设计。

2.3工艺的变元

加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。

3结语

机械结构分析与设计范文

【关键词】动态设计；机械系统；特性分析；带式输送机

0引言

随着生产科学技术的高速发展，机械产品与设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向发展，产品结构日趋复杂，人们对产品结构系统的静态和动态特性要求越来越高[1]。如何提高系统的性能越来越受到人们的重视。传统的机械设计，包括理论设计、经验设计、模型实验设计等方法往往都是静态的，半经验半理论的，难以适应市场竞争和社会发展的需要。在这种情况下，产品动态设计成为现代机械研究开发不可缺少的重要环节。

1动态分析设计方法的内容及目的

现代机械动态设计是在产品的研究和开发过程中，对机械产品的运动学与动力学及与此相关的动态可靠性、安全性、疲劳强度和工作寿命等问题，进行分析和计算，以保证所研究和开发的设备具有优良的结构性能及其它相关性能。它是一项涉及现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法学等众多学科领域的新的学科分支，其基本思想是对按功能要求设计的结构或要改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分析。根据对其动特性的要求或预定的动态设计目标，进行结构修改、再设计和结构重分析，直到满足结构动特性的设计要求。机械结构动态设计就是在充分考虑动载荷及满足约束条件的情况下，确定出机械结构的质量、刚度和阻尼的最优分布参数，使机械结构具有优良的动态性能。

对于机械动态设计来说，其广义目标包括思想目标（I）、产品质量目标（Q）、成本目标（C）、生产周期目标（T）、环境目标（E）、产品售后目标（S）其它目标（O），即IQCTESO等7方面的目标。为了做好产品的动态设计工作，必须具体贯彻前面提出的这些目标，如果在设计中忽视其中的某一目标，就有可能在某一方面出现问题。产品动态设计的具体技术目标是产品的全部结构性能及部分使用性能和制造性能，结构性能包括人机安全性、系统可靠性、材质适用性、工作耐久性、结构紧凑性、环境无害性、造型艺术性、设计经济性等；部分使用性能包括工效实用性、指标优越性、运行稳定性等；部分制造性能包括结构工艺性能包括设备维修性等[2]。

2机械系统动态设计的基本原则和步骤

动态设计的目标是在保证机械系统满足其功能要求的条件下具有良好的动态性能，使其经济合理、运转平稳、可靠。因此，必须把握机械结构的固有频率、振型和阻尼比，通过动态分析找出系统的薄弱环节来改进设计。

动态设计的原则是：

（1）防止共振；

（2）尽量减小机器振动幅度；

（3）尽量增加结构各阶模态刚度，并且最好接近相等；

（4）尽量提高结构各阶模态阻尼比；

（5）避免零件疲劳破坏；

（6）提高系统振动稳定性，避免失稳。

具体设计时，以上述为基本原则，应根据具体设备的要求，给出动态设计指标。

机械系统动态设计基本工作步骤如下：

（1）建立动力学模型

根据机械结构或机械系统的设计图纸，建立系统动力学模型或应用试验模态分析技术（如有限元分析）建立结构的试验模型。

（2）动态持性分析

建立出结构的动力学模型后，求解自由振动方程得到结构的振动固有特性；引入外部激励进行动力响应分析；进行振动稳定性分析。

（3）动态设计指标的评定

根据机械系统或结构在设计时提出的动态设计原则，对机械系统或结构的动态性能进行评定。

（4）结构修改和优化设计

如果结构的某些指标没有满足动态设计原则的要求，要进一步改善其动态性能，则根据要求改进原来的设计，转到步骤（1）重新开始动态设计，直至达到要求为止[3]。

3应用实例――带式输送机

带式输送机是一个复杂的机电系统。其启制动动力学根系涉及到输送带的力学性质、输送机的运行阻力、驱动装置的机械特性、拉紧装置的作用等诸多因素。其中最主要的是输送机的运行阻力和输送带的力学性质。根据输送带运动的平衡方程、几何方程和物理方程，建立输送机的连续模型的动力学方程。对粘弹性输送带进行动力学分析的主要方法有解析法和数值解法。带式输送机连续模型的动力学方程是一个十分复杂的偏微分方程组，且包括复杂的边界条件，对其完整的动力学方程进行解析求解几乎是不可能的。目前对带式输送机动力学模型的解析主要是通过简化模型来分析模型的固有特性和理想的特殊问题进行解析求解。在实际中大都采用数值求解，通常将输送机连续模型的动力学方程采用差分方法得到输送机的离散动力学模型[4]。

4结论

机械系统动态设计涉及现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法学、稳定性分析、可靠性分析等众多学科范围。机械动态设计方法已成为机械设计人员的一种强有力的设计手段。

【参考文献】

[1]杜留法.机械结构动态设计方法及应用研究[D].西北工业大学，2006.

[2]曾宪棣，杨明，周传荣.机械结构的动态性能设计[J].南京航空学院学报，1988，20（3）.

机械结构分析与设计范文1篇8

关键词：农业机械；数字化技术；制造技术；应用

在信息时代背景下，传统农业逐渐向数字农业发展，数字农业主要指将工业技术和数字信息技术进行有机结合，使农业各对象可视化表达的目标得以实现，能够为农业机械制造过程提供可靠的依据和支持，对提高农业生产水平有较大的积极作用。下文首先对数字化设计与制造技术进行概述，其次对两者在农业机械上的应用进行阐述，以期为农业机械制造企业提供一定参考。

1数字化设计与制造技术简述

数字化设计与制造技术主要指使用计算机硬件、软件和网络环境对相关产品的设计，分析，装配以及制造等过程进行全面模拟，能够为实际生产过程提供可靠的依据。在农业机械设计及生产中应用数字化设计与制造技术具有如下优势：农业机械产品开发能力有所提升；产品研制周期明显缩短；农业机械开发成本有所降低；能够最大程度的实现初期设计目标，可以提高农业机械制造企业的市场竞争力，同时可以为其带来更多的经济效益。

2农业机械数字化设计与制造技术应用分析

数字化设计与制造技术包括多种先进的技术，下面对几种常用的技术进行说明：其一，对CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM进行说明。前四种分别指计算机辅助设计，计算机辅助工程，计算机辅助工艺过程设计及计算机辅助制造，以上工具的合理应用对提高产品开发效率及效果有较大的积极影响；其中PDM技术能够对产品相关的数据和信息、人及各类组织等进行有效管理，使分布环境中数据共享的目标得以实现，同时为异构计算机环境提供了相应的应用平台。其二，对异地协同设计进行说明。其主要指在有网的环境中能够对相应产品进行定义、建模、产品分析、设计、数据管理和产品数据交换，使用其对多人、异地产品协同开发提供了便利条件。其三，对虚拟设计及制造进行说明。使用仿真、建模及虚拟现实技术等可以对产品的模型进行合理构建，在构建完成后工作人员可以对产品的性能，可装配性以及可加工性等方面的问题进行发觉，在经过分析后可以及时采取合理措施进行调整，进而提高产品设计合理性，为后期制造过程奠定坚实的基础；其四，对并行设计进行说明。并行设计主要指使用并行工程模式进行产品开发和制造，其对以往串行式产品开发模式存在的缺点进行弥补，在农机产品开发初期能够对后期实际需求进行更多的考虑，进而使产品研发效率较高，且研发效果较好。下面笔者对智能CAD技术在农机产品设计中以及数字化制造技术在高科技农业机械开发中的应用进行分析。

2.1智能CAD技术应用分析

第一，智能CAD技术在农机产品设计中的应用分析。工作符号推理是农业机械设计过程中的重要内容，传统CAD技术在符号推理方面存在一定的缺失，智能CAD技术能够对其存在的缺失进行弥补，在使用智能CAD技术后农业机械设计过程中信息利用率有所提升、重复设计情况明显减少且产品研发时间明显缩短，能够在短时间内完成农机产品的设计工作，进而可以为农业机械制造企业带来更多的经济效益。第二，参数设计在农机产品设计中的应用分析。农业机械设计过程具有型号、种类较多以及受季节影响较大的特点，为了更好的保证设计和合理性及效率在实际设计过程中可以对视力推理模块化参数设计及变量设计进行合理应用，并且在使用后能够对智能CAD技术使用中存在的问题进行最大程度的规避，为设计方案的合理性提供更多的保障。第三，装配模型在农机产品设计中的应用分析。装配模型其属于支持概念设计和变型设计中的一种，其主要指构建相应零部件的几何模型，在构建完成后结合装配信息对设计意图，产品原理以及功能等进行诠释，能够让工作人员尽快领悟设计意图，进而能够尽快展开生产。

2.2数字化制造技术在高科技农业机械开发中的应用

数字化制造技术在我国农业机械设计及制造中得到广泛应用，在实际应用过程中可以使用数控及虚拟技术等对农业机械产品的虚拟样机进行制造，为实际生产过程提供了一定的有利条件。下面对使用三维CAD技术设计农机产品虚拟样机的流程进行说明：其一，使用参数设计、变型设计等技术对相关产品的三维CAD模型进行构建，通过模型的构建能够实现所有零部件模式化的目标；其二，根据相关数据和信息对二维工程图进行构建；其三，使用各类分析原理对模型进行分析，将其同三维装配体设计进行有机结合；其四，将三维CAD模型作为主要依据对PDM结构体系进行合理构建；其五，工作人员严格按照虚拟样机的要求对三维CAD产品进行制作，与此同时对开发体系进行合理构建；其六，对三维虚拟样机进行监测和试验，通过以上两过程可以准确的发现虚拟样机存在的问题，在经过分析后可以采取有效措施进行处理，从而对虚拟样机具有较高的合理性进行提升。

3结束语

通过上文可知在农业机械研发及生产过程中对数字化设计及制造技术进行合理应用对缩短研发时间及提高产品质量有较大的积极作用，为此农业机械制造企业需要对数字化设计及制造技术产生足够的重视，根据自身实际情况和时展的需求对其进行分析和研究，不断的扩大应用范围，使农业机械研发及实际生产过程向数字化、智能化技自动化的方向发展，加快农机制造企业的发展速度。

引用：

[1]陈英姿.农业机械数字化设计与制造技术的应用[J].农家科技（下旬刊）,2015(10):305-305.

[2]吴发辉.农机数字化设计与制造技术的研究与应用[J].南方农机,2016,47(7):50,71.

[3]任晓光,刘佳.农业机械数字化设计技术研究与展望[J].河北农机,2014(2):33-33,34.

机械结构分析与设计范文篇9

[关键词]机械结构振动特征设计方法验证系统

中图分类号：TM文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）25-0042-01

随着社会经济的高速发展，机械结构振动特征设计越来越广泛地运用于各个领域之中，如汽车控制结构、建筑结构与宇航结构等等。一系列的研究实践表明，采用该设计方法，能够大大提高相关设备的稳定性，从而促使其在振动环境中正常运转而不受影响。笔者从机械结构振动特征设计的相关技术要求入手，提出了相应的计算方法及改善措施，并针对机械结构振动特征设计的试验验证系统进行了有力的论述。

一、机械结构振动特征设计的相关技术要求

机械结构振动特征设计包括多方面的内容，大体上有计算机机械结构振动特征模态的系统和对振动特征模态进行试验的系统两个方面。为了分析研究机械结构的静态装置方式和动态变化，必须计算设计出相应的模块。只有这样，才能很好地计算机械结构的固有频率和结构类型方式，继而辅助机械结构的动态变化特征设计。对振动特征模态的试验验证主要采取的是锤击激励方法，充分利用变时基法，通过不同信号的采样来分析处理采样数据，并结合其他的一些方法来进行机械结构的设计，最终保证设计结果与相关设计要求相符，因此对相关人员提出了两个方面的技术要求。

一方面针对的是计算系统，另一方面则是针对试验系统。对计算机系统而言，需要充分考虑到常规的机械结构分析单元，例如板单元部分、梁单元部分和三维实体单元部分等，除此之外，还要考虑一些特殊的要求。第一，在静态和动态作用下，针对计算系统的分析能力提出了更高的要求；第二，需要对机械的固有频率及振动类型进行计算，还应及时对结构振动的模型和状态变化的灵敏度进行分析。针对系统的试验问题，由于试验系统的敏感性和辨识性非常重要，所以需要具体情况具体分析，有效调整信号功能和参数辨识功能，继而进行修正以及设计的改进。

二、关于机械结构振动特征设计的计算方法及改善措施

（一）采用灵敏度分析方法来修改机械结构

在机械设备的最初设计阶段，相关人员并没有正确精确地认识到振动特征产生的影响，从而所形成的设计方案不能达到振动特征的要求，因此必须修改原始的设计方案。采用灵敏度分析方法能够很好地针对原始设计结构中带有的振动特征参数，进行相关的计算找出结构设计中的最敏感部位，从而修正改进敏感部位，最终以最小的修改方法来提高机械结构中固有频率的稳定性。采用灵敏度分析方法需要选择正确的方式，其计算方法必须依据矩阵中的特征值和一阶微分方程等知识，以便获取计算的精确性。

（二）采用窄频段拟合识别方法来识别机械结构频域内模态参数

由于机械结构振动特征设计的相关参数存在着数量大、来源不合理科学以及各个参数的衡量标准不一致等问题，因此会导致计算系统中产生所谓的病态矩阵，它十分不利于系统的稳定性和程序的可靠性。采用窄频段拟合识别的方法就能很好地解决这个问题。大体思路是，机械结构特征设计计算之前，需要对各个参数进行标准化处理，使之统一为无量纲，这样就能避免病态矩阵的产生，还能进一步识别出非主导模态，进而使参数识别的精确度得到提高，也是一种综合识别设计模态参数的高效方法。具体来说，首先要通过傅立叶函数得到频率响应函数，再通过分量分析计算方法来计算模态的初始频率，以便得到初始频率值，并在此基础上形成不同区间的频段，接下来运用频率连续细化的方法来分析这些频段，得到所对应频段的各个频率点值，最后通过多种拟合识别方法来识别计算所得到的窄频段模态参数。

（三）采用变时基法可以解决不同频率采样的难题

为了更好地完成机械结构振动特征的设计，必须仔细研究系统的频率响应机制，并建立可供计算修改的频率响应函数。目前，针对该函数的测量主要采取一种锤击激振法，然而在这种方法的使用过程中，由于锤击的激励信号频率和系统的加速响应信号频率不同，也就出现了不同频率采样的难题，于是变时基法被适时提了出来。在对频率响应函数进行进行测量时会出现两个不同的频率，因此变时基法的原理就必须采用两种不同的方法，针对不同的对象频率进行采样处理以得到最终结果。具体来说，变时基法要对激励脉冲信号采用较高的采样频率，对系统响应信号采用较低的采样频率，并将这两个采样频率加倍以得到变时倍数。在这方面，变时基法获取数据可以寻求FFT及频率连续细化技术的支持。

三、有关机械结构振动特征设计的试验验证系统论述

在完成机械结构振动特征的设计之后，需要对其进行一定的试验验证，目的是检验灵敏度分析法、窄频段拟合识别法和变时基法等设计方法是否能真正起到作用。试验验证需选择机械结构中具有典型性的板箱组合结构。此结构主要由两个质量板构成，放置的方式是在箱体的底部，通过支架来支撑质量大的板，而且通过焊接的方法将质量较小的板悬臂于箱体侧面，另外在箱体的侧面也要接一块薄板螺。安放好以上这些试验装置以后，要运用计算模态分析系统来预测估算试验装置的结构振动特征。依据灵敏性分析方法，得出的前2阶振动固定频率分别为65赫兹、145赫兹。以此振动特征能够判定，当试验装置处于4赫兹到100赫兹的正弦扫频环境中时，一旦当频率达到65赫兹左右，该装置就必定会发生共振反应。通过对试验装置进一步的模态计算分析，我们可以得出这样的结论：第一阶振动模态表现为在垂直方向上质量小的板所出现的振动类型，第二阶振动模态表现为在箱体侧面质量大的板所出现的振动类型。因此，为了提高试验装置的低阶固有振动频率，就必须在提高小质量板的垂直支撑强度基础之上，提高大质量板的侧向角度。只有如此，才能较好地对试验装置进行改良，从而得到新的试验装置，以便更准确地验证机械结构振动特征的设计效果。

运用同样的计算模态分析方法可以得到新试验装置的前2阶固有振动频率，它们分别是191赫兹和230赫兹，然后通过试验模态分析系统来检验新装置的振动特征，验证其是否能对试验装置进行正确有效的修改。具体方法是，首先通过变时基法来采样激励信号以及系统加速信号，接着通过窄频段拟合识别法来分析识别原始试验装置以及新试验装置的模态参数，得出原始试验装置的前2阶固有振动效率为76赫兹和155赫兹，而得出的新试验装置的固有振动频率分别为200赫兹和222赫兹。以上的结果表明，所做出的修改方案是正确可靠的，修改后的结构的确能够很好地提高固有振动频率的振动效果，而且使得机构结构的稳定性大大提高。

结束语

计算模块的设计与试验模块的验证是机械结构振动特征设计的两个主要方面，计算设计模块主要是分析研究机械结构的静态装置方式和动态变化过程，同时针对机械结构的固有频率和结构的振动类型、方式进行相关计算，并且对机械结构的动态变化特征设计起到一定的辅助作用。试验验证模块主要是通过锤击激励的方法，针对不同的信号采取变时基法分别进行采样，并处理分析其采样数据，同时运用灵敏度分析法和窄频段拟合识别法来验证机械结构的设计，通过这种反复验证修改的方式来达到最终的技术要求。

参考文献

[1]丁大为.基于机械运行状态改善的机械结构振动特征设计[J].科技致富向导，2014，05：225.

机械结构分析与设计范文篇10

如果将机械产品的开发视作一个整体的话，那么会对产品成本其主导性作用的因素即为――设计因素。据实践经验数据及统计数据显示：研发设计阶段工作对于机械产品设计成本的影响比重占到了85%左右。特别是对于石油机械产品而言，此类产品的特殊性在于：（1）生产批量小；（2）资金需求密集；（3）技术要求高。因此，提高设计阶段的工作质量，对于降低石油机械产品制造成本，提高石油机械产品综合竞争实力，是至关重要的。

虚拟样机技术的基本内涵分析

同传统意义上的设计技术相比，虚拟样机技术重点强调的是“系统性”的设计观念，覆盖产品全生命周期，能够在产品实际加工之前，对加工产品的行为、性能以及成本进行合理预测，从而辅助产品全寿命周期设计与评估工作的开展。常规意义上来说，虚拟样机技术当中应当涵盖以下几个方面的内容：（1）虚拟样机技术需要以计算机技术为操作平台，以计算机仿真模型为依据，对产品实施全生命周期性、且数字型的设计；（2）虚拟样机技术以计算机辅助技术、计算机辅助制造技术、计算机辅助工程、面向装配的设计技术、面向制造的设计为依据，在上述技术基础之上做出发展与延伸；（3）虚拟样机技术能够分别从产品行为、产品功能、产品外观以及产品成本投入等多个方面入手，实现对产品运行工况的模拟，确保所预测产品性能的真实性与全面性；（4）虚拟样机技术能够通过对模型进行的优化设计，达到提高相应产品综合性能的目的。

基于虚拟样机技术的石油机械体系结构分析

正如上文所述，虚拟样机技术是建立在多种计算机技术及面向设计技术的基础之上所发展起来的，将虚拟样机技术作用于诸如石油机械一类的复杂性系统当中，能够实现设计的全生命周期性，对于系统优化而言有着重要意义。在当前技术条件支持下，一个复杂性的石油机械产品往往涵盖了包括电子、控制、机械以及软件在内的多个系统。具体来说，基于虚拟样机技术的整个石油机械体系结构示意图如下图所示（见图1）。

由图1不难发现：建立在虚拟样机技术基础之上的石油机械体系结构主要由以下几个子系统所构成：（1）电子子系统；（2）机械子系统；（3）软件子系统；（4）控制子系统。上述各类子系统以石油机械产品模型库为平台，通过操作虚拟样机技术的方式，达到产品设计与开发的目的。

石油机械应用虚拟样机技术的意义分析

能够为石油机械产品的开发提供全新的研发模式

在石油机械应用虚拟样机技术的作用之下，可将石油机械数字化产品模型的构造完全建立在计算机操作平台上实现。在此过程当中，借助对各类虚拟现实技术以及可视化技术的合理应用，能够更加直观地比较石油机械产品的设计方案。更加关键的是：虚拟样机技术支持评估对石油机械产品设计质量影响敏感的参数指标，将产品设计方案下的石油机械产品建立在真实性的运行工况中，评价其使用性能，从而更好的优化并完善相应的设计方案。

能够在提高石油机械产品质量的同时，缩短产品开发周期

从石油机械产品设计开发的角度上来说，借助于对虚拟样机技术的合理应用，可提高石油机械产品质量，缩短产品开发周期。具体可归纳为以下几个方面：（1）在石油机械产品概念设计阶段，通过对系统工程方法的应用，能够将工作人员所提出的多个石油机械产品设计方案进行综合性的模拟与预测分析；（2）在图样设计阶段，虚拟样机技术能够体现出“自上而下”的设计思想，约束层结构与几何关联结构之间的层次性对应关系，从而确定产品设计阶段应采取的主要步骤；（3）在石油机械产品装配设计阶段当中，借助于对虚拟样机技术下虚拟装配技术的合理应用，不但能够提高与复杂性产品设计之间的适应性，同时还能够在装配环节中实现对石油机械产品几何结构合理性的检测，在控制机械产品设计成本的同时，达到减少物理样机数量的重要目的。

结束语

机械结构分析与设计范文篇11

[关键词]机械电子工程；设计；技术要点

中图分类号：V546文献标识码：A文章编号：1009-914X（2017）11-0033-01

随着科学技术的高速发展，产生了机械电子工程，电子机械工程属于高科技产业，且当前应用的范围比较广泛，很多国家以及研究领域都对电子机械工程进行了深入的研究。我国为了提升国际竞争力，也必须要加大对该工程的投入和研究，掌握电子工程设计中的技术要点，从而促进该技术的快速发展。

1EDA技术简介

EDA技术是机械电子工程设计中的一种新型技术，并发挥着重要的作用。EDA技术主要能够实现对逻辑器件的大规模编程，通过硬件描述的语言，完成对逻辑器件的编程过程。EDA技术中包含的技术内容比较多，如计算机技术、可编程逻辑器件等，这些技术工具可以进行软件开发或者软件的试验，对这个过程加以利用，就能实现对特定芯片的适配译以及逻辑映射的过程，通过该过程，就可以形成一个集成的电子系统，从而应用到机械电子工程中。

EDA技术实际是一种计算机软件系统，它的发展基础是电子电路CAD技术，该系统的内部结构比较复杂，包括编译器、综合器、适配器和下载器。这些部件中的综合器主要是完成转换的功能，就是将设计出的文件转换成该系统的门级电路描述方式，简单的说，就是完成硬件和软件之间的对接。而适配器能够生成最终的文件，然后实现对它的指定安排工作。

在机械电子工程的设计中，EDA技术是最核心的技术，也是应用最广泛的技术。该技术在设计中使用的是HDL高级语言，这种语言的最大特点就是能够公开使用，并且描述的范围非常广，设计者在使用该语言进行交流时十分方便，在完成设计方案，该语言还能够实现自动更新，这给机械电子工程的设计带来了很大的便利，同时也在设计中起到了很好的辅助作用，因此，深受机械电子工程设计者的青睐。另外，EDA技术的自动化程度非常高，这对设计中的仿真、纠错和调试工作都十分有利。

2机械电子工程设计中的技术要点分析

2.1机械电子工程设计中的仿真分析

在进行机械电子工程设计时，首先要确定设计的方案，然后对方案进行仿真模拟，主要是对方案的科学性、合理性、可行性进行验证，保证设计方案在具体的实施过程中不会发生任何的意外。这里进行仿真实验时就采用的是EDA技术，EDA技术能够通过传递函数进行数学模拟，从而完成对设计方案的仿真。利用EDA技术构建的仿真系统，能够对设计的各个环节进行处理，并对方案进行推广应用，对设计中的各种构思的合理性进行验证。在完成仿真实验后，EDA技术还能够分析电路的实际结构以及结构的正确性和各项性能指标，对这些结构的分析，能够实现对设计过程的量化分析，可以有效的提高机械电子工程的设计水平，促进机械电子工程的健康发展。

2.2对电路特性进行优化设计

在机械电子工程的设计中，最重要的就是要保证电子元件的正常工作状态以及安全的性能，这就需要为电子元件提供最佳的工作环境温度以及最佳的容差。但是，采用传统的机械电子工程设计的方法，很难对电子元件的工作环境温度以及容差进行控制，也很难实现对温度的监测，这样就直接影响了电子元件的工作状态，导致设计方案不能够满足实际工作的需求，存在很多的问题。针对这种现象，可以采用EDA技术，很好的解决这一问题。EDA技术能够实现对温度的监控和统计分析，这样就能得到最佳工作状态下的电子元件的各项参数以及电路结构，同时也能够得到该状态下的最佳环境温度，从而实现了对机械电子工程设计方案的优化，也就保证了电子元件的最佳工作状态。

2.3对电路的特性进行科学的分析

除了上述两项功能，EDA技术还能完成对电路特性的分析，这也是EDA技术的一项重要功能。在进行机械电子工程的设计时，必须要进行数据的测试和结构特性的分析，采用传统的机械电子工程设计方法，对这两部分分析得到的数据的准确性和可靠性都较差，另外，受到技术和条件的限制，在对其结构特性进行分析时，使用的分析测量方法本身具有很多缺陷，这样就导致测试的结果存在很多的误差，精准度极差，直接会对生产的产品造成严重的影响，导致产品的稳定性极差，很难用于生产活动中。而EDA技术作为一种新型的技术，能够实现对系统的精准化测量，提高分析测试数据的准确性，并且采用该技术设计的方案，不会出现结构性差异的现象，提高了设计方案的稳定性和合理性，也保证了机械电子工程的顺利开展。

2.4在机械结构设计中进行防静电处理

在机械电子工程的设计中，还要完成对机械结构的设计，一般情况下，就是根据设计的原理，构建具体的结构设计图，然后应用到实物中。随着科学技术的发展，人们对电子产品的需求逐渐趋于轻、薄，这就对集成电路器件提出了更好的要求，同时要求电子元件的线路以及排列中都要满足防静电的要求。如果在设计中，不能做好防静电的处理，静电电场和静电电流都会对电子元件造成损坏，严重的就会直接造成电子元件的致命伤害。这是因为静电电场和静电电流可以对周围的电荷产生巨大的吸引力，巨大的吸引力就会大大的降低电子元件的敏感度，严重的就会导致电子元件的电路导体毁坏，甚至发生爆炸的现象。因此，在机械电子工程的设计中，一定要做好防静电的处理，这样才能提高电子元件的使用寿命，同时也降低危险事故发生的概率，对电子元件起到保护的作用。

3总结

综上所述，机械电子工程的设计对其发展起着至关重要的作用，而EDA技术是电子工程设计中的技术要点，采用该技术设计的产品稳定性极高，安全性能较好，并且能够提高工作的效率。因此，在今后的机械电子工程设计中，广泛的使用EDA技术，充分发挥它的优势，从而促进我国机械电子工程事业的可持续发展。

参考文献

[1]谭建国.机械电子工程设计中的技术要点分析[J].电子制作，2016，（16）：21.

机械结构分析与设计范文篇12

关键词：虚拟样机；设计方法；机械产品

中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：1001-828X（2014）04-0-01

一、引言

制造业是国民经济的支柱产业，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。其发展水平直接关系到国家的现代化建设与国家安全，是国家实力的重要体现。虚拟样机技术是一种以计算机建模、仿真为基础上的数字化设计方法，目前已被广泛应用于制造业中。随着全球经济的一体化，工程机械产品市场的竞争日益激烈。

二、虚拟样机技术及研究平台

1.虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作（CSCW）技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。

2.虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发（IntegratedProductandProcessDevelopment，简称IPPD）是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起，对产品及其制造和支持过程进行优化，以满足性能和费用目标。IPPD的核心是虚拟样机，而虚拟样机技术必须依赖IPPD才能实现。

3.虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。

4.虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性。借助于这项技术，设计师可以在计算机上建立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统。

三、虚拟样机技术在机械领域的应用

产品的设计流程包含结构设计、结构有限元分析、系统运动学与动力学分析、控制系统设计、虚拟样机作业过程模拟、系统稳定性与安全性评价、系统故障预测及冗余设计等。该设计过程在设计初期就充分考虑结构系统与控制系统的相互耦合作用，并进行产品作业全过程的计算机模拟，预测产品的性能、寿命及可靠性，从而缩短了开发周期，降低产品开发成本和开发风险。

1.虚拟样机技术软件

比较有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK。ADAMS占据市场50%以上份额。其他软件还有：WorkingModel、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisMechanicalSystem）软件是美国MDI公司（现已并入MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。包括ADAMS/ViewADAMS/Solver及其他扩展模块

2.虚拟样机技术在机械系统中有三种不同性质的分析：

（1）机械系统的静力学分析：刚性系统。（2）机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运动分析。当机构的自由度=0时，进行运动学分析。（3）机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的系统运动分析

当机构的自由度>0时，进行动力学分析。主要有基于运动学和动力学可靠性分析技术：基于运动学和动力学虚拟样机制造技术；基于运动学和动力学结构综合优化技术；基于运动学和动力学机构优化分析技术（如多连杆杆系分析）；运动学和动力学设备故障分析技术；下面就我们机械压力机的曲柄连杆结构用虚拟样机如果处理来举例一下：

3.曲柄连杆机构

曲柄连杆机构入图，曲柄AC长90mm，OC距离300mm。计算β=30度时r，r，，

本案例主要分以下几个步骤：

（1）建立模型，设置单位和重力。（2）建立零件和链接。（3）运动仿真。（4）绘制结果。

通过三维CAD设计的结构模型可传入结构分析软件和运动学、动力学仿真软件ADAMS中进行分析。在ADAMS中建立多体模型并定义变量，定义的变量通过ADAMS和MATLAB的接口，传输到MATLAB中，对控制方案进行仿真。仿真结果可再传回ADAMS中进行分析。通过重复这样的设计-仿真交互，直到得到满意的结果。

四、虚拟样机技术在机械领域的发展前景

虚拟样机技术的发展，使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，体现了一种全新的研发模式，它在工程领域的迅速发展，必将给企业带来重大的影响。

（1）高效的研发手段促使产品的更新换代加快，产品开发风险降低，企业的生产效率将大大提高。“最快者生存”将成为企业市场竞争的法则。

（2）虚拟产品的销售。虚拟样机技术和柔性制造技术已经使虚拟产品销售成为可能，即企业先通过虚拟样机找到客户，再组织生产。因此企业在产品制造和市场竞争方面更具灵活性。

（3）企业间的动态联盟。产品的数字化使企业能够通过Internet进行产品信息的快速交流，克服单个企业资源的局限性，将具有开发某种新产品所需的知识和技术的不同组织或企业组成一个临时的企业联盟，即企业间的动态联盟，以适应瞬息万变的市场需求和激烈竞争，同时，对技术人员也提出更高要求。各子系统设计员必须了解虚拟样机技术相关专业的知识，专业分析员也必将转变为产品设计者。

可以预见，在21世纪虚拟样机技术必将成为工程机械领域产品研发的主流。国内各企业应加强对它的应用研究，使产品更具市场竞争力，迎接全球经济一体化的挑战。

参考文献：

[1]郑建荣，著.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高.北京：机械工业出版社，2001，1.

[2]陈定方，罗亚波，等著.虚拟设计.北京：机械工业出版社，2002，12.