引論：我們為您整理了13篇機械設計方法范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。

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    2現代機械設計的特點

    現代機械種類很多,結構也越來越復雜。但從實現系統功能的角度上看,它主要包括動力系統、傳動系統、執行系統、操縱及控制系統等,每個系統叉可根據需要繼續分解為更小的子系統。現代機械設計有其鮮明的特點,即不但要求設計對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式,物流技術、各零部件的材料、形狀、尺寸、方法等進行構思、分析、計算,而且還需融通多門科學知識,如創造性工程、美學,仿生學、控制論、機械電子學、價值工程等,使設計出的產品在市場中具有競爭力。

    3計算機輔助機械設計方法

    計算機輔助設計(ComputerAidedDesign,簡稱cAD)技術是電子信息技術的一個重要組成部分。這一新興學科能充分運用計算機高速運算和快速繪圖的強大功能為工程設計及產品設計服務,徹底改變了傳統的手工設計繪圖方式,極大地提高了產品開發的速度和精度,使得科技人員的{慧和能力得到了延伸。CAD系統包括硬件系統和軟件系統兩大部分。硬件系統是計算機輔助設計技術的物質基礎;軟件系統是計算機輔助設計技術的核心,它決定了系統所具有的功能。硬件和軟件的組合形成了CAD系統。汁算機輔助機械設計的一般過程包括:

    1)建立數學模型:一般機械零件基本都有現成的數學模型,但對沒有數學模型的則首先要建立正確的數學模型;

    2)設計程序框圖:程序框圖根據手工計算的步驟來沒計;

    3)用高級語言編制程序:根據程序框圖來編程;

    4)程序調試:程序編好后,先仔細檢查源程序,然后將其輸入汁算機進行試算,再對程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算,要求與手算結果完全吻合。

    4系統化機械設計方法

    現代機械設計已突破傳統的機械設計只注重機械產品單純能實現預期功能的要求,使機械設計向自系統化、信息化,柔性化和智能化的方向發展。從系統的觀點出發,機械系統設計及其控制技術把原有機械產品的眭能、功能以及制造技術提高到一個嶄新的水平,甚至使原有的機械產品結構發生變化,所帶來的經濟效益和社會效益是巨大的。所以機構產品的系統化設計及其控制技術是機械工業發展的必然趨勢,也是用新興技術改造傳統機械][業的有力措施。科學技術的飛速發展,產品功能要求的日益增多,復雜性增:響,壽命期縮短,更新換代速度加快然而,產品的設計,尤其是機械產品方案的設計手段,則顯得力不從心,跟不上時展的需要。目前,計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究,并初見成效,而產品開發初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。系統化設計方法將沒計任務由抽象到具體(由設計的任務要求到實現該任務的方案或結構)進行層次劃分,擬定出每一層欲實現的目標和方法,由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯系在一起,使整個設計過程系統化,使設計有規律可循,有方法可依,易于設計過程的計算機輔助實現。系統化設計方法的主要特點是:籽設計看成由若干個設汁要素組成的一個系統,每個設計要素具有獨立性,各個要素間存在著有機的聯系,并具有層次性,所有的設計要素結合后,即可實現沒汁系統所需完成的任務。在系統化機械設計過程中,為使設計工作更為科學合理,常把一個機械系統分解為若干個相聯系的比較簡單的子系統,可使設計和分析比較簡便。根據需要和可能,各予系統還可再分解為更小的子系統,依次分解,直至能進行適宜的毆計和分析。系統分解時就注意以下幾點:

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1.2系統化機械設計方法

系統化機械設計方法具有以下優點：首先，運用系統設計方法會將機械設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，這樣在進行設計的時候，客觀上實現了從總體的情況出發，機械設計具有前瞻性，在以后投入生產使用的時候，連貫性較強；其次，每個設計要素具有獨立性。在固有的設計方法中，只有很少的一部分設計實現了設計要素獨立，而且還是在犧牲其他功能的基礎之上。系統機械設計方法經過不斷研究和優化，運用的技術和方案有所不同，它可以讓設計要素獨立，也可以讓設計要素成為一個整體，不會影響設計要素的功能和性質；第三，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性。這個特點是一個非常強大的優勢。由于廠家和企業之間存在一定的差異，要想在工作當中完全統一是不可能的，我們通過層次上的分明和建立要素的有機聯系，實現了設計的進步，并且帶動機械設備全面發展。

2對現代機械設計方法的思考

2.1根據市場的變化而變化

機械設備的最終目的就是投入市場，被廣泛的需求者購置應用。所以，現代機械設計方法應該根據市場的變化而變化。首先，對市場的數據和資料進行分析，了解機械設備的訴求方向，分明機械設計的觀賞性、實用性等性能，保證機械設計方法能夠切實的創造經濟效益；其次，對市場進行定期調查，根據不同群體的反饋來更新機械設計方法，我們要保證現代機械設計方法能夠及時的設計出人們滿意的產品，在便利生活和工作的同時，實現設計的提升。目前，市場才是最重要的主導，從市場出發是一種非常可取的方式。

2.2建立良性循環

現代設計方法并不是獨立存在的，在設計方法之前有設計材料，之后有具體的生產加工設備。無論是應用現代設計方法還是優化現代設計方法，都要在一定程度上考慮前后關系，保證現代設計方法在整個鏈條中實現良性循環。另一方面，我國現在正處于一個非常重要的上升階段，機械設計方法對機械行業的發展具有非常重要的作用，絕對不能出現任何的問題。相對來說，良性循環并不能在短時間內建設成功，所以要根據各個階段的實際需求來建設，這樣既可以在取得階段性的成果，同時可以最大限度的解決資金、時間等一系列的問題。相信在以后的工作當中，良性循環會符合現階段的發展節奏，取得更大的經濟效益。

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所謂設計就是根據一定的設計目的和產品應用要求，借助一定媒體將軟性思維轉化為相關產品信息、產品模型的過程。因此，機械產品的設計必須具有目的性、結構性和嚴謹性，而現代設計是基于提高設計速度和設計水平為出發點，將智能化和自動化充分運用于產品設計與研發當中的一種設計方法。因此，機械產品現代設計理念的特點就是智能化和自動化。在上世紀80年代以前，我國在設計領域中的一些設計技術、設計方法、設計理念相比國際上相對落后，對于一些先進科學技術的應用知之甚少，而為了強調設計技術的變革，通常把我國過去常用的設計稱為傳統設計，而把國際上興起的新興設計技術稱為現代設計。經濟的快速發展必然要求生產效率的提高，而生產效率的提高必須要將新興科學技術充分運用于生產領域中，因此機械產品功能的多樣性、機械產品結構的復雜性、機械產品使用壽命的長期性必然會給機械設計提出時代課題。隨著科學技術的高速發展，在產品設計繪圖、加工制造等方面的研究已經取得了一定的成果，但計算機在產品初期設計中的應用卻少之又少，因此計算機在設計中的應用是機械產品現代設計方法的必然選擇。

2 機械產品現代設計方法類型

2.1 系統化設計方法

所謂系統就是整體與部分之間相互聯系、密不可分的一種構成方式。同時，每個組成部分又具有獨立性，每個組成部分發揮的作用也不盡相同，這些不同的作用對于整體而言又是必不可少的，正是由于不同元素之間的相互作用，才維持了整體作用的持續發揮。系統化設計方法正是對系統原理的充分體現，系統化設計方法理論源于德國學者Pahl和Beitz教授，我國多學著在設計實踐中充分借鑒西方國家設計理念，同時根據我國實際情況對系統化設計理論不斷進行深化，一是從產品開發過程的宏觀性為出發點，根據用戶需求，利用質量功能布置法，以產品開發階段技術要求為目標，系統地將客戶需求轉化為實際產品功能。二是借助生命系統理論將產品視作為層次分明的生命系統，在產品設計過程中進行層次上的劃分，以達到產品功能結構的系統性。設計就本質來說是產品要求和設計者自身思想的有效結合，因此不同設計者對待同一產品會有不同的角度和思路，總的來說，具有代表性的系統化設計方法主要包括設計元素法、圖形建模法、“構思”―“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法等等。

2.2 結構模塊化設計方法

結構模塊化設計方法是從規劃產品的角度出發而提出的，而這種方法的設計任務又是以產品結構為基礎，利用產品通用零部件來確定設計任務，同時在分解設計任務時就要充分考慮好不同零部件之間存在的作用沖突，解決好矛盾，同時還要及早預測生產能力和費用，由此來提高設計效率，從而降低產品研發成本。設計任務的功能化產品結構共分為四層：產品―功能組成―主要功能組件―功能元件。為了更好地評價專用機械設計和更有效地規避制造風險，在專用機械設計中采用功能化的產品結構將充分發揮優勢作用。

2.3 基于產品特征知識的設計方法

利用計算機的語言識別功能來描述產品特征及相關專家的知識經驗是基于產品特征知識設計方法的主要特點，這種方法實際上是利用知識庫和推理機及已儲存領域知識來實現計算機輔助產品的方案設計。產品特征是機械系統方案設計的主要依據，而設計領域相關專家的知識和經驗又是對機械系統特征的規律性把握，基于產品特征知識的設計就是利用這兩個方面來進行推量和決策，從而來完成機構的型、數綜合。而知識的自動獲取、表達、集成、協調管理和使用，又是實現這一階段計算機輔助設計的必然前提。綜觀國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化獲取的研究，采用的方法主要包括：編碼法、知識的混合型表達法、利用基于知識的開發工具、設計目錄法、基于實例的方法這五種。

2.4 智能化設計方法

根據設計方法學理論，借助三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體工具來進行產品開發設計是智能化設計方法的主要特點。數學系統理論和系統工程理論是智能化設計方法的理論支柱，在利用這兩個理論時，充分利用產品設計技術和系統開發方法學研制出與產品設計初期相適應的多媒體開發系統軟件是智能化設計方法的基本原理。

3 結語

機械產品的系統化設計方法、結構模塊化設計方法、基于產品特征知識的設計方法、智能化設計方法是機械現代化設計的主要內容，而這四者之間又有著密切的聯系。在信息化的時代背景下，科學技術飛速發展帶來了機械產品功能與結構的深刻變革，但機械產品功能與結構的變革與機械設計的發展卻并不同步，機械產品方案的設計手段顯得力不從心，跟不上時展的需要。由于這四者之間密切的聯系，要想有效的實現機械化設計的現代化，還必須對這四種方法進行綜合運用。而計算機輔助功能在機械設計領域的運用也必然會帶來新技術、新方法、原理的大量涌現。因此，在機械現代化設計中必須將計算機功能充分運用其中，因為計算機的運用本身就是信息化、智能化的一個重要標志，計算機在機械設計中的應用也必然會在很大程度上提高設計水水平、加快設計速度。所以機械現代化設計是機械設計的必然發展趨勢。機械產品作為生產領域的重要生產工具，它的變革往往會帶來整個生產領域的變革，從而帶動經濟的發展，而機械設計已經從傳統走向了現代，這是思想變革和技術變革的有效結合，為了實現我國機械設計的現代化，必須完善創新機制，加大科研投資力度，培養機械設計人才隊伍，只有通過技術創新才能夠保證我國機械設計能夠步入世界先進行列。

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一、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解如通用零件部件等描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解，這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，1產品2功能組成3主要功能組件4功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。 認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風 險十分有利。 提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口聯接和配合部，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和 CAD 技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和 CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

二、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。 機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。

三、系統化設計方法 系統化設計方法的主要特點是

將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。 制定的機械產品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準 VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：

1.將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。

2.將產品看作有機體層次上的生命系統，并借助于生命系統理論，把產品的設計過程劃分成功能需求層次、實現功能要求的概念層次和產品的具體設計層次。同時采用了生命系統圖符抽象地表達產品的功能要求，形成產品功能系統結構。

3.將機械設計中系統科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產品作為一個系統處理，最佳地確定其組成部分單元及其相互關系；二是將產品設計過程看成一個系統，根據設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。

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0 引言

隨著社會經濟的發展，中國的科學取得了長足的進步，現代機械也發生了飛躍性的發展。現代機械在繼承了傳統設計的原則、步驟、造型設計標注、類比設計等基礎上，將迅速發展的計算機技術、電子學技術、測試分析等多種技術融入到機械設計中，同時在機械系統中引入新材料、新工藝，實現了同一種技術功能所具有的載體功能和技術手段的多樣性。現代社會對機械系統提出了更高的要求，為了使產品能夠立足于市場，機械系統不僅需要能夠在實現預期功能的基礎上，還需要設計的機械系統滿足物美價廉、操作方便、安全性能高、污染小等特點。因此現代機械系統對機械設計這提出了更高的要求，只有通曉機電、液壓技術、計算機技術等才能夠設計出性價比高的優良現代機械系統。

1 現代機械設計的特點

機械設計是實現某一種功能，同時綜合制造產品的經濟性、制造可能性等，從而構思的一種具有創新性機械產品過程。與傳統機械設計相比，現代機械設計有著其自身獨有的特點，為了使得設計的產品具有更大的市場競爭力，現代機械在設計時不僅僅需要對系統的機械工作原理、運動形式、力量的傳遞方式、零部件結構尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件間的耦合方式等等進行考慮，還需要綜合融入多門新的科學知識，比如計算機學、機械電子、控制理論、仿生學、美術學等等，是一種融入多門科學知識的綜合性設計過程。隨著社會的發展以及科技的進步，現代機械的種類越來越多，機械系統的結構復雜度也是逐年的增加。但是從系統功能角度上來說，機械系統可以分為動力系統、執行系統、控制系統、動力傳輸系統等等，如果再進行細分，每個系統在原系統的基礎上仍可進行劃分。

2 計算機輔助機械設計方法

計算機輔助技術簡稱CAD技術，它屬于計算機技術，是電子信息技術的重要組成部分之一。作為當代機械設計過程中最具靈活的技術手段之一，CAD技術這一新興的學科顛覆了傳統手工設計效率低下的方式，充分利用計算機所具有的運算快、記憶力強、邏輯判斷高、計算精度高、繪圖能力強等特殊功能，并結合設計人員的經驗、智慧以及創造力來計產品，極大的降低了產品的開發周期，提高了產品設計精度，減輕了設計人員的勞動強度，提高了產品的設計質量，使得設計人員的創造性以及個人能力得到延伸。

CAD系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成，硬件系統是支撐計算機輔助系統的物質基礎，而軟件系統決定了CAD系統所具有的功能，它是系統的核心技術，軟件系統和硬件系統聯合在一起共同組成了計算機輔助系統。從軟件的功能上來劃分的話，系統軟件可以分為系統軟件、支撐軟件和應用軟件三部分。其中，系統軟件主要包括操作系統、數據通信系統等，它是整個軟件的核心內層，能夠自動管理和控制計算機資源；支撐軟件亦成為開發軟件，它能夠幫助設計人員更高效率的開發其他應用軟件；應用軟件是在系統軟件和支撐軟件的基礎上，設計人員進行自行編制用于解決實際問題的程序。

利用計算機輔助技術進行機械設計的步驟主要包含以下幾部分，首先就是建立數學模型，在cad系統中常規的機械零部件都具有自己的數學模型，如果設計的模型在系統中不存在，則需要重新建立正確的數學模型；其次是設計程序流程圖，根據機械系統的工作原理對零部件的控制步驟進行設計；后根據程序流程圖的工作步驟，利用計算機語言進行程序的編制；最后在相關開發軟件系統下進行程序的調試，并檢查程序是否能夠正確運行，如果不能，則需要發現錯誤并進行程序修改。

3 系統化機械設計方法

伴隨著科技的迅速發展，人們對產品的功能需求也是日益的增多，產品的設計復雜性也隨之增加。現代產品具有壽命周期短，更新速度快等特點，利用傳統的機械設計手段來設計現代機械產品則顯得有點力不從心，傳統機械設計手段已跟不上現代產品發展的步伐。基于傳統機械設計的缺點，現代機械在繼承前者的基礎上發展而來。現代機械設計突破傳統只注重實現產品預期功能的需求，并結合現代先進的計算機等其他綜合技術，使得現代機械設計向信息化、系統話、柔性化和智能化方向發展。由于現代機械產品設計融入了多種綜合性技術，當代的設計技術使得原有的機械產品機構發生重大變化，將機械產品性能、功能及其制造技術提高到了一個嶄新的水平，帶來了巨大的經濟效益和社會效益。機械產品的系統化設計和多種控制技術的運用是未來機械行業發展的趨勢。

目前，計算機輔助技術已經在產品的設計繪圖、加工制造、生產規劃等環節得到了廣泛而深入的研究，并且也取得了一定的成果。但是其在產品開發初期設計環節上運用的相對較少，遠遠不能夠滿足現代設計需求，而系統化設計能夠解決該問題。系統化設計能夠將任務實現由具體到抽象的層次劃分，并能夠擬出實現該方案的目標方法，由淺入深、由抽象到具體的將各層次緊密的聯系在一起，最終是產品設計規劃化、系統化，易于實現計算機輔助技術在整個機械產品的設計。在系統化設計中，將產品的設計系統看作由多個設計要素組成，并且每個設計要素具有一定的獨立性，各個要素具有層次性，每個要素之間存在著一定的聯系，當所有的要素設計完成后，將他們有機的整合在一起即實現所需的機械系統。為了更加

科學合理化的進行機械系統設計，在系統化設計過程中，常常將一個機械系統分解為許許多多比較簡單的系統，從而使得機械設計變得更加的簡單、方便。有時候，為了需要，可能將劃分后的系統進行劃分為更加簡單的更小子系統，直至能夠進行適宜的設計和分析。

但是在系統設計時需要注意以下問題：

（1） 系統分解數和層次數應適宜。如果分解的子系統數目太少，則子系統復雜度稍高，不便于產品的模型化，同時也給設計工作增加難度；如果分解數和層次數過多，則容易造成系統臃腫，給最終的系統整合帶來難度。

（2）避免過分的復雜面。在系統設計時，盡量選擇要素間聯系數較少和作用較弱的地方。

（3）使得系統中能量流、信息流、物料流的合理的流動。在機械系統中，一般包含能量流、信息流、物料流，并且該三部分間可實現相互轉換。他們在系統的輸入到系統的輸出工作過程中，按一定的方向和途徑不間斷的流動著。即使在劃分的各個子系統中，他們的流動途徑也是不變的。

（4）系統分解與功能分解的不同。在系統分解中，存在子系統分解和功能分解，這兩者間的分解是不相同的。雖然系統被分解為各個子系統，但是每個子系統仍是一個單獨的系統，子系統雖然相對簡單，但是可能具有多項功能，并且每個子系統間仍是具有緊密聯系的。功能分解不一樣，系統按照功能逐一分解，直至不能夠再次分解系統功能。

4 結束語

伴隨著網絡技術的發展以及異地的協同設計制造，使得產品的功能需求、設計、加工、裝配并行工程具有一定的可行性。但是產品設計方案的三維可視化是實現這一目標的前提條件，因此，近些年來，智能化軟件設計、三維圖形設計、虛擬技術等等越來越多的被應用到現代產品的設計中。目前，機械產品的設計正朝著智能化設計、計算機輔助實現以及能夠滿足異地系統設計的方向發展，并且隨著人們對產品功能性越來越高的要求，人工智能理論、系統工程理論、計算機軟硬件工程等多技術融合技術也是未來機械產品設計的發展方向。

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1.機械設計中的材料設計存在的問題

工業產業的建立發展離不開材料這一物質基礎，機械設計過程中需要選擇與自身特性以及加工工藝相一致的材料類型，隨著社會對工業產品要求的越來越高，產品設計人員需要不斷增強自身的專業素質，增加對材料與機械產品之間關系的熟悉程度，對使用的不同種類的材料的主要性能都需要有一個全面的掌握，對材料進行充分的利用，從而能夠創造出技術性更高、款式更加新穎的工業產品。但是，傳統的機械設計手段，材料設計環節只是一個選擇成品材料的過程，在材料的設計過程中也只是根據以前的設計經驗、參考數據來進行的設計生產，而選擇的參考數據并不適用于所有材料的設計方式。這種材料設計方法使得材料在使用過程中常常會出現不適合的現象，作為零部件的材料有時候僅僅能夠滿足機械某一方面的需求，對于整體機器的運行會產生不良影響，容易造成機械的報廢。工程材料的研究發展迅速，一些材料的加工方法、工藝的改進使原有材料可以達到更好的性能要求，但是新材料不能立即編入設計指導手冊，同步更新比較緩慢，因此按照設計手冊選擇的材料在新型產品研發中經常是落后的，直接影響著機械產品的競爭力。

2.機械設計中材料設計的實例探究

2.1輪軌耐磨性設計中的材料問題

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[1]。在工程摩擦學中，輪軌可以看做是一對摩擦副，二者同屬于一個運作系統，是不同的兩個構成元素，輪軌材料耐磨性的問題研究應該從整體的機械體統出發，對兩個元素的材料進行最佳搭配，這樣可以有效的延長使用壽命，在這種研究的基礎上創新出了一種機車的輪緣中頻局部淬火技術，首先需要進行理論分析，得出計算結果之后需要進行大量的實驗，檢測機車在實際的操作運行中的各種現實狀況，經過這一系列的工作之后才能夠得出輪軌硬度相互搭配的一個最優數值，它可以使鋼軌使用期限不受影響的情況下，將機車輪的使用時間增加2倍以上，當然，這種延長使用壽命的方法是在不改變原有路軌和機車輪材料的基礎上進行的，用常規熱處理工藝對其原有的磨損嚴重部分的局部材質進行處理，是一種經濟、簡便易行的設計方式。

2.2合金鋼刀具以及汽車制動襯片設計方法

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[2]。個別的生產廠家生產的刀具仍然存在實驗結果不穩定的情況，有的性狀良好有的品質則很差甚至不能使用，這種狀況說明了一個道理，同種類型的機械產品即使材料設計的方式相同，成品的功能也會存在很大的差距，缺乏統一性，但是這并不是說生產方式存在問題，材料本身的穩定性和平衡性是主要的問題所在，不同材料之間的磨合也存在不同程度的問題，如何改變工藝參數以適應材料本身的差異是方法改進的一個有效途徑。另一方面，汽車中使用的制動襯片在比較大型正規的汽車工廠都不是使用的純粹的國產產品，進口產品或者中外合資生產的產品仍然占據主導地位，國產的制動襯片在市場上缺乏足夠的競爭實力，一些規模比較小的生產企業質量上的問題比較嚴重，比如產品性能指標或者摩擦系數不標準等等，特別是摩擦襯片和鼓（盤）的配對問題，國內企業還缺乏相關的研究。

2.3填料裝置的七連桿設計方法問題

自動填料裝置的設計，可采用七連桿機構，該機構整個懸掛于機架上，在原理方案（運動分析）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[3]。這一部分需要具備足夠的強度，其次耐磨性以及抗沖擊性也需要不斷提高，在進口產品中這一裝置的材料類型屬于高性能的塑料結構，銷孔使用的是鋼套，但是由于這種材料在國內市場的缺乏以及物價較高的問題，選擇使用鑄鋁件材料作為替代，同時將鉸鏈連接處的強度增大。這種結構的連桿裝置在實際的運行中出現了問題，鑄件材料存在分布不均勻的情況，容易造成鉸鏈孔的折斷。在裝機使用中又有新問題不斷出現，比如因為鑄鋁件的重量要比塑料材料大，在裝置運行速度較快時，起、停之間的慣性就會變大，會對整個機架造成很大的沖擊振動。再比如，鉸鏈在運行一段時間后發生的斷裂現象，這種情況一方面源于鉸鏈自身的震蕩，另一方面源于鑄鋁件的彈塑性較弱的原因，在更換了進口塑料材料之后，這些問題就都解決了，雖然進口材料單價較高但是使用時間長、重量輕，總體來說性價比較高。這種情況說明機械零部件材料的性能不僅影響其本身的功能，而且還會對機器整體功能造成影響。

3.機械設計中材料設計的新思路

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和功能論思想出發，不僅要考慮滿足各零、部件的性能要求，還應考慮各零、部件對整機性能或其它零件分功能的影響[4]。在進行材料設計方法研究時，具體的材料設計方法首先應該進行合理性的考察，按照具體的要求準備設計環節的工作，在選擇時應該特別注意材料的自身優劣，設計師需要進行綜合的考量子系統的具體功能，建立應尾材料專屬的數據庫，進行材料系統分析之后選取其中較為適合的材料進行產品的設計研發。另外，機械設計人員需要借助信息技術來進行材料設計，充分利用互聯網模式構建完備的機械工程數據體系，從設計層面完成與CAO等軟件的無縫對接，比如造型款式與設計樣本、銷售渠道與行業信息等。

4.結束語

現代化經濟的快速發展推進了社會對基礎機械產品需求的增長，由此產生了機械材料的設計與生產相脫節的情況，通過對當前材料設計存在的問題和具體的案例進行分析，設計人員應當按照系統論與功能論的工作要求，建立基于互聯網架構的機械產品設計數據庫，綜合探究整體系統與子系統之間的關系，選擇合適的結構材料設計出更加優良的新型產品。

【參考文獻】

[1]劉小琴，續海峰.機械設計中的材料設計方法研究[J].機械管理開發，2009，03：32-33.

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1、現代機械設計方法

為了尋求保證設計質量、加快設計速度、避免和減少設計失誤的方法和措施，并適應科學技術發展的要求，使設計工作現代化，引發了現代設計方法的研究。現代設計方法的特點是動態的、科學的、計算機化的方法。它將那些在科學領域內得到應用的所有科學方法論應用到工程設計中。現代設計方法實質上是科學方法論在設計中的應用。冠以“現代”二字是為了引起重視，其實有些方法也并非是現代的。可歸納為下列具有普遍意義的方法：信息論方法、系統論方法、控制論方法、優化論方法、對應論方法、智能論方法、壽命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法、藝術論方法。把以上現代設計方法應用到機械設計中來，則稱其為現代機械設計方法。

2、現代機械設計方法在包裝機械設計中的應用

首先在設計理念上要借鑒先進國家的經驗，以用戶的需求為設計的目標，并結合柔性設計、模塊化設計的理念，一機多基本一樣，但設計階段側重點不同如：總體設計時，要全面考慮整個包裝機系統的布局、運動協調性、造型設計、人-機環境以及裝箱運輸等。模塊化設計是一種先進的設計方法，它的核心思想是將系統根據功能分為若干模塊，將包裝機中同一功能的單元設計成具有不同性能、可以互換的模塊，通過模塊的不同組合，使包裝機多功能化、系列化。采用這種方法的優點是：（1）使包裝機更新換代速度加快。因為新機型的替代，往往是局部改進。將先進技術引進相應的模塊，比較容易實現局部改進；（2）縮短設計周期。當用戶提出要求后，只需更換模塊，或設計制造部分模塊，即可得到新的機型，滿足用戶需求；（3）降低成本，便于維修；（4）性能穩定可靠。另外現代包裝機設計應該滿足“綠色設計”，即人性化設計的要求。它是面向質量設計、裝配設計、制造設計、維修設計、可靠性設計的綜合設計。我國人口眾多，人均消費水平比發達國家低，而且城鄉差異較大，包裝系統的設計應以價廉物美為主，不能盲目追求高精尖。要考慮到可靠性、安全性、環保性、低噪音等各方面的因素。充分體現原理優化、結構優化、制造優化、造型優化。

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一、對虛擬樣機技術的基本認識

1. 虛擬樣機技術的含義

當前世界范圍內對于虛擬樣機技術還沒有一個統一的概念，總的來講虛擬樣機技術就是以依靠計算機技術而產生的數字模型來代替物理機械產品的一種新型技術。它可以如具體的物理模型那樣，對機械產品的設計、制造、使用等全過程進行比較準確的分析和測試，從而對其中存在的不足及時修正，達到機械設計的最終目的。

2. 虛擬樣機技術的出現

經濟全球化的快速發展和生活水平的不斷提高，使得人們對產品的需求越來越多，對產品的性能和質量也有了更高的要求。但是在產品設計中，為了設計出成功的產品需要多次的實驗，而物理樣機制造所需的時間較長，這就直接延長了產品的開發周期。在二十世紀九十年代，計算機技術的發展使虛擬樣機技術成為可能，逐漸彌補了這一缺陷。

3. 虛擬樣機技術的作用

在機械設計中，傳統的物理樣機制造不僅消耗較多的人力、物力和財力，而且對于其中存在的問題也需要花費較多的時間來進行修復。而虛擬樣機的制造成本較低、周期較多、且問題修復較為簡便，對于節約設計成本、提高設計質量、縮短機械產品的研發周期具有積極的作用，有利于提高企業的核心競爭力，促進企業的健康長遠發展。

二、基于虛擬樣機的機械設計方法研究

1. 建模技術

虛擬樣機建模技術一般分為三個步驟：首先，要建立三維模型。建立三維實體模型是虛擬樣機技術得以實現的基礎和前提，任何仿真技術都要從三維模型開始。在建立三維模型的過程中，一般會遇到兩個難題，一是齒輪、扇葉等機械零件的外形結構復雜，二是約束關系較為復雜，這就要求設計虛擬樣機需要依靠專業的三維CAD軟件。其次，要為三維模型添加約束。建立三維模型后，需要依靠約束副把它們相互連接起來，從而定義物體間的相對運動。目前比較常用的CAD軟件一般都有動力或運動學插件，以實現約束關系與裝配關系的映射。此外，還要為三維模型施加驅動。施加驅動的目的是為了讓虛擬樣機能夠按照一定的運動規律來進行運動。

2. 協同仿真技術

仿真技術指的是在缺乏實際系統的情況下，實現活動或系統本質的一種技術，是一種以模型為基礎的活動，它的基本框架是先建模，然后進行實驗，最后再進行分析。而協同仿真技術就是指在復雜產品的仿真過程中，采用多種仿真軟件來建立不同的模型，通過各種通訊方法來實現信息的交流，并利用求解器來進行求解，最終完成整個系統的仿真。

當前的仿真技術一般側重于電子、機械或控制等的單個領域，相互間的聯系非常少甚至是根本沒有聯系，這就很難滿足機械設計的要求。現今大多數的機械研發過程需要涉及到機械、電子、液壓、控制、以及計算機軟件或硬件等多種學科領域，再加上產品本身是由多個子系統和零部件組合而成的，相互之間有著或多或少的聯系，單一的仿真技術不能實現對復雜產品的準確完整分析，因此必須采用協同仿真技術來實現對機械設計全過程的分析和評估。

3. 協同設計技術

協同設計技術是設計領域的一項新型設計技術，是指在計算機技術的支持和輔助下，所有設計成員對同一個設計項目，各自承擔一部分設計任務，并交互進行設計工作，從而得到一個最為符合設計要求的設計方法。協同工作的主要目標就是盡可能地縮短機械產品的研發周期、降低產品成本、提高產品質量，從而提高企業的經濟和社會效益，增強企業的競爭力，促進企業實現更好的發展。協同設計一般需要做到以下幾點：首先，需要認知同步，建立共享的知識和語義；其次，要共同協商設計方法和策略，一般協同策略分為提案型、層次型、型、以及對等伙伴型四種類型；最后還要規劃設計的任務和方法。

4. 有限元分析

有限元是一種現代化的設計方法，可以比較準確地分析機械結構件的強度和動態特征。它的主要優點是通用性，可以求解邊界條件和結構形狀都較為隨意的有關力學的問題，是一種比較值得信賴的計算方法，特別是對于虛擬樣機而言，是一種必不可少的工具。當前市場上有限元分析的軟件多種多樣，比較簡單方便的例如Cosmos/Works軟件。

總結：

在激烈的市場競爭中，企業要想繼續生存和發展就必須要不斷進行創新，提高生產效率。對于機械制造企業來說，機械設計是非常重要的一個部分，設計工作的好壞直接影響企業的經濟效益。因此在計算機技術高速發展的今天，進行機械設計時需要充分利用虛擬樣機技術，以適應時代和社會發展的需要，促進企業的發展。

參考文獻：

[1]王建軍,張洪.虛擬樣機技術在機械設計中的應用[J]. 大眾科技. 2009(03)

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一、引言

機械設計是機械類學生一門重要的技術基礎課[1]，而機械設計課程設計又是繼機械設計課程結束后的一項重要的實踐教學環節，同時是第一次對學生進行全面的設計訓練。它在培養學生核心技能方面，占有重要的地位。機械設計課程設計可以說是引導學生進入機械設計領域的環節，通過對通用機械（或其他簡單機械）的傳動裝置的設計，培養學生正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設計和零部件設計的能力，達到理論聯系實踐的初步能力[2]。本文結合我院三本學生的特點，對機械設計課程設計指導方法進行了一些有益的研究與實踐。

二、我院機械設計課程設計的背景

我院建校前幾年由于師資力量有限，主要依賴兼職教師指導課程設計，這些兼職老師大多來自一本院校，他們時間有限，指導方法基本沿襲一本院校的指導方法，每天集中一兩個小時在教室集中指導，而三本學院的學生依耐性強，老師走后基本是放鴨子，因此抄襲現象特別嚴重。此外，在教學指導過程中也存在一系列問題，比如必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都沒有明確，指導過程因老師而異，隨意性較大，標準不統一。因此，進一步規范課程設計的內容、指導方法、達到的目標、必須掌握的知識點和知識群，顯然是提高實踐教學質量的重要內容和措施。后來隨著一些青年教師的引進，我們對機械設計課程設計的題目、應該完成的內容及進度要求、考核方法等進行了一系列的研究與實踐，使學生達到掌握知識點的目的。

三、針對機械設計課程設計題目、指導方法，進度安排及考核方法進行改革

（一）設計題目的改革

以前兼職老師給的課程設計題目是多樣化的，鑒于我院學生的基本條件，我們把課程設計的題目統一標準化了，傳動方案也已經給定，目的是讓學生熟悉課程設計的一般方法，掌握應該掌握的知識點，并對機械設計的理論課的知識加以鞏固，并不要求他們創新設計。其設計題目、初始條件和傳動方案如下：設計題目：帶式運輸機的傳動裝置；初始條件：帶式運輸機可運送谷物、型砂、碎礦石、煤等。兩班制工作，連續單向轉動，有輕微振動，輸送帶的速度允許誤差為±5%，使用期限為10年。卷筒與輸送帶間傳動效率96%，減速器批量生產。傳動方案及原始數據如圖1和表1。

要求學生每人按學號順序依次選一組數據進行設計計算。

（二）指導方法改革

在課程設計之前，負責人對指導機械設計課程設計的老師集中在一起開個小會，對學生必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都明確要求，要求指導老師每天的上午和下午至少在教室兩個小時，這樣學生有問題就能及時找到老師解決問題。還有學生課程設計進行到第一階段，尤其是課程設計的設計計算初步完成時候，要求指導老師對學生的計算數據進行初步的檢查，并要在草稿本上簽字，才可進行下一階段的工作。這樣就避免后面學生在畫草圖時候發現錯誤，又要反過來重新計算浪費大量的時間，并且可以避免了個別學生抄襲的現象。

（三）進度安排改革

以前兼職老師指導課程設計時候，一次把課程設計要求完成的內容一個半天講完，這樣內容太多，學生根本記不清楚。我們根據三本學生的特點，將機械設計課程設計分為六個階段。每個階段集中講解一次，學生按進度要求完成該完成的任務。第一階段，主要是動員和設計計算。學生在這一階段應該完成的內容包括：選擇電動機；計算總傳動比和分配傳動比；傳動裝置的運動和動力參數計算；傳動件計算；初算軸的最細處直徑；選擇聯軸器（型號、孔徑、孔長等）；初選滾動軸承及其相關參數，軸承蓋是否干涉等。要求學生按上述步驟嚴格進行，不要顛倒。第二階段是草圖繪制。設計計算完畢后，我們會帶學生到實驗室做一個減速器拆裝實驗，主要是對減速器有個感性的認識。然后在集中講解，其內容包括：減速器的結構；減速器的；設計裝配圖的準備；減速器鑄造箱體的結構尺寸；減速器裝配草圖設計；軸和鍵的強度校核，滾動軸承的壽命計算。第三階段是正式繪制裝配圖，在完成減速器裝配草圖后，校核軸、鍵強度及滾動軸承壽命無任何問題時，在此基礎上繼續完成裝配圖。要求注意兩個方面的設計：軸系零件的結構設計；減速器箱體及附件的結構設計。第四階段是裝配圖的檢查。給學生主要講解的內容包括：檢查裝配草圖；標注主要尺寸與配合；編寫減速器的技術特性；編寫技術要求；零件編號；編制零件明細表及標題欄。第五階段是零件圖的繪制。零件工作圖是零件制造、檢驗和制定工藝規程的技術文件，應包括圖形、尺寸及其極限偏差、表面粗糙度、形位公差、技術要求等。零件圖從裝配圖上測繪下來，形狀應與裝配圖一致。第六階段是編寫說明書。說明書的編寫我們也把格式基本給學生，學生按照步驟把草稿整理成冊就可以了。機械設計課程設計總共安排了三周的時間，周末時間不計，具體的進度安排我們設計了一個表，如表2。

（四）考核方法進行改革

課程設計結束后，我們會現場答辯，在答辯時候，會先給個預成績，這個成績非常重要，因為通過答辯，可以看出學生對課程設計掌握的情況，是否有抄襲，一問就基本可以得到答案。最后結合學生交上來的課程設計說明書、裝配圖、零件圖給每個學生單獨評定優、良、中、及格和不及格的成績等級。

四、結束語

通過對機械設計課程設計題目、指導方法、進度安排、考核方法等改革與實踐，學生課程設計的質量明顯體高，從學生課程設計的總結體會看到，每個學生都收獲頗多。不僅對《機械設計》課程的內容有了更深入了理解，也為今后的學習和工作奠定了基礎。

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一、礦山機械設計的重要意義

眾所周知，在煤礦生產過程和其他類型礦產資源的開采過程中環節是十分復雜的。而在這其中礦山機械設計的作用就顯得尤為重要，更關系到礦山的安全生產運行。礦山機械設備是礦山整個開采過程的中堅力量，因此我們必須重視對礦山機械的設計研究。特別值得一提的是礦山機械設計的優劣還關系到整個生產過程的安全、效率和產出礦石質量。現階段，我國經濟飛速發展，科學水平也在不斷提高，如何將日新月異的科技應用于礦山機械設計體系當中，是今后我們所要面對的一大重要課題。

二、現代機械設計方法的優勢所在

當前的科學技術創新可以說是日新月異，而傳統的機械設計理念中一些舊的、保守的設計思想占據了主流位置。相較于以往的生產需求層次，傳統的機械設計方法已經無法滿足現代礦山的生產需求。現代設計理念秉承著生態、智能、綠色的原則，相對于傳統設計方法有了長足的進步，與傳統的機械設計方法相比現代機械設計方法有以下三個特點：1、高效性；2、安全性；3、智能性。

三、礦山機械設計中的要點分析

第一，在礦山機械設計當中首推應以人文本的設計理念。這點毋容置疑，任何一種機械設計理念中，必須要強調人的特殊作用。在整個以人為本的設計理念里還包括其他多方面內容，比如礦山機械由于其體型和功能的要求一般都會存在噪音大的問題。如何盡量的削減噪音對人體構成的傷害，依然是現階段人們研究的首要課題。相關專家研究表明，人長期處于噪音當中，整個身體機能都會出現問題，其最容易看到的外在表現就是經常發生嘔吐和眩暈現象。相關數據顯示，一旦外在環境的音量超過八十五分貝，人體的整個大腦皮層就會處于興奮和難以抑制的狀態。這時，礦山機械的操作者因為這種噪音環境的影響就很容易發生事故。因此，在礦山機械設計中要以操作者即以人為本，盡可能的進行降噪系統的設計，盡量運用科學技術來進行合理降噪合理除噪。特別值得一提的是，現階段我國礦山機械設計上的自動化程度還很不夠，現在礦山機械設計要點應當放在方便舒適的操作系統上。盡量人性化設計好整個工作臺的構造，再比如說操作臺的位置，針對人體眼睛的最佳角度來設計操作臺的角度。人的眼睛最佳視角是左右在六十度、上下三十度左右，盡量滿足這個原則就可以有效的減輕操作者的疲勞感。

第二，現代機械設計的高效性、安全性、智能性的特點，要求我們礦山機械設計人員一定要把握好這些，綜合設計好人體的基本數據和生理指標，然后綜合這些具體的數據和指標再結合實際需要來進行設計。這樣，我們設計出來的方案才是完善的、符合人性化需求和現代生產需求的。

四、現代設計方法在礦山機械設計中的具體應用

首先，我們來談談關于仿生學設計技術在礦山機械設計中的具體應用。我們可以這么理解，一件工業產品的具體設計會同時作用于技術、經濟、藝術三個特定行業。因此，整個工業設計的基本理念應該滿足這三方面的需求。下面讓我們就這三方面的內容具體談一下關于工業設計中仿生設計的具體應用。

第一，關于形態的仿生設計。在這方面筆者想要闡述的核心思想是形態仿生設計的來源都是大自然。大自然形形的生物為仿生設計提供了無窮無盡的素材。現代的優秀設計師就是從大自然中提取靈感，以生物的形態來對礦山機械進行系統的分析和設計，用生物的自然形態來獲得更好的生產力來源。這點毋容置疑，物競天擇的自然生態法則決定了在自然界中存在的生物都有其適合生態環境的特殊能力。現階段，形態仿生設計的理念越來越被現代礦山機械設計者所重視，通過系統化的分析和數據提取，更多的設計者完成了對礦山機械的生態外形改造，并應用于具體的礦山機械制造當中。

第二，關于功能的仿生設計.所謂的功能仿生設計理念是通過對整個自然界的生物本身構造和功能進行系統的分析后提取數據，再根據礦山機械設計的具體需求加以功能性融合。功能仿生設計源于自然生物的本身，自然生物本身所具有的功能是我們值得借鑒和模仿的，并且可以最大限度的應用于當前礦山機械設計的需求當中。當這些自然功能和實際功能能夠完美的融合之后就會衍生出現代礦山機械的新時期功能。這對于整個礦山機械設計技術而言具有的優勢是無法估計的，也是今后礦山機械設計發展的方向之一。

其次，讓我們來談談關于綠色設計理念在整個礦山機械設計體系中的具體應用問題。

第一，關于設計方法探討。礦山機械在運行中會產生很多有害物質，對自然環境產生直接的影響，比如礦山機械的配套動力設備大多都是柴油機，因為柴油機在工作中會出現較大的噪聲以及排放較多的顆粒物，尤其是那種大缸徑的柴油機，其產生的噪聲以及顆粒物等都會對環境產生較嚴重的影響。所以對于礦山機械的綠色設計就是基于環保技術的設計。

從整體系統的角度出發，綠色設計就是整個系統的核心所在，在礦山機械設計中就是針對其結構的設計，比如可拆卸的設計，以及對于選擇材料方面、環境設計方面、包裝設計方面的創新。其中的關鍵環節就是對于環境的影響評價，這一點是要貫穿在整個系統全過程中，主要用于企業礦山機械設備的戰略性開發以及設計和制作過程。

評價指標體系的建立，主要可以從生態平衡以及廢棄處理等幾個方面。其中對于美觀以及使用的舒適度、礦山機械的零部件和廢棄部件的回收都是要貫穿在設計、制造以及使用和回收全過程中。因為對于礦山機械的設計以及開發中，在各個階段其工作都是交叉進行的，所以就必須要建立一個完善的環境來讓內部可以交叉運用。一方面，要把各類信息進行篩選后及時傳達給決策者，另一方面就是有利于反復使用。

第二，關于礦山機械綠色設計中的技術分析。經過一段時期發展之后，在礦山機械的綠色設計中，最為核心的技術主要有以下幾點：第一就是針對數據管理的技術，第二就是針對建模以及仿真技術，第三就是針對評價方面的技術。關于數據管理技術，這里我們會提到一個術語，那就是Pdm，也就是數據管理技術是在對礦山機械進行綠色設計中一個關鍵的技術，也是在礦山機械整個生命周期中每個環節都需要的一種對于大量數據和信息，包括了綠色資源以及工程規范和技術文檔等進行管理的技術，可以按照要求把數據或者信息傳遞給指定位置的指定工作人員。另一方面關于建模數字化仿真技術，為了可以達到在礦山機械中進行綠色設計的目的，可以通過大量收集和整理設計、運行中的數據和信息來建立礦山機械的生命周期模型。在建模的基礎上可以實現在不同部門之間的協同合作，利用這種仿真技術來對礦山機械的開發和設計、制作和測試以及后期回收和二次處理等進行全方位的仿真，這樣可以更好的發現其中的問題以便解決問題。再者就是綠色度的評價，對于礦山機械的綠色度的評價，除了有操作性的指標以及保養性指標之外，還有經濟性的指標以及環保性的指標，在評價的過程中應該重點強調機械對于環境的負面影響，其中對于操作性的指標就是對傳統的對于功能合理性以及安全性指標的綜合；保養性指標就是對其可靠性的延伸；經濟性指標中，包含了因為考慮礦山機械的綠色設計而有可能會增加的成本，比如說對于廢棄物的處理等；環保性的指標就是在綠色設計有的評價體系，要對于礦山機械生命周期內的所有過程都進行全面的評價。

五、結束語

總而言之，礦山機械設計在整個礦山開采工程中起到的作用是十分巨大的。作為新時代的礦山機械設計者，我們一定要與時代同行，積極學習先進的科學技術和現代礦山機械設計理念，努力打造，智能化、精密化、人性化的新時代礦山機械。同時，我們礦山機械設計人員還應當努力提高自身素質和修養，提升歷史使命感和社會責任感，為我國社會主義現代化建設增磚添瓦。

參考文獻：

[1]毛銀氚.淺談機械設計技術的現狀與趨勢[J].裝備制造技術.2012.

[2]周一鳴，索春英.淺談自動化技術在機械設計中的應用[J].價值工程，2011.

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機械零件的失效方式主要有表面損傷失效、斷裂失效、破壞正常工作條件失效和變形失效等。所以，機械零件的失效除了非正常的原因外，大多是由于工作時間較長引起的。常規機械零件的設計都會留有余量來延緩疲勞和磨損等失效形式的發生，但一次性機械的使用壽命較短，一些失效形式不會發生在一次性機械中。在一次性機械零件的設計中，不用預防疲勞，只要保證其在使用中不會受力破壞即可。一次性機械的設計一般只考慮靜力破壞，即一次最大載荷作用下的破壞。另外，一次性機械的設計還應考慮將體積和重量最小化，去掉余量，保證靜應力小于強度極限或者屈服極限即可。一次性機械是一類特殊機械，其設計方法的相關研究也是一個新的方向。就一次性機械設計的現代化方法而言，和優化設計、可靠性設計和有限壽命設計等方法有所不同，下文是具體的分析。

2一次性機械設計方法和可靠性設計方法與有限壽命設計方法的對比

可靠性工程的起步較早，距今已有半個多世紀的歷史。但是其相關的發展是以電子產品為主導的，在機械產品的相關發展起步較晚。再者，因為機械產品在應用中的情況比較復雜，其載荷分布和強度分布的數據不能細致的分析，所以，在機械產品方面的可靠性應用不夠廣泛。可靠性工程是一種研究設計參數和其影響因素的隨機性特性的專門學科，機械產品卻在實際工程應用中受環境的影響，機械所受的力和其應有的強度是離散的隨機變量。所以，一次性機械的設計方法是在傳統的可靠性設計上再引入數理統計和概率論的相關知識。也可以說，一次性機械的設計方法是升華后的可靠性設計，兩者有一定的相關性，卻有著設計內容上的差異。機械結構有限壽命設計方法是用壽命指標和產品可靠工作時間代替了經驗設計中的保險系數，以此來增加機械結構的可靠性。隨著機械使用時間的增加，其性能會因疲勞磨損而劣化或者喪失。有限壽命設計要求機械在其使用壽命期間，不會因為疲勞磨損而產生失效的現象。傳統的有限壽命設計法是考慮機械在最大載荷和最危險的情況下不會失效，現代的有限壽命設計方法融合了材料力學、計算力學。實驗力學和斷裂力學等多種學科，通過測試工程機械的實際受力狀態，利用計算機進行受力分析，最終得出科學的壽命設計。一次性機械的使用壽命較短，一些失效形式不會發生在一次性機械中。所以，一次性機械和有限壽命設計方法與可靠性設計方法的區別主要有以下兩點：（1）設計對象不同。一次性機械設計方法針對的是使用壽命較短，且在工作中不承受交變載荷或者短時間承受交變載荷的機械，這要求機械在壽命內完成任務即可。有限壽命設計方法和可靠性設計方法針對的都是長期使用的機械，這些機械的失效都是由疲勞磨損引起的。（2）主導思想不同。一次性機械在達到疲勞點之前就會達到使用壽命，所以在設計中不用留下磨損余量，只需要根據靜應力強度設計體積最小和質量最輕的結構就可以。可靠性設計卻需要根據應力計算概率分布，使設計的零件有可預測的壽命和失效率。有限壽命設計需要根據各種理論估算零件的壽命，最大化估計失效時間。

3一次性機械設計方法和與其他現代化方法的對比

機械設計的方法除了上述的有限壽命設計方法和可靠性設計方法外還有優化設計，這種方法是在一系列的限制條件滿足后，求最優的設計參數。這種設計方法的計算量相當大，需要分析多種參數對設計的影響。但是在計算機廣泛的應用在機械設計領域后，該方法有了長足的發展。依托計算機的發展而興起的設計方法除了優化設計外，還有有限單元設計方法等。與現代化的設計方法相比，一次性機械設計的對象、設計思想和設計目的都有不同。不同的設計方法完善了機械設計的整個領域。

4結語

一次性機械的設計是較新的設計方法，它的設計思想、設計內容和設計目的與其他幾種方法有一定的差異。而且一次性機械的適用范圍也較廣，在很多領域都是必不可少的。所以，關于一次性機械設計方法的研究還需要更進一步，使之逐步完善，更好的應用在實際的機械工程中。

作者:康杰 單位:西華大學

參考文獻：

[1]李躍峰.典型一次性機械零件設計及其應用研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

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0 引言

機械設計是機械制造的基礎環節，對提高機械生產質量及效率意義重大，尤其隨著新設計技術的不斷出現，給現代機械設計工作的發展指明了方向，有關現代機械設計及與方法的研究，也因此受到業內人士的高度重視。

1 現代機械設計技術

現代機械設計技術較多，如計算機輔助設計技術、節能環保設計技術、系統化機械設計技術等，一定程度上推動了機械制造行業的蓬勃發展，因此，加強這些技術的分析，能夠為其實際應用提供指導。

1.1 計算機輔助設計技術

計算機輔助設計技術主要借助專業軟件強大的運算及圖形設計功能實現，現代機械設計主要應用CAD軟件。實踐表明，使用CAD軟件進行現代機械的設計，不僅設計效率高，而且能從不同視圖觀察機械設計狀況，修改方便，因此，是現代機械設計應用較高的軟件。使用CAD軟件進行現代機械設計時應遵循以下步驟：首先，確定數學模型。數學模型是現代機械設計的基礎，一般情況下有現成的機械數學模型可供運用，但對于沒有數學模型的機械零件設計，應在充分分析機械各項參數的基礎上建立正確的數學模型；其次，設計合理的程序框圖，計算各部件的性能、參數，為實際的設計工作的開展提供指導。再次，使用專門語言進行程序的編制。最后，加強對編制程序的細節檢查，并輸入相關參數進行模擬，以及時發現機械零件存在的瑕疵，通過認真調試，使其更好的符合設計要求。

1.2 節能環保設計技術

隨著人們環保意識的提高，現代機械設計中越來越注重環保節能方面的考慮。當前，節能性能是衡量機械設備或零件性能的重要指標之一，因此，現代機械設計中一方面先應從材料選擇、使用性、加工工藝、結構布局等方面注重節能方面的考慮，以提高能源利用率、實現節能目標。另一方面，在滿足設計質量要求的前提下，注分析是否有可回收利用的資源，降低污染物的排放。

1.3 系統化機械設計技術

系統化機械設計技術指將設計工作逐層進行劃分，確定每層所用的設計技術及方法，最后將各層有機的整合完成整個設計工作。采用系統化機械設計技術能明顯提高設計質量及效率，是滿足現代機械制造行業要求。系統化設計技術應用時應確保設計工作分解的合理性。首先，確定最佳的分解層次，為模型化及優化工作的開展提供便利。其次，分界面應簡單，應選擇在要素結合聯系較為簡單的位置。最后，正確處理功能分解與系統分解間的關系，尤其應將關系密切的要素結合在一起。

2 現代機械設計方法

現代機械設計工作開展中為提高工作效率，減少不良狀況的發生，設計人員除熟練掌握專業的設計技術外，還應掌握一定的設計方法，以達到事半功倍的設計目的，結合實踐經驗得知，設計人員尤其應注重以下內容的認真落實：

（1）明確步驟及功能要求。為提高機械設計效率，現代機械設計時應做好以下兩方面工作：一方面，明確設計步驟。機械設備或零件千差萬別，設計時除存在細小的差別外，大部分步驟相似。首先，充分分析機械設計需求，明確機械設計的約束條件，制定詳細的設計任務書。其次，在對機械功能認真分析的基礎上，確定相關參數，并提出多套設計方案，進行對比分析。最后，確定最佳的設計方案，使用專門的設計工具，依據相關規范進行設計，尤其應準確把握設計細節，如機械尺寸、特性等。另一方面，明確功能要求是機械設計考慮的重點內容，是確保設計質量的P鍵。因此，現代機械設計時應加強機械耐磨性、穩定性、壽命、剛度、強度等方面的要求。同時，還應兼顧經濟性、結構工藝性方面的考慮。

（2）注重相關參數的計算。現代機械設計中相關參數計算的準確與否往往給機械制造質量產生直接影響，因此，設計中應對機械運行情況進行模擬，掌握機械運行規律，在對其受力情況深入分析的基礎上，計算相關參數，期間尤其應注重機械零件強度參數研究。機械零件強度由變應力強度與靜應力強度之分，而變應力包括對稱循環變應力、脈動循環變應力、非對稱循環變應力，設計過程中設計人員應結合機械設計需求，加強各種類型變應力變化規律的分析，確保機械設計強度滿足實際要求。另外，機械運行中不可避免的受到摩擦力影響，為延長其使用壽命，提高機械的抗摩擦能力，設計時應注重關鍵位置的設計。

（3）選擇合適機械的材料。現代機械設計中使用的材料會影響機械質量及性能的充分發揮與否，因此，設計過程中應注重把握以下內容：一方面，選擇合適的機械材料。現代機械材料類型比較多，如金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料，其中金融材料具有較好的力學性能，能很好的滿足機械零件用途與性能要求；高分子材料具有良好的耐腐蝕性，在冷凍、化工設備中較為常用；陶瓷材料熔點高、耐腐蝕性強、硬度高，一般用于切削刀具制造中；復合材料具有較好的彈性模量及強度，主要應用與制造航天、航空設備。因此，現代機械設計中應機械的性能要求選擇對應的材料。另一方面，還應綜合考慮一些細節問題。如機械零件的應力、荷載性質及大小；機械零件所處的環境、溫度等；材料的供應狀況，尤其應考慮所用材料的價格等，保證在滿足設計要求的基礎上，最大限度的減少制造成本開支。

3 結論

現代機械設計是支撐機械制造行業蓬勃發展的基礎，因此，加強相關設計技術及方法的研究意義重大。本文通過對現代機械設計技術及方法的研究得出以下結論：

（1）現代機械設計應用的技術較多，設計人員應在綜合考慮機械設計要求的基礎上，結合機械設備或零件工作實際，采取針對性設計技術，確保設計工作質量。

（2）為提高設計工作效率，設計人員應掌握現代機械設計的方法，并結合自身工作實際加以總結與反思，不斷優化設計工作中的問題，提高現代機械設計工作水平，為設計出更多優質的機械產品做好鋪墊。

參考文獻：

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引言

時代在發展，科技在進步，各項新工藝、新材料、新方式也越來越多地應用到機械設計領域。為了一種功能的實現，可以有多種方法和載體可供選擇，面對激烈的競爭環境，要讓設計的產品在市場上占有一席之地，除了讓自己的機械系統能夠實現預期的相應功能之外，還要具有操作方便、運行可靠、物美價廉、環保性強等特性。因此，對機械設計師的要求也日益提高，傳統的設計方法和設計理念已經不能滿足設計需求，設計師必須完全精通電、機、液等各個方面的綜合性技術，才能夠設計出同時兼顧性能和價格的機械系統。

1、現代機械設計的特點

1.1創新性。

現代機械設計以先進的設計理論和設計工具為依托，能充分發揮設計者的創造性思維能力，運用用各種創造性的方法和手段，開發出具有創新性的產品。現代機械在機械性能的穩定性以及測驗等方面，能夠利用計算機完成工作的模擬和再現。這種操作大大節省了時間，能夠直觀地觀察到工作的結果并保證質量水平。此外，它能夠節約預備和其他相關細節工作的時間，使得工作的合理性和速度都得到提升。

1.1 開放性

在傳統的機械設計當中，最大的缺點便是不去看或很少去看自身以外的廣闊天地，只關心自身的狹小區域，坐井觀天，同時樂于接受傳統的機械設計方法，樂于駕輕就熟，從而造成了信息堵塞，思維單一、呆滯，缺乏創造性。而開放性思維恰恰就解決了這一大問題，它將對于一個事物的研究作為一個開放的系統來思考，同時也注重研究事物與外部的一切聯系，從而掌握該事物及其發展的規律。

1.2 獨創性

要進行現代機械創新設計，首要前提便是要學會獨立思考，勇于突破陳舊的思想、觀念，敢于直抒己見，從而構筑一個開放、獨特、鮮穎的思維形態，從一個全新的角度來分析問題。

1.3 多向性

在現代機械創新設計當中，為了解決一個問題，需充分發揮自己的想象力，從不同的角度去思考和探索，以獲得盡可能多的解法和思路。現代機械產品的多樣性與多向性的創造性思維是緊密聯系的。

2、現代機械設計方法的應用

2.1提高產品性能的設計

機械產品必須具有優良的性能,只有良好的性能才能夠保證機械產品的生命力,提高產品優良性能的設計方法有很多,最重要的內容和特點有:(1)能夠消除并及時的預防產品可能產生的故障,這種技術特點是圍繞產品的可靠性而設計的,主要是研究產品和系統所產生的故障的原因,來提出相應的解決方案。(2)能夠提高材料抵御破壞能力的設計方法技術。當材料和結構在外界因素如高溫、電荷強度等的影響作用下,其性能會受到較大的影響,所以,其設計的重點是要提高產品的結構承受能力以及抗疲勞強度,來提高產品在各種工作環境中的使用壽命。(3)解決物體表面的摩擦和等問題的設計技術。這種設計技術綜合運用了摩擦學的理論研究方法和基本數據,將產品的磨損降低到最低的水平,目的是為了降低產品原材料的消耗,節約了部分能源,同時提高機械裝置的可靠性,有效的提高設備的使用壽命,提高其在市場中的競爭力。(4)防腐蝕的設計技術。這種設計技術要科學合理的選擇材料并制定出相應的加工工藝,來提高產品的抗腐蝕能力,防腐蝕的設計加工方法能夠有效的延長產品使用周期以及使用效率。

2.2機械設計中專業的現代設計方法

當前我國社會不斷發展進步，科學技術也不甘落后，緊隨步伐，計算機專業人員同機械設計人員共同開發設計計算機軟件，應用此軟件的機械產品可以隨時掌握產品的損傷、失效和破壞運行原理，并且產品的各零部件和機械的動態行為可得到定量分析，使得設計程序保持穩定，這就是專業的現代設計方法。一些例子可以說明，如摩擦學的設計、強度設計和溫度場的分析。

3、現代機械設計的發展趨勢

3.1系統性

我們應該將機械產品看作是一個完整的系統，并通過對計算機的應用實現人和環境之間的協調發展，運用各種現代化的設計理論和方法對總系統進行分解，為了達到系統優化的目標而對各子系統進行協調和匹配。之所以說現代機械設計方法是對傳統設計方法的繼承和發展，是因為現代機械設計將傳統設計經驗提高到更高的水平，使其更具邏輯性、理性等特點。有兩種代表性的設計方法，一種是德國提倡的，另一種是美國提倡的，德國所提倡的設計方法以功能―原理―結構為模型，美國所提倡的設計方法是在知識等其他條件不允許的情況下，運用創造方法，進行辯證思維而形成的新設計，兩種機械設計方法各有所長，都在產品開發中取得顯著成效。

3.2生態化

隨著科技的逐漸發展，人們了解到環境因素對經濟發展有非常重要的影響。因此出現了綠色生態的理念。機械設計制造的綠色設計，主要就是最大化的使用資源取得新型的綠色產品設計。產品設計的時候，以產品環境的屬性為重點，不但要滿足環境的要求，也要保證產品的經濟性以及基本功能。綠色產品不但要有指定的使用功能，也不可以對四周的環境和人的健康帶來損害。推動可持續發展戰略，就會向生態化的發展道路走去。現代機械設計重視生態化，不但可以降低資源損耗，也可以提高產品的使用質量和競爭力。

3.3智能化

由于廣泛使用范例推理和約束滿足的設計方法，智能CAD技術得以誕生。人們為了繼續推進CAD系統的創造力，結合人工智能和CAD技術，得到很好的效果。當前社會把有智能的專家系統用在了方案綜合和設計評價當中，同時這幾年也產生了模糊設計和模糊評定方法，主要用于機械設計的多解性。現代機械設計普遍存在智能化和技能化優點，由于這些特性的存在，使得只有將人工智能和專家系統等技術通CAD技術有機結合，才可以讓CAD技術本身也具有智能化的特點，通過這樣的途徑提高計算機系統之間的集成率。就目前機械設計的發展方向來看，計算機是設計師們首選的工具，計算機可以將機械產品的各種情況通過建立模型的方式直觀的表現出來，接著進行智能化操作，最終可以實現提高產品設計方案的效率，因此，機械設計智能化是現在機械設計的必經之路。

3.4隨機和動態性

任何機械產品的完成都是在隨機動態狀況下進行的，然而，傳統的機械設計方法受各種條件的制約，因而只能在靜態情況下進行分析設計，即使對動態狀況進行考慮，也只是憑借相關經驗對數據進行修正而已，并不能對機械產品的實際運行行為進行真實、客觀的反映，而現代機械設計方法則不同，它主要是在考慮載荷譜、零部件損傷的條件下來進行設計的，使得設計的成功率更高，同時也符合可持續發展戰略的相關要求。

3.5微型化

20世紀80年代末，機械自動化逐漸向微觀領域發展。微電子設備伴隨著科技的發展和逐漸更新，小型的機械自動化產品，靈活性強、耗能少，普遍應用在生物技術、醫療科研、軍事等高端范圍。機械自動化朝微型化發展，主要在于微機械技術，加工微機械產品，應當要使用精細加工法。在超精密的技術之內，主要有光刻和蝕刻兩種。機械自動化還將伴隨時代的發展不斷向納米和微米的領域發展。

結束語

與傳統的機械設計相比，現代機械設計具有自身設計新理念和新思路。而現代機械設計離不開創新思維，創新思維是社會發展的源泉，是現代機械設計中重要的組成部分。機械設計人員只有樹立創新思維的理念，并結合自身豐富的實踐經驗和扎實的理論知識，同時充分利用現代計算機技術的優勢，發揮主觀能動性，才能夠設計出滿足人們對于產品越來越高的要求，從而促進我國現代機械設計發展。

參考文獻