机械设计与理论
机械设计与理论范文第1篇
【关键词】机械设计；原理；方法；原则
随着科技的进步，新兴学科和技术的不断涌现，原来一些机械设计方法已适应不了当今的时代潮流。特别是方案设计是目前智能化CAD的瓶颈之一，已成为各国设计学者研究和探讨的热点。本文从以下几个方面浅谈一下机械设计的理论和方法。
一、现代机械设计的概念和地位
机械设计师指根据对机械产品的设计要求，应用当代先进技术成果，通过设计人员的创新思维，经过反复调查、分析、论证、判断做出决策，并采用适当的设计模型使之量化，最终将输入的物料（毛坯、半成品等）、能量（机械能、电能、热能等）或信号（测量值、数据、控制信号等）转化为功能完善、技术先进、经济合算、造型优美、深受用户欢迎的技术装置或机械的过程。
二、现代机械设计发展趋势
随着科技的进步，设计水平发展很快。首先，机械设计的基础理论和各种专业产品设计机理的研究得到进一步加强；其次，关键零部件的设计研究得到加强。
（一）通过设计来完善产品的功能及原理。任何一种机器的更新换代都有三个途径：一是改革工作原理；二是通过改进工艺结构和材料，提高技术性能；三是加强辅助功能，使其更适应使用者的心理。特别是第二步第三部，目前发展迅猛，开发得比较成熟。
（二）通过设计提高产品质量：1、基本性能方面。随着科技的进步，出现一系列的新工艺、新材料，如硬质合金材料的出现，使普通车刀在高速切削下的寿命大大提高；2、适应能力方面。机械设计除应满足产品的基本性能外，还要考虑工作情况发生变化时的产品适应能力。如采用齿轮传动的自行车代替链传动，更能适应在恶劣环境下的使用。
三、现代机械设计原则
机械设计应遵循以下原则：1、实用性原则。市场需求是设计动力的源泉。机械设计首先要满足所设计机械产品的基本功能和必要的辅助功能要求。2、经济性原则。所设计的产品应尽量降低成本，提高附加值，提高经济效益和市场竞争力。3安全性原则。所设计的产品应在技术上采取必须的、可靠的安全防护措施，保证操作者、管理者的人身安全和机器的安全。4优化原则。所设计的产品应达到当代科学技术先进水平，产品制造和使用达到最佳水平，多种原理方案和设计参数达到“最优解”。5、可靠性原则。所设计的产品应在规定的时间内完成规定的功能，即不发生失效。
四、现代机械设计理论与方法
（一）利用现代计算机软硬件技术的设计方法。在产品开发初期借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往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征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表现出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。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，把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。在这一阶段中运用CAD技术，用计算机图案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型和装配间的关系，由此发现难点问题，并找出解决问题的方法。借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术及虚拟现实技术进行设计。
（二）积极开发发展绿色设计、制造。1、绿色设计制造时现代设计制造的可持续发展模式。人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐步转变为技术型发展模式，依靠技术进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源和环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观―可持续发展。2、发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇。开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大见效慢经济效益不如直接抓成本、抓质量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿意采取措施。实际上，环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好的社会形象，为企业增加无形资产。3、发展绿色制造将推行新一轮技术创新。在全球性竞争激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。
五、机械设计的现状与展望
目前，机械设计仍还处于半理论半经验阶段。
从某种意义上说，机械设计是科学技术转化为生产力的过程，科学技术的发展又促进了机械设计技术和方法的现代化。机械优化设计给机械工程界带来了巨大的经济效益，随着技术更新和产品竞争的加剧，优化设计的发展前景非常广阔。但我们仍需关注的是，在优化技术水平的同时，国内机械加工或工艺水平、加工手段和制造技术也应配套提升才行。
参考文献：
机械设计与理论范文第2篇
【关键词】：现代机械；设计方法；理论
中图分类号：F407.4
0.前言
机械设计（machine design），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工作过程。
1.现代机械设计概述
1.1现代机械设计的内涵
在20世纪60年代初期，人们将机械设计方案的过程分为不同的设计阶段，如用户体验阶段、设计方案阶段、技术设计与工艺设计阶段等。但是随着科技的不断发展，产品技术的发展不再单纯依赖于设计者的思想灵感或经验技术，而是逐渐发展成为一门科学，并且是以知识为基础，具有科学设计手段的现代机械设计技术。随后，现代机械设计又引进了多种不同的设计方法理念，例如系统科学、信息科学、计算机技术等，这些都为我国的机械设计理念增色不少。
1.2现代机械设计的特点
现代机械设计种类繁多，其结构也越来越复杂。现代机械设计可以从实现功能的角度来考查，其中包括系统功能、传统功能、执行功能和操作功能等，这些功能都可以用来协助机械的运作，每一种功能都有其自身的特点。现代机械设计方法一般都是凭借计算机网络或其他一些现代化机械设备，引进先进的现代化设计理念及方法，创造出具有现代化机械设计特点的作品。现代机械设计的主要工具也是计算机，如利用计算机计算、分析、绘图等，可以大大提高现代机械设计的效率。
2.国内外现代机械设计的方法与理论
随着科技的不断发展，人们对于机械产品的质量要求越来越高，许多科研工作者对现代机械设计方法都进行了研究。在国外有许多现代机械设计方法，比较著名的有普适设计理论方法、公理化设计理论方法和三次设计法理论。
2.1国外现代机械设计的方法
2.1.1普适设计理论方法
普适设计理论产生于德国，其理论方法的精华就是经验的累积和总结。现代机械设计种类较多，这就需要有一个系统的理论方法对其进行总结与归纳。普适设计理论方法是一种典型的设计方法学，这种理论建立起了一系列系统的理论设计方法，从策略、规则、方法到实施都有其具体的设计规则模型。普适设计理论方法的重点就是构建机械设计的功能结构，其每一步的能量输入与输出都是根据已有的经验作为基础所构建出来的，所以普适设计理论方法是一种基于经验的方法。
2.1.2公理化设计理论方法
公理化设计理论方法产生于美国，是一种基于决策的理论设计方法。公理化设计理论方法结合了普适法的经验累积，利用系统理论作为基础，再加上其自身的科学决策，构建起以科学基础和法律公则为基础的设计理论方法。公理化设计理论方法还是一种较为传统的方法，在没有系统知识和经验的时候也可以有效利用。有些机械化设计理论较为复杂，如果根据一般的理论设计方法不能有效地设计出好的机械作品，利用公理化设计理论方法，就能对各种复杂的机械设计进行优化，从而达到很好的设计效果。
2.1.3三次设计法理论
三次设计法理论是由日本学者提出的，这种机械设计理论方法主要包括3个过程，即系统设计、参数设计和容差设计。
（1）系统设计是整个机械设计的核心理念，也是最基础的部分，它是整个机械设计的始发站。
（2）参数设计就是对各个功能进行优化组合，使系统中所有参数组合最佳，这样可以使产品的负面影响减到最小。
（3）容差设计相当于是对整个机械设计的一个检验，确认各个参数的波动范围，从而尽可能减少制作成本，整个设计过程总称为三次设计。
三次设计法理论是目前国际公认的质量最高的机械设计方法，其设计的核心内容就是参数设计和容差设计，每一种设计都是整个机械设计过程中的有效工具，利用其设计方法对机械设计的参数进行优选。
2.2国内现代机械设计的方法
机械设计理念在不断发展，为适应科学发展的要求，我国大量的科研工作者也对其进行了不断地探讨和研究，并且取得了一些成果。这些新型的设计方法理念，有效地解决了机械设计过程中出现的一些问题，具有很好的实用性。计算机辅助机械设计方法、系统化机械设计方法和局部或全局性的设计方法都是我国科研工作者的研究成果，下面以其为代表进行介绍。
2.2.1计算机辅助机械设计方法（简称“电子信息技术”）
计算机辅助机械设计方法是随着计算机科学技术的不断发展而兴起的一种机械设计方法。机械设计人员在画图、构思和高速运算等方面可以运用计算机来协助工作。传统的机械设计方法，除了科学的设计理念，其设计步骤也非常重要，传统的机械设计方法都是利用图纸或手绘而制作出设计方案，而计算机辅助方法出现之后，设计者就可以利用计算机有效地进行产品设计。计算机辅助机械设计方法不仅可以减少设计人员的体力劳动，还可以提高设计质量，缩短设计周期。
2.2.2系统化机械设计方法
系统化机械设计方法是对传统机械设计方法的一种突破，它改变了以往一成不变的单纯的功能性要求。系统化机械设计方法使整个机械设计的方法理念更加系统化、信息化与智能化，能够在不丢失数据的前提下，通过对用户信息进行管理或禁用某些程序，使一些丢失的数据还原，保护用户系统的利益，从而保护整个系统。系统化机械设计方法通过多种方式对用户系统进行合理保护：（1）利用一些软件对硬盘中的信息进行管理；（2）有效地隐藏备份，如系统化机械设计方法可以还原一些丢失的文件、更改文件属性或对文件加密等。
2.2.3局部或全局性设计方法
国内现代化机械设计方法理念较之以前更为全面，实用性更强。现代化机械设计理念更为科学，通过它可以全面了解整个机械设计过程，系统地对整个机械设计过程进行监测或督查，以提高工作效率。
3.现代机械设计的研究进展
现代机械设计全面发展。随着科技的不断进步，现代机械设计方法逐渐面向大众，适应市场化的发展需求。
（1）全球化。机械设计全面发展，在全球化的进程当中占据着非常重要的地位，所以面向全球化是机械设计发展的必然趋势。
（2）网络化。在机械设计的发展中，很多人认为机械化与网络没有太多的联系，但事实上这种思想是错误的，当今社会网络化越来越成为大众交流发展的一个平台，任何事情在网络化这个大平台中都可以得到讨论，因此机械化设计是与其紧密相连、密不可分的。
（3）虚拟化。设计过程本身就是一个抽象的过程，自然带有一定的虚拟色彩。
（4）自动化与绿色化。这是现代机械设计中较为先进的一种科学理念，设计者应有效地利用这种理念进行设计，以提高机械设计工作的效率，降低能耗。
4.结语
随着我国机械制造产业的不断发展，我国的机械设计理念也需要不断更新。高质量、高生产率一直是机械设计的主要目标。因此，21世纪机械设计应朝着柔性化、灵捷化、智能化、信息化、网络化、绿色化的方向发展。
【参考文献】：
机械设计与理论范文第3篇
1．专业认知学习阶段
在第一学年第一学期开设的“机械专业导论”为所有机械专业本科生的必修课(32学时)。该课程保证有8学时的关于纺织机械的授课内容，重点介绍纺织机械行业的情况、纺织机械的分类、纺织机械的主要设备，使学生对纺织机械有初步的感性认识。
2．专业基础课学习阶段
纺织机械门类繁多、性能各异，有纺纱机械、织造机械、化纤机械、针织机械、非织造机械、染整机械、服装机械、纺织器材与仪器8大类，分别对应8个纺织机械子行业，仅纺织机械的主流机型就超过200种。这些门类繁多的纺织机械几乎涵盖了所有的机械结构、光机电控制系统及工程材料。因此，在通用机械类课程教学中，以纺织机械为载体，将纺织机械的案例融入到如“机械原理”“机械设计”“机械工程材料”“机械制造技术基础”“微机原理及应用”“测试技术”“液压气动技术”等相关课程中，尽可能以纺织机械为案例进行授课。
3．专业课学习阶段
对于实行学分制的高校来说，学生有一定的选课自由，但由于专业课的学时有限，因此，纺织机械类选修课不宜开设太多，以免因选课人数太少而导致课程设置流产。我校(东华大学)机械工程学院机械工程及自动化专业设有4个专业方向:机械设计及理论、机械制造及其自动化、机械电子工程、幕墙工程与机械。在机械设计及理论专业方向开设3门纺织机械类课程:(1)“纺织机械概论”，64学时，基于大纺织范畴，涉及纺纱机械、织造机械、针织机械、化纤机械、染整机械、非织造机械等内容，使学生了解纺织机械的工作原理、基本构成。(2)“纺织机械设计(1)”，48学时，使学生掌握纺纱机械、织造机械、针织机械的共性关键机构及系统的设计原理和方法。(3)“纺织机械设计(2)”，48学时，使学生掌握化纤机械、染整机械、非织造机械的共性关键机构及系统的设计原理和方法。机械设计及理论专业方向的选修课设置如表1所示。要求学生至少选修12学分。选课组合方案如下:(1)偏“通用机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、机械优化设计、机械动力学基础、机械噪声控制。(2)偏“纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(1)、纺织机械设计(2)。(3)“通用机械+经典纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(1)、机械优化设计、机械动力学基础(或机械噪声控制)。(4)“通用机械+新型纺织机械”的选课方案:纺织机械概论、现代设计方法、纺织机械设计(2)、机械优化设计、机械动力学基础(或机械噪声控制)。
4．实践教学
在机械类实验教学、工程实践教学、课程设计、毕业设计中，以纺织机械为载体，设计相关题目或课题;在专业实习(实验)阶段，确保有4个学时的参观实习，要求撰写参观实习报告。
二、编写适应新形势的纺织机械类教材
(1)首次出版“十二五”省部级规划教材《纺织机械概论》(陈革、杨建成主编，中国纺织出版社，2011年5月出版)。该教材基于“大纺织”的概念，介绍纺织机械的分类，分析纺纱机械、织造机械、针织机械、化纤机械、染整机械、非织造机械的基本工艺原理、核心技术、关键设备、产品分类等;还简要介绍了国内外纺织机械制造业的现状、光机电一体化技术在各类纺织机械上的应用情况及现代纺织机械设计的发展趋势。
(2)出版“十二五”省部级规划教材《织造机械》(陈革主编，中国纺织出版社)，获2011年中国纺织服装教育学会优秀教材奖、2012年中国纺织工业联合会科技进步二等奖。
(3)出版“十二五”省部级规划教材《纺纱机械》(毛立民、裴泽光主编，中国纺织出版社)。教材介绍了纺纱机械的分类、机构组成、工艺过程和工作原理，以及近年来纺纱机械的新装备和新技术，特别是机电一体化技术在纺纱机械上的应用。
(4)正在编写“十二五”部委级规划教材《机械专业导论》。该书为面向纺织特色高校机械工程及自动化专业的概论性教材，其中包含纺织机械概论的相关内容。主要内容有:机械工程概述、机械工程中的力学、机械设计、机械制造基础、机电一体化技术、新材料及其工程应用、纺织机械导论。
(5)正在编写“十二五”部委级规划教材《纺织机械设计》。教材从各类纺织机械中提炼出关键共性机构(装置或系统)，强调对机构(装置或系统)的综合设计。主要内容有:梳理机构的设计、牵伸机构的设计、卷绕机构的设计、往复运动机构的设计、同步传动机构的设计、烘干装置的设计、纺丝成型装置的设计、自调匀整系统的设计、针织成圈机构的设计、立体织物编织机构的设计。
三、编写《机械类课程的纺织机械案例集》
《机械类课程的纺织机械案例集》拟收集各类纺织机械的典型机构(装置或系统)案例，可用于“机械原理”“机械设计”“机械制造技术基础”“液压与气动技术”“测试技术”“机电控制系统”“机械工程材料”等机械类课程的教材编写、课件制作、授课举例等，从而将纺织机械的案例融入到相关课程中。表2为机械类课程的知识点与纺织机械典型机构(装置或系统)的对照表。
四、编写《纺织机械课程设计(毕业设计)选题集》
从以往的毕业设计或课程设计题目中，精选出包括各类纺织机械典型机构、典型系统的题目，在此基础上修改、扩展，设计新的课程设计或毕业设计题目;从所承担的纺织机械类科研项目中，提炼出一些典型机构或共性技术，设计出适合本科生毕业设计或课程设计的选题，同时编写《纺织机械课程设计(毕业设计)选题集》。
五、结语
机械设计与理论范文第4篇
关键词：机械设计技术；现状；发展趋势分析
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.233
0 引言
机械设计技术在我国机械制造业领域使用得比较普遍，其是机械制造工程的重要组成部分，与机械产品的质量性能、研究周期、技术经济效益、社会环境效益以及生态效益等息息相关。随着经济社会的进一步向前推进，我国机械制造业的工作原理、结构、力和能量传递方式、零件材料、形状尺寸以及运动方式等都发生了本质变化。在新的时展形势下，现代电子计算机技术、网络技术以及现代管理技术等都赋予了机械设计技术新理论和新方法。我国的机械设计技术无论是在直觉设计、静态设计还是在经验设计等方面都得到了极大发展。
1 我国机械设计技术具体应用现状分析
我国的机械设计技术应用包括理论设计、经验设计以及常规实验设计在内的常规设计技术和包含优化设计、有限元设计以及可靠性设计在内的现代设计技术。两种不同类别的机械设计技术具有不同的特征，适合用于不同的实际设计环节。在进行机械设计工作时，相关人员需要根实际情况选择适合的设计技术，以实现机械设计技术的完美化、最优化发展要求。
1.1 我国机械设计技术中的常规设计技术应用现状分析
理论设计、经验设计以及模型实验设计是学习、应用、发展现代设计技术的基础，其与设计的安全性、技术含量以及费用紧密相关。通常情况下，理论设计是在总结前人工作成就、失误以及实验数据的基础上形成的，相关的机械研究工作者对这些前辈的设计情况进行规范化、系统化分析整理之后，形成了理论性较强，能够被学习、传承的理论设计技术。比如，在对简单受拉杆件的强度进行设计时，其工作流程主要有以下三步。首先利用相关的机械原理和机械设计公式对杆件的横截面积进行分析、计算并求解。然后采用其他的机械设计方法对所计算出来的杆件横截面积进行检验、验证，以最大限度保证杆件横截面积计算的准确性。最后利用强度计算公式对相应的计算验证数值进行再次的审核校对。理论设计技术遵循的是恒定公式计算、校对核查法则，与灵活多变的现实情况不完全吻合。在机械设计过程中，很难对机械的安全系数进行合理把控，使得所设计制造出的机械产品安全性能低。
经验设计技术是根据书本知识学到的间接经验或者是工作设计人员以往积累起来的直接经验，而从事的当前机械设计工作。经验设计技术主要是针对变化小、结构稳定、形状不变的诸如机架、箱体等特征明显的零部件设计。随着当前社会的迅速发展、机械设计产品日趋复杂，市场对机械产品的技术含量要求不断提升，经验设计技术逐步被淘汰出现代机械设计领域。模型实验设计也是针对零部件而言，对于结构复杂、尺寸大的重型整体机械零件通常采用此技术。模型实验技术手段能够将大部件进行小尺寸样机模拟，然后根据小尺寸样机的具体情况进行调整修改，以促进重型整体机械零件的不断优化、升级，进而达到市场要求。模拟实验设计技术耗费的时间成本、经济成本都较高，然而凭借当前的机械制造设计水平，还没有成型的替代技术。因此，模拟实验设计技术通常用于特别重大的机械设计中。
1.2 我国机械设计技术中的现代设计技术应用现状分析
优化设计、有限元设计是现代机械设计中的最主要的设计技术。优化设计的学科理论基础是高等数学中的线性规划理论，所凭借的技术支撑是计算机数值程序设计。在最优化思想的指导下，现代机械设计技术日趋完美。在机械设计过程中，通过运用数学优化思维和现代计算机技术对所有的机械设计方案进行优化分析，进而选择能够解决各种复杂问题和指标最优的优化方案进行机械设计，能够从最大程度上实现机械设计的完美追求。机械设计理论、工程设计实际问题、机械设计规范要求、现代计算机技术、机械设计标准、数学规划要求、以及机械设计方法都是运用优化设计技术必要考虑的关键点，只有这样，才能设计制造出最优化的机械产品。
有限元设计实质上是一种数值计算方法，被广泛应用与现代工程设计分析中，计算机技术的迅猛发展进一步深化了有限元设计技术在机械设计领域的应用。结构离散法、有限节点衔接以及协调条件求解是有限元设计技术的基本思想。在有限元设计技术中，其节点数量是固定不变的，在利用此技术进行相关的机械设计时，只有根据真实情况改变单元的数目，进而调整设计的精确度，并促使其无限接近机械产品的实际解。有限元设计技术包含了工程力学、工程数学以及高等数学等相关学科知识，能够用于解决复杂结构的静态分析、非线性问题求解、复杂结构动力分析以及非稳态问题求解。
2 我国机械设计技术的未来发展趋势分析
在吸取传统机械设计精华理念，结合现代化技术的基础上，我国的机械制造业逐步迈入数字化、并行化、智能化发展轨道。具体而言，随着数字化、大数据时代的到来，当前机械设计技术的显著特点是数字化技术的应用。数字化技术是彰显机械设计生命力的主要载体，无论是在进行设计的建模工作还是设计的模拟工作时，都需要运用到数字化技术，以实现机械设计对设计技术和设计方案的完美追求。此外，为了节省时间成本，提升整个机械设计工作的效率，强化对设计工作的管理，促进资源的合理配置，在机械设计过程中，也会运用到数字化技术。比如现代计算机辅助设计技术和数字化管理技术等，以检查、分析并管理整个设计过程。
并行化是随着计算机技术的普及而出现的，随着大数据时代的到来，各种信息资源共享平台应运而生，各种数据库资源也日益完备。社会的众多行业都能打破地理空间、时间的限制，让不同地区的人员在同一数据平台进行相应的工作。随着计算机技术在机械制造领域的深入发展，传统的受时空限制的机械设计技术逐渐被淘汰，涉及知识范围广、科技含量高、与现代社会技术发展同步的现代机械设计技术能够有效弥补传统设计技术的不足。迈入并行化发展轨道的机械设计技术在计算机综合平台的支撑下，能够集思广益，进行机械制造行业内部的信息共建共享，促进机械制造领域各部分之间的优势互补，并能够从最大限度上节省时间成本，达到最完美的机械设计效果。
智能化是当前机械设计的另一发展趋势，各种智能技术、自动化技术的应用促进了机械设计系统的智能化发展。在机械设计过程中，为了有效提升机械的工作效率，减轻工作人员的工作压力和工作量，大规模的拥有独立计算和智能逻辑推理功能的智能化机械设计系统已经被用于了设计师的工作过程中。并且，智能化亦是整个社会发展的大方向，机械设计技术的智能化发展符合社会发展潮流，与时展衔接紧密。
采用可靠性设计技术，增强机械设计的可靠度。可靠性设计技术使用的主要对象是机械工程的零部件设计，迄今为止，可靠性设计技术发展时间还比较短，应用领域相对狭窄，还是一门比较新颖的机械设计技术。在机械设计过程中，对于那些对工作时间、工作条件以及所要达到的机械功能要求比较严格的机械零部件，通常需要采用可靠性设计技术进行设计。对机械设计材料强度、零部件材料应力、材料尺寸以及机械产品的疲劳寿命等设计变量进行可靠性把控，是可靠性设计技术的主要特征。通常采用的设计技术分析方法是概率中的随机变量分析法，通过概率计算、统计分析后确定零部件使用的最终材料尺寸和变量的结构参数，以确保零部件设计的可靠性要求。
此外，我国机械设计技术在未来的发展中，还需要提升设计产品质量，转变市场竞争优势，优化竞争策略。并在环保意识、绿色发展理念的指引下提升机械产品性能，促进机械设计技术的生态化、可持续性发展。在后续的机械设计发展过程中，还需要引进现代管理手段，提升经营管理发展理念，提升机械设计技术的可靠性能和l展水平。
3 结束语
机械设计技术与我国机械制造业在国际竞争中处于的位置紧密相关。在社会主义现代化建设中，为了有效提升我国机械产品的国际竞争力，提升我国的综合国力，需要对机械设计技术进行改革，发挥其在现代企业设计中的应有作用。
参考文献：
[1]吕明.机械设计技术的现状与趋势研究[J].广东石油化工学院学报，2012（06）：46-49.
[2]胡晓波.机械设计技术的发展现状与趋势[J].轻工机械，2005（03）：4-7.
[3]陈静.机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2011（01）：54.
机械设计与理论范文第5篇
关键词：机械原理；机构创新设计；应用；案例
设计是把各种先进科学技术成果转化为生产力的一种方法和手段，是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人们为满足一定的需求而进行的一种创造性活动的实践过程。就机械设计而言，它是从给定的合理的目标参数出发通过各种手段和方法创作出一个所需的优化的机器或机构的过程。机械设计理论和方法是随着人类无止休的需求及科学技术的进步而发展和成熟的。近几十年来电子技术、信息技术、计算机技术的突飞猛进让机械设计发生了翻天覆地的变化，出现了有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等新方法，使设计质量和速度有很大提高。作为将来的机械工程师十分有必要了解机械设计理论和方法的发展历程、研究现状、未来发展趋势，熟悉和掌握现代机械设计方法，应用于实际[1]。
一、机械设计原理概述
机械设计理论与方法论是关于机械设计本质和设计方法的系统理论，目的在于揭示机械设计过程的本质规律，探索各种有效的设计方法，为实际的设计工作提供指南。现代设计理论和方法在现场生产实际中具有广阔的应用天地，它覆盖了所有机械产品的设计及制作过程，对于提高生产率，加快国民经济的发展有着重要的意义。
二、机械创新设计中的机构创新
把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构，其要素是闭链且不可拆分性。基本机构可以直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基本机构，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行运动协调设计。各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的[2]。
1.机构的创新设计
机构组成原理：把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。机构的创新设计分为以下几种形式：（1）机构的串联组合与创新设计：前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。（2）机构的并联组合与创新设计：可以将几个单自由度的基本机构的输入构件组合起来，保留单自由度构件的输出运动；可以将几个单自由度机构的输出构件组合起来，保留单自由度构件的输入运动；也可以将几个单自由度基本机构的输入构件和输出构件分别都组合起来；均称为并行连接。其特征是各基本机构均是单自由度机构。（3）机构的叠加组合与创新设设计：机构叠加组合是指在一个基本机构的可动构件上再安装一个以上基本机构的组合方式。把支撑其它机构的基本机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附加机构[3]。（4）机构的封闭组合与创新设设计：一个两自由度机构中的两个构件用单自由度的机构连接起来，形成一个自由度的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。
2.基于原机构的再生创新和综合
基于现有装置的再生创新综合，其设计全过程可分如下5步：（1）明确所设计机器的功能要求，并作相关调研；（2）运动链一般化，把原有机构通过抽象化，转化为只含有只含转动副和构件的运动链；在转化过程中要注意不要改变自由度、转动副和构件的邻近关系；（3）运动链数综合：通过运动链综合的作用，使原有一般化的转动副和构件综合为新的全部可能的一般化运动链。在综合过程中可以利用拓扑理论和图论的相关理论。（4）运动链再生：就是根据设计要求与约束条件，选取满足条件的一般化的运动链；（5）最后进行机构的结构化设计，得到机械装置的运动简图[4]。
三、机构创新设计的应用
机构创新设计有多方面的应用，以凸轮控制机构的机械设计为例，讲解其应用价值。要求根据机械设计的创新路径和方法，设计一个凸轮控制机构，其能够使一个质量为M，并在规定的路程D中作循环往复运动，并要求比原机构能获得更大的机械效益。
首先应明确机械设计的核心问题是如果怎样设计能够使凸轮控制机构去驱动连接点P，并获取最大化的机械效益，同时机构的自由度应为1。为了把复杂的问题简单化，可以忽略次要问题仅关注驱动点P之前的传动机构，它是F=1的凸轮摇杆机构，其对应运动链如图1所示。
其次设计好运动链后，要进行运动链数综合。由于机械设计创新设计的出发点是为了获取较大的机械效益，可以通过增加机构杆件数来满足上述要求，考虑的自由度不能发生变化，增加机构杆件数应不少于两个，设计好新的装置具有六杆运动链，2种独立异构型式，即斯蒂芬森链与瓦特链。比如在进行斯蒂芬森链的设计过程中，需要根据结构与功能相适应的原则对斯蒂芬森链进行结构的改变[5]。由于该装置是一种凸轮控制机构，需要进行运动副的更替，也就是说必然进行运动副的替代，即用一个凸轮副去替代运动链中的一个二元素杆与2个转动副，故得到演化后运动链。
四、结论
进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。运用机构学原理进行机械设计创新，首先要学习掌握相关的机构理论与已有的结构，才能在创新思维的指导下进行创新设计。
参考文献：
[1]魏三平.机械原理与机械零件课程设计的关系[J].教育理论与实践.2008（S2）：59-61.
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