時間：2022-06-23 06:34:09
序論：在您撰寫現代機械設計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
系統軟件處于整個軟件的核心內層，它的作用是對計算機資源進行自動管理和控制，主要包括操作系統和數據通信系統等。支撐軟件又稱為軟件開發(fā)工具，是一種軟件工具系統，它的作用是幫助人們高效率開發(fā)應用軟件。應用軟件是用于解決各種實際問題的程序，它是用戶利用計算機以及它所提供的各種系統軟件和支撐軟件自行編制的。計算機輔助機械設計首先要建立數學模型，雖然對于一般的機械零件有現成的數學模型可以使用，但對于沒有數學模型的就需要建立正確的數學模型，這是成功進行設計的第一步；接下來，根據手工計算的步驟設計程序框圖；然后根據程序框圖用高級語言編制程序；最后進入程序調試環(huán)節(jié)，程序編好后，要對源程序及程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算，試算與手算結果要完全吻合。
2系統化機械設計方法
現代化機械設計正在向智能化、柔性化、系統化、信息化發(fā)展，而不再是把實現機械某一個單一的功能來作為設計的目標。從系統的角度為著眼點，機械系統設計過程中，為了讓機械產品能夠創(chuàng)造更高的經濟效益和社會效益，必須要在產品制造技術、功能、性能等方面，充分利用先進的技術，讓產品的結構產生質的飛躍。在對傳統機械設備改造的過程中，系統化設計和控制技術的應用成為了不可或缺的重要因素。人們對于機械產品的功能的需求隨著科學技術的飛速發(fā)展日益增多，這就導致了機械構造變得越來越復雜，產品壽命期逐漸縮短，機械產品更替的頻率逐漸加快。盡管如此，機械產品實際上所展現出的功能仍然無法滿足現代社會的需要?，F在，計算機輔助設計已經廣泛應用于整個產品設計的過程中，從最初的設計計算，到設計繪圖，再到生產規(guī)劃和加工制造，計算機輔助設計都充分表現了獨特的優(yōu)勢并且成果喜人。然而，對于產品開發(fā)初期方案的設計，計算機輔助設計還是有著不足，不能完全滿足設計的預期需求。如何讓整個機械設計更加系統化，設計過程更有規(guī)律性，從而更好的應用計算機輔助設計，這是必須要考慮的問題。于是，系統化設計法應運而生，采用這種設計方法，可以將設計任務由抽象到具體，由淺入深進行層次的劃分，然后對每一層次的既定目標和所采取的方法進行規(guī)劃。系統化設計法的優(yōu)勢在于，每一個設計都是相對獨立卻又保持著有機的聯系，這些個設計結合在一起，就構成了完整的機械系統設計。為使設計工作科學有效的進行，在機械系統過程中，首先要把一機械系統分解為若干個子系統，各個子系統相對比較簡單，相互之間存在著聯系，各子系統還可再分解為更小的子系統，以此類推，直至可以滿足設計和分析的需要。系統分解時需要注意：首先要把握好分解數和層次。分解數太少和太多都不可以，太少則導致子系統仍很復雜，不利于進行模型化和系統優(yōu)化，太多又會對總體系統的綜合造成難題。其次，分界面不能過于復雜，可以在要素間結合枝數（聯系數）較少和作用較弱的地方選擇分界面。此外，通常機械系統工作時，能量、物料和信息三者之間存在著轉換關系，從系統輸入到系統輸出的過程中，按一定的方向和途徑流動，不可以中斷或產生紊流，即便分解成各個子系統，它們的流動途徑仍應暢通和明確，在設計過程中，必須保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。最后，需要了解到，系統分解與功能分解的不同。系統分解時，它把具有比較密切結合關系的要素結合在一起，其結構組成雖稍微簡單，但其功能往往還有多項，每個系統仍是一個系統。而功能分解時，是按功能體系進行逐級分解，直至不能再分解的單元功能。
3結束語
分析現代化機械設計的合理性,首先要對現代化的機械生產模式進行分析,再對機械設計的合理性進行實際性的解讀。由于現代化技術的發(fā)展,機械生產與制造已經突破了傳統的車間與車床生產模式,從而實現了現代化的生產方式。那么,現代化機械生產模式具體是怎樣的呢?在對機械設計方面又有著哪些影響呢?
1.1現代化機械生產模式更加符合市場的需求,符合批量生產的規(guī)模
現代化生產模式由于受到諸多的市場剛需影響,機械產品的需求量不斷增大,而生產周期不斷縮減。這在很大程度上刺激了機械生產模式,對于傳統的機械生產更是一種挑戰(zhàn)。因此,在外界的壓力之下,機械生產方式以及機械的設計理念都進行了較大程度的修改,以滿足日益增加的市場需求。那么,在生產方式方面,機械生產采用了自動化遠程控制生產技術,并結合計算機數據處理技術,來實現一種現代化的機械生產模式。
1.2現代化機械生產模式引入新技術,從而實現全新的機械制造業(yè)
單一的技術發(fā)展完全無法滿足市場需求,各個領域的技術進行結合發(fā)展,才能夠實現對一個產業(yè)的變革與市場順應度。機械制造業(yè)領域,要想實現一定的市場競爭力,就必須實現產業(yè)的整合與技術的結合應用。從傳統的機械生產模式,就可以發(fā)現傳統機械模式存在的問題。其具體表現在:大量的人工操作,不僅效率低,而且容易出現錯誤,產品質量不合格的現象時有發(fā)生。車間是傳統的機械產品的主要生產基地,生產車間的人工操作太多。一般的工件都需要進行反復打磨,才能夠符合產品需求。由于避免不了人工的主觀誤差,在生產的過程中經常會出現工件報廢的現象。不僅造成了原料的浪費,又增加了生產成本與時間成本。車間的安全問題非常重要,經常性安全問題無法避免。傳統的生產車間都是人工對著一臺機床進行操作,一旦操作不當,就會出現一些危險問題,從而影響其生產質量。在進行工件加工的過程中,人員受傷的現象一直無法真正避免,對于人身安全是一種傷害,而對于生產流程,也常常會出現脫節(jié)和拖工的現象,造成整體的產品質量下降。機械產品的檢測流程不科學,常常出現漏檢問題。傳統的機械產品同樣需要質量檢測,檢測合格之后的產品才能投放市場。但是由于機械的檢測一般都是人工進行的,不僅檢測結果沒有科學性,檢測的流程也較慢,容易造成漏檢的現象。因此,對于機械檢測而言,傳統的檢測方法也存在較大的問題。那么,在原有的生產模式的基礎上,機械生產模式開始了全新的改革,在人工操作上,現代化的機械生產采用全自動的流水線式生產模式,并且引人了大量的現代化遠程控制生產設備,從而最大化的減少了人工操作的部分,精簡了工作人員。這樣做不僅減少了機械生產的成本,也在一定程度上避免了錯誤和安全等問題。此外,在檢測方面,現代化機械生產模式引人了計算機技術,從而讓檢測技術更加科學有效,最為重要的是檢測效率大幅度增加,并且能夠達到檢測的科學性,保證檢測結果的真實有效,提高市場的用戶信譽度。
2現代化機械生產模式下機械設計的合理性分析
針對上文中,對于現代化機械生產模式的分析,可以在一定程度上了解機械設計的剛需。在機械制造業(yè)領域中,都比較認可機械設計的重要地位。但是,在現代化機械生產模式下,機械設計是否更加重要呢?所謂的機械設計的合理性又可以通過怎樣的方式來實現呢?
2.1現代化機械生產的機械設計理念分析
與傳統的機械生產模式相比,現代化機械生產的機械設計相對更加重要,并且其準確性和完善性要求更高。之所以這樣進行分析,原因在于現代化機械生產的效率很高。但是,生產的效率只是體現在制造的效率上,在設計方面雖然有了提高,但是一旦設計出現問題,那么造成的返工以及損失就會非常巨大。實際上,通過與傳統的機械生產模式相對比,就可以非常明顯的顯示出其明顯性。傳統機械生產由于產量較低,而且生產的流程化不足,會有生產滯緩的現象出現。但是,如果機械設計出現問題,卻可以在第一時間發(fā)現,并且進行相應的調整。但是,現代化的機械生產模式由于生產效率較高,容易出現高效生產的技術脫節(jié)。因此,現代化的機械生產模式反而對機械設計提出了更高的要求。不過,在生產模式進行改良的情況下,機械設計當然也會隨之進行改變,并且實現一定的技術對接。目前,機械設計通過了很多現代化手段,從而在技術層面有了非常大的改革與更新。尤其是計算機技術的應用,一定意義上強化了機械設計的功能與效率,從而實現了高效的設計方式,以適應現代化的機械生產模式。
2.2現代化機械設計的合理性分析
如何能夠保證在高速率的生產環(huán)境下,實現機械設計的合理性呢?實際上,機械設計是兩個部分的銜接部分。通過市場調研,分析用戶的需求之后,進行機械產品的初期設計。設計方案通過后,開始進行批量生產。因此,機械設計的合理性就在于如何能將兩點進行有效銜接。那么,通過銜接的切合方式,就可以體現出機械設計的合理性。首先,保證機械設計理念的合理性。機械設計的理念必須是合理的,正確的,需要滿足在不同條件下的機械產品的適應性,滿足市場的需求,滿足客戶的用戶體驗。其次,保證機械設計方案的合理性。機械設計不只是一種對機械產品的設計,實際上在生產期間的工期以及檢測標準等,都是通過機械設計的方案來完成的。因此,機械設計一定還要同時滿足方案的合理性。最后,保證機械設計實現利益最大化。實際上利益最大化才是現代化機械生產模式下的機械設計的合理性所在。任何一個行業(yè)或者是產業(yè),都是需要保證產品的合理性為前提的,而機械設計就做到了這一點。
3結語
現代機械種類繁多，其結構形式千差萬別，結構的復雜性也在逐漸增大。機械系統在功能上劃分，可以分為傳動系統、動力系統、操縱系統、執(zhí)行系統、控制系統等，而每一個系統又可以根據需求的不同來細化為更小的子系統。與傳統機械設計不同的是，現代機械設計在設計過程中不僅要對機械工作的原理、運動方式、能量傳遞方式等各個方面進行計算、分析、構思，同時還必須要在進行設計的過程中運用仿生學、控制論、美學、價值工程等多種科學知識，將這些看似與機械無關的科學知識，運用在機械設計中，從而使得機械在市場中獲得更好的競爭力。
2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。因其具有計算機高速運算和快速繪圖的強大功能而被廣泛應用到工程設計及產品設計服務中，從根本上改變了傳統的手工設計繪圖方式，讓設計人員從繪圖板、繪圖鉛筆、丁字尺這些傳統的設計工具中解脫出來，不僅降低了勞動強度，更是極大地提高了產品開發(fā)的速度和精度，使得科技人員的智慧和能力得到了延伸。計算機具有運算快、計算精度高、有記憶、邏輯判斷、圖形顯示以及繪圖等功能，而人們則具有豐富的經驗、無窮的智慧和非凡的創(chuàng)造力，兩者相結合，有效地提高設計質量，縮短設計周期，極大地創(chuàng)造社會效益和經濟效益，推動社會文明的進步。CAD系統由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。硬件系統是計算機輔助設計技術的物質基礎；軟件系統作為計算機輔助設計技術的核心，決定了系統所具有的功能。軟件分為系統軟件、支撐軟件和應用軟件。系統軟件處于整個軟件的核心內層，它的作用是對計算機資源進行自動管理和控制，主要包括操作系統和數據通信系統等。支撐軟件又稱為軟件開發(fā)工具，是一種軟件工具系統，它的作用是幫助人們高效率開發(fā)應用軟件。應用軟件是用于解決各種實際問題的程序，它是用戶利用計算機以及它所提供的各種系統軟件和支撐軟件自行編制的。計算機輔助機械設計首先要建立數學模型，雖然對于一般的機械零件有現成的數學模型可以使用，但對于沒有數學模型的就需要建立正確的數學模型，這是成功進行設計的第一步；接下來，根據手工計算的步驟設計程序框圖；然后根據程序框圖用高級語言編制程序；最后進入程序調試環(huán)節(jié)，程序編好后，要對源程序及程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算，試算與手算結果要完全吻合。
3系統化機械設計方法
現代化機械設計正在向智能化、柔性化、系統化、信息化發(fā)展，而不再是把實現機械某一個單一的功能來作為設計的目標。從系統的角度為著眼點，機械系統設計過程中，為了讓機械產品能夠創(chuàng)造更高的經濟效益和社會效益，必須要在產品制造技術、功能、性能等方面，充分利用先進的技術，讓產品的結構產生質的飛躍。在對傳統機械設備改造的過程中，系統化設計和控制技術的應用成為了不可或缺的重要因素。人們對于機械產品的功能的需求隨著科學技術的飛速發(fā)展日益增多，這就導致了機械構造變得越來越復雜，產品壽命期逐漸縮短，機械產品更替的頻率逐漸加快。盡管如此，機械產品實際上所展現出的功能仍然無法滿足現代社會的需要。現在，計算機輔助設計已經廣泛應用于整個產品設計的過程中，從最初的設計計算，到設計繪圖，再到生產規(guī)劃和加工制造，計算機輔助設計都充分表現了獨特的優(yōu)勢并且成果喜人。然而，對于產品開發(fā)初期方案的設計，計算機輔助設計還是有著不足，不能完全滿足設計的預期需求。如何讓整個機械設計更加系統化，設計過程更有規(guī)律性，從而更好的應用計算機輔助設計，這是必須要考慮的問題。于是，系統化設計法應運而生，采用這種設計方法，可以將設計任務由抽象到具體，由淺入深進行層次的劃分，然后對每一層次的既定目標和所采取的方法進行規(guī)劃。系統化設計法的優(yōu)勢在于，每一個設計都是相對獨立卻又保持著有機的聯系，這些個設計結合在一起，就構成了完整的機械系統設計。為使設計工作科學有效的進行，在機械系統過程中，首先要把一機械系統分解為若干個子系統，各個子系統相對比較簡單，相互之間存在著聯系，各子系統還可再分解為更小的子系統，以此類推，直至可以滿足設計和分析的需要。系統分解時需要注意：首先要把握好分解數和層次。分解數太少和太多都不可以，太少則導致子系統仍很復雜，不利于進行模型化和系統優(yōu)化，太多又會對總體系統的綜合造成難題。其次，分界面不能過于復雜，可以在要素間結合枝數（聯系數）較少和作用較弱的地方選擇分界面。此外，通常機械系統工作時，能量、物料和信息三者之間存在著轉換關系，從系統輸入到系統輸出的過程中，按一定的方向和途徑流動，不可以中斷或產生紊流，即便分解成各個子系統，它們的流動途徑仍應暢通和明確，在設計過程中，必須保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。最后，需要了解到，系統分解與功能分解的不同。系統分解時，它把具有比較密切結合關系的要素結合在一起，其結構組成雖稍微簡單，但其功能往往還有多項，每個系統仍是一個系統。而功能分解時，是按功能體系進行逐級分解，直至不能再分解的單元功能。
4結束語
關鍵詞：機械設計；CAD技術
1CAD技術的發(fā)展
CAD(ComputerAidedDesign)是計算機輔助設計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高。現已將計算機輔助制造技術（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和產品數據管理技術（ProductDataManagement，PDM）及計算機集成制造系統（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。
產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統已由最初的僅具數值計算和圖形處理功能的CAD系統發(fā)展成為結合人工智能技術的智能CAD系統（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現代設計技術、智能活動是由設計專家系統完成。這種系統能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統把人工智能技術和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。
2三維CAD技術在機械設計中的優(yōu)點
通過實際應用三維CAD系統軟件,筆者體會到三維CAD系統軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優(yōu)勢,具體表現在以下幾點:
2.1零件設計更加方便
使用三維CAD系統,可以裝配環(huán)境中設計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來,使人一目了然。
2.2裝配零件更加直觀
在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時候,可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達到要求,及時對設計進行更改,避免了產品生產后才發(fā)現需要修改甚至報廢。
2.3縮短了機械設計周期
采用三維CAD技術,機械設計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設計和生產效率。在用三維CAD系統進行新機械的開發(fā)設計時,只需對其中部分零部件進行重新設計和制造,而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息,使機械設計的效率提高了3~5倍。同時,三維CAD系統具有高度變型設計能力,能夠通過快速重構,得到一種全新的機械產品。
2.4提高機械產品的技術含量和質量
由于機械產品與信息技術相融合,同時采用CADCIMS組織生產,機械產品設計有了新發(fā)展。三維CAD技術采用先進的設計方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優(yōu)化設計等,保證了產品的設計質量。同時,大型企業(yè)數控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工,一致性很好,保證了產品的質量。
3CAD技術在機械設計中的應用
3.1零件與裝配圖的實體生成
3.1.1零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中,系統提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件,可通過對其進行結構分析,將其分解成若干基本體,對基本體進行三維實體造型,之后再對其進行交、并、差等布爾運算,便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復雜的零件,往往難以分解成若干個基本體,使組合或分解后產生的基本體過多,導致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”,進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
3.1.2實體裝配圖的生成。在零件實體構造完成后,利用機器運動分析過程中的資料,在運動的某一位置,按各零件所在的坐標進行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。
3.2模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學技術的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產技術不斷提高,從普通機床到數控機床和加工中心,從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數字化和計算機化方向發(fā)展。同時,模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現代制造技術。
一個完整的CAD/CAM軟件系統是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎,進行統一管理,而實體造型是工程數據的主要來源之一。
3.3機械CAE軟件的應用
機械CAE系統的主要功能是:工程數值分析、結構優(yōu)化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后,才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
4CAD前沿技術與發(fā)展趨勢
4.1圖形交互技術
CAD軟件是產品創(chuàng)新的工具,務求易學好用,得心應手。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態(tài)導航器等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術
也正在研究之中。
4.2智能CAD技術
CAD/CAM系統應用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫,及時準確地向設計師提品開發(fā)所需的知識和幫助,智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設計新手也能做出好的設計來,現代設計的核心是創(chuàng)新設計,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中,用智能設計、智能制造系統去創(chuàng)造性指導解決新產品、新工程和新系統的設計制造,這樣才能使我們的產品、工程和系統有創(chuàng)造性。
4.3虛擬現實技術
虛擬現實技術在CAD中已開始應用,設計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產品,可以從人機工程學角度檢查設計效果,可直接操作模擬對象,檢驗操作是否舒適、方便,及早發(fā)現產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題,及早看到新產品的外形,從多方面評價所設計的產品.虛擬產品建模就是指建立產品虛擬原理或虛擬樣機的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等,基于虛擬樣機的試驗仿真分析,可以在真實產品制造之前發(fā)現并解決問題,從而降低產品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態(tài)企業(yè)聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外,隨著協同技術、網絡技術、概念設計面向產品的整個生命周期設計理論和技術的成熟和發(fā)展,利用基于網絡的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術,實現真正的全數字化設計和制造,已成為機械設計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
參考文獻
[1]黃森彬主編.機械設計基礎.高等教育出版社.
[2]榮涵銳.新編機械設計CAD技術基礎〔M〕.北京:機械工業(yè)出版社,2002.
[3]徐建平,盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清華大學出版社,2004.
摘要：文章針對傳統機械零部件的設計局限性，提出了現代設計思想和方法。
一、機械零部件傳統的設計局限
傳統機械零部件的設計帶來了運用中出現的許多問題：零部件容易腐蝕損壞；零部件容易疲勞損壞，斷裂、表面剝落等；零部件容易摩擦損壞等等。這些問題的出現，都是機械零部件傳統的設計局限性所產生的。機械機械零部件設計是人類為了實現某種預期的目標而進行的一種創(chuàng)造性活動。傳統機械機械零部件設計的特點是以長期經驗積累為基礎，通過力學、數學建模及試驗等所形成的經驗公式、圖表、標準及規(guī)范作為依據，運用條件性計算或類比等方法進行設計。傳統設計在長期運用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數情況下仍然是有效的設計方法，但是它有很多局限：在方案設計時憑借設計者有限的直接經驗或間接經驗，通過計算、類比分析等，以收斂思維方式，過早地確定方案。這種方案設計既不充分又不系統，不強調創(chuàng)新，因此很難得到最優(yōu)方案；在機械零部件設計中，僅對重要的零部件根據簡化的力學模型或經驗公式進行靜態(tài)的或近似的設計計算，其他零部件只作類比設計，與實際工況有時相差較遠，難免造成失誤；傳統設計偏重于考慮產品自身的功能的實現，忽略人―機―環(huán)境之間關系的重要性；傳統設計采用手工計算、繪圖，設計的準確性差、工作周期長、效率低。
二、創(chuàng)新思維機械零部件的設計思想
機械零部件設計的本質是創(chuàng)造和革新?，F代機械機械零部件設計強調創(chuàng)新設計，要求在設計中更充分地發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產品。
（一）運用創(chuàng)造思維
設計者的創(chuàng)造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現，它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達能力、自控能力、文化修養(yǎng)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進行加工變換，創(chuàng)造表達出新成果的整個創(chuàng)造活動的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力和素質、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。設計者不是把設計工作當成例行公事，而是時刻保持強烈的創(chuàng)新愿望和沖動，掌握必要創(chuàng)新方法，加強學習和鍛煉，自覺開發(fā)創(chuàng)造力，成為一個符合現代設計需要的創(chuàng)新人才。
（二）運用發(fā)散思維
發(fā)散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規(guī)，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題，求出多種答案的思維方式。例如，若提出“將兩零部件聯結在一起”的問題，常規(guī)的辦法有螺紋聯結、焊接、膠接、鉚接等，但運用發(fā)散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的主要形式之一，在技術創(chuàng)新和方案設計中具有重要的意義。
（三）運用創(chuàng)新思維
創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是一種最高層次的思維活動，它是建立在各類常規(guī)思維基礎上的。人腦在外界信息激勵下，將各種信息重新綜合集成，產生新的結果的思維活動過程就是創(chuàng)新思維。機械機械零部件設計的過程是創(chuàng)新的過程。設計者應打破常規(guī)思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結構、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現創(chuàng)新。
三、科學的進行機械零部件設計
（一）把握機械零部件設計的主要內容
機械零部件設計是機械設計的重要組成部分，機械運動方案中的機構和構件只有通過零部件設計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設計的基礎。機械零部件設計的主要內容包括：根據運動方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產品整機應滿足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經濟性上的要求主要指生產成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環(huán)境等環(huán)境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。
（二）嚴格計算機械零部件的失效形式
機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時應首先進行零部件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷（下轉第57頁）（上接第58頁）的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內。三是振動穩(wěn)定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應避免發(fā)生共振。振動穩(wěn)定性準則要求所設計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結構及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后，將改變其結構形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設計時應采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
（三）正確選擇機械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術指標，是檢驗零部件表面質量的主要依據；它選擇的合理與否，直接關系到產品的質量、使用壽命和生產成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設計工作中，應用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應用類比法需要有充足的參考資料，現有的各種機械設計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數關系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機械零部件的設計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零部件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在設計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā)，全面衡量零部件的表面功能和工藝經濟性，才能作出合理的選擇。
（四）全面優(yōu)化機械零部件設計方法
要充分運用機械學理論和方法，包括機構學、機械動力學、摩擦學、機械結構強度學、傳動機械學等及計算機輔助分析的不斷發(fā)展，對設計的關鍵技術問題能作出很好的處理，一系列新型的設計準則和方法正在形成。計算機輔助設計（CAD）是把計算機技術引入設計過程，利用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業(yè)的現代設計方法。CAD技術促成機械零部件設計發(fā)生巨大的變化，并成為現代機械設計的重要組成部分。目前，CAD技術向更深更廣的方向發(fā)展，主要表現為以下基于專家系統的智能CAD；CAD系統集成化，CAD與CAM（計算機輔助制造）的集成系統（CAD/CAM）；動態(tài)三維造型技術；基于并行工程，面向制造的設計技術（DFM）；分布式網絡CAD系統。
【參考文獻】
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[3]趙冬梅．機械設計基礎[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2004．
【關鍵詞】機械設計；材料；標準化
一、機械設計中對材料的選擇
1、機械零件材料的選擇應滿足基本要求
1.1使用性能要求。材料在使用過程中的表現，即使用性能，是選材時應考慮滿足的根本要求。不同零件所要求的使用性能是很不一樣的，有的零件主要要求高強度，有的則要求高的耐磨性，有的甚至無嚴格的性能要求，僅僅要求有美麗的外觀。因此，在選材時，首要的任務就是準確地判斷零件所要求的主要使用性能。
1.2工藝性能要求。材料的工藝性反映的是材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力，即要求所選材料在加工制造時首先能夠造出成品來，并且能夠便于制造、同時必須保證質量。1）熱加工工藝性能熱加工工藝性能主要指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和熱處理性能。2）切削加工性能金屬的切削加工性能一般用刀具耐用度為60min時的切削速度V60來表示，V60越高，則金屬的切削性能越好。
2、機械零件材料選擇的方法
2.1選材對產品壽命周期成本的影響。顯然，材料的選用極大地影響了產品壽命周期成本的各個組成部分。工程實踐中，在保證產品合理功能（或性能）的前提下，雖然一般是選用價格便宜的材料，可降低產品的壽命周期成本；但同時我們更應注意的是，有時若選用成本雖高但性能更優(yōu)的材料，由于產品的自重減輕、使用壽命延長、維修費用減少、能源費用降低等多方面的有利因素，從產品壽命周期成本角度考慮，反而是經濟的。
2.2制造方法的選擇是材料選擇過程中一個不可分割的因素，即應將結構設計、材料選擇及其可用的加工方法作為一個有機的整體看待。選材時不僅要考慮零件的某單項加工工序的成本，更重要的是應綜合考慮其整個加工路線所涉及的全部加工工序之總成本。
二、機械設計標準化
1、機械零件是機器的基本組成要素，對于機械零件設計工作來說，標準化的作用是很重要的。所謂零件的標準化，就是通過對零件的尺寸、結構要素、材料性能、檢驗方法、設計方法、制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標準。
能以最先進的方法在專門化工廠對那些用途最廣的零件進行大量的、集中的制造，以提高質量、降低成本。統一材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，并提高零件性能的可靠性。采用標準結構及零、部件，可以簡化設計工作，縮短設計周期，提高設計質量。
2、搞好設計階段的標準化工作是降低產品成本的重要途徑。在市場經濟體制下，生產廠家應根據市場的需求變化，不斷更新產品品種，提高產品質量，降低物資消耗，提高經濟效益。要達到這些目的，都離不開標準化，必須用標準化手段，從嚴把好產品設計這一關，才能使企業(yè)在市場競爭中求得生存和發(fā)展，加快新產品開發(fā)。
三、影響機加工件表面層物理力學性能的因素
機械加工中工件由于受到切削力和切削熱的作用，其表面層的物理力學性能將產生很大的變化，造成與基體材料性能的差異，這些變化主要表現為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現的殘余應力。
1、表面層金相組織的變化
影響磨削燒傷的因素有：砂輪材料對于硬度太高的砂輪，鈍化磨料顆粒不易脫落，砂輪容易被切削堵塞。因此，一般用軟砂輪好。磨削用量當磨削深度增大時，工件表面及表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成燒傷；當工件縱向進給量增大時，磨削區(qū)溫度增高，但熱源作用時間減小，因而可減輕燒傷。但提高工件速度會導致其表面粗糙度值增大。提高砂輪速度可彌補此不足。實踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷。冷卻方式采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷。但由于旋轉的砂輪表面上產生強大的氣流層，切削液不易附著，以致沒有多少切削液能進入磨削區(qū)。因此，可采用高壓大流量的冷卻方式，一方面可增加冷卻效果，另一方面可以對砂輪表面進行沖洗，使切屑不致堵塞砂輪。
2、加工表面的冷作硬化
加工過程中表面層金屬產生塑性變形，使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料的強化，其強度和硬度均有所提高，這種變化的結果稱為冷作硬化。加工表面層冷作硬化指標以硬化層深度、表面層的顯微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化層的深度也越大。
影響冷作硬化的主要因素：切削用量切削速度增大，刀具與工件接觸擠壓時間短，塑性變形小。速度大時溫度也會增高，有助于冷硬的恢復，冷硬較弱。進給量增大時切削力增加，塑性變形也增加，硬化加強。但當進給量較小時，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數增多，硬化程度也會增大。刀具刀具刃口圓弧半徑增加，對表層擠壓作用大，使冷硬增加；刀具副后刀面磨損增加，對已加工表面摩擦增大，使冷硬增加；刀具前角加大可減小塑性變形，使冷硬減小。工件材料工件材料的硬度越低，塑性變形越大，切削后冷作硬化現象越嚴重。
3、表面層的殘余應力
切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀和組織變化時，在表層金屬與基體材料交界處將會產生相互平衡的彈性應力，該應力就是表面殘余應力。表面層的殘余應力的產生，主要有以下三種原因。
3.1冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力在切削力作用下，已加工表面發(fā)生強烈的塑性變形，表面層金屬體積發(fā)生變化，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài)。切削力去除后，基體金屬趨向恢復，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余應力。
3.2熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力工件被加工表面在切削熱的作用下產生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層產生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降，由于表層已產生熱塑性變形并受到基體的限制，因而產生殘余拉應力。
3.3金相組織變化引起的殘余應力切削時產生高溫會引起表面層金相組織變化。由于不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化引起體積變化，當表面層體積膨脹時，因受到基體的限制，產生了壓應力。表面層體積縮小，則產生拉應力。
總之，在市場經濟中，為了更好滿足企業(yè)的發(fā)展，機械產品越來越先進，品種越來越多。這就要求我們在機械設計當中，對材料的選擇、標準化的應用提高到一個新的認識，在加工過程中，減少影響表面層物理力學性能的因素以及劑的合理運用。努力把我們加工成本降到合理的水平，從而提高企業(yè)的經濟效益。
參考文獻
關鍵詞：工程；機械設備；管理；問題；對策
科學技術進步、生產建設的需求，為工程機械的應用提供了廣闊的空間，也對設備管理的提出了更高的要求。做好機械設備的合理配置、科學使用、及時保養(yǎng)、適時維修，降低設備故障發(fā)生，提高機械設備的有效利用率，是對工程設備管理工作的主要要求，下面我就當前礦山企業(yè)在工程機械設備管理方面存在的問題和提高工程機械管理的方法談談自己的看法。
一、當前工程機械設備管理中存在的問題及原因
1、管理機構不健全，管理制度不完善
相當一部分施工企業(yè)仍缺乏完整、嚴格的工程機械設備管理制度，對工程機械設備的臺賬、技術資料檔案的建立等工作尚未完善，管理工作無章可循、管理無序，有的企業(yè)甚至在購買了新設備后，沒有及時或根本不入賬，造成管理工作相當被動，設備糊涂使用，不能明確工程機械管理和使用的責任主體。
2、舍不得智力投資
(1)雖然目前大部分施工企業(yè)都根據自己企業(yè)的實際情況，設立了機務管理部門，但由于機構、人員更迭較為頻繁，設備管理及維修人員接受專業(yè)教育時間短，管理人員對設備管理的整體認識尚較模糊，技術管理水平參差不齊。
(2)而有些企業(yè)只是片面注重眼前利益，寧愿花耗大量資金用于購買先進設備，但在管理人才培訓等智力投資方面卻顯得過分吝惜，舍不得花錢。這樣，就算有再先進的設備，但管理跟不上、人員素質低劣，是很難適應機械自動化、機電一體化程度高的設備管理的需要。
3、工程機械設備的使用與保養(yǎng)相互脫節(jié)
(1)目前大多數施工企業(yè)雖然都實行定人定機制度，即每個操作人員固定使用一臺機械設備，但卻忽略了定人保養(yǎng)制度，沒有把機械設備維修保養(yǎng)的各項規(guī)章制度明確落實到個人。正因為如此，操作人員往往只是“包用不包修”，維修人員也是馬虎應付了事，每當機械設備出現故障，操作人員與維修人員往往互相推卸責任。這樣，不但影響了產量、質量，也增加了維修費用、運轉費用以及降低了設備的使用壽命。
(2)此外，不少項目負責人只考慮眼前利益，沒有從長遠打算，短期行為嚴重，只注意產值與效益掛鉤，在設備管理使用上表現為“重用輕管”，為了趕工期、搶進度，而不惜拼設備，造成機械設備常常處于超負荷狀況工作，或帶“病”作業(yè)，甚至違章操作，其結果是該工程項目完工后，機械設備嚴重磨損老化，而調運到新工程又需花費大量的精力與費用進行整修，造成施工工期貽誤，項目部之間在維修費用上互相推諉，固定資產無形流失。
4、工程機械設備維修“滯后”，浪費嚴重
(1)由于目前大部分施工企業(yè)還未能有效地實行點檢制度等保養(yǎng)措施，設備維修管理往往局限于“事后維修”，“預防維修”意識不夠重視，對設備的故障及劣化現象也就未能早期發(fā)覺、早期預防、早期修理，以致造成人力、物力、財力不必要的浪費。
(2)施工企業(yè)機械設備“浪費維修”的現象也十分嚴重，個別維修人員為了貪圖方便，對一些仍有很大修復價值的舊件不加以修復利用，任憑其主觀隨意地報廢，更有甚者，不考慮其它設備的整體性能，采取“拆東墻補西墻”的做法，得過且過，只要機械能動就交差了事，結果也只會是事倍功半。
二、提高機械設備管理工作的方法
1、在使用方面，設備的價值主要體現在使用。任何設備都有規(guī)定的使用范圍、條件及操作程序，只有正確的使用設備，才能保證安全生產。而設備使用的好壞很大程度上取決于操作人員水平的高低。
所以在使用中，一是教育操作人員正確的使用和操作各種工程機械，不能在超過機械所能承受的最大負荷下進行工作，盡量保證機械負荷的均勻加減，使機械處于較為平緩的負荷變動，具體地說，就是要較為均勻地加減油門，防止發(fā)動機、工作裝置動作的大起大落。二是加強技術培訓，提高操作人員素質，使操作人員做到懂構造、懂原理、懂性能，會使用、會保養(yǎng)、會檢查、會排除故障，從源頭上減少和防止人為失誤引起的機械故障。三是堅持實行包機責任制，責任到人，將個人經濟利益與責任機械的維修費、燃油費相結合進行考核，獎罰并舉，加強管理設備的責任心，調動愛護設備的積極性。
2、在保養(yǎng)方面，對設備實行定期保養(yǎng)是保持機械良好技術狀況的基礎。對于工程機械，保養(yǎng)工作中的重中之中就是保證對機械的合理。零件工作面的磨損、零件表面的腐蝕和材料的老化是正常使用條件下的機械零部件的3種主要失效形式，而零件工作面的磨損所引起的失效所占的比例最大。也就是說，機械的磨損是使其各種零部件走向極限技術狀態(tài)的主要原因之一。那么，解決機械零部件的磨損問題，除了采用優(yōu)良的材料、選擇先進的制造工藝、設計合理的機械結構外，在使用過程中要做的一項重要工作就是保證對機械的合理。
據統計，工程機械的故障有一半以上是由不良引起的。由于工程機械各零部件配合的精密性，良好的可以使其保持正常的工作間隙和合適的工作溫度，從而降低零件的磨損程度，減少機械故障。正常合理的是減少機械故障的有效措施之一。為此，一是要合理選用劑，要根據機械的種類和應用結構的不同選用正常的劑類別，根據機械的要求選用合適的質量等級，根據機械的工作環(huán)境和不同的季節(jié)選擇合適的劑牌號。二是經常檢查劑的數量和質量。數量不足要及時補充，質量不佳要及時更換。三是根據保養(yǎng)周期、設備技術狀況、工作環(huán)境等因素，制定強制保養(yǎng)計劃，到時間必須停機保養(yǎng)。
3、維修方面
機械在使用過程中必然會出現各種各樣的故障。在這些故障中，有些故障對機械設備的影響可能是很微小的，有些是比較嚴重的，甚至會造成機毀人亡的大事故。經驗表明，嚴重機械故障往往是由一些較小的故障引發(fā)的。究其原因，就在于忽視了對小故障的及時處置。因此，在維修方面，一是重視小故障的及時處理，做到防患于未然。切不可小故障不影響使用，為了趕任務讓設備帶故障作業(yè)，最后小毛病拖成了大故障，不但延誤工期，影響正常使用，還有可能造成設備突然報廢。從某種意義上來說，對出現的故障及時進行處理，就是減少和防止故障的一種有效措施。
