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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械；產(chǎn)品；方案設(shè)計(jì)；

Abstract: According to the current domestic and foreign scholars mainly thinking design features of mechanical product design, product design method of the program are summarized as systematic, modular structure, product features four types based on the knowledge and intelligence. Points out that the organic connection between the features of the four methods and the interaction between them, the direction of product design computer.

Keywords: mechanical; products; design

中圖分類號(hào)：F407.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào):

1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中具有代表性的是：①將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。②將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。③將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系;二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。

1.1設(shè)計(jì)元素法

用五個(gè)設(shè)計(jì)元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2 圖形建模法

研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

1.3 “構(gòu)思”―“設(shè)計(jì)”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。

1.4 矩陣設(shè)計(jì)法

在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求―功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集，形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要求―功能”邏輯樹建立“要求―功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間，每個(gè)子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊，在抽象階段的高層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一個(gè)可進(jìn)行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個(gè)運(yùn)動(dòng)方程。

1.5 鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。

2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。 認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)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。

以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：①元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件;②結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件;③具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接;④具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，用“功能建立”模塊對(duì)功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對(duì)象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。

2.3 基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

2.3.1 編碼法

根據(jù)“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識(shí)庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評(píng)判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)中。

2.3.2 知識(shí)的混合型表達(dá)法

針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，采用混合型的知識(shí)表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)尤為適合。在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多種單一的知識(shí)表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對(duì)象的屬性，用規(guī)則表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征，用過程表示知識(shí)的處理，組成一種混合型的知識(shí)表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。

2.3.3 利用基于知識(shí)的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識(shí)的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，由此尋求出基于知識(shí)的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。

2.3.4 設(shè)計(jì)目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄，并將這三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動(dòng)原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識(shí)庫和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。

2.3.5 基于實(shí)例的方法

在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”，通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。

機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文第2篇

機(jī)械產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)對(duì)于產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到使用階段都有著至關(guān)重要的影響，都關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和安全可靠性。在這個(gè)階段產(chǎn)生的設(shè)計(jì)問題其影響是巨大的，是難以通過后續(xù)工作來彌補(bǔ)的。同樣，這一階段的設(shè)計(jì)也是創(chuàng)意設(shè)計(jì)的階段，也是提高產(chǎn)品市場競爭力的階段，如果設(shè)計(jì)人員能夠打開思維，開啟智慧，剔除繁瑣技術(shù)上的約束，那么將會(huì)設(shè)計(jì)出具有強(qiáng)大市場競爭力的產(chǎn)品。本文從機(jī)械產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的一般過程出發(fā)，分析了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則，并且結(jié)合當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的要求，將經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性和技術(shù)性貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)的始終。試圖通過本文的分析為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究提供一定的理論借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；設(shè)計(jì)；研究；發(fā)展趨勢

引 言

改革開放以來，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)不再是過去的單純提高生產(chǎn)力水平，提供工業(yè)機(jī)械，以及致力于工業(yè)化建設(shè)而發(fā)展了，而是將大量的機(jī)械產(chǎn)品投入市場，創(chuàng)造利潤，機(jī)械設(shè)計(jì)正式進(jìn)入了市場競爭的時(shí)代。目前，機(jī)械企業(yè)面臨的是來自于全球的競爭，所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)的競爭能力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期、設(shè)計(jì)成本以及產(chǎn)品的質(zhì)量、舒適度和售后服務(wù)都至關(guān)重要?？傮w設(shè)計(jì)階段在產(chǎn)品具體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和銷售以及維護(hù)的前期，對(duì)于產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程有著重大的影響。這個(gè)階段是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，也是最為關(guān)鍵的階段，設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了產(chǎn)品的性能、成本及其在市場上的競爭力和企業(yè)的效益。

1、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外，我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中具有代表性的是：

（1）將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

（2）將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（3）將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段 。

由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解（如通用零件部件等）描述設(shè)計(jì)任務(wù)，即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，（1）產(chǎn)品（2）功能組成（3）主要功能組件（4）功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng) 險(xiǎn)十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口（聯(lián)接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)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。

3、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1 編碼法

根據(jù)“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能（簡稱功能元）將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識(shí)庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評(píng)判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)中。

3.2 知識(shí)的混合型表達(dá)法

針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，采用混合型的知識(shí)表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)尤為適合，這一點(diǎn)已得到我國許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識(shí)。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多種單一的知識(shí)表達(dá)方法（規(guī)則、框架和過程），按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對(duì)象的屬性，用規(guī)則表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征，用過程表示知識(shí)的處理，組成一種混合型的知識(shí)表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3 利用基于知識(shí)的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識(shí)的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，由此尋求出基于知識(shí)的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。

4、各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體（由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu)）進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此，欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，必須解決計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。

參考文獻(xiàn)

機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文第3篇

關(guān)鍵詞機(jī)械人;機(jī)械系統(tǒng);并行設(shè)計(jì)

1.前言

對(duì)于機(jī)械人而言，柔性設(shè)計(jì)個(gè)剛性設(shè)計(jì)都是在設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)，因此是整個(gè)機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的一部分，同時(shí)作為機(jī)械學(xué)科和電子學(xué)科的交叉學(xué)科在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中有著復(fù)雜化的特點(diǎn)。

2.機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)一般包括機(jī)身、行走系統(tǒng)、操作臂、末端執(zhí)行器及周邊設(shè)備，這是機(jī)器人的重要組成部分，是機(jī)器人系統(tǒng)在工作中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各種功能運(yùn)動(dòng)和操作任務(wù)的被控對(duì)象。它與機(jī)器人控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等構(gòu)成一個(gè)緊密聯(lián)系的整體。機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接影響到機(jī)器人計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、感知系統(tǒng)及其相關(guān)軟、硬件的復(fù)雜程度。另一方面，就其機(jī)械系統(tǒng)本身而言，由于機(jī)器人要求具有高度的能動(dòng)性和靈活性，能在復(fù)雜條件下滿足各種各樣的工作要求和作業(yè)任務(wù)，而這些是傳統(tǒng)機(jī)械裝置不能達(dá)到的。因此，機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的差別。其機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

（1）復(fù)雜性機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)總的來看是相當(dāng)于一系列懸臂桿件通過關(guān)節(jié)串連起來的開式鏈。但由于誤差和變形的累積，使得在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要保證開鏈結(jié)構(gòu)的能動(dòng)性和靈活性，另一方面又要處理這種結(jié)構(gòu)帶來的運(yùn)動(dòng)傳遞、誤差補(bǔ)償和消除等問題，使機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得較為復(fù)雜。

（2）依賴性由于機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等構(gòu)成機(jī)器人的一個(gè)緊密體，因此機(jī)械系統(tǒng)的總體方案、結(jié)構(gòu)方案依賴于控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)的方式、方法及手段的確立。

（3）協(xié)調(diào)性機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的形式、實(shí)現(xiàn)手段等將直接影響到控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度，以及其它系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)、安裝、調(diào)控等，因此，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須與其它系統(tǒng)進(jìn)行不斷的協(xié)調(diào)才能進(jìn)行。

3.常見的機(jī)械并行模式

3.1機(jī)器人設(shè)計(jì)的一般模式

機(jī)器人的設(shè)計(jì)主要分為3個(gè)過程：一是概念設(shè)計(jì)，即根據(jù)定義的任務(wù)來確定機(jī)器人的執(zhí)行要求，包括負(fù)荷、操作對(duì)象、精度、速度等，并進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì);二是初步設(shè)計(jì)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、傳感器與控制策略的確定、伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模塊化;三是詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括詳細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)、詳細(xì)電子設(shè)計(jì)和系統(tǒng)綜合。

對(duì)每一過程的評(píng)價(jià)若不通過，則都將返回到該過程的初始點(diǎn)或上一過程中去再設(shè)計(jì)。這種自上而下的串行設(shè)計(jì)方式不利于機(jī)器人系統(tǒng)的整體優(yōu)化，同時(shí)將使設(shè)計(jì)過程變得漫長。

3.2機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的模式

所謂并行設(shè)計(jì)就是指在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)階段即考慮產(chǎn)品生命周期中工藝規(guī)劃、制造、裝配、測試、維護(hù)等其它環(huán)節(jié)的影響，通過各環(huán)節(jié)的并行集成，以縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本。

對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)器人來說，其本身就是機(jī)械、控制、電子和計(jì)算機(jī)等高技術(shù)的集成，因此，機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)、控制理論與方法、電子電氣和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等學(xué)科相互交叉和滲透的技術(shù)支持。針對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，運(yùn)用并行設(shè)計(jì)的思想。

3.3模式分析

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的并行設(shè)計(jì)模式主要由方案設(shè)計(jì)、領(lǐng)域技術(shù)分析、綜合與評(píng)價(jià)以及機(jī)械系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)等部分構(gòu)成。不難看出，方案設(shè)計(jì)與領(lǐng)域技術(shù)分析對(duì)應(yīng)于一般意義上的機(jī)械設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)過程，綜合評(píng)價(jià)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于具體設(shè)計(jì)過程。由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)涉及到機(jī)器人的機(jī)構(gòu)、軌跡規(guī)劃、誤差的檢測辨識(shí)與軟硬件補(bǔ)償技術(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)、振動(dòng)與防治、關(guān)節(jié)柔性等方面的內(nèi)容，因此需要機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（包括傳感、檢測）、電子系統(tǒng)和制造工藝及裝配等方面的技術(shù)支撐，同時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)形式也一定程度上決定了上述支撐技術(shù)系統(tǒng)的方式和方法。所以，運(yùn)動(dòng)方案和傳動(dòng)裝置方案的設(shè)計(jì)與各支撐系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)是一種并行設(shè)計(jì)的協(xié)作關(guān)系。這樣才能達(dá)到機(jī)械系統(tǒng)方案與其它系統(tǒng)方案的協(xié)調(diào)、有效、可靠與快捷設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的綜合是對(duì)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)各組成部分的總體協(xié)調(diào)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。它力求避免方案中各支撐技術(shù)方案的沖突，引導(dǎo)并處理各支撐技術(shù)方案的完善統(tǒng)一，并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案組織具體實(shí)施。

4.兩輪移動(dòng)式倒立擺機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型

二級(jí)倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)快速響應(yīng)系統(tǒng)，要求執(zhí)行器能根據(jù)控制量變化快速做出動(dòng)作系統(tǒng)主要由車輪車廂擺桿防震輪組成，2個(gè)車輪的軸線在同一直線上，分別由2臺(tái)直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，在車廂的內(nèi)部安裝有蓄電池左右直流力矩電機(jī)編碼器傾角傳感器陀螺儀無線傳輸模塊等，控制小車的自平衡，測量左右車輪的旋轉(zhuǎn)角度。系統(tǒng)采用的傳感器包括傾角傳感器陀螺儀編碼器，通過它們可以測量和計(jì)算出小車的狀態(tài)參數(shù)，其中，車體傾角速度分別由傾角傳感器陀螺儀直接測量，左右車輪旋轉(zhuǎn)角度可由編碼器測量，通過微分可以計(jì)算左右車輪的角速度，進(jìn)而推算出左右車輪的行駛速度，車體的前進(jìn)速度，小車在地面的旋轉(zhuǎn)角速度。

輪式機(jī)器人因其具有良好的移動(dòng)性能一直備受關(guān)注，國內(nèi)外許多學(xué)者從理論方面研究了它的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃軌跡跟蹤控制方法，并取得了很多成果。

兩輪式機(jī)器人，同時(shí)也是一個(gè)倒立擺系統(tǒng)，對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)需要保持系統(tǒng)的平衡狀態(tài)機(jī)器人跟蹤目標(biāo)，首先要由視覺部分作為機(jī)器人的眼睛，完成識(shí)別目標(biāo)的位置速度方向等信息的任務(wù)，這些信息是做出正確決策的基礎(chǔ)視覺系統(tǒng)需要圖像采集設(shè)備，包括攝像頭和采集卡等兩輪式移動(dòng)倒立擺機(jī)器人還沒有裝備視覺系統(tǒng)，為了檢測倒立擺機(jī)器人跟蹤能力，模擬了一個(gè)虛擬的跟蹤目標(biāo)，PC機(jī)通過無線模塊不斷將目標(biāo)位置發(fā)送給機(jī)器人，供機(jī)器人決策倒立擺機(jī)器人的位置可以通過自身的傳感器獲取。

5.結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行機(jī)械并行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，防止，由于設(shè)計(jì)過程中的背不當(dāng)導(dǎo)致了后期機(jī)械人在施工過程中帶來的諸多問題，發(fā)揮設(shè)計(jì)者的作用。

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；軸系結(jié)構(gòu)；功能元

中圖分類號(hào)：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）15-0024-02

軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和機(jī)器的整體質(zhì)量息息相關(guān)，一旦發(fā)生軸失效，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和一般零部件的設(shè)計(jì)存在很大的差異，不僅包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)，還包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 基于功能元的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)分析

機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括下列三個(gè)部分：功能抽象化、功能分解、功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)。機(jī)器可被視作一個(gè)大系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，各種零件按照某種關(guān)系組合在一起，以滿足客戶的特定需求，其基本功能要素如下：（1）軸承集——支撐功能的功能元；（2）齒輪副集——傳遞運(yùn)動(dòng)的功能元；（3）螺栓集——緊固功能元。在每一類功能元中，又可根據(jù)功能特性的差異而做進(jìn)一步的細(xì)分。以圖1所示的單級(jí)減速器為例，扭矩通過軸、鍵、齒輪、軸承、軸承座進(jìn)行傳遞，力的傳遞過程可以用圖2表示。

2 軸系主要功能元的特征屬性分析

2.1 軸的屬性

軸發(fā)揮著支撐以及傳遞轉(zhuǎn)矩的功能，其決定性能的因素主要有兩個(gè)：一是剛度，二是強(qiáng)度。在軸的設(shè)計(jì)過程中，不僅要以工作能力準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，而且要兼顧如下要求：（1）軸向定位方法的運(yùn)用；（2）周向固定軸上的各類零件，使其符合轉(zhuǎn)矩傳遞的要求；（3）軸和其他部分存在相對(duì)滑動(dòng)的表面要具有良好的耐磨性；（4）符合實(shí)際工藝生產(chǎn)要求。

2.2 傳動(dòng)類結(jié)構(gòu)功能元

兩軸間的運(yùn)動(dòng)通常依靠齒輪傳動(dòng)來完成。齒輪傳動(dòng)不僅效率高，而且持續(xù)穩(wěn)定，因而具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。齒輪副有以下分類：（1）平面齒輪——直齒/斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)；（2）空間齒輪——傳遞相交軸/交錯(cuò)軸運(yùn)動(dòng)。結(jié)合齒輪的特點(diǎn)及使用條件，采用功能元?jiǎng)澐值姆椒▽X輪副的十大特征總結(jié)如下：（1）傳動(dòng)比；（2）傳動(dòng)平穩(wěn)性；（3）傳動(dòng)效率；（4）耐磨性；（5）結(jié)構(gòu)緊湊性；（6）軸向力；（7）承載能力；（8）轉(zhuǎn)速要求；（9）兩軸線方向；（10）制造成本。

2.3 支撐類結(jié)構(gòu)功能元

在機(jī)器中，軸承裝置是一種應(yīng)用廣泛且相當(dāng)關(guān)鍵的部件，其設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系著機(jī)器是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承裝置的設(shè)計(jì)涉及多種知識(shí)與技術(shù)，表現(xiàn)出了一定的復(fù)雜性和靈活性。設(shè)計(jì)師應(yīng)在充分滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，對(duì)軸承的規(guī)格、型號(hào)、安裝等進(jìn)行科學(xué)確定。對(duì)于軸承裝置設(shè)計(jì)而言，建立知識(shí)庫是前提條件。以滾動(dòng)軸承為例，可總結(jié)出十二個(gè)特征：（1）高速性能；（2）噪聲性能；（3）旋轉(zhuǎn)精度；（4）使用壽命；（5）剛性；（6）摩擦性能；（7）聯(lián)合載荷；（8）軸向載荷；（9）徑向載荷；（10）耐沖擊性；（11）徑向尺寸；（12）內(nèi)外圈可分離性。

3 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 擬定軸上零件的裝配方案

擬定軸上零件的裝配方案，其重點(diǎn)在于確定軸上關(guān)鍵零件的裝配方向、順序以及彼此關(guān)系。它決定了軸的基本形式，是軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，擬定軸上零件裝配方案的過程中，通常需要設(shè)計(jì)多個(gè)不同方案，然后展開分析對(duì)比，確定最佳方案。

3.2 軸上零件的定位

軸上零件在受力條件下，有可能沿軸向或者周向發(fā)生位移，為避免這一問題，兩種特殊情況（有游動(dòng)要求或者空轉(zhuǎn)要求）除外，其他軸上零件需要做好軸向和周向的有效定位，從而確保軸上零件工作位置的準(zhǔn)確性。

3.2.1 零件在軸上的軸向定位。零件在軸上的軸向定位通常依靠以下部件實(shí)現(xiàn)：軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈、軸承蓋。至于定位方面，則需要根據(jù)軸向力的大小確定。除此之外，還需要考慮軸的制造難度、零件裝拆難度以及工作穩(wěn)定性等各類因素。

3.2.2 零件在軸上的周向定位。周向定位是為了避免零件和軸之間出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。主要的周向定位零件包括以下幾種：鍵、花鍵、銷、緊定螺釘、過盈配合。其中緊定螺釘僅適用于傳力不大的部分。

3.3 各軸段直徑和長度的確定

當(dāng)零件定位方案與裝拆方案被確定之后，軸的基本形狀也便基本被確定了。各軸段直接取決于軸上載荷的大小，一般根據(jù)軸所承受的扭矩對(duì)軸直徑進(jìn)行初步估算。將初步估算的直徑視作軸段的最小直徑編，并根據(jù)零件裝配方案以及相關(guān)定位要求，對(duì)各段軸的直徑進(jìn)行逐一確定，同時(shí)注意以下四點(diǎn)：（1）對(duì)于那些存在配合要求的軸段，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；（2）便于裝拆，同時(shí)降低配合表面擦傷幾率，在配合軸段前一般采用相對(duì)較小的直徑；（3）確定各軸段長度時(shí)，主要依據(jù)軸上配合零件的有關(guān)參數(shù)，如毅孔長度、位置、軸承寬度以及軸承端蓋的厚度等；（4）應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)的緊湊，還要兼顧零件裝配空間或者調(diào)整空間的留置問題。

3.4 提高軸強(qiáng)度的措施

軸上零件（包括結(jié)構(gòu)、工藝、安裝等各個(gè)因素）將會(huì)對(duì)軸的強(qiáng)度產(chǎn)生極大的影響。為了進(jìn)一步加強(qiáng)軸的承載力，同時(shí)減輕機(jī)器重量，減小軸尺寸，降低綜合制造成本，應(yīng)認(rèn)真研究以下四點(diǎn)：（1）做好軸上零件的科學(xué)布置，從而有效減小軸的載荷；（2）做好軸上零件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而有效減小軸的載荷；（3）做好軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而降低應(yīng)力集中的不利影響；（4）做好軸表面質(zhì)量的改進(jìn)，從而提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。

4 軸系結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)為例，對(duì)基于結(jié)構(gòu)功能元的軸系結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。該鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)的設(shè)計(jì)需求如下：（1）中等沖擊環(huán)境；（2）以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；（3）功率為2.2kW；（4）轉(zhuǎn)速為640r/min；（5）鏈輪轉(zhuǎn)速為94r/min。通過相關(guān)分析與計(jì)算，得出其可使用的運(yùn)動(dòng)方案如表1

所示：

結(jié)合空間布局的實(shí)際需要以及各個(gè)裝配方案的反復(fù)對(duì)比，最后決定選擇方案1中給出的帶傳動(dòng)方案。鏈傳動(dòng)過程中將會(huì)受到一定強(qiáng)度的沖擊力，運(yùn)動(dòng)存在不均勻的問題，同時(shí)考慮到摩擦傳動(dòng)在承載力方面相對(duì)有限，所以，選擇低速級(jí)。除此之外，還要綜合考慮電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，如功率、外形尺寸、滿載轉(zhuǎn)速以及最大轉(zhuǎn)矩等等，最終選擇齒輪嚙合的單級(jí)傳動(dòng)，帶和齒輪的傳輸比分別是2和5，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速、高速軸轉(zhuǎn)速、低速軸轉(zhuǎn)速以及工作機(jī)軸轉(zhuǎn)速分別是940r/min、470r/min、94r/min、94r/min。

5 結(jié)語

本文結(jié)合了筆者多年的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，從理論的角度出發(fā)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的分析與研究。實(shí)踐證明，本文所給出的方法在實(shí)踐環(huán)節(jié)具有非常不錯(cuò)的實(shí)用價(jià)值。隨著研究的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在通用性方面還存在一定的不足，另外，系統(tǒng)的智能化方向?qū)⒊蔀槿蘸蠊ぷ鞯囊粋€(gè)重點(diǎn)。

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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞:機(jī)械工程;創(chuàng)新設(shè)計(jì);教學(xué)改革

在現(xiàn)有國內(nèi)高職學(xué)校的機(jī)械專業(yè)中,很少有關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的課程,致使很多從該專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生盡管具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)卻難以從事創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,中國要想由“制造大國”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)造強(qiáng)國”,職業(yè)教育應(yīng)走在教育的前列。因此在《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng),是機(jī)械專業(yè)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)形勢的發(fā)展,給學(xué)生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境,由教育部負(fù)責(zé)組織的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽,以大賽為載體,在引導(dǎo)學(xué)生課外科技活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”方面起到了積極的推動(dòng)作用。筆者結(jié)合教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生參加比賽經(jīng)驗(yàn),談?wù)勗凇稒C(jī)械工程基礎(chǔ)》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線設(shè)置課程內(nèi)容

眾所周知,一個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)劣關(guān)鍵在于設(shè)計(jì),而設(shè)計(jì)的本質(zhì)在于創(chuàng)新。但是,傳統(tǒng)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識(shí),而忽略了工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),致使許多學(xué)生學(xué)完了課程,仍然對(duì)機(jī)械沒有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。因此教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置要保證學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須把能力培養(yǎng)放在首位,以新的思維方式創(chuàng)造性地解決問題,提高未來職業(yè)變化的應(yīng)變能力。為此,我們對(duì)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行改革,新增機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主的新體系。

按照高職機(jī)械類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求,我們把課程分為理論授課和實(shí)踐操作兩部分。理論部分的內(nèi)容主要介紹機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新方向、新內(nèi)容,講解創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力,向?qū)W生提供創(chuàng)新思維方法,通過大量實(shí)際機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的示例分析,開闊學(xué)生的思路,拓寬學(xué)生的知識(shí)面和視野,激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的獨(dú)立工作和解決實(shí)際問題的能力。為達(dá)到上述要求,新增機(jī)械創(chuàng)新課程的內(nèi)容包括:①機(jī)械創(chuàng)新方法與大學(xué)生創(chuàng)新能力體系結(jié)構(gòu);②創(chuàng)新產(chǎn)品的市場調(diào)研與開發(fā);③創(chuàng)新產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì);④CAD軟件在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;⑤機(jī)械產(chǎn)品機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn);⑥創(chuàng)新產(chǎn)品的制造。學(xué)生通過《機(jī)械工程基礎(chǔ)》創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí),不僅要掌握這些階段所需的基本理論知識(shí),還應(yīng)掌握其現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本方法,創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本思路。因此需要明確課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力方面的任務(wù)。如機(jī)械原理課程由傳統(tǒng)的以機(jī)構(gòu)分析為主轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主,突出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想,加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容,強(qiáng)化機(jī)電一體化思路,介紹氣、液、電驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)和機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以開闊學(xué)生的思路。

實(shí)踐操作部分是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品開發(fā)和制作能力。比如軟件知識(shí)、電腦仿真技術(shù)、動(dòng)畫模擬、產(chǎn)品的市場調(diào)研和前景分析、制作產(chǎn)品的先進(jìn)加工方法、與人溝通和演講技巧、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等。讓學(xué)生有動(dòng)手訓(xùn)練機(jī)會(huì),學(xué)生以組為單位在教師指導(dǎo)下,親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作與過程中,使他們?cè)趯?shí)踐中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中再實(shí)踐,將“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”落實(shí)到實(shí)處,有效彌補(bǔ)了學(xué)生在知識(shí)應(yīng)用及動(dòng)手能力上的不足,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

二、發(fā)揮教師主導(dǎo)與學(xué)生主體作用,營造培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境

教師應(yīng)該激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的積極性,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué),成為課堂的主人,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)的全過程。教師對(duì)每堂課的教學(xué)過程,從頭到尾要精心設(shè)計(jì),別出心裁,努力嘗試將問題教學(xué)法、情景教學(xué)法、范例教學(xué)法、探索教學(xué)法等多種教學(xué)方法引入課堂,向?qū)W生講授創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新設(shè)計(jì)典型實(shí)例分析等內(nèi)容;讓學(xué)生了解機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,找出有創(chuàng)意的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行分析,讓學(xué)生感到新奇獨(dú)特;激發(fā)學(xué)生對(duì)周圍所熟悉的問題或物品進(jìn)行分析、探索,使學(xué)生打破思維定勢,提出改進(jìn)的思路。比如,機(jī)械設(shè)計(jì)課程改革了過去僅羅列常用零部件的繁雜內(nèi)容,建立以機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)械零部件的工作性能設(shè)計(jì)、類比設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的授課內(nèi)容,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下,應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析的仿真與方案比較,以及零部件的三維造型設(shè)計(jì),不僅可以大大節(jié)省分析計(jì)算和方案比較時(shí)間,而且直觀、形象、準(zhǔn)確,還可以提高學(xué)生的空間想象力,這樣激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣。在導(dǎo)學(xué)上下工夫,注重學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),教會(huì)學(xué)生思維方法,對(duì)典型的有創(chuàng)意的產(chǎn)品進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn),分析其創(chuàng)新點(diǎn),總結(jié)創(chuàng)新的思路和方法,完成小論文、研究報(bào)告、創(chuàng)新作品。學(xué)生對(duì)這些問題充滿好奇和求知欲,因此會(huì)積極地去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。學(xué)生在這種環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象力,激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣和欲望,提高了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

三、課程教學(xué)特點(diǎn)

1.課程采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式,突出綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練

學(xué)生既要學(xué)習(xí)理論知識(shí),又要主動(dòng)去動(dòng)腦筋想方案,更要親自動(dòng)手,全方位鍛煉自己的能力。如為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力,我們開設(shè)了“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生可將自己創(chuàng)新設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案,通過搭接組裝,使創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案模型化、實(shí)體化,并可驗(yàn)證方案的可行性。再如,為提高學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的總體認(rèn)識(shí),我們開設(shè)了“機(jī)械系統(tǒng)方案綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自己動(dòng)手完成包括原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡單機(jī)械系統(tǒng)的組裝,形成一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)的概念。學(xué)院數(shù)控加工教學(xué)中心承擔(dān)了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的大部分作品制作工作,制作中的簡單零件,由學(xué)生在教學(xué)中心的鉗工車間依靠有經(jīng)驗(yàn)的師傅輔助完成,較復(fù)雜的零件,自己首先編寫好數(shù)控加工程序,在具體操作師傅的監(jiān)督下,在數(shù)控車床、數(shù)控銑床上完成加工。同時(shí),加工師傅協(xié)助學(xué)生完成加工零件的工序設(shè)計(jì)、檢測方法設(shè)計(jì)和裝配的調(diào)整等工作。作品的制作鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)工藝知識(shí)的理解。

2.改進(jìn)作業(yè)內(nèi)容與考核方式

針對(duì)過去側(cè)重典型零部件分析的機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè),我們改為以設(shè)計(jì)為主的簡單機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。學(xué)生通過調(diào)查、查閱資料,設(shè)計(jì)出了多種具有實(shí)際價(jià)值的作品,如汽車用千斤頂、單一螺旋千斤頂、手動(dòng)剝殼器、腳踏式拖把擰干器、滅火拖把等。通過各種方案的設(shè)計(jì)比較,學(xué)生不僅掌握了傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)方法,開闊了眼界,同時(shí)培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。課程結(jié)業(yè)時(shí),最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設(shè)計(jì)書或作品,由教師進(jìn)行評(píng)比和打分。評(píng)選方式與國家組織的機(jī)械創(chuàng)新大賽相同,要求有:書面的設(shè)計(jì)計(jì)劃書,內(nèi)容涵蓋作品的創(chuàng)新點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、產(chǎn)品市場定位、開發(fā)產(chǎn)品的市場前景等;電腦制作的產(chǎn)品仿真動(dòng)畫圖、CAD制作裝配圖、三分鐘視頻講解;小組答辯,接受教師和專家的提問等等。最后評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng),再給出創(chuàng)新學(xué)分。不對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的書面考試,而是采取讓學(xué)生以組為單位交一份“作業(yè)”,內(nèi)容是學(xué)生自主設(shè)計(jì)或制作一件作品,既讓學(xué)生在輕松的氣氛中學(xué)習(xí),又啟發(fā)和調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,鍛煉他們的動(dòng)手能力,提高他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3.訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

我們強(qiáng)調(diào)要團(tuán)結(jié)協(xié)作,要求學(xué)生分組學(xué)習(xí),組成4～5人的團(tuán)隊(duì),小組成員不受班級(jí)的限制,男女搭配,但必須是相同的專業(yè),分工協(xié)作。各團(tuán)隊(duì)在隊(duì)長的領(lǐng)導(dǎo)下,開展與設(shè)計(jì)有關(guān)的各項(xiàng)工作,如設(shè)計(jì)方案討論分析、方案的工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的討論等等,這樣可以讓學(xué)生在設(shè)計(jì)中得到充分交流。因?yàn)槊恳幻麑W(xué)生都不可能很完美,但也不可能是一無是處,只要運(yùn)用好每個(gè)人的長處,精誠團(tuán)結(jié),飽含創(chuàng)新的熱情,擁有那份自信,團(tuán)員之間相互溝通協(xié)作,那么這個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作效率就是最高的,完成項(xiàng)目過程的可操作性強(qiáng)的概率就大,同時(shí)學(xué)生能力在團(tuán)隊(duì)中得到盡情施展。團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)之一就是建立信任,要建設(shè)一個(gè)具有凝聚力并且高效的團(tuán)隊(duì),第一個(gè)且最為重要的一個(gè)步驟,就是建立信任。團(tuán)隊(duì)的精神是平時(shí)一點(diǎn)一滴積累的,團(tuán)隊(duì)精神就是團(tuán)結(jié)、協(xié)調(diào)。只有擁有團(tuán)隊(duì)精神,一個(gè)團(tuán)隊(duì)才能集思廣益,凝聚一起,那么作任何事都會(huì)事半功倍。隊(duì)長要懂得如何分工協(xié)調(diào),他不僅要求自己進(jìn)步,還要做到整個(gè)團(tuán)隊(duì)所有成員共同進(jìn)步。為了這個(gè)目標(biāo),團(tuán)隊(duì)所有成員必須營造一個(gè)有利于學(xué)習(xí)討論的和諧環(huán)境,在一次次討論后同學(xué)們的思路越來越清晰,方案越來越完善,大家心往一處想,勁往一處使,相互鼓勵(lì),那么在這個(gè)團(tuán)隊(duì)面前就沒有克服不了的困難。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的途徑還有很多,教師在教學(xué)中要根據(jù)不同的課程、不同的知識(shí)點(diǎn)靈活運(yùn)用、合理選擇。當(dāng)然,任何一種方法都不是萬能的,但只要教師轉(zhuǎn)變教育觀念,用創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新,用創(chuàng)新激發(fā)創(chuàng)新,及時(shí)捕捉和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的靈感,一切從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維出發(fā),學(xué)生的創(chuàng)造能力就一定能得到提高。

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