工程機械設計方案精選(九篇)

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第1篇：工程機械設計方案范文

關鍵詞：價值工程；機械產(chǎn)品設計；方案評價

中圖分類號：TB472文獻標識碼： A

引言

機械設計的理論在人們長期的理論研究與工程實踐中已經(jīng)變得很成熟。特別是在滿足機械運動特性要求和動力特性要求下設計理論已經(jīng)很完善。從事機械設計的工程師通常對機械設計及工程設計實踐有較高的水平，他們會利用先進的設計方法，如優(yōu)化設計、CAD、有限元方法等，大大提高了機械設計的效率，所設計的產(chǎn)品的質(zhì)量是良好的。

一、價值工程

價值工程，它是通過各相關領域的共同協(xié)作，以及對所針對研究對象的功能與成本費用進行全面系統(tǒng)地分析，不斷地進行創(chuàng)新，目的旨在提高研究對象的價值的一種思想方法或者管理技術。

在價值工程中，價值 V ( Value)、功能 F ( Function)以及成本 C ( Cost )三者的概念分別是：

（一）功能（F）概念

產(chǎn)品的功能是指產(chǎn)品或者產(chǎn)品的作用能夠滿足人們某種需求的一種屬性，它包括質(zhì)和量的兩個方面進行考量，其中質(zhì)的考量主要是從功能的項目或內(nèi)容的角度進行，而量的考量主要是從每種功能所能夠滿足人需求達到的程度來進行的。

（二）成本（C）概念

在價值工程中，它所研究的成本具體是指產(chǎn)品的全壽命周期的費用。至于全壽命周期則是指我們用戶從購買產(chǎn)品的這一時刻開始，直到產(chǎn)品的壽命結(jié)束那一階段的全部時間。而全壽命周期費用則是指在這一周期內(nèi)，所有為實現(xiàn)產(chǎn)品功能而所花費的全部費用。其中，產(chǎn)品的全壽命周期是指產(chǎn)品從最初的產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品使用、產(chǎn)品維修到產(chǎn)品報廢的整個生命周期。

（三）價值（V）概念

至于價值工程中的價值概念，它是描述產(chǎn)品功能的實現(xiàn)程度與產(chǎn)品全壽命周期費用之間比例關系的量值，是功能與成本的直接綜合反映。通常，按價值工程分析，認為如果是按照用戶的需求，能夠以最低的全壽命周期費用實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，則認為產(chǎn)品的價值最大。

二、機械設計與產(chǎn)品價值

（一）產(chǎn)品設計決定產(chǎn)品價值

產(chǎn)品設計決定產(chǎn)品價值。在產(chǎn)品設計生產(chǎn)階段，設計師便要了解用戶的需求、確定產(chǎn)品的功能、設計產(chǎn)品的形態(tài)、選擇產(chǎn)品的材質(zhì)，所以產(chǎn)品的價值在這個階段便已經(jīng)確定，好的產(chǎn)品設計不但能更好地滿足用戶的需求，也能帶來良好的經(jīng)濟效益。

（二）價值分析促進產(chǎn)品改進

價值分析不是單純的降低成本，而是找到產(chǎn)品功能與成本的平衡點，為企業(yè)尋求更長遠的經(jīng)濟利益，使產(chǎn)品設計得到重視。隨首人們自我意識的增強和消費觀念的日趨成熟，“華而不實”、"不好看”的產(chǎn)品漸漸被人們所拋棄，取而代之的是形式與技術完美結(jié)合的產(chǎn)品。所謂“形式”是指情感、人機、美學等感覺因素的合理結(jié)合并賦予產(chǎn)品的物質(zhì)呈現(xiàn)形式;而“技術”而是指技術與工藝賦予產(chǎn)品應有的功能，兩者之間的相互統(tǒng)一才是消費者理想中的產(chǎn)品狀態(tài)。當一件產(chǎn)品的形態(tài)與技術出現(xiàn)不平衡時，則要通過價值分析對其進行再設計以保證兩者之前的平衡。

三、機械產(chǎn)品方案設計原理

（一）總體布局設計

機械產(chǎn)品的總體布局要求布局設計需要有全局的觀點，不僅要從機械產(chǎn)品本身的的調(diào)度出發(fā)，還要考慮到整個產(chǎn)品的人-機關系、環(huán)境條件等各項因素在內(nèi)的綜合影響。同時，還需要按照簡單、合理、經(jīng)濟等幾項原則，具體地來確定產(chǎn)品中各零部件之間的空間位置關系，包括相對位置關系和相對運動關系。此外，總體布局設計還應努力達到以下幾個目標：功能表達的合理性、結(jié)構(gòu)的緊湊性、比例的協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟實用等一系列要求。

（二）人機系統(tǒng)設計

機械產(chǎn)品在生產(chǎn)運行過程中，還是需要人的操作和控制，即使是高度自動化的設備在某些時候也是離不開操作人員的操控。因此，研究人機系統(tǒng)的設計是產(chǎn)品設計必不可少的一項任務。 人機系統(tǒng)的設計要求產(chǎn)品的技術參數(shù)以及結(jié)構(gòu)需要與人的生理以及心理的習慣相適應，兩者關系協(xié)調(diào)得好，則認為產(chǎn)品是人性化設計的。而且，人機系統(tǒng)的設計的主要目的是為了使得操作更加順暢、有效以及簡單，盡可能減少操作人員操作的復雜性；同時，產(chǎn)品的設計還須要盡可能地減少操作人員在視覺、記憶和邏輯思維等方面的難度，降低操作的錯誤機率，使得操作人員能夠在較短的時間內(nèi)，達到對產(chǎn)品設備進行熟練的操作的技能水平。與此同時，在設計中也需要考慮人體作業(yè)空間的設計等等。

（三）機械環(huán)境系統(tǒng)設計

由于我們的機械產(chǎn)品始終是處在外界的環(huán)境中的，所以外界環(huán)境的好壞對機械產(chǎn)品工作時候的性能、運行的穩(wěn)定性等一些指標還會有一定的影響。當然，產(chǎn)品設備的運行也可能會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，因此，機械產(chǎn)品與所處的外界環(huán)境之間是相互影響的。所以，在進行產(chǎn)品設計的時候，我們還需要考慮機械產(chǎn)品運作時候可能對環(huán)境產(chǎn)生的污染，做到盡可能保護環(huán)境。

四、基于價值工程的機械產(chǎn)品設計方案評價的研究

（一）選擇對象

本文討論的是南方水田作業(yè)的全喂入履帶式聯(lián)合收割機，它是能同時完成收割、輸送、脫粒、清選、裝袋等聯(lián)合作業(yè)的機械。收割機結(jié)構(gòu)復雜，組成零部件繁多，機器主要由履帶行走底盤、割臺、中間輸送裝置、脫粒清選裝置、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)等組成，見圖 1

圖 1 全喂入履帶式聯(lián)合收割機示意圖

（二）情報收集

1.用戶調(diào)查 通過現(xiàn)場訪問一些老用戶和潛在的用戶，選擇用戶比較關注的方面或潛在的需求進行摸底調(diào)查：如期望的功能和理想價格等。

2.同行廠家調(diào)查 同類企業(yè)的產(chǎn)品覆蓋范圍、成本、利潤情況，市場占有率、產(chǎn)品特色等。

3.外部情況 了解國家相關政策，產(chǎn)品推薦發(fā)展方向，配套技術的發(fā)展情況等；國外收割機技術的發(fā)展方向等。

（三）產(chǎn)品設計方案評價

第一種方案：產(chǎn)品底盤由機械變速改為液壓無級變速，液壓伺服轉(zhuǎn)向，前進和后退只需拉動主變速桿無需換擋，實現(xiàn)無級變速行走，減輕操作者的工作強度，同時作業(yè)效率提高 10%左右，由于采用無級變速整機成本增加約 6000 元。沒有解決對作物品種的適應性問題。

第二種方案：采用液壓無級變速帶來的效率和成本提高基本同第一種方案。采用雙橫置脫粒滾筒，一定程度上能提高機器對作物品種的適應性，但由于結(jié)構(gòu)原因也不能徹底解決，同時由于流程變化機器需要的功率增大，發(fā)動機需要重新選型，綜合整機成本需要增加 8000 元左右，受機構(gòu)寬度和重心影響，該機型以后擴展的潛力不大。

第三種方案：采用液壓無級變速帶來的效率和成本提高基本同第一種方案。采用縱置脫粒滾筒，大大提高機器對作物品種的適應性，由于流程結(jié)構(gòu)變化，綜合整機成本也是需要增加 8000 元左右。該機型最大的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)合理，滾筒沿振動篩長度方向布置，在該機型的基礎上擴展的空間很大。

通過產(chǎn)品價值指數(shù)的分析可以看出，第三種方案的價值指數(shù)最高，綜合其它各個方面綜合評價，結(jié)合自身的設計、制造水平，經(jīng)過可行性論證，2011 年公司決定以第三種方案為基礎開發(fā)縱置脫粒裝置的收割機。

結(jié)束語

價值工程的成功應用，使我們認識到價值工程是一種確保功能、提高價值降低成本的行之有效的科學方法。爭的嚴峻，各個生產(chǎn)部門都對機械產(chǎn)品和技術裝備提出了日益增長的需求。這些都要求現(xiàn)代機械設計與價值工程的密切結(jié)合，真正做到人無我有，人有我多，人多我優(yōu)，人優(yōu)我廉，人廉我周，人周我新。設計出大量切合生產(chǎn)實際、品種齊全、高質(zhì)量、高性能、多功能的現(xiàn)代化產(chǎn)品，以滿足我國經(jīng)濟建設和國際市場的需要。

參考文獻：

第2篇：工程機械設計方案范文

【關鍵詞】 虛擬樣機 地質(zhì)工程機械 機械系統(tǒng)動力學自動分析

地質(zhì)工程機械作為工程機械設備在國民經(jīng)濟建設中國起到重要作用，其應用范圍較為廣闊，特別是在工程地質(zhì)勘察、能源開發(fā)、地質(zhì)災害防治等領域應用更為廣泛。雖然我國地質(zhì)工程機械設備的研發(fā)取得了一定成績，但是其設計和制造所需要的時間較長、投資的成本較大，隨著產(chǎn)品老化加劇，其市場競爭力逐漸降低。為了提高地質(zhì)工程機械制造企業(yè)的市場競爭力，需要引用全新的產(chǎn)品開發(fā)方法。作為一種全新的產(chǎn)品開發(fā)方法，虛擬樣機技術是一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設計方法，在地質(zhì)工程機械的應用使地質(zhì)工程機械的研發(fā)過程從物質(zhì)流和資金流轉(zhuǎn)向為數(shù)據(jù)流和信息流，體現(xiàn)出數(shù)字化設計制造新理念[1]。

1 虛擬樣機技術簡介

虛擬樣機技術（VPT，virtual prototyping technology）就是利用計算機技術建立起機械系統(tǒng)的數(shù)字化模型，由于該數(shù)字化模型能中的圖形能反映系統(tǒng)在真實條件下的各種特性，因此，可以通過對數(shù)字化模型圖形的修改來實現(xiàn)最優(yōu)化設計方案的建立。虛擬樣機技術集合了多個學科的相關知識，與多體系運行學和動力學建模理論和技術實現(xiàn)之間有密切聯(lián)系，是一種集建模技術、仿真技術、交互式用戶界面技術、虛擬現(xiàn)實技術等眾多技術于一身的綜合應用技術。虛擬建模技術作為一項技術是計算技術在工程領域的應用，但它又不僅僅是一項技術更是一種嶄新的設計理念[2]。從傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計研發(fā)流程中，我們看到產(chǎn)品是由最初產(chǎn)品概念出發(fā)，進而進入產(chǎn)品的設計，之后建造物理樣機，再進行試驗，之后反饋設計，如此循環(huán)，最終形成最終產(chǎn)品。這一流程中，每循環(huán)一次都要進行一次樣機制造，這就使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大延長，與此同時，產(chǎn)品的開發(fā)成本也隨之增加，再加上，由于傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程中往往將重心放在產(chǎn)品的局部優(yōu)化上，而對產(chǎn)品的整體性能考慮不周，導致最終形成的產(chǎn)品出現(xiàn)諸多設計上的問題，嚴重影響了產(chǎn)品設計質(zhì)量。虛擬樣機技術一改傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程，將傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程通過數(shù)字化的方式來進行，從而不必進行物理樣機的建造，不僅使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，而且也節(jié)約了大量的產(chǎn)品開發(fā)成本。此外，通過設計方案的優(yōu)化，使產(chǎn)品整體性能得到大幅度提升。

2 地質(zhì)工程機械實施虛擬樣機技術方法

在地質(zhì)工程機械實施虛擬樣機技術，首先通過市場調(diào)查，考察市場需求，根據(jù)市場的需求，將地質(zhì)工程機械系統(tǒng)的總體參數(shù)和各項性能指標得以確定下來，之后利用專家系統(tǒng)起草地質(zhì)工程機械的初步設計方案。根據(jù)初步的設計方案，地質(zhì)工程機械設備總體設計按照模塊化設計思路分為一組相互連接的功能模塊集合。之后對模塊功能進行詳細地分析，將地質(zhì)工程接卸設備劃分為多個功能子系統(tǒng)，如機械系統(tǒng)、啟動控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等。子系統(tǒng)劃分完成以后對每個子系統(tǒng)進行細化，產(chǎn)生概念樣機。之后將產(chǎn)生的概念樣機通過相關的虛擬樣機平臺得出地質(zhì)工程機械的虛擬樣機。虛擬樣機形成以后，要從產(chǎn)品開發(fā)需求角度出發(fā)，利用仿真分析平臺，對虛擬樣機功能性進行仿真分析，并利用仿真分析平臺對地質(zhì)工程機械設備虛擬樣機的行為進行模擬分析。產(chǎn)生的分析結(jié)果，用于指導產(chǎn)品設計模型的修改以及相應仿真分析模型的修改。在反復的建模、仿真分析、模型改進的流程中，逐漸實現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)需求，形成預期的虛擬樣機。

3 虛擬樣機技術的應用

以地質(zhì)工程機械設備中常用的氣動潛孔錘為例，介紹虛擬樣機技術的應用。氣動潛孔錘的工作環(huán)境較為特殊，具有復雜性，且氣動潛孔錘的運動的耦合、非線性表現(xiàn)明顯。從氣動潛孔錘的研發(fā)上來看，目前大多是建立在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)方法基礎上。無閥式氣動潛孔錘作為氣動潛孔錘的一種，在進行建模時，借助機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）、Pro/Engineer三維造型軟件、ANSYS有限元分析軟件[3]。無閥式氣動潛孔錘虛擬樣機模型得以建立，并對形成的虛擬樣機模型進行仿真分析，進而將虛擬樣機在地質(zhì)工程機械產(chǎn)品制造中的巨大作用體現(xiàn)出來。機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件具有建模、求解、可視化功能，是虛擬樣機的重要平臺，在世界機械設計制造中得到廣泛的應用。通過機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件可以生成任意機械系統(tǒng)的虛擬樣機虛擬模型[4]。由于潛孔錘零件復雜性較強，先利用Pro/Engineer三維造型軟件生成參數(shù)化的零件實體，后通過機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件與Pro/Engineer三維造型軟件接口將潛孔錘的模型傳遞給機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件，同時將由ANSYS有限元分析軟件產(chǎn)生機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件的柔性體零件，之后在機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件中完成運動約束、運動激勵的定義，產(chǎn)生參數(shù)化的虛擬樣機模型。機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件Solver模塊依據(jù)虛擬樣機模型生成動力學方程，并提供所需要的解算結(jié)果。最后利用后處理模塊觀察運動與參數(shù)變化的對應關系。

4 結(jié)語

利用機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件、Pro/Engineer三維造型軟件和ANSYS有限元分析軟件成功建立起了氣動潛孔錘的虛擬樣機模型，并對其動態(tài)特性進行了分析，充分顯示了虛擬樣機技術在地質(zhì)工程機械產(chǎn)品開發(fā)中的重要作用，相信隨著虛擬樣機技術應用越來越成熟，地質(zhì)工程機械產(chǎn)品研發(fā)水平將會得到進一步提高。

參考文獻：

[1]李瑞濤，方湄，張文明，彭龍洲.虛擬樣機技術的概念及應用[J].金屬礦山，2010，（7）：38-40.

[2]王國彪，程小虎.工礦設備設計新模式）））基于虛擬樣機的設計聯(lián)盟[J].礦山機械，2010（7）：256-257.

第3篇：工程機械設計方案范文

關鍵詞：機械設計；自動化；系統(tǒng)化；微機輔助

中圖分類號：F470.4 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

在現(xiàn)代科學技術不斷提升的今天，機械產(chǎn)品的設計更加強調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎上用現(xiàn)代設計方法和計算機技術，提高產(chǎn)品設計的質(zhì)量、效率和精度，滿足對產(chǎn)品的適用性，經(jīng)濟性、可靠性、美觀性的統(tǒng)一要求。同時，現(xiàn)代機械在進行設計時，不斷地加強其自動化程度，對推動機械制造業(yè)發(fā)展的有利保證。

1、現(xiàn)代機械設計的內(nèi)涵及特點

1.1 設計內(nèi)涵

具體來講，現(xiàn)代機械設計就是將微電子、機械、控制、信息等技術在系統(tǒng)工程的基礎上有機地結(jié)合到一起，借此來實現(xiàn)機械系統(tǒng)最優(yōu)化的目標。鑒于機械設計是為系統(tǒng)服務的，故此從系統(tǒng)的角度上看，可將現(xiàn)代機械設計看作是一個三維系統(tǒng)，這里的三維主要是指邏輯維、時間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評價、決策，這是解決現(xiàn)代機械設計中相關問題最為合理的四個步驟；時間維則是反映時間順序的設計過程，大致可分為四個階段，即產(chǎn)品規(guī)劃、方案確定、技術以及加工設計；方法維指的是機械設計過程中所采用的各種思維方式和設計方法。

1.2 主要特點

(1)計算機化：在人類社會不斷發(fā)展的過程中，計算機的出現(xiàn)極大程度地推動了生產(chǎn)力的提高?，F(xiàn)如今隨著計算機技術水平的進步，使其被廣泛應用于各個領域當中，在機械設計的各個環(huán)節(jié)中都需要借助計算機來完成，如優(yōu)化設計、系統(tǒng)仿真等等。(2)系統(tǒng)性：在應用現(xiàn)代機械設計解決產(chǎn)品設計中的各種相關問題時，其主要通過系統(tǒng)的觀點將機械看成是一個具有特定功能以及各部分相互關聯(lián)的有機整體，這充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代機械設計的系統(tǒng)性。(3)動態(tài)性：現(xiàn)代機械設計不僅重視產(chǎn)品在靜態(tài)下的性能，更加重視其在工作環(huán)境下的動態(tài)性能，這樣的設計能夠進一步提高產(chǎn)品的整體性能。(4)創(chuàng)新性：由于現(xiàn)代機械設計主要是以科學的設計理論以及先進的設計工具為基礎，故此其能夠真正發(fā)揮出設計者豐富的想象力和創(chuàng)造性思維，并運用各種具有創(chuàng)造性的手段和方法，研發(fā)出更多具有創(chuàng)新性的機械產(chǎn)品。

2、機械設計中自動化技術應用

在不斷提高產(chǎn)品設計能力時關系到整個企業(yè)與國家發(fā)展的戰(zhàn)略問題，在制定工程設計領域時，創(chuàng)新設計作為重點之一。創(chuàng)新設計關系到未來企業(yè)核心競爭能力增加就業(yè)機會的戰(zhàn)略性問題，在一方面是對個性化發(fā)展趨勢和快速多變的市場要求企業(yè)，能夠準確地把握市場脈搏，有能力在最短時間內(nèi)開發(fā)出能夠滿足市場供應的產(chǎn)品，從而贏得豐厚的利潤。然而，產(chǎn)品開發(fā)的迅速創(chuàng)新能力能決定未來企業(yè)存亡的關鍵，然而創(chuàng)新能力和迅速性將是21世紀工程設計的重要發(fā)展前進方向。產(chǎn)品的概念設計階段即是產(chǎn)品方案原理設計階段，是決定產(chǎn)品創(chuàng)新能力的主要環(huán)節(jié)。為了得到具有創(chuàng)新性的設計，必須從不同的方面角度出發(fā)，得到同一個問題的解析。通過分析比較，選取那些創(chuàng)新性和新穎性突出的設計方案。只要與適應市場需求，具有競爭力的創(chuàng)新設計方案。才具有一定價值，才能成為特定市場供應和特定生產(chǎn)條件下最適有創(chuàng)新性的可行的設計方案。因此，產(chǎn)品的創(chuàng)新設計不單純要求問題的一個解析，而要在于得到現(xiàn)有物質(zhì)條件下的最實用創(chuàng)新性、新穎性、最具有市場競爭能力的產(chǎn)品。

概念設計產(chǎn)品以及到人慎重的創(chuàng)新能力問題，使思維形象與思維抽象適用的結(jié)果，受與人類專家方面與創(chuàng)新能力的有限性人類專家的創(chuàng)新能力方面隨機性，但卻保不了在特定的時間內(nèi)創(chuàng)出具有新穎的創(chuàng)新能力的設計方案，然而，要在人類專家在其中最短時間迅速的交出能是市場滿足需要的產(chǎn)品是艱難的和不真實的。然而基本與計算機自動化的產(chǎn)品。創(chuàng)新能力設計技術是現(xiàn)實產(chǎn)品迅速創(chuàng)新機械自動化的唯一可行的方法。從意義機構(gòu)學角度來講，任何機械含機，電，液，控制等的機電一體化系統(tǒng)，所以都可以視其為機、電、液，控制組成的意義上傳動機構(gòu)與廣義機構(gòu)轉(zhuǎn)動載體兩部分組成。系統(tǒng)機電一體化的創(chuàng)新方案，在于關鍵廣義機構(gòu)的創(chuàng)新能力，因此，提出了一種給予二維設計創(chuàng)新的復雜機械，創(chuàng)新設計系統(tǒng)與其系統(tǒng)自動化方法，重要解決兩個問題關鍵的系統(tǒng)自動化設計和概念設計。

3、機械系統(tǒng)化設計

新時代機械設計已超過傳統(tǒng)的機械設計只注重機械制造產(chǎn)品單純能實現(xiàn)預期供應功能的需求，然而使機械設計方向自系統(tǒng)化，信息化，智能化發(fā)展方向。觀點從系統(tǒng)出發(fā)，機械系統(tǒng)化設計與其技術控制使原有得機械產(chǎn)品的能力功力以及技術制造得到提高一個嶄新的水平，甚至使原來有的機械產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，所帶來的經(jīng)濟收益和社會效率是巨大的利潤，所以機構(gòu)產(chǎn)品的機械系統(tǒng)化設計與其技術控制是機械系統(tǒng)化工業(yè)發(fā)展的必然形勢，也是用新科學技技術改造舊時代機械制造工業(yè)的有力措施使新科學技術發(fā)展的速度很迅速。使產(chǎn)品的屬性進一步提高，縱而使用周期縮短，更換的效率越來越高，在產(chǎn)品的制造設計中，重要是要在機械設計工藝方面，設計者的思路要始而不斷的開始趕上人民社會不斷發(fā)展的新時代社會供應需求，計算機設計要計算與設計規(guī)范進一步深探究，而且要有一定的結(jié)果，而在制造產(chǎn)品初期開發(fā)的計算機設計輔助然而遠遠不足滿足設計的需求，設計系統(tǒng)化方法將與任務設計有抽象到具其由設計的任務要求到實現(xiàn)該任務的方法與結(jié)構(gòu)進行劃分層次，制定出每階段實現(xiàn)的目標和方法，由淺到深處由抽象到具體地將各階段有機地聯(lián)系在一起，設計過程使整個系統(tǒng)化，使設計有順序可循，有方法可依靠，簡于設計過程的輔助計算機實現(xiàn)系統(tǒng)化設計方法。

4、微機輔助機械設計

微機輔助設計信息技術的是一個重要組成部分，這一款新的方式方法利用了最先進的微機手段，能夠迅速而高效的完成工程設計方案，使傳統(tǒng)手動工作的低效率低標準率的弊病得到解決。微機的高運作能力相結(jié)合微機作為人類的能力的延伸，主要包括計算機能力強，精確度高，程序系統(tǒng)化，自動化強大，這與人的能力動性和創(chuàng)造新穎性相互配合，有利于在創(chuàng)新能力的基礎上降低人的勞動力強度和時間，系統(tǒng)想要正常運行必須將硬件與軟件結(jié)合起來，硬件系統(tǒng)承載著微機技術的基礎部分，列屬于輔助技術，但是必須不可少，然而軟件是核心，它是人們想要得到利用的主要對象元素。軟件可分為軟件系統(tǒng)，支撐軟件和應用軟件系統(tǒng)，軟件對于計算機資源進行自動控制與管理，在一點它處于整個軟件的核心內(nèi)層，主要包含有操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等一系列；支撐軟件是幫助人們高效率迅速開發(fā)軟件工具系統(tǒng)，簡稱為軟件開發(fā)工具；應用軟件是用利于與計算機以及它所提供的各種軟件系統(tǒng)與軟件支撐，自制編制的用于解決各種實際問題的程序操作。

微機輔助設計過程包含建立數(shù)學模型：設計機械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學模型，但對沒有數(shù)學模具的則首先要建立正確的數(shù)學模具；設計程序構(gòu)圖：根據(jù)手工計算工程步驟來設計計算程序；程序調(diào)試：程序編好后，先仔細檢查原程序，然后將其輸入微機進行試算，然后程序適用范圍的邊界，轉(zhuǎn)折點進行運算，需求與手算結(jié)果完全符合。高級語言編制程序：根據(jù)程序構(gòu)圖編程。

結(jié)束語

機械制造行業(yè)是一個國家綜合國力以及技術水平的體現(xiàn)，在市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科學技術的突飛猛進，和現(xiàn)代化建設的急切腳步都讓工業(yè)機械的市場需求大大提高。同時，也對機械設計自動化程度的要求也在不斷的提升，因此，加強機械設計自動化程度成為當前我國機械設計工作中的重要內(nèi)容之一。

參考文獻

[1]李靜峰，劉書婷.機械自動化發(fā)展的探索[J].大眾科技，2008，6.

第4篇：工程機械設計方案范文

機械優(yōu)化設計概念

機械優(yōu)化設計是綜合性和實用性都很強的理論和技術，為機械設計提供了一種可靠高效的科學設計方法，使設計者由被動地分析、校核進入主動設計，能節(jié)約原材料，降低成本，縮短設計周期，提高設計效率和水平，提升企業(yè)競爭力、經(jīng)濟效益與社會效益。國內(nèi)外相關學者和科研人員對優(yōu)化設計理論方法及其應用研究十分重視，并開展了大量工作，其基本理論和求解手段已逐漸成熟。并且它建立在數(shù)學規(guī)劃理論和計算機程序設計基礎上，通過有效的實驗數(shù)據(jù)和科學的評價體系來從眾多的設計方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設計方案。該領域的研究和應用進展非常迅速，并且取得了可觀的經(jīng)濟效益。那就讓我們關注機械優(yōu)化設計中那些重要的量。

解決優(yōu)化設計問題的一般步驟

解決優(yōu)化設計問題的一般步驟如下：

機械設計問題――建立數(shù)學模型――選擇或設計算法――編碼調(diào)試――計算結(jié)果的分析整理

優(yōu)化設計中數(shù)學模型的建立

a設計變量

在最優(yōu)化設計過程中需要調(diào)整和優(yōu)選的參數(shù)，稱為設計變量。設計變量是最優(yōu)化設計要優(yōu)選的量。最優(yōu)化設計的任務，就是確定設計變量的最優(yōu)值以得到最優(yōu)設計方案。但是每一次設計對象不同，選取的設計變量也不同。它可以是幾何參數(shù)，如零件外形尺寸、截面尺寸、機構(gòu)的運動尺寸等；也可以是某些物理量，如零部件的重量、體積、力與力矩、慣性矩等；還可以是代表工作性能的導出量，如應力、變形等?？傊?，設計變量必須是對該項設計性能指標優(yōu)劣有影響的參數(shù)。

b約束條件

設計空間是一切設計方案的集合，只要在設計空間確定一個點，就確定了一個設計方案。但是，實際上并不是任何一個設計方案都可行，因為設計變量的取值范圍有限制或必須滿足一定的條件。在最優(yōu)化設計中，這種對設計變量取值時限制條件，稱為約束條件，而約束條件是設計變量間或設計變量本身應該遵循的限制條件，而優(yōu)化設計問題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問題。針對優(yōu)化設計數(shù)學模型要素的不同情況，可將優(yōu)化設計方法進行分類，約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對某個或某組設計變量的直接限制，后者則是對某個或某組變量的間接限制。等式約束對設計變量的約束嚴格，起著降低設計變量自由度的作用。優(yōu)化設計的過程就是在設計變量自由的允許范圍內(nèi)，找出一組優(yōu)化的設計變量值，使得目標函數(shù)達到最優(yōu)值。

c目標函數(shù)

在優(yōu)化設計過程中，每一個變量之間都存在著一定的相互關系著就是用目標函數(shù)來反映。他可以直接用來評價方案的好壞。在優(yōu)化設計中，可以根據(jù)變量的多寡將優(yōu)化設計分為單目標優(yōu)化問題和多目標優(yōu)化問題，而我們最常見的就是多目標函數(shù)優(yōu)化。

一般而言，目標函數(shù)越多，設計的綜合效果越好，但問題求解復雜。在實際的設計問題中，常常會遇到在多目標函數(shù)的某些目標之間存在矛盾的情況，這就要求設計者正確處理各目標函數(shù)之間的關系。對這類多目標函數(shù)的優(yōu)化問題的研究，至今還沒有單目標函數(shù)那樣成熟

優(yōu)化設計理論方法

優(yōu)化準則法對于不同類型的約束、變量、目標函數(shù)等需導出不同的優(yōu)化準則，通用性較

差，且多為近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需多次迭代、重復分析，代價昂貴，效率較低，往往還要求目標函數(shù)和約束條件連續(xù)、可微，這都限制了其在實際工程優(yōu)化設計中推廣應用。因此遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡、粒子群算法、進化算法等智能優(yōu)化法于20世紀80年代相繼提出，并且不需要目標函數(shù)和約束條件的導數(shù)信息，就可獲得最優(yōu)解，為機械優(yōu)化設計提供了新的思路和方法，并在實踐中得到成功應用。

a遺傳算法

遺傳算法起源于20世紀60年代對自然和人工自適應系統(tǒng)的研究，最早由美國密歇根大學Holland教授提出，是模擬生物化過程、高度并行、隨機、自適應的全局優(yōu)化概率搜索算法。它按照獲得最大效益的原則進行隨機搜索，不需要梯度信息，也不需要函數(shù)的凸性和連續(xù)性，能夠收斂到全局最優(yōu)解，具有很強的通用性、靈活性和全局性；缺點是不能保證下一代比上一代更好，只是在總趨勢上不斷優(yōu)化，運行效率較低，局部尋優(yōu)能力較差。

b神經(jīng)網(wǎng)絡法

神經(jīng)網(wǎng)絡是一個大規(guī)模自適應的非線性動力系統(tǒng)，具有聯(lián)想、概括、類比、并行處理以

及很強的魯棒性，且局部損傷不影響整體結(jié)果。美國物理學家Hopfield最早發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡具有優(yōu)化能力，并根據(jù)系統(tǒng)動力學和統(tǒng)計學原理，將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與最優(yōu)化態(tài)相對應，系統(tǒng)能量函數(shù)與優(yōu)化尋優(yōu)過程相對應，與Tank在1986年提出了第一個求解線性優(yōu)化問題的TH選型優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡強大的并行計算、近似分析和非線性建模能力，提高優(yōu)化計算的效率，其關鍵是神經(jīng)網(wǎng)絡的構(gòu)造，多用于求解組合優(yōu)化、約束優(yōu)化和復雜優(yōu)化。近些年，神經(jīng)網(wǎng)絡法有較大發(fā)展，Barker等將神經(jīng)網(wǎng)絡用于航空工程結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設計。

c粒子群算法

Kennedy和Ebehart于1995年提出了模擬鳥群覓食過程的粒子群法，從一個優(yōu)化解集開始搜索，通用個體間協(xié)作與競爭，實現(xiàn)復雜空間中最優(yōu)解的全局搜索。粒子群法與遺傳算法相比，原理簡答、容易實現(xiàn)、有記憶性，無須交叉和變異操作，需調(diào)整的參數(shù)不多，收斂速度快，算法的并行搜索特性不但減小了陷入局部極小的可能性，而且提高了算法性能和效率，是近年被廣為關注和研究的一種隨機起始、平行搜索、有記憶的智能優(yōu)化算法。目前，粒子群算法已應用于目標函數(shù)優(yōu)化、動態(tài)環(huán)境優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡訓練等諸多領域，但用于機械優(yōu)化設計領域研究還很少。

d多目標優(yōu)化法

功能、強度和經(jīng)濟性等的優(yōu)化始終是機械設計的追求目標，實際工程機械優(yōu)化設計都屬于多目標優(yōu)化設計。多目標優(yōu)化廣泛的存在性與求解的困難性使其一直富有吸引力和挑戰(zhàn)性，理論方法還不夠完善，主要可分為兩大類：①把多目標優(yōu)化轉(zhuǎn)化成一個或一系列單目標優(yōu)化，將其優(yōu)化結(jié)果作為目標優(yōu)化的一個解；②直接求非劣解，然后從中選擇較好的解作為最優(yōu)解。具體有主要目標法、統(tǒng)一目標法、目標分層法和功效系數(shù)法。

優(yōu)化設計方法的評價指標

根據(jù)優(yōu)化設計中所以解決問題的特點，選擇適當?shù)膬?yōu)化方案是非常關鍵的。因為解決同

一個問題可能有多種方法，而每一種方法也有可能會導致不同的結(jié)果，而我們需要的是可以更加體現(xiàn)生產(chǎn)目標的最優(yōu)方案。所以我們在選擇方案時一定要考慮一下四個原則：

a效率提高。所謂效率要高就是所采用的優(yōu)化算法所用的計算時間或計算函數(shù)的次數(shù)要盡可能地少。

b可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下，在一定迭代次數(shù)內(nèi)或一定計算時間內(nèi)，求解優(yōu)化問題的成功率要盡可能地高。

c采用成熟的計算程序。解題過程中要盡可能采用現(xiàn)有的成熟的計算程序，以使解題簡便并且不容易出錯。

d穩(wěn)定性要高。穩(wěn)定性好是指對于高度非線性偏心率大的函數(shù)不會因計算機字長截斷誤差迭代過程正常運行而中斷計算過程。

另外選擇適當?shù)膬?yōu)化方法時要進行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標函

數(shù)，根據(jù)復雜性、準確性等條件結(jié)合個人的經(jīng)驗進行選擇。優(yōu)化設計的選擇取決于數(shù)學模型的特點，通常認為，對于目標函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設計變量個數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應采用梯度投影法；對于求導非常困難的問題應選用直接解法，例如復合形法；對于高度非線性的函數(shù)，則應選用計算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。

結(jié)論

機械優(yōu)化設計作為傳統(tǒng)機械設計理論基礎上結(jié)合現(xiàn)代設計方法而出現(xiàn)的一種更科學的

優(yōu)化設計方法，可使機械產(chǎn)品的質(zhì)量達到更高的水平。近年來，隨著數(shù)學規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和工作站計算能力的不斷挖掘，機械優(yōu)化設計方法和手段都有非常大的突破，且優(yōu)化設計思路不斷的開闊?？傊?，每一種優(yōu)化設計方法都是針對某一類問題而產(chǎn)生的，都有各自的特點，都有各自的應用領域，機械優(yōu)化設計就是在給定的載荷和環(huán)境下，在對機械產(chǎn)品的性能、幾何尺寸關系或其它因素的限制范圍內(nèi)，選取設計變量，建立目標函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值得一種新的設計方法，其方法多樣依據(jù)不同情形選擇合理的優(yōu)化方法才能更簡便高效的達到目標。當今的優(yōu)化正逐步的發(fā)展到多學科優(yōu)化設計，充分利用了先進計算機技術和科學的最新成果。所以機械優(yōu)化設計的研究必須與工程實踐、數(shù)學、力學理論、計算機緊密聯(lián)系起來，才能具有更廣闊的發(fā)展前景。

參考：

[1]白新理.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計[M]. 河南：黃河水利出版社，2008.

第5篇：工程機械設計方案范文

關鍵詞：機械原理課程設計；虛擬樣機技術；ADAMS；教學研究

作者簡介：黃小龍（1977-），男，廣西梧州人，北京信息科技大學機電工程學院，高級實驗師。（北京 100192）

基金項目：本文系北京信息科技大學2010年度高教研究課題資助項目（項目編號：2010GJZD02）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0102-02

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出：高等教育須提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，其措施之一就是強化實踐教學環(huán)節(jié)。在工程技術人才的培養(yǎng)中，實踐教學的意義是不言而喻的?！皺C械原理課程設計”是機械原理課程教學的一個重要實踐環(huán)節(jié)。而“機械原理”課程是高等學校工科機械工程類本科生必修的“機械設計系列課程”之一，是一門主干技術基礎課程，在學生的知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)體系中占有十分重要的地位。[1]因此，為了提高機械類人才培養(yǎng)的質(zhì)量，充分調(diào)動學生學習積極性和主動性，十分有必要對“機械原理課程設計”這一實踐教學環(huán)節(jié)進行建設。

一、教學現(xiàn)狀分析

“機械原理課程設計”的任務是使學生更好地理解和掌握“機械原理”課程的基本理論和方法，進一步提高學生查閱技術資料、繪制工程圖和應用計算機等能力，特別是加強培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和分析問題、解決問題的能力。課程設計實施基本要求是按照一個簡單機械系統(tǒng)的功能要求，綜合運用所學知識，擬定機械系統(tǒng)的運動方案，并對其中某些機構(gòu)進行分析和設計。[1]

目前，北京信息科技大學（以下簡稱“我?！保┰凇皺C械原理課程設計”教學過程中遇到了以下幾個問題：

1.設計題目單一

課程設計的選題主要是插床或牛頭刨床導桿機構(gòu)的運動分析與動態(tài)靜力分析，這也是很多高校在“機械原理課程設計”中的選題。設計方案及參數(shù)往往已給定，課程設計過程中學生只是按照設計說明書上的設計步驟對擬定好的執(zhí)行機構(gòu)進行運動和動力分析設計，沒有機械系統(tǒng)的方案設計和機構(gòu)的選型設計。從知識層面上說，學生缺乏進行系統(tǒng)設計創(chuàng)新的機會和能力鍛煉的機會，也導致了學生處于被動的學習狀態(tài)。課程設計中，讓學生自主設計和發(fā)揮主觀能動性的內(nèi)容少，無法激發(fā)學生的創(chuàng)造力，不利于創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)和訓練。

2.設計方法陳舊

目前學生課程設計所采用的方法主要是圖解法，少數(shù)學生還應用了解析法。不管是圖解法還是解析法均是傳統(tǒng)“機械原理課程設計”通常采用的設計方法。圖解法形象直觀、清晰，便于學生理解與分析檢查，但作圖復雜、工作量大、準確性差、效率低，[2]一張圖只能反映一個位置的情況，當全班或半個班同學同做一個題目，只是機構(gòu)的運動參數(shù)有所區(qū)別時，一部分同學存在依賴或抄襲他人的情況，這樣導致了這些學生只是按照設計說明書走過場的情況。解析法可以獲得精確的計算結(jié)果，且可以獲取任意點位置的情況，但建立數(shù)學模型以及編制計算程序較為煩瑣復雜，[3]計算結(jié)果不便于分析，同時學生往往不具備獨立完成編程求解的能力，他們幾乎不得不把全部精力都放在提高計算機編程能力上，這樣使“機械原理課程設計”變成了計算機語言課的訓練，[4]偏離了課程設計的目的。而若指導教師將已編好的計算程序交給學生，由學生上機輸入并調(diào)試程序，進行計算，將計算結(jié)果與圖解法所得結(jié)果相比較，它只是起到對圖解法的結(jié)果進行檢驗的作用，[2]學生應用計算機解決實際問題的能力沒有得到有效的鍛煉。若想進一步對機構(gòu)方案進行對比分析或深入探討，以上兩種方法很難實現(xiàn)，這在很大程度上影響到課程設計的教學效果，不利于培養(yǎng)學生的工程應用能力以及創(chuàng)新能力，也不易調(diào)動學生的學習積極性。

3.學時相對較少

《機械原理課程教學基本要求（機械類專業(yè)適用）》中要求“機械原理課程設計”時間不應少于1.5周。[1]我校目前設置的課程設計時間為1周，并且根據(jù)教學計劃“機械原理課程設計”安排在學期末最后1周，若除去設計準備和答辯的時間等，實際工作日不到四天，并且學生此時心思往往不在學校，急于回家，從時間跨度來說學生主動思考和解決問題的機會較少，完全處于被動的地位，他們很少有機會進一步優(yōu)化設計或方案，與教學指導委員會制定的基本要求有一定的距離。學生課程設計的成果僅僅是一份圖紙和書面報告，體會不到學習的樂趣，更不能提高創(chuàng)新能力。

二、虛擬樣機技術

虛擬樣機技術是隨著當代科學的飛速發(fā)展在設計領域新興的一種計算機輔助工程技術，是一種用來代替真實的物理樣機設計、基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設計方法。虛擬樣機技術涉及機械、電子、計算機圖形學、協(xié)同仿真技術、系統(tǒng)建模技術、虛擬現(xiàn)實技術等多個領域、多項技術，其本質(zhì)是以計算機支持的仿真技術和生命周期建模技術為前提，以多體系統(tǒng)運動學、動力學和控制理論為核心，借助計算機圖形技術、交互式用戶界面技術、并行工程技術、信息技術、集成技術等，從外觀、功能和空間關系上模擬真實產(chǎn)品，模擬在真實環(huán)境下系統(tǒng)的運動學和動力學特性并根據(jù)仿真結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)，為物理樣機的設計和制造提供參數(shù)依據(jù)。[5]虛擬樣機技術改變了傳統(tǒng)的設計思想。

借助于虛擬樣機技術，設計工程師可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動學和動力學特性，并根據(jù)仿真結(jié)果對整個系統(tǒng)進行不斷改進，直到獲得最優(yōu)設計方案。這極大地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約產(chǎn)品的開發(fā)成本。目前，國外虛擬樣機相關技術軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。其中美國MSC公司的軟件產(chǎn)品ADAMS就是虛擬樣機技術平臺的杰出代表，該軟件可以對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，并且方便快捷地可視化輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線等。隨著虛擬樣機技術在機械工程領域的應用和發(fā)展，ADAMS已成功應用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛、工業(yè)機械、工程機械等領域。

三、將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學

1.必要性

教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會2009年制定了“關于深化機械原理課程實踐教學改革的意見”，其中明確指出目前機械原理課程實踐教學改革應當重點關注的問題之一是商業(yè)軟件（如ADAMS、Pro/E等），在實踐教學中應用的相關問題，比如是否有必要對學生提出在軟件應用方面的要求等。[6]面對新形勢下“機械原理課程設計”教學出現(xiàn)的問題，有必要探索一種可激發(fā)學生學習興趣、提高實踐能力的新教學方法。

ADAMS軟件具有快捷的、形象的動畫展示等功能，采用ADAMS軟件可快速方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機構(gòu)模型，快速對各種設計方案進行仿真分析，結(jié)果以曲線圖和動畫顯示的方式形象展示，使機構(gòu)運動學、動力學問題的分析變得簡單、直觀和精確，可彌補學生實踐經(jīng)驗的不足，使學生有更充足的時間進行方案設計，方便學生對各種設計方案進行對比分析以及參數(shù)優(yōu)化等，有利于激發(fā)學生的好奇心，提高學生自主學習的積極性，培養(yǎng)學生進行創(chuàng)新設計的能力，以及營造支持學生獨立思考、自由探索的良好環(huán)境。在近幾年，國內(nèi)已有多所高校將ADAMS軟件應用到“機械原理課程設計”中。[2-4，7-9]

2.實施過程

將ADAMS軟件引入“機械原理課程設計”教學中，將會改變傳統(tǒng)的教學模式，為了能增強教學實踐效果、真正提高課程設計質(zhì)量，筆者進行了以下的工作：

（1）課堂引導。根據(jù)教學計劃，課程設計安排在第二學年，此時了解ADAMS軟件的學生相對較少，基本上沒有學生使用過，其原因一方面是由于該軟件被引入國內(nèi)的時間比較晚，另一方面是由于該軟件的專業(yè)性強。學習和掌握ADAMS軟件是關系到“機械原理課程設計”改革實踐的關鍵，因此筆者在“機械原理”課程理論教學課堂中有意識地引導學生關注該軟件，并在一些教學案例中演示如何應用ADAMS軟件解決問題，使學生自主學習的目標得以明確。

（2）設置開放實驗。在學生學習“機械原理”課程過程中，同時設置“典型機構(gòu)運動仿真分析與驗證”開放實驗，實驗內(nèi)容為應用ADAMS軟件建立一些簡單、典型的連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)以及齒輪機構(gòu)模型，進行仿真分析，得到相關參數(shù)值，并以曲線圖和動畫等方式顯示仿真結(jié)果。開放實驗為選修實驗，由學生自愿報名參加。在開放實驗中，指導教師講授并演示ADAMS軟件基本操作以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)建模與仿真分析的內(nèi)容和操作步驟，分3次講授，每次3課時。每次相關內(nèi)容講授完畢后，由學生自主完成實驗指導書提供的典型機構(gòu)，同時開放機房，學生可利用課余時間學習。通過開放實驗的鍛煉，學生掌握ADAMS軟件的基本操作，并對此產(chǎn)生濃厚的興趣，同時為學生應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”打下基礎。

（3）實際指導。編制一本應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”的指導書，明確課程設計的內(nèi)容與要求。在課程設計周指導學生上機操作，與學生討論、分析問題，引導學生與應用圖解法的同學相互討論、檢驗結(jié)果，從而體現(xiàn)學生主體、教師主導的教學思想。

3.應用實例

筆者連續(xù)兩年在2009級、2010級機械設計制造及其自動化專業(yè)和車輛工程專業(yè)進行了“機械原理課程設計”試點教學。

2011年，首次將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學，在設置“典型機構(gòu)運動仿真分析與驗證”開放實驗時，面向2009級機械設計制造及其自動化、車輛工程專業(yè)共8個班，采取學生自愿報名的方式?？紤]到第一次進行嘗試，為保證實驗質(zhì)量及效果，開課之前通知學生每班限額5名，但實際報名情況超出預想，達到了74人，擇優(yōu)選擇52名同學。在開放實驗過程中，學生學習了ADAMS軟件基本操作以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)建模與仿真分析的內(nèi)容和操作步驟，為下一步進行機械原理課程設計打下了良好的基礎。在機械原理課程設計周，筆者指導其中一個班，在該班參加過開放實驗的同學中選擇了部分有意向的同學進行試點，要求這些同學除了完成圖解法的課程設計內(nèi)容之外，還須運用ADAMS進行機構(gòu)建模、仿真分析，并驗證圖解法的結(jié)果等。試點的結(jié)果是僅有少數(shù)同學能達到要求，即利用圖解法進行課程設計之外，還能運用ADAMS軟件，經(jīng)調(diào)查獲知原因是時間緊、工作量大。試點后同學對運用ADAMS軟件進行課程設計產(chǎn)生了興趣，有自主學習的積極性。

2012年，結(jié)合2011年經(jīng)歷并為保證教學效果，僅從2010級機械設計制造及其自動化專業(yè)其中2個班選擇31名同學參加開放實驗。由于人數(shù)得到控制，指導教師有更多的時間與精力輔導學生，因此學生對ADAMS軟件的掌握更為熟練。在機械原理課程設計周，筆者同樣是指導其中一個班并選擇了有意向的同學進行試點。根據(jù)2011年經(jīng)驗，這次允許學生不使用圖解法，而是直接運用了ADAMS進行機構(gòu)建模、仿真分析，但須對設計方案進行比較分析，并優(yōu)化各個設計參數(shù)。這樣，學生有更多的時間相互討論并設計各種方案，對計算結(jié)果分析得更為透徹，能獨立思考問題，真正鍛煉分析問題、解決問題的能力，變學生被動學習變?yōu)橹鲃訉W習。

四、結(jié)束語

將虛擬樣機技術引入課堂使教學效果有了明顯的提高，真正體現(xiàn)了學生主體、教師主導的教學思想，學習的興趣較濃。經(jīng)過課程設計鍛煉后，學生普遍認為收獲較大，實踐能力得到了提高，隨之積極參加、開展各種課外科技活動。實踐中也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，如指導教師工作量大大增加、知識面不足等，這樣就對指導教師提出了更為嚴格的要求。如何解決這些新問題以及如何將試點普及到整個專業(yè)所有同學，使更多的同學受益，需進一步研究與探索。

參考文獻：

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第6篇：工程機械設計方案范文

關鍵詞：虛擬制造技術；現(xiàn)代機械工程設計；機械制造；機械產(chǎn)品；機械設計

文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02

作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計

隨著知識經(jīng)濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設計一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設計的零件已經(jīng)開始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現(xiàn)代機械工程設計十分重要。

1虛擬機械制造技術

以往傳統(tǒng)的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統(tǒng)的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統(tǒng)設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經(jīng)驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現(xiàn)合理、高效和準確。但是在現(xiàn)代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現(xiàn)設計經(jīng)驗依賴性強、設計過程靜態(tài)性和設計理念隨意性向現(xiàn)代化設計精確性、以數(shù)據(jù)知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設計方式的發(fā)展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設計方案和數(shù)值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數(shù)據(jù)庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環(huán)境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設計、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產(chǎn)制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態(tài)實現(xiàn)檢查，對零件設計中的錯誤及時發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協(xié)調(diào)。

2虛擬制造技術的關鍵

虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：

2.1虛擬技術中的建模技術

虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對產(chǎn)品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現(xiàn)產(chǎn)品實施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關于產(chǎn)品功能的各種因素進行聯(lián)系，最終實現(xiàn)對產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術中的仿真技術

仿真指的是通過計算機實現(xiàn)復雜現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應用，實現(xiàn)在短時間內(nèi)完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結(jié)果的評價，及時進行反饋，降低產(chǎn)品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現(xiàn)集成，而VM中應建立全面過程的統(tǒng)一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現(xiàn)實技術主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現(xiàn)對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現(xiàn)實技術。

3機械虛擬樣機技術介紹

虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現(xiàn)改進。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產(chǎn)品的設計開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費用，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設計產(chǎn)品實現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設計和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟和生產(chǎn)效益。在機械工程設計

中應用仿真技術對零件進行設計、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運動性等均可以實現(xiàn)建模仿真。

4虛擬制造技術在機械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢

4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力

虛擬樣機技術建立和發(fā)展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統(tǒng)進行自動建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個構(gòu)件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現(xiàn)其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統(tǒng)的詳細環(huán)節(jié)進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。

4.2為機械系統(tǒng)建模帶來便利

傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應的物理參數(shù)實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。

4.3強大的后期處理能力

在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。

5結(jié)語

虛擬制造技術實現(xiàn)了現(xiàn)代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實中的硬件產(chǎn)品，更方便地對設計產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進行評估，極大地縮短了產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現(xiàn)實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現(xiàn)代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現(xiàn)對眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設計，不僅不會造成實際物質(zhì)的浪費，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。

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第7篇：工程機械設計方案范文

(1)能減少大量的人工計算工作，避免多次試制零部件及機構(gòu)過程，節(jié)省材料、人力資源。

(2)仿真后能及時快速修改數(shù)據(jù)和設計圖紙，縮短時間，可重復仿真實驗修改，做到一次試制成功達到更高的質(zhì)量要求，搶占市場先機。

(3)能適應當前以計算機為主要的辦公平臺需要，開展網(wǎng)絡化協(xié)同設計制造新模式，快速傳輸、交換數(shù)據(jù)和圖紙，實現(xiàn)由過去的串行設計制造過渡到并行設計制造的模式，提高創(chuàng)新機械設計生產(chǎn)效率。

2虛擬樣機技術應用現(xiàn)狀

2．1虛擬樣機技術應用現(xiàn)狀及常用軟件

仿真軟件如ADAMS(Aut01natjcDynamicAnal-ysisofMechanicalSystem)、DADS、SIMPACK、ANSYS、WorkingModel、SolidWorks、IDEAS、PHOERNIS(Para-bolicHyperbolicOrEllipticNumericalIntegrationCodeSeries)、SIMILINK等，這些軟件的功能各有側(cè)重并均有各自的優(yōu)勢和應用領域。

2．2我國虛擬樣機技術應用農(nóng)機設計領域現(xiàn)狀分析

2．2．1兩種設計方式

前后兩種方式比較:前者受試驗室外環(huán)境影響，存在用時長，材料和人工費高，靜態(tài)和動態(tài)分離設計等缺陷;后者時間明顯縮短，計算分析準確，靜態(tài)和動態(tài)結(jié)合優(yōu)化設計，試制物理樣機次數(shù)少，能保障質(zhì)量優(yōu)，出新產(chǎn)品快，物料、人工成本較低，還可實現(xiàn)并行多公司同時設計生產(chǎn)后迅速組裝等優(yōu)點，因此新的設計開發(fā)過程明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的開發(fā)過程。

2．2．2虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械中應用現(xiàn)狀特點

(1)農(nóng)機企業(yè)發(fā)展存在滯后性虛擬樣機技術依托計算機技術而存在和發(fā)展，因此我國的農(nóng)機設計行業(yè)計算機技術應用相對于其他如航空和汽車等設計制造業(yè)有一定的滯后性，原因有以下幾點:由于行業(yè)的資金實力不夠，農(nóng)業(yè)機械類院校發(fā)展重視不夠，學習農(nóng)業(yè)機械專業(yè)的積極性不高，導致農(nóng)業(yè)機械專業(yè)院校投入不足、發(fā)展緩慢，因而高技術農(nóng)機設計開發(fā)人才規(guī)模小，農(nóng)機企業(yè)的銷售方式單一，銷售量及利潤低，技術人員待遇低，導致企業(yè)壯大困難，缺少足夠的資金投入研發(fā)，引進、留住人才困難。農(nóng)機企業(yè)上市較少，目前有一拖股份，吉峰農(nóng)機等十余家上市公司，很多農(nóng)機企業(yè)還是作坊式企業(yè)，科研和先進制造技術運用較少。因此制約了虛擬樣機技術的應用和推廣實踐。

(2)在農(nóng)業(yè)機械裝備中的應用，在高校研究機構(gòu)中逐漸形成團隊化，成果轉(zhuǎn)化步伐加快。如中國農(nóng)業(yè)大學，華南農(nóng)業(yè)大學，廣西大學，分別在不同的應用方向取得了顯著的效果，華南農(nóng)業(yè)大學首次把虛擬樣機技術應用到機械手的研究中，并相繼開展機械手在水稻拋秧機和水果采摘機器人等方面的應用，實現(xiàn)了整體設計方案的優(yōu)化;廣西大學對甘蔗收獲機整機及關鍵部件的虛擬樣機模型進行了一系列連續(xù)深入的研究后，建立了基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的甘蔗收獲機可視化虛擬設計平臺，涉及整個產(chǎn)品生命周期的描述、控制和管理，基于虛擬樣機技術的農(nóng)業(yè)機械裝備正逐漸從對虛擬樣機模型的理論研究指導物理樣機試制階段發(fā)展到產(chǎn)品化生產(chǎn)階段，并取得了一定的經(jīng)濟效益。另外如山東農(nóng)業(yè)大學，華南理工大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學等學校的學者們也致力于研究這項技術在農(nóng)機設計制造中應用與推廣實踐。

(3)國內(nèi)的研究者越來越多，并取得了一定成果。龐思紅等完成了液壓挖掘機虛擬樣機技術的實現(xiàn)，李寒杰在虛擬樣機技術及其在工程機械領域的應用中構(gòu)建了研究平臺，王朝娜等通過比較傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式和基于虛擬樣機技術的產(chǎn)品開發(fā)模式的不同來說明虛擬樣機技術在我國農(nóng)業(yè)裝備中的應用及發(fā)展前景。李勇等將虛擬樣機技術應用在小型農(nóng)用裝載機設計中的，利用Solid－Works設計裝載機虛擬樣機的過程，實現(xiàn)了設計制造周期不足兩個月。馬斌強等闡述了虛擬樣機技術的內(nèi)涵和特點，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機械系統(tǒng)的特點，概述了虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械領域中應用的情況。馬少輝，韓勇總結(jié)了虛擬樣機在農(nóng)機設計中應用存在四個方面的制約因素。李杰等展望了農(nóng)業(yè)機械虛擬樣機設計發(fā)展方向:①多柔體系統(tǒng)的建模與仿真技術;②協(xié)同仿真技術;③多目標(學科)設計優(yōu)化技術。還有馬少輝、王剛、陸林、李霞、李勇、王凱湛、張布、蘇中濱等很多學者、專家都在為虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計生產(chǎn)中的應用做出了貢獻，并取得了一定成果。這些科技工作者的辛勤勞動和努力，使虛擬樣機技術更加快速的應用和普及到農(nóng)機設計制造的各個環(huán)節(jié)及各類農(nóng)機的設計生產(chǎn)中。

3虛擬樣機技術對農(nóng)業(yè)機械設計助推作用

任何一項技術的誕生對社會發(fā)展都會起到一定推動作用，虛擬樣機技術對航空、汽車等行業(yè)的促進作用已經(jīng)凸顯，它在農(nóng)機設計與制造領域中的應用已經(jīng)起步，隨著我國現(xiàn)代化進程加快，應用的科研機構(gòu)、企業(yè)不斷增多，領域日益廣泛，正是由于科研機構(gòu)的應用，培養(yǎng)出了大量的相關技術人才，企業(yè)的實踐已不再限于實驗室。我國近幾年農(nóng)機企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)發(fā)展也在提速，國家的農(nóng)機補貼政策落實，勞動強度減少，我國社會財富積累增加，使農(nóng)機的購買力增強;航空、汽車行業(yè)的發(fā)展帶動，給農(nóng)機企業(yè)的擴張?zhí)峁┝藙恿?企業(yè)競爭加劇，因此運用新技術新工藝的欲望和可行性也在提升，這推動了虛擬樣機技術在農(nóng)機設計中的運用和推廣。這種推動作用會促使農(nóng)機的設計制造更快更好的發(fā)展，由我國現(xiàn)階段的農(nóng)機制造大國成為農(nóng)機設計制造強國邁進早日變?yōu)楝F(xiàn)實，真正實現(xiàn)農(nóng)機設計制造的現(xiàn)代化。推動作用會使農(nóng)機的設計呈現(xiàn)以下特點:①發(fā)展和創(chuàng)新設計速度更快;②規(guī)模增大，應用程度更深;③由單個的設計變?yōu)槎鄠€設計同時進行的協(xié)同設計;④單機的模擬仿真變?yōu)槎鄼C的系統(tǒng)仿真;⑤創(chuàng)新設計和優(yōu)化設計必然。

4結(jié)語

第8篇：工程機械設計方案范文

驅(qū)動橋設計開題報告1論文選題的目的和意義

隨著時代的發(fā)展，汽車的作用日益明顯，已成了我們生活比不缺少的工具。汽車發(fā)展程度也成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展程度的重要標志。汽車不僅作為一種代步工具，同時它在運輸業(yè)中也有著非常重要的地位，特別是在一些短途運輸中。因此載貨汽車的發(fā)展也非常迅速，載貨汽車總的分為重型和輕型兩種。

汽車驅(qū)動橋在汽車的各種總成中是涵蓋機械零件、部件、分總成等的品種最多的總成。例如，驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼組成。

由此可見，汽車驅(qū)動橋設計涉及的機械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設計到所有的現(xiàn)代機械制造工藝。

并且隨著近年來油價的上漲，汽車的運輸成本也越來越高，因此在保證汽車的動力性的前提下，提高其燃油經(jīng)濟性也變得非常重要。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動機的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動系中減少能量的損失。

這就必須在發(fā)動機的動力輸出之后，在從發(fā)動機—傳動軸—驅(qū)動橋這一動力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動機是動力的輸出者，也是整個機器的心臟，而驅(qū)動橋則是將動力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。

因此，在發(fā)動機相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動機匹配性比較高的驅(qū)動橋便成了有效節(jié)油的措施之一。同時，人們對于汽車的行駛平順性、操作穩(wěn)定性和平均行駛速度有了更高的要求，這都和汽車驅(qū)動橋的選擇有著非常重要的關系。

綜上所述，通過對汽車驅(qū)動橋的學習和設計，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設計與機械設計的全面知識和技能。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）國內(nèi)現(xiàn)狀

我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)，采用后輪驅(qū)動橋的汽車平衡性和操作性都將會有很大的提高。后輪驅(qū)動的汽車加速時，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時，司機就會感到有更大的橫向握持力，操作性能好。

維修費用低也是后輪驅(qū)動的一個優(yōu)點，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費用將會很大的差別。

如果變速器出了障礙，對于后輪驅(qū)動橋的汽車就不需要進行維修，但是對于前輪驅(qū)動的汽車來說也許就有這個必要了，因為這兩個部件是坐在一起的。所以后輪驅(qū)動必然會使得乘車更加安舒適，

從而帶來可觀的經(jīng)濟效益。

國產(chǎn)驅(qū)動橋在國內(nèi)市場占據(jù)了絕大部分份額，但仍有一定數(shù)量的車橋依賴進口，國產(chǎn)車橋與國際先進水平仍有一定差距。國內(nèi)車橋長的差距主要體現(xiàn)在設計和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實驗設備也有差距，比如工程車和牽引車在行駛過程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國外先進的實驗設備能夠模擬這種狀態(tài)，而我國現(xiàn)在還在摸索中。

在具體工藝細節(jié)方面，我國和世界水平的差距還比較大，歸根結(jié)底后橋的功用是承載和驅(qū)動。在這兩方面，今年來出現(xiàn)了一些新的變化。另外，在結(jié)構(gòu)方面，單級驅(qū)動橋的使用比例越來越高；

技術方面，輕量化、舒適性的要求將逐步提高。總體而言，現(xiàn)在汽車向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢，要求車橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產(chǎn)成本。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械和工程機械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點：由進口國外產(chǎn)品向國產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進國外技術向自主研發(fā)發(fā)展。在技術方面，通過不斷提高自身鑄鍛造技術及工藝水平來保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；

通過利用先進科學的設計輔助手段來達到設計優(yōu)化的目的；

通過不斷學習吸收國外先進的技術逐步實現(xiàn)技術與國際接軌的目標，從而提高產(chǎn)品的核心競爭力；

通過運用先進的技術及方法來提高產(chǎn)品的性能，滿足市場需求，推進機電一體化進程。

（二）國外現(xiàn)狀

在西歐，帶輪邊減速的雙級主減速器后驅(qū)動橋只占整個產(chǎn)品的40%，且有呈下降趨勢，在美國只占10%。其原因是這些地區(qū)的道路較好，采用單級減速雙曲線螺旋錐齒輪副成本較低，故大部分均采用這種結(jié)構(gòu)。國外汽車驅(qū)動橋已普遍采用限滑差速器《N一Pin牙嵌式或多片摩擦盤式》、濕式行車制動器等先進技術。限滑差速器大大減少了輪胎的磨損，而濕式行車制動器則提高了主機的安全性能，簡化了維修工作。

國內(nèi)僅一部分車使用N。一Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本較高，因而在多數(shù)國產(chǎn)驅(qū)動橋上一直沒有得到應用。

目前向國內(nèi)提供限滑差速器的制造商主要是美國TraCtech公司和德國采埃孚公司。美國Tractech公司在蘇州的工廠即將建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)牙嵌式、多片摩擦盤式和比例扭矩(三周節(jié))差速器(鎖緊系數(shù)3.5)。國內(nèi)如徐工、鼎盛天工等主機制造商等原來自制一部分牙嵌式差速器，后因質(zhì)量不過關而放棄。

亞洲、非洲和南美國家則采用帶輪邊減速的雙級主減速器的驅(qū)動橋，用于非道路和惡劣道路使用的車輛。因此可以得出結(jié)論:一個國家的道路愈差，則采用帶輪邊減速雙級主減速器驅(qū)動橋愈多，反之，則愈少。

國內(nèi)有幾個制造商生產(chǎn)比例扭矩差速器，但均為單周節(jié)，鎖緊系數(shù)138，較三周節(jié)要小得多。徐州良羽傳動機械有限公司在停車制動器(液壓)上也做了一些工作，主要用于重型卡車產(chǎn)品，但國產(chǎn)此類產(chǎn)品的可靠性還有待提高。

3 本課題的重點和研究方法

（一） 主要技術分析

載貨汽車驅(qū)動橋主要由主減速器部分、差速器部分、半軸部分和橋殼部分等幾大部分組成。通過比較國內(nèi)外貨車驅(qū)動橋的不同之處，使我們能更好地認識我國載貨汽車驅(qū)動橋系統(tǒng)的不足之處，積極吸取國外先進技術，更好的應用于我國載貨汽車驅(qū)動橋生產(chǎn)中。

（二）主要設計內(nèi)容

(1) 驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)方案的選擇與分析；

(2) 主減速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選??；

(3) 差速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選??；

(4) 橋殼參數(shù)的選取與強度的分析。

（三）本文研究的思路和方法

(1) 通過查閱書籍、上網(wǎng)搜索以及文獻檢索等多種有效方法，系統(tǒng)收集驅(qū)動橋的研究成果和相關信息；

(2) 在對國內(nèi)外驅(qū)動橋的技術現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、市場等情況進行系統(tǒng)分析研究的基礎上，確定設計策略，作為構(gòu)思總體設計方案的指導思想；

(3) 選型設計：根據(jù)汽車行駛的路況條件和設計參數(shù)要求進行驅(qū)動橋的選型；

(4) 參數(shù)化設計：根據(jù)整體設計要求，質(zhì)量、軸荷、載重量、動力性、制動性、平順性要求，確定發(fā)動機動力參數(shù)，確定主減速器、差速器、車輪傳動裝置和橋殼的件結(jié)構(gòu)形式和基本參數(shù)；

（5）計算機二維圖紙繪制：根據(jù)理論計算的主要參數(shù)，對各零件和總成進行二維圖紙繪制和裝配。

（四）參考文獻：

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[15] 徐灦. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991.

第9篇：工程機械設計方案范文

[關鍵詞] 煤礦機械； 電子式變頻控制； 晶閘管

1 引言

目前變頻控制技術比較普遍的工作機理是采用特殊制造的離合器使機械的減速機構(gòu)和機械主驅(qū)動電機相連接，這種特殊制造的離合器是根據(jù)液體粘性傳動機理制造完成的。這種技術的開發(fā)與應用最早可以追溯到上世紀70年代的西方發(fā)達國家。在這種零負載的工況下啟動機械設備，其從初始狀態(tài)達到額定速率只需要很短的時間，而系統(tǒng)的控制依托于相應的液壓裝置，逐步驅(qū)使機械的靜摩擦片和動摩擦片相互趨近，從而達到傳遞動力的目的。

隨著時代的發(fā)展，變頻控制技術不光在西方國家逐步推廣應用，在中國很多學者機構(gòu)也開始著手研究這項技術并取得了不錯的成績。本文通過分析對比不同啟動方式的優(yōu)缺點，闡述工作機理，從而引出設計思想和方法。

2 重要性

隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的擴大和技術的發(fā)展，煤礦機械尤其是帶式傳送機在向大載荷、長距離、高功率、高帶速、大傾角方向發(fā)展。基于物體傳送過程中慣性的原因，其啟動、減速及運行過程中存在許多急需解決難題，相應的技術先進的控制系統(tǒng)也就應運而生，解決這些難題，優(yōu)化設備系統(tǒng)，完善控制過程。

與變頻控制相對應的是硬啟動方式，其工作原理簡單來講就是供電裝置與電機直接相連，這種啟動方式存在很多的缺點，例如在設備剛開始啟動時會產(chǎn)生過高的電流，這種沖擊電流會在電機軸承上產(chǎn)生很大的扭矩，甚至會超過正常扭矩的300%，促使供電裝置過載，從而加大了電機的機械磨損和齒輪損耗，對其造成了很大的沖擊。這種所謂的硬啟動方式也是根據(jù)很多煤礦機械設備自身的特性所發(fā)展衍生的。而變頻控制方式的工作機理簡而言之便是使機械設備平穩(wěn)啟動以及穩(wěn)定停車，這種可控性的實現(xiàn)正式由于這種啟動方式的原因。和上文硬啟動方式的比較，變頻控制方式最大的特點便是變頻控制方式擁有限制電流功能，即通常所說的限流，顯而易見，這樣的話便可以很好地避免過高的沖擊電流對機械設備以及供電裝置的沖擊和機械損耗，延長設備的使用壽命和周期。在整個系統(tǒng)中，觸發(fā)系統(tǒng)可以說是其最重要的也是最核心的部分，正是因為這一點，才對觸發(fā)系統(tǒng)提出了很多嚴格性的要求，例如抗干擾能力，這里的干擾指的是噪聲或者其他的干擾項。此外在可控硅方面也必須具有極高的操縱性和靈敏度。

由此可以看出，開發(fā)與推廣煤礦機械變頻控制方式技術具有重要性和必然性。

3 工作機理

煤礦機械電子變頻控制裝置可以有效的控制機械在啟動的初期所產(chǎn)生的相關的負效應，比如明顯的電壓減低以及過大的沖擊電流，根據(jù)載荷的大小智能的調(diào)節(jié)電流的大小，減小電機軸的不利扭矩，減輕機械磨損，這一點在前文中進行了相關的闡述，這樣的有點不光是可以延長機械設備的使用周期，而且也可以有效的保護在實際生產(chǎn)過程中不可避免與機械設備相接觸的操作人員，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，也可以節(jié)約能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，此外電子變頻控制方式也具有硬啟動方式無法比擬的系統(tǒng)優(yōu)勢，由于其體積小，操作方便，構(gòu)造也很簡單，因此故障率極低，這也是機械電子變頻控制方式裝置得到重視的原因之一。

對于機械硬啟動方式來講其主回路是通過普通的晶閘管作為開關，但是變頻控制技術方面，大功率的晶閘管是作為主回路開關元件的首選，導通角的智能化系統(tǒng)控制是通過單片機的應用實現(xiàn)的。煤礦機械電子式變頻控制裝置的具體工作機理是：①在最開始的啟動階段，晶閘管的導通角逐漸升高，電機兩端的電壓也會隨之產(chǎn)生變化，由此會對晶閘管的輸出電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)功能，當電機轉(zhuǎn)速升高到啟動扭矩時，啟動過程便結(jié)束。②機械電子式軟起動裝置還具有一個關鍵的功能――限流，當晶閘管處于完全導通狀態(tài)時，電機便會處于額定功率下工作，再加上旁路接通起的同時啟動，可以有效地延長晶閘管的使用周期，此時電機進入到穩(wěn)定運行狀態(tài)。③當機械需要停車時，第一步是旁路接通起器的斷開，這樣做的直接目的是減小旁路接通器內(nèi)晶閘管的導通角，這樣的話電機轉(zhuǎn)速歸零，機械停車，處于關閉狀態(tài)。啟動過程如圖1。

3.1 傳統(tǒng)啟動方式的闡述

煤礦領域內(nèi)的常用工程機械例如帶式輸送機因為可靠性高、運行連續(xù)、工作效率高以及適應能力強等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代重載荷運輸?shù)某Ｓ迷O備，尤其是在煤礦采礦領域內(nèi)得到廣泛的重視，但是伴隨著機械化工業(yè)化程度的不斷提高，各種機械設備的運行功率也在不斷攀升，輸送機當然也不例外。在采礦機械的不斷發(fā)展應用的過程中，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的啟動方式不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，歸結(jié)于一點就是其無法避免的諸多缺點。在這種情況下，電子式變頻控制裝置的出現(xiàn)，很好地解決了一系列難題，因其運行穩(wěn)定，體積小，故障發(fā)生率低，不光是在煤礦采礦領域內(nèi)，在冶金、碼頭、港口領域內(nèi)也達到了很好地應用。本文列舉若干傳統(tǒng)的啟動方式的弊端：①故障率較高，由此引發(fā)了高昂的維修養(yǎng)護費，并且在啟動初期在供電裝置與電機之間會產(chǎn)生很強的沖擊電流，在電機軸內(nèi)會有很高的扭矩，往往會超過正常扭矩的150%，這種弊端使得其具有很大的局限性，即工作條件比較苛刻，例如無法滿足井下防爆安全的要求；②啟動過程中的沖擊電流會對機械部件產(chǎn)生很大的不利影響，增加機械磨損，對供電系統(tǒng)造成沖擊，限制了啟動周期和頻率；③在一些已經(jīng)安裝了軟起動裝置的相對比較現(xiàn)代化的煤礦機械里，在實際的生產(chǎn)經(jīng)驗來看，運行比較平穩(wěn)，但是電流智能化調(diào)節(jié)無法實現(xiàn)，承受載荷能力也不會有很大提高。

3.2 電子式變頻控制過程分析研究

電子式變頻控制不僅能夠保證機械裝置在啟動、運行以及停車過程中的平穩(wěn)而且能夠有效地減少沖擊電流的危害，降低機械磨損，伴隨著計算機技術的發(fā)展，啟動過程與計算機相連，實現(xiàn)交互式操作智能化程度更高。由此不難發(fā)現(xiàn)機械電子式變頻控制裝置具有很大的發(fā)展?jié)摿εc發(fā)展前景。解決機械震蕩以及沖擊電流的不利影響的最為有效地途徑便是運行前根據(jù)預定的可控曲線進行設置，分階段慢速有序的啟動機械系統(tǒng)，這樣一來便可以解決很多動力學問題?，F(xiàn)在簡單介紹幾種常用的電子式變頻控制方式：①斜坡恒流：電流升高的速度越快，啟動速率越高。這種方式是以一定的速率提高電流，直到預定的制定電流后，再以恒定的電流運行，直到啟動階段完成；②斜坡電壓：啟動電壓由低到高逐步攀升，不需要閉環(huán)控制電流的過程。這種啟動方式的最大優(yōu)點是機理簡單易懂，系統(tǒng)故障率低，但是缺乏對電流的控制，因此晶閘管會受到電流的沖擊，使用壽命降低；③階躍式：啟動階段加載啟動扭矩，這個扭矩一般很大，這樣可以有效降低負載的靜摩擦力，但是這種方式的弊端是會對供電裝置產(chǎn)生強干擾；④矩形轉(zhuǎn)矩：這種啟動方式相比較上述三種而言，體積較小，故障率低，結(jié)構(gòu)完善緊湊，設計更加合理優(yōu)化，安全措施齊全，載荷能力大。

4 煤礦機械電子式變頻控制裝置的設計思想與方法

4.1 硬件設計

煤礦機械電子式變頻控制裝置的硬件設計主要集中在電路設計上，其中主回路的控制是核心因素，關鍵是晶閘管的設計，連接順序為供電裝置與電動機，其中晶閘管的導通角設計也是重要的一點，前文講到單片機技術的應用可以有效控制導通角的變化，使輸出電壓逐步升高直至額定電壓。以采礦領域內(nèi)常用的帶式輸送機為例，通過流程圖的方式簡明說明硬件設計過程，如圖2。

4.2 軟件設計

在電子式變頻控制裝置中，控制器的質(zhì)量以及工作原理直接決定著控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，目前通常的控制器為可編程化的控制器，這種控制器的可靠性較高，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化和平穩(wěn)運行，整個運行系統(tǒng)的控制上位機通常是由電子計算機來擔當，由此可見，可編程控制器以及電子計算機是關鍵的兩個因素，需要進行相應的程序計算與設計，這種程序設計的過程優(yōu)化以及結(jié)果的完備性、可靠性、準確性直接影響到機械運行的可靠性、穩(wěn)定性。

具體而言，可以從以下幾個方面來闡述電子式變頻控制裝置的軟件設計：①可編程控制器往往采用面向運行過程的control language和面向問題的image language，其特點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，過程直觀易懂，它的程序設計方案一般是根據(jù)流程圖來實現(xiàn)的；②以電子計算機為上位機的計算機軟件選取，伴隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代計算機軟件的功能也日趨強大與完善，可靠性不斷提高，這些軟件通常都會選擇面向?qū)ο笠约翱梢暬脑O計方法，同樣，煤礦機械電子式變頻控制裝置控制系統(tǒng)的控制軟件應該具有響應速度快、敏感度高和分析點準確、過程優(yōu)化等特點，操作界面與接口模塊采用不同的程序語言編寫也就成了必然條件。這是軟件設計里面比較重要的一步，首先要把握操作主界面的設計，要求界面簡單，直觀，功能齊全。

5 結(jié)束語

從目前的使用狀況和調(diào)查分析來看，煤礦機械電子式變頻控制裝置仍然無法滿足我國大規(guī)?，F(xiàn)代化建設的需要，無法滿足煤礦產(chǎn)值的增長需要，這不僅僅表現(xiàn)在數(shù)量上的缺乏以及普及度的欠缺，也表現(xiàn)在使用中的裝置系統(tǒng)也存在許多缺陷，例如系統(tǒng)優(yōu)化程度不高，程序化設計欠缺，結(jié)構(gòu)緊湊度較低，故障率無法實現(xiàn)理論值等，這也需要我們在生產(chǎn)實踐的過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題，進而分析問題解決問題，不斷完善變頻控制技術，使之與生產(chǎn)實際相結(jié)合，提高生產(chǎn)率，減少風險點，更好地為我國的現(xiàn)代化建設服務。

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