現代機械設計論文范文

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第1篇

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。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

單一的技術發展完全無法滿足市場需求,各個領域的技術進行結合發展,才能夠實現對一個產業的變革與市場順應度。機械制造業領域,要想實現一定的市場競爭力,就必須實現產業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。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。任何一個行業或者是產業,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

第2篇

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節，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，再到生產規劃和加工制造，計算機輔助設計都充分表現了獨特的優勢并且成果喜人。然而，對于產品開發初期方案的設計，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劃。系統化設計法的優勢在于，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

第3篇

關鍵詞：機械設計；CAD技術

1CAD技術的發展

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，也是最重要的環節，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展方向，以提高新時代制造業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展。三維CAD技術采用先進的設計方法,如優化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優化設計等,保證了產品的設計質量。同時,大型企業數控加工手段完善,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展,制造行業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,制造業正向數字化和計算機化方向發展。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、碰撞問題和動態特性等。

4CAD前沿技術與發展趨勢

4.1圖形交互技術

CAD軟件是產品創新的工具,務求易學好用,得心應手。一個友好的、智能化的工作環境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態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造性活動。智能CAD/CAM是發展的必然方向。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新設計,人們正試圖把創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現并解決問題,從而降低產品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態企業聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續發展的一個重要方向.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的發展趨勢。

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.