机械设计原理篇1
关键词机械原理机械设计课程优化
机械原理与机械设计课程开设历史悠久，两门课程始终作为全国各工科院校机械类专业主干技术基础课程。近年来，随着机械学科的飞速发展、我国高等学校机械类专业人才培养实施宽口径化、21世纪人才综合能力培养的需求，再次审视两门课程的教学体系、课程内容和教学方法，认为依旧存在问题需要探究与改革。
一、存在的问题
（一）内容有交叉与重复现象。机械原理和机械设计两门课程的教学内容基本变化不大，课程内容自成体系，相互之间缺少衔接，存在内容交叉和重复的问题。
（二）缺少系统性。两门课程缺少对机械系统的介绍，学生学完了两门课程，仍对机械没有整体的认识，对机械的设计过程缺少了解，两门课程的总体效能未能充分显现。
（三）实践环节不足。两门课程的实践环节难以适应对学生工程意识和实践能力培养的需求，缺少主动性实践的环境。
二、理论教学体系的整合与优化
机械产品的设计一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计等环节，通过机械原理和机械设计课程的学习，学生不仅应掌握一般机械产品设计所需的基本理论知识，还应对机械系统有一个整体的认识，并应了解机械产品设计的基本过程。为此笔者尝试突破“机械原理”和“机械设计”两课程的界线，将教学内容和教学环节进行了重组、融合及整体优化，合并为“机械设计课程。
（一）课程目标。通过本课程理论教学、实验及课程设计等环节，实现总体教学目标：培养学生的工程意识和创新精神；使学生对机械产品具有整体的概念和正确的设计思想；掌握机械系统设计的基础知识，初步具备一般机械方案设计和分析的能力；掌握常用机构及其传动的运动学设计和工作能力设计的基本知识，掌握通用零部件设计计算和选用的基本知识，初步具备一般通用机械的设计能力；培养学生查阅和运用机械设计相关标准、手册及网络息等技术资料的能力。
（二）理论教学体系。在有限的学时内，合理取舍课堂教学内容，是关系到能否真正实现课程目标的关键。经过多年的仔细斟酌、反复探究，提出精、宽、新的授课原则：精——精选重点和难点的内容进行详解与指点，避免烦琐公式的推导和易于自学的内容占用过多的学时；宽——拓宽学生的知识面，注重工程应用，启发学生举一反三；新——注重机械学科发展、将机械学科的科研成果融入教学，让学生了解机械学科的新技术、新方法。
三、实践教学体系的构建
实践教学体系由实验教学、机械实例分析与设计（大作业）、典型机械设计（课程设计）三部分组成。三个模块均以加强自学能力、研究能力、动手能力及工程意识与创新精神为培养目标。
（一）实验教学。在实验教学中将计算机技术和网络技术与现代实技术相结合，加强实验内容的综合性与设计性，如增开了典型机器与机构分析、机构系统创意组合、机械系统创意组合等综合性实验，对启迪学生的创新意识和培养学生的设计能力起到非常积极的作用。
（二）机械实例分析与设计。本课程传统的课外作业内容虽然对一些基本概念、定义的理解起到一定的作用，但是由于各章相对独立、就题论题、解题方法千人一面等问题，让学生感到枯燥无味，抄袭现象严重。为了解决此问题，将“书本习题”大大减少，增加数个综合性、实践性很强的机械实例分析大作业。
（三）课程设计。课程设计是很重要的一个教学环节，课程设计的性质决定了它在对学生进行素质教育，培养学生工程意识和设计能力等方面具有独特的优势。原来的机械原理和机械设计的课程设计是分开的，相互之间没有联系，机械原理的课程设计是以机构的分析为主，机械设计是以零件的强度分析和绘制图纸为主，教师不仅限定了设计题目和方案，还给学生提供了非常齐全的参考资料，学生的创新意识得不到发挥。将两门课程的课程设计进行了优化整合，从题目的选择到实施过程，更加符合现代机械的设计思路，即把过去仅进行机构和零部件的尺度综合、运动分析和动力分析，改变为进行机械系统的综合设计。使学生的创新潜能得到了发挥，提高了设计的能力、计算机运用能力、形象思维的能力。
四、教学方法与手段的改革
近年来，随着两门课程体系的改革和深化，课程内容不断更新和增加，但教学学时相对减少，学时与内容成了突出矛盾。如何激发学生兴趣、启迪学生的潜能,提高学习的自主性和能动性,使学生在较短的时间内掌握机械设计的基本理论与方法；如何培养学生的工程意识、创新精神和设计能力，是教学方法和教学手段研究的重要课题。
（一）从培养兴趣入手。兴趣是成才的起点，是成就事业的沃土。学习兴趣能激励学生充分发挥学习潜能，提高学习效率和质量。
（二）开放式教学。开放式的教学方法，一是要打破传统的“一本书”，大力提倡课外阅读，让学生了解教科书之外相关领域的知识，更要让学生了解新理论、新方法和新技术。二是打破“一言堂”，给学生适当的“自由”，鼓励学生向老师提出问题，帮助学生树立“不唯书、不唯师、只唯实”的实事求是精神；三是教师不要把所有的知识点得“完美无缺”，要给学生的自学留有余地和空间。
（三）倡导主动实践。被动实践是指实践的对象、方法、程序等关键要素都是由老师制定的,学生在老师规定的框架中,沿着老师制定的路线去完成实践任务。
参考文献：
[1]濮良贵,纪明刚.机械设计（第八版）[m].高等教育出版社tH122.2006.5.
机械设计原理篇2
关键词:机械设计;节能设计;基本原理与方法
引言
当前，我国一直倡导经济的可持续性发展，在机械制造业中因机械设计不够科学合理，造成了大量的能源资源被浪费，违背了可持续发展观的理念。因而研究分析机械设计中节能设计的基本原理与应用方法，对我国机械制造业的健康可持续发展具有重要意义。
1机械设计中节能设计的基本原理
机械设计中的节能设计主要以平衡理念为基本指导思想，平衡节能原理即是机械设计中节能设计的基本原理。功率匹配节能、减小摩擦、动力源改进是机械节能设计的三个主要方面。结合实际情况，在设计前，对机械在操作运行过程之中可能产生的能源消耗与浪费的情况进行充分考虑，从设计中每一环节的细节着手，才能从根本上实现节能的目的。
1．1动力源的节能设计原理
通常情况下一台机械设备的发动机就是其最主要的动力源。节能设计的动力源原理即是，在最大限度增加发动机输出功率的同时，最大限度减少发动机的输入功率。简单来说就是在机械设备运行过程中尽可能地提升电能与热能、动能、势能等的转化率。在实际节能设计过程中，通常是从设备的启动与减速停止这两方面体现动力源的节能设计原理。例如，在设备的启停过程中，惯性会让准备停止的设备继续运行，而通过合理的设计将这部分动能存储起来，用于设备启动时的动力能源。
1．2减小摩擦的节能设计原理
在机械设备运行过程中，各设备之间会互相发生摩擦，造成动力源输出动力的损耗。在设备运行过程中最大限度减少动力传送带、动力传送柱、齿轮等部件之间的摩擦，是节能设计中的一个重要原理。在节能设计中，通常利用表面光滑的构件组成设备的各连接部分，或是使用油、剂减少设备在运行过程中摩擦带来的能源消耗问题。
1．3功率匹配的节能设计原理
机械设备的节能设计需遵循功率匹配的原理，即根据设备具体使用环境与情况设计与之相匹配的运行功率。例如，设计装卸工厂传送带的运行功率必然会远大于设计食品加工传送带的运行功率，同时在节能设计中，对设备进行功率档位的设计，也体现了功率匹配的节能原理。
2当前机械设计中造成能源浪费的原因
2．1节能设计理念缺乏
当前我国机械设计理念依然停留在如何最大限度提升和保证机械设备的生产效益和生产能力上，机械设备的运转速度、负载能力、运行强度等是设计人员在机械设计过程优先考虑的因素，其次才是设备运行的安全性与稳定性，而节能设计被完全忽略。甚至为满足设备性能的最大化，将设备能耗设计到匪夷所思的地步。
2．2设计人员专业素质低
设计人员自身专业素质的高低直接决定机械设备质量的优劣。当前，部分设计人员的设计理念滞后，专业知识水平不高，又对新的设计理念与设计知识抱有抵触心理，这使得机械设备的节能设计难以深入开展。同时，设计与实际脱节的现象也普遍存在，这是由于大多数设计人员在设计前没有充分地考虑及考察设备在具体环境下的使用情况。
2．3技术水平偏低
当前我国机械制造业技术水平偏低的现实，制约了节能设计理念与思想的实现。即便企业引进国外的先进机械生产加工技术勉强实现设计中的节能构想或是直接引进国外节能机械设备，但这无疑大大增加了企业的投入成本。因而许多企业宁愿继续使用高耗能的机械设备，也不愿花费额外成本引进节能技术或节能设备。
3实现我国机械设计中节能设计的方法
3．1选择绿色材料和环保型动力源
在设计过程中，对机械设备的选材应优先考虑无污染、可回收、易处理的绿色环保材料。在动力源的选择尤其是发动机选择上，尽量选择污染排放小或无污染的环保型动力源。如今各种新型能源、可再生能源、洁净能源被不断地开发利用，设计过程中，在不影响机械设备运行效率的情况下，设计工作者应尽量选择环保型能源(如太阳能、风能、煤层气)作为设备的动力源。选用发动机可考虑环保型水冷增压发动机或是电控节能型发动机。
3．2电子控制系统
利用无线网络技术与计算机技术组成的电子控制系统，对机械运行进行精确控制，实现节能的目的。在设计过程中，加入电子控制系统，对机械设备的实际运行状态进行实时监控，智能终端根据设备运行的数据信息，控制设备在每个节点和时间段的功率输出，达到最佳的节能效果。
3．3新技术的开发与引进
节能设计方案的实施离不开节能技术的支撑，我国应加大对节能技术开发的投入力度，并学习和引进国外先进的节能技术。不能让技术发展水平限制了节能设计的发展。同时，设计工作者也应在设计方案中尝试引入更多的新型节能技术，激励和引导我国节能技术进步与发展。
4结语
除了学习和掌握现有的机械节能设计方法，还需不断地改进和创新机械节能技术。同时我国机械节能设计技术与方法需与时俱进，顺应时展的潮流，以促进我国机械制造业健康持续发展。
参考文献:
［1］车胜创．机械设计节能基本原理的分析与应用［J］．长安大学学报(自然科学版)，2011(3):95－101．
机械设计原理篇3
关键词：机构组合；机械原理；实验；机械系统
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1674-9324（2014）22-0175-02
随着我国由“制造大国”向“制造强国”转变的历史性跨越，高校的实践教学愈加受到广泛的重视[1，2]。而对于培养目标为“培养具有社会责任感、基础扎实、知识面宽、富有创新精神与实践能力的应用型高级专门人才”和“以工为主，以轨道交通为特色”的大学来说，逐步将演示性、验证性实验改变为综合性、设计性实验，以强化对学生的机械综合设计能力、实践动手能力及工程意识、创新意识与创新能力的培养，更是迫在眉睫。
一、问题的提出
《机械原理》课程是工科机械类各专业的一门承上启下的重要技术基础课，在学生从理论学习到实际设计的转化过程中起到重要的桥梁作用。该课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用机构的分析和综合方法，并具有进行机械系统设计的初步能力。由此可见，实验教学在整个机械原理课程的教学体系中，具有十分重要的地位，除了能使学生巩固和加深对理论知识的认识与理解外，更是理论结合实际、提高学生的动手能力、启迪学生的创新思维的必要手段。以往传统的机械原理实验项目多为《机构运动简图测绘》、《渐开线齿廓范成原理》和《回转件的动平衡》等验证性实验。经过近几年的努力，实验室研发了《平面连杆机构设计实验》，为开创设计性实验探索了道路。为了进一步深入开展综合性、设计性实验的设计、开发与实践，课题组研发了此项机构组合设计与搭接实验。
二、实验的目的及任务
设计性、综合性实验――《机构组合设计实验》的训练内容涉及常用机构、组合机构设计与分析、机械系统方案设计等，该实验的目的为：
1.培养学生机构运动方案的构思与设计，提高其综合利用所学知识解决实际问题的能力和动手能力；
2.通过对实际工程问题的机构设计及搭接，加深学生对机构运动特性、运动干涉等问题的理解，培养学生观察问题、发现问题的能力；通过实验的多方案设计培养发散思维和创新设计能力；
3.培养学生协作能力及团队精神。此项实验的任务可根据学生理论知识掌握程度，自选或指定以下机构之一：内燃机机构；精压机机构；牛头刨床机构；齿轮―曲柄摇杆机构；齿轮―曲柄摆块机构；双滑块机构插床机构；筛料机构；凸轮―五杆机构；间歇运动组合机构等。
实验以学生为主，构思2～3个可行方案，比较各方案优缺点；对优选方案进行详细设计，绘制机构运动简图，进行实物搭接和试运转；在老师引导下学生发现所搭接机构的不足之处，并提出改进措施。
三、实验原理、方法与步骤
1.实验装置。实验选用湖南长庆机电科教有限公司生产制造的CQJp―D机构运动创新设计方案实验台为实验装置：
①实验台机架（如图1所示）：
②实验台组件：该试验台组件涵盖了机械原理课程中讲到的各种机构的典型构件：连杆和滑块、齿轮和齿条、凸轮、槽轮和拨盘等，如图2所示。另外还提供了用于连接、固定和锁紧等辅助功能的组件：复合铰链、主/从动轴、铰链支座、压紧螺栓、层面限位套、高副锁紧弹簧、齿条护板等。
2.实验原理。机构具有确定运动的条件是其原动件的数目等于其所具有的自由度的数目。因此，如将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来，则由其余构件构成的构件组必然为一个自由度为零的构件组。而这个自由度为零的构件组，有时还可以拆分成更简单的自由度为零的构件组，将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组（或阿苏尔杆组），简称为杆组[3]。由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：F=3n-2p1-ph=0式中：n为杆组中的构件数；p1为杆组中的低副数；ph为杆组中的高副数。由于构件数和运动副数目均应为整数，故当n、p1、ph取不同数值时，可得各类基本杆组。当ph=0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。其F=3n-2p1=0，故n=2p1/3，故n应当是2的倍数，而p1应当是3的倍数，即n=2、4、6……，p1=3、6、9……。当n=2，p1=3时，基本杆组称为Ⅱ级组。Ⅱ级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构均由Ⅱ级杆组组成。n=4，p1=6时的基本杆组称为Ⅲ级杆组。由上述分析可知，机构的组成原理为：任何平面机构都是由若干个基本杆组（阿苏尔杆组）依次联接到原动件和机架上而构成。此原理即为机构组合设计与搭接实验的基本原理。
3.实验的方法与步骤。①掌握平面机构组成原理；②熟悉实验中的实验设备，各零、部件功用和安装、拆卸工具；③确定设计机构的类型，构思2至3个可行方案，比较各方案优缺点；④对优选方案进行详细设计，绘制机构运动简图；⑤将优选方案正确拆分成基本杆组；⑥正确拼接各基本杆组，将基本杆组按运动传递规律顺序联接到原动件和机架上，进行实物搭接和试运转；⑦按要求完成实验报告。
此项实验从培养学生机构运动方案的构思和动手实践能力出发，能够使学生受到三个层次的训练：①掌握实验的基本技能，验证所学的理论，加深对所学知识的理解；②课程学习与工程实际结合，初步具有进行新型机构创新设计的能力；③鼓励学生自己结合有生产背景的实际课题提出设计目标，进行原理方案设计，在锻炼动手实践能力的同时，加强学生发现问题、分析问题和解决问题能力的培养。
参考文献：
[1]王汝贵，蔡敢为.两自由度可控机构动态性能实验装置研制[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：3-5，11.
[2]蔡书平，桂亮.机械运动学与动力学实验教学应用研究[J].高校实验室工作研究，2012，（4）：47-49.
机械设计原理篇4
关键词：aDamS；机械原理课程设计；仿真
中图分类号：G622.3文献标识码：B文章编号：1009-9166（2009）017（c）-0113-01
机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学的理论知识解决实际问题，获得工程技术实训的实践性教学环节。长期以来，各个学校来对“机械原理”课程设计的教学内容与教学方法进行了不少的改革，取决了较好的效果。但在课程设计过程中对机械机构的方案进行对比分析或变参数分析存在很多局限性，这在一定程度上影响到这门课程的教学效果和学生的学习积极性。
为进一步巩固学生在课程阶段所学的理论知识，培养其独立分析和解决问题的能力，解决产品方案设计教学与结构设计教学相脱节的问题，获得产品开发的综合设计能力，笔者让学生利用aDamS软件完成课程设计中的机械运动学及动力学的分析和设计，这改变了原来学生用图解法或解析法进行机械原理课程设计的传统做法。让学生在设计过程中得到系统的训练，这使学生变学生的被动学习为主动学习，教学效果很好。
一、虚拟样机技术――aDamS简介
虚拟样机技术是一项新生的工程技术。借助于这项技术，工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精化和优化系统的设计与过程。aDamS是由美国mDi公司开发的一套应用最为广泛的机械系统运动学和动力学仿真分析软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析，利用aDamS软件建立参数化模型可以进行设计研究、试验设计和优化分析，为系统参数优化提供了一种高效开发工具。因此，利用aDamS软件可对机械原理中凸轮机构、齿轮机构、曲柄连杆机构等常用机构的静力学、运动学和动力学特性进行仿真，使学门了解现代计算机辅助机械设计的高效、直观、快捷的特点，从而提高他们的学习积极性。
二、aDamS在机械原理课程设计中应用
机械原理课程设计的内容和步骤如图1所示。以机械运动方案设计与解析法机构设计好机构后，可以用aDamS进行三维运动仿真验证机构设计的合理性。
aDamS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。同学用户在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动。这些就像做实际的物理试验一样。aDamS的仿真流程如图2所示。
1、建模：aDamS/View是aDamS系列产品的核心模块之一，可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。几何建模是aDamS/View仿真分析的第一步，先要建立好几何模型（或者从CaD软件中导入）、然后用约束限制和定义aDamS中各零件的位置和运动，模拟机械的实际运行状况。最后利用外力或运动将他们驱动。aDamS/View支持参数化建模，以便能很容易地修改模型并用于实验研究。
2．求解：aDamS/Solver会根据设定自行运算求解，得到如位移、速度、加速度、作用力及反作用力等信息，不但能得到最终结果，而且还可以获得计算过程中的每一步的信息。设定仿真时间及仿真步数，设定完毕后点击即可开始仿真，提交给求解器，在求解的同时，主窗口会同步显示模型的运动状况。待仿真结束我们通过可以进行动画回放模型的运动过程。
3．后处理：进入aDamS/postprocessor后处理模块，可以对仿真结果进行深入分析。aDamS/postprocessor模块主要提供了两大功能：仿真结果回放和分析曲线绘制功能。图3为一个挖土机用aDamS建立模型后在后处理模块进行真结果回放和分析曲线绘制界面。通过仿真结果的后处理，可以：1）对进一步调试样机提供指南；2）可以通过多种方式验证仿真结果，并对仿真结果进行进一步的分析；3）可以绘制各种仿真分析曲线并进行一些曲线的数学和统计计算；4）可以通过图形和数据曲线比较不同条件下的分析结果；5）可以进行分析结果曲线图的各种编辑。
机械设计原理篇5
关键词：机械原理；系统化；多样化创新性设计；实践性
作者简介：张莉洁（1976-），女，河南洛阳人，洛阳理工学院机械工程系，讲师。（河南 洛阳 471023）
中图分类号：G642.0 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2014）14-0120-02
机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，机械系统设计的正确合理性，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大，决定着机器性能的好坏。机械系统方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用和总结已有知识和实践经验，深入理解，广泛积累，收集相关技术资料，充分发挥创造性思维和想象能力，灵活运用各种设计方法和技巧，从而设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。
作为“机械原理”课程的一个重要实践性教学环节，机械原理课程设计的内容正是对机器进行机械系统方案设计。它是学生将所学知识转化为实际工作能力的桥梁，使其将所学知识系统化；使理论与工程实际相结合，提高分析解决工程实际问题的能力，树立机构分析和设计的概念，树立正确的工程设计观点；通过创造意识的教育，培养学生创造、实践能力。根据近年来对课程设计实践教学环节的深入探索及积累的经验，本着洛阳理工学院提出的培养工程应用型创新人才的教育理念，笔者总结了学生在进行课程设计时出现的普遍问题，针对机械原理课程设计的培养目标，本文从机械系统设计过程的系统化、实践性及创新性这三个方面对原有教学模式存在的问题加以提出、探讨和论述。
一、机械原理课程设计教学内容及存在的问题
“机械原理”课程设计的核心内容是对机械系统进行方案设计。其一般设计步骤为：拟定机械工作原理，制订总体功能，提出设计要求；执行构件和原动机的运动设计，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数及运动协调配合关系；机构选型，选择满足机械运动、动力要求的机构类型，确定机械系统结构方案，绘制系统示意图；机构的尺寸综合，根据执行构件和原动机的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；方案分析，进行运动学和动力学分析，对系统方案合理性进行论证，验证其能否满足运动要求。机械系统设计工作是一项创造性劳动，设计过程通常不会一次性完成，经常出现反复和交叉，通过不断论证分析的过程才能达到最终的设计目的和最优的设计要求。
根据近年来“机械原理”课程的理论教学，结合课程设计实践环节指导经验，笔者发现学生在机械系统设计中，普遍存在如下问题：面对复杂的机械系统，学生在初始确定机械方案的工作中不能把握全局，没有“整体规划”的概念，竟不考虑机械系统各部分的运动协调性和机构运动实现的可行性，设计工作呈现照猫画虎的状况，无法发挥自身主观能动性和创造能力，如此“参考设计”并不利于学生真正掌握机械系统设计的精髓。另外，原有课程设计所选设计题目大都集中于传统、经典式的机床类设计，题目过于单一，创新设计性体现不强，导致学生缺乏设计兴趣。
笔者认为在课程设计过程中应积极发挥学生的主观能动性，能够通过思考自行提出解决方案，培养创新和实践能力，这才是该课程设计所应达到的教学目的，针对以上培养目标和所述问题，本文分别对课程设计进行中的重要环节和应注意的问题加以探讨和论述。
二、系统化、实践性及创新性教学探索
1.总体规划，把握正确设计方向
机械系统的正常工作是依靠各部分机构的协调运动来实现的，因此机械系统方案设计的最初工作阶段应是“系统工程设计”，即应在满足机器各执行构件的协调运动关系和运动、动力要求下，高屋建瓴地进行整体规划，该阶段应包括上节所述设计步骤的前三步。“系统工程设计”阶段将为之后各设计阶段提供设计目标、依据和技术参数，其重要性正如房屋的架构或是汽车的运行，决定了机械系统方案设计工作成功与否及方案的可实现性与合理性。
然而，“系统工程设计”工作正是学生在设计过程中遇到的最大困难，其不愿运用逻辑思维统筹分析各部分运动协调关系和机构运动的合理性，而是莽撞地从熟知的局部机构入手开始设计，如此毫无方向性的设计方法无异于盲人摸象，而后的工作无论进行得多细致也无法保证正确的设计结果，最终导致南辕北辙的失败。
进行“系统工程设计”的关键步骤是绘制各执行机构的运动工作循环图。运动工作循环图使各执行部分协调运动关系明晰可见，更有助于设计者理清思路。最清楚的绘制方法是在直角坐标系中分别做出各执行构件所对应原动件在一个工作循环内的运动位移曲线以及对应的阻力曲线，该曲线将为之后的机构设计、运动和受力分析提供必要的设计技术参数。
以牛头刨床机构举例分析，该机器有两个相互协调的执行端运动，其一为刨头的往复直线运动，通过电机、减速装置及转动导杆和曲柄滑块机构的组合执行机构来实现；另一个运动是工作台的横向进给运动，该运动由主运动通过传动系统，而后通过曲柄连杆、棘轮机构及丝杠螺母组成的螺旋运动来实现，两者的运动协调关系为工作台的横向进给运动必须在刨头非切削时间内进行，否则被加工工件将被损坏。绘制运动循环图时应分别画出刨头、工作台对应于原动件曲柄转角转动一周的位移曲线图。另外，其工作中切削阻力曲线也应相应绘出，为之后在任意位置进行受力分析时提供相应数据。
运动循环图将对之后各阶段提出一系列设计要求，如工作台进给的间歇运动是最终通过棘轮机构实现的。若通过曲柄摇杆机构来实现主动曲柄和棘轮的运动传递，则应考虑如何设计曲柄连杆机构，才能保证棘轮的工作行程（拨齿使工作台进给）位于刨头主运动的回程段，且工作周期一致。以上运动协调性为之后进行机构尺寸综合提出了设计要求，通过分析可将其转化为机构设计的三大类基本问题来解决。
2.开展实践调查研究，锻炼自主研究能力
由于理论学习占授课的主要部分，许多学生对实际机器缺乏感性认识，只会按既定方案进行教条设计，如此闭门造车的设计状态使学生缺乏设计兴趣，且设计出来的方案也是纸上谈兵，不符合实际。
优秀的机械系统设计工作依赖于设计者的丰富经验，针对专业知识匮乏，实践少的问题，在进行课程设计前的准备工作中应提出以下要求：开展实践调查研究，锻炼学生自主收集获取相关技术资料及深入自主研究的能力。鼓励学生广泛阅读，扩展知识面，了解最先进的机械构造和设计技术，对机械系统的丰富性能窥得一斑。生活中先进机械系统实例举不胜举，如汽车构造中实现前车轮转向的机构、四连杆独立悬架直线机构等等，都是极具创意且包含先进设计思想理念的设计实例。
获得实践的方式很多，如实地参观考察，听现场工人师傅讲解；图书馆、网络技术资源也能够感受到一个丰富精彩的机械世界。通过实践，再与所学理论知识相结合，学生再一次经过了由感性上升到理性的认识过程，掌握了课本知识与实际机器的内在联系，在设计时更易发挥其主观能动性。在补充专业知识的过程中，领略前辈们的智慧和创新精神，想必也一定会激发学生自主设计的欲望与热情。
3.拟定多样化、创新型设计题目，启发创新思维
目前现有传统的经典式机械系统设计题目通常是一些仅要求满足急回特性和一定协调运动的机床类设计，这类设计题目多数较为成熟，设计难度不小，而类型过于单一，创意思考空间并不大，无法体现机械系统的丰富性。而实际机械系统的功能和设计要求是极其多样化的，学生在进行课程设计中却始终没有机会接触到这些，无法感受到机械系统设计的丰富多样性和创新趣味性，更无法为学生带来创新设计成功后的成就感和喜悦感，更甚者学生直接照搬照抄，比葫芦画瓢。
笔者认为，针对初学的学生拟定机械系统题目不宜太过复杂，而在于有思考性和设计意义。只要有创新和分析价值，能激发起学生创新设计的欲望，这样的题目即可获得事半功倍的效果。随着不断完善的教学体系发展，多样化、创新性设计题目应有所呈现，而这些题目能使学生充分利用所学之术，锻炼分析判断能力和解决实际问题的能力。
举例来说，机械系统中执行机构通常是由一些简单而极富创意设计的四连杆机构来实现的，如从这方面选题，就应要求学生在完成设计的过程中要使设计既不过分复杂，同时又能让人感受到机械系统的设计理念。在此举出以下实例加以说明。
如让学生进行汽车前车轮转向系统的设计。首先向学生提出以下问题：两前轮转向时，两车轮的转角是否相等；然后分析问题：汽车高速行驶时首先要保证行驶的安全性，因此车轮转向时应保证整车纯滚动，否则将会出现打滑的危险。由此得到结论：前车轮两轴线必然与后车轮轴线交于一点，由几何分析得到两车轮转角具有一定的函数关系。该机构可由等腰梯形四连杆机构来实现，其设计问题可归纳为给定两连架杆位置的函数生成问题。该问题可分别采用图解法和解析法来进行求解。
再有，鹤式起重机的执行机构为双摇杆机构，其末端利用连杆的运动来实现重物的移动。问题看似简单，但其设计却有一定的特殊功能要求。为保证起重机在左右移动时不上下起伏，避免不必要的做功浪费，应保证连杆末端轨迹为直线，该问题正归纳为连杆机构设计的难点――轨迹生成问题。设计时可首先让学生了解经典的直线轨迹机构，可采用图解法先进行几何特征分析，然后再利用优化设计来建立数学模型，以与直线轨迹误差最小作为优化目标进行针对性设计。
通过以上所举实例可知，实际机械系统中有很多亟待解决和优化的问题都依赖于机械系统方案设计。诸如此类具有一定不确定性的设计问题，让学生真正感受和接触到实际问题的存在，即使在设计过程中的思考和思维过程很艰难，解决问题时会感到困苦，但收获成果的喜悦是无法替代的。整个设计过程是伴随着激情和设计灵感的创造性活动，而不再是一项繁琐枯燥的事情，使机械系统创新设计理念深入人心。
三、总结
综上所述，通过创新性、实践性的课程设计过程，使学生对机械系统的设计理念有所感悟，使学生更好地在创造实践能力和分析思维方面得到大幅度的锻炼，真正达“机械原理”课程设计实践教学的目的。同时，也对学生今后进一步深入研究并确定其研究方向和领域大有裨益，起着导向作用。期待在今后的机械原理课程设计中将出现更多丰富的创新实践性题目和先进的设计理念，培养出优秀的应用型创新人才，以适应我国科学技术及工程创新的发展。
参考文献：
[1]刘毅.机械原理课程设计[m].武汉:华中科技大学出版社,
2008,(1).
[2]鲍莉,赵红霞.基于CDio理念构建机械设计基础课程一体化培养模式的研究[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2011,(1):93-96.
[3]张永安.我国机械设计教学现状的思考及建议[J].中国大学教学,2013,(6):35-36.
[4]鲍莉,康红艳.《机械原理》课程教学研究与实践[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2010,(18).
[5]张永安.机械原理课程设计指导[m].北京:高等教育出版社,
机械设计原理篇6
关键词：导盲障碍物检测射频识别
中图分类号：tp249文献标识码：a文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0065-03
在生活中，我们往往会忽视一样我们的“心灵之窗”――眼睛，我们每人都会忽视它而不会保护它，但当你体会了盲人的生活，你就会知道眼睛是多么的重要。当我们蒙着眼睛去体会失去眼睛该怎么走路、日常工作时，才能真正体会盲人不能感知外界事物的痛苦。
作品的研究目标是为了方便盲人行走，使其感觉障碍物方位和感应路面情况的导盲装置，辨别障碍方向的杠杆传动机构以及辨别路面凹凸情况的摆动导杆机构可以使盲人学生在校园行动方便，不再因自己感觉不到障碍物而困扰。盲人朋友手持手柄即可以感触到障碍物及路面凹凸情况。作品含有射频识别装置可以完成对路面导航标签的识别，达到导航的目的。
1设计方案
1.1作品底部行动机构
行动机构是由辨别障碍方向的杠杆传动部分以及辨别路面凹凸情况的摆动导杆机构构成。其中零部件为感触杆、万向轮、铰链、软铁丝、弹簧。6个万向轮与地面接触，其中铰链上的5个感触杆用来接触障碍物，连接件上的万向轮通过导杆机构反馈地面凹凸情况。每两个轮子之间的角度是45°，整体范围为180°，铰链与中间固定杆连接。
1.2行动机构中辨别障碍方向的杠杆传动部分
行动机构中辨别障碍物方向的杠杆传动中，其中铰链上的5个感触杆用来接触障碍物，这样就构成了一个力偶机构。首先我们的铰链和感触杆L11，L21，L31，L41，L51的底端通过弹簧相连接，L11，L21，L31，L41，L51的顶端和软铁丝相连接，而软铁丝和球型铰链相连接，这样，就构成了一个简单的力偶矩结构，形成一对方向相反的力偶。当带有杠杆传动部分的感触杆碰到某个方位的障碍物，这个障碍物时会相应的给感触杆一个力，然后杆L11的底端就会受到反作用力，方向指向靠近中间固定杆，由于两个力偶的方向相反，L11杆的顶端就会受到一个远离中间固定杆的力，这个力带动软铁丝L12，继而拉动手柄上的球型铰链，手柄向障碍物相反的方向摆动，握着手柄的盲人同学就会感受到Lii所在的方向碰到了障碍物。
当这个感触杆L21碰到障碍物时会受到一个外力，然后杆L21的底端就会受到一个远离中间固定杆的力，这个力带动软铁丝L22，继而向相应方向摆动，握着手柄的盲人同学就会感受到L2i所在的方向碰到了障碍物。同理L31，L41，L51等所在方向的应用也是如此如图1所示。
这里的弹簧起到支持、回复原状的作用，当路面无障碍物的时候，弹簧可以保持机构稳定，而遇到障碍物后，避开后则会恢复原状。
1.3作品底部辨别路面凹凸情况的摆动导杆部分
凹凸部分是利用摆动导杆机构，实现路面凹凸感知功能的。如说明图，图2所示，5个圆形万向轮与铰链相连，铰链与万向轮连接部分可以上下转动，因此当发生路面的颠簸或者障碍物的阻挡情况时，万向轮出现上下摆动，带动导杆上下移动，继而传递到手柄部分，盲人便可以通过手部的触觉，感知路面的情况。在压过凸起障碍物或者上坡时，万向轮上翘，使导杆下移；在遇到坑陷或者下坡时，万向轮下垂，使导杆上移。所以，使用者可以根据导杆的上下移动以及整体的受力情况，可以较为准确地推测出即将通过的相应路面的实际情况（图3）。
1.4上部手柄方向转动
上部手柄部分包括球型铰链，手柄。当杠杆传动部分的感触杆受到障碍物的作用力，带动软铁丝，将力传递到手柄部分。具体流程是杆体通过球型铰链与手柄相连，当受到某个方向的力的作用时，铁丝拉动球型铰链上端带孔装置，而孔的方向与下部5个万向轮方向一一对应，位置上完全相反，这样会使手柄转动方向与障碍物的位置方向完全相反，方便身体感知。并且与导杆连接时，感受路面凹凸情况。例如左上方障碍物，手柄会向右下转动。符合人体感受事物的方向特征，更直观的感受障碍物方向，加之感受此处路段路面情况。
1.5固定支架
如图4，固定支架是由一个中间固定杆和连接件组成，其中万向轮固定在连接件圆柱体部分中心。盲人校园通的支架起固定作品行动机构的作用，支架地面的万向轮与行动机构的另外5个万向轮组成一个平衡系统，使作品能够在这个平衡力的作用下保持平衡并且灵活的使用。
1.6射频识别技术
射频技术（RFiD）可以完成对含有路面导航标签建筑物的识别，从而达到导航的目的。我们通过射频识别技术使无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，在作品行动机构部分里的万向轮的连接件底部接入一个读卡器（Reader），各个建筑、路标等地安置路面导航标签即应答器（transponder）。读卡器识别导向信息接收解读数据，做相应的处理后通过语音提示盲人目前位置，达到导航的目的。射频识别的优势是无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，FiD技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
1.7超声波避障技术
超声波避障技术可以完成对路面悬空障碍物的识别，已达到避障目的。超声波避障技术通过超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物被反射回来，再被超声波传感器接收从而识别悬空处障碍物，并通过单片机系统做相应的处理后，语音提示盲人朋友，以帮助盲人躲避悬空处障碍物。
超声波避障的优点是实现方法简单技术成熟，受外界环境因素影响小、灵敏性强，相对于其他传感器，探测距离更长，精度更高等优点。
1.8语音技术
语音技术通过单片机系统、超声波传感器，射频识别及语音模块组成。射频识别装置接收信号后传递到单片机系统，单片机系统通过控制语音模块进行语音导航提示，以帮助盲人朋友确定所在位置。其次是当超声波传感器发出超声波，遇到障碍物被反射回来后，信号传到单片机系统并通过单片机系统控制的语音模块进行语音提示，以帮助盲人朋友辨别障碍物所在位置，达到帮助盲人导航及避障的目的。从而为盲人朋友的行走提供便利。
语音模块优点是语音模块能帮助盲人朋友在行走中摆托障碍物所带来的困扰及黑暗世界给他们带来的不便。
其次它是通过清楚明了的提示性语言为盲人朋友提供帮助，让盲人朋友更加精确地辨别障碍物所处位置，以便能让盲人朋友更好的避开障碍物。达到提示避障目的。
2工作原理及性能分析
2.1辨别障碍方向的杠杆传动部分
障碍物时会受到一个外力，然后感触杆L21的底端就会受到一个向里的力，而L21杆的顶端就会受到一个向外的力，这个外力就会拉动软铁丝L22，感触杆拉动手柄，手柄就会向与障碍物相反的方向摆动动。
2.2辨别路面凹凸情况的部分
利用摆动导杆机构，实现路面凹凸感知功能，每个万向轮带动导杆上下移动，在压过凸起障碍物或者上坡时，万向轮上翘，使导杆下移；在遇到坑陷或者下坡时，万向轮下垂，使导杆上移。
2.3上部手柄感知部分
上部手柄部分包括球型铰链，手柄。当杠杆传动部分受到障碍物的作用力，拉动软铁丝，将力传递到手柄部分。
2.4射频识别技术
利用射频识别技术，在作品行动机构部分里的万向轮的铰链底部接入一个阅读器（Reader），各个建筑、路标等地安置导向电子标签即应答器（transponder），利用射频识别装置，当路过贴有导向电子标签时，读卡器读取导向信息，通过语音提示盲人所在位置，以及周边道路和建筑物的信息，达到导航的目的。
2.5超声波避障技术
利用超声波避障技术，在作品中安装了超声波传感器，通过超声波的回声定位的特性确定悬空处是否有障碍物及障碍物所在位置，从而通过语音提示盲人朋友避开障碍物，达到避障目的。
3创新点及应用
3.1辨别障碍物方向
杠杆受到前进阻力，上下两端形成一个方向相反的力偶，带动软铁丝，使手柄向与障碍物方向相反方向摆动。
3.2辨别路况信息
利用摆动导杆机构，实现路面凹凸感知功能，每个万向轮带动导杆上下移动，在压过凸起障碍物或者上坡时，万向轮上翘，使导杆下移；在遇到坑陷或者下坡时，万向轮下垂，使导杆上移。
3.3语音导航功能
射频读卡器，读取路面导航标签，进行语音提示导航。
4结语
在国内外，没有很好的仪器来帮助盲人，而且盲道周围的状况并不好，平时总能看到自行车停在盲道上，或者是树枝垂落在盲道上空，可想而知，这样的状况是不能方便盲人行走的。而且对于没有自理能力的盲人来说，导盲犬的价格也不是每一个盲人能够承受的起的，在这样的情况下，我们这样一个新颖的设计必能给盲人带来新的曙光，低廉的价格和实用性都是此设计的巧妙点。本作品为原创方案，我们设计的初衷是帮助盲人用最小的成本、最方便地行走在盲道上，减少他们的不便。在设计中，我们也人性化地考虑到了盲人行走的速度，这样提示的时效性就更为明显了本作品的价格对于盲人朋友可以接受，并且操作简单，可以得到大量的推广使用。并且我们认为经过我们进一步完善我们作品，此作品可以在社会上得到大量推广占有一定的市场。
参考文献
[1]刘鸿文.材料力学[m].北京：高等教育出版社，2004.
[2]徐锦康.机械设计[m].北京：高等教育出版社，2004.
[3]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[m].北京：高等教育出版社，2006.
机械设计原理篇7
高校是培养科研技术人员的重要基地，是创造高科技产品的重要场所，是推动社会科技发展的重要力量。机电一体化产品给传统的机械行业带来了新的发展契机和附加值增长点。作为机电产品的控制核心，微控制器及其应用技术显得尤其重要，机电复合人才的紧缺也显日渐突出。结合机械制造及自动化本科专业的特点，将微机技术与传统机械课程相结合，培养机电复合型人才，以适应时代的需求。《微型计算机原理及应用》已列为我校机械专业本科生的专业基础课，在兄弟院校的课程设置中，该课程也通常作为专业基础课。本课程是后续多门专业课程学习的需要，也是学生毕业后从事微机控制、机电产品开发及其相关工作应必备的。因此，《微型计算机原理及应用》课程的重要性显而易见。由于该课程涉及硬件与软件，学生之前没有接触硬件的经历，因此学习难度比较大。非计算机专业研究生的计算机教育是复杂和具有挑战性的。因此，为提高本课程教学水平，保证教学质量和教学效果，激发学生学习兴趣，增强学生学习能力，有必要对这门课程不断地进行教学探讨和教学改革。
二、机械类本科生《微型计算机原理及应用》课程现状
本课程包括微型计算机硬件知识、汇编语言及编程知识、接口芯片与接口芯片的应用等。结合机械制造及自动化专业特点，及目前业界机电相结合的发展趋势，我们应该培养机电复合型人才。针对人才培养目标，课程体系和教学内容紧紧围绕厚基础，重能力的培养目标，强调理论与实践并重，注重培养学生知识应用能力和适应课程特点的学习方法。通过课程学习，不仅使学生掌握微机的基本组成结构和工作原理，更重要的是通过实践环节的训练，加深对理论知识理解，着重掌握计算机接口软硬件设计能力，为相关专业学生后续专业课程的学习奠定理论基础，培养学生分析问题、解决问题的能力。目前围绕该课程的教学工作设置56学时课堂授课、10学时实验，以及为期两周的课程设计。课堂授课侧重微型计算机基本结构、工作原理、汇编语言编程以及接口芯片基础知识，实验教学和课程设计进一步加强接口芯片方面的知识，让学生在具有一定微型计算机硬件基础知识和初步掌握汇编语言编程基础上加深对微型计算机的认识和接口芯片的应用。
通过多年的教学实践，发现机械类本科生由于前期电类课程开设有限，且首次接触微型计算机硬件层面知识，在学习过程存在以下现象：（1）对微处理器的工作过程理解有难度；（2）对微型计算机的主要组成部件存储器的工作特性理解不透彻，尤其是不容易理解存储器地址的概念；（3）普遍对汇编语言理解、掌握较好；（4）对接口芯片使用，特别是微处理器对接口芯片的控制、访问以实现数据传输控制有一定难度。
三、机械类本科生《微型计算机原理及应用》课程教学改革探讨
经过多年的教学实践摸索，以及长期和同学们讨论交流，结合课程教学、实验教学和课程设计中存在的现象，兹提出以下改善措施和建议。
1.课堂教学的改革。目前以多媒体课堂教学为主。虽然能够重点突出并且增加课堂信息量，但是，由于学生初步接触计算机硬件知识，对一些概念理解不够深入，ppt幻灯片翻页之后学生不能及时做好笔记、跟进讲课进度。因此，我们在准备课件时将一些重点难点知识通过动画的方式展示给学生。通过详细动画演示，学生们对微处理器内部逻辑功能有了形象的认识，加深理解。结合课堂讲解，如果辅以教学网站以及相应的师生交流互动平台，能够给学生提供信息量更大的辅导资料；并能及时解答学生的问题。该教学网站可以提供如下信息：在线学习、在线答疑、问题征解、动画演示、在线自测、网络考场等功能，进一步改进完善了教学手段，丰富了教学方法。
2.实验教学环节的改进。该课程实验最初包括基本实验、设计实验；实验模式方面，主要以验证型实验为主，这不能有效激发学生学习兴趣和学习积极性、培养学生动手能力和解决问题能力。通过多年实验教学实践，发现多数学生满足于简单完成实验要求内容，对接口芯片应用部分内容没有深入探讨和理解。结合机械类本科生知识结构特点，我们提出实验环节内容可以分三个层次，即基本实验、设计实验和综合实验，既考虑学生对基本知识的掌握，又兼顾了学生自身能力的培养。使实验由验证型变为设计型，使学生的动手能力得到了很大的提高。此外，我们还提供实验室开放，使学生有更多的机会锻炼动手能力和计算机应用能力。虽然目前实验课时为12课时，但是为了达到上述实验教学环节的改革，实际执行实验教学课时远远超出计划课时。
3.实践教学环节的改进。本课程实践教学主要包括课程设计和大学生创新活动。该课程设计初期以软件设计为主，主要是编写汇编语言程序，学生在这一过程中，没能充分地体会到《微型计算机原理及应用》课程的特点，有的同学甚至提出可以采用C语言或C++等高级语言更容易实现其软件设计题目。特别是，没有结合我机械制造及自动化专业的特点，应该以硬件（接口芯片）应用为主。经过几年的积累，我们准备了部分涉及硬件知识的课程设计题目，学生在从事硬件课程设计过程能有更强的主动性和兴趣，最终也能有更多的收获。通过接口芯片课程设计题目，学生们甚至可以自学探索接口芯片的使用，极大地激发他们的学习兴趣。比如，我们提供了模数转换（a/D）的课程设计题目，该题目中涉及aDC0809芯片的应用以及数据的显示，数据显示通过可编程芯片8255来实现。同学们通过该课程设计题目自学了模拟量和数字量的转换与aDC0809芯片的基础应用。进一步，我们又安排了多路模拟量的采集与显示题目，同学们通过这一题目深刻理解了微机接口资源的分时复用。不过，限于目前实验室的条件，我们能提供给学生的硬件课程设计机会是在现有的实验平台上从事该课程设计，学生在此过程中的自我发挥也受到限制。下一步，我们考虑提供几个统一的综合性设计题目，让学生自己动手通过面包版或简单的pCB板连接自己设计的电路，进一步对控制电路方面知识达到训练，培养学生硬件开发能力及综合应用能力，对微机控制有一定的接触和理解。
我院本科生积极参与大学生创新活动，结合这一契机我们积极辅导学生提供充分的实训机会。首先让学生们通过熟悉的实验平台实现扩展应用，然后移植到单片机控制板上。学生通过这一训练，对微机的应用有了具体深入的认识，也激发了学生探索微机控制电路设计与编程的兴趣。以《微型计算机原理及应用》课程为基础，可以进一步开设单片机系统、嵌入式系统、DSp系统开发和设计课程，这些后续知识更为接近实际应用，相信会得到学生的青睐。
四、机械类本科生《微型计算机原理及应用》课程的教学实践分析
通过多年的教学实践与逐步改善，我们逐渐摸索出一套适合机械类本科生《微型计算机原理及应用》课程的教学方法，整体效果逐步改善。从课程理解、实验效果、课程考试以及课程设计方面都有了极大提高。课程考试和课程设计方面的提高尤为明显。图1所示为2009级近341人的考试成绩分布，其基本呈正态分布，不过考试中仍然反映出个别问题较为明显，比如学生对硬件部分理解不够好，导致高分段比例较小。
五、结束语
机械设计原理篇8
关键词：机械；设计；新理念
近年来对于机械设计的要求越来越高，这与市场经济的发展和相关企业之间的竞争有紧密的联系，促使机械设计的质量的产量都处于不断提高的发展趋势中，因此传统的机械设计方法就会遭到淘汰，取而代之的是融入了机械设计新理念的设计方法。机械设计新理念与传统的设计理念相比具有非常多十分显著的优点，体现在很多方面，本文针对这些问题都进行了较为详细的介绍。在越来越重视发展与创新的当今时代，一成不变就会遭到淘汰，而且也不能够满足时展的需求。机械设计作为机械行业发展的关键步骤，直接影响着机械的质量，从而影响其使用情况，所以必须严格把控机械设计的质量，对于其中所存在的不足要做到及时改正，只有这样才能够保障机械设计与制造行业的共同协调发展。
1传统机械设计所存在的不足之处
1.1机械零件的质量较差。机械零件的设计以及制造，到最后的使用阶段中，最为重要的就是机械零件的质量，因为零件的质量会影响到拼接之后的机械整体的质量，所以严格把控机械零件的质量是非常重要的。机械零件的质量问题除了发生在生产制造过程中之外，还最容易出现在其设计过程中，制造人员一般是按照设计图纸或者是设计内容进行零件的制造，所以设计出现问题必然会引起制造后的零件质量出现问题。近年来全球化经济发展尤为迅猛，所以需要我国的各个企业的发展速度都呈现逐渐加快的趋势，不但对机械行业的发展提出了很高的要求，而且对机械零件的设计质量也提出了非常高的要求。但是使用传统的设计方法致使机械零件在质量方面存在许多的问题，有一些是机械设备的原因所导致的，经过长期使用的机械设备在功能上出现问题，从而影响到机械设计的质量。还有人为因素，由于技术人员的工作能力不足或者是工作失误所导致的，无论是哪一种原因，最终都导致机械零件的质量不合格，这都是需要解决的问题。1.2环保理念较差。在全球都提倡节约环保的当下，我国也要响响应节能环保的号召，这体现在人们工作生活中的诸多小事上，也体现在许多行业的发展过程中，其中机械设计中就体现出了环保理念，主要是在材料的选择使用以及产品的使用性能上。使用传统的机械设计方法所设计出的零件往往不具有环保理念，首先所选择的原材料就是不合理的，原材料是机械设计和制造的基础，所以对原材料的选择和使用要求十分严格。传统的机械设计方法所选用的原材料在环保理念上就存在不足，原材料的回收性能较差，会造成材料的浪费，不能够进行回收的原材料也会污染到环境。另外，原材料还会决定机械质量，如果选择了性能或者质量较差的原材料，所生产出的零件在质量上或者使用性能上必然会出现非常严重的问题。由此可见，对原材料的选择占据着重要的位置，相关人员应该加强对其的注意，从而保障机械设计的整体质量。1.3机械的实用性能存在问题。机械设计中非常容易出现的一个问题就是具有使用性能，但是实用性能却较差，使用性能和实用性能是两个不同的概念。使用性能强调的是该种产品能够进行使用，而实用性能强调的则是在使用的基础上能够使人感觉到方便，后者更加重视人的感受。任何一项由人来进行操作使用的产品都需要考虑到其实用性能，但是往往一些传统的机械设计理念所设计出的产品的实用性能是较差的，要想取得发展，机械设计中就需要融入以人为本的新理念，从而在保障其使用性能的基础上增强其实用性能。
2机械设计新理念所具备的优点
2.1增强了机械零件的整体质量。相比于传统的机械设计理念，现如今的机械设计新理念更加符合人们的需求，也能够适应时代的发展，满足相关行业的发展需求，具有非常重要的作用和意义，为此将新理念融入到机械设计中是机械设计行业和制造企业发展所必须采取的有效措施。目前的机械设计非常注重质量问题，并且将这一因素作为机械设计中最为关键的因素，用来衡量机械设计是否合理。提高机械设计的质量体现在许多方面，首先是设计人员的技术上和一些相关技术上，由于社会的发展与需求是在以很快的速度进行增长的，所以就需要不断有新型的技术所产生，并且被应用到实际中去，从而提高机械设计的质量。另外，设计人员必须具有足够的能力，这些都是机械设计新理念中的重要内容，设计所追求的是不断创新，所以融入了新理念的机械设计也应当是不断创新和发展的。2.2设计中环保理念较强。在机械设计新理念中要注重环保，使其符合当今的环境状况，所以需要将环保理念融入到机械设计中去。主要是体现在原材料的选择上，所选用的原材料首先在质量上要是合格的，满足设计的要求，使得产品不出现质量上的问题。然后还需原材料具有环保的功能，所选择的原材料能够进行长期使用，减少资金上的浪费。另外，原材料在使用之后可以回收，不仅节省资金，还能够降低对环境的污染。环保理念是机械设计新理念中的重要内容，也非常符合当今时代的发展和需求，所以在机械设计中加入环保理念是非常显著的优点，值得推广采用。2.3机械设计注重以人为本的理念。机械设计不能单单考虑到质量问题和环保问题，主要还是需要考虑其实用情况，在设计时需要了解使用者的需求，对其进行合理的设计，要做到以人为本，一个产品只有使用者能够对其进行有效的使用，并且觉得非常舒适和便捷，这个产品的设计才是成功的，因此机械设计也需要具备这一点，这也完全符合现代设计的特点，是机械设计新理念的重要表现。
3结论
由于国家的经济发展以及综合实力等各方面的发展，给中国的机械设计行业带来了较为严峻的挑战。在这种情况下，传统的机械设计已经无法满足国家发展的需求，针对传统的机械设计中所存在的不足之处进行了介绍，并且结合机械设计新理念对其进行了相应的解决，介绍了机械设计新理念所具有的一些优点。
参考文献
[1]吕尚连.用现代设计方法树立机械设计新理念[J].大科技，2013（20）：314-315.
[2]常林.对包装机械设计新方法和新理念的分析和探讨[J].祖国：建设版，2013（7）：148-149.
机械设计原理篇9
（湖南工贸技师学院 412000）
【摘要】机械设计与制造是机械制造行业的重要环节，机械设计同机械制造之间有着非常紧密的联系，机械设计是机械制造的重要前提，机械制造要以机械设计作为基础。作为机械制造的首要工作，机械设计效果如何将会直接影响到机械产品的性能。文章介绍了机械设计与制造的内涵以及发展方向等内容。
关键词机械设计；机械制造；机械产品；机械设计原则；机械设计效果
机械设计是机械制造的首要步骤，机械设计的好坏将会直接影响到实际工作的效果，在今后工作过程中为了实现科学发展必须不断加强这方面的研究。从当前的情况来看，机械设计本身还存在着一定问题。机械制造是机械设计的下一步工作，机械制造效果在很大程度上是取决于机械制造的。为了实现科学发展，对于这两项工作就应该进行深入分析。
1 机械设计技术分析
1.1机械设计的步骤
机械设计有其专门步骤，在设计的时候，设计人员应该严格按照步骤来进行设计，这样才能够保证效果。实际工作过程中机械设计的步骤主要是分为计划、制定以及设计这三个阶段，对于这三个阶段应该进行深入细致的分析。机械设计的计划阶段。计划阶段的主要工作就是要对之前那些已有的机械产品要能够有充分了解和认识，对于相关机械的性能必须要予以充分认识和把握。对于机械产品的优缺点必须要认真予以记录，这样做的主要目的是为了能够为今后机械制造积累一定材料，这对于提升机械设计效果有着十分重要的意义，对于这些工作必须要予以高度重视。
方案制定阶段是机械设计中的一个关键步骤，在制定方案的时候对于现有条件以及未来期望这两者之间的关系必须要进行科学协调，要在两者之间找到较好的切入点。制定方案的时候对于机械产品的最终形态结果，设计过程中各个环节的调控和处理都需要引起高度重视。对于这些必须要进行认真设计，才能够保证效果。这是实现之后机械设计及机械制造的重要前提条件，实际工作中必须要严格按照设计原则和设计要求来采取措施。在方案制定阶段技术设计是重点，所谓技术设计就是要根据自身经验及初期的设计来进行下一步设计，技术设计的主要目的就是要形成完整的设计方案。
机械设计的设计阶段就是要把原先思路转变成具体的机械描述阶段，该阶段的主要目标就是要获得总装配和总部件装配的草图。总装配以及部件装配草图是设计的重要依据，草图的存在有助于规划工作的顺利完成。需要注意的是在设计工作完成之后还需要对其进行设计修改，只有经过设计修改之后才能够有效保证其效果，这一点是我们在实际工作中需要予以充分注意的一点。为了适应实际批量生产作业的要求，对于模具的设计就需要引起高度重视。机械设计的最后设计又可以称作是定性设计，所谓定性设计指的是实际工作过程中应用于生产机械前的最后一次设计，由于机械设计方案有的地方过于理想，因而不能够满足实际批量生产的需要，因而工作中就需要对其进行定性设计，通过定性设计来对那些不能够满足实际需要的进行有效调整，这一点是我们在实际工作过程中需要引起注意的。
1.2机械设计的原则
为了实现科学的机械设计，在今后设计过程中就应该坚持科学的设计原则。机械设计过程中应主要坚持标准化、技术性能和安全性这三大原则。标准化原则指的是设计过程中需要严格按照机械设计标准来进行设计，设计出来的每个零件、每个组件都需要符合相关文件的规范。只有严格按照标准来进行设计才能够真正适应实际需要。标准化准则是机械设计过程中的一项重要约束，对于这项约束，必须要引起注意。
技术性能原则。技术性能原则是一项重要原则，在实际工作中，技术性能原则指的是实际工作过程中必须要保证机械的性能，只有保证了机械的技术性能才能够实现机械的长时间高效运转，这一点是我们在实际工作中应该引起高度重视的。在设计的时候必须要严格控制机械技术性能的设计，要充分保证设计出来的性能能够符合实际需要。
安全性原则。保证机械安全是机械设计的基本要求，实际工作中对此应该引起高度重视。这里的安全指的是多方面的安全，设计的时候要考虑到零件安全性、环境安全性、生产安全性以及整机安全性，保证设计安全是今后必须要做到的。
1.3机械设计的分类
机械设计当前能够分成多个类别，从实际设计来看可以分为三大基本类型，这三大类型分别是新型设计、继承设计以及变型设计。新型设计把那些成熟的先进技术应用到设计中来进行新的机械的设计，这是一项非常重要的设计，这一点在今后工作中是应该引起重视的。继承设计指的是为了设计功率消耗小、运行效果好的机械，在设计的时候就必须要结合自身经验及设计技术来进行科学合理有效的设计。变型设计主要是从市场需求出发来进行科学设计，变型设计主张对原来的机械设计进行变动更改，从而有效满足市场需求。这样设计的主要目的就是为了能够在满足实际应用的条件下有效节约成本，这一点是需要引起高度重视的。
2 机械制造分析
2.1机械制造的特点
对于机械制造而言，在实际工作过程中首先需要了解其基本特点，这是进行工作的重要前提。通过详细分析就会发现当前的机械制造存在着多元化、服务化和全球化的特点，对于这三个基本特点需要充分把握。多元化。在经济社会快速发展的背景下，机械市场对机械制造技术提出的要求越来越高，与此同时消费者的个性化要求也日益凸显出来。消费者对机械制造的要求逐渐多样化，在实际设计过程中不仅要求机械制造能够具有良好性能。能够满足质量要求，同时还要求能够具有优质的服务。为了适应多样化要求，实际工作中就应该对机械市场进行充分调查研究，只有在进行调查研究之后才能够了解市场的真实需求，这样有助于避免盲目生产。
服务化。服务化指的是在实际工作中，服务质量对产品销售会产生直接影响。为了保证产品质量今后还需要专门进行市场售后服务，对于不同机械产品应该有针对性地来开展售后服务调查工作，通过开展售后服务调查来有效提升企业信誉，进而扩大消费群体，这一点是实际工作中应该予以充分注意的一点。
全球化。当前的机械制造已经逐渐走向了全球化发展的道路，实际发展过程中全球化的主要工作能够有效推动制造业的发展。在经济全球化的背景下，机械制造既可以利用国内市场同时也可以利用国外市场，又可以统筹好国内和国外这两个市场来最终实现企业的快速发展，这对于提升机械制造水平是非常有利的。
2.2机械制造的现状
从当前我国机械制造的发展现状来看，当前计算机的应用已经成为机械制造的重要发展趋势，为了适应日益复杂的管理形势，在今后工作过程中就需要进行创新管理，当前我国机械制造有不少方面还是处于落后状态的。产业大而不强和结构矛盾突出是当前机械制造的典型问题。这些年来尽管我们的机械制造行业中有不少行业都已经处于世界第一的位置，但是从行业创新能力、产业核心竞争力上来看，当前还存在着很多问题。在实际工作中这些问题如果得不到科学合理的解决，就会严重影响到实际工作效率。从产业结构矛盾上来看，当前产能扩张较快、低端领域过度竞争，这种现象会严重影响到企业的自我发展能力。这些问题是我们在今后工作中必须要引起注意的，这些问题如果得不到科学合理的解决，就会严重影响到实际工作效率。
3 机械设计和机械制造的发展前景
3.1机械设计的发展趋势
从今后的情形来看，在今后设计过程中机械设计将会出现一系列变化。实际工作中机械设计性能将更加优良、节能环保的理念将深入人心，在今后设计过程中将探寻更加能够适应市场竞争的设计技术。在今后设计过程中性能更加优良。设计的时候应该尽量提升产品设计性能的优良性能。优良性能本身又可以分为动态设计、可靠性技术设计、补偿设计、防腐设计等内容。为了保证实际工作效果，今后只有不断提升设计水平才能够满足要求。节能环保的理念将更加深入人心。今后的设计应该注重绿色设计，要把智能化和绿色化作为设计的基础。在今后设计过程中要充分利用资源，要能够实现资源利用的最大化，同时还要能够实现资源的循环利用，今后对于这方面的工作必须要引起高度重视。
3.2机械制造的发展方向
今后机械制造管理将主要依靠计算机管理制度来实施，计算机管理已经成为今后发展的必然趋势。组织体制及生产模式的创新具有十分重要的意义，当前我国机械制造管理机制还比较匮乏，今后应该是不断加强机械制造管理机制的研究。在今后设计过程中激光加工技术、电磁加工技术、纳米加工技术、微型加工技术等技术都将会得到科学合理的应用。机械设计是机械制造行业的重要环节，科学高效的机械设计对于今后提升机械产品性能具有十分重要的意义。机械制造过程中应该高度重视管理机制及先进技术的应用。本文重点分析了机械设计和机械制造的特点以及今后的发展方向和趋势，今后应该进一步加强这方面的研究才能够适应实际需要。
参考文献
[1]孙永春.谈机械设计在机械制造中的关键性[J].科技创新与应用，2012，（19）.
[2]司慧.改革机械原理和设计课程设计的探索与实践[J].太原理工大学学报（社会科学版），2008，（S1）.
机械设计原理篇10
[关键词]机械原理教学改革工程aDamS
[中图分类号]tH111；G642[文献标识码]a[文章编号]2095-3437（2014）05-0103-02
机械原理是机械系一门重要的专业基础课，它主要研究机械的设计以及力学分析，为机械设计过程中的方案设计阶段服务。由于方案设计在机械设计中占据着举足轻重的地位，所以机械原理就成为机械类学生一门十分重要的课程，也成为考研的专业课之一。
但是在几年的教学过程中，笔者发现，机械原理的讲授内容有很多已经过时，在工程设计实践中几乎没有用处，而我们却花费了大量的时间来做仔细的讲解；而对于工程急需的部分内容，我们却很少涉及；另外，我们过于强调分析而忽视了设计，导致学生学完机械原理以后，甚至简单地以为机械原理只是理论力学的延伸，是理论力学的一种应用；最后，课程设计内容几十年来都在做牛头刨床的力分析。虽然我们也追加了某种机器的方案设计部分，但是因为课程设计时间少，学生实际上把大量的精力耗费在力分析上面，而对于方案设计只是匆匆带过，这实际上混淆了机械原理的主要目的，又起到一种误解作用。
针对上述情况，许多机械原理一线教学的老师都提出了自己的改革方案，有些老师把许多计算机软件如autoCaD，pRo/e，aDamS，RecurDyn，matLaB等引入机械原理的教学中，[1-3]有的对机械原理的内容进行重新组合分块而加强学生的动手部分，[4]有的对于课程设计给定了多种题目，并采用先进的计算机虚拟设计手段来进行课程设计。[5]笔者在上述方法的启发下，也进行了一些教学改革，改革的主要目的是面向工程，希望机械原理能够真正地为工程设计服务。下文对笔者的一些改革进行简要介绍。
一、设计与分析地位的界定
机械原理总体上分为两块内容：机构的设计以及力学分析。机构的设计包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系的设计。而力学分析部分包括：运动分析、速度波动分析、力分析、机械效率、机构的平衡。
在工程师的实际设计中，我们发现，他们很少用到分析的内容，如果用到机械原理，主要是在进行机构的设计。所以，从工程实际应用而言，机构的设计部分应该占据主导地位。但是我们的传统教学却习惯于从分析开始，在介绍了机构的结构分析以后，就花费了很多时间介绍运动分析、力分析、机械效率、机械平衡、速度波动的调节，让学生感觉好像在学习理论力学，只不过把解析法换成了图解法；而对某些内容只是感觉比理论力学处理的对象更多一些，方法都来自于理论力学。学生要到第8周才开始进入机构的设计部分，此时学期已经过半。这给学生造成一种强烈的感觉，机械原理就是理论力学的延伸。显然，这是一个误区，对于学生正确地理解机械原理的核心是不利的。
传统的教学方法对分析部分花费了太多的精力，而实际上，这些内容在实践中用处不大。运动分析这一部分，是当机构处于某个位置时，用作图法把构件的速度和加速度求出来。在实践中需要面对的一般都是整个周期，需要得到整个周期内的加速度，用图解法会相当困难，所以在工程设计中几乎都不会用到这种方法。对于力分析更是如此，力分析要求在运动分析结束后拆分杆组，再用动静法来进行静力分析，过程十分繁琐，在设计实践中不可能使用。换一句话说，这种方法只具有理论上的意义。但这并不意味着这些内容不需要，应该尽量简化，只阐述其思路就足够，并不需要花费很多时间。
对于运动学花费太多的教学时间的结果，导致机构设计部分这个主体内容课时被压缩，学时显得相当紧张。因为没有充足的时间来讲解这部分内容，最后的方案设计部分有些老师甚至都来不及展开，就进入了课程设计阶段。这样，学生甚至都没有弄清楚机械原理就是用来做方案设计的，这对于他们理解机械原理的作用显然是不利的。
有鉴于此，笔者以为，从为工程服务的观点出发，机械原理应该强调设计而适当降低分析的地位。在机构的结构分析介绍完以后，应该马上进入机构的设计部分，以便让学生明白机械原理就是来做机构设计的。应花费11周左右的时间后，对于力学分析部分用3周共6次课左右结束，基本上相当于一次课结束一章的内容。这样，就有充足的时间用来讲解机构的设计内容，使得机械原理的教学内容能够真正对工程设计发挥作用。
二、机构设计部分的讲解方式
机构设计包括两块：简单机构的设计及机械系统的方案设计。简单机构的设计包括：连杆机构、凸轮结构、齿轮机构的设计以及轮系传动比的计算。对于每一块内容，应该分成三个部分来讲解：理解、设计与分析。
理解，就是迅速接受前人在这种机构设计方面所积累的经验。比如连杆机构，第一步就是理解，弄清楚各种连杆机构的关系以及它们在工程实际中的应用；对于凸轮机构，弄清凸轮机构的类型及其应用；对于齿轮机构而言，理解占据最重要的地位，因为齿轮机构的正确啮合条件、无侧隙啮合条件、定传动比条件都是很重要的内容，通常老师都会花费不少精力在这一块内容上面。
设计是主体。连杆机构的设计，是机械原理的重头戏。传统的设计方法是老师用粉笔+直尺+圆规进行的，这实际上很不方便。在实际工程设计中，设计人员不大可能用铅笔、直尺来设计，而autoCaD是他们最常用的工具软件，所以，用autoCaD来进行机构的结构设计是最合适的方式，这使得他们日后在需要时，很自然地就用autoCaD来做方案设计。另一个方面，用autoCaD进行连杆机构的设计比直尺、圆规要优越很多。如刚化反转法是连杆机构设计的重要方法，手工操作十分麻烦，而用autoCaD则轻而易举。基于autoCaD的种种优越性，笔者强烈建议，教师在上课时就直接用autoCaD来进行连杆机构设计的教学，何况在使用多媒体以后，用autoCaD可以放大比例看清楚其中的每一个细节，这都具有黑板教学不可比拟的优越性。
凸轮机构的设计，也建议以图解法为主，此时仍旧是用autoCaD教学。以图解法为主的原因是，这种方法能够清晰地说明原理。而对于凸轮机构的设计而言，弄清楚原理相当重要。至于解析法，把公式推出来后，说明其意义就可以了。齿轮机构的设计则强调是根据中心距和传动比来设计齿轮机构的，这也是设计中最经常出现的问题。
三、课程设计的处理
课程设计通常包括两个内容：牛头刨床的动力分析和飞轮的设计，以及某机构的方案设计。课程设计一般是一周的时间，前者在课程设计中通常要花费4-5天左右，由于时间关系，方案设计只能草草地做两个机构运动示意图。显然，这并不符合机械原理教学的主要目的。
机械原理教学的主要目的是教会学生做方案设计。最后的课程设计内容应该强化这一点，但是现有的教学方式却没有突出这一点。由于把主要时间花费在牛头刨床的动力分析上面，让学生误以为机械原理的主要目的是做机构分析的，这显然并不利于学生对于机械原理主要内容的把握。另外，由于时间的限制，学生对于所做的方案设计基本上只是画出一个示意图，都没有确定一些主要尺寸，这使得方案设计做得很草率。
课程设计同样应该强化机构设计部分，对于传统的牛头刨床的力分析部分，建议使用aDamS来做辅助计算，这是比较实际的方式，一般学生建模结束后，最多一天的时间就可以用aDamS做完飞轮的设计，从而有足够的精力来做机械系统的方案设计。至于方案设计本身如何处理，许多研究者已经提出了较为成熟的改革方案，这里不再赘述。
四、结语
机械原理作为一门重要的专业基础课，从其根本意义上来说，是为方案设计服务的，但是传统的教育模式并没有突出这一点。在授课时强调设计而弱化分析，在设计时突出用autoCaD来绘图而少用手工绘图，在课程设计中加强方案设计而用aDamS来进行牛头刨床的机构分析，这会加强设计的成分，而且所用的方法可以切实在工程设计中发挥作用。本文采用上述方法进行了机械原理的教学改革，取得了较好的效果。
[参考文献]
[1]车焕文.pro/e在《机械原理》教学中的应用[J].中国科技信息，2011（2）：185-186.
[2]陈奇，朱家诚，公彦军.将计算机软件引入机械原理教学的探索与研究[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2011（1）：145-148.
[3]肖启明.RecurDyn在机械原理教学中的应用研究[J].重庆三峡学院学报，2011（3）：135-137.