机械传动方案设计篇1
[关键词]机械传动系统；设计方案；评判
中图分类号：tH132文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）37-0043-01
0引言
在机械传动系统方案设计研究过程中，设计一个能够实现特定运动以及动力要求的机械传动系统时，可根据机械传动装置的设计原则及设计要求，通过不同传动原理进行实现，初步从知识库当中选择几种不同的传动方案。再根据这些设计方案，确定哪种方案可以满足要求，从而对方案的优劣进行适当评价，确定最优方案，这一过程对于整个机械系统设计过程来说，虽然相对比较困难，但是却非常重要，过程的好坏直接影响到设计机械产品的经济性、合理性以及可靠性。由于一个机械传动系统是通过有限的传动件组成，并且每个传动件各不相同，都有各自不同的特征，若选择传统的评价方法，免不了要进行大量复杂的计算分析过程，因为计算所产生的累积误差，这就有可能导致做出的评价和实际情况存在一定的差别，令最后确定的方案不是最优方案。基于此，本文对支持向量机法、三级模糊综合评判法、未确知测度模型以及基于熵权的模糊aHp法等方法进行介绍。
1机械传动系统概述
机械传动系统就是指将发动机运动和动力传输至机械执行构件的一个中间环节，其不仅可以改变运动方式、运动大小及确保机械系统中的全部执行构件工作部分的协调性和配合性，另外，一定要将发动机功率和转矩传至相应的执行构件，进而克服生产形成的阻力。
2机械传动系统设计方案的评判方法
2.1支持向量机法
支持向量机指的是根据统计学习理论而发展起来的一种方法。若样本有限，支持向量机法可以构建一套规范完整的机器学习理论及方法，该设计可以有效克服随意性等缺点，现如今，支持向量机方法已广泛应用于模式识别与函数逼近、概率密度估计以及降维等众多领域，并且在这些领域中，支持向量机方法处理相关问题的能力也不断提高。
机械传动方案决策系统在建模时，普遍采用支持向量机法的多类分类算法。如今选择支持向量机法解决多类分类问题的基本方法包括“一对一”以及“一对其它”两种方法。具体的问题举例如下：假设给定属于k类的m个训练样本（x1，y1），（x2，y2），…，（xi，yi），其中xi（i=1，2，…，m）代表系统的特征因素集，比如{μc1（u），μc2（u），μc3（u），μc4（u），μc5（u）}，yi？{1，2，…，k}代表分类标志，其中k=4。需要通过上述练样本建立分类函数f，确保未知样本x进行分类过程中错误率可以达到最小化。通常情况下，每一个样集均有k（k-1）/2个学习机，学习过程要选择“最大赢分”的模式。若此时学习机的训练结论表示测试样本x是属于第i类的满意度，那么对于第i类满意度的分数要加1；否则便对第j类的满意度分数加上1，最后的结论要通过具有最大分数类为x的满意度进行决定。
因为支持向量机法是通过灵活地引入了核函数从而达到非线性分类的目的，而且可以平衡经验风险和函数集容量间的关系，所以，支持向量机法可避免过拟合现象的发生，其推广空间是巨大的。另外，支持向量机法仅仅需要少量的训练样本便可以获取较低的检测错误率。支持向量机法性能的好坏直接取决于核函数，经常使用的核函数有高斯核与多项式、核线性核与感知器核等等。以下是采用支持向量机方法对70组、5种特征因素、4种传动形式的样本集进行6个分类器的训练，训练流程图见图1。
2.2三级模糊综合评判法
机械传动系统方案受到不同的属性、不同的因素影响，评价过程中一定要进行充分的考虑。但是部分的因素模糊性较强，因此，评判过程中会涉及到模糊因素，此类的评判便称作模糊综合评判。所谓的模糊综合评判指的是通过模糊变换原理综合考量评价目标。机械传动系统方案设计过程中，由于需要考虑的因素相对较多，并且不同因素之间还存在层次之分，大多数因素还存在较为强烈的模糊性，为了能够对系统中事物间的优劣次序进行比较，确定具有实际价值的评判结果，所以，可选择三级模糊综合评判进行评价。该评价方法首先对一个因素的不同等级进行综合评判，从而实现单因素评判，其次将评判结果作为每一类的综合评判，将确认的结果再次进行类与类间的综合评判。
机械传动系统方案采用三级模糊综合评判时，引入了因素子集、因素以及因素等级三层结构，与此同时，克服了因素的模糊性以及权分配的问题，所以，确保了对于因素的状态以及重要程度的确定可以满足客观实际的要求。评判过程中涉及到了隶属度与权数，所以，是离不开人的主观因素，但是由于选择三级模糊评判，一定程度上降低了人的主观因素所产生的影响，确保评判结果满足准确性的要求。机械传动系统方案设计过程中，分析评价系统里存放三级模糊综合评判模型，该评价模型能够对不同因素的影响进行全面考虑，作出的评判与实际是相符的，对于提高专家水平是非常有意义的。
2.3未确知测度模型法
根据国内外相关研究成果，可以发现，有文献涉及到了一种全新的评价方法，这种方法根据建立未确知测度模型，综合评价多目标机械设计方案，对于科学决策提供必要的理论依据。未确知测度模型主要包含了部分关键性问题，比如：单指标测度和单指标测度矩阵、多指标综合测度评价矩阵、指标权重以及识别与排序等等。如何对上述这些关键性的问题进行处理，将直接影响到模型的准确性与可靠性。
2.4基于熵权的模糊aHp法
通过相关文献可以发现：经典aHp法可以解决多层次机械传动方案评价架构等相关问题，可以作为传动系统方案评价的理论基础。但是经典aHp法也存在缺陷：解决模糊问题的过程中，对于尺度选择过分确切，与此同时，在评价的过程中，决策者不可以对模糊问题的含义进行精确把握，导致在实际操作过程中无法变通处理问题。不仅如此，经典aHp法处理时，人为参与的程度较多，具体人的主观差异较大，所以，确定结果；会体现出较多的人为因素，从而致使结论的误差相对较大。而基于熵权的aHp法在对模糊数与熵权进行合理定义的基础之上，通过分析比较具体性能指标分值，选择基于对称三角模糊数从而实现判断因素矩阵的尺度匹配，最后，选择模糊区间运算对总的模糊判断矩阵与熵权进行计算。
3结束语
在建立机械传动系统评价模型时，上述四种方法各有各的特点。选择模糊的综合评价方法对于机械传动方案进行评价，可以对全部主要的影响因素做出全面而定量的分析，能够客观有效的对较为合理与满意的方案进行选择，其不仅适用于机械传动方案的选择，也可以用于其余方案的选择与评价，所以，模糊综合评价法在机械传动系统设计中的应用也越来越广泛。
参考文献
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机械传动方案设计篇2
关键词：机械手；pLC；aDamS；上下料；自动化
引言
机械手是在工业生产中较为常见的自动化设备，它通过模仿人的手臂，按照设定的路径等参数进行物件的抓取、搬运和其他操作。它主要包括执行机构、驱动机构和控制系统三大部分，控制系统一般采用DSp、单片机、pLC等芯片，时时控制各电机运动。驱动机构主要包括各种电机，执行机构主要是仿生手臂用来进行相关的操作。由于要进行较为复杂的操作需要多关节进行协同，所以多自由度机械的控制是基础，一般采用六自由度或四自由度的结构，自由度越多，其灵活性越大、操作范围越广。
自动上下料操作是指在工厂和数控加工中周期性的给机器和机床上下料。由于此项操作重复性强、危险性高、工作强度大，已经不再适合手工操作，于是自动化的机械手取而代之。机械手可以快速准确地长时间作业，定位精度高，环境适应性很好，尤其是其抓举运输可以超过人力很多，便于工业生产，所以对机械手进行研究并使其应用到上下料生产中十分必要。
1总体设计
机械手的设计方案如图1所示，该方案主要由Hmi、pLC、驱动系统及机械手本体四个部分组成。
1.1机械结构设计方案
机械手的机械结构较为复杂，需要确定机械手自由度、行程和速度参数，电机选型和各轴的转动方式。
之所以为机械手添加6自由度，是为了保证机械手可以抵达任意位置，其中位置自由度3个，姿态自由度3个。通过简化分析，满足基本的上下料操作，机械手设计包括4轴4自由度，分别是X轴、Y轴、Z轴和RZ轴。机械手的结构示意图如图2所示。机械手沿X轴进行水平方向的左右移动；沿Y轴进行水平方向的前后移动；沿Z后轴进行竖直方向移动；沿RZ轴可绕Z轴旋转。
机械手的运动需要电机进行驱动，它的主要动作特性与电机参数息息相关，所以对于电机的选型是必要的。一般而言，电气式机械手常用的电机类型有伺服电机和步进电机。为使机械手能够快速移动，要求轴电机的额定转速要高、额定输出转矩还应较大。因此，X、Y、Z轴常选用伺服电机。但是对于RZ轴，由于其负载较小，精度要求较高，所以可以选择简单实用的步进电机。
电机驱动的传动方式有多种，常见的机械手传动方式包括同步带传动、滚珠丝杆传动和齿轮齿条传动。其中同步带传动是应用较多，其简单易用，保养方便；滚珠丝杆传动由于精度高、噪音低，常用于高精度的传动场合；齿轮齿条传动的特点是动力足、寿命长，但是噪音较大。综合以上多种传动方式，从精度要求和成本考虑，本文设计的机械手的X轴和Y轴采用同步带传动，Z轴采用齿轮齿条传动。
1.2控制系统设计方案
机械手的控制系统设计方案如图3所示，Hmi与pLC进行数据交换，向pLC传送数据和运动控制命令的同时接收传回的数据，并进行时时显示。
2机械手关键参数设定
综合评价机械手的行动能力将以最大速度、负载能力、位置偏差阈值等参数为标准，这就需要确定电机的额定转速、电机的额定转矩、减速器的减速比、同步带轮节径等。由于机械手X轴的受力最为复杂，现以X轴为例来详细分析关键参数的设定过程，随后可用相同的方法确定其他轴的参数。
首先根据经验选择一个伺服电机，经计算满足设计要求后，进行下一处电机的确定。首先画出X轴的示意图，如图4所示。通过分析，可以计算出X轴负载的转动惯量JL，X轴最大移动速度Vmax，机械手加速过程中电机的最大输出扭矩tmax等参数。
3控制系统硬件设计
机械手控制系统的硬件设计主要包括X轴、Y轴、Z轴伺服驱动器的选择、RZ轴步进驱动器的选择、pLC及扩展单元的选择等硬件的设计，由于篇幅所限，只以pLC的选择为例进行说明。
pLC是可编程逻辑控制器，通过数字或模拟输入输出控制整个机械生产过程。上下料机械手需要控制3个伺服电机和1个步进电机，所以pLC选型时应具有4路高速脉冲输出功能。
本例选择Cp1H-Y20Dt-D型pLC作为机械手的控制器。根据控制要求给各个控制对象分配io地址，这样便于pLC寻址和精确控制被控对象。由于各个轴上具有光电开关、减速器等装置，需要对其进行io地址的分配。当上下料开始时，pLC输出数字信号令锭床开始加工，当锐床加工结束后，pLC收到信号，继而进行下料操作。
4控制系统软件设计
pLC的高速计数器功能和串口通讯功能都将被实用，所以应先编程设置pLC，如D5所示。
在设置完pLC具体参数后，需要明确机械手的上下料过程即取料、上料及下料阶段，通过图6表示机械手上下料全过程。
机械手先从原点p0向p1点运动，当到达p1点后机械手松开，向下运动到p2点，夹爪闭合抓取工件后回到p1点；机械手夹持着工件向p3点运动，在p3点向下运动至p4上料，然后机械手运动到p3点，再运动到p5点，机械手给铣床上料完成；当加工完成后，机械手经过p6-p7-p6-p8等点的操作后，完成下料，并将工件放置在传送带上，最后其运动回p0点循环进行下一作。
控制程序方案包括回原点、示教、轨迹规划和轨迹执行四个部分；回原点操作意在令机械手上电后或者上下料结束后回到其坐标原点；示教是示教出空间上的坐标点，并存储到pLC的内存区；轨迹规划是指定轨迹上的点与示教库中点的关系，通过软件实现轨迹与示教库信息的吻合，保证运动精度；轨迹执行部分用来设置运动时的轨迹的编号、减速比、时间量等参数。
5结论
本文设计了基于pLC控制的机械手，确定了机械手的结构设计方案，分析了机械手三个轴的关键参数，明确了机械手控制系统硬件部分的元器件选型，提出了上下料过程中的控制程序基本思路，明确了回原点、示教、轨迹规划以及轨迹执行等程序方案。相信随着自动化领域的不断进步，基于pLC控制的机械手将会在精确度等方面实现新的突破，广泛应用于现代化工厂的上下料生产中，逐渐代替人工操作。
参考文献：
机械传动方案设计篇3
1现代机械设计
1.1主要特点
（1）传统的机械设计中，通常需要设计人员根据以往的设计经验和对机械的主观判断进行设计，这对设计人员的设计水平要求更高。当今社会，很多先进的技术广泛的运用到各个领域当中，现代机械的设计人员能更快、更好的完成机械的设计，旧时代的设计模式已经不能满足现代机械设计人员的需求。所以，在现代机械设计过程中，为了能减少工作误差，提高工作效率，设计人员应运用新的设计技术。（2）传统的设计过程中，都是依据总目标完成设计。在不同的流程上所采用的设计方案也不同，只有完成上一个流程的方案才能展开下一步的工作，导致对完成产品的效率低下，浪费了很多时间。在现代机械设计中，制定方案的同时就避免了时间的过度浪费，直接将设计数据和方案导入计算机中，然后打印出立体图形，针对数据进行修改，确立最后的设计方案，使机械设计更具科学性和准确性[1]。
1.2机械设计的原则
在制定设计方案时，就要对产品的性能进行确定，采用最好的设计方式，缩短设计时间。将使用价值最低的机械部件找出进行分析，找出和整体设计中存在的问题，尽量减少改动来解决问题，降低对时间和材料的损耗。机械设计过程中，需要不断的去联想，对相同的事物进行研究和总结，判断联想得出的结构和设计方案的结果是否有关联性，如果有关联性，那么在机械产品的设计中，加入创新思维是很重要的。
2机械设计的发展
2.1传统机械设计
在机械设计初期，经济发展缓慢，没有创新能力，过度的依附以往的经验，设计人员的水平低下和设计设备不完善，无法摆脱传统机械设计的束缚。导致我国在机械设计的发展比较迟缓，经济效益有限。通过工作人员用各种方法了解客户对产品的要求，对市场情况进行初步的了解，分析产品在投入市场时会遇到的各种问题并找出解决措施[2]。
2.2现代机械设计
现代机械设计是最能体现人的能动性和创新性的活动。随着社会的进步和工业技术的提升，对人的技术能力水平的重视程度也加大，显现出人的价值性和创造性。在现代机械设计中，技术人员作为主力军，需要通过科技成果来不断的开发创新思维和潜能，并且运用到机械设计中去，加快机械设计的工作进度，减少对材料的使用。减轻机械工程设计工作的枯燥，激发设计人员的工作热情，更易于制定完整的设计方案，研制出性能更大的产品，使产品具备安全性和可行性，降低生产成本。通过创新思维，推动机械设计朝智能化和自动化发展[3]。
3在机械设计中创新思维的体现
创新是社会发展的源泉和动力，目的在于激发人们的思维创造性和活跃性。要具备敢于创新和研究的精神才能实现对机械设计的创新，制定完整的设计方案，不断的对方案进行充实，突破传统模式的束缚，寻求新的设计理念和设计方式。
3.1外观造型在机械产品的体现
在机械产品设计过程中，不仅要考虑性能，还要注重美观。应用美学基本原理对产品的装饰、外形设计和色彩搭配进行研究并使用到产品中去，符合艺术造型的审美规律。在机械产品的外观设计上，不仅要达到功能的标准要求，还要把创新思维融入到选材过程中，考虑外形设计的实用性和可行性，利用工艺手段和材料来展现外观的材质美、色彩美、形体美和线型美，通过视觉效果的呈现给予人美的享受。发挥机械产品设计人员的创新思维和创造能力，优化机械产品的外观设计。
3.2动力能源设计在机械产品的体现
随着工业的发展，新型的能源技术、制造技术和材料加工技术日益凸显。在进行产品动力系统设计时，机械设计师对产品的动力能源选择性更强，可以采用太阳能、电能、石油和天然气，比较节能环保。设计者要发挥自主创新能力，找寻新的方式方法，对产品系统的设计方案进行改进，把新型的能源加入到机械产品中，作为动力能源来使用。除此之外，还可以根据用户的需求，设计出更节能环保的产品[4]。比如，在我国的公共交通工具中，使用更广的是电动公车，通过电能来保证汽车的安全行驶。新型的电动公车和燃油公车对比，在排放污染气体方面对环境的保护更有利。新型的电动公车在电能产生过程中仍然会排放气体，但对空气并不会造成污染，控制了气体的排放量。在经济发达的城市，使用电动公车能减少污染气体的排放，还能提高电能的使用效率，顺应了国家节能减排的措施，提升了经济效益[5]。因此，应该广泛地推广电动公车（如图1）的使用。
3.3运动方案在机械产品的体现
根据用户对产品性能的需求，设计人员开展机械产品的运动方案设计，寻找最佳方法去解决问题，为机械设计系统奠定了基础。在进行整个运动方案设计时，主要从系统的执行机构、原动机和传动机构整个框架来进行设计，是一种对运动性能要求极高的机构运动。运动方案的设计对产品的后期维护、性能、结构、成本和工艺都有影响。运动方案的设计是整个机械设计的重要部分，设计人员通过创新思维设计并调整最佳的运动方案。例如在汽车的运动方案中，大多采用了逆反和移植的创新思维。传统的设计方案中，会出现动力效率低、制造成本高、汽车空间狭窄、牵引力不足等问题。在现代机械设计能力提高的背景下，汽车厂商通过发动机前置的方式把汽车前轮的传动机构和发动机的输出轴线连接（见图2），这样可以简化汽车的驱动机构，减少对部件的使用，降低生产制造成本；提升了汽车的加速性能，减少了油量的损耗，缩短了刹车的距离；加大的汽车的车内空间，提高了汽车的舒适程度。
3.4结构设计在机械产品的体现
机械产品的结构设计包括了产品的总体结构、外形的设计以及对各个部分的合理配置。不同的用户对机械产品的功能都有不同的需求，要根据不同的结构形态去设计方案并且设计出新型的产品。目前来说，人们对机械产品的结构设计和功能的要求更高，需要设计者在有限的空间里加入更多的功能，满足人们的需求。比如在办公室里，各种扫描仪器、打印机和复印机占据了很多空间，影响了办公的环境和员工的工作效率。人们迫切的需要集齐了多种功能的工作设备。一些机械制造企业在了解到人们的需求之后，开始研究、设计功能一体化的办公设备，其能够有效的改善办公室环境。
4结语
创新推动了人类文明进步，推动了社会经济的发展。机械设计是整个机械工程体系中最重要的一部分，决定了机械产品的性能。在产品设计过程中，不论是变型设计还是继承设计都离不开创新思维的运用。在创新思维的推动下，我国的机械设计工程朝着算法化，程序化的方向发展。提高创新思维能力对机械设计工程的稳定发展有着重要的作用。
作者:丁舒园单位:安徽东风机电科技股份有限公司
参考文献:
[1]关博文.浅议现代机械设计理念和技术展望[J].现代制造技术与装备，2016（01）.
[2]陈华金，刘宏.现代机械设计方法及研究[J].科技经济市场，2016（02）.
[3]易汉江，刘宏.现代机械设计的创新方法探究[J].科技经济市场，2016（03）.
机械传动方案设计篇4
关键词：机械设计；自动化技术；应用
自动化技术在机械设计领域的应用时大势所趋，二者的结合能够提升机械设计及制造水平。自动化技术在机械设计中的应用能够提升设计效率、工作质量，同时有利于节约资源成本和改善机械使用情况。基于以上，本文简要探讨了机械设计中自动化技术的具体应用。
一、自动化技术在机械设计中应用的必要性分析
机械设计指的是在了解机械加工设备材料、原理及形状尺寸等信息的基础上，对信息进行构思、分析和计算的整个过程和设计成果，其是机械制造的重要依据，直接关系到机械制造水平。自动化技术在机械设计中的应用是十分必要的，具体体现在以下几个方面：
（一）提升工作质量
自动化技术能够提升机械设计的精准性与高效性，从而提升机械生产工作质量。具体来说，自动化技术能够实现机械设计中的测量指标和评价指标的定量化处理，转变为定量指标，有效降低误差。此外，在传统机械设计及制造中，人工操作不仅容易产生误差，还容易出现安全事故，自动化技术的应用则能够有效解决这个问题，有效控制相关参数，降低人工失误率。
（二）约资源成本
传统机械设计属于粗放式设计，资源浪费问题严重，自动化技术的应用则能够提升机械设计的精细化水平，提升资源利用效率，改善材料适应性，这对于降低资源损耗，节约资源成本等方面有着重要的作用。
（三）改善机械使用情况
自动化技术在机械设计中的应用能够实时监控机械运行数据，通过数据分析和整合来开展机械维护工作，通过对数据的监控和分析还能够及时发现机械设备生产中出现的问题，通过数字化比对来为工作人员对设备的维护判断提供依据，改善机械使用情况，保证机械处于优良的工作状态。
二、自动化技术在机械设计中的具体应用
（一）集成系统的应用
集成系统指的是计算机综合设计制造系统，其在机械设计中有着重要的应用，不仅能够缩短研发周期，还能够剔除重复设计环节，从而避免资源浪费。在集成系统出现和应用前，机械设计也应用了测试技术、质控软件及辅助设计软件等计算机辅助技术，这些技术大多独立开来，而集成系统的应用则能够将独立的计算机辅助设计技术集成到一个系统中，通过创建信息共享平台和数据模型来协调各个独立的计算机辅助设计技术，有效提升了机械设计效率。集成系统以电子信息技术和管理理论为基础，利用计算机技术、传感器技术等整合机械设计中的物质、信息及参量，形成统一的机械设计系统。
（二）计算机综合机械制造技术系统的应用
计算机综合机械制造技术系统在机械设计领域中也有着重要的应用，在这一技术系统出现之前，我国机械设计领域中的计算机辅助技术已经形成了一定规模，包含产品设计、流程规划、参数测试及质量控制等众多环节，但各个环节相互独立，难以形成稳定的联系和配合关系。而计算机综合机械制造技术系统的出现和应用则打破了传统机械设计的局限性，有机整合各个环节，在应用层次上相互协调，对于提升机械设计效率及产品质量有着重要的作用。
（三）自动化检测技术的应用
自动化检测技术是自动化技术的重要组成部分，其主要原理是传感器与传统仪器设备的结合，对于机械设计来说，提升产品质量和产品合格率至关重要，自动化检测技术在机械设计中的应用能够实现机械设备自行检测，打破了人工检测的局限性，不仅提升了检测效率，还保证了检测的精准性。当前广泛应用的自动化监测系统就以自动检测技术为核心，其包含传感器、信号调节、数据处理及结果输出等众多模块，搭载智能芯片，保证了检测的可靠性和及时性。
（四）自动化体系的应用
自动化体系以三维平台为基础，在复杂机械系统创新设计中有着重要的应用，通过计算机化方法获取适用于复杂机械系统的创新性设计方案，能够实现机械设计三维虚拟样机装配及仿真的自动化建模，有着创新性和快速性的特点。
在概念设计阶段，系统能够提供就设计规则的设计方法和改良功能分解重组的设计方法，两种计算机辅助设计方法以符号方案形式给出创新设计方案，并对设计方案自动化分解为基本机构及基本机构的连接关系。以运动分析方法进行基本结构的分析，得出各个构件平面运动数据，采用面向对象技术，基于三维平台进行二次开发，利用数据库驱动及参数控制等手段来驱动三维造型设计，实现快速虚拟建模，从而提升产品设计及开发速度。
为了保证产品的运动刚度和工业美学要求，以基本机构占据空间为基础，分析各个基本机构之间的联系，利用最有布局算法确定基本机构空间位置，以此来保证复杂的机械系统占据最小的空间。以运动分析数据和布局结果为依据，利用“后台预置”装配方法将三维虚拟模型放置到布局空间中，实现设计符号方案与二维虚拟样机的对应。自动化生成符号方案，并进行虚拟仿真，实现产品方案概念设计阶段的价值评价向虚拟样机阶段定量行为评价的转换，以评价结果为基础，快速遴选最优设计方案，在提升机械设计效率的同时提升产品的创新性。
三、结论
自动化技术在机械设计领域中的应用至关重要，对于我国机械设计来说，应当积极提升自动化技术的应用水平，同时加快自动化技术的普及，以此来促进机械自动化的进一步发展。
参考文献：
[1]何楠.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].山东工业技术，2016，07：148\149.
[2]祖文明.自动化技术在机械设计中的应用[J].现代制造技术与装备，2016，07：164+166.
[3]周方兴.浅谈机械设计中的自动化技术[J].中国新技术新产品，2015，09：4.
机械传动方案设计篇5
【关键词】机械设计发展
abstract:therearemanydeficienciesinthetraditionalmechanicaldesign.thispaperanlysestheinnovativedesignofmechanical.
1.机械设计存在的问题
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题:零部件容易腐蚀损坏;零部件容易疲劳损坏,断裂、表面剥落等;零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现,都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础,通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据,运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高,目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法,但是它有很多局限:在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,以收敛思维方式,过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统,不强调创新,因此很难得到最优方案;在机械零部件设计中,仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算,其他零部件只作类比设计,与实际工况有时相差较远,难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现,忽略人机环境之间关系的重要性;传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期长、效率低。
2.机械设计要有新理念
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。
2.1要有创造力
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事,而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动,掌握必要创新方法,加强学习和锻炼,自觉开发创造力,成为一个符合现代设计需要的创新人才。
2.2思路要开阔
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心,思维者打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
2.3有创新意识
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。
3.机械零部件设计技术探析
3.1机械零部件设计的要求
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分,机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图,同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括:根据运动方案设计和总体设计的要求,明确零部件的工作要求、性能、参数等,选择零部件的结构构形、材料、精度等,进行失效分析和工作能力计算,画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的,机械零部件设计应满足的要求为:在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等;在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便;在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外,还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制,需全面综合考虑。
3.2正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标,是检验零部件表面质量的主要依据;它选择的合理与否,直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种,即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中,应用最普通的是类比法,此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料,现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下,机械零部件尺寸公差要求越小,机械零部件的表面粗糙度值也越小,但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中,对于不同类型的机器,其零部件在相同尺寸公差的条件下,对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中,对于不同类型的机器,其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中,表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发,全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性,才能作出合理的选择。
3.3搞好机械零部件的失效形式预测
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效,其失效形式很多,主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作,在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析,预估失效的可能性,采取相应措施,其中包括理论计算,计算所依据的条件称为计算准则,常用的计算准则有:一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下,抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械,在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下,由于过度受热,会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题,使零部件失效或机械精度降低。因此,为了保证零部件在高温下正常工作,应合理设计其结构及合理选择材料,必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后,将改变其结构形状和尺寸,削弱其强度,降低机械精度和效率,以致零部件失效报废。因此,机械设计时应采取措施,力求提高零部件的耐磨性。
参考文献:
[1]赵冬梅.机械设计基础[m].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]隋明阳.机械设计基础[m].北京:机械工业出版社,2002.
机械传动方案设计篇6
事物都是发展变化的，传统的机械设计的发展经历了一个比较长的时期，它是由直观的经验设计开始，逐步到直接经验，形成理论指导，最后达到的实践和理论相结合的设计过程。它是由直观设计、经验总结、经验反馈再改进的一个过程，可以充分发挥前人的研究成果和设计理论，利用已有的设计公式、图表、经验公式等并结合自己的思想进行设计。传统的机械设计方法主要体现在细节的设计和分析上，它的基本思路由以下几个部分组成：首先决定设计方案，然后进行实际分析，最后是落实设计方案。它基本上是停留在静态、经验、手工的设计状态，而在设计时的着重点是经验、数据的计算和校核，但是简单实用，因此，传统设计成为所有机械设计的基础。在设计的过程中，传统的机械设计为工业大生产的顺利进行奠定了坚实的基础，这种方法操作简单、目标明确、并且具有比较成熟的理论依据和可执行的工艺，而且一旦设计成功，它的可靠性比较高。但是随着电子技术的发展，计算机理论在传统机械设计中的应用，传统机械设计的一些缺陷也日益突出，严重影响着机械设计在实际中的应用。它的局限性体现在以下方面：首先是设计方案过早确定，而且完全是凭借设计者的直接经验和间接经验来进行，设计创新性不强，得到的方案不是最优方案；第二是零部件的设计很多只作类比设计，与实际工况相差较大；最后采用手工计算、绘图、设计的准确性差、工作周期长、效率低。
二、现代机械设计的发展状况
1.现代机械设计已成为一门新的知识体系
随着计算机技术和信息技术的发展和应用，给机械产品的设计和制造带来了一系列的变革。现代机械设计虽然有了计算机的辅助，但是现代机械设计还是以传统的机械设计为基础的，是在传统机械设计基础上的发展和提高，是对传统机械设计不足的改进与改良。现代机械设计更注重了产品的设计理念的更新，只有创新思维，才能有新的设计方法和技术。在进行机械设计时，不仅要考虑产品自身的性能，还要充分考虑系统和环境的影响。而且在计算机上实现数字化技术能为机械设计提供全新的感觉，可以在计算机上模拟设计产品的特点、性能和进行改进；还可以完成各种试验和测试，极大地方便了设计的检测。使设计成为一门新的知识体系。
2.现代机械设计的特征
现代机械设计并不是一个单纯的机械设计的概念，它是各学科知识的交叉渗透，由于学科理论的交叉整合，使它的基础理论知识更加深化、扩展；它由传统机械设计的静态设计转变为机械系统的动态设计；设计的技术也已有最初的人工的手段发展到由计算机辅助设计（CaD），而设计的产品本身也出现了重大的变化，由传统的机械特性发展到机电一体化、智能化的特点。现代机械设计实现了人—机—环境的和谐统一发展，在进行设计时，现代机械设计必须全面考虑、综合平衡、妥善处理系统的各种问题。可以采用基于功能原理的机械系统设计、人机工程学、产品造型设计和基于环保理念的绿色产品设计等方法。机械学理论和方法及计算机辅助分析的不断发展，对产品的方案设计、运动设计、动力设计和工作能力的设计等关键性的问题能做出很好的处理，一系列新型的设计方法和工艺正在形成。
3.可靠性和优化设计在现代机械设计中的应用
在现代机械设计过程中，用来提高产品市场竞争力的关键性指标是设计产品的可靠性。可靠性设计也称概率设计，它是将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量来看待，把数学中的概率统计理论应用于机械设计中来，按照机械系统应用的定量的可靠程度来设计它们。可靠性设计是综合多种学科的新兴设计方法，它通过研究全寿命周期内质量指标的变化规律，对零部件和整个系统进行可靠性的设计。全寿命周期包括产品的规划、制造、使用、甚至报废、回收等各个环节的技术领域，这一设计理念从根本上颠覆了传统的设计思路。现代机械设计由于采用了计算机辅助设计，提高了设计的质量和效果，与之相配套的出现了产品的优化理论，而优化理论和方法已由最初地凭借人的直觉和逻辑思维的人类智能优化阶段发展到了面向产品的全系统、全过程、全性能的优化设计阶段。这种设计综合了各种设计信息，能清晰地了解设计的意图，实现了极高的设计效率。那如何充分利用这个系统，设计出更符合时代要求的机械产品，提高其国际竞争力是对设计工作者提出的新的挑战。机械产品设计的过程就是一个优化的过程。产品的优化设计涉及的内容非常广泛，它由一个从宏观到微观，从全部到局部，从总体方案到零部件设计的优化过程，具体地说可分为参数优化、结构优化和总体方案优化三个层次。机械设计者只有依据这三个层次，对机械产品进行设计，才能取得较好的设计效果。
机械传动方案设计篇7
1机械设计制造概述
人类从使用简单工具发展到机械制造工具，不断通过自身的努力创新发展着满足时代要求的制造技术，在这一过程当中，机械制造技术持续发展进步，并且在科学运用机械制造技术中获得显著成果，例如制造产品的质量可靠同时经济效益理想，从而不断提高市场竞争力[1]。目前机械制造技术是在传统制造业的基础上逐渐发展起来的，先进制造技术的发展，一方面是充分利用传统技术，另一方面是不断加强同各种高新技术的结合，从而不断提高机械制造技术水平，使得制造业的社会效益以及经济效益都得到可靠保障[2]。在技术迅猛发展的背景下，机械制造行业对国民经济的发展影响越来越显著，无论哪个经济部门使用的技术装备，都需要机械制造行业生产制造，机械制造可以说是制造产业当中一个核心的组成环节，在完善我国的工业体系当中有着不可替代的重要价值。所以未来的机械设计以及制造技术需要进一步发展，这就要求我们不断探索机械设计以及制造技术发展的趋势与方向。
2机械产品的现代设计方法
2.1智能化
智能化设计的特点主要是根据设计方法学的相关理论，并且通过利用三维图形软件、虚拟现实技术以及智能化的设计软件，充分利用多媒体工具完成产品开发设计、产品结构描述以及产品构思的表达[3]。在智能化设计的过程当中，需要将设计当作由若干个不同的设计要素所组成的整体系统，每个设计的要素既有自身的独立性，另一方面又存在有机联系，同时联系有着层次性的特质，结合所有设计要素之后，能够实现系统设计需要完成的目标。
2.2模块化
模块化设计的特点主要是将实现某种功能当作一个结构模块，并且通过组合不同的结构模块，来实现产品方案的设计[4]。模块化设计往往基于产品特征进行，需要使用计算机可以识别的语言来具体描述产品特征，包括设计人员的经验与知识，然后建立知识库以及推理机，最后利用存储领域的知识所构建的推理机来完成产品方案的设计。
3现代机械设计制造的特点分析
同传统机械设计制造比较而言，现代的机械设计制造有着以下几个方面的特点。第一，传统机械设计制造更加强调设计人员的主观态度以及感性经验，对人员的技术水平以及判断能力有着比较严格的要求[5]。不过随着计算机辅助设计等技术的广泛运用，现代机械设计可以制定更快速的设计方法，更加强调新的经验与方法。第二，传统的机械设计制造行业单纯侧重强调机械自身需要达到的能力，现代机械设计的制造则更讲究不同要素之间的配合。具体而言就是机械设计制造的理念应当同所处环境以及人的要求相符合，并且兼顾人的感官以及生物性等因素，充分考虑机械循环的全部过程，计算好设计、加工、使用、维护、修理以及报废等环节的人与环境关系，实现生产同环境之间的和谐，最终实现可持续发展。第三，传统机械设计制造在流程环节，往往在总体目标的指导下设计方案形成不同层次，每层方案经过修改之后进入到下一轮，所以需要耗费大量的时间以及精力才可以完成某个设计，选择的最优设计方案，往往也因为缺乏直观感受而有着明显的主观性特质。现代的机械设计能够有效避免重复浪费的问题，通过在计算机当中输入数字以及方案，能够得出设计方案的立体图，而设计人员借助于调整内部数字，就能够得到最优设计方案。
4机械设计制造工艺的发展方向
4.1网络化发展趋势
随着技术的不断进步，网络已经遍布全球，并且给科学技术、政治、军事、工业生产、教育还有人们的日常工作生活带来急剧的变革。在机械制造的过程当中，也应当将网络作为重要的媒介，在产品制造、材料选购和市场开发等环节，都能够借助于网络实现异地的正常运行。此外网络技术的持续进步，能够让我们在加强管理的同时，借助于交流技术信息，不断实现机械制造技术的网络化以及便捷化水平。
4.2智能化发展
智能化可以说是新时机机械自动化技术的主要发展方向之一。智能化主要是在控制理论的前提下，吸收运筹学、人工智能、模糊数学、计算机科学、生理学、心理学以及混沌力学等新方法、新思想、新方法并且模拟人类智能，具备逻辑思维、判断推理以及自主决策等方面的能力，使自动化机械产品拥有低级智能以及部分人工智能，取代或协助人类工作。
4.3微型化
通常称之为微电子机械系统或者是自动化微机械系统，指的是几何尺寸＜1cm3的自动化机械产品，近年来向着微米以及纳米级发展。由于自动化微机械产品的体积小、耗能少并且运动灵活，同时功能五花八门，生产技术更加精确，并且减少企业的工厂用地，有利于节约企业的土地成本，在军事、信息以及生物医疗等领域的应有有着传统机械难以比拟的有点。自动化微机械发展的主要瓶颈就是微机械技术，这是因为自动化微机械产品加工需要精细加工技术，包括蚀刻技术以及光刻技术。
5结论
机械传动方案设计篇8
1机械设计
机械设计(machinedesign)，根据使用要求对机械的工作原理，结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
2现代机械设计的特点
现代机械种类很多，结构也越来越复杂。但从实现系统功能的角度上看，它主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，每个系统叉可根据需要继续分解为更小的子系统。现代机械设计有其鲜明的特点，即不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、方法等进行构思、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美学，仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。
3计算机辅助机械设计方法
计算机辅助设计(ComputeraidedDesign，简称caD)技术是电子信息技术的一个重要组成部分。这一新兴学科能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的{慧和能力得到了延伸。CaD系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础；软件系统是计算机辅助设计技术的核心，它决定了系统所具有的功能。硬件和软件的组合形成了CaD系统。汁算机辅助机械设计的一般过程包括：
1)建立数学模型：一般机械零件基本都有现成的数学模型，但对没有数学模型的则首先要建立正确的数学模型；
2)设计程序框图：程序框图根据手工计算的步骤来没计；
3)用高级语言编制程序：根据程序框图来编程；
4)程序调试：程序编好后，先仔细检查源程序，然后将其输入汁算机进行试算，再对程序适用范围的边界、转折点进行试算，要求与手算结果完全吻合。
4系统化机械设计方法
现代机械设计已突破传统的机械设计只注重机械产品单纯能实现预期功能的要求，使机械设计向自系统化、信息化，柔性化和智能化的方向发展。从系统的观点出发，机械系统设计及其控制技术把原有机械产品的眭能、功能以及制造技术提高到一个崭新的水平，甚至使原有的机械产品结构发生变化，所带来的经济效益和社会效益是巨大的。所以机构产品的系统化设计及其控制技术是机械工业发展的必然趋势，也是用新兴技术改造传统机械][业的有力措施。科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增：响，寿命期缩短，更新换代速度加快然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。系统化设计方法将没计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。系统化设计方法的主要特点是：籽设计看成由若干个设汁要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现没汁系统所需完成的任务。在系统化机械设计过程中，为使设计工作更为科学合理，常把一个机械系统分解为若干个相联系的比较简单的子系统，可使设计和分析比较简便。根据需要和可能，各予系统还可再分解为更小的子系统，依次分解，直至能进行适宜的殴计和分析。系统分解时就注意以下几点：
分解数和层次应适宜。分解数太少，子系统仍很复杂，不便于模型化和优化工作，分解数和层次太多又会给总体系统的综合造成困难；2避免过于复杂的分界面。应尽可能选择在要素间结合枝数(联系数)较少和作用较弱的地方；保持能量流、物料流和信息流的合理流动途径。通常机械系统工作时都存在着能量、物料和信息3种转换，它们从系统输入到系统输出的过程中，按一定的方向和途径流动，既不可中断，也不可紊流，即使分解成各个子系统，它们的流动途径仍应明确和畅通；了解分系统分解与功能分解的关系与不同。系统分解时，每个系统仍是一个系统，它把具有比较密切结合关系的要素结合在一起，其结构组成虽稍微简单，但其功能往往还有多项。而功能分解时，是按功能体系进行逐级另懈，直至不能再分解的单元功能。
机械传动方案设计篇9
关键词：工程教育；CDio；机械设计；应用模式
CDio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新优秀成果。CDio代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（implement）和运作（operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程理论和实践。CDio工程教育模式在国内高校引起了较大的关注，具有代表性的高校有汕头大学、燕山大学、成都信息工程大学、合肥工业大学、广州大学等。汕头大学最早探索和实践CDio工程教育模式。从2005年起，汕头大学工学院在执行校长顾佩华教授的指导下，开始学习研讨CDio工程教育模式并加以实施［1］；燕山大学从2008年开始实施基于CDio模式的教育教学改革，建立了以项目为主线的课程教学体系，制定了以设计为导向、以工程能力培养为目标的培养方案［2］；成都信息工程大学基于CDio工程教育理念和模式，在全校推进以专业建设为主线的教育教学一体化改革［3］。除上述高校外，北京石油化工学院、浙江工业大学、中南大学、哈尔滨理工大学、黑龙江工程学院等单位也进行了CDio工程教育模式的探索与实践［4，5］。机械设计类课程是机械设计制造及其自动化专业中的一重要课程群，该课程群将在机械产品的方案设计、技术设计以及优化设计等方面提供基本的理论和方法，在培养高素质、优秀工程人才方面有着其他课程不可替代的重要作用。总结已有研究，尽管CDio工程教育模式在若干高校中进行了实践，但是该模式还未在机械设计类课程中进行大范围的推广应用。本研究结合CDio教育理念和机械设计类课程性质及教学目标，提出基于实验室资源的CDio应用新模式，解决CDio高等工程教育模式推广应用中难题。
一、CDio新模式及其实施过程
针对机械设计类课程，提出和建立了基于实验室资源的CDio应用新模式。该新模式通过系统的CDio的项目设计，依靠实验台提供的拼装和仿真功能，实现某一产品从构思到运行全过程，达到培养和训练学生创新设计能力和实践动手能力的目的。该模式的思想是将CDio核心培养理念与现代实验室的开放性、容纳性、多样性、反复使用性和更新性相结合，利用实验室条件实施CDio四个环节特别是支持“实现、运作”环节的一种的高效应用模式，是实施CDio工程教育理念的一种可操作性强的运行模式，是对CDio应用模式的细化和具体实现。根据CDio工程教育模式的实施步骤，基于实验室资源的CDio应用新模式实施过程如下：（1）针对不同的课程及教学环节目标，设计CDio项目；（2）按照项目实施目标，进行构思和设计，提出解决方案；（3）选择实验设备及组件，进行实验设备安排；（4）通过实验设备与组件的拼装、搭建、系统构建或实验设备加工，执行“implement（实现）”环节；（5）通过实验系统的操作演示、反复修正，执行“operate（运作）”环节；（6）项目答辩与交流，能力考核，完成CDio训练项目。
二、支撑CDio新模式的实验室设备
在机械设计类课程的实验教学中，有大量拼装搭建实验台架，这些实验设备可用来执行本研究提出的CDio应用新模式，典型实验台架包括：（1）轮系创新设计拼装及仿真实验台该实验台主要进行齿轮与轮系的分类及设计、分析与运用，是引导学生进行积极思维、创新设计、培养学生综合设计能力和实践动手能力的一种新型综合实验台。（2）机械方案创意设计五位一体化实验仪机械方案创意设计五位一体化实验仪是集机构组装、电机驱动、气缸驱动、程序控制和运动测试于一体的多功能实验台架，包含了连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、螺纹连接件、带传动、链传动、轴承等在内的多种典型机构和零部件，主要进行机械系统传动方案的设计与组装演示，特别适用于学生创新能力和动手实践能力的培养。
三、CDio新模式的实践应用
1．在机械原理课程项目中的实践应用差动轮系是机械原理课程中的一个难点，针对该知识点，设计了差速器三级项目。将本文提出的基于实验室资源的CDio新模式在该三级项目中进行了实践应用，具体过程如下：（1）设计差速器三级课程项目利用各类典型机构及零部件，以电机为原动机，设计汽车后桥上的差速器系统，将某一构件的运动按可变化的比例分解成两个构件的运动，实现汽车两后轮随着不同的行驶状态而自动改变转速的目的，以减小轮胎和地面之间的滑动。（2）进行构思和设计，提出解决方案解决方案可以有很多种类，现根据学生的设计，举例描述如下。差速器系统由电机、V带、直齿轮减速机构、万向联轴器、后桥差动器系统组成，其组成及传动方案如图1所示：该方案分析如下：由电机1经V带2传动到直齿轮组4减速，再经万向节联轴器5到后桥差动器6运动。同时，在差动轮系两边分别装有角位移传感器7和9，在主动直齿轮上装有一个角位传感器3，通过测试可以分析出其运动规律。通过该传动系统可以掌握后桥差动器的工作原理及其运动规律。1．电机2．带传动3、7、9．角位移传感器4．齿轮传动5．万向联轴器6．差速器8．轮子（3）实验设备与组件安排使用轮系创新设计拼装及仿真实验台。搭建过程中使用电机、V带、齿轮、键、联轴器、轴、螺纹连接件、支架等组件。（4）实验设备与组件的拼装、搭建根据传动方案，利用上述设备与组件，学生亲自动手实践，搭建形成差速器系统。（5）差速器系统运行、方案修正与完善在实验台上运行差速器系统，调试各项参数，反复修正传动方案直至完善。通过测试和分析系统的运动规律，掌握差速器功能，进而加深对差动轮系知识点的理解，了解差动轮系在工程实际中的应用。（6）项目答辩与交流，能力考核项目执行完成后，以小组为单位，制作ppt进行答辩，交流方案设计过程与体会，提交设计报告，给出项目成绩。2．在机械设计课程项目中的实践应用轴系零部件结构及尺度设计是机械设计课程中的一个难点，针对该知识点，设计了轴系零部件结构设计与测量三级项目。CDio新模式应用过程如下：（1）设计轴系零部件结构设计与测量三级课程项目利用轴系零部件实验台架和可拆装减速器，进行轴、齿轮、套筒、轴承、轴端挡圈等零部件的装配设计、轴结构设计、轴上零件定位与固定、轴各段直径和长度的测量等设计，通过设计和测量明确轴系零部件设计的基础理论和方法。（2）进一步根据课程项目任务和目标，划分项目小组，分工协作，查阅资料，进行构思、设计，提出解决方案；在此基础上，利用实验室设备与组件进行拼装、搭建、测量，将设计方案转化成实际系统，完成项目预期目标；最后，进行项目考核，进行答辩与交流，给出课程项目成绩。通过该模式的实施，学生普遍反映教学效果良好，真正进行了动手实践过程，增强了动手能力，加深了对差动轮系知识点的理解，并对该知识点的工程应用也有了较好的认识。在培养学生创新设计能力方面，通过对CDio新模式实施前后课程成绩、教师评教、督导评教等各个环节的比较分析，可以看出学生的培养质量都有明显地提高。特别是学生在参与课外各级科技作品创新设计竞赛活动中，取得了比以往都好的成绩，反映出学生的创新能力不断提高。
四、结论
（1）针对CDio工程教育模式在机械设计类课程中的应用难题，提出基于实验室资源的CDio新模式。该新模式将CDio核心培养理念与现代实验室的开放性、容纳性、多样性、反复使用性和更新性相结合，利用实验室条件实施和运行CDio四个环节。探讨了CDio新模式的实施过程、支撑CDio新模式的实验室设备，最后将基于实验室资源的CDio新模式在机械原理和机械设计课程项目中进行了应用。（2）实践应用表明，基于实验室资源的CDio新模式在培养学生的工程设计能力、工程创新能力和工程实践能力方面具有较好的效果，能够达到CDio工程教育目标。（3）本文研究在CDio工程教育模式具体实践方面具有较大的创新性。当前，机械设计类课程或者还未应用CDio工程教育模式，或者借助软件在计算机中仿真演示运动方案，这些都不能体现出“做中学”的教育培养理念。而本研究提出的CDio新模式能够利用实验室资源，通过让学生拼装搭建形成产品实物，来体现和验证创新设计方案，从而能够锻炼学生的创新设计能力和动手实践能力。因此，该新模式较常规教学思路和模式具有较大的创新性。
参考文献：
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机械传动方案设计篇10
【关键词】机械制造；自动化技术；特点；发展
一、概念
自动化是机器系统或装置系统在无人操控的情况下，按自身预定程序数据或者自身存储的指令自动完成操作自身系统或控制自身系统的过程。那么机械制造自动化就是指系统采取机械的方式实现自动化控制自身或者自身运作的过程。机械制造自动化这一概念自从21世纪20年代出现以来，经历了刚性机械制造自动化、柔性机械制造自动化以及综合机械制造自动化，发展到当今时代主要以综合机械制造自动化为主。
二、机械制造自动化的特点
（一）控制方案便于进行优化和传播
在传统控制领域中，控制方法和控制方案的确定通常需要结合实际的工作情况，并将环境因素的影响、人为因素的影响都考虑到具体的控制方案中。对于数控技术领域而言，由于控制过程全程采用数字控制的方式来实现，因此这种控制方式可以方便地进行移植和传播，这会有利于整个控制行业的发展。同时，由于控制方案最后要抽象成数字代码额形式，而数字代码可以应用计算机技术方便进行查看、修改和优化，这就使得方案能够进行进一步的研究和优化，有利于整个控制行业的发展。
（二）更安全可靠
传统的机械产品出现问题的时候，很可能需要停机维修，而且优势机械会因为故障自动停机，这样很容易造成安全事故，安全性不高[1]，而机械自动化产品的安全性大大提高了，当机械产品出现问题的时候，机械本身会自动的分析和处理问题，并且还能够采取行之有效的措施避免生产安全事故的发生，从而降低生产安全事故的发生率，自动分析和自动处理故障的功能还有利于提高生产效率。
（三）可以实现对误差的计算
在理想的控制方式中，可以实现对被控对象的完美控制。然而，在实际的操作过程中，由于种种因素的存在（包括人为因素、设备的精度等），导致被控对象的动作方案与预定控制方案存在一定的偏差。这种偏差的存在这工程实际中是允许的。然而，在工程中虽然允许控制误差的存在，但通常需要给出控制的误差范围。这一方面有利于控制方案的改进，另一方面也有利于对误差的控制。当采用传统控制方案来对被控对象进行控制时，由于控制的过程中有很多的不确定控制因素，导致了不能用科学的方法给出控制方案的误差。通常，在传统控制方案中误差的给出采用结果测试法与经验法相结合的方式。然而，在数控技术领域中，由于控制的每一步都是由计算机来实现，并都处于计算机的监控中，因此控制方案设计人员可以给出控制方案每一步的误差范围。
（四）更节能
机械设计制造的自动化发展使生产出来的机械产品体积更小，能够节省一定的资源，而且机械产品所采用的驱动机构具有低耗能的优点，这样从整体上看有利于降低生产耗能，实现环保的目的，因此，机械自动化更为环保。
三、机械制造自动化技术的发展趋势
当前机械设计制造的自动化，已经得到广泛应用，有效地提高了机械生产效率、优化了生产过程，革新了生产方式。但是科技的发展和研究还在不断进行中，自动化技术水平也会不断地改进和更新，在机械设计制造中自动化技术、设备的应用，会朝着多元化等方向发展。
（一）机电一体化趋势
根据目前机械设计制造自动化和相关技术的现状，笔者认为未来机械制造设计自动化将会朝着机电一体化方向发展，将来，机械设计制造自动化生产模式将会是半机械半自动，利用数控设备体系，有效的将机械生产与电子科技相融合，从而实现机电一体化，使机械制造的功能更为强大，结构体系更为完善，从而提高整个机械制造业的生产效率，并且同时不断提高产品的生产质量，不断满足社会发展的需求，并带动机电行业的发展。
（二）虚拟化
传统的机械设计制造需要先进行图纸设计，然后根据图纸设计进行成品试验，最终进行成品的制造。当前随着电子技术、网络技术、信息技术等的不断发展，虚拟操作技术得到广泛应用，人们已经可以借助网络技术实现虚拟化操作。所以，在机械设计制造的自动化发展中，虚拟化发展会成为它的一个方向。
（三）网络化
现阶段，虽然机械设计制造自动化在一定程度上是利用了现代网络技术，但是在实际的生产控制中，却没有真正的实现网络化[4]，例如，利用机械设计制造和自动化来设计产品以及生产产品的时候，如果其中出现了问题，就会影响生产运作，而且由于实现了自动化生产，通常情况下专业的技术人员不会在生产现场，设计人员更不会在生产现场，而管理人员又缺乏处理相关问题的能力，所以，管理人员只有将机械设备停机，这样会严重影响生产效率，造成这种情况的重要原因就是没有实现网络化的控制生产过程，因此，为了避免这种情况的发生提高生产力，在未来，机械设计制造及其自动化一定会实现网络化，进一步结合各种技术实现生产控制的网络化，这样，当机械设计制造及其自动化在设计生产中出现问题时，及时相关的专业人员不在，也可以通过网络来及时处理问题，从而恢复生产，保证生产效率。
（四）绿色化
从当前的环境污染现状进行分析，大部分的污染源来自工业生产。机械设计制造是工业产生的组成部分，当然在生产的过程中，也会产生污染。虽然当前在机械设计制造中实施了自动化发展，自动化技术、设备得到有效利用，污染得到了有效降低。但是，随着自动化设备和技术的应用，机械设计制造生产的工作量增加，污染依然没有得到完全控制。所以，绿色化发展是机械设计制造自动化未来的一个发展方向。
（五）高精密度
现在追求高技术已经成为了机械制造业的首要发展方向，当然，其也继承了传统的生产方式。在吸收传统生产方式中的优点的同时，也不断的引进新的技术。并且在不断的努力将高科技技术应用到生产中。自20世纪纳米技术出现以来，就标志着机械制造技术有进入到了一个新的阶段，其对机械制造技术也有着深远的影响，比如纳米精度加工等等。我国也正朝着更精细的方面发展。
结语
结合本文通过分析得出，在经济持续增长发展的今天，我国的机械制造自动化行业面临着严峻的挑战，但同样这也是一次前所未有的发展机会。我国的机械自动尚处于初步阶段，虽然与世界上的发达国家相比，仍然有着不小的差距，但还是取得了不小的进步，只要相关科研技术人员继续不断努力，相信这个差距会越来越小。同样要想提高我国的机械自动化水平，进以推动社会的进步，我们就需要对自动化技术在机械制造中的应用进行高度重视，只有将机械自动化技术和机械制造的相关技术进行融合，才能真正推动我国机械制造行业的稳定持续发展。
参考文献
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