用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹(shù)立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念探討

1、《科技傳播》2013?4（下）103理論研究TheeticalResearch用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹(shù)立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念吳紹鋒天津工業(yè)大學(xué)，天津300387摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎(chǔ)上用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率和精度，滿足對(duì)產(chǎn)品的適用性，經(jīng)濟(jì)性、可靠性、美觀性的統(tǒng)一要求。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文首先對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，了解先進(jìn)

2、的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，并樹(shù)立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念。關(guān)鍵詞傳統(tǒng)設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；機(jī)械設(shè)計(jì)；創(chuàng)新理念中圖分類號(hào)TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)16746708（2013）890103020引言在很長(zhǎng)的一段時(shí)間，大多數(shù)學(xué)生對(duì)機(jī)械專業(yè)認(rèn)識(shí)不夠。至少在本科階段，所知道的只是簡(jiǎn)單認(rèn)為機(jī)械是一個(gè)容易找到工作的專業(yè)，太枯燥，沒(méi)有什么發(fā)展前景。尤其是對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為就是坐在電腦前繪制工程圖，用一些基本滿足使用條件的零件進(jìn)行堆積裝配。這些錯(cuò)誤的認(rèn)為對(duì)多

3、數(shù)的學(xué)生造成了影響，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)不感興趣，更對(duì)這個(gè)專業(yè)沒(méi)有信心。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的機(jī)械行業(yè)得到了飛速發(fā)展，先進(jìn)的制造技術(shù)代替了原有的設(shè)計(jì)方式，制造設(shè)備也有較大改變。原有的設(shè)計(jì)多數(shù)只是滿足使用性這一重要目的，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在滿足使用的前提下，更趨于精密、微小、可靠、美觀、機(jī)電一體化等。要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，傳統(tǒng)制造設(shè)備是很難做到的，必須借助先進(jìn)的制造設(shè)備和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法才能實(shí)現(xiàn)此目的?，F(xiàn)階段對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)提出了更高的要求，這也需要我們對(duì)

4、高等院校的機(jī)械專業(yè)課程進(jìn)行變革。要借助于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹(shù)立全新機(jī)械設(shè)計(jì)的新思路，新理念，把新思維的設(shè)計(jì)理念注入當(dāng)代學(xué)生的頭腦中，這對(duì)我們新技術(shù)的革新設(shè)計(jì)有較大的推動(dòng)作用。1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)對(duì)比分析機(jī)械設(shè)計(jì)是一門很古老的學(xué)科。它是設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品使用的要求對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作方式、控制要求、維護(hù)保養(yǎng)等進(jìn)行思考、分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程，最后經(jīng)過(guò)機(jī)械制造進(jìn)行生產(chǎn)。因此機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的誕生起到了至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用，設(shè)計(jì)的優(yōu)良直接影響產(chǎn)品最終的質(zhì)量

5、。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)多數(shù)依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，經(jīng)驗(yàn)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上占的比重較大。因此一個(gè)具有幾十年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)者依靠經(jīng)驗(yàn)也可以設(shè)計(jì)出很好的產(chǎn)品，但是對(duì)于直覺(jué)，因人而異。這也可以理解為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的部分創(chuàng)新，直覺(jué)讓每個(gè)人設(shè)計(jì)出的東西略有不同，但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)還是經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，一成不變。因此傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的問(wèn)題考慮不夠全面，只是滿足了最基本的使用要求，很少考慮到設(shè)計(jì)的成本減少和結(jié)構(gòu)的性能可靠，更不會(huì)考慮設(shè)計(jì)的藝術(shù)美觀。但是傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)周期

6、較短，使用要求基本可以大大滿足。對(duì)于產(chǎn)品的安全性，一般考慮較為充裕，因此傳統(tǒng)機(jī)械較為笨重，難以實(shí)現(xiàn)精密微小特點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)如圖1所示?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法多數(shù)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在滿足使用條件的基礎(chǔ)上，在其他方面有較多的考慮，尤其是現(xiàn)在的產(chǎn)品傾向于機(jī)電一體化，美觀設(shè)計(jì)等。比如分析設(shè)計(jì)產(chǎn)品的壽命周期、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的微小精密、考慮合適的安全系數(shù)、分析產(chǎn)品特殊部位的負(fù)載影響以便進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等。這些不是設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和盲目考慮可以解決的，而是利用強(qiáng)大的理論知識(shí)

7、和分析軟件計(jì)算出來(lái)的，因此這樣的設(shè)計(jì)更具有科學(xué)性和說(shuō)服力，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用離不開(kāi)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)。三維造型軟件越來(lái)越多，較為常用的是Solidwks，Proe，UG，CAD等，這樣設(shè)計(jì)的模型，我們可以直觀的看出設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，并且整體的模型裝配可以在三維軟件中模擬完成，能及時(shí)修改因?yàn)樵O(shè)計(jì)考慮不周引起的裝配干涉等因素，這也為后續(xù)的分析提供基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值分析的運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)方面發(fā)揮了重要

8、作用。MATLAB在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中得到了較大的運(yùn)用，尤其是在優(yōu)化設(shè)計(jì)中。通過(guò)遺傳算法，最優(yōu)求解等求得最合適的參數(shù)，運(yùn)算過(guò)程快而且可靠?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用較廣，比如ANSYS的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械進(jìn)行模擬仿真可以得出局部的容易受損的部位，在尺寸設(shè)計(jì)的時(shí)候進(jìn)行額外的考慮。有對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析的Adams仿真，分析整體機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析。同樣還有一些反求設(shè)計(jì)，柔性設(shè)計(jì)等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。對(duì)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)利用了概

9、率論的知識(shí)，這是兩學(xué)科的交叉運(yùn)用。這些學(xué)科的理論知識(shí)為現(xiàn)代設(shè)計(jì)注入了新的活力，創(chuàng)新研究變得有理有據(jù)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的全面發(fā)展有較大的推動(dòng)作用。（下轉(zhuǎn)第95頁(yè)）4月下_v4.indd103201342516:35:33《科技傳播》2013?4（下）95理論研究TheeticalResearch不合理的軸上零件的結(jié)構(gòu)會(huì)增加軸的負(fù)擔(dān)，需要對(duì)其改進(jìn)以優(yōu)化軸系結(jié)構(gòu)。如圖2中所示起重卷筒的兩種安裝方式。圖a中，因?yàn)榘丫硗埠痛簖X輪連接在一塊了，轉(zhuǎn)矩的傳遞

10、可以不經(jīng)過(guò)軸而直接經(jīng)大齒輪傳給卷筒，使得卷筒軸只受彎矩而不受扭矩，減輕了卷筒軸的負(fù)擔(dān)；圖b中是大齒輪將轉(zhuǎn)矩通過(guò)軸傳到卷筒，因而卷筒軸既受彎矩又受扭矩。在同樣的載荷F下，圖2（a）中軸的直徑顯然可以比圖2（b）中的小。（a）（b）圖2起重卷筒的兩種安裝方案3）改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的常見(jiàn)地方有：軸肩處；軸與輪轂為過(guò)盈配合的邊緣處；用鍵槽銑刀加工的鍵槽的過(guò)渡處。相應(yīng)的改進(jìn)措施有：把過(guò)渡圓角的半徑適當(dāng)放大以減小軸肩處的應(yīng)力

11、集中；增加配合直徑或者在輪轂和軸上開(kāi)減載槽；用盤銑刀代替鍵槽銑刀來(lái)加工鍵槽。4）改進(jìn)軸的表面質(zhì)量當(dāng)軸的表面粗糙度比較大時(shí)，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度。應(yīng)合理減小軸的表面粗糙度，以及選取適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化處理方法。可以采取的強(qiáng)化方法有：表面滲碳、氰化等化學(xué)熱處理；表面高頻淬火等熱處理；碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。2結(jié)論軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞決定著整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行是否成功可靠。所以我們要重視軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在掌握一般設(shè)計(jì)方案的同時(shí)，要不斷的探索新的、順應(yīng)時(shí)代的更高

12、效的設(shè)計(jì)方法，從而優(yōu)化軸系的結(jié)構(gòu)。參考文獻(xiàn)[1]楊彩鳳.軸系零件結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).四川大學(xué)，2004.[2]龔桂乙，潘沛霖，等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)二高等教育出版社，2000.[3]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2005.[4]何澤軍.機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)與研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(9)：9798.3機(jī)械設(shè)計(jì)新理念機(jī)械設(shè)計(jì)講究的是創(chuàng)新，沒(méi)有創(chuàng)新的東西只能被淘汰。這對(duì)我們新一屆

13、機(jī)械專業(yè)的學(xué)生是一大考驗(yàn)，不能再簡(jiǎn)單的認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)就是繪制工程圖，不是繪制三維圖，也不是簡(jiǎn)單的考慮使用要求，更不是各種零件的簡(jiǎn)單組合和裝配。因此對(duì)現(xiàn)在的機(jī)械設(shè)計(jì)新理念應(yīng)該植入我們每個(gè)設(shè)計(jì)者的頭腦中。改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的全新教育模式對(duì)提高機(jī)械設(shè)計(jì)成效有較大的幫助。運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)者的較高要求，在進(jìn)行簡(jiǎn)單的三維造型之后，要根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的使用條件進(jìn)行仿真模擬，判斷產(chǎn)品的失效位置和可能發(fā)生的故障等。對(duì)提

14、倡的節(jié)能制造，綠色制造更應(yīng)該過(guò)多考慮，如今的產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本較高，在滿足使用條件的前提下進(jìn)行材料使用的減少也是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要目標(biāo)。4結(jié)論根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)要求，很多課程比如數(shù)值分析，計(jì)算機(jī)仿真，軟件工程等多學(xué)科對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)都有較大的幫助，因此有必要加大設(shè)計(jì)者的各科知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)專業(yè)課程設(shè)計(jì)、前沿技術(shù)進(jìn)行專門培訓(xùn)，樹(shù)立設(shè)計(jì)者現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的新理念。對(duì)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理論和最新設(shè)計(jì)成果進(jìn)行展示，激發(fā)設(shè)計(jì)者更加的創(chuàng)新能力。只有這樣，我們的機(jī)械專業(yè)人才

15、才能設(shè)計(jì)出有創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)[1]李才運(yùn).現(xiàn)代設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的比較[J].工業(yè)技術(shù)，2012，10：97.[2]楊海榮.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法研究[J].設(shè)計(jì)與分析，2011，18：161162.[3]張乃龍，喬愛(ài)科，趙京.用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法樹(shù)立機(jī)械設(shè)計(jì)新理念[J].中國(guó)電力教育，2010，15：109110.（上接第103頁(yè)）在總結(jié)企業(yè)事故頻發(fā)、生產(chǎn)由此下滑、效益相應(yīng)發(fā)上降低的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之后得出的。時(shí)間證明，安全第一的思想意識(shí)成

16、為今天的安全生產(chǎn)方針的原則和基礎(chǔ)。雖然各個(gè)企業(yè)管理的最高目標(biāo)是使經(jīng)濟(jì)效益得到最大化和最優(yōu)化，畢竟提高經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生存的前提而后保證，但是各個(gè)企業(yè)也應(yīng)該去承擔(dān)其社會(huì)責(zé)任和義務(wù)，否則，企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展就得不到保障。3.3滿足社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要需求從大的層面來(lái)說(shuō)，我國(guó)的黨中央等各部門也對(duì)安全做出了要求，如江澤民總書(shū)記關(guān)于安全生產(chǎn)工作的重要批示以及黨的十五屆五中全會(huì)和中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議中的相關(guān)規(guī)定和要求，都提到了安全生產(chǎn)的重要性?？梢?jiàn)，安全

17、生產(chǎn)是關(guān)系國(guó)家、人民、個(gè)人的大事，是關(guān)系民生的大事，具有重要政治意義。每一次重大事故的發(fā)生，都會(huì)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上造成重大的負(fù)面影響，如果處理不當(dāng)，還會(huì)演變成嚴(yán)重的政治性問(wèn)題，給一些居心叵測(cè)的人帶來(lái)可勝之機(jī)，嚴(yán)重打亂正常的生產(chǎn)秩序而后造成人心不穩(wěn)定等嚴(yán)重后果。參考文獻(xiàn)[1]燕東.淺析如何加強(qiáng)煤礦安全管理[J].科學(xué)之友，2011(18).[2]高平，宋煥虎.煤礦事故致因及其防治措施[J].河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009(3).[3]