简单的机械设计精选(九篇)

第1篇：简单的机械设计范文

1 专业综合实验

专业综合实验是电子信息工程专业集中实践教学环节，目的是使学生能综合运用所学相关课程的基础理论和基本知识，完成电子功能模块电路或电子系统设计、仿真和电路测试，为以后毕业设计和工作奠定坚实的技术基础。要求学生完成相关电子功能模块系统的电路设计、仿真到硬件实现和指标测试，写出详细的工程实践报告。近年来，专业综合实验内容是使用“探索者”机器人实验系统提供的零件和模块，进行运行方案、机械结构和控制电路的设计并编写控制程序，拼接完成机器人的组装，运行测试，实现机器人的既定功能。

2 机械设计在专业综合实验中的作用

国内外很多高校都已开展了机器人的教学工作[1][2]。并且国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

无论是哪种情况，机器人的运动都离不开身体的配合，其中包括机械本体系统和运动动力控制系统两大部分[3]。机械本体是机器人存在的基本和功能实现的前提，是将各种机械零件有机地组合起来，使得机械结构既巧妙又有效率。机器人的动力来源一般是电动机，通过一套机械传动装置，按照机器人内的程序控制，将动力传到机器人的执行机构，机器人的执行机构就开始运动了。机器人如果想要动起来，机械本体和运动动力系统这两大部分缺一不可。

一个完整的机器人设计应该是机械、电子、软件和外观等有机组合在一起的结果。必须根据功能先用机械零件搭建出各式各样的机械结构，再选择适当的电子器件，结合编写程序，最后加以外观美工修饰。

设计机器人之前先要思考以下问题：要做什么样的机器人，需完成什么功能，要有什么动作，在什么环境下运作，是否要人机交互等。只有把这些问题弄明白了，确实明确了设计任务，才能动手进行机械设计。进行机械设计不是单纯的将零件搭建成机械结构那么简单，而是需要根据机器人的运行方式、运动原理和运行环境，拟定运动方案，确定结构组成。机械设计的任务就是根据机构运动方案将机械零件拼装完成机械装置。

3 如何提高学生的机械设计能力

3.1 了解机构运动方式

自然界中物体位置发生变化的运动，叫做机械运动。平动、转动和振动，是机械运动的三种基本形式。任何一种功能机器人都需要完成一种或同时参?c几种形式的运动，因此学生需要根据机器人的运动特点确定运动方式，选择适当零件拼装成机械装置。

3.2 学习机械装置运动原理

不同的机械装置的运动原理不一样，要求学生根据不同的机械装置的原理，选择零件组成实现。比如曲柄摇杆装置是由一个曲柄一个摇杆组成，可将连续的旋转运动转化为摆动运动。常见的雷达天线俯仰搜索结构就是这样的曲柄摇杆装置。选择电机和连杆型零件就可实现曲柄摇杆装置。

3.3 学看机构简图

结构简图表示机械运动配合情况和机构组成情况，代表机械运动系统的方案。结构简图是把实际机构加以科学的抽象，从原理方面表达机构的组成和运动性质，以便进行机构的设计和拼装。学生要会看机构简图，从简图上确定构件的种类数目、构件的相互位置以及所表达的机构运动性质，选择机械零件，完成拼装。

3.4 动手拼装机械装置

学生通过学习认识组装机器人所需的各种机械零件图形、特点及用途，了解其参数；掌握机械装置运动原理、主要用途、组装方法；掌握典型机械装置拼装所用零件及工具。进而利用利用“探索者”机器人实验系统提供的零件进行机械装置的拼装，从简单到复杂，从单一到组合，训练机械装置的拼装能力。再提高到通过组合不同的典型装置可完成不同的机器人功能需要，提升能力到设计机械装置。

第2篇：简单的机械设计范文

关键词 机械手 结构设计 控制系统

0引言

随着科技的飞速发展，机械手在大规模劳动密集型生产中得到了重要应用，成为自动化生产线上不可或缺的一员。机械手提高了生产自动化程度，降低了劳动强度和用工成本，提高了生产效率和产品合格率，提高了生产自动化程度。机械手在生产中仍有许多机械结构和控制系统问题存在，不断加大对机械手的研究，增强其智能性、适应性、准确性和稳定性，满足日益提高的F代化生产要求。

1机械手臂机构设计

1.1底座结构设计

底座是整个机械手臂的支撑部分，是执行腰部360度回转的机构，也是安装动力源、控制系统和驱动系统的部位。

1.2手臂结构设计

手臂是支撑和带动手腕和手部的重要部件，分为有关节臂和无关节臂，本文所设计的机械手臂试验装置为无关节臂，并采用直流电机驱动，锥齿轮或内啮合齿轮传动。

1.3手腕结构设计

手腕是用于连接手臂和手部的部件，通过左右旋转平移和俯仰转动，可以调整机械手执行操作时的位置和姿态。

1.4手部结构设计

手部是直接于物体接触的部件。根据手部与物体接触形式的不同可分为夹持式和吸附式。夹持式通过模仿人手指的结构形式，可分为无关节、固定关节和自由关节三种类型。根据手指数量又可分为二指、三指、四指等，其中二指应用最多。根据传力结构又可分为回转型和平移型，回转型结构简单，方便制造，因此常使用此类型；平移型可夹持范围大，但结构复杂，成本较高。本文采用二指回转型夹持式结构，手部有两个自由度，一个自由度用于夹持物体，一个自由度用于反转手腕，通过直流电机驱动。

设计所得机械臂采用的回转型机械手臂与人的手臂结构相似，前三个关节都是回转关节，底座与手臂形成类似人手臂的肩关节，手臂中大臂和小臂形成肘关节，大臂可以做回转运动，小臂可以做俯仰运动。此类机械臂工作范围大、运动灵活迅速、适应性强、通用性好。

2机械手臂驱动设计

驱动系统通过传动装置为整个机械手臂提供动力，关节型机械手的驱动系统主要由驱动装置和传动装置两部分组成。常见的驱动型式有液压传动、气动传动和电气传动，液压传动具有作用力大、结构紧凑、作用平稳、动作灵敏等优点，但其易产生漏油污染、结构复杂、成本较高；气动传动动作迅速、结构简单、无污染、维修方便，但由于空气易被压缩，工作不线性。工业机械手臂常使用液压传动和气动传动，但液压传动和气动传动结构复杂、成本较高，本文机械手臂作为实验装置，机械手臂不需要进行高强度、高负载的工作，故使用电气传动，具有运动速度快、可靠性好、运动精确、安装维修简单等优点，完全可以满足实验设备的需要。

3机械手臂控制系统设计

机械手臂控制系统控制着机械手臂按所发出指令要求运动。目前，工业机械手多采用程序控制系统和电气定位系统进行控制。机械手臂实验装置的控制系统较为简单，用单片机输出六路PWM脉冲信号分别控制机械手臂的六个舵机，需要输出一个20ms的脉冲来控制舵机，即可实现机械臂的六个自由度。对机械手臂的控制即对各电机的控制，计算机为控制系统的核心，分别由计算机、伺服控制卡、4套步进电机驱动单元和4套步进电机组成。

机械手臂控制系统设计主要时对驱动系统的设计、上位机控制界面的设计和上、下位机之间串口通信的设计等。

在对上位机控制界面设计时，主要包括五路舵机控制区、一路电机控制区和机械手运行示意图等方面。五路舵机控制区采用滚轮条的形式，在右侧的编辑框中实时显示各舵机的转动角度；一路电机控制区采用速度控制的形式，显示电机的正转、反转和停止；用机械手运行示意图实时显示机械手的运行情况，当相应舵机或电机运行时，会在相应的舵机或电机位置上加亮以表示正处于运行状态。

4结语

随着生产中对机械手需求量的不断增大，对机械手智能性、适应性、准确性和稳定性提出了越来越高的要求。我国对于机械手的研究和应用起步相对较晚，不能适应生产中对机械手提出的要求。对六自由度机械手臂实验装置的设计，实现对机械手的实时精确控制，解决存在各种问题，可以为控制算法和控制理论的测试、检验提供更佳的实验平台，更好地对机械手进行精确而又复杂的控制研究。

参考文献

[1] 范小兰，赵春锋.基于PLC的机械手控制在MCGS中的实现[J].制造业自动化，2012（18）.

第3篇：简单的机械设计范文

关键词：简单机械；定滑轮；动滑轮；教学设计

一、教材分析

《全日制义务教育物理课程标准》对于“简单机械”的要求是：通过实验探究学会使用简单机械改变力的大小和方向。可见，学生对于简单机械这一重要基础知识的掌握，不是通过教师的讲授来实现，而是强调让学生“通过实验探究”而获得的。目的就是使学生通过自主设计实验，学会运用科学的探究方法，体验科学探究的过程，感受“成功”的喜悦，从而使学生在获取知识的同时科学素养得以提高。

教材中《其他简单机械》由三部分内容：定滑轮、动滑轮的定义，定滑轮、动滑轮的特点及滑轮组三部分的内容组成，三部分花一个课时完成，内容太多，学生的探究活动无法很好地展开。因此，本人将教材的内容分为两个课时完成，此教案设计仅由定滑轮、动滑轮的定义，定滑轮、动滑轮的特点两部分内容构成。在教案设计中，本人将定滑轮、动滑轮的定义由直接给出改为由学生自己设计装置而引出，使学生获得更多的体验。

二、学生分析

1.学生年龄特点和认知特点

据J.piaget的认知发展阶段理论，九年级的学生正处在思维的转型期，是科学思维能力、概念转变能力飞跃发展的时期，同时学生的自主意识开始增强，喜欢按自己的意识办事。

2.学生已掌握的基础知识与技能

通过长期的训练学生已具备初步的设计探究、实际操作、小组合作和分析归纳能力。通过前面杠杆的学习，学生也了解了对简单机械的研究主要着重在省力的情况，运动距离的情况等方面。

三、教学目标

1.知识与技能

（1）认识定滑轮和动滑轮；

（2）知道简单机械的一些应用。

2.过程和方法

（1）通过观察和实验，了解定滑轮和动滑轮的结构；

（2）通过探究，了解定滑轮和动滑轮的特点。

3.情感、态度与价值观

通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用。

四、教学的重点和难点

重点：定滑轮、动滑轮的力学特点。

难点：动滑轮省一半力的条件。

五、教学准备

1.实验器材

铁架台、滑轮、细绳、钩码、刻度米尺、形形的弹簧秤、天平、计时器等。

2.学生分为4人一组，共11组，各组选定1名召集人，1名记录员

第4篇：简单的机械设计范文

关键词：抢险救援 组合器械 应用

中图分类号：X928文献标识码：A文章编号：1009-5349（2017）09-0187-01

近年来世界各国都有不同程度和类型的自然灾害，科学技术的高速发展使灾后的救援工作进行的速率大大提高，但依然存在长时间的救助不到，导致遇难者在没能及时被救助的情况下丧失生命，留下遗憾。据了解汶川地震中有69227人遇难，其中除被倒塌的房屋直接致命的遇难者外，大多数遇难者是等不到救援条件而放弃了生命。在矿难中，遇难者被埋在地下，只能利用狭小的缝隙与地面联系，救援人员能看到伤者却无法及时撤出，而救援的条件需要慢慢等，慢慢创造，在各种恶劣条件下，很多人因为缺水、缺食物、缺氧气、救治不及时而丧失了生命。为此，本着以人为本的设计理念，设计此套抢险救援组合器械应用于抢险救灾。

一、研究目的及内容

设计该套机械装置，机电结合，模块结构。夹持迅速，灵活多变，携带运输方便。适用范围：人员不便接近的危险地方，狭窄空间，具有传递工具、水下打捞等功能（地震、火灾、水灾、矿难等）。在各种突发灾难或危险事故发生时，人不能接近的危险区域或人手够不到的地方，能够代替人手及时为遇难者递送物品或抢救重要物资，适应各种场合，甚至在不能及时救出伤者的情况下，能够维持其生命，等待救援。

1.作品简介

该作品采用机电结合、组合模块结构。组合容易，操作简单，快捷适用。适用于地震、火灾、水灾、矿难等各种突发灾难或危险事故以及日常应用范围。

2.作品构成

作品由夹持手、剪刀手等多M模块、机械臂、传动机构等构成。

二、方案设计

1.机械手收放功能

为使机械手能够实现夹取物体，自动放开功能，采用曲柄连杆结构，并利用弹簧的控制运动功能使机械手张开。

2.机械手角度调节

机械手完全模拟人手的旋转角度，机械手指尖部位可随物体重心进行自由的左右变换，机械腕可90度调节。

3.距离长度调节

为适应不同距离的操作，设计为可调节的伸缩管结构。伸缩管可根据实际需要加长。

4.模块化设计

为实现不同功能，设计采用模块化的多组功能件组成，均设计成相同规格接头与伸缩杆连接。如剪刀手模块，夹持手模块等。

5.实现灵活、便携

在机械臂后方安装背带，不限制使用场所，以适应不同环境，自由调节方向，实现灵活性。选择较轻的铝合金材质，韧性高，耐腐蚀性好。整套装置可拆卸放在工具箱内，起到便携特性。

6.操作设计

采用涡轮蜗杆设计，控制机械手开合，实现轻松传动。

可根据不同情况选择手动或电机传动两种方案。

手柄转动：适用于要求精密度高，操作轻的危险作业，如排爆等。

电机传动：独特的机电一体化设计，使操作变得更加快捷简单。

7.附件添加

机械臂前端配备连接设备，可添加照明装置和扬声器，方便救援人员了解、观察伤者情况，也可将氧气管或其他救援器械递给被困伤者，在不能及时救出伤者情况下为其提供自救设备。救援的同时也可辅助其他救援设备进行救助。

三、方案研制

1.传动方案

本组合由原动机、传动装置、伸缩装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的动力和运动、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是本组合的重要组成部分，传动装置是否合理直接影响本器械的工作性能、重量等。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单，操作方便，传动效率高和维护容易。

本组合的原动机是电机，工作装置是机械手，传动装置采用一级传动，即蜗杆传动。

蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成，常用于传递交错角为90度的两交错轴之间的运动和动力，具有传动比大、传动平稳、结构紧凑和操作简单等优点，适合本组合的传动要求，因此选用蜗杆传动。

2.机械方案

（1）弹簧的设计

估计弹簧钢丝直径d=D2/C=116mm

补偿系数K=1+145/C=112

弹簧钢丝σB=2800MPa

许用剪应力[τ]=05σB=1400MPa

计算钢丝直径d′≥16

（2）机械臂的设计

铝合金的许用应力[σ]=195MPa ，由于许用应力和弯矩不变，所以在不同长度所能承受的最大压力不同；由于是伸缩杆，另一杆在此杆内部，所以R=d=34mm，同种材料的直管，厚度也相等，r=28mm。

经实验验证：在2―5米时可承受20公斤的重物；在5―8米时可承受10公斤的重物，8米以上时建议重物不要超过5公斤。

（3）蜗轮蜗杆的设计

蜗轮选材ZCuSn5Pb5Zn5，砂型铸造，蜗杆选用20CrMnTi，心部调质，表面渗碳淬火硬度≥HRC45。查表得，[σ]′=125MPa转速n=600r/min，工作10年，每年工作300天，一天16小时，受力Ft1=100N，λ=40。

选择蜗杆头数，确定转速和扭矩，疲劳强度计算，剪刀的设计。

（4）剪刀的设计

通过对普通的剪刀进行改装，剪刀手选择特殊的弯钩形状，可迅速定位方便剪断。剪刀手放松时，刀刃部分隐藏，不会造成误伤。经实验验证：剪刀可剪小于8号线家用电线。

（5）零件的设计

各部元件已实现了标准化和通用化，使用和维护都比较方便。机械手部位的模块化设计，可以实现多种不同的功能。既保证了实用性，又保证了携带方便的特性。

（6）电机的选择

由于手动操作蜗杆装置精度高，操作简便，但速度较慢，在紧急情况下，应用电机会提高传动速率，提高工作效率。

选用充电式电机，方便携带。

电池电压：72伏―14伏可选；

无负载旋转数：0-280/480/分钟；

最大锁定扭矩：176牛顿・米（156英寸-磅）；

离合扭矩设定：22级10-59牛顿・米（9-52英寸-磅）；

全长：220公厘（8-21/32英寸）；

操作容易的正、反转切换按钮； 可逆转，可变速；

标准附件：电池（FEB9S），充电器（UC9SD），批头。

（7）工作原理

利用了曲柄连杆和机电传动机构使机械手的往复闭合，实现对物体的抓取、递送。利用杠杆原理实现剪刀的闭合功能、蜗轮蜗杆的传动功能。

通过简单的机电传动进行一系列人本身不能实现的送给物品的过程。在各种突发灾难或危险事故发生时，人不能接近的危险区域或人手够不到的地方，能够代替人手及时为遇难者递送物品或抢救重要物资，装置小巧，方便携带，适合于各种类似场合，甚至在不能及时救出伤者的情况下，能够维持其生命，等待救援。

当施救人员摇动蜗杆传动装置的摇杆或利用电机，收紧拉线，使机械手收紧抓紧物品，到达遇难者位置，放松拉线时，机械手张开，放下物品，将机械手取出。

四、技术难点

1.机械手多角度变换

机械指部位采用特殊设计，可随物体的重心在一定范围内自动进行左右调节，其设计完全模拟人手的左右旋转角度。机械腕部位采用插销定位，两个传动滑轮定向，实现90度变换。

2.创新点

可配备多组模块，可全方位多角度调整。

第5篇：简单的机械设计范文

[关键词]实践创新;机械原理;教学方法

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0111-03

机械原理是一门介绍机械中常用机构和一般工作条件下常用参数范围内的通用零部件设计的基本知识、基本理论和基本方法的重要的专业基础课，是机械类及相关工程类专业的必修课程。在机械原理这门课程中，学生要掌握“三大机构”和“三大分析”。“三大分析”即机构结构分析、机构的运动学分析和机构的动力学分析的基本知识;“三大机构”即连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的设计与综合。机械原理课程的培养目标是使学生具有创新机构运动方案的设计能力，即针对不同的设计任务，综合运用多学科的相关知识，提出多种机构运动方案，并进行综合评价确定最优方案。因此，它又是一门多学科、实践性很强的学科。[1]

一、机械原理教学中存在的问题

当今世界，科技发展日新月异，技术快速发展，而我们的教材一直是经典教材，课程的内容跟不上科学研究的发展，也跟不上技术的实际应用，甚至存在有些知识点是实际应用中多年弃之不用的技术等问题。结合这几年授课经验，笔者发现，机械原理教学中存在如下几点不足：

第一，缺少实践教学环节，缺少学生创造性思维能力和实际设计能力的培养。

第二，重理论知识系统性而轻工程应用背景的介绍。如连杆机构中转动副（铰链），学生从书本上见到的只是杆是直线和铰链是圆组成的机构运动简图，对于现实生活的机械产品难有较好的感性认识。特别是在大四做毕业设计结构设计的时候，构件与构件之间的实际的铰链的装配关系容易出错。

第三，缺少对机械设计新技术、新发展和新成果介绍，以及机构解析法设计的内容。

第四，与其他课程联系少，往往是就机构分析而机构分析，可通过设立综合性强的课题，将机械原理与工程力学、机械设计结合进行综合性设计，或结合设计比赛进行串接。

第五，在实践环节，每年都做同一个题目“减速器的课程设计”，只是每个学生的数据不同而已，没有体现“以学生为中心”的教育理念，使得该环节程序化，制约了学生的创新能力。

以上问题的存在，使得本来是创新性强、思维发散灵活、创作激情澎湃的机械原理教学，有可能变成理论实际脱节、教学过程枯燥、学习目标盲目、学习激情减退、教学质量下降的灌输式教学。[1]

二、要善于提出问题，引导学生主动思考

在教学过程中，需要将学生的地位至于教学的核心。让学生参与到教学活动里，在进行教学之前可以设置多重问题，让学生在问题的引导下层层深入，自主进行深入学习，提高学习的兴趣和效率。

机构自由度计算是机械原理教学中的重点内容之一，教师要做到深入浅出地讲授构件和运动副产生约束作用，由此自然给出平面机构自由度计算公式。不仅加入了理论知识，还使用一些简短视频和动态图，让学生了解各个运动副之间的关系，便于理解和识别复合铰链、虚约束等特殊情况。增加一些趣味性和实际生活中常见并且熟悉的机构进行分析，或者对看起来复杂的机构进行简化。引领学生在计算自由度的时候建立对机械原理的最初理解以及兴趣。鼓励学生将学到的机构进行应用。建立简化机构和对机构原动件到从动件进行顺序分析的解题思路。提出机构，让学生自由分析和进行计算，再进行讲解。培养学生分析和解决问题的能力。

齿轮机构在各种机器中应用广泛，在讲授这部分知识时，利用在实验室不同类型齿轮机构的模型和视频、联系实际进行理论知识的讲解，可以加强学生知识的理解。首先要建立对一般齿轮类型的认知。了解齿轮传动在实际应用中的重要性，再提取最普通的直齿圆柱齿轮进行分析。可以让学生自己探索分度圆，齿根圆，模数等的意义。通过对齿廓的研究了解渐开线各个参数的意义，了解为什么渐开线是最常用的齿廓，从而了解渐开线的优点。再通过实际啮合状态，提出啮合相关的问题，包括啮合规律、传动比、重合度等疑问。在研究斜齿轮、蜗轮蜗杆传动时，让学生类比齿轮的公式，进行公式的推断，从而了解其与渐开线直齿圆柱齿轮的异同。通过让学生研究对不同齿轮加工方法的异同，了解齿轮的加工过程。按照从实际到理论，从设计到制造的顺序，提出不同阶段的问题，引领学生建立系统的齿轮方面的知识。了解不同阶段不同的公式以及公式的来源。[2]

三、注重实践创新

我校教师带领学生连续参加第四、五、六、七届全国大学生机械创新设计大赛（慧鱼组）。2014年我校学子一举斩获一等奖，不仅取得了我校在此项赛事中的最好成绩，还实现了我校在该赛事一等奖奖项的零的突破，为学校赢得了荣誉。还带领学生参加了江苏省第五届机械创新设计大赛暨第六届全国大学生机械创新设计大赛获省二等奖，不仅要求学生设计出作品，并且要做出实物，进行现场模拟。据悉，全省独立学院获得的最高奖项为二等奖，且只有三项，我校即占其中之一。今年我们争取再接再厉取得好名次。

第七届（2016年）全国大学生机械创新设计大赛的主题为“服务社会――高效、便利、个性化”;内容为“钱币的分类、清点、整理机械装置;不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置;商品载运及助力机械装置”。我们选择关于钱币的分类、清点、整理机械装置的设计。

在当今的社会生活中，人们越发注重绿色出行，因此公交车出行越来越成为人们优先选择的公共交通设备。然而，现如今公交车上钱币分类主要依靠人工或者简易的投币装置，这样的方式成本高并且效率低下。这都预示着新型的多功能投币机械将会被人们广泛使用，其需求量将会越来越大。作品一设计的是新型公交车投币箱。利用简单的滑道及杠杆机构进行纸币及硬币的分离，再以简单的滑道机置对不同面值的硬币进行分类，如图1所示。由两个滑道构成主要结构，上面一个滑道两点固定，主要是给硬币和纸币一个下落的初速度，下面的滑道是一个杠杆结构，硬币的质量完全可以压下杠杆落入硬币箱，人们把硬币从投币口投入，经过一系列物理反应，达到分离的目的。此结构简单，不需要能源输入，只需要小小的改动就能更便利。主要创新点：1.没有科幻元素，处处体现实用化。简单的机械结构容易制造，并且出现故障容易修理。2.无须通电和供能，因此投币机十分安全并且节能、受到的使用限制也会大大缩小。3.设计制造成本低，可批量生产，便于推广。此设计不仅功能齐全、可靠性高，并且机械装置简单，大大降低了公交公司的生产成本，价格的低廉也将会赢得广泛的客户群。由于成本低，可以批量生产，具有广泛的市场性和实用性。

作品二是根据公交车上的投币特点（需要人们一个一个投）设计了该产品，如图2所示。我们根据硬币的直径不同，给它们在轨道上安排了不同的出币口，使得不同面额的硬币进入不同的空间内。由于目前我国新版人民币有三种圆形硬币，其直径依次为：一元硬币25mm、5角硬币22.5mm、1角硬币20.5mm。所以我们将第一个出口处的挡板与轨道的间距设置为21mm（先将一角钱分出），将第二个出口处的间距设置为23mm（再将五角钱分离），最后的出口的间距设置为26mm。这样，不同的硬币就会不同的出口处落出，原理如图3所示。我们在每一个出币口搭建了一个容器，使它的开口直径不超过它所盛装的硬币的直径（装一元的容器直径为40mm，五角的为40mm，一角的为30mm）的两倍;我们又测量出每一种硬币的厚度（一元为1.85mm，五角为1.65mm，一角为1.67mm），然后根据计算，在容器外表面标出刻度（不同的高度对应不同的数量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，画一刻度线，标出数字十;在五角容器外，每隔16.5mm，画一刻度线，标出数字十;在一角容器外，每隔16.7mm，画一刻度线，标出数字十）。主要创新点： 1.可进行硬币的分类。2.可计数根据测量硬币堆积的厚度，从而计算出硬币的数量。3.将轨道分段衔接。4.原理简单，结构简单。5.系统还具备升级和扩展的潜能。本作品结构简单，可后续添加其他功能，较好地满足了硬币发展的需求。

作品制作历时四个月，经过多次改造。从刚开始产品设计的构思到最后整个作品的制作完成都充分发挥了学生的创新意识，培养了学生综合设计能力与团队协作能力，提高了学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践能力。[3]

四、总结

通过这次研究课题的实践，不仅让学生学到了许多了专业知识，而且培养了其解决问题的能力。其次，团队管理也是很重要的，一个团队核心就是通过合作去开展工作，这样才能发挥最大的效益。合作就需要良好的管理，对于不同的问题需要设立讨论小组，对问题进行研究，集众人之力去解决问题。最后笔者认为，本次研究关键就是不断反思问题，从反思中取得突破。研究是个连续的过程，在每个阶段发现问题才能确定接下来工作的方向，这样不断进行反思总结，才能取得突破，取得最后的胜利。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 孙亮波.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].机械，2010（12）：21-23，33.

[2] 殷勇辉，高志，章兰珠.提高机械原理课程教学质量的思考与实践[J].中国大学教学，2014（6）：57-59.

第6篇：简单的机械设计范文

21世纪的今天是科技发展的时代，是信息爆炸的时代。在这个时代中，计算机技术的应用在机械工程的任何一个领域已经实现基本的普及。有效的提高了生产效率，减少了人工成本，降低了设备的损耗。伴随着计算机技术的每一次的进步创新，都带动了整个机械行业前进的步伐。在机械工程的设计和研发领域，更为依赖计算机技术，其的地位不可替代，带来的效益不可估量。深入的探究计算机技术在机械工程的实际应用是非常必要的。

2我国机械制造业的现状

在现如今的机械制造这个行业中，为保证生产加工的顺利进行和完成，对机械设备上的熟练操作和应用是非常重要的前提。设备的改进和创新，将影响着整个机械制造业的发展。就目前而言我国工业化水平较其他国家还处于较低水平，出现的问题还需要解决。而通过应用计算机技术，极大的促进了机械制造业的改善。

（1）机械设备的更新。由于机械设备的昂贵费用，使得企业不能及时的拿出资金，来进行设备的更新换代。致使长期使用老旧的设备，企业的生产技术提高不上去，得不到高效率，投入得不到回报，严重者导致有的企业的倒闭。

（2）机械设备的养护。将新进的设备仪器的投入生产，使得企业得到了高额的回报，有个别的领导片面追求短暂的高收益，或因赶进度、抢工期等原因，迫使机械设备高负荷运转，得不到应有的仪器养护，没有从长远的角度去考虑问题，加快了仪器设备的老化，使得企业花更多的钱去购进新的仪器。

（3）机械设备的维修。由于一些的企业对于生产细节的不注意和片面的追求效益的最大化，忽略了设备所出现的问题，再加上得不到得及时更新和养护，或多或少的造成了一定安全隐患，长此以往，随着隐患的堆积，可能会导致大面积的设备瘫痪和停运。

3机械设计中的应用

机械设计作为机械生产的前提，决定着机械性能的好坏，是机械工程的重要组成单元，而且设计的好坏绝大部分取决于设计的过程和丰富的工作经验上。而在机械设计的每个环节都需要计算机技术来提供帮助。图形的设计，编辑，和数据的计算等繁琐而又麻烦的工序都可用计算机进行替代，以简化操作步骤，避免在时间等方面的浪费。随着计算机技术的进步，计在机械设计的每个环节中发挥着重要的作用。

（1）计算机辅助制造。计算机辅助制造简称为“CAD”，是机械设计者在计算机的协助下设计完成设计工作中的制图、工程分析、模型构建等工作。通过工程分析和模型的构建，可以在设计过程中将图纸进行不断地修改和逐渐完善，设计出满意的方案。工程中CAD的应用。在计算机的硬件和软件的双重作用下，通过对生产产品的描述、工程分析、和图形化设计，使得设计工作更加简便和高效。运用计算机辅助设计使得设计工作者跟计算机联系的更加紧密，而且在处理信息、修改信息、和分析信息等领域充分体现自己的优势。运用CAD可以绘制几何实体造型，工件的注释与标注、参数化设计等。而且其不仅仅可以当做通用设计工具而且也可以将通用设计工具转换为某些专用的设计系统。

（2）计算机辅助工程。计算机辅助工程即“CAE”是基于三维建模，并以机械工程和科学技术作为操作背景，从生产产品的设计研发阶段开始，综合应用计算力学、计算数学，和使用有限元软件进行仿真和结构分析，解决实际问题中无法分析的复杂问题，使其简单化，层次化。力求符合实际的生产需要，设计出最佳的设计方案。工程中CAE的应用。应用一般的流程和自身的基础，建立几何模型和有限元模型。而这些模型中包括网络分化、系统的组合和支离等。对强度应力、刚度（变形和应力）、振动模态等方面进行机械结构的分析。

4机械加工制造中的应用

计算机辅助制造。计算机辅助制造又称“CAM”，是以计算机作为技术支持，完成生产从准备流程到制造流程的各项工作项目的设计、管理、控制。其涵盖了规划刀具路径、控制刀位位置以及NC代码的生成等。工程中CAM的应用。为产品加工做好必要的准备工作，其中包含了提前对工艺流程、加工零件的数控数据编程，装配机器的程序编写等准备工作。工艺流程，是研究零件加工过程中所需的加工手段，加工顺序和加工环境等，以往需要由熟练操作的技术人员才能进行操作，现在只需将操作数据输入到设备上，没有很多经验的人员也能很顺利的进行操作。数控数据编辑，按照编程的模式和先前所掌握的编程语言在NC机床上对零件加工进行工序的编辑工作，由于NC程序的编辑也随着科技的发展在进步，所以较以前而言已经变得简单化。装配机器的程序编写，目前很多的企业在零件加工方面面还是应用机床的比较多，但是在装配上装配机器还是有较大的应用，因此熟练应用计算机编程，有利于使得工作流程的简单化，快捷化。

5计算机的监控检测

在设备正常运行下，难免不会出现纰漏，但是有时出现的肉眼看不出来的问题，这就需要计算机设备来进行生产产品的检验，计算机采集、分析、存储设备在运行过程中的数据，实施实时不间断的监控。计算机监控可分为直接监控、监督监控、分层监控、和多元化监控。

6结束语

第7篇：简单的机械设计范文

关键词 自由度 机械设计 设计理念

中图分类号：TH122 文献标识码：A

0 引言

机械是机器和机构的统称。在工矿企业中，经常会使用一些简单或复杂的机器，如简易冲床、手动夹具、刨床等。在进行机械设计时，常需要计算机器的自由度。因为自由度是机器能实现预期工作目的理论保障，尤其是设计复杂机器。机器在运动中，各零部件间要想具有确定的相对运动，就必须满足以下条件，即：机器的自由度数应等于机器中原动件的个数，这才称之为机器。否则，机器的运动将是杂乱无章的，或者根本就不能动。

下面以冲床为例对基于自由度计算下的设计理念加以阐述。

1 冲床的运动简图

如图1所示，凸轮在电机的带动下，为先运动的构件即原动件（箭头所示），分析此冲床的冲头是否能实现上下往复的冲剪任务，如不能，怎么改进？

根据机械设计原理，自由度的计算公式为 = 2，其中为活动构件数目，为低副总数（包括回转副和移动副），为高副总数（包括齿轮副和凸轮副）。自由度的计算结果可能有三种情况：

（1）自由度F=机器中的原动件个数。（2）自由度F>机器中的原动件个数。机器的运动是杂乱不确定的。（3）自由度F

1.1 进行冲床自由度的计算

如图1所示，根据 = 2活动构件 = 3； 低副总数PL =4（A、C、D、E处）；其中，高副总数PH=1（B处），自由度为F = 32=0。意味着此冲床没有能独立运动的构件，而且根本就不能动，是个刚性整体。另外，从机构的运动简图也可以看出，D点的运动轨迹是绕C点做定轴转动的圆弧，D又是DE上的点，所以DE不能做上下往复的直线运动。而是卡死在轨道中。

1.2 改进措施

根据自由度的计算式 = 2，影响自由度结果的主要因素是活动构件的数目n，改变n的数目即可解决。此时，需要添加活动构件数以满足机器的自由度等于机器中原动件个数的要求。如在D处添加一个构件DE，如图2（如空间狭窄可加在C处，如图3所示），此时冲床的活动构件总数为4，即=4，低副总数为5，PL = 5（A、C、D、E、F处），PH = 1（B处），F = 32 = 1，机构的自由度数等1，和原动件的个数相等，冲床可以实现冲压运动，此时，E点的运动为合成运动，根据理论力学中平面运动物体（ED构件）点的速度计算法，E点速度的大小和方向为VE=VD+VED，如图所示，冲头EF实现了上下往复的直线冲压运动。

1.3 基于自由度计算下的机械设计思路

当自由度F=机器中的原动件个数时，机器具有确定的相对运动。机器称之为机器。

当自由度F>机器中的原动件个数时，机器的运动是杂乱不确定的，去要改进。此时，需要添加原动件的个数以满足机器的自由度等于机器中原动件个数的要求。

当自由度F

自由度计算在机械设计中非常实用，因为它可以根据设计之初的运动简图进行计算，比较灵活方便，并在理论上能够保证机械设计的正确性。

1.4 使用时的注意事项

（1）机构是否具有确定的相对运动，除了满足自由度等于原动件的个数这一理论条件外，实际设计时各构件还要保证一定的尺寸要求，具体尺寸设计有相应的设计方法。

（2）需要添加构件时，位置也不是唯一的，可视空间条件而定，即；一个机构可以有多种结构形式，如图3所示。

（3）此方法的使用，是以工程力学中平面运动点的速度分析作为基础。这样得出的结论才具有理论保证。

第8篇：简单的机械设计范文

机械制造行业的发展，需要依靠经济、科技的支持。机械设计制造与自动化便是最好的说明，因各种各样的技术整合于一体而形成的机械设计制造与自动化，已经可以使机械设备更加安全、可靠、高效、智能、人性化[1]。发展阶段的机械设计制造与自动化便能有如此大的作用，那么，随着科学技术的进步，其将如何发展呢？本文笔者将针对这一方面进行分析与探讨，希望可以为机械设计制造与自动化的发展提供一些建议。

一、机械设计制造与自动化

1.机械设计制造与自动化特点。不同于传统机械设计，机械设计制造与自动化，将对机械设备内外部进行全面的、系统的优化，使得所生产的机械设备运行更加安全、可靠、高效。机械设计制造与自动化的特点，主要表现在以下几方面：

其一，智能化功能特点。机械设计制造自动化并非简单地叠加各种各样的科学技术，而是基于机械设备应用需求，综合了许多技术，使之整合、统一，从而实现了机械设计制造与自动化的人性化和智能化。

其二，满足设备对相关功能的需求。机械设计制造与自动化，从基于设备应用需求的角度出发，对机械设备的内在予以优化，满足内在需求性质，如此机械设备可以满足对输入端生产过程中需要的输出相关功能要求[2]。

总之，机械设计制造与自动化是将产品设计制造和功能作为一个整体，运用科技的力量，提高产品功能的应用性，使其可以满足产品的内在需求。

2.机械自动化发展的优势。（1）工作效率和质量的提升。相对于传统机械设备来说，机械自动化最大的优势是强大的信息处理功能和自动的控制能力，在具体应用的过程中，可以实现功能的自动化，机械的功能化，如此不仅可以提高工作质量、效率，还能节约资源。因此，越来越多的工业企业引用自动化的机械设备。（2）机械的安全性和可靠性得以提升。机械自动化生产中融入了人性化设置、智能化设置，如此机械自动化不仅能够自动化地运行，还能够实时监控、自动处理，避免机械设备故障出现，影响机械正常运用。由此可以确定，机械设计制造与自动化的实施，可以使机械的安全性、可靠性得以提高[3]。（3）机械自动化操作简单。机械自动化的设置，会针对机械应用需要，合理地设置机械的应用程序，确保机械可以有不同的运行模式及相应的功能。所以，在机械自动化生产的过程中，工作人员根据生产需要调节运行模式，机械将自动化的操作，这可以大大节约人力资源的浪费，并且减少工作人员工作量。所以，机械设计制造与自动化可以使机械操作更加简单。（4）机械自动化适用范围广。之所以说，机械设计制造与自动化可以使机械应用范围更加广，主要是在机械自动化生产的过程中，各种各样技术的应用中一些技术是需要交叉应用的，如此实现了技术的有机融合，相应的机械就具有较强大的复合功能，如自动化控制、自动化调节、自动化保护等。如此，人们可以将自动化机械运用到多种方面，满足工作需求[4]。（5）机械调整和维修更加简单。设有计算机控制程序的机械自动化产品，其在出厂之前，都会根据生产需要，对机械设备进行合理的安装调试和参数调整，使其应用性更强，调整、维修更加方便。因为机械自动化产品会设有生产控制系统，在机械实际应用的过程中，用户可以根据应用需要，通过调整应用模式，便可使机械应用功能转换，满足应用需要，而在机械维修方面，应用程序中包括自动检修项，工作人员只需要通过计算机，选定自动检修项，机械将自动检修，使机械在此恢复最佳状态。

二、机械设计制造与自动化的设计原则

当然，要想使机械设计制造与自动化能够充分发挥作用，需要遵循以下设计原则：

1.满足机械功能需要。满足机械功能需要是进行机械自动化生产的前提条件。在具体进行机械自动化生产时，首先要明确机械的核心功能，在此基础上，因各种各样技术的交叉应用，可以使机械拥有其他辅助功能，如自动处理、故障警报等。

2.合理运用先进技术。机械自动化的实现，主要是有先进技术的支持。为了使机械设备具有智能化、人性化作用，再利用先进技术进行自动化设计的过程中，应当基于机械应用需要及功能设计要求，选择适合的、合理的技术，如计算机技术等。

三、机械设计制造与自动化的发展方向

1.模块化发展趋势。模块化作为一项比较艰巨的、关键的工程，在推进的过程需要大量科学技术的支持。随着我国科学技术的蓬勃发展，自动化生产单位如雨后春笋般出现在市场经济环境中。出于发展的目的，诸多机械设计制造单位纷纷与自动化生产单位合作，进行机械自动化一个部分或多个部分的研究，如一些单位主要研究机械自动化的控制单元，包括机械设备的图形处理、数据识别等；还有一些单位重点研究机械自动化模式，以提升机械设备的应用范围。综合国内机械设计制造单位与自动化产品生产单位的研究成果，确定机械设计制造与自动化逐步向模块化的方向发展，利于提高机械设备的系列化、标准化优势，促使机械自动化的应用造福于生产企业。

2.虚拟化发展趋势。在以往机械设计制造与自动化单位进行产品设计的过程中，往往要在图纸上反复设计和修改，并按照设计图纸进行多次试验研究，最终设计出最佳的产品。这种方法的运用，不仅需要消耗大量人力、物力、财力，还会浪费较多时间，使得产品推出间隔时间较长。但是在科学技术蓬勃发展的今天，计算机技术、网络技术、信息技术等各种科学技术的应用越加广泛，机械设计制造与自动化项目研究，可以运用现代电子计算机设备，构建机械的立体模型及相关参数的分析，可以针对机械的不足予以合理优化，提高机械自动化水平。总之，借助计算机技术等科学技术进行机械设计制造与自动化研究，可以引导其向虚拟化方向发展。

3.智能化发展趋势。从目前机械设计制造与自动化发展现状来看，其已经在智能化发展道路上，并且因为机械设备智能化的实现，大大提高了机械设备的作用，如提高工作效率、提高工作质量、降低机械故障的可能、减少了人力资源的浪费等。但是，在后续机械设计制造与自动化发展的过程中，尽量避免其处于止步不前的状态，而是在有一定理论基础的情况下，学习生理学、混沌动力学、模糊数学等方面的知识、方法、思想，将其融入到机械设计制造与自动化中，促使机械设备更加智能、更加人性化，可以独立决策或逻辑推理等，大大提高机械设备的应用效果。所以，机械设计制造与自动化研究单位，一定要一直致力于机械设计制造与自动化的智能化研究。

4.数字化发展趋势。机械设计制造与自动化技术发展的核心就是数字化。数字化是将科学管理与网络技术及计算机技术和制造技术进行相互融合与共同发展形成的结果。综合目前机械设计制造与自动化发展情况来看，一些自动化的机械已经采用了数字化形式，加之目前数字化形式在很多领域的应用价值较高，在未来机械设计制造与自动化发展的过程中，向数学化方向迈进是必然趋势。

机械设计制造与自动化生产研究的过程中，研究单位利用计算机进行机械相关数据的采集，利用数据化技术进行数据分析与整理，利用多媒体及数据库进行信息数据的重组、规划、存储等。基于信息数据来进行机械设计，可以对以往机械设备存在的不足予以优化提高，从而标准地生产机械，提高机械自动化水平，为后续有效应用机械设备奠定基础。所以，机械设计制造与自动化研究的单位在后续产品设计中认真研究产品数字化方面是非常必要的。

5.绿色化发展趋势。综合以往机械设备的应用，其存在一个非常大的缺点，那就是环境污染严重，给我国环境带来很大危害。在我国大力提倡和落实“保护环境”今天，机械设计制造与自动化研究的单位一定要树立“保护环境，节约资源”的理念，并从此角度出发，综合考虑机械设备自动化运行的过程中可能存在的污染及资源消耗的情况，进而针对问题，深入地分析与研究，提出最佳的改正方案，对机械设计制造与自动化生产予以优化，从而生产绿色型机械设备，提高机械设备的应用价值，同时促进机械设计制造与自动化的单位可以在市场经济环境中持续、良好地发展。因此，明确绿色化的发展方向，坚定不移地进行绿色型机械设备研究是机械设计制造与自动化必须要走的发展道路。

第9篇：简单的机械设计范文

1 有限元法概述

有限元分析又称有限单元法，是一种解决场问题一系列偏微分方程的数学方法，被广泛用于解决结构强度、刚度、振动、传热、屈曲问题，在工程机械钢结构设计领域。美国福特过程在上世纪70年代，便应用有NASTRAN软件，对车底架进行静态分析，找出高应力区，进行设计改进。日本五十菱汽车在80年代末将有限元广泛应用于汽车设计的各个阶段。对于结构的优化，其最终目的在于解决钢结构安全性与经济性之间的平衡问题，传统的设计方法采用预先的概念设计，重复进行结构分析、设计演化、构件尺寸调整，工作量大，往往无法进行科学的计算，有限元法对钢结构优化设计，可对结构外部荷载进行预测计算，如结构响应不满足要求，或为了更理想的设计，可进行改进设计。

2 工程机械钢结构静力学分析

2.1有限元法典型分析步骤

有限分析的主要步骤为结构离散化、选择位移插值函数、分析单元力学特性、计算等效节点载荷、整体分析、应用位移边界条件、求解结构平衡方程、计算单元应力。机械工程结构复杂，构件非常多，结构离散化将其分为有限个单元体，并设置节点，将节点连接起来，成为集合体，便代表整个机械结构（被设计结构）的整体设计目标。大型工程机械整体结构基本成熟，现有的结构设计基本上是对原有结构中的某个局部进行优化改进或替代设计。钢结构是连续的弹塑性体，故为了逼近连续的弹塑性统，需据计算精度、计算机性能，选择合适的单元数目、基本设计结构，以确定较优的网络划分方案。位移插值函数表现节点唯一中任一点位移、应变、应力，即位移函数。能源力学特性，一般采用弹性力学几何方程，采用节点位移表示单元应变。钢结构连续弹性经离散化后，考虑到力是从单元公共边界传递到另一个单元的，便需要将单元上的集中力、体积力以及作用在单元边界的表面力，移植到节点上，形成等效节点载荷。再次，进行整体分析，结合所有单元的刚度方程，建立结构平衡方程，形成总体刚度矩阵。再次，设计位移边界条件，求解结构方程，计算单元应力，最终求得整体应力。

2.2 有限元法参数化分析技术

有限元的参数化分析是对结构参模型进行简化的一种方法，通过描述结构的尺寸特征，实现可变参数的有限元分析，目前普遍采用有限元分析软件进行参数化分析。第一步：①利用参数化实现，根据钢结构的结构抽象描述特征参数，在不影响精度情况下进行简化；②利用软件提供的编程软件，建立参数化有限元分析流程；③根据设计要求，将参数赋予特征值，进行有限元计算分析。第二步是参数化分析的核心，以变量形式定义特征参数，定义分析类型与过程，定义分析结构的提取与处理。以双梁式起重机主梁为例，其参数主要包括主梁长、主梁宽、主梁高、主梁端高，上面板宽、尺寸，下面板宽、隔板高、腹板厚、上面板厚、下面板厚、隔板厚、隔板位置等，分别设置为A1-n，单位为mm。采用Solid Works SDA API程序，添加SldWorks 2014 Type Library、SldWorks 2014 Constant type library模块，进行相应的设计页面，设置参数，进行计算[1]。

3 工程机械钢结构动力学分析

传统的机械结构设计阐述了静态载荷下强度、刚度分布，工程机械工作强度高，在工作状态下，钢材料受力学作用影响，会出现应力变化，受摩擦影响，还可出现升温，出现机械性能改变，弹性体振动等问题直接影响结构工作状态。故，需对机械钢结构进行动力学分析。以结构的振动特性为例，振动特性直接决定结构对各种动力载荷的响应，采用传统的解析法无法解出复杂结构的固有频率。机械结构可以视为多个自由度的振动系统，自振频率与振型取决于结构本身刚度、质量分布，对于工程机械结构而言，工作状态下，发动机工作振动特点、仪器操作者操控水平、工作面上自振动的人或物振动特点等都影响机械动态状态下载荷。许多机械工程钢结构设计者往往忽略了动力学分析，导致设计完成的构件在工作状态下载荷超出上限，直接影响构件寿命、工作状态，甚至造成事故[2]。