机械产品方案设计精选(九篇)

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第1篇：机械产品方案设计范文

关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势

引　言

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，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。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。

根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

1、系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计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，即可实现设计系统所需完成的任务。

系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。

制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。

由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

1.1　设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

1.2　图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。

将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

1.3　“构思”—“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。

1.4　矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.5　键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。

2、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。

认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。

提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具 有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。

在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。

3、基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

3.1　编码法

根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。

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3.2　知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

3.3　利用基于知识的开发工具

在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

3.4　设计目录法

构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

3.5　基于实例的方法

在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

4、智能化设计方法

智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。

在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。

在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。 2) 开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3) 生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。

我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。

将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。

利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。

5、各类设计方法评述及发展趋势

综上所述，系统化设计方法将设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。

结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科 领域知识。

机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。

第2篇：机械产品方案设计范文

引言

科学技术的飞速发展，使产品功能的要求日益增多、复杂性增加、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，跟不上时展的需求。在经济全球化的环境下，机械制造业的竞争实质上是产品设计的竞争。如何快速地进行机械产品的开发是提高制造业市场竞争能力的一个关键问题，进行机械产品现代设计理论、方法和应用技术的研究是十分重要的一项基础性工作。

目前计算机辅助产品的设计绘图、计算、加工制造、生产规划已得到广泛深入地研究，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需要。为此本文概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采取的方法，并讨论了各种方法间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。

机械产品方案设计方法概括为以下四大类型：

1.系统化设计方法

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成有若干设计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联系，并具有层次性，所有要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

1.1.设计元素法

用五个设计元素（功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数）描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。

1.2.图形建模法

研制出设计分析和引导系统，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的链接。

1.3.“构思”一“设计”法

将产品的方案设计分为“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

1.4.矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求一功能”逻辑树描述要求与功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求一功能”逻辑树建立“要求一功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

1.5.键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

2.结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解（如通用零部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解。这样能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整。由此提高设计效率和设计的可靠性，同时降低新产品的成本。

3.基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已储存的领域知识和建立的推理机制，实现计算机辅助产品的方案设计。

机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。想要实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。

4.智能化设计方法

智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。

在进行机电产品设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段。

4.1.产品规划一构思产品。任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出来，建立能够体现整个产品外形的简单模型。立体模型是检验外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。

4.2.开发一设计产品。该阶段主要依据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型之后，即可对产品的配置进行分析。

4.3.产品规划一加工和装配产品。该阶段主要是装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图形显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法

5.总结

值得一提的是，上述各种设计方法并不是完全孤立的，各种方法之间都存在一定程度上的联系。如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想；建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法；此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之

网络技术的蓬勃发展，使得异地协同设计与制造，以及从用户对产品的功能需求一设计一加工一装配一成品这一并行工程的实现成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。

机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造的需求方向迈进。综合运用文中的四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。国外在这方面的研究已初见成效，我国的设计学者应该意识到与国际交流合作的重要性，并采取积极的措施。

参考文献：

[1]刘永翔产品设计实用基础[M]北京化学工业出版社，2003，134

[2]康晓东CAD技术（上）[J]机械工程师，1997， （6）：54.

第3篇：机械产品方案设计范文

一般而言，在对机械产品的结构进行设计时，其主要就是对产品的总体结构、各部分的配置以及产品的外形进行设计。一般由于客户对机械产品的功能会有不同的要求，因此对机械结构方案的设计也不尽相同。对机械产品结构进行设计时，其根本要求就是要能设计出不同结构形态的产品，从而设计出新型的机械产品结构形状[2]。社会经济的发展，使得人们对机械产品功能以及结构需求有了更高的要求，对机械产品结构设计的要求也随之提高，因此设计人员必须要满足客户的使用功能以及安装，要能充分利用有限的空间，尽量将机械产品的功能进行集中设计。如传统的办公室，其环境无法有效改善的原因就是不同类型的复印机、扫描设备以及打印机等，无法对文档设备进行一体化处理。为了满足人们的需求，办公厂家开始改进和设计办公机械设备，采用综合和离散的创新思维模式，在有效保证产品的基本形状和构造的前提下，设计并制造出多功能一体机，将复印、扫描以及打印等文档处理功能集中于一体，使办公环境得到有效改善。

2机械产品运动方案创新设计

对机械产品运动方案进行设计时，设计人员必须要以客户对产品功能的需求为依据，从机械产品结构的原理出发，构思和设计机械产品功能原理。运动方案的设计是一个系统运动方案的设计，主要包括原动机、执行部件以及传动机构等设计，从而来有效满足机械产品结构功能的运动性能，其能有效解决机械产品在实际过程中存在的问题[3]。一般来说，机械产品运动方案设计的好坏对产品的使用性能、工艺、成本以及结构等方面的能力有着直接的影响，运动方案的设计是对产品的社会效益、环境、经济性、性能以及整体质量的确定，机械产品设计过程使用过程以及后续产品制造的基础就是运动方案的设计。就机械产品结构来说，可以采用不同的运动方案来实现机械产品的具体功能，当然不同的功能需要不同的机构来实现，因此机械产品运动方案的设计是整个设计工作的关键，设计人员必须要从产品功能的实际需求进行具体分析，充分利用创新思维，从而来优化设计产品的活动架构，使产品运动方案更具可行性。如对汽车前驱和后驱的运动方案进行设计，一般传统的后驱运动方案由于存在动力效率较低、牵引力不足、车内空间小、安装复杂、驱动部件多以及较高的生产制造成本等问题，已经无法适应时展的需求。汽车生产厂商为了满足人们对汽车机动性以及舒适性的要求，不断对汽车的运动方案进行创新设计，采用逆反和移植的创新思维方式，前置发动机，促使汽车前轮的传动机构与发动机的输出轴直接相连，从而驱动汽车前轮的运动。这样的驱动方式虽在一定程度上增加了前轮的负载，使得轮胎的磨损量加大，但是能明显简化汽车的驱动机构，减少零部件数量，有效降低汽车的造价，且能有效下降汽车整车的重量，有效改善汽车的加速性能，缩短刹车的距离，降低油耗；另外将发动起前置，能使车内的空间得到大量释放，提高汽车的舒适性。

3机械产品动力能源创新设计

随着能源应用技术、材料加工技术以及制造技术的不断发展和进步，设计人员在选择机械产品动力能源的过程中，一般选择不同的能源，包括太阳能、电能、天然气以及石油等能源。在设计的过程中，设计人员可以将自身的创造性思维进行充分有效的发挥，改进或者重新设计机械产品的各个系统，在机械产品的动力能源中应用更多更好的清洁能源[4]。如以汽车为例，现今公共交通工具中应用较为广泛的就是电动汽车，电动汽车主要使用的就是电能，其相较于传统的燃油汽车，电动汽车不会排放有害气体造成大气污染，在单位电能生产过程中，电动汽车所排放的污染物与传统燃油汽车相比较，电动汽车造成的污染也能得到明显控制。电动汽车的有效使用，能降低大气污染的程度，且其能充分利用晚间用电低谷时出现的富余电力，有效提高发电设备使用效率，降低能耗，达到节能减排的目的，提高其经济效益。电动汽车的应用是创新思维在机械产品动力能源设计中的具体体现。

4结束语

第4篇：机械产品方案设计范文

在产品同质化现象严重、市场竞争日趋激烈的今天，产品的竞争力已不再由技术性因素唯一确定，品牌、外形及设计风格等工业设计领域考虑的因素已成为影响购买行为的重要因素[1]。在一般机电产品的设计中，消费者对产品在美学上的主观感受往往是影响用户满意度的关键因素，苹果的iMac电脑就预示着一场“计算机的美学革命”[2]。工业设计的思想与方法已成为小型机电产品提高附加价值与竞争力的主要手段，在这些产品的设计中扮演着举足轻重的作用。随着技术的发展与进步，近年来在大型轨道交通工具的设计与制造中，工业设计也逐渐进入技术人员的视野，并越来越体现出其意义与价值。在高速列车的设计制造领域，国内几家主要企业都先后成立了专门的工业设计部门，着力培养工业设计团队，科研院校也已展开针对列车内室的情感化设计等软性技术的研究[3]。然而，在大型铁路养护机械轨道车的设计中，基于技术的工程设计仍然是其重心所在，基本没有出于工业设计的考虑，在此背景下本文以国内某轨道车制造企业为研究对象，探讨工业设计的思想与方法在大型工程机械制造企业的应用问题。

1某轨道车制造企业的设计现状分析

JY重型工程机械有限公司是国有铁路控股公司，目前已成为轨道车辆、电气化铁路施工维修检测车辆、大中型养路机械及轻轨地铁维修车辆四大产品系列的专业生产厂家，是我国在轨道车制造行业的龙头企业。JY公司沿用了我国制造业传统的“串行设计”[4]工作模式，其轨道车设计流程如图1所示。设计工作从产品规划开始，在决定了产品功能与技术要求之后就进行产品结构设计，然后进行加工工艺设计、模具设计与制造工作，与此同时进行车辆电气系统的设计，检测合格之后就进行产品试制，如果满足要求就进入量产环节。上述产品设计流程是基于JY公司的一系列职能部门的，分别是工程机械研究所、技术应用部、信息技术部及试验检测中心等，这些部门中集中了铁道车辆、铁道电气化、工程机械、流体力学、自动控制、技术经济等专业的技术人员，把开发智能化、高科技含量的新产品作为公司的宗旨。从JY公司的设计模式可以发现，其工作重心是技术创新、结构设计、工艺规划及电气设计，而这些都是技术导向的工作，从设计思想上进行考察，即是典型的“机器中心论”[5]设计思想。这种设计思想与工业设计“以人为本”的设计思想完全相反，在设计中以机器系统的有效性和运行效率为标准，设计往往变成机械设备的简单堆砌，没有整体的考虑与规划，需要什么功能就增添什么设备，经常导致设计的反复。另外，由于各职能部门相互之间的独立性，很容易造成“信息孤岛”而使信息流通不畅，使产品开发周期延长、开发成本居高不下。近年来，JY公司注意到顾客需求多样化的倾向，采用了CAD辅助设计手段，初步建立了公司的产品数据管理系统（PDM），以此提高产品开发的效率。然而，这些措施仍然是基于技术的考虑，设计思想没有发生根本的转变，导致产品在很多细节方面都显得粗糙与缺乏设计，使产品的综合竞争力大打折扣，这就凸显出工业设计的重要性。

2工业设计思想的引入与实现

简单的说工业设计的思想就是“以人为本”，把用户需求作为产品开发的原动力，通过设计解决用户碰到的问题，使产品更有用、更好用和更高效率。人和机器有着本质的区别，人有着生理与心理的种种限制，人的注意资源有限，人有情绪的干扰，人不可能像机器一样长时间检测多个信息源而不出差错，反复的机械劳动往往造成人注意力的减退。以人为本的设计思想正是基于此的考虑，在设计中要求根据人的生理限制合理地设计机械系统的尺寸，同时要考虑人的认知与行为特性进行控制器、显示器的布局与分组设计，另外车辆的色彩与室内的照明设计也要考虑人的心理感受。工业设计的引入，可以在很大程度上改变JY公司的设计现状，工业设计的思想在轨道车的造型设计、涂装设计、作业空间设计、操作界面设计、内室环境设计等方面（见图2）得以实施，并从整体上提高JY公司产品设计的品质。通过工业设计可以改变轨道车造型设计一成不变的局面。在高速列车及地铁、轻轨的设计领域，富有时代象征意义及体现本地传统文化特色的车辆造型层出不穷，给人们带来了很多惊奇，而铁路养护轨道车的造型则没有什么大的变化，在这方面工业设计将有更大的发挥空间；车辆涂装是轨道车外形设计的重要部分，多年来我国轨道车的涂装设计一直保持着大型机械常见的黄色，车辆色彩不仅具有警示作用，而且对人具有很强的心理暗示，在涂装设计中应综合考虑色彩的工效学与心理作用两方面的影响，好的涂装设计可以提升车辆的整体设计水准；同时，轨道车是铁路养护工人工作的场所，其操作界面设计有着特殊的重要地位，而目前的设计对于控制器和显示器的功能布局、编码形式、交互方式、显示方式、信息分组等问题几乎没有考虑，这不但降低了操作界面的工效学效果，而且不利于操作人员的职业健康，如目前JY公司生产的轨道车扶梯一般都设计成垂直的，不但不便于使用，而且有一定的安全隐患，而这正是工业设计要解决的问题；另外，内室环境与作业空间的设计都属于轨道车的内环境设计问题，利用工业设计的方法可以从人体测量数据、人的认知与行为特性入手进行分析，保证设计不但符合功能的要求，而且满足人的心理与情感需求。

3基于工业设计的轨道车设计程序与方法

工业设计的大部分工作在产品设计的前期进行，即产品规划阶段，从用户需求研究开始到贯穿产品开发的全过程，基于工业设计的轨道车设计程序如图3所示。整个轨道车的设计程序可以分为四个阶段，分别是用户需求研究、方案设计、详细设计及检测和试制。用户需求研究和方案设计阶段是轨道车工业设计的重点。用户需求的研究整体上可分为两种方式，一种是从无到有的研究，就是顺向工程。在研究中，可采用现场观察用户操作、设计调查及实验研究的方法，找到用户需求的关键点；另一种是从有到无的研究，就是逆向工程，对已有的设计进行模型重建工作，然后在人机关系计算机仿真分析系统（如Jack软件）中进行模拟分析，从中找到现有设计不符合人机工程学要求的所在。其中，设计调查主要采用问卷调查的方式，目的是调查用户潜在的价值观念、思维方式、行为方式、情感诉求等内容；实验研究主要是对用户视觉特性的研究，因为人类的视觉可以反映其大部分思维活动，因此用对用户视觉特性的研究来反映其思维与认知特性，常用的实验器材是眼动仪及行为分析工具。通过对用户操作的观察、设计调查及实验研究，可以建立用户模型，并提出符合用户需求的设计建议。在用户研究与人机关系仿真分析的基础上，可以明确定义设计定位，用于指导后续的方案设计工作。方案设计阶段主要完成轨道车造型、涂装、人机界面、内室环境及作业空间的创新设计工作，采用工业设计的方法进行方案构思，并从众多方案中择优进行详细设计。详细设计的工作与JY公司目前的设计模式的差别主要是，方案设计与详细设计是并行设计的关系，详细设计的各个阶段，如结构设计、工艺设计及模具设计也是并行设计的关系，改变了以往一个部门设计完成之后转给另一个部门的工作方式，图3中用双向箭头进行表示。

4面向工业设计的工程机械制造企业流程再造

为了实现方案设计与详细设计阶段的并行工作，在原有职能部门的基础上需要对JY公司进行流程再造，设置专门的设计部门，其与其他职能部门级别一样，隶属于公司董事会，在具体的产品开发项目中以设计部门组织的设计专案组形式进行运作。设计专案组的成员可以流动，随着设计进程的发展，可以灵活安排各专业的人员进入专案组，也可以针对具体的设计内容去掉某些专业的人员，如图4所示。在用户研究阶段，可以将市场营销人员纳入设计专案组，协同工业设计人员、用户研究人员及人机工程专家共同研究用户需求；在方案设计阶段，去掉营销人员，将机械设计与工程设计人员纳入专案组，这样可以在产品方案设计时就综合考虑技术的可实施性，减少设计的反复，缩短产品开发周期；在详细设计阶段，去掉专门的用户研究人员，而纳入工艺设计人员，使结构设计、工艺设计与电气系统的设计并行进行，符合并行设计的要求；在检测与试制阶段，可以去掉人机工程专家，加入模具设计与检测人员。产品开发项目完成之后，设计专案组可以临时解散，技术人员回到原来的职能部门，待下一个设计项目开展时重新组建。需要注意的是，在整个轨道车的开发过程中，工业设计人员始终参与设计专案组，确保工业设计的思想在产品开发的每个环节都得以贯彻落实，把设计作为一种企业资源来利用，用工业设计的手段创造产品的附加价值，进而提升产品的竞争力。这种形式有利于开发系列化的产品，用工业设计保留优秀的产品基因，最终形成JY公司的品牌形象。

第5篇：机械产品方案设计范文

    机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行,也难以用数学模型进行完整的描述,而需根据产品特征进行形式化的描述,借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此,欲实现计算机辅助产品的方案设计,必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题,由此形成基于产品特征知识的设计方法。

    目前,智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计,直观性较好,开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中,但系统性较差,且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定,要求软件具有较高的智能化程度,或者有丰富经验的设计者参与。

    附录B 外文文献

    THE PROGRAMMES OF MODERN MECHANICAL DESIGN

第6篇：机械产品方案设计范文

（广西科技大学 机械工程学院，广西 柳州 545006）

摘 要：通过一例大学生机械创新设计活动案例和指导教学方案，分析了机械创新设计活动中存在的问题，提出了相应的指导策略；指出指导教师应围绕能力培养这个根本目标，按照教学规范来实施学生的机械创新设计指导工作。

关键词 ：机械创新设计；存在问题；能力培养；指导方案

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）03-0233-03

基金项目：新世纪广西高等教育教学改革工程立项项目——机械类专业应用型本科机械设计系列课程的教学改革与实践（2012JGB181）

1 引言

机械创新设计能力是机械类专业学生专业综合素质的体现，是高等工程技术人才培养的目标之一。随着对创新能力重视程度的提高和各类学科竞赛的蓬勃开展，越来越多的大学生参与到机械创新设计活动之中。然而，以学科竞赛为导向的机械创新设计，使学生的目标过份倾向于作品成果本身，而没有从中有意识地学习到创新的思维和系统的工作方法。如何培养学生创新能力是我国当今高等教育研究的重要课题[1，2]，专门针对大学生学科竞赛指导的研究也是一个重要内容[3]。虽然机械类专业系列课程都强调机械创新能力的培养，但多数学生实际上是从参加学科竞赛开始接触机械创新设计的。尽管许多学生在各类学科竞赛中获奖，但是最后却依然没有养成系统的工程素质，更不用说较强的创新能力。本文总结了在指导大学生机械创新设计活动中获得的经验教训，对大学生机械创新设计的行为特点进行了分析和归纳，提出相应的指导策略，目的是让机械创新设计活动能够充分发挥其培养创新能力的作用。

2 大学生机械创新设计活动存在的问题

目前我国绝大多数高校并没有开设专门的机械创新设计的教学环节，学生的机械创新设计活动相当于课外科技兴趣小组行为，通常是围绕竞赛主题进行某一机械作品的设计制作，以参赛获奖为目标所进行的一种暂时性的活动。在这样的背景之下，很多学生的创新项目具有自发性特征，缺乏科学严密性和规范性。在指导大学生机械创新设计过程中，发现存在下述比较突出的问题：

2.1 选题的科学性不强

学生自己拟定机械创新课题时通常只注意作品的功能性，容易出现两个极端：一是基于朴素的常识而缺乏学术内涵，如很多学生把着眼点放在自行车、健身器材等司空见惯的产品上——第五届全国大学生机械创新设计大赛期间，在校内评选准备参赛的作品时发现，24件参选作品中涉及自行车的有8件，其中6件以折叠功能为创新点；涉及健身器材的4件，均以多功能为创新点，实质上只是把现有的健身器材简单的组合在一起；这些作品由于不能在产品的工作原理和主要功能方面做出明显的改进，因此不能算是一个合适的创新课题，大多数在评审中被淘汰了。二是仅凭在传媒中扑捉到的某些科技信息，动辄纳米航天，超越自己的能力甚至目前的科技水平，提出一些技术上难以实现的构思，最后也只能草草收场。

2.2 开发过程不规范

机械产品的开发过程要经历概念开发和产品规划、详细设计、样机制作、批量生产等阶段，设计阶段还包括方案设计和技术设计。由于没有经过系统的产品开发训练，学生在设计自己的机械创新作品时，很难严格遵循上述规范，缺少产品的规划和定位，开发过程中走一步看一步，不能区分方案设计和技术设计的作用，更不能按照阶段任务去执行；没有阶段性目标和完整的技术文件；容易把目光聚集在某些主要功能上，把这些功能的实现过程当成整个产品的开发过程，忽略整机功能和系统的协调。

2.3 计算分析能力不强

据调查，专业知识欠缺是学生完成机械创新的最大障碍[4]。由于专业知识不足导致不知道如何开始设计，或是了解设计步骤但不会运用设计理论来解决设计中遇到的问题，是学生在创新设计过程中遇到的最大技术难题。在上述评选作品中，几乎没有看到一份完整的设计计算说明书，很多设计甚至没有机构运动简图；尺度综合、运动学和动力学分析均存在错误，有的作品没有考虑连杆机构运动循环中的死点，有的甚至不能在静止状态下保持平衡。相对而言，学生针对齿轮、轴、轴承等通用机构和零件所进行的设计计算完成得较好，而对于那些超越课堂学习范围的专业机械以及动力学问题的分析计算则力不从心。

3 大学生机械创新设计活动的指导策略

顾名思义，在大学生机械创新设计活动中，指导教师的作用是“导”和“教”——“导”意味着教师不应参与具体的技术工作，而是恰当的引导学生自己完成创新设计；“教”即把创新设计当作一个教学过程，为人才培养目标服务。有的国内专家建议安排一定的创新设计课程学时，分配到《机械原理》和《机械设计》等相关课程当中[5]。因此，无论是从传授理论知识还是培养专业技能的角度，都应当把指导大学生机械创新设计当作一次教学活动，按照教学规范来实施。

3.1 做好教学规划

指导教师应根据创新设计的主题，制定相应的教学目的、教学内容、教学方法，引导学生自主学习相关的专业知识，学习必要的分析计算技能，完成一定的工程训练，让学生的工程素质得到全面提升。

3.2 引导学生正确选题

引导学生围绕创新设计主题开展调研，帮助学生发现和提出科学问题，结合学生自身的兴趣和知识水平拟定合适的创新设计题目。

3.3 规范学生设计过程

以项目的形式要求学生按照技术规范做好创新设计规划，提出项目实施的技术路线，合理安排项目进度。指导教师做好技术审查、进度监督工作。

3.4 指导学生分析计算

分析计算能力是专业知识的核心内容。对于刚刚进入专业理论学习阶段的大学生来说，要求他们具备很强的分析计算能力是不切实际的。因此指导教师要根据设计内容，明确提出关键零部件的设计计算和校核计算项目，指导学生学习相应的计算理论和方法步骤，完成项目设计中的分析计算工作。

需要指出的是：学生容易把作品的完成当作创新活动的终点，这不利于充分发挥创新设计活动在人才培养方面的作用。因此指导教师应与学生一起做好项目的总结归纳工作。一方面，归纳项目创新点和价值，形成技术成果，让学生在创新设计活动获得实际利益；另一方面，总结工作有助于帮助学生学习体会工作方法，形成工程能力。

4 机械创新设计活动指导案例与分析

第五届全国大学生机械创新设计大赛内容为“休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作”。自行车作为最常见的机械产品，以其为基础的改造设计自然成为了很多准备参赛学生的首选题目。在这些学生自发拟定的题目中，以折叠和变形为创新点的占绝大多数，与市场上已经存在的产品功能重叠，实现方案基本雷同，因此都不适合作为创新设计题目。针对这个现象，指导老师与学生一起分析了自行车的功能与大赛的主题，以及可能的创新思路。有一组学生依据“仿生法”[6]提出了一种“模拟骑马运动的娱乐型自行车”的作品构思，获得了指导教师的肯定。

评选出学生创新设计题目之后，指导教师根据创新设计内容拟定了相应的指导教学方案（表1）。

该方案中，指导教师帮助学生按照工程项目的形式制定了设计任务书，包括明确设计目标、技术参数、设计内容、技术路线、关键问题、进度安排等内容的修订，让学生学会了如何开始和规划一个研究课题。

在设计阶段，要求学生按照方案设计——技术设计的循序，设计组成员合理分工协作，分阶段完成相应的任务，按照预定的时间节点定时汇总更新设计成果，明确下一阶段目标。

在创新设计期间，指导教师不直接参与具体的技术工作，只是起到了引导思考和质量把关两个方面的作用，让学生通过查阅资料和分析评价，自己完成项目的设计和计算工作。学生面对“模拟骑马运动的自行车”这个课题，一开始并不知道从哪里开始入手。指导老师把设计内容分解为一个个具体的问题，首先让学生观察和分析骑马时人体的动作要点——身体的起伏、腿和手臂的屈伸、动作的协调关系等；然后考虑这些动作应该如何分解？采用哪种机构实现这些分解动作？以及机构的时序和协调，人机工程学等方面的问题。学生通过解决这些问题，提出和多个解决方案。指导教师再利用对各方案的技术经济评价，让学生自己选出了方案设计的最终结果。

“模拟骑马运动的娱乐型自行车”参加了第五届全国大学生机械创新设计大赛并在赛区获奖，还获得国家专利局授予的实用新型专利。参加本项目的学生后来继续开展科学研究，获得了学校大学生科技项目和广西大学生创新创业计划项目的资助。

5 结语

由于大学生参加机械创新设计活动多是被各种科技竞赛活动所吸引，因此在指导大学生机械创新设计活动时，在指导思想上除了看到这些竞赛活动对机械创新教育的积极促进作用的同时，也要清楚地意识到学生参加机械创新设计活动的功利性。功利性目标使得一些学生甚至指导教师只看重结果不重过程，从而大大削弱创新设计的人才培养作用。这对这种现象，本文分析了大学生机械创新设计活动中容易出现的失误和不足，从人才培养的角度提出了相应的指导策略，希望能为提高机械专业大学生的工程能力有所帮助。

参考文献：

（1）黄小龙。大学生机械创新设计能力培养的探索[J]。中国电力教育，2010（6）。

（2）黄。机电类本科生机电液一体化系统创新设计能力培养与实践[J]。教育教学论坛，2013（35）。

（3）任爱华，孙传琼。大学生机械创新设计大赛指导初探[J]。中国电力教育，2011（6）。

（4）王胜曼，张建华，孙晓燕。影响大学生机械创新能力的调查分析[J]。人力资源管理，2010（6）。

第7篇：机械产品方案设计范文

    一、课程设计中融入创新设计的提出

    《机械设计基础》课程设计是学生进行的第一次较全面的、综合性的、理论联系实际的实践性环节。即按照一个简单机械系统的给定功能要求,拟定机械系统的传动方案、结构方案,并结合生产和使用条件(如选用材料,考虑制造及装配工艺等),对其中的某些机构进行分析和设计,完成机器零部件的设计。其中总体方案设计及零部件的结构设计是整个产品设计的关键,最具创造性,它直接决定产品的性能、质量及市场竞争力,因此课程设计重点放在机械系统方案设计和结构设计上。通过培养学生机械系统方案设计能力、机械结构设计能力、运用现代设计手段绘图和工程设计计算能力,使学生树立正确的设计思想,激发学生的创新意识、创新精神,从而培养他们的创新能力和工程实践能力。

    二、课程设计中创新设计的实施

    《机械设计基础》课程设计要求学生对总体方案及结构设计进行创新设计,首先课程设计内容的编排、题目的设置上应具有一定的系统性、综合性和开放性;其次,授课安排上采取先分散再集中的教学方式,解决设计内容多而时间紧的矛盾。基于这样的思想,我们制定了一套具体的实施方法。

    (一)创新设计选题创新设计题目要具有一定的系统性和综合性,满足《机械设计基础》课程设计要求,既包含机械传动系统的设计,即按照机械预期功能和主要性能指标,确定机械工作原理、运动形式的变换,又包含了机构设计(如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构等)、传动设计(如带传动、齿轮减速器等)。以生产线上的步进式工件输送机为例(图1)。电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动,工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长S,当滑架返回时,由于推爪与轴间装有扭簧,推爪能从工件底面滑过,工件保持不动。当滑架再次向前推时,推爪已复位,并推动新的工件前移,前方推爪也推动前一工位的工件前移。其传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成。输送时滑架受到的阻力F视为常数,滑架宽度为250mm,高度H为800~1000mm,使用折旧期5年,每天二班制工作,载荷有中等冲击,工作环境为室内、较清洁,三相交流电源,工作机构效率为0.95,按一般机械厂制造,小批量生产。该题目是机械原理与机械设计综合的课程设计题,符合创新设计的要求。该题工作机构除了用曲柄摇杆系统外,也可以采用其他机构实现步进输送,如凸轮连杆(加返回弹簧)用于小行程快速推进输送等,鼓励学生多角度思考,培养他们创造性思维方式。

    (二)授课方法和时间安排从不同角度、多个方面探索对一个问题有尽可能多的答案的创造性思维形式,是创造性思维的核心。在教学中,培养学生创造性思维能力的一条有效途径是多方向练习、多角度思考、多层次变化。但这势必造成内容多时间紧的矛盾,我们将课程设计内容贯穿于《机械设计基础》课程教学中,采取先分散后集中的教学方式有效地化解了矛盾。如将执行机构设计的内容融入到《机械设计基础》课程教学中,连杆机构内容教完后就将课程设计题目布置给学生,要求学生用连杆机构将执行机构部分设计出来;以后每讲完一种机构,学生就可以在原有机构的基础上进一步改进和创新。最后,当其他常用机构讲完后,学生通过查阅资料、教师辅导和讨论等方法,可以设计出多种执行机构的运动方案,然后对各种方案进行分析和比较,选出最佳方案。当带传动、齿轮传动讲完后,就让学生进行传动方案的拟定,并对传动零件进行设计计算;当轴系零、部件讲完后,要求学生完成轴系的结构设计,同时选择电动机,进行传动装置运动和动力参数的计算。这样,既可以使学生在集中教学时间内完成减速器设计,又可以提高《机械设计基础》课程的教学质量,使基本设计能力培养循序渐进,还避免了理论与实际的脱离。在课程设计集中教学的2周时间内,主要让学生完成以下内容:第1周,完成优选的执行机构方案的运动简图的绘制,减速器箱体、及附件的设计,并手绘完成装配图。在这期间,教师在现场随时指导,有问题及时解答,使学生的设计能力及技能得以提高。装配图手工绘制,方便教师对学生现场指导,设计内容的多样性和独立性限制了相互之间的抄袭,较好地反映学生的真实水平。第2周,用计算机绘制完成轴、齿轮、箱体等典型零件的图纸,完成设计计算说明书。在这期间,各位学生根据自己设计的装配图拆分零件图。学生在此基础上最后完成设计计算说明书,不仅增进了对知识的掌握,也提高了独立工作的能力,可以收到较好的教学效果。最后答辩。

    (三)辅以计算机辅助设计手段随着计算机技术的迅速发展,我们将现代三维设计、分析与制造的理论及实践全面引入《机械设计基础》课程设计的教学全过程。要求学生采用三维设计软件(如UG)进行三维实体造型设计,完成零件与系统的设计。先建立三维模型,再形成二维投影,有利于学生设计能力和创新意识的培养。

第8篇：机械产品方案设计范文

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）.

第9篇：机械产品方案设计范文

【关键词】 机械 设计 发展

Abstract :There are many deficiencies in the traditional mechanical design. This paper anlyses theinnovative design of mechanical.

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.