机械设计论文发表
机械生产制造行业是世界工业的重中之重,为了能够进一步发展机械工业,加强机械产品的实用价值,机械设计方面开始了更大的革新与发展。下面是小编为大家整理的机械设计论文，供大家参考。
机械设计论文范文一：机械设计课程设计的三位一体模式研究
摘要：
信息技术的推广和工业设计、制造技术的发展，对高校实践课程提出了新的要求。针对当前机械专业机械设计课程设计的教学模式的不足，提出了课程内容与形式改革措施。为有效提升学生实践能力与创新思维能力，将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中，探索理论计算、设计绘图、加工制造“三位一体”的教学模式。经实践证明，新模式下教学效果突出。
关键词：机械设计;课程设计;模式;探索
随着我国社会结构的变化，催生高等教育教学结构与形式转型，国内地方高校在不断探索应用型人才的培养模式与体系。机械设计课程设计融合了机械设计基础、机械制图、机械制造基础、极限配合与测量技术等课程的知识，是机械类专业培养学生机械设计能力与创新能力的实践教学环节。因此，机械设计课程设计在培养应用型人才为目标的机类和近机类高校实践教学中具有十分重要的作用。当前，机械设计课程设计仍为减速器的理论设计计算为主，辅以二维图纸表达，致使实践性课程缺乏足够的实践环节。为此，以提高学生实践能力与创新思维能力为目标，将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中，探索理论计算、设计绘图、加工制造三位一体的教学模式。
1机械设计课程设计教学现状
传统教学模式将机械设计课程设计的教学目标设定为着重培养学生机械制造与设计的系统化设计思维，其是在机械原理与机械设计课程中机械零部件设计方法的基础上设计机械装置，进行机械机构选择与方案设计、总体布置、总装配图设计、主要零件设计及设计计算说明书编写等训练。机械设计课程设计选择最具代表性的机械装置“减速器”作为设计题目，其课程学习要求包括以下3点：①要求学生熟悉减速器的工作原理、各零部件装配装配关系和箱体类结构设计等知识与技能;②着重要求学生掌握齿轮机构、轴、螺栓组件、轴承、键、销等零部件的设计计算与选择;③要求学生熟练应用标准、规范、手册、图表和设计资料。以采用塔里木大学机械电气化工程学院机械设计课程设计为例，其教学模式采用传统教学模式，在完成88学时的机械设计理论学习后，再开展为期2至3周的机械设计课程设计，学生以4~6人为一小组合作完成减速器理论设计、计算及二维图绘制。在课程设计时间段内，学生对减速器的设计仅停留方案构思、机械零部件和机械总成的结构布置与设计，均属理论设计与绘图，回顾以往的课程设计教学环节与学生反馈信息，发现在课程设计过程中体现出以下弊病：
(1)多数学生对综合应用所学知识与技能解决实际问题的能力较差，对减速器的结构缺乏认识;
(2)学生对课程设计兴趣不够浓厚，缺乏自我设计与创新主动性，且过度依赖指导教师指引;
(3)在减速器的设计过程中，设计计算生硬套搬设计步骤，照抄设计手册和减速器图册的减速器图样与尺寸;同时，在此教学模式下学生以完成作业任务式的心态对待课程设计，导致课程设计抄袭现象，亦无法达到课程设计原本教学要求。该模式下无法体现出设计创新与实践教学，对培养学生自主创新设计作用微乎其微。
2机械设计课程设计改革措施
现代经济社会发展要求高校培育的人才能运用专业知识解决工程实际问题和探索问题的能力。机械设计课程设计作为一门机械专业机械设计综合知识与技能应用的平台，是提高学生机械设计与工程素质的重要环节。机械设计课程设计的教学目标不仅是为培养学生机械制造与设计的设计过程，也是在培育学生掌握机械产品或机械结构的创新设计思维，以及培养学生对现代机械产品的自主创新设计技术工作的适应能力。针对传统课程设计的不足，基于培育具备理论设计、实践加工、理念创新的新型机械设计人才，对机械设计课程设计的实践教学体系进行探索性改革，具体措施如下：
(1)重组机械设计课程的实践教学体系。传统的教学模式下，机械设计的实验课程开设认识性或验证性的实验，主要包括机械零件结构认识现场教学实验、带传动实验、液压滑动轴承实验、轴系部件设计实验、减速器拆装实验等项目。以培养机械设计与制造能力为主线，重组机械设计课程的实践教学体系，增设实操性实验，制定新的教学计划。基于传统的教学模式下，对已有实验项目做改进增设实践操作性内容。以带传动试验为例，以往实验要求学生观察带传动弹性滑动和打滑现象，计算带传动的参数，新教学体系在此基础上增设带与带轮的安装和拆卸。
(2)课程设计内容改革。传统的教学模式下，机械设计课程设计以设计二级减速器为主，设计内容以理论设计计算为核心。针对课程设计内容实践性环节不足，课程设计选择相对较为简单的一级减速器作为设计内容，增设减速器3D绘图和模型加工部分。减速器3D绘图采用UG、SOLID-WORKS等软件绘制，此项内容增设依据新大纲模式下机械制图、三维制图课程整合为一体。减速器模型加工采用优耐美、谢兰微型模具加工机床加工。在新课程设计内容与模式下，安排学生开展为期3周的机械设计课程设计，学生以6~8人为一小组合作完成一级减速器理论设计计算、二维和三维图绘制、模型制作。新课程设计模式大幅增加了课程设计实践性环节，不仅促进了学生课程设计的兴趣，也消除了课程设计片面最求负责机构设计而教学效果不良的现象。
(3)创新环节。课程设计选题采取多样性、灵活性原则，将固定式的减速器设计改变为创新与思考结合的装置设计。基于此为突出课程设计的创新性，开展创新设计项目的调研、机械装置设计方面专利文献资料的检索与收集、装置设计方案构思。课程设计内容应涉及机械设计课程中所学的机构与传动方式。设计任务确定为每组按照所选定的设计题目，综合运用机械设计课程以及其他先修课程的理论和技能，运用合理的方法设计出方案。学生小组可选择指导教师拟定设计题目，学生小组也可自行拟定确定设计题目，但需指导教师审核。
3设计模型加工
模型作为设计理念的具体表达，具有三维直观、真实准确的特点，是产品设计最终的设计表达形式。对于机械设计专业的学生，模型制作不仅有助于分析和掌握产品的功能、结构、形态、材料、工艺等，还能够启发设计灵感，开拓设计思维。在机械设计课程设计中增设模具加工环节，可提升机械设计与制造专业学生的设计思维与动手能力，也可有效融合机械制图、二维制图、三维制图、机械原理和机械设计等多门专业课程的知识。机械设计的创新离不开模型设计加工工具与设备;优耐美(奥地利进口)、谢兰(美国进口)微型模具加工机床是模具设计的创新平台，其安全、稳定的性能是培养动手能力优良设备。国内部分高校已开设微型模具设计加工课程应用于学生实践操作技能和创新能力培养的课程。微型模具加工机床采用模块式结构，机体微型轻巧，组装、操作简单，由锯床、车床、磨床、钻床、铣床、铣齿床六大类机床组成，可对木质、软质金属、树脂胶板等材料进行切、削、磨、铣、钻等加工功能。据课程试验性操作证明，微型加工机床可以车轴(木质、铝质等材料)、铣齿轮、钻孔、裁切板材、磨削毛坯等。在机械设计课程设计中引入微型模具加工，极大的提升了学生课程设计的兴趣，也有效提升了学生的动手操作能力，也为了数控加工课程的学习奠定了基础。
4“三位一体”模式构建
在1979年，北京科技大学“机械设计制图”课程教学团队对非机械类机械基础系列课程进行了改革试验，把“画法几何及机械制图”、“机械原理”、“机械零件”三门课程有机地整合为一门课，在教学内容、教学模式和教学方法上进行了改革创新，并多次获得教学成果奖。国内诸多教学工作者开展了二维教学模式向三维立体教学模式的转化与融合的尝试，提出了工程制图三维化教学模式。舒宏等提出CAD制图内容穿插在制图教学中开展。在制图课程中融入形体、零件三维建模，部件的装配与驱动关系，直观地理解零件的形状、配合、部件的工作原理等。三维CAD教学从产品设计的角度，以三维产品设计到二维工程图为主线。机械制图、三维实体设计、机械设计三门课程的内容相互联系紧密，国内外诸多教育工作者试图将此三门课程融合为一体。而此三门课程内容在机械设计课程设计的设计内容中得到综合体现与应用，将设计与加工制造结合可将设计思维正确与否得到准确的验证。故探索将模型3D绘图与加工制造引入机械设计课程设计中，探索理论计算、设计绘图、加工制造“三位一体”的教学模式。在此教学模式中，学生的课程设计不在单纯意义上的设计计算，设计模型加工与制造是课程设计重要的组成部分。以往依据理论计算，确定零件尺寸与装配关系，依据选材校核零部件的强度与刚度。现在需要依据加工单元与材料来考虑所设计装置各零件形状与尺寸，形成了由零件加工形式、模型装配、零件设计计算等一体化的设计加工模式。以一级减速器设计模型为例，新教学模式下齿轮、轴的模型设计需要依据微型模具加工机床加工范围来设计计算零件的尺寸与材料，箱体模型采用木板裁切、粘拼而成，螺栓组件、轴承、键、销等标准零部件可选配或采用其他材料替代。零部件理论设计计算、装置传动效率计算过程不再是单纯的搬套，装置二维或三维图形绘制亦无从过度复制粘帖，且在整个设计过程中需要多位同学协同完成设计。
5实践效果
2014年，在机械设计制造及其自动化专业单班的课程设计中应用新的教学模式，课程设计期间学生无缺勤现象，且改变了以往小组内“吃大锅饭”的现象，整个小组内按照设计要求分工任务。经问卷调查表明，学生对新模式下的机械设计课程设计满意度极高。同时，机械设计课程设计的改革也为后期学生开展大学生创新试验与设计奠定了良好的基础。机械设计课程设计教学改革以来，有效促进了机械设计课程设计的建设与发展，有效提升了学校教学质量，逐步形成了以设计项目为主线组织设计计算、绘图、模型制作“三位一体”的新模式。
参考文献
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[2]刘小河，马洁，管萍，等.自动化专业“四位一体”的实践教学体系构建研究[J].实验技术与管理，2014，31(10):27-30.
[3]杨光辉，曹彤，万静，等《.机械设计制图》新教学模式探究与实践[J].图学学报，2013，34(6):114-117.
[4]舒宏，高菲，陈霞.多学时制图课程融入三维CAD的教学探讨[J].图学学报，2012，33(1):103-106，67.
机械设计论文范文二：煤矿机械设计中有限元分析问题与对策
煤矿安全管理是煤矿安全生产运行体系中的重要环节，要从随着科技的不断进步，尤其是计算机技术和数据处理技术的不断发展，有限元分析技术的应用也越来越广泛，在相关的机械产品设计中，市场的竞争不断加强，产品的更新速度也有了明显的加快，而有限元分析法在这个过程中对于虽短产品的设计周期、提高设计质量和竞争力有着重要的帮助作用，已经在复杂工程分析中成为了重要的工具，在相关的工程设计和科研领域得到了普遍的应用，成功地帮助它们实现了各个领域设计水平的提高。本文在此就对有限元分析法的涵义与其在机械设计中的应用做了一番阐述，然后对其应用过程中容易出现的问题，即网格密度、单元选择、容差设置和量纲选择进行了分析，并对各类实际情况下的问题给出了必要的对策建议。
1有限元分析的涵义
有限元分析法是近年来被引入到我国的，作为一种数据分析处理方法，它对真实的物理系统利用数学近似的方法进行模拟，在这个过程中有限元分析[1]的原理是将复杂的问题用简单的问题替代然后再求解，以有限去逼近无限的未知量。在这种分析法中，有限元的小的互连子域被看做是组成解域的因素，然后将一个假定的简单的近似解匹配给每一单元，在此基础上对这个域的总的满足条件进行求解推导，就可以将问题的解求出。在有限元分析法基础上的求解并不是得到的准确值，而是得到一类近似值，这正是利用简单问题替代实际问题进行求解的结果，在有限元分析法的帮助下，各种复杂的实际问题可以得到精度较高的计算，而且该方法的适用性也较强，所以在工程分析中其已经成为了一种重要的手段，并且开始扩展到各类科学技术领域。
2有限元分析法在机械设计中的相关应用
在相关的机械设计中有限元分析法凭借着自身的优势有着广泛的应用，并且在当前计算技术和数据处理分析技术不断发展的帮助下，有限元分析法在各类机械工程设计中发挥了重要的作用，对于其中各类复杂问题的解决有着很大功劳。如在外部荷载对机体结构应力应变的分析中，就可利用有限元分析法进行;同样其还可被应用于损伤容限分析以及对实验中的荷载进行验证的问题中。在这个过程中有限元分析法能够大大减少相关设计人员的工作量，为相关的工程设计节省了大量的资源和成本，同时也使得工作效率得到提升，依据上述的论述，我们就能看出有限元分析法的优势所在，其在机械设计应用过程中的流程如下图所示：此方法的应用步骤主要是：首先进行简化模型处理，然后对单元格进行划分，之后依次对几何、材料特性、接触、边界条件、载荷状况、作业和单元类型进行定义。在这个过程中相关人员一定要对边界条件和单元格给予更多的重视，因为这两个因素能够直接影响到有限元分析的最终结果，而且在分析的过程中不同方法的使用也会对最终的结果产生影响，但是在软件、建模方面是不会对结果产生影响的，而且在有限元分析法的应用过程中也存在着不成熟的方面，如有限元在强度校核就是一个还在处于探索阶段的方面。因此在有限元分析法的应用过程中，相关人员对其结果应该辩证的看待，并不能盲目地相信它的结果，也不能对其进行彻底的否定，研究人员要有自己的严密的思维和科学的判断，所以这就要求研究人员要对有限元分析的计算原理有一个充分的料及，对其常规强度的计算要加以重视，对于实际情况与软件处理结果之间的差异要做充分地分析，同时还要验证有限元结果的可行性问题。
3有限元分析在煤矿机械设计中的问题与对策分析
在有限元分析的应用过程中，很多因素都会对其处理结果产生影响，这在一定程度上就是对其分析精度和准确性的影响，所以在元分析使用的过程中相关研究人员应该尽量减少干扰因素对其分析结果的影响，在操作的过程中做到科学合理的安排，从而能够得到科学合理的分析结果，以提高有限元分析在相关的工程设计和管理中的应用可靠性，和对实际情况的适用性。在分析有限元理论的基础上，并总结相关的机械设计过程中有限元分析的实际应用，笔者将有限元分析应用过程中的实际问题总结如下，并且针对此问题提出了相关的建议：
3.1容差设置方面应注意的问题和建议
前置处理、后置处理和解算器是有限元分析软件的组成部分，其中前两者在某些方面的操作对于此后几何模型的精度有着直接的影响，所以它们就在一定程度上对有限元软件的分析结果产生了重要的影响，主要是体现在有限元处理的精确度方面。在相关的容差设置中，如果采用不同的设置，其对模型的整合结果也会产生不同的影响，相关研究人员对有限模拟结果受几何精度的影响状况进行了分析，有关研究人员也对容差设置的在这方面的影响进行了研究，如下图所示，图表中展示的正是采用11个分块的模型整合后的节点数。在有限元分析的过程中求解收敛精度在解算器中的设置还影响到了有限元分析处理的计算成本，主要是因为收敛精度搜到了设置的求解的收敛精度而直接造成的，因此相关的工程技术人员一定要在这方面给予充分的重视。
3.2量纲选择方面应注意的问题和建议
力、应力、质量、时间、能量、长度是有限元分析在机械设计过程中常用的量纲组成部分，工程技术人员在将量纲输入的过程中一定要注意他们前后的一致协调。虽然量纲的选择在理论上只要满足其协调关系就可以对其进行任意的选择，但是在实际的操作过程中，精度也受到了量纲细微变化的影响，如果选择量纲的过程出现不合理的想象，那么相关的参数就会在有限元分析处理的过程中出现大小不同的变化，从而使舍入误差出现于相关的处理分析过程中。尽管这种误差看起来很小，但是其对有限元分析的结果的影响是不可忽视的，因此在量纲的合理选择在有限元分析的处理过程中就显得很重要，是相关工程技术人员必须注意的问题。
3.3单元选择方面应注意的问题和建议
有限元分析的前置处理中主要包括了一下主要组成部分：网格划分、单元定义、几何建模、材料定义。根据定义的单元形状将几何模型进行离散就是我们所谓的网格划分。在节点处和单元内物理量的一一对应关系受到了插值函数的决定性的影响，这类插值函数又被称为形函数。在等参元中，插值阶次在几何形函数矩阵中是与其在位移形函数矩阵中相等的，但是当为线性形函数时，单元内的应变应变为常量，线性分布就是单元内位移的主要特征;当是二次形函数时，应变就不会为常量，而是有着线性分布的特点。由上可知，有限元分析的处理结果直接受到了单元格选择的影响，其结果的精度受到了形函数阶次的重要影响，阶次越高，结果的精度也就越高。但是研究人员也应该看到，单元节点会在形函数阶次增加的过程中实现成倍的增长，这就在相关机械设计的有限元分析过程中使得计算的成本大幅增加。所以单元格的选择应该根据实际对象要求来进行选择，以实现对有限元分析成本和结果精度的平衡。软件中每个单元所处的单元库中都有对应的计算说明存在着，所以充分了解单元对应的单元特性、荷载类型和自由度就成为了单元分析处理之前应该事先做好的准备，并在实际情况的指导下对所需的单元格进行选择。在网格的选择过程中等边四面、立方体、三角形和正方形都是较为理想的网格选择，但是在实际的操作过程中，多样且复杂的结构的几何形状是无法用理想的但与对其结构进行离散的，尽管如此，相关工程技术人员应该尽量的使单元格的选择接近理想状态，从而保证有限元分析的结果的精确性。而在评价指标的选择过程中，不同节点的不同单元格的选择也要给予重视：对线性单元而言，对其六面体(8节点)、四边形或四面体(4节点)、三角形(3节点)，他们的单元边长比都应该不大于3;对二次单元来讲，他们各种形态的单元格边长比都应该不大于10.
3.4网格密度方面应注意的问题和建议
在有限元分析的应用过程中网格密度也会对其有较大的影响，相关机械工程人员在利用有限元分析法的建模过程中，可利用手工分割法、自由划分法、拉伸法和映射法等，而相关人员要在一些应力急剧变化的部位对网格密度实施增加密度的多是，如突变部位、相连的部位、复杂的边界区域等都有应力集中等现象，这种措施有利于提高计算分析的精确度。除此之外，应变梯度在两相邻单元之间过大(特别是对一次形函数的单元来京)会对有限元分析法的计算精度产生消极影响，所以相关研究人员在塑形的过程中要对应变梯度进行酌情考虑，通常情况下以小于5%为宜。虽然网格过低的密度会对有限元分析的计算精度产生影响，但是其过高的网格密度也会对有限元分析法的计算也会产生消极影响。这主要是因为有限元分析法的计算精度在网格的密度达到一定程度时，其密度的增大对网格的影响将会很小，所以出于计算成本方面考虑，相关工程技术人员在有限元分析法的使用过程中没有必要过分追求网格密度，而要选择最优的网格密度。
4结论
随着社会的不断发展人们对于机械工程设计的相关产品的要求也会越来越高，有限元分析法在机械设计领域中的应用就为相关机械工程设计人员减少了劳动量、提高了工作效率，成为了他们重要的设计工具。但是有限元分析法的发展并未完全成熟，其在应用过程中依然还存有许多的问题，所以这就需要相关研究人员加强在这方面的研究，结合实际情况和自身的经验对有限元分析法的应用进行综合考虑。
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