機械設計論文發表
機械生產製造行業是世界工業的重中之重,為了能夠進一步發展機械工業,加強機械產品的實用價值,機械設計方面開始了更大的革新與發展。下面是小編為大家整理的機械設計論文，供大家參考。
機械設計論文範文一：機械設計課程設計的三位一體模式研究
摘要：
資訊科技的推廣和工業設計、製造技術的發展，對高校實踐課程提出了新的要求。針對當前機械專業機械設計課程設計的教學模式的不足，提出了課程內容與形式改革措施。為有效提升學生實踐能力與創新思維能力，將模型3D繪圖與加工製造引入機械設計課程設計中，探索理論計算、設計繪圖、加工製造“三位一體”的教學模式。經實踐證明，新模式下教學效果突出。
關鍵詞：機械設計;課程設計;模式;探索
隨著我國社會結構的變化，催生高等教育教學結構與形式轉型，國內地方高校在不斷探索應用型人才的培養模式與體系。機械設計課程設計融合了機械設計基礎、機械製圖、機械製造基礎、極限配合與測量技術等課程的知識，是機械類專業培養學生機械設計能力與創新能力的實踐教學環節。因此，機械設計課程設計在培養應用型人才為目標的機類和近機類高校實踐教學中具有十分重要的作用。當前，機械設計課程設計仍為減速器的理論設計計算為主，輔以二維圖紙表達，致使實踐性課程缺乏足夠的實踐環節。為此，以提高學生實踐能力與創新思維能力為目標，將模型3D繪圖與加工製造引入機械設計課程設計中，探索理論計算、設計繪圖、加工製造三位一體的教學模式。
1機械設計課程設計教學現狀
傳統教學模式將機械設計課程設計的教學目標設定為著重培養學生機械製造與設計的系統化設計思維，其是在機械原理與機械設計課程中機械零部件設計方法的基礎上設計機械裝置，進行機械機構選擇與方案設計、總體佈置、總裝配圖設計、主要零件設計及設計計算說明書編寫等訓練。機械設計課程設計選擇最具代表性的機械裝置“減速器”作為設計題目，其課程學習要求包括以下3點：①要求學生熟悉減速器的工作原理、各零部件裝配裝配關係和箱體類結構設計等知識與技能;②著重要求學生掌握齒輪機構、軸、螺栓元件、軸承、鍵、銷等零部件的設計計算與選擇;③要求學生熟練應用標準、規範、手冊、圖表和設計資料。以採用塔里木大學機械電氣化工程學院機械設計課程設計為例，其教學模式採用傳統教學模式，在完成88學時的機械設計理論學習後，再開展為期2至3周的機械設計課程設計，學生以4~6人為一小組合作完成減速器理論設計、計算及二維圖繪製。在課程設計時間段內，學生對減速器的設計僅停留方案構思、機械零部件和機械總成的結構佈置與設計，均屬理論設計與繪圖，回顧以往的課程設計教學環節與學生反饋資訊，發現在課程設計過程中體現出以下弊病：
1多數學生對綜合應用所學知識與技能解決實際問題的能力較差，對減速器的結構缺乏認識;
2學生對課程設計興趣不夠濃厚，缺乏自我設計與創新主動性，且過度依賴指導教師指引;
3在減速器的設計過程中，設計計算生硬套搬設計步驟，照抄設計手冊和減速器圖冊的減速器圖樣與尺寸;同時，在此教學模式下學生以完成作業任務式的心態對待課程設計，導致課程設計抄襲現象，亦無法達到課程設計原本教學要求。該模式下無法體現出設計創新與實踐教學，對培養學生自主創新設計作用微乎其微。
2機械設計課程設計改革措施
現代經濟社會發展要求高校培育的人才能運用專業知識解決工程實際問題和探索問題的能力。機械設計課程設計作為一門機械專業機械設計綜合知識與技能應用的平臺，是提高學生機械設計與工程素質的重要環節。機械設計課程設計的教學目標不僅是為培養學生機械製造與設計的設計過程，也是在培育學生掌握機械產品或機械結構的創新設計思維，以及培養學生對現代機械產品的自主創新設計技術工作的適應能力。針對傳統課程設計的不足，基於培育具備理論設計、實踐加工、理念創新的新型機械設計人才，對機械設計課程設計的實踐教學體系進行探索性改革，具體措施如下：
1重組機械設計課程的實踐教學體系。傳統的教學模式下，機械設計的實驗課程開設認識性或驗證性的實驗，主要包括機械零件結構認識現場教學實驗、帶傳動實驗、液壓滑動軸承實驗、軸系部件設計實驗、減速器拆裝實驗等專案。以培養機械設計與製造能力為主線，重組機械設計課程的實踐教學體系，增設實操性實驗，制定新的教學計劃。基於傳統的教學模式下，對已有實驗專案做改進增設實踐操作性內容。以帶傳動試驗為例，以往實驗要求學生觀察帶傳動彈性滑動和打滑現象，計算帶傳動的引數，新教學體系在此基礎上增設帶與帶輪的安裝和拆卸。
2課程設計內容改革。傳統的教學模式下，機械設計課程設計以設計二級減速器為主，設計內容以理論設計計算為核心。針對課程設計內容實踐性環節不足，課程設計選擇相對較為簡單的一級減速器作為設計內容，增設減速器3D繪圖和模型加工部分。減速器3D繪圖採用UG、SOLID-WORKS等軟體繪製，此項內容增設依據新大綱模式下機械製圖、三維製圖課程整合為一體。減速器模型加工採用優耐美、謝蘭微型模具加工機床加工。在新課程設計內容與模式下，安排學生開展為期3周的機械設計課程設計，學生以6~8人為一小組合作完成一級減速器理論設計計算、二維和三維圖繪製、模型製作。新課程設計模式大幅增加了課程設計實踐性環節，不僅促進了學生課程設計的興趣，也消除了課程設計片面最求負責機構設計而教學效果不良的現象。
3創新環節。課程設計選題採取多樣性、靈活性原則，將固定式的減速器設計改變為創新與思考結合的裝置設計。基於此為突出課程設計的創新性，開展創新設計專案的調研、機械裝置設計方面專利文獻資料的檢索與收集、裝置設計方案構思。課程設計內容應涉及機械設計課程中所學的機構與傳動方式。設計任務確定為每組按照所選定的設計題目，綜合運用機械設計課程以及其他先修課程的理論和技能，運用合理的方法設計出方案。學生小組可選擇指導教師擬定設計題目，學生小組也可自行擬定確定設計題目，但需指導教師稽核。
3設計模型加工
模型作為設計理念的具體表達，具有三維直觀、真實準確的特點，是產品設計最終的設計表達形式。對於機械設計專業的學生，模型製作不僅有助於分析和掌握產品的功能、結構、形態、材料、工藝等，還能夠啟發設計靈感，開拓設計思維。在機械設計課程設計中增設模具加工環節，可提升機械設計與製造專業學生的設計思維與動手能力，也可有效融合機械製圖、二維製圖、三維製圖、機械原理和機械設計等多門專業課程的知識。機械設計的創新離不開模型設計加工工具與裝置;優耐美奧地利進口、謝蘭美國進口微型模具加工機床是模具設計的創新平臺，其安全、穩定的效能是培養動手能力優良裝置。國內部分高校已開設微型模具設計加工課程應用於學生實踐操作技能和創新能力培養的課程。微型模具加工機床採用模組式結構，機體微型輕巧，組裝、操作簡單，由鋸床、車床、磨床、鑽床、銑床、銑齒床六大類機床組成，可對木質、軟質金屬、樹脂膠板等材料進行切、削、磨、銑、鑽等加工功能。據課程試驗性操作證明，微型加工機床可以車軸木質、鋁質等材料、銑齒輪、鑽孔、裁切板材、磨削毛坯等。在機械設計課程設計中引入微型模具加工，極大的提升了學生課程設計的興趣，也有效提升了學生的動手操作能力，也為了數控加工課程的學習奠定了基礎。
4“三位一體”模式構建
在1979年，北京科技大學“機械設計製圖”課程教學團隊對非機械類機械基礎系列課程進行了改革試驗，把“畫法幾何及機械製圖”、“機械原理”、“機械零件”三門課程有機地整合為一門課，在教學內容、教學模式和教學方法上進行了改革創新，並多次獲得教學成果獎。國內諸多教學工作者開展了二維教學模式向三維立體教學模式的轉化與融合的嘗試，提出了工程製圖三維化教學模式。舒巨集等提出CAD製圖內容穿插在製圖教學中開展。在製圖課程中融入形體、零件三維建模，部件的裝配與驅動關係，直觀地理解零件的形狀、配合、部件的工作原理等。三維CAD教學從產品設計的角度，以三維產品設計到二維工程圖為主線。機械製圖、三維實體設計、機械設計三門課程的內容相互聯絡緊密，國內外諸多教育工作者試圖將此三門課程融合為一體。而此三門課程內容在機械設計課程設計的設計內容中得到綜合體現與應用，將設計與加工製造結合可將設計思維正確與否得到準確的驗證。故探索將模型3D繪圖與加工製造引入機械設計課程設計中，探索理論計算、設計繪圖、加工製造“三位一體”的教學模式。在此教學模式中，學生的課程設計不在單純意義上的設計計算，設計模型加工與製造是課程設計重要的組成部分。以往依據理論計算，確定零件尺寸與裝配關係，依據選材校核零部件的強度與剛度。現在需要依據加工單元與材料來考慮所設計裝置各零件形狀與尺寸，形成了由零件加工形式、模型裝配、零件設計計算等一體化的設計加工模式。以一級減速器設計模型為例，新教學模式下齒輪、軸的模型設計需要依據微型模具加工機床加工範圍來設計計算零件的尺寸與材料，箱體模型採用木板裁切、粘拼而成，螺栓元件、軸承、鍵、銷等標準零部件可選配或採用其他材料替代。零部件理論設計計算、裝置傳動效率計算過程不再是單純的搬套，裝置二維或三維圖形繪製亦無從過度複製粘帖，且在整個設計過程中需要多位同學協同完成設計。
5實踐效果
2014年，在機械設計製造及其自動化專業單班的課程設計中應用新的教學模式，課程設計期間學生無缺勤現象，且改變了以往小組內“吃大鍋飯”的現象，整個小組內按照設計要求分工任務。經問卷調查表明，學生對新模式下的機械設計課程設計滿意度極高。同時，機械設計課程設計的改革也為後期學生開展大學生創新試驗與設計奠定了良好的基礎。機械設計課程設計教學改革以來，有效促進了機械設計課程設計的建設與發展，有效提升了學校教學質量，逐步形成了以設計專案為主線組織設計計算、繪圖、模型製作“三位一體”的新模式。
參考文獻
[1]燕曉紅，劉芳，孟超平.在高職院校機械設計課程設計中引入創新設計的實踐與探索[J].內蒙古農業大學學報社會科學版，2014，162:39-42.
[2]劉小河，馬潔，管萍，等.自動化專業“四位一體”的實踐教學體系構建研究[J].實驗技術與管理，2014，3110:27-30.
[3]楊光輝，曹彤，萬靜，等《.機械設計製圖》新教學模式探究與實踐[J].圖學學報，2013，346:114-117.
[4]舒巨集，高菲，陳霞.多學時製圖課程融入三維CAD的教學探討[J].圖學學報，2012，331:103-106，67.
機械設計論文範文二：煤礦機械設計中有限元分析問題與對策
煤礦安全管理是煤礦安全生產執行體系中的重要環節，要從隨著科技的不斷進步，尤其是計算機技術和資料處理技術的不斷髮展，有限元分析技術的應用也越來越廣泛，在相關的機械產品設計中，市場的競爭不斷加強，產品的更新速度也有了明顯的加快，而有限元分析法在這個過程中對於雖短產品的設計週期、提高設計質量和競爭力有著重要的幫助作用，已經在複雜工程分析中成為了重要的工具，在相關的工程設計和科研領域得到了普遍的應用，成功地幫助它們實現了各個領域設計水平的提高。本文在此就對有限元分析法的涵義與其在機械設計中的應用做了一番闡述，然後對其應用過程中容易出現的問題，即網格密度、單元選擇、容差設定和量綱選擇進行了分析，並對各類實際情況下的問題給出了必要的對策建議。
1有限元分析的涵義
有限元分析法是近年來被引入到我國的，作為一種資料分析處理方法，它對真實的物理系統利用數學近似的方法進行模擬，在這個過程中有限元分析[1]的原理是將複雜的問題用簡單的問題替代然後再求解，以有限去逼近無限的未知量。在這種分析法中，有限元的小的互連子域被看做是組成解域的因素，然後將一個假定的簡單的近似解匹配給每一單元，在此基礎上對這個域的總的滿足條件進行求解推導，就可以將問題的解求出。在有限元分析法基礎上的求解並不是得到的準確值，而是得到一類近似值，這正是利用簡單問題替代實際問題進行求解的結果，在有限元分析法的幫助下，各種複雜的實際問題可以得到精度較高的計算，而且該方法的適用性也較強，所以在工程分析中其已經成為了一種重要的手段，並且開始擴充套件到各類科學技術領域。
2有限元分析法在機械設計中的相關應用
在相關的機械設計中有限元分析法憑藉著自身的優勢有著廣泛的應用，並且在當前計算技術和資料處理分析技術不斷髮展的幫助下，有限元分析法在各類機械工程設計中發揮了重要的作用，對於其中各類複雜問題的解決有著很大功勞。如在外部荷載對機體結構應力應變的分析中，就可利用有限元分析法進行;同樣其還可被應用於損傷容限分析以及對實驗中的荷載進行驗證的問題中。在這個過程中有限元分析法能夠大大減少相關設計人員的工作量，為相關的工程設計節省了大量的資源和成本，同時也使得工作效率得到提升，依據上述的論述，我們就能看出有限元分析法的優勢所在，其在機械設計應用過程中的流程如下圖所示：此方法的應用步驟主要是：首先進行簡化模型處理，然後對單元格進行劃分，之後依次對幾何、材料特性、接觸、邊界條件、載荷狀況、作業和單元型別進行定義。在這個過程中相關人員一定要對邊界條件和單元格給予更多的重視，因為這兩個因素能夠直接影響到有限元分析的最終結果，而且在分析的過程中不同方法的使用也會對最終的結果產生影響，但是在軟體、建模方面是不會對結果產生影響的，而且在有限元分析法的應用過程中也存在著不成熟的方面，如有限元在強度校核就是一個還在處於探索階段的方面。因此在有限元分析法的應用過程中，相關人員對其結果應該辯證的看待，並不能盲目地相信它的結果，也不能對其進行徹底的否定，研究人員要有自己的嚴密的思維和科學的判斷，所以這就要求研究人員要對有限元分析的計算原理有一個充分的料及，對其常規強度的計算要加以重視，對於實際情況與軟體處理結果之間的差異要做充分地分析，同時還要驗證有限元結果的可行性問題。
3有限元分析在煤礦機械設計中的問題與對策分析
在有限元分析的應用過程中，很多因素都會對其處理結果產生影響，這在一定程度上就是對其分析精度和準確性的影響，所以在元分析使用的過程中相關研究人員應該儘量減少干擾因素對其分析結果的影響，在操作的過程中做到科學合理的安排，從而能夠得到科學合理的分析結果，以提高有限元分析在相關的工程設計和管理中的應用可靠性，和對實際情況的適用性。在分析有限元理論的基礎上，並總結相關的機械設計過程中有限元分析的實際應用，筆者將有限元分析應用過程中的實際問題總結如下，並且針對此問題提出了相關的建議：
3.1容差設定方面應注意的問題和建議
前置處理、後置處理和解算器是有限元分析軟體的組成部分，其中前兩者在某些方面的操作對於此後幾何模型的精度有著直接的影響，所以它們就在一定程度上對有限元軟體的分析結果產生了重要的影響，主要是體現在有限元處理的精確度方面。在相關的容差設定中，如果採用不同的設定，其對模型的整合結果也會產生不同的影響，相關研究人員對有限模擬結果受幾何精度的影響狀況進行了分析，有關研究人員也對容差設定的在這方面的影響進行了研究，如下圖所示，圖表中展示的正是採用11個分塊的模型整合後的節點數。在有限元分析的過程中求解收斂精度在解算器中的設定還影響到了有限元分析處理的計算成本，主要是因為收斂精度搜到了設定的求解的收斂精度而直接造成的，因此相關的工程技術人員一定要在這方面給予充分的重視。
3.2量綱選擇方面應注意的問題和建議
力、應力、質量、時間、能量、長度是有限元分析在機械設計過程中常用的量綱組成部分，工程技術人員在將量綱輸入的過程中一定要注意他們前後的一致協調。雖然量綱的選擇在理論上只要滿足其協調關係就可以對其進行任意的選擇，但是在實際的操作過程中，精度也受到了量綱細微變化的影響，如果選擇量綱的過程出現不合理的想象，那麼相關的引數就會在有限元分析處理的過程中出現大小不同的變化，從而使舍入誤差出現於相關的處理分析過程中。儘管這種誤差看起來很小，但是其對有限元分析的結果的影響是不可忽視的，因此在量綱的合理選擇在有限元分析的處理過程中就顯得很重要，是相關工程技術人員必須注意的問題。
3.3單元選擇方面應注意的問題和建議
有限元分析的前置處理中主要包括了一下主要組成部分：網格劃分、單元定義、幾何建模、材料定義。根據定義的單元形狀將幾何模型進行離散就是我們所謂的網格劃分。在節點處和單元內物理量的一一對應關係受到了插值函式的決定性的影響，這類插值函式又被稱為形函式。在等參元中，插值階次在幾何形函式矩陣中是與其在位移形函式矩陣中相等的，但是當為線性形函式時，單元內的應變應變為常量，線性分佈就是單元內位移的主要特徵;當是二次形函式時，應變就不會為常量，而是有著線性分佈的特點。由上可知，有限元分析的處理結果直接受到了單元格選擇的影響，其結果的精度受到了形函式階次的重要影響，階次越高，結果的精度也就越高。但是研究人員也應該看到，單元節點會在形函式階次增加的過程中實現成倍的增長，這就在相關機械設計的有限元分析過程中使得計算的成本大幅增加。所以單元格的選擇應該根據實際物件要求來進行選擇，以實現對有限元分析成本和結果精度的平衡。軟體中每個單元所處的單元庫中都有對應的計算說明存在著，所以充分了解單元對應的單元特性、荷載型別和自由度就成為了單元分析處理之前應該事先做好的準備，並在實際情況的指導下對所需的單元格進行選擇。在網格的選擇過程中等邊四面、立方體、三角形和正方形都是較為理想的網格選擇，但是在實際的操作過程中，多樣且複雜的結構的幾何形狀是無法用理想的但與對其結構進行離散的，儘管如此，相關工程技術人員應該儘量的使單元格的選擇接近理想狀態，從而保證有限元分析的結果的精確性。而在評價指標的選擇過程中，不同節點的不同單元格的選擇也要給予重視：對線性單元而言，對其六面體8節點、四邊形或四面體4節點、三角形3節點，他們的單元邊長比都應該不大於3;對二次單元來講，他們各種形態的單元格邊長比都應該不大於10.
3.4網格密度方面應注意的問題和建議
在有限元分析的應用過程中網格密度也會對其有較大的影響，相關機械工程人員在利用有限元分析法的建模過程中，可利用手工分割法、自由劃分法、拉伸法和對映法等，而相關人員要在一些應力急劇變化的部位對網格密度實施增加密度的多是，如突變部位、相連的部位、複雜的邊界區域等都有應力集中等現象，這種措施有利於提高計算分析的精確度。除此之外，應變梯度在兩相鄰單元之間過大特別是對一次形函式的單元來京會對有限元分析法的計算精度產生消極影響，所以相關研究人員在塑形的過程中要對應變梯度進行酌情考慮，通常情況下以小於5%為宜。雖然網格過低的密度會對有限元分析的計算精度產生影響，但是其過高的網格密度也會對有限元分析法的計算也會產生消極影響。這主要是因為有限元分析法的計算精度在網格的密度達到一定程度時，其密度的增大對網格的影響將會很小，所以出於計算成本方面考慮，相關工程技術人員在有限元分析法的使用過程中沒有必要過分追求網格密度，而要選擇最優的網格密度。
4結論
隨著社會的不斷髮展人們對於機械工程設計的相關產品的要求也會越來越高，有限元分析法在機械設計領域中的應用就為相關機械工程設計人員減少了勞動量、提高了工作效率，成為了他們重要的設計工具。但是有限元分析法的發展並未完全成熟，其在應用過程中依然還存有許多的問題，所以這就需要相關研究人員加強在這方面的研究，結合實際情況和自身的經驗對有限元分析法的應用進行綜合考慮。