机械设计技术论文范文

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对于机械设计而言，其初期计划设计是非常重要的，并且会在很大程度上直接影响机械设计的成果和性能。为此，应对机械设计初期计划设计进行分析。从内容上来分析，机械设计的初期计划设计，比较类似于计算机软件设计分析的内容，具体工作主要分为以下几个方面：第一，机械设计在开始工作之前必须对大量的数据和信息进行搜集，并且在整理后开展深入分析，选择有价值的数据和信息，为机械设计工作提供必要的参考。机械设计在精度上的要求很高，不能草率的决定如何设计，需要根据实际的需求以及技术方面的标准来开展设计工作。第二，设计人员必须充分掌握好设计的器具所具备的功能与性质。现阶段的发展已经进入到了高度的自动化阶段，机械设计工作基本上都是通过不同的器具来完成的。因此，器具的功能和性质直接决定了机械设计的成果和应用方向，该项工作在未来的发展中必须得到充分的重视。

1.2机械设计的设计方案

相对而言，机械设计在具体的工作当中都是按照相应的方案来进行的。目前，机械设计方案被认为是设计工作中的核心部分，能够在客观上和主观上对机械设计的质量和水平产生极大的影响。方案设计的工作必须保证贴合实际，过于理论化只会导致非常严重的后果。本文认为，机械设计的设计方案应从以下几个方面出发：第一，机械设计方案必须满足机器本身的性能和功能要求。机械设计从细小的零部件一直到较大的操作设备都要按照设计方案来执行。但是，方案在设计的过程中应保证其符合机器本身的功能和性能，要具有较高的匹配度，否则无法完成较多的工作。第二，机械设计方案在实际的设计当中必须充分考虑到检验者本身的因素。以目前的情况来看，检验者属于主观上的因素，其是否掌握机器的开发、是否能够创新、是否具有较高的认知，都将影响机械设计方案的有效性，从而间接的影响后续的工作。

1.3机械设计的主要技术设计

随着机械设计的重视程度不断提升，很多地区都在机械设计的主要技术方面投入了大量的时间和精力，力求能够在客观上研究出更高的技术成果。但是，机械设计的限制性条件较多，理论化的成果多数情况仅适用于学术研究，未来的设计技术还是应该在实践工作中进行较大的努力。从现有的工作来看，机械设计的主要技术设计过程中，对于主要技术层面这一要素具有非常高的要求。本文认为，在机械设计的主要技术设计阶段，应达到以下两方面的要求：第一，设计人员必须对设计图纸信息进行反复的核对，尤其是一些重要的信息和数据，应认真对待图纸的各种数据计算，从多方面来完成总图与部分图的对比分析，将最终的数据进行有效的整理。机械设计的主要设计技术，从客观的角度来分析就是对各种数据和信息不断加深的过程，提高精度的同时保证机械设计的质量和性能不受到影响。第二，机械设计主要技术的每一个环节都要进行审慎的比对和分析，保证阶段性的工作成果。社会虽然对机械设计的需求较大，但在要求方面丝毫没有减弱。设计人员在执行技术的时候应保证不出现任何类型的疏漏，必要时应进行反复的校对。由此可见，机械设计主要技术在目前的发展中还有很大的提升空间，且值得研究的部分较多。

2我国机械制造的技术

2.1我国先进机械制造技术的特点

近年来，我国科学技术快速发展，先进的机械制造技术在机械制造中得到广泛应用，技术与设备都要进行不断更新，在原有优秀技术的基础上，运用先进技术作为发展的基础，满足当今市场竞争的要求，增强市场竞争力。另一方面，先进的机械制造技术能够有效提升机械产品的性能与功能。由此可见，我国先进机械制造技术的特点还是比较突出的，且在经济效益和社会效益上获得了较大的提升。结合以往的工作经验和当下的工作标准，我国先进机械制造技术的特点主要集中在以下几个方面：第一，技术的精度不断提升。目前的零部件机械制造获得了广泛的重视，零部件的精度和性能都有所提升，促使我国的机械制造技术更上一层楼。第二，面对社会的强大需求，我国先进机械制造技术的体系不断健全，在很多方面都获得了突出的成就，告别冗杂操作的同时，还实现了工作量的降低、工作效率的提升，这是值得肯定的。

2.2我国机械制造技术的发展方向

机械制造技术的发展是一个不断深化的过程，单纯在精度上或者是质量上要求提升，并不是最终的诉求。应用机械制造技术的目的在于为社会提供所需要的产品，促进生产生活的快速发展，减少各种问题的出现。因此，明确机械制造技术的发展方向是非常重要的。根据发展方向，结合当下的工作成果，努力地朝着目标努力，才是今后需要做的事情。本文认为，我国机械制造技术的发展方向应在以下几个方面来展开：第一，机械制造的管理。健全规范的计算机管理制度是我国的机械制造技术发展方向之一，因此，我国机械制造业应该加强对机械制造技术的计算机管理。第二，机械制造的设计。现代的机械产品的设计要求更加倾向于智能化，如CAD设计软件以及虚拟的设计技术对需要设计的机械产品进行模拟设计，并能够通过多媒体等对产品的性能、结构等进行模拟演示。

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2在机械设计中常用的CAD功能

第一,CAD实体建模。目前,CAD建模最主要的有三种方式,实体、表面、线框。比如在AUTOCAD中提供了多种实体建模方式,最基本的有立方体、圆球体、柱体、锥体等。一般零件都可以通过这些模块进行结构分析,设计时,对基本造型进行分解分析,然后采用布尔运算对零件进行三维造型。另外,零件三维实体建立后,调用运动分析模块对零件功能进行分析。对于零件装配,可以通过采用三维编辑功能,让零件按坐标要求进行装配,完成设计任务。第二,集成制造。科学技术的不断进步,CAD软件也在不断发展和强大,制造向数控化方向发展,设计向计算机方向发展,CAM/CAE也正在向计算机方向发展。一个完整的CAD/CAM软件集成了三维造型、图形编辑、曲面造型、仿真加工、受力分析、在线加工等的功能。这些模块的运行都是建立在全面的工程数据库基础上的。第三,机械设计CAE软件的发展。CAE软件主要是承担后期分析处理的任务,解决零件设计是否合理。比如产品零件结构是否优化,受力分析是否合理,运动特性分析,静态和动态特性分析等等。

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关键词：机械设计；CAD技术

1CAD技术的发展

CAD(ComputerAidedDesign)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement，PDM）及计算机集成制造系统（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一体。

产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(IntelligentCAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。

以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。

2三维CAD技术在机械设计中的优点

通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点:

2.1零件设计更加方便

使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。

2.2装配零件更加直观

在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

2.3缩短了机械设计周期

采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。

2.4提高机械产品的技术含量和质量

由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CADCIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。

3CAD技术在机械设计中的应用

3.1零件与装配图的实体生成

3.1.1零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。

对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。

3.1.2实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。

3.2模具CAD/CAM的集成制造

随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。

一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。

3.3机械CAE软件的应用

机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。

4CAD前沿技术与发展趋势

4.1图形交互技术

CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。

4.2智能CAD技术

CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。

4.3虚拟现实技术

虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。

参考文献

[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.

[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002.

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1.2模糊集理论的应用要点该方法通过模糊集合与模糊推理两种方法，其研究测试的对象是各类不确定性因素，属于传统集合理论的创新。模糊集理论在设备状态监测和故障诊断中的应用，主要包含了两个方面。一方面，是在相关数据概念的形成时，采用不准确和较为模糊的语言变量，根据人们习惯，对设备状态的变化及变量变化状态进行描述。具有较强的直观性，且相关人员在接受该类概念时，也可以更方便的理解接受；另一方面，该方法通过提炼模糊性规则，在建模时模糊化，使得机械设备的控制、预测以及故障诊断等过程拥有更为广阔的空间。

1.3基于实例分析的方案优化及调整该种方法拥有较为简单的思路，在对设备未来运行情况进行预测时，系统会匹配与设备目前情况相似的实际案例，并从以往的解决方法中选出最佳的解决方案，再结合设备实际情况进行相应调整。此类方法的应用范围较广，且得到的计算结果也相对准确，但同时也具有一定缺陷，即无法全面整合以往设备数据及解决规律，缺乏充足的继承性。该方法进行故障诊断的基本理念是，在选红枣解决方法的过程中，利用历史诊断方法成功案例为奠基，进行全面的推理工作，并采用类比和联想法，较为全面的对故障进行诊断。

1.4多种数据挖掘法的联合应用除上述几种数据挖掘技术外，实际工作中还涵盖了以传统数据统计为基础的统计分析方法、人工神经网络元技术、等多种方法，考虑到每一种方法或多或少具有局限性，故为了有效提高各类方法的应用效果，可以将各类方法进行配合使用，代表性的算法组合类型如表1所示。

以遗传算法和模糊集理论的配合采用为例。由于模糊算法，主要是利用了最大隶属原理和阀值原理，故可以按照不同故障的发生原因以及故障征兆的相互联系，在综合考虑的基础上对机械设备故障的可能原因进行全面分析。而该方法在运用的过程中，会对各类故障征兆进行约简化从而得到较为普遍的规律，但是所得到的规律也可能存在不可靠问题。故在实际应用模糊集理论的同时，配合采用遗传算法，通过对模糊集理论所得到的结论及规则进行全面优化，使得诊断的结果更为准确与高效。上述案例方法在涡轮机故障诊断过程中进行应用时，可先建立完善的涡轮机故障集，在此基础上采用模糊集理论对涡轮机故障进行诊断，配合遗传算法对涡轮机故障规律进行优化，使得最终故障诊断结果更为准确。除遗传算法与模糊集理论课进行配合使用外，其他各类方法也可以根据设备实际情况进行搭配，使得最终诊断结果更为准确有效。