時間：2023-09-18 17:33:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械設計的基本原理，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：機械設計；節能原理；實際應用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.073
1 機械設計概述
所謂的機械設計就是對所有部件和整體的配合進行設計的過程，整個過程都要遵循機械應用的原則，大到整個機械設備的配合及運行，小到每個工作零件的選材、大小及等，都要你按照其運行的基本原理進行構思設計。對不同用途的機械，要利用不同的原理進行相應功能的設計。
2 現代的機械生產模式
（1）能適應市場批量生產的要求。現在的市場對機械產品的需求量很大，相應的生產周期也在不斷減小。這對傳統生產模式是一種挑戰，因此，機械生產的方式以及觀念都發生了很大變化。目前，生產企業都使用了自動化控制技術，再加上多媒體技術的輔助，為企業帶來了極大的益處。（2）引進全新的技術，完善現在的生產模式。目前，單一的生產技術已跟不上市場的腳步，必須要將多個領域的技術綜合起來，以很好地適應社會。在機械制造行業，傳統模式以人工操作的方式為主，這樣不僅生產速度慢，而且容易出現差錯，導致產品質量較差，此外，對能源的浪費也很嚴重。
當下的生產模式中，加工車間的安全也是一個重要問題，工人一旦操作失誤，不僅會危及人身安全，而且會影響產品質量，導致整個生產過程面臨誤工，耽誤整體產品的生產效率。
3 機械設計的節能基本原理
所謂機械設計節能的基本原理就是對設備的動能輸出以及勢能和其消耗的無用功進行整理，并進行函數分析，總結出該如何進行設備的節能設計。
（1）動能方面的節能分析。在傳統設計中，工程師一般都考慮動能變化對輸出功率的影響，調節改善設備的波動、使用周期及加工精度，很少改善其給系統帶來的影響。因此，筆者主要在這一點上進行研究改善。傳統機械設備的動能并沒有完全開發出來，這主要是因為在加工過程中，動能沒有及時進行回收并轉化。本著節能原則，調節系統的動能變化范圍，盡可能地縮小范圍。
（2）在輸出力方面的節能分析。不同工作要求的機械設備在工作過程中的輸出力是不同的，即使是相同的機械設備在不同過程要求下輸出的力也不完全相同。因此，要在節能方面進行改善。
導致機械設備在工作過程中輸出力偏高的因素主要是在很短時間內，力的變化波動比較大，在函數中表現為周期函數。只要把輸出力的波動變化范圍縮小，變化越小，節能的效果也就越好。
（3）降低無用功，節省能源。無論何種機械設備，都不可避免地會有摩擦以及其他阻力，這些阻力都或多或少地產生無用功。這些都和設備在設計過程中采用的零件精度以及方式有很大關系。這些無用功都對設備的使用效率產生極大阻礙。因此，在設計時，要充分考慮節能因素，最大限度地減小無用功，提升設備的使用率。
（4）節能原理的分析總結。節能的方法主要就是在動能、輸出力以及減小無用功等方面對設備進行改進。簡單地說，就是工程師在設計的過程中，把系統的一些參數變化維持在一個盡可能小的范圍內，就可以極大地節省能源。但這點實現起來極為不易，是所有工程師長期奮戰的目標。
4 機械設計節能原理的實際應用
由于機械設計節能的基本原理主要涉及質點以及動能定理，因此，由質點組成的對象都可以利用，其適用范圍寬泛。
4.1 該節能原理在升降機械力的應用
升降機械在實際工作中消耗的功率較大，產生的無用功也較大，因此，要在節能方面進行改善。改進前，要先研究消耗的原因，大部分功率的消耗都發生在設備提升以及下放物體的過程中。一般來說，在設計升降機械前，一定要標準化，結合電梯的設計原理，加入機械設計的節能原理。在升降機械設計中的應用升降機械與其他機械相比，消耗功率的主要特征是貨物和人的重量（有勢力）在提升或下降的勻速運動過程中均要消耗功率。工程實踐證明，以相同的速度提升質量相等的重物，按照電梯標準計算設計的曳引驅動機構所消耗的功率比傳統卷揚驅動機構要小得多。若按“系統勢能為常量或在最小范圍內變化”設計升降機械或電梯，可得平衡升降機和平衡電梯設計方案。在平衡升降機中，若用Q（t）表示提升物體的質量，用P表示自重不變的配重，用r1表示升降貨物卷筒的半徑，r2表示升降配重卷筒的半徑，若要平衡升降機的系統勢能為常量，則必須滿足式Q（t）r1=Pr2（公式1），雖然Q（t）為變量，但可采用自動變速機構改變傳動比，可實現系統勢能為常量。在平衡電梯中，若用Q（t）表示轎廂和水箱自重以及隨人數變化載質量，P（t）表示配重和水箱自重（變量），曳引輪與導向輪半徑相等用r表示。平衡電梯在工作時，當進入轎廂人的質量為q1，轎廂下水箱里將有p1重的水進入配重下水箱。電梯空載時，Q（t）=QP（t）=P，電梯工作時Q（t）=Q+q1-p1，P（t）=P+p1，將其代入式（公式1），則可求得轎廂下水箱里水進入配重下水箱的質量。
可以看出由轎廂水箱進入配重水箱水的質量只是人質量的1/2。現對卷揚驅動機構、曳引驅動機構和平衡升降機或平衡電梯所需要的電機功率進行對比，可以看出平衡升降機或平衡電梯顯然要比曳引驅動機構要小。同時還可以發現，卷揚驅動機構系統勢能在最大范圍內變化，曳引驅動機構系統勢能在較小范圍內變化，平衡升降機或平衡電梯的系統勢能為常量或在最小范圍變化。由此可知，當系統勢能為常量時，該機構節能效果最為明顯。
4.2 在加工型設備中的應用
加工型機械設備在實際生活中較為常見，其在加工過程中消耗的能源也最大，因此，該類設備的節能尤其重要。以牛頭刨床為例，該設備主要由一個質量很大的主軸來操作其穩定運行，要想實現節能，就要降低輸入的功率，結合機械原理，再增添一個該裝置，設備的功率變為原先的2倍，以提升功率，節省能源。
4.3 該節能原理在大壓路機上的應用
大型壓路機的輪子表面并沒有嚴格按照周期函數來表現，其變化范圍較大。這在無形中阻礙了節能設計。因此，要想真正實現節能，就要把沖擊輪的勢能在重心處于最低處時的變化縮小在一個最小區間，區間越小，節能效果越好。
【關鍵詞】機械設計 新型理論 汽車工程 研究應用
一、有關機械設計理論的概括及研究方向
（一）機械設計理論的基本概括
機械設計及理論是機械工程一級學科所屬的二級學科，是研究機械科學中具有共性的基礎理論和設計方法的學科，是對機械進行功能分析與綜合并定量描述與控制機械性能的基礎技術學科，也是定位機械工程中的各項細致工作流程及程序的歸納總結的簡單理論介紹。它主要研究各種機械、機構以及其零件的工作原理、現代傳動與控制技術、運動和動力學性能、摩擦物理學、關系力學、機械創新與設計等有關課題。機械學科與仿生學、信息學、生物學、電子學等許多學科相互滲透，從而促進了機械設計與理論學科的新發展。機械設計這個學科的特色與優勢，它是以復合材料構件設計與制造、計算機輔助工程、輕工自動機械設計及理論研究為目標，將計算機輔助設計與現在檢測技術應用于機械以及產品的設計過程中。具有工程設計和管理的綜合素質極其豐厚的專業知識，適合從事工程技術，科研等工作。我國近年來在機械設計研究上取得了驕人的成績。
（二）機械設計理論的主要研究方向
現如今，隨著科技的快速發展，機械設計理論也逐漸的完善、增多起來，特別是更好地擴大了機械設計理論在各方面上的研究，主要有以下幾個研究方向：現代設計理論與方法：機械創新設計與方法、機械系統動態設計與仿真、優化設計、新型傳動理論設計、機器人機構及其控制與仿真技術、數學機械化在機械中的運用；機械創新設計與檢測技術：機械創新設計與檢測技術主要用于研究機械創新設計與有限元計算分析，機械振動與噪聲測試與分析，計算機輔助設計與制造、圖像處理技術；輕工自動機械設計及理論：主要研究的領域是輕工自動機械現代設計理論，輕工自動機械先進傳動技術，新型傳動機構研究與開發、輕工機械動力傳動的節能與環保、輕工業機器人開發與應用研究、機器人新機型、仿生機械研究等；仿生機械學：仿生原理與技術；驅動與控制技術、機械運動與控制。
二、機械設計理論在汽車工程上的研究
隨著工業革命的發展，人類歷史上出現了第一輛汽車，近些年來，又隨著汽車工業的迅速發展，汽車變成了“改變世界的機器”，它不僅僅改變了人們的生活方式，方便了人們的出行，還在一定程度上有效的提高了人們的生活質量和生活水平。雖然，在過去的幾十年里汽車行業的發展有了很大的進步，可是，目前的科學技術水平依然還是有限的，對于汽車的研究在各方面還需要更進一步的提高。新型機械設計理論以及一些基本原理在汽車工程方面有著很大的研究方向，并且對其有著一定的推動作用。
（一）機械理論在汽車工程技術上的研究
汽車工業的發展代表著一個國家制造業的發展，它直接決定了該國家制造業的發展水平。在某種程度上，它不僅僅是最廣泛的一種工業，還是最新技術的最大載體之一，例如，有些航空、航天領域的高新技術只有通過汽車工程工業才能夠更好的轉化為較為規模型的產業，這就決定了新型機械設計理論及基本原理在汽車工程、工業上有著很大的促進作用。近些年來，對于汽車工程技術的研究有著越來越高的標準，這就迫使研究工作者更全面的運用機械設計理論為汽車工業的發展做好準備。
（二）機械設計理論在汽車工程實際操作方向上的研究
在實際生活當中，對于汽車工程的研究離不開技術方面上的研究，更離不開實際操作方向上的研究，這些實際操作上的研究與機械設計的基本理論有著密不可分的關系，甚至有些實際操作，例如對汽車的噪聲、振動等等有著很強的密切性，并且對于這些問題的解決有著很好的作用效果。
三、新型機械設計理論在汽車工程上的應用
（一）機械設計理論在汽車工程噪聲、振動上的應用
在評價汽車舒適性中有一項十分重要的指標，那就是NVH分析，它直接關系到了汽車產品的市場形象。NVH不僅有助于對振動頻率進行匹配，用于消除振動過程中出現的耦合現象，還有利于改善產品的振動特性，從而大大降低汽車的噪聲及振動。利用NVH分析可以預先得到新開發車型性能指標，還能對設計以及制造等各個環節進行更好的優化和完善，該分析不僅從設計成本上，還是從開發周期上考慮，都為設計新型車型提供了很好的保障。
（二）機械設計理論在汽車結構強度與模態分析及結構優化上的應用
車身是車的主要總成，因此車身必須有很好的強度來保證車的壽命，以足夠的靜剛度來保證車的裝備與使用要求。在機械創新設計與檢測技術中機械創有限元分析的方法能夠有效地滿足上述車身的設計，其主要應用體現在：一是在汽車設計中對結構件、主要機械零件的強度、剛度和穩定性進行分析：二是在汽車結構分析中通常采用有限元法來進行各構件的模態分析，同時在計算機上可以清晰地觀看各構件的振動模態，這就為結構的動態設計提供了方便。因此有限元分析的方法在汽車結構上的應用從而提高了車身設計水平。
四、結語
機械設計的基本原理以及設計理論有著很好的應用前景，特別是在汽車工程方面上發揮著良好的效果，不僅僅體現在對于汽車工程技術和實際操作上的研究，還體現在了對于汽車工程、設計上的具體應用，這些對于汽車工程的發展有著極大的推動作用。
參考文獻：
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[2]陳吉清.承載式車身結構的強度剛度及模態的有限元分析[J].2010年
摘 要：函數互換性是應用于現代機械加工中新型技術加工形式，函數互換性可以實現機械加工的靈活性發展，結合函數互換性的基本原理，對函數互換性在現代機械設計領域的應用進行探究，促進現代機械加工技術逐步拓展與發展，實施整體機械加工生產效率得到提升。
關鍵詞：函數互換性；機械設計應用；分析
隨著現代經濟發展水平的逐步提升，社會機械加工技術也逐步實現拓展性發展，函數互換性是應用數學函數中，函數自變量和因變量之間相互運動，到達提升機械加工效率的作用。一方面，函數互換性可以提升機械的自自我運轉頻率，節約加工零件，推升另加加工的效率和速度，另一方面，函數互換性在現代機械加工中的應用，可以進一步拓展現代機械加工的精準性，進一步優化現代整體機械加工的質量。
一、函數互換性原理概述
函數互換性是基于函數中基本要素，自變量與因變量之間的關系，在某種特殊的環境中，可以相互轉換。函數互換性的基本應用原理是，將自變量與因變量在保障函數關系式成立的前提下，實現函數的因素對調，到達對函數自身的檢驗。函數互換性的原理研究，以現代加工機械設計為例進行分析，機械進行零件加工中，往往依據程序進行系統內部零件加工[1]，由于機械長期處于同一方向運動，機械做功中將產生零件加工的誤差，造成零件加工的整體準確性大大降低，摩擦力在做功中也會產生阻力，是機械的工作效率降低，而函數互換性在現代機械設計的應用，可以在零件加工的機械運動狀態下保持機械函數下自變量和因變量之間的數據平衡，逐步實現現代函數運動作用的得到的機械運動效率提升。函數互換性額實現主要可以分為：函數關系式確定，函數比的衡量、函數公差的應用以及函數互調性的數據檢驗幾部分[2]。結合現代整體函數結構，對函數互換性的實現進行分析。
二、函數互換性在現代機械設計的應用優勢
函數互換性是基于數學函數設計的基本原理，對函數互換性的實施原理進行分析，在現代機械設計中的應用，能夠滿足現代機械加工運作效率提高的作用，實現機械運作的整體運行效率發揮機械加工精準性特點，減小機械在運動中的無用功的比重，提升機械的運行速率；另一方面，機械運動的速率能夠減小系統運行誤差，提升機械運作的工藝[3]，穩定機械運作的比重，實現零件制造中，質量函數發揮的作用，促進現機械運作的工藝精準性，從而充分發揮機械運作在機械加工中的作用；函數互換性的設計原理，為現代機械設計的原理提供了更加精確的運動理論自持，打破了傳統機械設計中單方向的機械工作設計原理，大大提升了機械運作的靈活性，在現代機械設計中具有重要的作用。
三、函數互換性在機械設計中的應用探究
函數互換性基于數據函數自變量和銀白能量之間的關系，進行某一平衡狀態下，函數數據之間能夠互相轉換，提升函數的綜合應用率，本文對函數互換性在機械設計中的應用的探究，主要從函數互換性的實現基本步驟進行分析。
（一）函數關系式確定
函數互換性在機械設計中的實現，必須滿足函數兌換的數據具有一定的函數關系，因此，確定函數關系式，是實現函數互換性的首要因素。現代機械的設計，往往采用電能轉換為機械能的形式進行機械做功，依舊零件加工的系統程序，應用電能與做功相互轉換的作用，達到機械的運行。在此基礎上，將零件加工的做功看作是自變量[4]，將機械的整體做功量看作是因變量。那么，機械運作的函數關系式可以表述為：機械運動產生的總體功與機械零件加工做功是因變量和自變量的關系。當自變量機械運動做工的比重增加，因變量的有用功也會增加。
（二）函數比的衡量
現代機械設計中自變量和因變量之間的關系，進行機械設計時，進一步確定函數互換性實現的函數衡量比，所謂函數比即機械有用功做功的環數旋轉數值與函數關系式之間的數值之比，當函數中自變量和因變量進行互調時，函數比的衡量值越大，函數互換性的做功比率就越大，機械零件加工中的有用功的調節作用越強。例如：某機械設計時，將函數互換性作為一種機械自動調節的形式，在機械設計中[5]，將機械的自變量和因變量的函數互換性比的最低值設置為F，機械在實際零件加工應用中，當自變量和因變量達到F值時，機械運動的機械能就會發生能量的相互轉換，從而實現改變機械內部運行結構原理，對機械運行的做功效率進行自我調節作用，發揮現代函數互換性在機械做功中的調節作用。
（三）函數公差的應用
函數公差是指函數互換性實施后，機械做功運動數值變化與原來的函數進行函數的自我對比，函數公差在現代機械設計中的作用，是用于機械設計人員機械設計的做功進行數據檢驗和進一步調節的重要依據，函數公差的計算通常依據機械實行函數互調性的前，進行液壓系統做功運算，與實施函數互調性后液壓系統做功計算的差值。函數公差的應用，可以實現對機械函數運行的實際數據進行綜合性對比，提高現代函數互調性在函數中應用發展的作用，為發揮機械加工中零件加工的最佳精確化[6]，減小零件加工的誤區具有重要的作用，同時也正是由于函數公差的存在，實現了現代機械設計中函數互調性的應用效果性得到明顯提升，促進我國現代機械加工零件設計結構逐步優化發展。
（四）函數互調性的數據檢驗
函數互換性在現代機械設計中的應用，具有函數應用檢驗的作用。依據函數關系式，在機械設計中進行自變量和因變量的設定，機械運動在實際中應用，達到機械內部設定的機械運行加工設計階段，機械實現內部函數自變量與因變量之間的自動化轉換，函數互調性進行函數公差計算中，將保障關系式自動平衡的中間數據直接帶入到機械液壓系統運行的結構中，實現對機械內部發生函數互調性的數據進行檢驗，如果函數互調性的中間值符合函數運行的數據，機械運動的頻率數據波穩定，否則，機械做功的數據監測波將發生較大的數據變動，由此可見，在機械設計中應用函數互調性是提升機械工作效率的重要保障。
四、結論
函數互換性善于把握函數自變量與因變量在某種做工狀態下，可以相互轉換，提升機械運作的整體效率，優化現代機械的基本運行結構，發揮函數互換性在機械設計中有用功與無用功相互轉換的作用，提升機械\作的速率，增加有用功的比重，為現代機械在生產生活中的應用，提供更完善的機械做功保障。
參考文獻：
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[4]程林.基于規則和統計的名詞句法分析研究及其在機械產品設計中的應用[D].西安電子科技大學，2013.
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[6]董樹杰.領域自然語言理解篇章模型研究及其在機械產品設計需求分析中的應用[D].西安電子科技大學，2007.
關鍵詞：蟻群算法；遺傳算法；元胞原理；四桿機構
中圖分類號：tg316 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0048-02
隨著科學技術和工業水平的不斷提高，目前在機械優化設計的要求也越來越高，原來傳統的圖解法、解析法等設計方法已不能完全滿足現在的要求。雖然后來也出現了比如蟻群算法這樣的優秀設計方法，但是其自身也存在停滯現象、收斂速度慢等問題，不能很有效的進行機械結構的優化設計。于是基于蟻群算法、遺傳算法、元胞原理可提出兩種優秀的設計方法：遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法。這兩種設計方法可以有效的克服基本蟻群算法的缺點，改進設計效果，使機械設計變得更加優化。下面我們將分別根據不同的條件，然后運用遺傳蟻群算法和元胞蟻群算法進行平面四桿機構再現軌跡的優化進行設計，使機械的優化設計問題得到不同程度的解決。
1 蟻群算法
1.1 蟻群算法基本原理
蟻群算法是由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出的一種用來尋找最優優路徑的概率型算法。蟻群算法的基本原理和模型來源于螞蟻在找食物時選擇路線的過程。我們都知道自然界的螞蟻即使在沒有任何外界導向信息的情況下，螞蟻也總是能找到從巢穴到食物的最短路線。Marco Dorigo等人發現，自然界螞蟻尋找到從巢穴到食物的最短路線，是通過一種正反饋效應實現的。具體表現為：單個的螞蟻每次會在自己行走的路線下留下一種揮發性的分泌物，我們稱其為信息激素。這樣就使最優路徑上的激素濃度越來越大，而其它路徑上的激素濃度會隨著螞蟻的不斷運動而逐漸減少，最終使最優路徑被找出。
1.2 蟻群算法基本模型及其實現
根據Dorigo等人提出的關于蟻群算法的基本觀點，我們可以將蟻群算法的基本實現過程和原理描述以下幾個步驟：
①搜索結果不滿足預期效果時，螞蟻繼續尋找另一條路線；②搜索過程中非最優路徑上的信息激素濃度減少，最優路徑上的信息激素增加；③信息激素濃度等根據搜索結果進行實時更新；④搜索到最終結果。但是通過實踐發現這種基本蟻群算法原理在求解結果的過程中會出現搜索速度慢等缺點。因此如若將蟻群算法與遺傳算法、元胞模型等原理相結合，就出現了遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法，這些復合的算法就可以有效的克服簡單蟻群算法的缺點。
2 遺傳蟻群算法
2.1 遺傳蟻群算法原理
在上述螞蟻的轉移概率的定義式中，信息啟發式因子？鄣和期望值啟發式因子？茁，以及信息量殘留系數？籽都可以進行用數學方法進行計算分析，因此，如果將？鄣、？茁和？籽這三個因素看成代表螞蟻搜索求解過程中典型的3段代碼，并將？鄣、？茁、？籽編碼為實數。然后通過遺傳算法中的遺傳算子進行變異處理，這樣就可以在原有的算法結果的基礎上進行優化。這樣就把基本的蟻群算法與遺傳算法中的遺傳變異效應相結合起來。這樣遺傳蟻群算法原理就產生了。
2.2 遺傳蟻群算法模型及其實現（以平面四桿機構優化設計為例）
4 結 語
蟻群算法是模擬自然界螞蟻的覓食行為的一種模型方法，雖然在機構的優化設計中有一定的優勢，但是其自身也存在一些問題，故將蟻群算法和遺傳算法、元胞模型進行綜合運用，克服了原有基本蟻群算法的缺點。為機構的優化設計提供了更為簡便、優秀的設計方法，并且可以根據實際情況的已知條件選擇恰當的設計方法。這樣我們在實際的設計中可以根據自身的情況選擇遺傳蟻群算法或者元胞蟻群算法，這為我們的設計提供了較大的選擇空間。
參考文獻：
[1] 劉國光.基于改進蟻群算法的四桿機構優化設計[J].農業機械學報，2006，37（1）：149-151.
關鍵詞：仿生學；產品機械設計；應用
0 引言
產品設計是一門涉及工業設計、數學、物理等多學科交叉的學科門類，它要求設計師加強對工業技術與文化藝術的理解、各類學科的美學設計思想的綜合、充分運用現有產品各類特質的能力。產品設計從市場需求出發，通過設計師綜合分析歸納，同時經工程師工藝分析和反饋，反復從結構、外形與材料、功能等各方面進行優化的過程。
而仿生設計作為人類向大自然學習的途徑，是當前科學界和人文界創新求知的重要方法，人類通過發掘了解自然界各類動植物的結構與生存方式，將研究發現運用到產品設計中，從而實現產品更好的服務人類，并和大自然和諧共存的新型設計理念。
產品設計在運用仿生學設計理念的前提下，要在產品中融合理工科和人文各類學科，通過將自然界生物體的形態、結構、材料和功能等各類要素融入產品設計的思路中，這使得產品設計既提升了藝術品位又滿足了用戶需求。
隨著機械設計方法的更新，其他領域的新技術和新理念也不斷向機械領域擴展，而仿生學設計的應用也為產品機械設計提供新的發展空間，本文將著重分析仿生學在產品機械設計中的應用。
1 產品機械仿生設計的理念與內容
機械仿生設計是指工程師在利用現有工程技術的前提下，運用發散性思維，結合仿生設計的理念和方式，設計出創新性的機械產品與結構材料的過程。這和以往的機械設計方法一樣，都是基于機械設計的基本理論和方法，但是其又具有獨特的創新性，是一種新型設計方法。
1.1 機械結構仿生設計
作為機械仿生設計的關鍵部分，機械結構仿生設計則需充分理解掌握自然界生物體的結構形式與相應功能原理，并對其結構和功能進行仿生設計而為人類使用。自然界的生物經過無數個歲月的進化，已充分發展形成了各種具有高度復雜的結構形式和功能形態。這些結構形式和功能形態作為機械仿生設計的源泉，提供了各類可供參考的結構形式。例如蜂巢的結構，其截面為六邊形，總體為柱體，這種結構通過綜合力學分析證明，能夠在提高結構的同時而減少材料的使用。該結構已應用到特種飛行器件的結構設計中，在實踐中得到了充分的證明。還有例如現已廣泛用于包裝的復合紙板，花炮架構等，這種機械結構的設計既能滿足軸向抗壓強度，又能減少材料的使用及重量的減輕，更能起到吸收噪音等輔助作用。
1.2 機械運動機構仿生設計
作為機械仿生設計的關鍵組成部分，運動機構仿生設計是在全面了解動植物運動的特點和原理的前提下，對運動的基本結構、運動的控制方式、運動功能的實現及運動的各個細節進行全面的模仿。在當前機構仿生設計中應用比較廣泛和有成效的是現代機器人仿生設計和路面機械設計這兩個領域。
伴隨著工程技術的不斷發展與人民對于現代生活方式的需求，機器人已不再僅僅局限于服務工廠，在人類的日常生活中已逐漸普及使用。比如在教育等方向的應用，多功能仿生手指的設計是經過復合材料做成的通過氣動方式驅動的機構設計，在關鍵技術參數上，如應力、剛度要求、彈性收縮比率等都與自然界生物體的肌肉相近，我們可以通過機械加工成特殊殼結構從而使其具有良好的運動特性。
在路面機械方面，有關課題組利用牛耕地的基本原理，創造性的建立了“半浮式理論”，該設計的原理是通過改變傳統農機驅動裝置的承重與驅動的雙重功能，從而獨創性的設計出新型步行輪機構，使其廣泛應用于松軟土地等軟性地基的工業狀況。通過這一仿生設計的原理還指導了很多驅動力大、運動阻力小的新型機構。
1.3 機械材料仿生設計
機械仿生設計主要通過研究生物組織的結構、構成原理和材料的聯系，獲得所需要的啟示并指導材料的設計、制造與加工，最終達到所需要的材料特性，從而滿足機械的性能需求。生物復合材料的結構、原理等是現代新型復合材料研究的藍本，對天然生物材料的表面功能、形成原理進行研究分析，發展出了具有仿生特性的特種工程材料，它代替了現有的金屬材料與高分子材料，達到改善產品機械使用性能的目的。
1.4 機械運動控制仿生設計
在產品機械設計領域，機電液一體化及機械人工智能控制是現代機械系統整體運行性能的基本保證。智能控制仿生設計是現代仿生設計中的一個關鍵研究點，智能控制仿生設計的發展在一定程度上制約了仿生機器人領域的進步。過去的一段時間里，對于規定形狀等規范化的對象進行作業的機器人有了快速的進步，而針對各種形態的動植物的工農業機器人也廣受歡迎。在各個國家的競爭中，歐美等老牌產品機械設計強國始終保持在世界前列，這些國家目前對于仿生機器人的性能要求有了新的提升，不僅僅滿足于路面識別，行走定位，還包括準確識別目標形態，智能糾正控制自身位置，并能實現記憶作業從而達到最大程度的智能化。
2 產品機械仿生設計發展前景（小結）
相對傳統的產品機械設計方法，機械仿生設計作為一種新型的設計方法，短期內已經從集合多門學科逐步發展形成更深更廣的產品設計理念。隨著科技的不斷發展，目前還需進一步研究與總結產品機械仿生設計的系統理論，同時必須有效地結合計算機發展技術進行仿生的輔助設計，并在機械控制系統和仿生設計集成方面需更進一步。產品機械仿生設計是未來產品設計的一個方向，它符合未來科技發展趨勢，它是產品機械設計理念的一次跨越性的進步，它為產品設計的多元化發展提供了新的可能，它的發展與進步使得產品設計的道路越走越寬。
參考文獻：
工業設計學科具有以下特點:一是學科知識的綜合性。工業設計常被人們片面地認為就是做外形設計,并把它與重復機械的勞動、冰冷的機器、臟兮兮的油污、嘈雜的環境等聯系在一起。然而工業設計不僅僅是設計工業產品,同時還是一項解決“人-機-環境”之間問題,綜合性極強、技術與藝術相結合的學科,它涉及物理、化學、機械、生物學、美學、市場學、人體工程學、社會學、甚至是心理學等學科領域。二是學科知識具有很強的實踐性和應用性。工業設計就是通過不斷設計與創造,為人們的生活提供更為合理的生存方式。它能夠讓生活變得更加方便、自然、人性化、個性化。三是學科具有很強的時代性。不同的時代具有不同的要求,現而今對工業設計的要求就是綠色環保設計,健康節能設計等要求。
2機械設計制造技術的發展現狀
機械設計和制造技術是機械工程的重要組成部分,是決定機械性能的最主要因素。①隨著科技的發展,特別是電子計算機技術的發展和應用,出現了一些新的機械設計制造方法,例如建立在數學規劃理論和計算機程序設計基礎上,通過計算機的數值計算,在一切可能的方案中尋求最優方案,使期望的指標達到最優的優化設計方法;基于結構離散化,用有限個容易分析的相互連接的單元節點,根據變形協調條件綜合求解的有限元設計方法;在規定時間內、規定條件下,完成規定功能能力可靠性設計方法;以虛擬現實VR(virtualreality)技術和仿真技術為基礎發展起來的模擬產品設計、制造、測試、營銷全過程,并對技術數據和性能指標做出預測和評價虛擬制造技術;以及現在流行的智能制造、納米制造、綠色制造個性制造等技術。這些新的設計制造技術不斷的推進世界經濟的發展,并得到了廣泛的研究和應用。
3工業設計與機械設計制造技術的關系
3.1機械設計制造技術在工業設計中的重要作用
工業設計是一門涉及科學技術、藝術領域知識的綜合性學科。科學技術是工業設計的先決條件,產品的生產必須嚴格符合科學技術的要求,任何違背客觀規律的設計,都是難以實現的。很多工業設計功能齊全,外形美觀,深受人們喜歡,遺憾的是違背設計制造的客觀規律,在結構,力學,制造等方面無法實現。所以機械設計制造技術就是工業設計中的關鍵科學技術,工業設計者都應該在掌握機械工程基礎知識的基礎上進行工業設計,在保證產品不違背客觀規律和基本原理上,利用工業設計者的專業優勢,從色彩,結構,外形等方面精雕細琢,使之更容易被用戶接受。
3.2工業設計在機械設計制造技術中的重要作用
工業設計在機械設計制造技術中的重要作用,主要體現在人機工程學方面。人機工程學的理念是:一切產品圍繞“人”,以服務人為根本,所以一切設計理念必須從人的自身中去獲取,綜合了這些因素才能做出基本判斷。人機工程學的特點是不但要研究人、機、環境三個要素,還要將消費者或使用者和設計的產品,以及將人與產品作為一個系統來共同深入來研究,不單純著眼于個別要素的優良與否。可以毫不夸張地說,在現代社會中,凡是成功的機器產品,都缺少不了人機工程學的設計理念。
3.3工業設計和機械設計制造技術結合應用發展趨勢
機械設計制造技術和工業設計各有特點,二者有機結合則能夠為企業帶來更好的經濟效益,提高企業綜合競爭力。現在我國很多企業,特別是中小企業,由于受到財力、時間等因素的限制,其工業產品設計方法和制造技術仍然比較落后,政府在工業設計方面的投入和激勵措施不夠,使得工業設計發展困難重重。所以應該充分利用行政手段對市場經濟調節能力通過政府干預使工業設計向節能、環保、綠色方向發展,積極促進我國工業設計和機械設計制造技術的聯合發展。財力上支持中小企業開發機械設計制造技術和工業設計結合的發展策略,實現傳統機械設計和工業設計理念轉變。大力發展機械設計制造技術和工業設計綜合性人才的高度教育,建立相應的研發中心,實現高層次人才的培養。
關鍵詞：機械工程；機械設計能力；培養模式；典型案例
機械制造業不僅是現代工業發展建設的發動機，更是國民經濟的支柱產業。近年來隨著科技的進步，“中國制造2025”正推進制造業由傳統制造向現代制造與智能制造進行轉型與發展。“科技強國，人才興國”，為適應產業的飛速發展與轉型的需求，社會對具有較強機械工程實踐與創新能力的高素質應用型高級專業人才需求量增大。因此，在高校機械專業人才培養中，亟須強化工程實踐能力與現代機械設計能力的培養[1]。為提高機械專業人才培養質量，各高校在人才培養體系、核心課程的教學內容與教學方法等方面都進行了大量的有益探索[2-3]。但目前，相關教改研究主要集中在教學內容與教學方法的改進與優化以及實踐教學改革研究等方面[4]，而對深度融合多課程、多環節的全過程專業能力培養的研究較少。為提高畢業生的現代機械設計能力，開展基于典型案例的多課程、多環節、深度融合的培養模式研究，符合機械專業工程教育專業認證的大潮流，具有重要的意義和推廣價值。
一、現狀及問題
地方院校主要為區域經濟建設和社會發展服務，承擔著為行業技術進步培養卓越工程人才的責任。然而，一直以來部分地方院校沿襲高水平院校機械專業人才的培養模式，未根據自身實際情況修改導致所培養的人才與社會需求錯位，社會急需能勝任現代機械制造行業發展的研發、設計工作的專業技術人才。此外，地方院校學科專業硬件建設的投入較小，先進儀器設備與實訓平臺的臺套數少，實踐教學環節較為薄弱。我國已廣泛開展工程教育認證工作，基于工程認證以成果為導向的教育理念，學生畢業能力是人才培養的核心任務，而現代機械設計能力是機械設計制造及其自動化畢業生的核心能力。由于機械設計類課程多、教學內容比較抽象、理論深奧且比較枯燥，學生多有畏難、厭學情緒，教師授課比較困難，導致學生機械設計知識掌握不扎實、機械設計軟件應用不熟練、機械創新設計與綜合設計能力較弱等現象，學生的專業能力與機械工程實際需要存在一定的脫節，不能滿足機械制造業發展的人才培養需求，人才培養效果還需繼續改善。本文以哈爾濱商業大學的機械專業為例，該專業已開展工程教育認證工作，根據培養方案要求畢業生須具備包括機械產品設計能力、機械零件制造能力、機電系統控制能力、特色食品包裝機械研發能力的機械工程綜合應用能力，其中最基本、最核心的是機械產品設計能力，專業能力形成體系如圖1所示。針對培養目標，培養方案中不僅設置了“機械原理”“機械設計”“機械系統設計”等理論課程，也安排了機械設計課程設計、專業綜合課程設計、專業生產實習、CAD/CAE實訓及畢業設計等實踐教學環節，形成了比較完整、規范的現代機械設計能力培養體系（如圖2所示）。通過這些教學環節的訓練，機械專業的畢業生能比較熟練地掌握現代機械設計方法及手段。但是，由于各門課程、各個實踐環節的缺乏交流協商機制，都按各自的思路與模式開展教學，沒有形成一個統一、有機的全過程培養體系，導致出現部分基礎薄弱的學生工程軟件應用不熟練、機械創新設計與綜合設計能力較弱等現象，畢業生的現代機械產品設計能力還有待提高。
二、培養模式改革的具體方案與措施
在工程教育背景下，哈爾濱商業大學機械設計制造及其自動化專業優化人才培養途徑，研究建立了基于典型案例的深度融合的多課程、多環節的現代機械設計能力全過程人才培養模式。
（一）完善機械設計能力全過程培養體系
為實現符合工程教育專業認證的畢業生專業能力培養要求，機械專業修訂了人才培養方案和課程教學大綱，并整合、優化工程案例，通過齒輪傳動及減速器設計的典型案例，將現代機械設計的能力培養貫穿課程教學、生產實習與課程設計、畢業設計等人才培養的全過程，全面夯實學生的機械設計能力，提高畢業生的工程素養與工作適應性。基于學科認知規律，從機械專業的初步認識機械→簡單機械產品設計→現代機械設計方法設計→機械產品綜合設計→復雜機械產品設計→復雜產業機械設計及研發→實際工程應用的人才培養規律，綜合分析機械專業的師資隊伍、硬件條件以及歷史傳承，建立機械專業基于典型案例的現代機械設計能力全過程培養體系，如圖3所示。
（二）充實機械設計能力培養的教學內容
以齒輪傳動及減速器設計為案例，將機械原理、機械設計、機制工藝等核心課程與課程設計、實訓、生產實習、畢業設計等實踐環節深度融合，經過多輪從理論到實際、從實際到理論的循環培養過程，逐步培養學生運用專業知識去分析、解決機械工程問題的能力。形成規范、完整的機械設計能力培養體系，解決了機械設計類課程追求理論體系完整、忽視工程實踐的弊端。1.第三學期。“機械原理”課程教師可通過學生感興趣的汽車及變速箱動畫，使他們了解汽車變速箱的工作原理及齒輪傳動原理，增加其對傳動機構有感性認識，激發學生的學習熱情，同時，著重講解齒輪傳動的工作原理及輪系設計，解決由于課程理論深奧且比較枯燥的難題。2.第四學期。首先，可通過“金工實習”讓學生近距離觀察CA6140車床主軸箱，使其對齒輪傳動有更深入的認識和理解。其次，教師可通過“機械設計”課程教學，重點講述齒輪傳動設計、齒輪校核等內容。最后，通過齒輪減速器課程設計，讓學生深入理解齒輪傳動設計過程及設計要點，使他們初步了解機械產品設計的基本過程。3.第五學期。教師可通過“機械CAD/CAE/CAM技術”課程，讓學生掌握三維設計軟件Solidworks、二維平面設計軟件AutoCAD的使用，建立軸、齒輪、箱體等典型零件的三維模型，了解ANSYS、COSMOS等先進機械設計軟件的應用；通過機械CAD/CAE實訓，建立圓柱齒輪減速器三維模型，完成齒輪減速器的裝配圖及典型零件圖，使學生真正理解如何運用先進工具完成機械產品的設計。4.第六學期。可通過大型機械制造企業生產實習，讓學生理解齒輪、齒輪軸等典型零件的加工工藝；通過“機械制造工藝學”課程，重點理解齒輪加工工藝、設計計算以及尺寸鏈等內容；通過齒輪加工工藝及夾具設計，使學生深入理解機械產品、機械零件的設計及加工，形成機械產品設計過程中要綜合考慮機械零件加工的良好工程設計習慣。5.第七學期。通過“機械系統設計”課程教學，重點講述有級變速傳動的設計；通過車床主軸變速箱課程設計，讓學生能進行復雜機械系統整體布局、傳動系統設計、操縱機構設計等，形成復雜機械產品設計的初步能力。6.第八學期。通過畢業設計，讓學生運用Solidworks等工程軟件完成一個比較復雜的機械產品設計，形成復雜機械產品設計能力。通過6個學期全過程機械產品設計能力的培養，可使學生具備熟練運用機械專業知識和專業技能的能力，能夠運用自然科學和工程科學的基本原理，去表述與分析復雜機械工程問題，提出解決方案，完成比較復雜的機械產品的設計與開發，提升專業能力和工程素養。
（三）改革教學方法，提升教學效果
為提升教學效果，教師要全過程貫徹案例式教學方法，并形成自己的課堂教學、實踐教學及課外科技活動相結合的立體化教學思路。1.采用案例驅動教學方法，提高學生的工程設計能力。通過齒輪傳動及減速器設計的典型案例，全過程貫徹齒輪傳動及減速器的工作原理、設計理論及工程實踐，逐步培養學生運用專業知識去分析、解決機械工程問題的能力，夯實學生的現代機械設計能力，提升學生的工程素養和工作適應性。2.采用系統論方法，完善機械設計能力培養體系與課程內容。采用系統論方法，將機械設計類各門課程、各個實踐環節各自為政開展教學的現狀，通過齒輪傳動及減速器設計的案例教學，形成一個統一、有機的機械設計能力全過程培養體系，提升學生的工程素養和工作適應性。3.采用重點論方法，提升學生對機械產品設計的理解。教師要全過程地重點講解齒輪傳動及減速器的設計、加工、材料選用、總體設計以及三維建模等，通過課堂討論及習題課，讓學生舉一反三，充分調動其學習積極性，促進其對課程內容的消化和理解。4.采用理論聯系實際的方法，將教改、科研成果及學科前沿融入教學。教師可采用理論聯系實際的方法，將教改、科研成果、學科前沿和高新技術信息有機地融入教學過程，不斷補充、更新教學內容，深化學生對機械理論知識的理解和掌握，鍛煉其實際動手能力，并向其傳授更多、更新、更先進的知識，激發學生的興趣。5.結合實踐教學與課外科技活動方法，提升教學效果。教師可結合生產實習、課程設計與課外科技活動，通過現場實物教學法，提升學生對機械的感性認識，激發他們主動學習的積極性，提升教學效果。
三、結論
本文在對機械制造業發展現狀及需求的大量調研基礎上，分析地方商科院校的現實困境及現狀，并以哈爾濱商業大學機械專業為例，建立了基于典型案例的現代機械設計能力的全過程培養體系。通過齒輪傳動及減速器設計的典型案例，將現代機械設計能力的培養貫穿課程教學、實踐教學等人才培養全過程，全面夯實機械專業畢業生的機械設計能力，提高畢業生的工程素養與工作適應性。通過對機械專業培養模式的改革，將會使培養出的機械專業人才更符合國家發展戰略以及產業轉型需要。通過該項目的研究，也可為其他地方院校在進行機械專業培養模式的教育改革與實踐中提供有效的經驗借鑒與參考。
參考文獻：
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[3]婁燕.專業認證驅動下的機械專業工程實踐能力探討[J].當代教育實踐與教學研究,2019(21).
【關鍵詞】機械創新；設計；思維
在科技、經濟飛速發展的新時代，創新是一個民族不斷向上的靈魂，是一個國家繁榮發展的不竭動力。而創新對于每個行業來說都是尋找生機和希望的必備條件。目前，大多數的機械設計公司都大力提倡員工采用新理念、新視角、新原理設計出產品，使自身企業更具競爭力。因此，如何強化機械設計創新、開發更廣泛的設計思維具有十分重要的意義。
1.機械創新設計和制造
一般情況下，創新設計先后經過抽象思維、邏輯思維、全面分析和最后決策四個環節。抽象思維主要是是通過設計人員充分發揮創新思維和智慧，提出新穎的有可能實施的想法，是創新設計必備過程。有了抽象思維過后再將想法具體化，考察其邏輯性和可行性，結合有關的科學理論知識、原理進行進一步的新穎的、可行的、具體化的機械設計。而全面分析則包含了創新設計過程中所涉及的所有可能性，綜合考慮技術的可行性、成本與性價比，最后設計出新的可以滿足人們生活和生產需要的機器或者其他產品。
1.1機械創新設計過程
機械創新設計的目的在于改善機械本身的功能、性能或者以更低的經濟成本制造滿足生產生活需求的機械。目前，我國技術專家認可的機械創新設計過程一般可分為四個部分，一是根據具體需求確定機械設計的基本原理，二是機械結構的優化和改進，三是機械尺寸設計和參數優化，四是機械運動性能及動力參數優化。機械創新設計與普通的機械設計并沒有實質性的差異，主要的區別在于機械創新性設計注重發揮人的主觀能動性和創新能力的突破，在充分的調動人的積極性的同時創造出更加符合使用者需求的機械工具。
1.2機械創新設計的特點
機械創新設計主要包括四個特點：一是多學科知識交叉運用，互相融合，互相滲透；二是機械創新設計中，數字并非主要思考因素，而是應該充分結合過往經驗和相關的理論知識，合理判斷和提出可行的新的設計方案；三是機械創新設計不僅需要理論知識和經驗，同時也十分注重靈感、想象力、創造力的作用，因此應該最大程度發揮四者的作用；四是凡是設計創造類等實踐活動都需要不斷重復、嘗試，從中吸取經驗，多級選擇最佳方案。在機械創新設計過程中，只有完全領略和充分展現以上四個特點，才能做出優秀的創新設計。
2.機械創新設計思維
機械創新設計思維對于機械創新設計來說意義重大，只有通過不斷的改革創新和開拓進取，勇于突破現有的固定模式和局限，采取新的方法、體制、設計才能使自身在飛速發展的時代中保持領先，走在時代的前沿。
2.1機械創新設計思維的涵義
創新設計思維就是指在原有的科學理論知識、原理以及過往的設計和經驗中設想出新穎的、更能滿足審美或者實用需求的設計方案。而對于機械設計人員來說，創新無疑是自身最核心的競爭力，通過提高產品的性能、降低產品的成本以及縮短生產時間來提高機械設計的性價比。在機械創新設計過程中，首先應該有創造性思維，在前人的基礎上提出更加優化的觀念，并將這些優化的觀念付諸實踐，從而創造出新的不一樣的機械設計。創造性思維具有多維多向性的特點，強調聯想、靈感和感覺，并不是依靠固定的邏輯思維推理出來的，而是激發于機械創新設計人員的大腦。
2.2機械創造性思維的三大特征
2.2.1自由性
機械創造性思維最大的特征在于自由，創新是自由的，思想是自由的。機械創新設計人員可以在結合有關客觀科學理論的基礎上完全自由憑借自己的想象、靈感、直覺設計出新的機械，而不必有太多的思想束縛。在當今變化趕不上計劃的經濟時代，思維的自由符合現代社會發展的需要。而在機械設計工作中，要不斷地有新的進步的成果，就必須突破原有的事物，消除固定思維的束縛，自由地翱翔在創新設計的天空中，只有不斷突破和創新才能設計出更令人滿意的成果。
2.2.2多向性
每個人的思維方式都不一樣，具有多向性的特點。而在機械創造性思維中，同樣具有多向性的特點，設計人員可以從不同角度去觀察和判斷問題，并且設想出完全不同視角的方案。設計的美妙恰巧在于它的多樣性和多向性，沒有固定的設想方向，任意一個方向都可以是設計者們延伸的目標。多向性思維與創造力是相輔相成、密不可分的，一個機械產品的設計過程中一定有過多向性的設想，從中擇優進行實踐得出最后產品。因此，多向性思維是機械設計中十分重要的一點。
2.2.3獨創性
獨創性即設計出跟別人不一樣的產品，提出不一樣的理念，突破原有的固定模式，創造出新穎的進步的成果。獨創性是機械創新設計的目標，創新的目的在于獨創，擁有別人沒有的想法和成果。因此，在機械創新設計過程中，要學會從新的切入點思考問題，掌握不同的設計方法，敢于向原有的觀點提出新的看法，從而設計出具有獨創性、新穎的機械產品，更好滿足生活和生產的需求。
綜上所述，在機械創新設計的路途上還有很長一段路要走，在創新設計的過程中對于機械創造的創新思維非常重要，在遵行已有的設計基礎上，需要更長遠更有想象力的思維去推動機械創新設計的發展。 [科]
【參考文獻】
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[2]游小紅，雷竹峰.機械創新設計的研究與發展[J].機械管理開發，2011，06：58+60.
一、創新教改思路,優化教學內容
在技工類課程學時壓縮的情況下,必須對教學內容進行改革,注重學生職業技能培養,要針對生產一線的需求來優化教學內容,達到“夠用、實用”的目標。《機械設計基礎》課程要在講授基礎知識、基本原理的基礎上,加大實例分析,注重知識在實際中的應用,同時,把機械設計的新概念、新理論、新方法引入教學之中,以拓寬知識面,增加信息量。
在具體教學過程中,應對課程教學內容進行了優化整合。刪除常用零件有關設計計算的內容,如螺栓強度計算、齒輪強度計算等,有些公式的推導和一些結論也不做詳細的理論分析,公式會用、結論記住就行。例如,在平面連桿機構這一部分內容中,重點講授平面連桿機構的概念、類型、特點及類型的判斷,同時,列舉實例,如以電風扇、推土機、挖掘機等為例,分析這些類型機構的運用,但對用圖解法、解析法設計機構不做重點講授;在軸承內容中,把軸承裝置設計內容作為重點,要求學生重點掌握軸承的安裝、配合、緊固、調節、和密封等實踐性很強的技術問題,結合用車床主軸支承為實例進行分析,使學生掌握了軸承的組合結構、軸承的調整及軸承的精度對機床主軸傳動的影響。教學內容要有增有減,有詳有略。
二、改革教學方法,提高教學質量
圍繞技工類教育的目標,針對學生的特點,《機械設計基礎》課程的教學方法必須有助于提高學生的創新能力和綜合素質,這是目前《機械設計基礎》教學改革的重要任務。必須改革過去以教師為主的教學方式,實現教與學的有機互動,要以學生為主體,讓學生帶著問題學,教師帶著問題教。探索“精講多練、加強自學、分析討論”相結合的啟發式教學模式。精講主要是對基本概念、基本理論和基本方法的精講,要求語言表達準確、通俗易懂,力求使知識容易理解、掌握和記憶。自學是指在課堂上留給學生一定的自學時間,讓他們自己提出問題,教師再給予指導。課堂中討論內容是多樣化的,是引導學生從概念、性質、結構、原理與實踐等多方面剖析問題。課后還要多練,在每章節安排相應的實踐練習內容,如在講授鏈傳動之后,讓學生以自行車、摩托車為例,測量中心距、計數鏈輪齒數和鏈節數,觀察運動的平穩性,了解鏈條及鏈輪的結構與材料、接頭方式、方法及張緊方法等。讓學生調研其他機械設備中鏈傳動的應用實例,加強對學生創新能力的培養,為他們日后走向工作崗位奠定了一定的理論基礎與實踐技能。在整個教學過程中,教師一定要組織安排好每一個環節,充分發揮學生的積極性和主觀能動性,從而提高教學質量。
三、增強直觀教學,激發學習興趣
計算機多媒體教學具有直觀、形象、信息量大及方便快捷的特點。我們在講解平面連桿機構時,采用了CAI課件教學,使學生能形象地、感性地認識各類型機構,并掌握其工作原理和特點,同時,還要演示一些制造企業中各種機械的常用機構,這樣,使學生仿佛走進了生產實踐中,拉近了課堂與生產實踐的距離,增強了理論聯系實際的效果,讓學生認識到所學的知識并不是抽象的。同時,學校要組織學生到學校實訓基地進行現場教學,使學生不僅可以看到實物,而且還可以動手親自操作。針對許多學生想象不出軸轂連接的結構形式,看不清楚聯軸器、離合器的結構圖,難以理解其工作原理的現象,我們組織學生到學校實訓基地進行現場觀察,親手拆裝,有了問題就地解決,通過這種手段,將枯燥乏味的內容變得生動有趣。
四、注重實踐教學,強化職業技能
《機械設計基礎》課實踐教學是技工類學生職業技能培訓的重要環節,實踐的內容應貫穿于整個教學過程中,有的在課內,有的在課外。在課程結束后要組織安排一次大型的拆裝實踐活動。一般是以拆裝CA6140車床為例,讓學生從機器的設計、運動路線的傳遞、部件的結構及功能的實現、零件的選材及加工、連接、裝配、調整、和電器線路布置等方面進行了解與觀察,幫助學生在機器設計總體思路方面建立比較完整的體系,從而全面、系統地掌握和鞏固所學知識,提高綜合運用知識來分析和解決實際問題的能力。
加大工廠實習的力度是提高學生動手能力、縮短社會適應期的有效途徑。實踐證明:實習前要有明確的主題,實習的內容也要比較具體,并且便于考核量化;要有嚴格的實習紀律,按照工廠的紀律來嚴格要求學生;加大教師對實習的監督力度,做好學生實習期的檔案記錄;充分調動工廠師傅的積極性,促使他們真正為學生傳授實踐經驗與技能。
五、加強教學研究,提升教師素質
沒有高素質的教師,就談不上培養高素質的學生。教學是一門科學,又是一門藝術,高超的教學能力首先體現在教師的身上。教師參與教學研究,是教師自身專業素質提高的過程,也是促進教師專業素質提高的有效手段和途徑。
關鍵詞：有限元 機械工程 應用 前言
有限元方法誕生于20世紀中葉，隨著計算機技術和計算方法的發展，已成為計算力學和計算工程領域里最為有效的計算方法。許多工程分析問題，如固體力學中的位移場和應力場分析、電磁學中的電磁場分析、振動特性分析、熱學中的溫度場分析、流體力學的流場分析等，都可歸結為在給定邊界條件下求解其控制方程的問題。有限元技術的出現為機械工程結構的設計、制造提供了強有力的工具，它可以解決許多以往手工計算根本無法解決的問題，為企業帶來巨大的經濟效益和社會效益。在現代機械工業中要設計生產出性能優越、可靠的機械產品，不應用計算及進行輔助設計分析是根本無法實現的，因此目前各生產設計部門都非常重視在設計制造過程中采用先進的計算機技術。 有限元法簡介
有限元法最早是人們在研究固體力學的時候應運而生的，早在七八十年前，就有一些美國人在結構矩陣的分析方面有了一些研究發現，隨后就有人研究出了鋼架位移的方法，并將其推廣應用到了彈性力學平面的分析當中，也就是把一些連續的整體劃分為矩形和三角形，再將這些小的單元中的位移函數用近似的方法表達出來。后來，隨著科學技術的不斷發展，計算機的水平也有了很大的提高，有限元法也就相應的發展起來了，因為有限元法在產品的設計和研發的過程中起到了相當大的作用，所以有限元軟件越來越受到相關專業人士的喜愛，而其在機械設計中的應用也是非常廣泛的。
3.有限元法在機械工程中的應用
近年來，國內外許多學者對機械零部件的有限元分析進行了大量的研究，歸納起來主要是以下幾個方面：
（1）靜力學分析。當作用在結構上的載荷不隨時間變化或隨時間的變化十分緩慢，應進行靜力學分析。這是對機械結構受力后的應力、應變和變形的分析，是有限元法在機械工程中最基本、最常用的分析類型。
（2）動力學分析。機械零部件在工作時不僅受到靜載荷作用，當外界有與其固有頻率相近的激勵時，還會引起共振，嚴重破壞結構從而引起失效。故零部件在結構設計時，對復雜結構，在滿足靜態剛度要求條件下，要檢驗動態剛度。
（3）熱應力分析。這類分析用于研究結構的工作溫度不等于安裝溫度時或工作時結構內部存在溫度分布時，結構內部的溫度應力。
（4）接觸分析。接觸分析用于分析兩個結構物發生接觸時的接觸面狀態、法向力等。由于機械結構中結構與結構間力的傳遞均是通過接觸來實現的，所以有限元法在機械結構中的應用很多都是接觸分析。這是一種非線性分析，以前受計算能力的制約，接觸分析應用的較少。
（5）屈曲分析。這是一種幾何非線性分析，用于確定結構開始變得不穩定時的臨界載荷和屈曲模態形狀，例如壓桿穩定性問題。
5.有限元法的設計過程
5.1 模型簡化
將模型中的一些對整體的分析結果不會產生影響的部分去掉，例如，產品結構中的倒角、圓角等，因為有這些因素存在會影響單元格劃分的質量，以及增加大量的運算量，使結果計算時不易收斂。本例中，我們以一個由內襯套，外襯套和天然橡膠構成的橡膠襯套為例，分析其在徑向受載時，橡膠的形變狀況，內襯套固定，在徑向沒有孔的方向加載荷，載荷大小為5 000 N，加載速度為5 mm/min。
5.2定義材料特性
給構成模型的各部分以材料參數，如對于各向同性材料我們只需定義其楊氏模量，泊松比就可以了（這類材料一般為金屬材料）;對于非線形變化的材料需將材料的拉伸或壓縮的應力應變曲線輸入到計算機，然后通過擬合得到相關的系數再賦予模型的不同部分。
5.3 載荷狀況（工況）定義
至邊界條件定義完成后，模型的基本的受力，位移及材料都已經定義完成了，接下來需要定義工況（load case），主要目的是選擇前面已經定義好的邊界條件，載荷條件等，還需定義收斂的方法。例如全牛頓-拉弗森法等一些極限收斂的準則。本例中采用的是修正的牛頓-拉弗森法.總的運算時間為0.6秒，疊加次數30步。
5.4 作業定義
將已經定義好的工況選擇到作業中，對于更復雜的模型，可能還需要定義初始載荷等。本例中沒有初始載荷的定義，在作業定義中還需選擇分析操作的類型和分析結果。本例中輸出的結果為應力，柯西應力以及等效的柯西應力等，分析類型為平面應變分析。
5.5 單元類型定義
定義完作業后需要進行單元類型定義，因為在該軟件中，不同類型的結構對應著不同類型的單元類型及輸出結果。本例采用了單元類型為80的用于平面應變分析的四邊形單元。
6.有限元技術發展趨勢
有限元法最初應用在求解結構的平面問題，發展至今已由二維問題擴展到三維問題、板殼問題，由單一物理場的求解擴展到多物理場的耦合，由靜力學問題擴展到動力學問題、穩定性問題，由結構力學擴展到流體力學、電磁學、傳熱學等學科，由線性問題擴展到非線性問題，由彈性材料擴展到彈塑性、塑性、黏彈性、黏塑性和復合材料，從航空技術領域擴展到航天、土木建筑、機械制造、水利工程、造船、電子技術及原子能等，其應用的深度廣度都得到了極大的拓展。有限元法的發展過程是與計算機技術的發展緊密相聯的。只有計機技術高度發展以后，有限元法才得到廣泛的應用。一個復雜的問題的求解，過去用小型機花費幾天才能得到結果，現在用PC機幾個小時就能完成同樣的工作。商業有限元軟件也由只能在大中型計算機上使用，轉入到多數都能在PC平臺上運行。可以預期，隨著計算機技術的進一步發展，有限元法的應用還將進一步擴大，并將成為工程技術中更重要、更有力的數值計算工具。
7.結束語
有限元的應用大大提高了企業的設計效率，優化了設計方案，縮短了產品的開發周期。越來越多的企業和技術人員意識到CAE技術是一種巨大是生產力。可以預見，不久的將來，有限元法的應用，必將更加普及，將會有更大的突破必將推動了科技進步和社會發展，并且會取得巨大的經濟效益。
參考文獻：
[1]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數值方法[M].清華大學出版社，1997
[2]趙松年，佟杰新，盧秀春.現代設計方法[M].北京：機械工業出版社，1996
關鍵詞 機械設計；課堂教學；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2013）33-0104-02
機械設計是機械類各專業的主干課程之一，是學生今后從事各項技術工作的重要基礎，也是培養學生機械創新能力的核心課程。通過本課程的學習，學生應該具備運用本課程的基本理論與基本設計方法，獨立完成簡單傳動裝置和簡單機械的設計能力。因此，為了增強這門課的教學效果，改變以往的課堂教學模式，對本門課程內容進行分析和重構，提出一些課堂教學改革的做法。
1 教學過程設計
機械設計課程主要研究常用、通用機械零部件的設計，但每類零部件都是相對獨立的，前后章節聯系不大，比如第5章是螺紋連接，第6章是鍵、花鍵、無鍵連接和銷連接，第7章是鉚接、焊接等，知識內容各不相同且不銜接，學生開始學習此門課時會感到零碎，而難以入門。
通過研究本門課每章節的內容特點，發現基本上每個零部件的學習過程都會研究該零件的主要失效形式，并對零件進行受力分析和強度計算，以及確定出零件的關鍵尺寸或選擇出零件尺寸。 因此，為了讓學生有效地掌握所學的內容和理論知識，在教學設計時，筆者以“失效形式——受力分析——強度計算——結構設計”作為貫穿整個教學過程的主線，突出重點，使學生對所學內容心中有數。無論學習哪種零部件的設計，若以此主線為綱，就便于入門、便于掌握。
2 多樣化教學方法的應用
機械設計內容比較繁雜，信息分散，計算公式比較多，特別是對一些重要概念、理論，僅用PPT和黑板結合方式進行講解，學生會覺得枯燥，注意力不易集中，導致對理論不理解。而且由于學生不是來自于工業生產第一線，沒有一定的工業技術背景，對零件的結構、材料、強度要求等方面缺乏感性認識。
因此在講解過程中適當加入演示法，使理論與實際聯系起來。比如：在講解螺栓強度計算時，結合螺栓事故現場的視頻，可吸引學生的注意力，提高學習興趣，使學生意識到螺栓強度計算的重要性；在講疲勞破壞時，引入1998年德國列車事故的視頻，直觀地加深學生對循環應力作用下零件會出現疲勞斷裂這種失效形式的理解，由感性認識上升為理論知識，對該知識點的印象深刻；在講解帶傳動的打滑時，通過Flash演示打滑的特性，增加學生的感性認識。通過這些教學手段，使深奧的理論知識得到簡化、直觀，使學生獲得最真切的感性和理性認識，能夠比較牢固地掌握一些基本理論和概念。
3 課內任務學習
教師在課堂上以講授為主，長時間滿堂灌時，學生的注意力下降，思想不易集中，理解能力也隨之降低。導致學生在學習新理論時，思維速度滯后于教師傳遞信息的速度，來不及仔細、深入思索，處于聽不太懂、記不太清的被動狀態。
因此，可以在課內以適當的時間，由教師主講變為與學生互動的方式，使學生對接受的信息進行一次由淺入深的再加工，對錯過的信息進行重新認識，這樣更有利于優化教學效果。比如在講授完相關知識點后，可利用適當的課堂時間與學生進行互動，如通過“螺紋聯接的類型和應用”任務，使學生具備常用螺紋連接的選用能力；通過“軸的應用與結構設計”任務，使學生具備軸結構設計和軸與軸上零件裝配的能力；通過“齒輪的參數與尺寸計算”任務，使學生具備認識齒輪各部分和進行齒輪結構尺寸計算的能力；等等。通過這些課內小任務，可將每次課的教學內容重點和難點突顯出來，使學生更容易把握所學知識的核心內容，目標明確，達到可以看得見的學習效果。
4 小組項目教學法
該教學方法的學習模式是由教師確立項目內容，全班分為多個學習小組，共同完成此任務。比如，本門課大部分內容講解完后，教師可布置多個設計項目，如進行X-Y送料裝置結構設計等小型的設計任務，學生自行分成4～5人的小組，每小組根據任務要求，對項目進行分析并確定出設計方案。然后，對設計進行介紹和原理說明，并由其他小組對設計進行討論和分析，確定其設計的可靠性和可行性。因此，小組項目教學法具有實用性和綜合性，可將以前學習的內容，即各類零部件的應用場所、設計、使用要求等進行融合，對本門課的離散性、零碎性的特點進行彌補，使學生能充分體會機械設計的樂趣，了解機械設計過程。
在小組項目教學過程中采取啟發式教學，學生是主體，教師以指導為輔，起到把握項目大方向和啟發學生的創新性思維的作用，在教師的指導下，學生具體完成機械結構方案的設計、零件類型選擇、結構設計等。通過項目設計的完成，可充分調動學生的自主性和合作性，為后期的機械設計課程設計及畢業設計打下基礎。
5 結論
采用上述的教學方法和教學形式，針對本門課對兩屆本科生進行了課堂教學模式改革，得到以下收獲。
1）本課程內容比較繁雜，知識點分散，在學生開始學這門課時，先梳理好學習本門課程的主線。在講解不同章節時，學生根據此主線學習不同的知識內容，覺得比較容易入門，對本課程的學習內容更加明確，而且也不易被本門課信息分散的特點所干擾。
關鍵詞：機械設計； 現代設計方法；優化設計；磨具設計，計算機輔助設計
隨著生產力的不斷發展和科學技術的不斷進步，特別是在計算機技術和電子信息技術應用和發展的前提下，在常規機械設計的基礎上，現代機械設計方法發展得更科學、更完善。現代機械設計方法依據現代機械設計思想與當代機械理論的基本原理，運用電子信息技術工程、計算機技術工程、管理科學工程與知識工程等知識，融合CAD、CAE、機電一體化設計、數值分析、可靠性設計、動態仿真、有限元仿真、虛擬設計和優化設計等先進的技術與方法，從而形成現代機械設計方法的理論與體系。
磨具產品的設計不僅要考慮其制造過程和產品的使用周期，還要考慮在保證使用性能和使用壽命的前提下，最大程度的降低設計成本，從而給企業帶來好的經濟收益和成長競爭機制
1 磨具行業背景
近年來，國內磨具企業通過引進國外磨具行業先進的新技術、新工藝與新產品，取得了飛速的發展。特別是在鋼鐵、數控、汽車制造和船舶等領域積極進行新技術的引進和研發，大大地提升了產品的質量和性能。同時，“高、精、專、自動化”等先進加工工藝的應用，要求磨具產品有更高的質量水準。當然，由于我國磨具制造產業起步晚，品種比較少，在產品質量和加工工藝水平方面與國外先進磨具企業相比存在比較大的差距：比如，高端產品依賴進口；低端產品產能過剩，積壓，從而產生貨款拖欠與價格戰等問題；自主產品和名牌產品較少。因此，磨具制造企業如何利用先進的現代機械設計方法與理論來解決這些個問題是關鍵。
2現代機械設計方法介紹
現代設計方法概念：現今為工程項目或產品制造完成到實體化的全過程而制訂的技術方案、圖樣與程序。英文為“Modern Design Method”。它運用創新的設計手段，交叉地應用多種理論、方法和技術，使產品設計過程成為一種富于電腦化，自動化、虛擬化、智能化和最優化的創造活動，在決策、綜合、迭代與尋優中高效率的、低成本的、高質量的完成產品設計。現代機械設計方法主要有：
1） 發展比較成熟，普及范圍較廣泛的有有限元設計、機電一體化設計、計算機輔助設計、最優化設計等；
2） 概念提出較新，正蓬勃發展的有創新設計、生命周期設計、虛擬設計、穩健設計、并行設計、智能設計等.
磨具企業要在市場中立于不敗之地，就需要更多的應用現代設計的先進技術和方法，來研發產品、開拓市場，保證產品質量和提高經濟效益。
3 現代設計方法在磨具行業的應用
（1）優化設計方法的應用：中原工學院的梁寶巖，楊本勇，為了改善樹脂磨具的強度、硬度和耐磨等性能，用優化設計方法，通過向酚醛樹脂中添加價格低廉的玻璃纖維來代替高價格且不易工業化規模生產的氧化物填料，改善了樹脂磨具的力學性能和使用壽命的同時，也降低了成本[1]。
（2）創新設計方法的應用：廣東小太陽砂磨材料有限公司的梁文聰，利用創新設計方法，通過實驗發明了涂附磨具的防靜電涂層配方，用5個實施例來說明此發明具備材料成本低、制作簡便、能有效的杜絕涂附磨具在磨削過程中的靜電效應，提高了磨削質量和效率[2]。
（3）有限元設計方法的應用：為了解決加工深窄槽磨具的難題，太原理工的宮曉琴，呂明，王典國等人用有限元模態分析，用得到的磨具的振動頻率，研究出一種新的加工方法。磨具在這個頻率下工作時，振動和變形量最小，磨具不易損壞，延長了壽命[3]。南京航空航天大學的左敦穩、盧文壯、趙宇飛、孫玉利等人借助ANSYS 軟件仿真了熱傳導的過程，得出冰凍磨具在工作時融化的原因不是磨削熱，而是空氣的熱對流的結論[4]。
（4）其他方法的應用：華勇、李亞平等人采用CAD與數學模型，得到了陶瓷磨具配方的經驗公式；河南工業大學的宋冬冬，利用BP神經網絡超強的處理非線性函數能力，通過相關的實驗，得到了結合劑、濕潤劑、粘結劑含量和硬度的對應關系[5]。
4 應用前景
磨具企業要適應國際標準形式，縮短磨具配方的開發時間，必須很好的應用現代的設計方法。
（a） 磨具粒度的檢驗一直以來存在人為的因素而影響結果準確性。利用二次開發的CAD軟件，設計了磨具粒度檢測和處理數據一體化系統，使得數據的記錄與處理更穩定、更方便。
（b） 粘合劑的配比直接影響磨具的性能和使用壽命，利用計算機來建立繁多的結合劑配方數據庫，可以很方便的進行配方運算，提高了生產效率。
（c） 利用數學模型，通過可靠性設計方法和優化設計方法，可以精確合理的選擇磨具參數特性，改善磨削效果。
（d） 磨具產品設計過程中，利用有限元分析方法，經驗類比設計方法被取代，較靈活地解決了復雜的工程計算分析問題。
（e） 利用虛擬設計方法，模擬磨具磨削的過程，直觀的了解復雜的磨削規律，有效的分析磨削是對表面產生的多因素影響。
5 結論
現代工農業的進步，國民經濟和人民生活水平的提高與磨具行業的發展有著絲絲縷縷的聯系。“現代設計方法”作為一種新的技術領域和一門新的學科，應用那是相當的廣泛。在磨具產品的設計與開發過程中，有效的利用上述現代的設計方法，可以很好的降低成本，同時具備優越的性能與使用壽命，使產品更具市場優越性和競爭力，企業也就獲得更好的經濟利益。現代機械設計理論在磨具行業配方的應用中，前景遠大。
參考文獻：
[1] 梁寶巖，楊本勇 玻璃纖維增強樹脂磨具符合材料的制備及性能研究[J] 中原工學院學報 2013年10月
[2] 梁文聰 涂附磨具的防靜電涂層配方[J] 中國新技術新產品 2013 NO. 10 （上）
[3]王典國，等.電鍍CBN磨具的基體設計[J].機械管理開發，2008，3
