機械設計原理范例

摘要：在教學領域，大多數學科偏向于對理論知識的研究，但對于機械類學科來說，實驗教學的價值遠遠大于理論知識的傳授。機械原理與機械設計是機械類學科的重要組成部分，與其他專業相比，機械類專業包含豐富的實驗內容，對學生的創新思維能力有一定的要求。本文在當前實驗教學形勢的基礎上，研究傳統機械類專業在實驗教學方面存在的問題，然后對機械原理與機械設計的實驗教學改革進行分析，希望能為學科的未來發展提供幫助。

關鍵詞：機械原理與機械設計；實驗教學；改革

0引言

從我國當前機械類專業的教學形勢來看，對實驗內容的重視程度不足，但是基于學科特點，學生對于實驗教學的需求日益強烈。機械類學科的理論知識非常復雜，學生對于理論知識的理解難度很大，在教學過程中往往需要結合實驗進行學習，這樣可以加深學生對于專業知識的理解和記憶，也可以幫助學生運用所學知識解決具體問題。實驗教學的改革不僅能夠提升機械類學科的整體教學水平，也對我國機械制造領域的進步和發展具有重要意義。

1機械原理與機械設計教學背景

各大院校中基本都設置有機械類專業，且機械類專業往往占據著很高的地位，這與市場需求有關。隨著社會的發展，社會生產對于機械類人才的需求量不斷增大，許多高校都側重于培養這方面的人才。在機械類專業中，機械原理與機械設計所涉及的理論知識體系比較復雜，專業性很強，學生在學習知識的同時，也能夠鍛煉動手能力，培養創造性思維。機械原理與機械設計在機械類專業中屬于基礎性學科，也就意味著它是機械類專業大多數學生都需要掌握的一門學科，對機械原理與機械設計知識的掌握程度，決定了學生日后在機械領域所能達到的高度。機械原理與機械設計在具體的教學過程中，對教學方法有一定的要求，教師不僅需要通過教學課程向學生們傳授必要的基礎知識，也需要安排足夠的實驗課程，讓學生們可以自己動手完成實驗，加深對于基礎理論的理解，也可以在鞏固所學知識的同時，鍛煉學生的實踐能力。但是，當前我國的機械類專業教學中，對于實驗教學的重視度遠遠不夠，學生對于專業知識的理解只是停留在紙面上，不能達到熟練運用的效果。只有依據學生實際的學習狀況，改革相應的教學方案，才能順應時代要求，實現機械類專業教學的長遠發展。

2傳統實驗教學中存在的問題

一、傳統課程設計中存在的問題

傳統的機械原理課程設計教學中多以機構的分析為主，這并不利于學生設計能力和創新能力的訓練與提高。該課程設計一般使用兩種類型的題目：一類題目是選用對典型機構進行運動分析和動力分析；一類題目是根據某些功能，要求對確定的機械運動系統進行方案設計，并對機械中某一機構進行設計，兩類題目的側重點不同，前者偏于分析，后者注重設計。設計內容包括導桿機構的設計；兩個指定位置的圖解法機構運動分析；圖解法的讓刀凸輪機構設計。這類課程的設計一般集中安排在兩周內完成，時間比較短，設計過程中學生很難一次性圓滿完成，一般需進行修改，甚至修改多次，所以手工書寫、手工繪圖圖面質量都將難以保證。

二、課程設計內容的充實與合理編排

如何有機整合分析與設計內容是提高該實踐教學質量的關鍵所在。它應以培養學生的創新設計能力為主，機構分析為輔而開展的一次實踐性教學，如果以機構的分析為主，將會削弱學生在方案設計方面的訓練。機械系統的方案設計是整個機械設計的第一步，也是最具創新性的一個環節，方案設計的好壞將直接影響到機械設計產品的性能優劣及其在市場上的競爭力。機械系統方案設計主要包括執行系統和傳動系統的方案設計。其中執行系統的方案設計是機械系統方案設計的核心，其重點是執行系統的功能原理的設計，執行構件的運動規律設計以及執行系統的協調設計，根據設計結果可繪制出機械工作循環圖。，圖3a為某一金屬片沖制機的工藝動作分解（分別為送料、沖制、退回等），它以主軸為定標件，沖頭和送料以主軸的轉動角度為基準繪制而成。為提高生產率，各執行構件的工作行程允許局部重疊。在課程設計教學中，為了使所有的學生都能基本完成設計任務，題目難度應具有一定的開放性和伸縮性。在內容上可以擴展，進一步延伸至后續教學的機械設計課程設計，凸顯出教學的連續性，使學生得到更系統，更完整的實踐訓練。學生通過收集資料、方案設計和課堂討論等方法，能夠得到一次較為全面的創新設計的初步訓練。如設計題目可以只給出機器需實現的功能要求，老師可以提供一種實現該功能的典型機構，讓學生對此機構進行分析。在此基礎上，要求每個（組）學生再提供一種新的方案，可以是執行系統的方案，也可以是傳動系統的方案，以此激發學生，充分發揮其主觀能動性，使其認真查閱資料，獨立思考，積極創新。最后匯總方案，評選出幾種較好的方案，通過討論與比較方案的優與劣，達到提升學生分析與創新能力的目標。如在牛頭刨床中實現刨頭的慢進快退功能可采用連桿機構、凸輪機構。連桿機構中可采用各式各樣的滑塊機構，凸輪機構可以采用平面或空間凸輪機構，還可以采用組合機構。由此將衍生出很多傳動機構，再從實現功能的難易、傳動性能的好壞、結構的合理性以及經濟性等方面給予評價。

三、合理利用計算機技術

在當前的教學中，課程設計環節一般要求手工書寫計算說明書和手工繪圖。但是，現代機械設計根本離不開計算機技術的應用，所以在課程設計中，應用計算機輔助分析與設計技術也是將計算機理論知識得以實際應用的一次實踐活動。因此，要積極鼓勵學生努力將計算機技術應用到課程學習當中，提高其學習興趣，同時避免手工書寫、繪圖慢且不容易保證質量的弊端。在上述方案確定之后，機構的尺寸參數、機構的運動分析、工作循環圖繪制、飛輪設計及繪圖等應用計算機技術之后，可以得到精確的計算結果，分析或設計修改較為方便，可以較快地得到修改后的結果。如改變某一機構尺寸參數，此改變參數對機構運動性能和動力性能的影響可以通過計算機技術分析快速獲得。同時，還可以進一步利用計算機仿真對整個機械系統的運動規律進行演示和研究。當然，做到這一步是需要較為扎實的計算機功底，所以應用計算機完成工作量的比例應給予認真考慮，因材施教，避免造成以計算機應用為主的實踐性教學。

四、考核方法

摘要：在社會不斷發展的過程中，各項能源物質消耗速度逐漸提升，為此，必須按照各行業發展需求實施節能減排工作，在降低能源物質消耗量的同時，推進社會可持續發展。如今，人們對機械設計節能的重視程度也越來越高，其根本原因在于機械設備在我國各個行業中都有廣泛的應用，也就是保證機械設計節能能夠在一定程度上滿足各行業節能減排要求，對于推進相應行業發展也起到非常重要的作用。

關鍵詞：機械；設計節能；基本原理；應用

眾所周知，經濟發展水平提升會導致我國出現能源物質短缺和環境污染問題，如果不采取適當措施解決相關問題，長此以往勢必造成社會經濟發展水平下降。基于此，必須采取適當措施處理經濟發展與環境保護之間的關系，并在這個過程中加強機械設計節能原理的研究，有效落實機械設計節能效果，在處理經濟發展與環境保護關系的同時，實現我國社會和經濟可持續發展的目標。

1機械設計節能基本原理

就目前來看，我國各個行業在發展過程中都會應用到機械設備，其根本原因在于應用機械設備不僅僅能夠縮短相應項目實施周期，對于提升項目整體質量也起到不可忽視的作用。為保證機械設備在運行過程中所消耗的能源物質符合企業發展需求，必須實施機械節能設計，在降低能源物質消耗量的同時，保證相應企業向著可持續的方向發展。

1．1基于勢能的機械設計節能原理

一般來說，在進行機械設計的過程中經常會應用到能量守恒定律，通過這一定律能夠保證相關人員在短時間內了解到機械設備運行狀態和系統勢能變化幅度。機械設備在不同條件下運行，所產生的勢能也存在本質上的差異，一旦機械設備中勢能因某種因素驟停，必然會導致設備勢能轉化出現問題，無形中加大能源物質消耗量［1］。針對于這一點，在機械設備運行時，應采取適當措施將機械設備勢能變化控制在規定的范圍內，避免勢能變化幅度過大造成能源浪費，進一步實現機械設計節能效果提升的目的。

【摘要】機械節能不只可以節省生產成本，還可以有效的減少其產生的污染問題，在提倡環保的今天，機械設計節能是其必經的發展途徑。根據在生產中使用的機械特點可以看出其所造成的大氣、水、土地等污染是其在節能設計中首先需要解決的問題，降低其污染物排放量，提高機械性能，增強機械及能源的使用效率。本文對于機械設計可以在生產中起到的節能效果進行分析，并從設計原理的角度來研究如何可以降低機械生產成本，達到節能的目的。

【關鍵詞】機械設計;節能;原理;應用

在工業化的生產環境下，機械設計往往更注重其所產生的經濟效益及生產效率，因此在能源節約及環境保護上難免有所忽略。而在現階段我國能源短缺及環境問題愈發突出的形勢下節能減排的理念已經開始逐漸滲透到各個領域。而在機械設計階段進行節能研究可以為之后機械的生產使用提供可行保障，而對其基本原理的分析則是為設計工作的進行提供基本方向，增強節能設計實施的有效性。

1機械節能的背景

我國在發展時期大力推進工業進程，受當時技術水平的影響及經濟結構的特殊性，節能減排并不在機械設計的范圍內，并且當時機械在生產的過程中其對能源的使用率并不高，產生大量的“三廢”，所造成環境污染問題日趨嚴重。而目前可持續發展是我國長期堅持的理論政策之一，在生產中追求經濟效益的同時開始注重環境所帶來的利益。由于現今我國固有資源較為短缺，再加上能源使用效率較低致使成本增高，工業廢棄、廢物、廢水這“三廢”的產出帶來嚴峻的生態破壞問題。為此在節能設計的原理中探索機械的特點及設計要求是現今社會對機械使用的新要求。

2機械設計節能的原理

在節能設計基本原理中主要通過機械的力學特性應用周期函數對機械的功率、輸出、運行等進行分析，之后根據機械使用效能及能源消耗來進行改進，其具體的設計原理以下進行了基本介紹。

摘要：

隨著社會經濟的快速發展，在目前的企業生產中，存在著大量的環境污染問題，這對城市環境的整體健康發展，有著極大的影響。因此需要研發人員在進行機械設計的時候，從環保節能的角度出發，設計出具有節能效果的機械產品，進而促進城市環境質量的不斷提高。基于此，本文對目前機械設計中的節能原理進行了研究，之后分析其節能機械的應用。

關鍵詞：

機械設計；節能；原理；應用

0引言

在目前社會發展的大環境下，在使用機械產品的時候，更加重視其節能效果，以此來有效的避免其在生產使用的過程中，對于環境造成的巨大破壞，以及對于能源造成的巨大消耗。對機械進行節能設計，需要相關的研究人員按照國家環保節能的各項標準，合理利用節能原理，進行機械設計，以此有效的實現降低生產成本，減少能源浪費，降低環境污染的目的，促進企業可以獲得最大化的經濟效益。

1機械設計節能基本原理

摘要:隨著人們生活水平的提高，環保意識也在逐漸增強，在生活的各個領域都能夠看到節能設計給人們帶來的便利，在機械設計中關于節能方面的研究也得到了廣泛的關注，就機械設計節能基本原理以及應用進行具體分析，希望能為以后該方面的工作提供一些幫助。

關鍵詞:機械設計;節能設計;基本原理

1機械設計中節能設計的原理

機械設計中的節能設計是將平衡理念作為基本思想，主要包括功率匹配節能、減小摩擦以及動力源改進三個方面。充分結合實際情況來對機械設計進行考慮，并從設計細節入手從而實現真正意義上的節能。首先，在通常情況下，機械設備的發動機是主要的動力源，能夠在最大限度上增加發動機輸出的功率和減少輸入的功率，也就是，機械設備在運行的過程中能夠提高電能與熱能以及動能的轉換，例如在設備停啟的過程中，由于慣性設備還可以繼續運行，將這一部分的動能通過設計進行存儲，以便于以后起動時使用動力能源。其次，對于減小摩擦的節能設計，應該是在機械設備運行的時候，設備之間產生的摩擦造成的動力損耗，在節能設計時，可以利用表面的光滑部分，或者使用潤滑油來減少設備的摩擦問題，從一定程度上降低能源損耗的問題。對于功率匹配方面的節能設計，可以根據機械設備的設計來進行，將設備的使用環境與匹配的運行功率相結合。

2機械設計節能原理的基本應用

2．1節能原理在升降機械力的應用

升降機械在實際工作中的應用廣泛，且消耗功率及無用功較大，因此要在節能方面進行改善就要先了解消耗的具體原因，一般的消耗是發生在設備提升方面，也就是在設計升降機械之前要進行標準化處理，然后結合電梯的設計原理，在升降機設計中將升降機械與其他的機械相比較，消耗功率主要特征是將貨物與人的重量不斷提高，在這個過程中消耗的功率也是十分勻速的，工程實踐表明利用相同速度來提升質量相同的貨物，可以根據電梯標準計算來進行設計，如果按照系統勢能作為常量或者在小范圍內進行變化，那么可根據平衡升降機以及平衡電梯的設計方案進行，在平衡升降機中利用t表示提升物體的質量，利用P表示不便的配重，利用r1表示升降貨物卷筒的半徑，r2表示升降配重卷筒的半徑，這樣平衡的升降機系統勢能就為常量，在平衡電梯中利用t表示轎廂與水箱的自重以及人數的變化質量，可以看出轎廂水箱的質量是人質量的1/2，可以對驅動機構、平衡升降機以及電機功率進行對比，就會發現平衡升降機與電梯所需要的電機功率是不同的，還可以發現卷揚驅動機構系統的勢能在最大范圍的進行變化，平衡升降機或者平衡電梯的勢能可以在小范圍內進行變化，可以看出系統勢能為常量的時候該機構的節能效果是最為明顯的。

摘要：

隨著我國工業化的不斷深入，環境問題也越來越受到人們的關注。在提倡人與自然和諧發展的今天，節能減排的思想已經深入人心。其中機械設計也是節能減排的重要領域，但是很少引起人們的重視。遵循機械設計節能的基本原理，不僅可以收到顯著的效果，而且對于國家環境資源的保護也有深遠的影響。筆者根據目前機械設計中存在的問題，分析機械設計節能的基本原理，提出來幾點相應的措施。

關鍵詞：

機械設計；節能減排；基本原理；應用

1引言

在當今社會下，經濟迅猛發展，人們在物質和生活上得到了極大的滿足，但是經濟發展的同時也帶來了許多的環境問題，比如環境污染、資源浪費等。所以人們開始尋求一條環境與經濟和諧發展的可持續性道路。正確處理好環境和經濟的關系，不僅關乎國家的穩定發展，而且關乎社會的和諧安寧。機械設計節能作為節能減排，實現健康可持續發展道路的重要組成部分，已經逐漸成為機械設計人員的重要研究方向。

2機械設計節能的背景

摘要：機械制造業能源需求及消耗量不斷增加，是我國能源短缺問題主要成因之一，對于大眾生產生活產生負面影響，因此要求做好機械設計節能工作，這樣不僅可以有效提升機械使用效率，還可以減少不必要的能源損耗。本文首先闡述機械設計節能基本原理，然后分析機械設計節能應用情況，以此為提升機械設計節能效果提供一定參考。

關鍵詞：機械設計；節能；勢能；動能；消耗功率

一、機械設計節能基本原理

目前機械設計節能基本原理較多，各種原理均具有明顯優缺點，實際應用范圍不同，而應用較為廣泛的基本原理具體表現為下列三個方面。

1.以勢能為核心的機械設計節能原理

一般來說，根據機械設計相關能量守恒定律闡述以勢能為核心的機械設計節能原理時，系統勢能對于消耗功率值影響較為明顯，并且會產生相應變化，諸如機械設備工作階段，其勢能受設備運行影響較大，繼而勢能出現變化，但這些變化的勢能保持時間較短，難以將其在較短時間內完全轉化為可利用勢能，這樣會產生一定程度能源消耗問題，并且這種情況對于節省能源會產生負面影響。因此基于防止該情況發生，或將這種情況條件下能源消耗降低至較低水平，均要提出求合理方法，并實施有效處理。在實際機械設備運行過程中，應采取措施將勢能變化程度控制在最小水平范圍，這樣才可達到機械設計節能效果。

2.以動能為基礎的機械設計節能原理