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机械结构设计

2025-01-07 07:36:24 收藏本文下载本文

“linlin002”通过精心收集，向本站投稿了12篇机械结构设计，下面小编给大家整理后的机械结构设计，欢迎阅读!

机械结构设计

篇1：浅谈机械结构设计

机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能，是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。

1.2机械结构设计特点

机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求

2机械结构件的结构要素和设计方法

2.1结构件的几何要素

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

2.2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、形状、尺寸、精度及表面质量等。同时还必须考虑满足间接相关条件，如进行尺寸链和精度计算等。一般来说，若某零件直接相关零件愈多，其结构就愈复杂；零件的间接相关零件愈多，其精度要求愈高。例如，轴毂联接见图 1。

2.3

篇2：浅谈机械结构设计

机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。

1.2机械结构设计特点

2机械结构件的结构要素和设计方法

2.1结构件的几何要素

2.2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。

2.3

结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题

机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势，

设计者要做到正确地选择材料就必须充分地了解所选材料的力学性能、加工性能、使用成本等信息。结构设计中应根据所选材料的特性及其所对应的加工工艺而遵循不同的设计原则。

如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力，图示 2为两种铸铁支架比较。钢结构设计中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难保证铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法加强结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。

对于需要热处理加工的零件，在进行结构设计时的要求有如下几点：（1）零件的几何形状应力求简单、对称，理想的形状为球形。（2）具有不等截面的零件，其大小截面的变化必须平缓，避免突变。如果相邻部分的变化过大，大小截面冷却不均，必然形成内应力。（3）避免锐边尖角结构，为了防止锐边尖角处熔化或过热，一般在槽或孔的边缘上切出2～3mm的倒角。（4）避免厚薄悬殊的截面，厚薄悬殊的截面在淬火冷却时易变形，开裂的倾向较大。

3.1机械结构设计的基本要求

机械产品应用于各行各业，结构设计的内容和要求也是千差万别，但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。

1.功能设计满足主要机械功能要求，在技术上的具体化。如工作原理的实现、工作的可靠性、工艺、材料和装配等方面。

2．质量设计兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比，它是现代工程设计的特征。具体为操作、美观、成本、安全、环保等众多其它要求和限制。在现代设计中，质量设计相当重要，往往决定产品的竞争力。那种只满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去，统筹兼顾各种要求，提高产品的质量，是现代机械设计的关键所在。与考虑工作原理相比，兼顾各种要求似乎只是设计细节上的问题，然而细节的总和是质量，产品质量问题不仅是工艺和材料的问题，提高质量应始于设计。

3．优化设计和创新设计用结构设计变元等方法系统地构造优化设计空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法进行优选和创新。

对产品质量的提高永无止境，市场的竞争日趋激烈，需求向个性化方向发展。因此，优化设计和创新设计在现代机械设计中的作用越来越重要，它们将是未来技术产品开发的竞争焦点。

结构设计中得到一个可行的结构方案一般并不很难。机械设计的任务是在众多的可行性方案中寻求较好的或是最好的方案。结构优化设计的

前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。结构优化设计目前基本仍局限在用数理模型描述的那类问题上。而更具有潜力、更有成效的结构优化设计应建立在由工艺、材料、联接方式、形状、顺序、方位、数量、尺寸等结构设计变元所构成的结构设计解空间的基础上。

3.2机械结构基本设计准则

机械设计的最终结果是以一定的结构形式表现出来的，按所设计的结构进行加工、装配，制造成最终的产品。所以，机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。由于结构设计的错误或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机器达不到设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不方便。机械结构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。

1.实现预期功能的设计准则

2.满足强度要求的设计准则

3.满足刚度结构的设计准则

4.考虑加工工艺的设计准则

考虑装配的设计准则

6.考虑造型设计的准则

3.2机械结构基本设计准则

1. 实现预期功能的设计准则

产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的问题。要满足功能要求，必须做到以下几点。

(1)明确功能: 结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。

(2)功能合理的分配：产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。每个分功能都要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系，以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担，延长使用寿命。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子。纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可增加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这一问题。

(3)功能集中：为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定。

3.2机械结构基本设计准则

2.满足强度要求的设计准则

(1) 等强度准则

零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应，使各截面的强度相等。按等强度原理设计的结构，材料可以得到充分的利用，从而减轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。

篇3：机械结构设计

1.1机械结构设计的任务

1.2机械结构设计特点

1.3机械结构件的结构要素和设计方法

1.3.1结构件的几何要素

1.3.2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类，

位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。

1.3.3结构设计据结构件的材料及热处理不同应注意的问题

机械设计中可以选择的材料众多，不同的材料具有不同的性质，不同的材料对应不同的加工工艺，结构设计中既要根据功能要求合理地选择适当的材料，又要根据材料的种类确定适当的加工工艺，并根据加工工艺的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能使所选择的材料最充分的发挥优势。

如：钢材受拉和受压时的力学特性基本相同，因此钢梁结构多为

对称结构。铸铁材料的抗压强度远大于抗拉强度，因此承受弯矩的铸铁结构截面多为非对称形状，以使承载时最大压应力大于最大拉应力。钢结构设计中通常通过加大截面尺寸的方法增大结构的强度和刚度，但是铸造结构中如果壁厚过大则很难保证铸造质量，所以铸造结构通常通过加筋板和隔板的方法加强结构的刚度和强度。塑料材料由于刚度差，铸造后的冷却不均匀造成的内应力极易引起结构的翘曲，所以塑料结构的筋板与壁厚相近并均匀对称。

篇4：机械产品结构设计开发个人简历

个人简历也就是的求职者的履历，其本质上也是自己的推荐信，通过的个人简历的形式想用人单位介绍自己也可以说个人简历是一份明信片，在求职中就是通过个人简历的.方式来让对方认识自己。在个人简历中首先要些的项目就是个人信息，鉴于个人简历的这一价值体现，你在编写个人简历的时候，诸如姓名、练习方式等等都不可缺少。在求职中个人简历不过是的一种途径，所有的人都可以通过个人简历的方式来介绍自己。那么身样的个人简历更能让对方接受自己能?这也就是需要在个人简历中能够体现自身的优势价值。一般来说起优势是针对某项职位二来，这种针对性也要求在编写个人简历上需要明确求职目标。

个人简历就其结构来说，也是分为几种不同的类型，一种是时序型个人简历，一种是功能型个人简历，还有一种就是混合型个人简历。几种不能个人简历在机构上不同，但是总体来说都是有自己的风格，并且有逻辑关系。而如果在结构上非常混乱，会令人反感，也很难能突出重点优势部分。自我评价项目在个人简历中虽然不是的非常恶劣的项目，但是因为其作用非常小，甚至有时候其反作用，也是个人简历中不可取的项目之一。

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个人信息

yjbys

性别：男

年龄：24岁

学历：--

工作年限：5年婚姻状况：未婚

户口：武汉市身高：175CM

居住地：广东省深圳市现任职位：--

待遇要求：面议到岗时间：--

希望地区：深圳市

希望岗位：机械设计与制造产品设计销售经理/副经理/主任

自我评论

经路窄处，留一步与人行;滋味浓时，减三分让人嗜。

工作经验

某公司 -04 - -02

公司性质：电器、电子、通讯设备

担任职位：结构工程师

离职原因： --

工作职责和业绩：

各种LED照明灯具开发，例如LED应用家庭室内照明、消防应急照明、景观装饰照明、大功率PAR系列/GU10 /MR16 /E14……E27/射灯、LED台灯/日光灯/路灯/投光灯等各种LED灯具开发经验。从产品市场调研收集行业信息到策划研发以及导入生产全盘管理经验。研发产品完全符合美国，欧洲标准，具有多项结构创新发明专利。

精通各种LED光源特性以及其散热特性，能完全解决以各种小功率或者大功率LED为光源的灯具的散热问题如DIP LED、TOP LED、POWER LED、HIGH POWER SERIES、

熟悉ISO9001、14000、EN60598、EN61000-3-3体系认证运作。

深圳红门机电 -10 - 2006-03

公司性质：机电设备、电力

担任职位：结构工程师

离职原因： --

工作职责和业绩：

负责机械产品结构设计开发工作,例如:四杆传动机构、曲杆传动机构、链传动等、结构设计开发，以及导入生产，编制相关机加工工艺文件和设计机加工工奘夹具。

教育经历

荆州机电技术学院 -09-01 - 2002-07-01

最高学历：大专

专业名称：模具设计与制造

专业描述：模具设计

技能专长：

一.3年以上机械结构设计开发，机加工夹具设计工艺编制经验。

二.具有2年以上LED灯具产品的相关设计、制造和研发经验。

三.能独立完成各种机械结构,产品造型,机加工夹具,LED灯具产品的研发和设计。

四.熟悉产品生产流程(机加、模具、注塑、冲压、压铸、组装、检测等)。

五.掌握产品生产、供应各环节的工艺、技术、质量、成本控制关键点，熟悉国际、国内行业相关标准;对LED灯具外观、结构、散热设计有全面的了解。

六.具备市场信息收集能力，能分析和判断国内外LED灯具产品发展趋势。

七.经过专业MBA管理知识课程培训，团队协作意识强，熟悉企业团队管理和建设;1年产品市场销售管理，能够带领和组建销售团队。

八.熟练运用结构设计软件:AUTOCAD、solidworks、Pro-E、光学配光模拟软件TracePro和OFFICE办公类软件。

九.能够直接解决产品从概念设计到导入生产。

十.个人强不如团队强，团队强不如企业强。

篇5：浅谈铁路信号设备的机械结构设计

浅谈铁路信号设备的机械结构设计

1 铁路信号设备典型结构模式通过长期的实践,铁路信号设备的'壳体逐步形成了盒、箱、柜(包括屏)、台四大基本结构模式.但由于铁路信号设备功能、使用场合的差异及客户对多样化的需求,使铁路信号设备的式样繁多.

作者：宋礼民 Song Limin 作者单位：北京铁路信号工厂,102613,北京刊名：铁道通信信号英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION 年，卷(期)：2009 45(z1) 分类号：关键词：

篇6：浅谈铁路棚车的机械结构设计

浅谈铁路棚车的机械结构设计

一、前言随着运输生产及铁路行业的不断发展,以后逐年增加了较大型的`棚车.1951年至1953年间,我国自行设计制造了载重30t的P1、P3型棚车,由于其载重小,结构落后,已全部淘汰.

作者：张林刘金环作者单位：张林(黑龙江省鹤岗市鹤矿集团热电厂,黑龙江,鹤岗,154100)

刘金环(中国一重技师学院,161041)

刊名：中国科技博览英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(5) 分类号：U2 关键词：

篇7：智能扭力扳手机械结构设计论文

智能扭力扳手机械结构设计论文

0引言

扭力扳手是一种能够实时反馈并控制拧紧力矩的常用工具,可以施加准确的拧紧力矩。现有的扭力扳手都要先设定所需扭矩值再进行拧紧操作，这要求操作者对螺栓所需扭矩值有一定的掌握。对此，课题组研制了一款根据螺栓规格自动设定所需扭矩值的智能扭力扳手。该智能扭力扳手可实现自动识别螺栓规格，辅助设置相关参数，自动计算螺栓的许用扭矩，采用扭矩传感器采集施加的扭矩值与许用扭矩值比较，达到许用值时扳手手柄出现微动失效，及时卸载并提示不再加力。机械机构部分主要实现自动计算许用扭矩和加力达到所需值时及时卸载失效，防止因用力过猛损坏零部件。

1设计思路

智能扭力扳手由控制系统和机械结构2部分组成。机械结构部分主要包括无级定位夹持机构和过载微动失效机构。夹持机构不但要适应不同规格的螺栓，还要实现关联螺栓规格与所需扭矩值的传感器功能。因此选用无级定位的方式既能实现夹持装置活动端任意位置定位，用于夹持不同规格的螺栓，并且在加力时保持稳定，又可通过活动端与电位器关联实现开口大小的检测；过载微动失效机构实现过载后在电磁铁的驱动下实现扳手头部和手柄连接铰链的轻微转动，及时减小施加载荷，并提示操作者不再加力。

2设计原理

（1）无级定位夹持机构

夹持机构用于夹持螺栓六角头，为了适应不同规格的螺栓，夹持开口大小必须可调。传统的活动口扳手的调整是利用蜗轮蜗杆机构实现的，利用蜗轮蜗杆机构的反向自锁实现活动端的定位，但是这种机构传动效率低，扳手开口调节较慢。本文所设计的无级定位夹持机构通过滑块在定位轨道中滑动调节开口大小，调节大小一步到位，效率较高，利用接触面的摩擦力实现定位，稳定可靠。

（2）夹持机构原理分析

无级定位夹持机构由扳手头主体、滑块、活动端、销轴等几部分组成。如图1所示，滑块与活动端通过销轴铰接，滑块在扳手头主体的导槽中滑动，活动端的下表面在导轨上表面上滑动，活动端中间部位的三角形凸起用于夹持螺栓头的定位。

（3）过载微动失效机构原理分析

由于智能扳手控制系统的输出电压最大为12V，低电压电磁铁的电磁力是有限的，因此利用钢珠的滚动摩擦系数低特性，实现大载荷微动机构的低电压驱动。过载失效机构原理。该机构由扳手头部、联接销轴、扳手手柄、卡栓、复位弹簧、钢珠、锁紧套、电磁铁等零部件组成，扳手头部和手柄通过联接销轴铰接，卡栓圆柱面有凹槽来配合钢珠并在锁紧套的作用下将卡栓定位。电磁铁为动力元件，不通电时，锁紧套在复位弹簧的作用下将钢珠和卡栓锁紧，卡栓的上表面与扳手头部下表面相接触，铰接处无法转动。当拧紧螺栓时，控制系统检测施加的扭矩值并与所需值比较，当到达所需扭矩值时，给电磁铁通电，锁紧套在磁铁吸力的作用下向下运动使钢珠和卡栓解脱，卡栓解脱后在施加扭矩的作用下铰接处发生转动，转到头部与手柄壁接触为止。扳手拧紧螺栓过程中力量较大，小电压驱动的电磁铁力量比较小，此机构巧妙的'运用钢珠摩擦系数小的特性，使用较小的驱动力使扳手在施加扭矩值达到所需值后及时卸载，有效防止扭矩值的进一步增大。

3仿真与优化

（1）有限元仿真

扳手头部夹持机构受力较大，运用大型有限元分析软件ANSYS对其进行静力学仿真，验证设计的合理性，并根据仿真结果进一步对模型进行优化。装配体的有限元分析计算中，需要考虑各零件之间的接触问题，本设计中接触面之间的摩擦系数是重要参数。因此，首先要建立合理的力学模型，正确设置各接触面的接触类型及摩擦系数。扳手拧紧螺栓时，夹持端面会受到被夹持件的反作用力。对夹持机构的夹持接触面施加法向载荷，模拟螺栓的拧紧过程，有限元网格划分模型如图4所示。该扳手的使用范围为M5～M24。经计算，拧紧M24的普通六角头螺栓需要施加260Nm的扭矩，M24的螺栓六角头对边距为36mm，需要2个夹持面各施加大小约7kN的力。因此，分别对2个夹持端面施加法向载荷，大小均为7kN，设置活动端和滑块与扳手主体的摩擦系数为0.3，在机构与手柄联接处施加固定约束。

（2）结构优化

仿真结果显示，该机构设计模型存在严重的应力集中现象，受力不均匀，这是由于模型设计中形状突变造成的，可通过结构优化改善此问题。根据各个零件的应力云图，各个零件分别做以下优化：①扳手主体。在夹持头与主体联接突变处，添加肋板进行加固，并将突变处更改为圆角过渡；②活动端。在活动端中间部位销轴上方的突变处进一步加固，将圆角过渡更改为肋板，在活动端与主体接触摩擦面位置受力较大处，对通槽中无干涉位置进行实体填充，直角改为圆角。

4结语

针对智能扭力扳手的总体方案，设计了其机械机构部分。巧妙的运用钢球组合机构解决了小力驱动控制大力机构的微动，分析了夹持机构利用摩擦力实现无级定位的可行性。并运用ANSYS软件对夹持机构的受力进行了静力学分析，根据结果进行结构优化，优化后各部位的应力值满足设计要求。机械结构的设计满足了智能扭力扳手的设计需求，智能扭力扳手能有效解决技术资料在工程实际中运用较少的问题，能够快速准确地施加拧紧力矩，智能化程度进一步提高。

篇8：浅谈铁路长大货物车的机械结构设计

浅谈铁路长大货物车的机械结构设计

随着我国国民经济的`迅速发展,特别是改革开放以来,冶金、电力、石油化工及军事装备等事业呈现了高速发展的局面.一些大型的机械设备和军事装备在铁路运输中运量不断增长,这些设备及装备外型复杂、体积庞大、重景达几百吨.这些货物在铁路运输中统称为长大货物.而运输长大货物的车辆被称为长大货物车.它是在铁路运输中供装运通用货车不能装运的长、大、重货物的一种特种车辆.按照车体结构型式的不同,我国现有的长大货物车又可分为五类,即长大平车、凹底平车、落下孔车、双联平车、钳夹车.

作者：隋月赵志昕作者单位：隋月(内蒙古锡林浩特市盛源生活服务有限公司,内蒙古,锡林浩特,026000)

赵志昕(内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司,内蒙古,锡林浩特,026000)

刊名：中国科技博览英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(5) 分类号：U2 关键词：

篇9：运动力学中机械结构设计应用探析论文

摘要：运动力学是研究物体运动规律的，通常指的是物体的运动.随着现代运动力学理论的不断延伸发展，其在很多领域已经有了比较深入的应用.基于此，在本文的研究中，主要对运动力学在机械结构设计中的应用进行论述，并结合一些实际机械设计案例，对运动力学的应用价值和作用进行分析，希望可以对相关机械结构设计领域对运动力学的科学运用起到一定的参考和启发作用.

关键词：运动力学；零部件链接；机械结构；设计应用；疲劳力学

机械结构设计过程中，会运用很多原理，其中运动力学原理发挥着非常重要的理论指导作用.在物理学的很多力学实验中，运动力学也是受到很多研究人员重视和关注的.可以说，运动力学作为机械科学与物理学科的一种连接纽带，通过科学合理的应用运动动力学，对于机械结构设计的改良和优化，具有十分有价值的指导意义.机械机构设计质量和效率的提升，离不开运动力学理论的支撑.因此，本文通过对运动力学进行深度解析，并将机械结构设计的要素进行系统归纳总结，结合一些实际案例，对运动力学在机械结构设计中的应用问题进行分析.

1机械结构设计在应用中的技术要素

机械结构设计是机械工艺技术革新的重要技术手段，而在结构设计中很多关键技术要素，正是决定机械机构设计水平的基础.运动力学在机械结构设计中，不仅要实现关键技术要素的改良优化，并且在设计工艺、生产效率方面也要得到提升.机械机构设计在几何层面、理论原理层面，要遵循精密设计技术的原则指导，保证零部件之间实现精细紧密的咬合，并保证咬合力得到一定程度的提升.在机械机构运动过程中，咬合力能够随着机械零部件的转动，而实现动态的变化，保持同机械运动作业要求相符合的力度要求.机械结构设计中要对不同的面进行优化，通过应用运动力学原理，保证每一个不同的面上的用力、收礼以及摩擦阻力等，在机械设备运转的过程中，达到和动态平衡变化.

篇10：运动力学中机械结构设计应用探析论文

运动力学的应用是一项比较复杂的系统过程，需要机械结构设计人员做到整体的把握，并且做好其他相关理论的论证和实验.在本文的研究过程中，通过对一些实际设计案例的分析，基本上总结出如下几个方面的设计步骤程序.

4.1形成运动力学设计的整体策略

运动力学的应用，要从结构设计大的方面确定整体策略.有了一个比较完善的整体策略，在全局观的视角下，形成运动力学在不同细小分支部件的应用模型.这对于设计者来说，首先在整体策略中，要考虑好哪些大的部件结构，需要运用运动力学，其运用的实际效果能够达到什么程度，这就需要形成一个比较模糊的设计形象概念.比较精密的机械结构设计，还需要运用一些科学算法，如数学模糊算法、微积分计算等，得到运动力学的设计应用参数范围.在这个基础上，设计者可以基本上确定机械结构设计的大小尺寸，占用空间等.尺寸设定好之后，需要对结构部件的材料进行选择，材料的确定，要考虑对应的力学参数，以及在结构运动过程中，参数的变化.

4.2对机床的结构方式进行确定

在机械结构设计过程中，一些重要的部位零部件，不仅要在图纸上进行理论论证说明，分析运用力学的应用逻辑，而且在实际结构部件组装时，还要能够顺畅对接.这就需要做好机床加工的结构布置方案.机床是冲压各种零部件的重要设备，在冲压过程中，会对一些关键的结构部位进行力度检验，运动力学运用是否合理，通过机床结构方式的变化，能够进行反复试验.所以，对于机械结构来说，运动力学的应用，必须要做到图纸与实物的顺畅对接，不能出现在设计图纸上论证可行的理论，而在实物机械结构中不能发挥作用的现象.机床的结构方式，同实际机械结构设备的设计模型要匹配，在运动力学原理的应用方法，机床内部的结构方式、动力作用传输、结构控制等，要做好设计科学，使用合理，这样才能够为机械结构的合理设计，提供良好的基础架构支撑.

4.3合理设定机械结构的各部件及总成结构形式功能

运动力学在机械结构运作时，要显示出其应用优势和特点，就需要对总体的结构形式机器功能进行合理设定.机械结构中的部件功能、性质，以及组合方式，要能够确保在发生一些较小的物理碰撞下，保持完好.各种组件的安装和拆卸，要考虑设计空间结构的便利性.例如，在内部空间结构比较小的情况下，一般耗材部件的更换，如果能够通过科学的设计，改变部件的一些形式，则会使得部件的更换变得省时省力.运动力学中常用的一些动力传输工具，例如齿轮、皮带、链条等，在这些传递部件中，皮带是比较容易损坏的.在考虑综合结构部件合理、性能达到要求的情况下，如果能够在设计中减少对皮带的使用，或者使用一些较小的齿轮代替，则会大大减小更换皮带的时间.这在实际机械设备施工作业中，往往会影响效率和实际作业质量.所以，对于机械结构设计中，很多部件更换问题，通过运动力学相关理论的融合与指导，变化动力、机械运动方式，保证其功能作用不受影响，这样才能够充分体现运动力学的应用价值.

4.4做好运动力学相关理论的计算校核

运动力学在机械结构设计应用方面，是需要进行比较复杂的计算和校核的.因此，对于设计技术人员一定要掌握必要的计算方法.例如支持PLC或数控系统或运动控制卡等这一类东西所需要的程序逻辑算法.举个简单的例子就是比如解决一只N轴联动的机械手的算法问题.需要考虑当臂关节平面移动，臂关节转动，肘关节平面移动，肘关节转动，腕关节转动，指关节摆动等一切运动所遵循的运动轨迹方程.要紧密联系物理现象的计算.比如静力学，运动力学，弹性力学，流体力学等.当设计某个零件时，首先要考虑这个零件所要承担或完成什么任务，再结合这些任务去确定这个零件的形状，确定形状和所需要满足的运动关系尺寸后再去针对这个零件的受力状态和受力性质以及材质同时考虑转速、热变形以及设计寿命等等诸多因素后到最后才能下手去确定各个部位的形状和位置尺寸.对于零件或部件加工或组装时候的工时以及各项工艺参数的计算，就比如制造某款设备，铁板下料部分需要进行铁板排料的计算.金加工部分对于不同的加工性质有不同的加工参数的计算以及不同的加工方法排列的计算，以及在这样的工艺参数下各个步骤所需要的加工时间的计算.

5结语

通过对运动力学的理论阐释及对其在机械结构设计应用中的使用角度和应用范围进行深度分析，便可得知运动力学对机械设计所具有的非比寻常的指导作用和干预影响.由于机械产品的使用在当今经济活动中，与运动设备之间的联系越发紧密，因此在机械结构的设计活动中，需要机械运动理论的深度化透析和研究，并且紧随市场需求的步伐，进行相应的技术改革与理念创新，为国家的机械制造业提供更为便捷的服务.

参考文献：

〔1〕刘宇怀，冀林海，梁永红，王莉.ANSYS在机械结构设计中的应用研究[J].科技展望,（08）.

〔2〕乔栋.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].绿色环保建材,2016（08）.

〔3〕彭嘉斌，戴祝，廖瑛，陈志伟.运动力学对线在全膝关节置换术中的应用[J].国际骨科学杂志,2016（11）.

〔4〕刘小东，肖沪生，徐芳.超声技术检测动脉血管管壁运动力学的方法[J].中国中西医结合影像学杂志,（03）.

〔5〕张生芳，王志勇.运动力学原理在体育运动中的应用探讨[J].牡丹江大学学报,（02）.

篇11：运动力学中机械结构设计应用探析论文

运动力学在机械结构设计中，有着很高的应用价值.从当前的实践应用情况来看，其价值主要体现在如下两个方面：

2.1在机械结构零部件的链接方面

机械结构设计过程中，会用到很多零部件，而对零部件的链接，不同的链接方式，其效果和作用也不相同.例如，应用较多的零部件链接模式，间接链接和直接链接.在实际运用时，会出现相差较大的表现.不过在运动力学的核心指导思想上，机械结构设计中的关键要素在根本上是相同的.例如，很多机械结构，通过观测力矩的不同变化，然后计算不同联接点之间的摩擦力和压力，根据这些数据就可以合理的选择零部件的链接方式，并对零部件的材料选择、工艺制作等，提出更加的科学建议.运动力学在精确计算下，能够为机械零部件的指标性选择，提供更加有力的理论支撑.在一些工业机械设备中，常见到由于动力输出、链接方式的不恰当，容易导致结构整体功能发挥不出来，或者是动力传输效率低下，这些都与运动力学的运用情况有关，合理的运动力学应用设计，能够提高机械设备的`运作效率.对于减少不合理的动力输出减损，提高传输效率，有着很重要的作用.

2.2指导合理解决零部件的损耗

机械结构包含丰富的零部件，机械结构整体作用的发挥，主要是依靠零部件的运动实现的.而在对机械零部件进行操作环节，由于各种零件之间会产生摩擦，所以摩擦损耗几乎是不可避免的.在这种情况下，运动力学的原理和理念，就可以发挥非常重要的指引作用.通过借助运动力学的机械运动理论，根据机械机构中的零部件在摩擦运动中的实际做功情况，可以比较精确的计算不同结构部位的损耗系数.机械结构设计如果掌握了各种零部件比较精确的损耗系数，则会在零部件的材质选择、调试保养方式方面，进一步提高水平，从而降低机械结构的损耗程度，延长使用寿命.在一些比较重要的精密机械结构中，例如，医疗设备、分析仪器等，里面往往有一些容易损耗的材料，如果相关的结构的力学设计不合理，会导致局部作用力的偏大失衡，其结构就是导致一些抗磨性较差的部件发生损坏，从而影响实际使用效果.因此，通过对运动力学应用的科学分析，梳理每一个结构部件的运动力学应用情况，对存在问题的，要进行调整优化.

3机械结构设计中，运动力学的常用设计准则

3.1要能够满足力学的各方面综合要求

机械结构的设计，是一项比较复杂、系统的工作，而在设计过程中，很多地方运用到运动力学原理以及其他方面的物理力学原理.这就要求在设计机械结构时，要综合考虑各种情况下，力学原理的使用准则.例如，对于在使用时，不断运动的机械结构，要考虑运动力学在不同结构部位运用是否合理，机械结构自身的强度、运转速度等，都会影响运动力学原理的最终表现效果.机械设备在运转作业时，不同的结构部位，其所受到的作用力不同，也会使得结构部件的抗疲劳性能发生变化，从这个角度来说，在研究运动力学应用的同时，也需要考虑到材料力学、疲劳力学以及其他可能发生的物理变化的，在综合各方面要求的基础上，通过合理的设计，发挥运用力学的综合指导作用，提高机械结构设计的合理性.

3.2创新机械结构的设计理念

运动力学在现代机械结构设计中，运用的方式方法在不断创新变化.而机械结构设计的理念，也要随着新的技术的应用突破，进行不断创新.机械结构设计中运用较多的设计理念，就是变元设计方法.变元设计理念的核心内涵就是定元、定向控制设计，找到影响结构设计的关键因素，并通过对变量的调整变化，设计好机械结构变化情况下运动力学适用模型.很多创新结构和新的结构模型，在使用过程中表现的效果非常好.运用运动力学，既要达到结构设计的科学合理，同时，又要保证机械结构设计使用的经济效益.在很多大型的机械设备运转时，有结构组织的变化，可能会导致结构部件之间的作用力发生变化，在这种情况下，定元、定向的设计方法，就能够控制好机械结构的关键程序，实现最优化的设计，减少不当的设计失误.

篇12：机械结构设计教学方式革新的成效论文

机械结构设计教学方式革新的成效论文

培养具有创新精神和创造力的高素质人才是21世纪中国高等教育的神圣使命。如何从应试教育转化到素质教育，优化结构，提高教学质量，已成为今后的发展重点。对于机械专业本科生，应该注重技术应用能力与综合素质培养[13]。上海理工大学的机械专业历史悠久，基础雄厚，2008年机械设计制造及其自动化本科专业被评为国家教育部特色专业。为了培养学生的机械设计综合能力，学院开设“机械结构设计”这门课，教材采用自编书目。“机械结构设计”是根据设计要求，确定设计原理后形成工程技术图样的过程，是与产品设计和方案设计同等重要的机械设计的一个方面。结构设计内容包括功能设计、质量设计、优化设计和创新设计，涉及机械制图、力学、材料、机械原理、机械零件、公差与配合、机械制造工艺、数控技术等多门课程知识，是许多专业知识的综合运用。学生修完这门课程，要求掌握结构设计的原则和步骤，能够独立进行机械结构设计，在达到功能要求和质量要求的基础上，尽可能理解优化和创新设计的原理和方法[4]。

一、教学过程中学生存在的问题

(一)设计基础薄弱

在“机械结构设计”课程讲授之前，学生仅做过“机械设计”课程设计，设计内容是减速箱。该课程设计时间短，大多数学生基本是按照例图进行改进，所以学生只是达到了“知其然，不知其所以然”的程度，没有真正的有“设计者”角色的体会。因此，对机械结构设计的过程、步骤和原则还没有清晰的认识。

(二)基础技能欠扎实

尽管学生已经学过需要预修的课程，但很多学生是为了应付考试，在学习“机械结构设计”这门课程时，以前所学的专业知识已经忘记大部分。另外，学过的知识在学生的脑海里是零碎的知识点，当时还仅仅停留在理解的阶段，离熟练应用还有不小的差距。主要表现在：看图能力不够强、空间想象能力弱、工程制图表达不清晰、对常用机构和标准件不熟悉、加工和装配工艺不了解等。

二、采取的措施

针对以上存在的问题，在介绍机械结构设计的内涵、原则、步骤和要求之后，为了使学生对机械结构设计有一个全面的、直观的认识，先以CA6140车床作为实例讲解，让学生由浅入深，培养兴趣，对比分析，启发思维。从深入了解车床运动和结构到完成课程设计，锻炼其所学知识应用能力，提高机械设计的综合素质[5]。

(一)案例教学

1.从运动分析到运动设计

在教学过程中，首先和学生一起分析CA6140车床的传动系统，包括主传动和进给传动。主运动见图1。图1(a)是传动系统简图，(b)为正转传动结构网。主运动理论有30级正转和15级反转，而实际只有24级正转和12级反转。分析了转速的特点，CA6140输出的转速是以1.26为公比等比数列(见图1(b)转速列)。其次引入标准公比、结构式、结构网和转速图的概念，重点讲解级比规律，以及设计出转速既没有重复又没有遗漏的等比多级变速系统的方法，并通过实例和作业使学生掌握此部分内容。由CA6140车床的主运动写出结构式，画出结构网，可以看出是由于第三扩大组不符合级比规律才出现了重复转速，由理论的30级变为实际24级。最后分析了CA6140的进给传动系统，介绍了内联系传动链的概念和各种螺纹以及机动进给的传动路线。在传动分析过程中，还结合CA6140车床，介绍了一些机电产品设计中常用的'机械通用部件：离合器、基本变速组、换向装置、制动装置、保险装置和操纵装置等。这些通用装置就好比是机械设计中的积木，在设计过程中可以借鉴和选用。

2.从结构分析到结构设计

CA6140车床的结构分析，主要集中在传动箱和进给箱上。在主轴箱结构分析过程中，首先了解各个轴的空间布局，除了传动轴支承和定位外，重点讲解了输入轴和车床主轴的结构。输入轴上分析了卸荷装置、双向摩擦离合器操纵装置、制动装置。在主轴结构上，按照主轴要求—传动方式—支承方式—轴承选择与配置—主轴的材料和设计这一主线，使学生对精密旋转部件结构有了更深入的了解。在授课过程中，对每个结构都进行详细讲解，收集了大量同类型的结构进行对比分析，并以往届学生的错误结构为例进行分析并改正。在普通机床主轴常用到的圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承作为径向支承，图2是常用的此轴承的间隙调整结构。图2中所示的4种结构，各有优缺点。(a)结构简单，但调整量难控制；(b)调整方便，但工艺性差；(c)调整方便，但易压偏；(d)调整量能精确控制。对4种结构进行对比分析后，使学生深刻体会到结构和功能密切相关，在以后的设计中，根据使用要求进行结构设计。在进给箱中，重点介绍了互锁装置和导向装置，有多种运动可以带动刀具进给。为避免机床损坏，所以不仅要实现车螺纹和机动进给运动的互锁，而且要实现纵向进给和横向进给运动的互锁。在CA6140中，实现车螺纹和机动进给互锁是通过开合螺母结构。开合螺母能够闭合的前提是任何一种机动进给运动都未接通，如果接通一种机动进给，则开合螺母机构无法操纵闭合。纵横向进给则通过限制操纵杆在十字槽中移动来实现互锁。通过分析CA6140的互锁结构，引入了平行轴和交叉轴，两种直线运动、两种旋转运动、旋转运动和直线运动之间常用的机械互锁结构。另外，进给箱在进给运动的驱动下刀架沿导轨实现进给；开合螺母的上下螺母在导轨的导向下实现开闭，由此引入导向装置，也就是常用的导轨。接着进一步介绍其分类、特点和数控机床导轨。最后，介绍了支承件的设计原则，在受力分析和静刚度概念的基础上，采用实例讲解各类支承件的结构设计。

(二)实验环节

这门课还安排了8个学时的实验，主要是增加对CA6140主轴箱、主轴、进给箱等结构的直观认识，配合理论教学。观察实物CA6140型车床外形结构，通过实验达到以下目的：了解主运动传动链的传动路线，观察各轴的空间位置；观察双向多片式摩擦离合器和闸带式制动器的结构，了解它们的调整方法及操纵机构的作用原理；观察六速单手柄操纵机构是怎样用一个手柄同时操纵两个滑移齿轮块，以获得6种不同的传动比；了解主轴前、后轴承间隙调整方法；了解车螺纹用换向机构的结构形式。

(三)课程设计

1.设计任务

设计一台车床的主运动系统和其中一个操纵装置，转速范围一定，转速级数一定，最大加工直径和电动机功率给定。在同一个班上，每个学生的题目都不相同，使学生能够独立思考完成。

2.设计计算

在讲授运动设计之后，课程设计的题目就发到每个学生的手上，这样在课余时间，就将计算部分完成，同时也巩固所学的内容。

3.工程图绘制

在课程结束后，开始两周时间的课程设计，学生基本都可以进行到画展开图草图程度。草图画完后，按照草图尺寸进行操纵机构的计算和主轴的校核。接着完善展开图，要求清晰表达转动路线和各个转动轴、主轴的详细结构。另外还要画一张剖视图，要求表达各轴的空间位置，以及某个滑移变速齿轮的操纵机构。最后一个环节是答辩，在学生讲述后，老师指出图纸上错误的地方，让学生思考并订正。

三、教学成效

从以上论述可以看出，这门课程整体的教学线路为：介绍实例—引出问题—对比分析—通用的结构和原则—设计实践。通过这门课程的学习，学生们在以下方面能力有所提高。(1)空间图形思维方面。在课堂上学习CA6140的结构，都是通过工程图，而在实验过程中，可以把工程图和实物对照起来。通过多次锻炼，提高了空间图形的思维能力。(2)结构和功能的结合。机械设计中，不同的设计者对机械系统的功能要求、使用条件以及工艺条件的理解上的差异造就了各自设计结果的多样性。通过多种类似结构的对比分析，认识到每种多样性的设计都会和特定的功能相对应。(3)标准件。标准件是机械设计的基础，用好标准件，可以提高机械设计的效率。通过课程设计，学生们对标准件进一步熟悉。(4)实践能力和综合素质。通过实验—授课—课程设计，经历了从实践—认识—再实践的过程。

因此，学生对结构的认识进一步深入，在认识的指导下，实践能力也得到了提高；另一方面，在这个过程中，学生把所学过的制图、力学、材料、机械原理、机械零件、工艺等方面的知识加以运用，因此在机械方面的综合素质也得到了提高。以上可以看出，经过这门课程的学习，学生初步形成了机械结构设计的思维，具有一定的独立设计的能力，为下一个夹具课程设计打下一定的基础。

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