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機械設(shè)計和機械原理的區(qū)別范文第1篇

傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)只是簡單滿足使用者的需求，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)則是運用計算機技術(shù)來縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期、降低產(chǎn)品的設(shè)計成本并進行后期的維護。對于農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計來說，它有著廣闊的市場，而且可以設(shè)計的種類非常多，但是農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計一般都沒有使用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，所以長期以來農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計水平相對較低。而運用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)可以使農(nóng)業(yè)機械設(shè)計有著更好的發(fā)展前景，使設(shè)計出來的農(nóng)業(yè)機械更加完善。目前，農(nóng)業(yè)機械的種類相對固定，功能沒有太大的改變，而且沒有過多的創(chuàng)新。比如，在播種機的設(shè)計中應(yīng)該考慮根據(jù)不同的播種對象來進行相應(yīng)的設(shè)計，即可以分為條形播種機和精密播種機，要根據(jù)不同的播種條件來進行相關(guān)的設(shè)計。另外還可以按照播種機工作原理的差異設(shè)計機械式和氣力式播種機，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能夠?qū)⑦@些種類進行區(qū)別設(shè)計。將數(shù)字化設(shè)計技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計過程中將會使農(nóng)業(yè)機械的種類更加豐富，使同一種類的產(chǎn)品有不同的功能區(qū)分，完善目前農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的不足之處，使農(nóng)業(yè)機械能夠得到更廣泛、更有效的運用。

二、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的前景

由于現(xiàn)今農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計水平相對落后，所以數(shù)字化設(shè)計技術(shù)必然在農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計過程中有更廣闊的應(yīng)用前景。比如，可以將虛擬技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械設(shè)計協(xié)同設(shè)計以及在農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中注重增強創(chuàng)新意識，下面將對這些數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的運用前景進行詳述。

2.1將虛擬技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中

虛擬技術(shù)是利用計算機技術(shù)來生成產(chǎn)品的三維圖像設(shè)計，通過虛擬技術(shù)可以使設(shè)計人員更加清楚地了解產(chǎn)品的形狀，另外虛擬技術(shù)可以對機械運動進行仿真模擬，即可以模擬所設(shè)計的產(chǎn)品的功能，這樣就便于設(shè)計人員對產(chǎn)品進行改進，更大程度上保障了產(chǎn)品設(shè)計的可行性。通過虛擬技術(shù)還能夠加快產(chǎn)品設(shè)計的速度，完善產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械設(shè)計協(xié)同設(shè)計制造

在農(nóng)業(yè)機械的制造過程中運用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能夠最大程度提升產(chǎn)品的可靠性，降低產(chǎn)品設(shè)計過程中的成本費用和設(shè)計時間。利用這一技術(shù)能夠使設(shè)計方案得到較快地更改，避免不夠完善的計劃造成生產(chǎn)成本浪費。

2.3農(nóng)業(yè)機械數(shù)字化設(shè)計過程中更加注重創(chuàng)新設(shè)計

現(xiàn)今的農(nóng)業(yè)機械種類和樣式差異不大，沒有較大的改良，所生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機械不能完全滿足農(nóng)民的需要，而且作用較單一，如果能夠?qū)r(nóng)業(yè)機械進行創(chuàng)新設(shè)計，那么將會使農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的種類更加完善，并且能夠更大限度的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)可以較快捷、可靠地幫助研發(fā)人員設(shè)計出不同的農(nóng)業(yè)機械，這將是未來農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計的必然發(fā)展方向。

三、小結(jié)

機械設(shè)計和機械原理的區(qū)別范文第2篇

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計；高等教育課程；中外對比；制圖標(biāo)準(zhǔn)

目前，在我國的高等教育培養(yǎng)體系中對于大學(xué)機械類專業(yè)的學(xué)生而言，掌握基本的繪制圖畫能力和運用各種制圖軟件進行計算機繪圖也是非常重要的。我國的機械制課程教育與西方國家如美國、德國等都有著較大的區(qū)別，這也體現(xiàn)在機械制圖的標(biāo)準(zhǔn)上面。因此，本文重點研究我國的機械制圖課程教育與國外西方國家的機械制圖課程教育有何種的區(qū)別，并對中外的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)也進行對比分析，看其是否能夠幫助我國的機械制圖行業(yè)更好的發(fā)展。

1我國的機械制圖課程及其標(biāo)準(zhǔn)介紹

目前，國內(nèi)大部分高等學(xué)校機械專業(yè)制圖設(shè)計方面的課程主要包括以下方面：首先是高級語言程序設(shè)計，目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠用C語言進行計算編程，利用計算機完成繪圖設(shè)計所需要使用到的程序；其次，就是工程圖學(xué)課程，讓學(xué)生能夠利用AutoCAD軟件進行基本的二維制圖和了解三視圖的投影關(guān)系；接著，想要能夠進行一般的機械制圖，肯定是需要懂得基本的機械原理和機械零件，對于各種機械傳動方式和零件進行介紹，這樣能夠使得進行制圖的時候不會出現(xiàn)基本的原理錯誤；最后，就是對整個機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用AutoCAD制圖軟件進行制圖設(shè)計。整體來說，我國的機械制圖課程還是主要圍繞著機械設(shè)計展開的，其他方面設(shè)計的還是較少，整個機械制圖課程缺少實踐性。在機械設(shè)計行業(yè)靈越，為也適應(yīng)我國的技術(shù)制圖標(biāo)準(zhǔn)，促進全國范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，在1989年國家技術(shù)監(jiān)督局就成立了全國技術(shù)制圖標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，編制出機械制圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)主要是包括基本的部分，圖紙幅畫，相關(guān)的比例、字體和樣式的要求，目前全國范圍內(nèi)通行的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)圖紙幅面和格式標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T14689-93；標(biāo)準(zhǔn)比例的標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T14690-93；字體的標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T14691-93，對漢字和字母的結(jié)構(gòu)形式做出明確的要求；相關(guān)線條的標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T4457.4-1984，對機械制圖使用的圖線名稱、結(jié)構(gòu)、標(biāo)記和畫法規(guī)則做出相應(yīng)的要求。

2國外的機械制圖課程及其標(biāo)準(zhǔn)介紹

在國外西方國家如美國、德國等高等教育學(xué)校機械專業(yè)制圖設(shè)計方面的課程主要包括以下方面：首先就是工程計算方面，他們采用的是Matlab程序進行設(shè)計和圖像處理，在這一方便數(shù)據(jù)處理的能力較強；其次，在工程圖學(xué)課程里面，他們絕大多數(shù)是使用Catia軟件進行應(yīng)用，都是從三維圖像的設(shè)計入手；接著，對于國外的機械專業(yè)設(shè)計制圖教學(xué)而言，他們有非常重要的實踐訓(xùn)練，學(xué)生可以參與到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計中，較為全面的掌握制圖設(shè)計的各個環(huán)節(jié)；最后，在國外的機械制圖課程里面也會教授機械設(shè)計的方法，對于基礎(chǔ)的機械也會進行專門的介紹，使得學(xué)生能夠掌握基本的設(shè)計原理。整體而言，國外西方國家的機械制圖課程相對起點較高，教學(xué)使用的都是較為先進的機械繪圖軟件，對于機械制圖的設(shè)計和實踐訓(xùn)練這一方面比較重視。隨著經(jīng)濟貿(mào)易的全球化，為了方便各個國家間的技術(shù)交流與合作，國家標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了一整套系統(tǒng)的工程技術(shù)交流語言，當(dāng)然這也包括了機械制圖的標(biāo)準(zhǔn)語言。在20世紀(jì)50S年布的工程制圖，到90S年代的技術(shù)制圖，整個的機械工程制圖經(jīng)歷著逐步的完善。目前國際范圍內(nèi)通行的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)圖紙幅面和格式標(biāo)準(zhǔn)號為ISO5457-1980；標(biāo)準(zhǔn)比例的標(biāo)準(zhǔn)號為ISO5455-1979；字體的標(biāo)準(zhǔn)號為ISO3098/1和ISO3098/2，對英文字母的結(jié)構(gòu)形式做出明確的要求；相關(guān)線條的標(biāo)準(zhǔn)號為ISO/DIS1128-24：1998，對機械制圖使用的圖線名稱、結(jié)構(gòu)、標(biāo)記和畫法規(guī)則做出相應(yīng)的要求。就國際機械制圖標(biāo)準(zhǔn)而言，由于要考慮到國際間的機械制圖流通，因此，相對要求更為嚴(yán)格和規(guī)范。

3中外機械制圖課程與標(biāo)準(zhǔn)對比性研究

通過上述的我國機械制圖課程和國外西方國家的機械制圖課程對比，可以清楚的看出我國的機械制圖課程還存在著一些問題，影響著我國的機械制圖工作。對于我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)與國際機械制圖標(biāo)準(zhǔn)相比，還是有明顯的區(qū)別，接下來就進行詳細(xì)的闡述。

3.1中外機械制圖課程比較性研究

對于我國的機械制圖課程與西方國家的機械制圖課程相比，總體而言各自都存在著特色，但是側(cè)重點有所不同。國外的機械制圖課程由于學(xué)年是實行3學(xué)期制，總體的課時數(shù)相對于我國的課程數(shù)量是較少的，但是從機械制圖的實際培養(yǎng)效果來看又是明顯高于我國的培養(yǎng)質(zhì)量。首先，從中外機械制圖課程的設(shè)計來看。我國的機械制圖課程還是基本使用到蘇聯(lián)式的教學(xué)設(shè)置，將整個機械制圖過程分解成為一個個小部分進行，側(cè)重強調(diào)產(chǎn)品的總體設(shè)計，而對于后續(xù)的設(shè)計沒有進行過多的關(guān)注；國外的機械制圖課程則是不僅僅關(guān)注基本的機械制圖原理和運用，對于涉及到的機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、后續(xù)的產(chǎn)品推廣等都有涉及到，并且學(xué)生也有機會參與到實際機械制圖中。其次，我國的機械制圖課程的設(shè)置太過注重機械局部，如液壓、機械和電子方面的局部設(shè)計，對于一些傳動方式也進行重點的講解。但是學(xué)生在進行設(shè)計的時候，并不能夠很好的理解和選擇合適的傳動的方式，對于一個整體并沒有進行很好的掌控。而國外機械制圖課程則是讓學(xué)生參與到整個的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，并圍繞著一整的發(fā)動機進行機械結(jié)構(gòu)教學(xué)，這樣才能很好地教導(dǎo)學(xué)生傳動原理和方式，使得教學(xué)具有綜合性。最后，我國的機械制圖課程講解完成課本上的知識點后，往往是讓學(xué)生按照課本教材進行重復(fù)性的實驗，每個學(xué)生都這樣模擬一遍。這樣的重復(fù)性教學(xué)，使得學(xué)生只能按照說明書和設(shè)計的內(nèi)容來進行學(xué)習(xí)，并沒有自身的想法和創(chuàng)作。對于國外的機械制圖課程而言，他們是非常注重學(xué)生自己的機械制圖設(shè)計，充滿著創(chuàng)新性，這對于學(xué)生的整體培養(yǎng)是非常有好處的。

3.2中外機械制圖標(biāo)準(zhǔn)對比性研究

對于我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)和國際的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)，總體而言，對比性的研究主要是從圖紙幅面、比例、字體和圖線這幾個方面來進行的。首先，在圖紙幅面方面，主要是包括圖框格式、標(biāo)題欄、對中符號和方向符號和圖幅分區(qū)等。我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)與國家間的制圖標(biāo)準(zhǔn)主要是我國長期采用的是留有裝訂邊的圖框格式，而國際標(biāo)準(zhǔn)是不留裝訂邊；并且國際標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定在X、Y型的圖紙上應(yīng)該畫上標(biāo)記方向符號；而我國的標(biāo)準(zhǔn)則是當(dāng)標(biāo)題欄位于圖紙右上角的時候才會在X型短上邊和Y型長上邊加上方向符號。其次，在機械制圖的比例方面，國際的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)只有1、2、5這幾個系列，而我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)還增加了1.5、2.5、3、4、6這幾個系列；并且，我國的機械制圖比例標(biāo)注中還增加了鉛錘和水平方向標(biāo)注的不同比例，并且對比例尺的形式也有著不同程度的說明和規(guī)定。接著，在字體的方面，我國的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)與國際的機械制圖標(biāo)準(zhǔn)差距主要體現(xiàn)在：我國對長仿宋漢字的要求，對于高度和寬度都有著要求，與國際的標(biāo)準(zhǔn)相比，增加了1.8mm高度，并且還增加了綜合應(yīng)用的規(guī)定，也給出了具體的事例說明。最后，在圖線方面，對于相關(guān)的機械制圖符號還是有一些差異。對于一些符號如“”，我國實際的機制制圖中會運用到，但是卻沒有在制圖標(biāo)準(zhǔn)里面說明；國際的標(biāo)準(zhǔn)線寬比我國的標(biāo)準(zhǔn)線寬度參考值增加了0.13mm，在規(guī)定的粗細(xì)線條比例關(guān)系中，國際標(biāo)準(zhǔn)選擇的是2：1，而我國的標(biāo)準(zhǔn)則是選擇3：1。

參考文獻：

［1］凌玲．新標(biāo)準(zhǔn)《表面結(jié)構(gòu)的表示法》在工程制圖教材中的貫徹與實施［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2010（1）．

機械設(shè)計和機械原理的區(qū)別范文第3篇

［關(guān)鍵詞］機電一體化系統(tǒng)設(shè)計；案例教學(xué)；學(xué)習(xí)興趣；創(chuàng)新能力

當(dāng)前我國正在實施《中國制造2025》規(guī)劃，這對我國工程教育特別是機械工程教育提出了更高的要求，機械裝備制造企業(yè)迫切需要具備機、電、控制、信息處理等多學(xué)科融合的機電裝備設(shè)計制造復(fù)合型人才。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，它涉及機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，是該專業(yè)所有專業(yè)課中工程性、實踐性、綜合性最強的一門課程，該課程后續(xù)的教學(xué)環(huán)節(jié)為畢業(yè)設(shè)計。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的任務(wù)是在先修課程的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，綜合運用各種專業(yè)知識，分析機電一體化產(chǎn)品的各組成要素之間的關(guān)系，實現(xiàn)機電系統(tǒng)要求的功能。因此，該課程對于學(xué)生全面了解和掌握所修其他課程的聯(lián)系，建立機電一體化的系統(tǒng)思維體系，培養(yǎng)綜合運用專業(yè)知識的能力，具有重要的作用。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容包括機械系統(tǒng)設(shè)計、傳感器測試、電機與驅(qū)動、微機原理與接口、微型計算機控制等內(nèi)容。各部分內(nèi)容之間相對獨立，課程自身的理論體系不突出，缺乏整體感。另外這些教學(xué)內(nèi)容中的有些內(nèi)容在先修課程機械原理、機械設(shè)計、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床、機械工程測試技術(shù)、微機原理與接口、單片機原理與接口、微型控制技術(shù)等課程中均有所涉及，極易造成教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，給學(xué)生一種重復(fù)教學(xué)的感覺，從而降低學(xué)生對本門課程的興趣。針對上述問題，我校在實施機電一體化系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)中，以實現(xiàn)機械、電子、控制、信息等各異技術(shù)融合為目標(biāo)，以實現(xiàn)閉環(huán)運動控制系統(tǒng)的伺服性能為出發(fā)點，以系統(tǒng)接口設(shè)計為主線，以案例教學(xué)為教學(xué)手段將以上教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合，實施案例教學(xué)改革。[1][2][3]

一、緒論教學(xué)案例設(shè)計

緒論部分是機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的關(guān)鍵部分，該部分對于學(xué)生理解本門的課程的特點和體系結(jié)構(gòu)具有重要的作用，該部分主要突出機電一體化系統(tǒng)的特點、組成、設(shè)計方法以及接口等。在教學(xué)過程中，我們首先對數(shù)控車床與非數(shù)控車床兩個案例在結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)缺點上進行對比，機電設(shè)備與非機電設(shè)備的區(qū)別在于增加了大腦“控制器”和神經(jīng)“傳感檢測單元”，從而提高了設(shè)備的自動化程度、精度和效率等。通過數(shù)控機床、機器人、AGV小車、數(shù)控雕刻機等案例介紹機電一體化系統(tǒng)的組成部分及各組成部分的功能，強調(diào)控制器和傳感檢測單元在機電一體化系統(tǒng)中的作用。另外在講解這部分內(nèi)容時，突出機電一體化系統(tǒng)各組成部分之間的接口連接，通過機械接口（聯(lián)軸器、傳動機構(gòu)等）、電子電氣接口（A/D、D/A、放大器、光電耦合器）、通信接口（232串行口、USB、以太網(wǎng)接口等）、軟件協(xié)議接口（TCP/IP協(xié)議、USB協(xié)議等）等案例，講解接口在機電一體化系統(tǒng)中運動、能量、信息傳輸變換中的作用，強調(diào)機電一體化系統(tǒng)通過接口將各異技術(shù)集成在一起，形成特定的功能。在機電一體化技術(shù)方向方面，主要強調(diào)當(dāng)前“機械功能電子化，電子功能軟件化”的發(fā)展趨勢，通過伺服電機變速代替變速箱，無刷直流電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)電刷直流電機，電子表代替機械表，電子秤代替機械秤，高能束加工代替刀具切削加工等案例講解機械功能電子化的發(fā)展趨勢及帶來的優(yōu)勢。通過軟件PID控制算法代替硬件PID控制器，可編程控制器PLC代替邏輯繼電器電路，可編程邏輯陣列FPGA代替專用芯片等案例講解硬件功能軟件化的趨勢及優(yōu)勢。通過以上案例，讓學(xué)生深刻認(rèn)識機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向及帶來的優(yōu)點。在緒論部分實施案例教學(xué)，可以避免相關(guān)知識點的填鴨式和說教式教學(xué)，使學(xué)生對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計這門課程有一個系統(tǒng)的認(rèn)識，強化了學(xué)生對機電一體化系統(tǒng)組成、功能、設(shè)計方法等知識點的認(rèn)識。

二、機械系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計

由于教學(xué)對象是機械專業(yè)的大四學(xué)生，多數(shù)學(xué)生一看到“機械系統(tǒng)設(shè)計”這個標(biāo)題就感覺這部分沒有新的內(nèi)容，認(rèn)為該部分內(nèi)容是機械設(shè)計課程內(nèi)容的重復(fù)，甚至認(rèn)為這部分內(nèi)容非常簡單，沒有必要在課堂上講。恰恰相反，機械系統(tǒng)設(shè)計是機電一體系統(tǒng)設(shè)計中最為關(guān)鍵的一部分。因此，在開始講解這部分內(nèi)容前，應(yīng)該首先點明機電一體機械系統(tǒng)設(shè)計與普通機械設(shè)計的區(qū)別，提高學(xué)生對該部分內(nèi)容的興趣。在課堂教學(xué)中，該部分首先通過如圖1所示的機械一體化系統(tǒng)中典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，說明機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)與非機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)最大的區(qū)別在于：機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)是微型計算機控制的閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，因此在進行機械系統(tǒng)設(shè)計時必須要考慮機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（慣性、剛度、摩擦、阻尼、傳動間隙、固有頻率）對閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能（快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性）的影響?；谶@一區(qū)別，展開講解機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能的影響，以及如何從機械系統(tǒng)設(shè)計的角度提高整個閉環(huán)系統(tǒng)的性能。機械系統(tǒng)設(shè)計部分的另外一個重要內(nèi)容是傳動機構(gòu)設(shè)計，通過齒輪傳動案例中的間隙、剛度等對伺服性能的影響，說明在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)該盡可能縮短傳動鏈，提高閉環(huán)伺服系統(tǒng)的性能，并以伺服電機變速代替?zhèn)鲃訖C構(gòu)變速、直線電機、力矩電機、電主軸等作為縮短傳動鏈的案例；只有當(dāng)電機與負(fù)載不能匹配的時候才考慮使用傳動鏈進行力矩、速度、轉(zhuǎn)動慣量的轉(zhuǎn)換。齒輪傳動鏈設(shè)計部分包括最佳傳動比的選擇、傳動級數(shù)的選擇、傳動比的分配等，這三部分內(nèi)容的講解都圍繞提高伺服性能為根本目標(biāo)，重點講解最小轉(zhuǎn)動慣量原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則分配傳動比。為了區(qū)別機械設(shè)計，本部分除重點講解齒輪傳動鏈設(shè)計外，還通過數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)進給工作臺、A/C軸雙擺角銑頭、機器人關(guān)節(jié)減速器等案例講解了雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動結(jié)構(gòu)、諧波減速器、RV減速器的各自原理以及在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

三、計算機測控系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計

計算機測量控制系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)采集機械部件的運動信息，并與給定值比較，生成運動控制指令。該部分的教學(xué)內(nèi)容在機械工程測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床、單片機原理與接口、微機控制技術(shù)等課程中均有涉及，因此，在本課程教學(xué)中將傳感器、伺服電機、工業(yè)控制機結(jié)合起來，以工業(yè)控制機為中心，以接口為橋梁，將相關(guān)內(nèi)容通過案例整合在一起。首先簡單介紹增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等位移測量傳感器的位移測量和辨向原理，由于上述傳感器直接輸出相位相差90度的正弦信號，因此隨后重點講解傳感器的接口電路如何對正弦信號處理獲得相位相差90度方波信號，以及如何完成變相細(xì)分等功能。在控制電機部分，重點介紹了步進、直流、交流電機的功率驅(qū)動電路，如斬波恒流功放電路、PWM原理、SP－WM原理等，比較了三種電機在扭矩和功率輸出特性上的不同點。最后以8051單片機為處理器，使用Proteus軟件設(shè)計了教學(xué)案例[4][5]，涉及位移傳感器測量接口電路和D/A轉(zhuǎn)換接口電路，PID數(shù)字控制等知識點。

四、機電一體化系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)是一個機械、電子、控制、信息等各異技術(shù)相融合的系統(tǒng)，在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的最后一章，以電腦刺繡機為設(shè)計實例，通過對這一典型機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程，使學(xué)生能夠根據(jù)設(shè)計需求綜合應(yīng)用機械系統(tǒng)設(shè)計、傳感器測試、電機與驅(qū)動、微機原理與接口、微型計算機控制等各方面知識來設(shè)計一個機電一體化的系統(tǒng)。如圖2所示，刺繡工藝的動作包括繡框在x、y兩個方向的直線往復(fù)運動和繡針在z方向的連續(xù)上下往復(fù)直線運動，通過這兩類運動的配合和刺料機構(gòu)的作用形成線跡，繡框在x、y兩個方向的移動距離決定了線跡的長度和方向，繡品由線跡的集合構(gòu)成。繡針在織物上方時，繡框沿x、y兩個方向移動到指定的位置，當(dāng)繡針自上而下落到織物表面時，繡框停止移動，在刺料機構(gòu)的作用下即完成一針線跡的動作。根據(jù)機電一體化系統(tǒng)的幾個功能要素，電腦刺繡機由微機控制系統(tǒng)（控制與信息處理單元）、移框步進電動機及主軸電動機（驅(qū)動與執(zhí)行單元）、x、y、z三個方向的傳動機構(gòu)及刺料機構(gòu)（機械傳動單元）、針桿位置傳感器（傳感檢測單元）、220V單相交流電源（動力單元）、機架（機械結(jié)構(gòu)單元）以及各部分之間的接口組成。由刺繡打版機輸出的刺繡花樣數(shù)據(jù)保存在電腦刺繡機的EPROM或磁盤中，電腦刺繡機的工作過程如下：控制微機啟動主軸運轉(zhuǎn)，由刺料機構(gòu)帶動旋梭和針桿運動，微機從刺繡花樣數(shù)據(jù)文件中順序讀取每一針的x、y相對位移坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過兩個電機的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)驅(qū)動繡框在平面內(nèi)進行移動，微機通過讀取針桿位置檢測器的信號使繡框的平面移動與刺料機構(gòu)的運動相互配合。電腦刺繡機設(shè)計參數(shù)的計算主要包括x、y、z三個方向運動件的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算、結(jié)構(gòu)參數(shù)計算以及品質(zhì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和界面參數(shù)的確定。運動參數(shù)計算主要包括主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定、繡框位移計算、繡框位移與主軸轉(zhuǎn)動的運動配合、繡框運動速度計算、主軸轉(zhuǎn)速計算、x、y步進電動機工作頻率及傳動比計算、移框加速度計算等；動力參數(shù)計算主要包括刺料機構(gòu)驅(qū)動功率計算、移框步進電動機驅(qū)動力矩計算等；結(jié)構(gòu)參數(shù)計算主要指刺繡機工作臺面的長、寬、高三個方向尺寸的計算及機頭頭距的計算；品質(zhì)參數(shù)主要包括系統(tǒng)可靠性、傳動精度等；環(huán)境參數(shù)包括工作電壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等；界面參數(shù)則用于表征機器的人—機對話方式和功能。系統(tǒng)各部分之間通過接口進行連接，主要的接口包括微機系統(tǒng)前向通道與各傳感器模塊的接口以及微機系統(tǒng)后向通道與各功率驅(qū)動模塊的接口，各接口通過采用光電隔離技術(shù)防止外部模塊對微機系統(tǒng)的回饋干擾以及防止強電信號對微機電源的干擾。盡管電腦刺繡機由微機對刺繡工藝實行全面控制，但刺繡過程會出現(xiàn)斷線、斷針等隨機因素。為保證刺繡工藝的準(zhǔn)確進行，系統(tǒng)必須對針桿位置、繡線通斷狀況、繡框極限位置進行實時檢測，因此，系統(tǒng)必須包含繡針布上布下位置檢測、針桿最高位置檢測、斷線檢測、繡框越界檢測等傳感檢測模塊。各傳感器模塊與微機系統(tǒng)前向通道之間需要進行接口設(shè)計，另外，微機系統(tǒng)后向通道與電機驅(qū)動模塊之間也需要進行接口設(shè)計。微機控制系統(tǒng)是電腦刺繡機系統(tǒng)的核心，根據(jù)用戶要求和工藝分析，控制微機除完成用戶的基本要求外，還應(yīng)具備花樣存儲與選擇功能、記憶功能、工作狀態(tài)顯示功能、各種進退針功能等功能。微機控制系統(tǒng)設(shè)計除滿足上述設(shè)計要求外，還應(yīng)對控制微機的軟硬組成方案進行初步設(shè)計。

五、結(jié)束語

針對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程工程性、實踐性、綜合性最強的特點，圍繞機械一體化閉環(huán)伺服系統(tǒng)的各組成要素，實施案例教學(xué)，通過典型案例實現(xiàn)理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，不但加深了學(xué)生對機電一體化系統(tǒng)的理解，而且提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

［參考文獻］

［1］楊普國，孫佘一，陳俊.項目式案例教學(xué)方法的研究與實踐［J］.昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2011（5）：83-86.

［2］趙麗梅，李焜.機電一體化技術(shù)課程中案例化教學(xué)改革與實踐［J］.大學(xué)教育，2016（3）：106-107.

［3］覃金昌，陳志.基于Simulink和GUI的機電一體化課程案例仿真教學(xué)研究［J］.機械工程師，2016（5）：22-24.

［4］李琦，王基，劉永葆.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學(xué)改革與實踐［J］.高等教育研究學(xué)報，2010（1）：100-101.

機械設(shè)計和機械原理的區(qū)別范文第4篇

關(guān)鍵詞 機械設(shè)計；差異演化算法

中圖分類號TH13 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2014）106-0153-02

1 差異演化算法

差異演化是Rainer Storn和Kcnncth Price 在1996年提出的一種新型演化算法，隨后由于它的簡單好用，并且不容易出錯，程序相當(dāng)穩(wěn)健在短期內(nèi)得到了非常大的發(fā)展，并被廣泛且迅速地應(yīng)用到了很多的科研和商業(yè)領(lǐng)域。它類似于遺傳算法，可以模擬生物進化，今年來已經(jīng)成為演化算法中的研究熱點，形成新的隨機計算模型。近30年的研究充分表明，模擬自然界的生物的進化方法可以產(chǎn)生新的計算機算法，差異演化算法形成的新的變異向量是其它相似向量的差異形成得到，不需要所求函數(shù)的其它輔助信息，然后采用優(yōu)勝劣汰的自然選擇機制產(chǎn)生下一代種群，尤其適合一些非線性和超高維問題的優(yōu)化。 與其它演化算法相比，差異演化算法的搜索性能是強大的，并且更適合求解高維問題和非線性問題，適合求解多目標(biāo)優(yōu)化問題。

差異演化算法最開始是從實數(shù)編碼的算法而來的，它像遺傳算法一樣，結(jié)構(gòu)與遺傳算法很類似，它們的主要的操作區(qū)別是如何變異操作。目前差異演化算法已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

2 算法優(yōu)化設(shè)計

大家都在研究如何優(yōu)化這個問題，主要的研究方向是在滿足一定的約束條件下，尋找一組合適的參數(shù)值，達到最滿意的結(jié)果。人們在很多的領(lǐng)域都很重視優(yōu)化的問題，如：系統(tǒng)控制優(yōu)化、人工智能優(yōu)化、模式識別優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化等等。在機械設(shè)計中的應(yīng)用就更廣泛了。因此，優(yōu)化理論具有理論和應(yīng)用的研究價值，而與優(yōu)化理論關(guān)系緊密的算法研究也同樣具有相應(yīng)的價值。

3 差異演化算法在機械優(yōu)化設(shè)計中的使用

在機械設(shè)計過程中，設(shè)計者經(jīng)常需要查閱一些手冊和文獻資料，以獲得有關(guān)的計算公式和大量數(shù)據(jù)，例如零部件的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，材料的機械性能，許多應(yīng)力和各種系數(shù)等數(shù)據(jù)或曲線圖表。用理論設(shè)計代替經(jīng)驗設(shè)計、用精確設(shè)計代替近似設(shè)計、用優(yōu)化設(shè)計代替一般設(shè)計將成為設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。

一般的機械設(shè)計都是設(shè)計人員按照各種資料提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合自己的工作經(jīng)歷和經(jīng)驗，對已有的產(chǎn)品進行類比，比較出優(yōu)點和缺點，初步定出設(shè)計的方案，再通過驗算確定方案是否是可用的。優(yōu)化設(shè)計，是利用電腦的計算優(yōu)勢采用數(shù)學(xué)的方法，用數(shù)量的指標(biāo)對最終的方案進行評判和選擇，得到一個相對來說具有最優(yōu)功能的計算算法。通過這樣的過程獲得的方案不僅是可用的，而且也是相對最優(yōu)的。它的一般過程是先明確設(shè)計的任務(wù)，再確定設(shè)計的變量參數(shù)，在明確變量的取值范圍然的情況下確定設(shè)計函數(shù)來確定優(yōu)化方法，最后編寫優(yōu)化程序，總之得出優(yōu)化結(jié)果并圓整。

機械優(yōu)化設(shè)計是在機械設(shè)計領(lǐng)域利用將最優(yōu)化原理和計算機技術(shù)相結(jié)合，為了提供穩(wěn)定可靠的機械裝置，利用更加科學(xué)、更加有效率的理論和方法來完成設(shè)計方案，從而解決機械優(yōu)化設(shè)計中遇到的難題。機械優(yōu)化設(shè)計是將機械工程的設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為計算機算法的最優(yōu)化問題，機械設(shè)計的問題大部分都已經(jīng)解決，目前是在傳統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上，讓它更精確，更符合潮流。而選擇適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化算法，利用計算機的高速運算功能從眾多滿足要求的并且是正確的設(shè)計方案中尋找設(shè)計者比較滿意的設(shè)計方法，達到設(shè)計者預(yù)期的目標(biāo) 。它可以解決過去難以處理的問題，優(yōu)化設(shè)計是機械設(shè)計的一種新途徑，它是為了更加優(yōu)秀而去其糟粕，取其精華，從而提高傳統(tǒng)設(shè)計的效率和質(zhì)量。

機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，在機械設(shè)計的早期是主要是研究機械運動參數(shù)的。如材料尺寸、加工能力、最小的尺寸和重量，最好的性能，使之具有最可靠、最低消耗和最少環(huán)境污染。機械設(shè)計的分類很多，有農(nóng)業(yè)機械設(shè)計，礦山機械設(shè)計、紡織機械設(shè)計、汽車設(shè)計、船舶設(shè)計泵設(shè)計、壓縮機設(shè)計、汽輪機設(shè)計、內(nèi)燃機設(shè)計機床設(shè)計等專業(yè)性的機械設(shè)計分支學(xué)科。但是這些問題又有許多共性技術(shù)，例如機構(gòu)分析和綜合、力與能的分析和計算，工程材料學(xué)、材料強度學(xué)、傳動、、密封，以及標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、工藝性等。計算機輔助設(shè)計引入優(yōu)化設(shè)計方法后，把優(yōu)化設(shè)計方法與計算機輔助設(shè)計結(jié)合起來 ，解決這些共性的問題。

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計問題的特點選擇優(yōu)化算法是一個重要的問題。一般要對優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計變量數(shù)、約束條件數(shù)、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的復(fù)雜程度等進行分析，并深人了解各種優(yōu)化方法的特點，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇。

機械優(yōu)化設(shè)計是一門新的學(xué)科。它是在現(xiàn)代機械設(shè)計理論的基礎(chǔ)上提出的一種更科學(xué)的設(shè)計方法，它可使機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量達到更高的要求。因此，在加強機械設(shè)計理論研究的同時，還要進一步加強最優(yōu)設(shè)計數(shù)學(xué)模型的研究，使其更能反映客觀實際。

優(yōu)化設(shè)計英文名是optimization design，從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計方法。它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計算機為手段，根據(jù)設(shè)計所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計方案。選定在設(shè)計時力圖改善的一個或幾個量作為目標(biāo)函數(shù)，在一定約束條件下，以數(shù)學(xué)方法和電子計算機為工具，不斷調(diào)整設(shè)計參量，最后使目標(biāo)函數(shù)獲得最佳的設(shè)計。通常設(shè)計方案可以用一組參數(shù)來表示，這些參數(shù)有些已經(jīng)給定，有些沒有給定，需要在設(shè)計中優(yōu)選，稱為設(shè)計變量。如何找到一組最合適的設(shè)計變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好、質(zhì)量最高、成本最低（即技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)最佳），有市場競爭能力，同時設(shè)計的時間又不要太長，這就是優(yōu)化設(shè)計所要解決的問題。一般來說，優(yōu)化設(shè)計有以下幾個步驟：1）建立數(shù)學(xué)模型；2）選擇最優(yōu)化算法；3）程序設(shè)計；4）制定目標(biāo)要求；5）計算機自動篩選最優(yōu)設(shè)計方案等。通常采用的最優(yōu)化算法是逐步逼近法，有線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃。

參考文獻

[1]劉麗.基于實體有限元的機械優(yōu)化設(shè)計方法及其應(yīng)用.大連民族學(xué)院學(xué)報.

機械設(shè)計和機械原理的區(qū)別范文第5篇

摘要：在機械加工的過程中，機械部件在加工出來之后總是會受到或多或少因素的影響，出現(xiàn)誤差進而不能達到設(shè)計的初衷。因此為了提高機械制造和加工的質(zhì)量，就必須采取相應(yīng)的措施。本文通過討論影響機械加工精度的幾種主要因素并找到提高加工質(zhì)量的解決途徑。

關(guān)鍵詞：機械加工；精度；主要因素

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，機械設(shè)計行業(yè)也在不斷的進步，社會對于機械設(shè)計也提出了更高的要求。而其中對于機械加工精度的考量顯然成為一個顯著的特色，因為機械加工精度對于整個機械設(shè)計行業(yè)來說至關(guān)重要，因此提高對機械加工精度的重視程度，著重的分析影響其精度的主要因素是現(xiàn)階段我們必須要做的。下面我們闡述幾種主要的影響因素。

一、加工造成的誤差

1、刀具輪廓造成的誤差

要想在成型的刀具上加工復(fù)雜的曲面，僅僅借助刀具刃口達到這一效果是遠遠不夠的，一般我們都是以圓弧、直線等直觀類同的線形替換理論曲線。比如在用滾刀對線性齒輪進行切割時，為了工作的方便性，一般都是采用阿基米德原理中的蝸桿方法進行處理，造成了加工原理的誤差。

2、加工運動造成的誤差

有些時候，由于部分器件的表面比較特殊，因此保證器件與刀具之間的相對穩(wěn)定性，以此來實現(xiàn)穩(wěn)定性。但是由于在實際操作的過程中，理論上的絕對準(zhǔn)確加工原理會讓整個工作過程變得十分的復(fù)雜，造成加工不能順利的進行，出現(xiàn)不必要的誤差。例如在磨削模數(shù)螺紋時，它的原理公式中有π這個因數(shù)，因此在根據(jù)原理進行加工時，或多或少的都會破壞加工的精度，造成一定的誤差。

二、機床工藝系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差

工藝系統(tǒng)由于是一種彈性系統(tǒng)，因此在進行加工時如果受到切削力或者是傳動力等外界因素的影響，往往會改變加工器件與加工刀具之間的位置，造成加工誤差。其主要包括受力造成的誤差和受熱造成的誤差兩種情況。

1、工藝系統(tǒng)受力造成的誤差

在器件的切削過程中，加工刀具的高速運轉(zhuǎn)非常容易造成工藝系統(tǒng)的剛度改變，造成系統(tǒng)的變形，與預(yù)期的位置或者是質(zhì)量等有很大的區(qū)別，導(dǎo)致加工零件出現(xiàn)誤差。此外還容易受到誤差的復(fù)映，毛零件由于有了加工器件的大概，因此在加工的過程中很容易因為看錯等原因出現(xiàn)狀況，接頭造成工藝系統(tǒng)的外形改變，最終導(dǎo)致器件的誤差較大。

2、工藝系統(tǒng)受熱造成的誤差

首先就是機床熱變形造成的影響。機床由于是由不同的部件組成的，因此在受熱的過程中，其受熱不均勻?qū)е赂鞑课恢g溫度的差異，久而久之就會造成機床構(gòu)件的變化，嚴(yán)重影響了機床的加工精度。其次，刀具加熱的影響。刀具變執(zhí)過程較快，造成了刀具熱脹冷縮現(xiàn)象嚴(yán)重，雖然造成的誤差不是很大，但是對于那些加工要求較高的零件來說，很小的誤差就容易造成整個加工過程的報廢，嚴(yán)重影響了工作的質(zhì)量和時間。最后，工件熱變形后也會造成一定程度的誤差，不同的加工措施對于部件的影響各有區(qū)別。當(dāng)工件不均勻受熱時，非常容易造成誤差，影響工作的精度。

三、磨損老化造成的加工誤差

當(dāng)主軸受到磨損老化之后，主軸的角度擺動既會造成零件加工表面的圓柱度誤差，還會造成其表面的圓度誤差，雖然影響不是很大，但是仍會影響相應(yīng)的精確度。當(dāng)傳動鏈出現(xiàn)老化之后，由于傳動鏈的傳動機構(gòu)數(shù)量等于傳動誤差成正比關(guān)系，如果此時傳動鏈出現(xiàn)磨損，那么同等重量的情況下，肯定會造成更大程度的誤差，加工的精度也就大不如從前。如果機床導(dǎo)軌出現(xiàn)磨損，那么對于機械加工工作來說損失巨大，因為機床導(dǎo)軌是機床的核心組成部分，它能夠保障機床的正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)軌出現(xiàn)誤差時，對于機床生產(chǎn)出來的零件就會呈現(xiàn)出較大的誤差，對零件的精度影響也較大。

四、刀具或者是夾具造成的磨損

由于刀具或者是夾具自身的質(zhì)量或者是材料不同，因此當(dāng)出現(xiàn)磨損時對加工精度就會產(chǎn)生不同的誤差。普通的刀具出現(xiàn)磨損后造成的誤差顯然不會直接影響精度，成形的刀具例如齒輪滾刀等的誤差就會直接作用到機械加工過程中，直接干擾零件的精度，造成較大的誤差。而夾具出現(xiàn)磨損主要是因為夾具夾的過緊、定位誤差或者是分度出現(xiàn)誤差等，非常容易造成工件的定位誤差，嚴(yán)重干擾加工精度。

五、減少誤差的辦法

針對以上幾種影響加工精度的因素，我們通過仔細(xì)的研究可以找到合適的解決途徑和辦法。

1、誤差轉(zhuǎn)移法

其實質(zhì)主要是指將工藝系統(tǒng)的集合誤差、受力變形等轉(zhuǎn)移到別的地方從而實現(xiàn)加工的精度。在箱體的孔系加工中，由于孔系的位置和孔距之間的尺寸都需要格外的精確，這對于加工精度具有重要的作用，在機床精度不合格的情況下，通過誤差轉(zhuǎn)移的方法，通過一般精度的機床完成其原來不能完成的工作，加工出高精度的零部件。

2、誤差補償法

誤差補償法主要是用來抵消工藝系統(tǒng)中原有的誤差或者是利用一種誤差去抵消另一種誤差，從而實現(xiàn)工件精度的提高。例如在零件的加工過程中，通過運用校正機構(gòu)的方式來提高絲桿車床傳動鏈的精度，如果機床的傳動鏈在傳動的過程中出現(xiàn)問題，那么我們通過螺紋加工矯正裝置或者是采用預(yù)加載荷法則等措施減少其造成的誤差，從而提高其精度。

3、誤差減少法

誤差減少法又稱為直接減少原始誤差法，就是對零部件中存在的原始誤差進行消除或者是降低。例如當(dāng)使用車削細(xì)長軸的加工過程中，如果采用反向切削法，那么就可以基本上消除工件彎曲變形的現(xiàn)象，從而減少不必要的誤差，保證機械加工的精度。

結(jié)束語：

機械加工行業(yè)由于經(jīng)濟的發(fā)展在人們的日常生活中的作用來越重要，如何減少機械加工的誤差從而保障加工工作的精度一直困擾著我們。通過仔細(xì)的分析影響精度的幾種重要因素，例如加工系統(tǒng)或者是刀具夾具出現(xiàn)老化等狀況，找到能夠盡量減少誤差的幾種方法，逐步的提高機械加工工作的精度，從而保障機械加工行業(yè)更好的造福于人們的生活。

參考文獻：

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