前言：中文期刊网精心挑选了机械原理中构件的定义范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
机械原理中构件的定义范文1
关键词：传动装置；行星齿轮；减速扳手；运动仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.248
0 引言
通过行星齿轮传动减速放大力矩，使得输入较小的力矩，就可以输出较大的力矩，从而“轻松”地松开和紧固螺栓。行星齿轮减速扳手有输入很小的力矩就可以得到很大的输出力矩，具有体积小、重量轻、便于携带、效率高和成本低等优点，很适合应用于我国货车运输领域。一般市场上销售的便携带式扳手，其工作原理是通过增大力臂和作用力来增大扭矩。这种扳手的输入力矩也就是输出力矩。而人所产生的作用力是有限的，只能通过增大力臂来增大输出力矩，即增长扳手手柄的长度，与其便于携带这一特点产生矛盾，且即使这样增大的输出的扭矩也有限。
20世纪70年代行星齿轮减速扳手第一次出现。70年代末日本、美国和德国等工业发达国家已有定型的大扭矩变扭扳手产品供应市场[1]。其中最大力的20-1800P型特尼扳手，最大输出扭矩达到1800N.m。现在国外的放大力矩扳手产品已向自动化，轻型化方向发展，而智能化已是其发展趋势。而国内已经有的研究都集中于将行星轮系作为减速器和变速器使用，包括运动的合成与分解。我国对用做力矩放大C构的行星轮系研究的非常少。
1 Pro/E各零件三维模型
Pro/E采用了模块的方式，可以分别进行草图的绘制、零件的制作等保证用户可按照自己的需要进行选择使用。参数化设计--相对于产品而言，我们可以把它看成是几何模型，而无论是多么复杂的几何模型，都可以把其分解成有限数量的构成特征，而每一种构成的特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。64型行星齿轮减速扳手的建模主要对齿轮、轴、芯架、筒体的建模，完成对部件的装配图，各个齿轮采用参数化建模[2-4]，各个零件三维模型如下图所示：
2 创建连接方式
在装配环境中，选择连接类型创建机构连接，是运动仿真设置的最重要环节，该操作直接影响运动仿真的设置效果。连接就是元件与元件、元件与组件通过一定的约束集装配在一起，并限制两者的自由度，从而两者之间建立一个确定的运动关系。在装配模式下，建立连接的目的是限制零件部分和全部自由度，执行该操作是创建运动的先决条件。当向一个装配体中添加一个元件时，系统进入装配约束操作界面。在设置连接约束时，连接到装配体中的元件与装配体中其他的元件间存在相对运动，运动类型与选取的连接类型有关。每一种连接类型都与一组独立的几何约束相关联，而这些约束与传统的Pro/E装配约束（对齐、匹配）意义相同[5]。在设计一个机械装配时，应当熟悉元件与装配中其他各元件间相对运动关系和放置约束关系，以及该元件的自由度。例如：销钉连接需要定义一个轴对齐和一个平面匹配（对齐）约束或点对齐约束，这样销钉连接就有一个旋转自由度，这就意味着使用销钉连接的元件可以相对于它所依附的元件旋转，但不能在该元件上移动或移开，如图2-1所示是输入轴的销钉连接：
由于销钉约束是最基本的连接类型，将元件连接至参照轴，元件可以绕指定轴旋转，具有1个旋转自由度。如图2-2、图2-3是约束后的装配图，为后续仿真做准备。
3 建立动力模型
在Pro/E5.0中，单靠设置元件与组件的约束方式，使元件在组件中保留部分自由度，元件在组件中仍然无法移动或旋转，必须对该连接组件的某些元件赋予动力，这样元件才能够做仿真运动。在机械操作环境中，伺服电动机能够为机构提供“动力”，而使用运动副可实现机构中两构件互做相对运动的活动联接。伺服电动机可规定机构以特定方式运动（可以实现旋转及平移运动），并且能够以函数的方式定义运动轮廓。伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动，将位置、速度或加速度指定为时间的函数，并可控制平移或旋转运动。通过指定伺服电动机函数，可以定义运动的轮廓。允许用户从多个预定义的函数中选取指定函数，也可输入自己的函数，并且可以在一个图元上定义任意多个伺服电动机。最终选择输入轴为运动轴，如图3-1所示：
在轮廓选项中，规范一栏选择速度并输入速度值为300，如图3-2所示：
4 建立运动副
机构的重要特征是构件之间具有确定的相对运动，为此必须对各个构件的运动加以必要的限制。在机构中，每个构件都以一定方式与其他构件相互接触，两者之间形成一种可动的连接，从而使两个相互接触的构件之间的相对运动受到限制。两个构件之间的这种可动连接，称为运动副。运动副限制了两构件之间的某些运动，而又允许有另一些相对动。两构件组成运动副时，构件上能参与的点、线、面称为运动副元素[6]。
由于该机构属于齿轮传动，使用齿轮副可以控制两个连接轴之间的速度关系，用以模拟齿轮系统的仿真运动。设计者可以方便地定义齿轮参数，从而大大提高了设计效率。齿轮副中的每个齿轮都需要定义两个主体和一个约束集。第一个主体指定为托架，通常保持静止。第二个主体能够运动。根据所创建的齿轮副的不同，该运动副可分为“标准”和“齿条与齿轮”两种类型。最终定义的齿轮副连接如图4-1所示：
在装配设计中，确定零件间运动关系，给定主动件的运动并且给个伺服电机，可以模拟显示整个机构的运动，通过动态仿真可以检查机器各零部件间的位置约束和运动关系的正确性。
上述过程给出了行星齿轮减速扳手三维实体传动之间连接的过程，其传动部件的连接过程可以仿此进行。图4-2是运动仿真图片：
5 总结
Pro/E中的机构运动仿真模块Mechanism进行装配模型的运动学分析和仿真，使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。在Pro/Mechanism中创建的机构，可以导入到Pro/E Mechanica motion中，以便进行进一步分析，或者将机械设计模型引入到设计动画中。Pro/E运动仿真大大提高了工作效率，降低生产成本。对于促进企业的技术的进步和发展具有良好的推进作用。
（下转第285页）
（上接第280页）
参考文献：
[1]日本工业.技术展览会.北京，1975.
[2]孙恒，陈作模.机械原理[M].第七版.高等教育出版社，2006.
[3]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].第八版.高等教育出版社，2010.
[4]周大伟.Pro/E参数化设计在直齿轮建模中的应用[J].河南科技，2014（11）：135.
[5]张延，胡修池.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0应用教程[M].机械工业出版社，2012.
[6]叶华.Proe（MXD）运动仿真与机构运动分析实例[J].智能城市，2016（11）：96.
项目名称：广东理工学院精品资源共享课机械制图与CAD（JPKC2015001）
机械原理中构件的定义范文2
吊装是指在起重机械的作用下，工件被提升并安装到规定位置的施工作业。吊装工艺是由起重机械的类型、工件结构形式、施工场地条件综合确定的，非常具有创造性，不能一劳永逸，同样的设备、同样的起重机械，对不同的安装单位、不同的施工场地条件，会衍生不同的吊装工艺。石油化工项目上常用的起重机械主要有桅杆、桥式/门式起重机、汽车式起重机和履带式起重机。随着起重机械受力构件性能的不断优化和大型液压技术的不断发展，危险性高、工艺复杂、施工周期长、影响施工平面范围大的桅杆已逐步退出了历史舞台，性能更高、更安全可靠的桥式/门式起重机、汽车式起重机和履带式起重机越来越受到施工企业的青睐。经过多年摸索和总结，目前主流的吊装工艺有单机提升滑移法、双机提升滑移法和双机抬吊滑移法。这三种吊装工艺具有原理透彻清晰、力学计算简单准确、方案设计简捷方便、吊装过程操作简便、吊装平面布置机动灵活、对吊装现场适应性好等特点。
2吊装的重要性
(1)在施工组织方面的重要性为提高土地资源的利用率，石油化工装置逐步由平面摊铺发展为立面层叠，工艺结构越来越复杂，能否将诸多构筑物和设备顺利安装就位，是对施工组织的一大考验。在构筑物和设备的安装任务中，大型设备安装是重点，所有大型设备的安装节点连在一起就形成了整个项目的关键路径。因此，整个项目的施工组织应以大件吊装为核心，在保证大型设备优先安排的前提下，穿行其他结构物及设备的安装工作。(2)在建设工期方面的重要性众所周知，相对于高空作业，地面作业无论是安全性还是工作效率都要高很多，所以尽量在地面完成工件的预组装或附属构件的安装，然后整体吊装就位可以有效缩短工期。笔者经历的扬子石化-巴斯夫一体化工程乙二醇项目有4台40米以上的塔器，随塔有大量的塔盘、梯子平台、工艺管线、保温绝缘材料以及电气仪表设备。如果这些附属构件在高空安装，即使脚手架和大型起重设备都能及时到位，也需要用3个月以上时间才能完成全部安装工作。吊装管理团队进场后，很快就发现了问题，第一时间给项目领导提出了建议。经施工部门合理部署，4台塔器全部在地面上完成了大部分附属构件的预安装，为项目部节约了近2个月的工期，给项目按时完工做出了巨大贡献。(3)在项目效益方面的重要性目前执行的安装定额只包括构筑物和小型设备的吊装费用，大型设备的吊装费用没有覆盖到，需要在投标时单独报价。由于重型起重机械的市场保有量很低，而需求量却不断增加，供需不平衡情况特别突出，导致重型起重机械的台班费用一直居高不下，台班费占大件吊装费用总额的90%以上。考虑到吊装工作容易受设备到货滞后、恶劣天气等不利因素的影响，投标报价时会考虑一部分闲置台班，计为不可预见费。如果在现场执行过程中，项目能合理计划、灵活组织，使吊装工程在最近时间内完成，这部分不可预见费就可以节约下来转化为利润，而且是没有成本的纯利润，对项目整体效益意义重大。
3关于吊装的几点建议
(1)重视人才培养吊装是一项非常专业的工作，新手要经过多个项目的历练，才能成长为合格的吊装专业工程师。当前，工程建设企业普遍缺乏吊装专业工程师，许多企业根本就没有专职的吊装专业技术人员。这就造成项目部没有能力编制吊装方案，勉强拿出的方案也是纸上谈兵、空中楼阁，不光不能指导施工，还给安全生产埋下巨大隐患。此外，工程建设企业重管理、轻技术导致专业人员收入普遍低于其他管理人员，许多有经验的吊装专业人员迫于生计主动申请转岗，人才流失严重。为扭转当前的不利局面，工程建设企业应重视人才培养并在用工政策上给予照顾，以提高吊装专业人员的工作热情。(2)加大地面预装配深度在吊装能力满足技术规范和安全规范要求的前提下，尽可能扩大地面预装配程度，以减少高空作业量。除了设备附属构件的预装配外，钢结构框架的预装配也应提前考虑。在场地条件允许的情况下，将钢结构框架在地面上预装配成“口”字形或“日”字形构件，可以有效提高工作效率。(3)灵活处理不可预见事件吊装工程非常容易受外界因素的影响，任何一个不可预见事件都可能导致成本增加、工期损失。因此，项目部要根据现场实际情况，灵活处理不可预见事件，并及时调整施工部署。
4结语
机械原理中构件的定义范文3
任何一个成熟行业的主要目标都是建立高效的生产能力。对于软件而言，“软件工厂（software factory）”便是这样一种具备高效生产能力的一个理想。显然，这个理想的实现，还有相当长的一段路程要走。
站在二十一世纪的起点，回首软件制造往事，人们难以置信，代表信息社会最先进生产力的软件业，却采用原始的手工技艺生产方式。软件是“编码的知识”，是人类智慧的集中体现。知识浩如烟海，需求千变万化，基于代码的软件制造方式只能使软件技术人员深陷泥潭而不能自拔。
比特（bit）是计算的最基本单元，是信息DNA。基于比特的二进制编程早已经成为过去的历史，编译技术的发明使人们可以使用汇编语言助记符和高级程序设计语言书写软件。但当程序规模和复杂性增加到一定程度之后，软件研制周期就变得难以控制，研制出的软件产品质量也难以保证。为此，软件工程技术迅速发展起来。正像机械工程、建筑工程一样，软件工程要求软件制造必须按照工程化的原理和方法来组织和实施。软件工程历经三十余载，在软件开发方法和软件开发工具方面，已经取得了非常重要的进步。但迄今为止，软件工程所面临的问题并未从根本上解决。随着网络技术的普及和大规模企业应用的出现，传统的这种软件制造方式，使软件开发人员面临更加困难的境地。
软件出路在构件
软件开发的出路何在？如同汽车、飞机制造业一样，软件制造业完全可以采用“构件组装”的模式。面向构件的软件制造代表着软件业生产方式的一场根本性变革，这种新生产方式的出现将会形成一种冲击力，最终带来软件业的新生。
软件构件技术吸取了制造业生产过程的经验，致力于创建一个可以互换的构件组装应用程序的世界。构件是软件中的自包含部分，该软件具有已知的、良好定义的接口，可以被其它的软件部分使用，这样的构件可以（至少很有可能）被细分为一系列附属组件，这些构件反过来又可以通过重新的组装改变软件本身的功能。
软件构件化使得人们不必在不同应用程序中重新发明相同的解决方案，从而提高生产率，降低生产成本。构件化还有助于提高质量，因为它把功能分离开来，使得团队调试和升级某个功能时可以不必顾虑其它部分。在制造业中，成品制造商或者自己生产需要的构件，或者向第三方购买这些构件，软件业也将很快地迁移到基于构件的软件开发。在不同产品中能够使用标准构件是产业革命成功的一个重要因素。
构件技术历久弥新
机械工程发展了数百年，才有了今天机械制造的现代化生产方式。软件是高智慧产品，软件制造较之机械制造更复杂。面向构件的软件制造，说起来容易，做起来难。构件的关键在于模型规范，还有运行环境和开发工具的支持。
软件构件技术的朴素想法由来已久，早在1968年的NATO软件工程会议上，Mcllroy在提交给会议的论文《大量生产的软件构件》中首次提出了“软件组装生产线”的思想。然而，过去的人们不论是在理论和技术上，还是在方法学与开发工具上都缺乏有力的支持，所以构件技术一直没有受到主流的关注。
机械原理中构件的定义范文4
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
一、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
二、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
三、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
四、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
五、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
机械原理中构件的定义范文5
本文作者：刘敦煌 单位：长江科学院水力学研究所
在力学研究中，需要对建筑物在不同条件不同状态下进行系统的观察和测定，从原型数据中分析得到力学规律，这是最为可靠的方法。但是实际问题中，多数课题必须逆向研究，即根据力学相似原理预先在实验室，以适当的比例尺缩小建造模型以及配套的设备，完整准确地表现与原型成一定比例的力学现象，间接呈现原型建筑物状态和各种参数。因此，物理模型的设计制作是准确呈现原型数据的重要基础。通常物理模型的主要要素是几何形态、材料属性和运动规律等。基于传统的二维设计，采用二维设计软件以及机械制图与画法几何知识完成平面形状，然后再根据相关原理作分析计算才可完成。但在In-ventor软件设计里，首先定义模型材料的属性，然后在二维状态绘制平面形状，再转化为具有三维形式的立体形状零件，在作尺寸与公差标注的同时，也可即时修改零件外形。完成了全部零件后，接着进行装配设计，在装配设计过程中还可以对零件形状作逆向修改。最后根据选定的材料属性，得到物理参数，进行必要的强度刚度校核。在实际设计使用中，Inventor软件可以较快地绘制形状，设计者可以留有较多的时间考虑零部件功能、作用、关联等实质内容。而且在物理模型尚未建造之前，就可通过装配完成的虚拟模型，作预先的观察与评估。
葛洲坝水利水电枢纽大江排砂孔进水口底板高程为28m，其淹没水深约为38m。为了观察研究排砂孔进水口门底板的流态及砂砾运动规律，设计钢结构的支架带着水下摄像仪器安装到进水口门底板上，实时观察记录水下砂砾流动过程。设计的支架结构如图1所示，根据排砂孔进水口门以及水下观察部位结构，确定支架轮廓尺寸为8000mm×3000mm×1200mm(宽×高×长(水流方向))。用Inventor软件进行设计，选用圆形钢管并确定了其材料属性。由支架的作用要求与边界条件拟定各个构件的结构，进行构件几何设计和工艺造型，然后装配各构件成型，节点电弧焊连接，组成完整支架。进一步可以将焊缝的物理特性输出到电子表格，在实际制作中查询各个焊道的名称、类型、长度、面积等参数。最后还可根据构件受力状态，作应力与变形分析［2］，在此基础上，修改构件与整体几何尺寸。在软件中将其模拟安装到进水口底板，在实际应用的部位观察边界及相关条件，确定几何尺寸与功能作用效果，最后完成设计，出图制造。在设计过程中，各个构件的质量以及支架整体质量等非几何数据同步在设计全过程中传递与共用。设计特点:①采用相同管径的钢管材料(管壁厚8mm)焊接成形;②支架上安装5台摄像仪器与照明设备，分别有多个自由度，根据流态作调整，覆盖需要观察的范围;③对支架设有位置限制构件和顶紧固定机构，水下安装与拆卸过程迅速可靠;④支架整体具有足够的自重，在动水条件下，工作稳定牢固;⑤结构形状影响水流流态最小。在葛洲坝水利水电枢纽现场使用表明，支架结构简洁实用，设计尺寸准确，仪器安装方便牢固可靠;摄像范围大，捕捉到全部信息。高效可靠的设计，是顺利进行水力学观测，取得数据，完成合同的重要技术支撑。
在工业与工程建设等行业，已广泛应用三维软件设计产品。Inventor三维软件设计功能强大，界面清晰，应用十分广泛，上述例子仅仅是三维软件工具最基本的应用。软件中的管路设计、线路设计等功能，同样也能在水利水电工程中有重要应用，如枢纽的监测仪器信号电缆以及压力管道埋设路径设计等。我们可以看到，设计的过程，就是策划、构想所设计对象的形状、装配、制造、使用等细节，将这样的设想变成可以实施的结果方案。可见创成式的设计，最重要的是设计者必须清楚地知道产品的作用与功能，并据此设计出它的结构、材质、运动等参数和最终形状。设计中的相关要素，在设计的全过程中要反复调整和配凑，是任何设计全过程中始终存在的动作，只有智能化的设计软件才会提供如此重要的功能。通过应用我们可以得到，设计就是模拟加工、模拟装配、模拟使用，这就是当今计算机辅助设计软件最具特色的功能和作用。用Inventor软件设计的过程中，一开始就以三维方式思考，完全进入三维模型中，从零件受力、运动和动力结果以及全部零件的关联，表达出优化设计后的全部物理参数，从而建立了充分而完整的设计数据库。以此为基础，进一步进行零件的应力分析、运动分析、装配干涉分析，最后给出正确率高的二维加工图和三维示意图，完成设计。因此对于创成式设计，三维设计功能较二维设计效率高，而且由此生成的外观色彩、动作仿真和动画演示，对完成设计任务以及争取市场合同都会产生更好的效果。在工程建设以及科学研究全过程中，用图形来表达成果是非常重要的形式。往往技术人员比较专注其自身专业的前沿科学技术，因此采用十分强大的具有通用性能的设计软件为必备的图形工具，就显得非常重要。通过借鉴机械专业的优秀设计软件的应用，提高科学技术研究综合能力，更好地为水利水电工程和科学研究服务。
机械原理中构件的定义范文6
关键词：提升装置；装载机；企业变革；绿色设计
0 引言
随着社会机械工程制造行业的飞速发展，产品报废后的处理问题变得越来越严峻。传统的机械电子产品寿命周期从设计、制造、销售、使用到报废是一个开环系统，而先进制造技术中的绿色设计充分考虑产品报废后的处理、回收和再利用，并将产品设计与社会生产系统融为一体，形成了一个闭环系统。如图1所示。我国工业技术在快速提高的同时，对煤矿的生产要求也在不断提高。先进制造技术中的绿色制造技术符合环境保护和可持续发展的战略，它是促进我国经济增长的重要技术之一。如果绿色制造技术中的节省资源制造技术、环保型制造技术和再制造技术被成功地应用到采煤机的各项装置，不仅提高了煤矿企业生产效率，而且也解决了资源紧张和环保问题。
1 绿色设计与制造
1.1 绿色设计
绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在保证产品的功能、质量、开发周期和成本同时，优化各种相关因素，使产品及其制造过程对环境的总体负影响减到最小，产品的各项指标符合绿色环保的要求。绿色设计主要包括：材料选择及管理、产品的回收性设计、产品的可拆卸性设计。
1.2 绿色制造
联合国环境保护署对绿色制造技术所下的定义为“将综合预防的环境战略，持续应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险”。
2 淤煤装载机结构与提装部工作原理
1液压马达 2刮板提装部 3电动机 4滚轮行走机构 5制动机构 6操作控制台 7螺旋给料机构
1液压马达 2输送槽 3链轮 4螺母 5滚轮
1）水仓轻型淤煤装载机的构造比较复杂，主要由动力装置、行走装置、工作装置与电器装置等组成，如图2所示。其中刮板提装部2主要由刮板输送机、刮板链、链轮等组成，它是决定着整个装载系统工作效率的重要因素。提装部结构图如图3所示，刮板提装部输送槽图如图4所示。
2）提装部工作原理：整个装载机系统由电动机驱动，通过单泵双马达系统分别带动向行走机构和运输机构的运动。其中一个马达通过一个二级减速机构驱动轨轮。行走过程中，实现前进、停止、后退运动，该机构依靠液压控制系统实现马达的正反转，带动行走箱的前进与后退。另一个马达带动刮板螺旋滚筒主动链轮，主动链轮带动刮板运输链在刮板槽中运动，实现淤煤的运输。螺旋滚筒给料部是淤煤装载机清理淤煤的关键工作部件。工作时，螺旋滚筒给料部是通过刮板运输链带动从动链轮，螺旋滚筒的两边叶片分别为左、右旋向，把淤煤往中间推积，通过刮板运输链运输到矿车。支撑装置主要用于支撑运输架，即刮板运输装置。
3 绿色设计与制造在提升装置中的应用实例
3.1 模块化设计
在煤矿实际生产中，不仅每座矿山开采的规模各不相同，而且运输距离和开采面的倾斜角度也都不相等，所以开采时对刮板运输机的长度及结构要求不同，也就是对制造商提出了制造不同类型的刮板输送机要求。然而每座矿山的开采时间毕竟有限，当煤资源枯竭时刮板输送机也失去了本身使用价值，通常处理方式是闲置或拆卸改装成其他零件。这不仅仅造成了经济上的损失，而且是对制造资源的严重浪费。若生产商在制造刮板输送机时，能够将刮板输送机某些相同的链轮、输送槽做成一个个模块，投入使用时想要得到不同长度的输送机，通过加减模块的个数就可以实现了。这样不仅实现了材料的最大使用价值，保证了可回收性，同时也节省了资源和降低了生产成本。
3.2 涂层技术的应用
刮板输送组件是输送部的组成之一，而刮板链则是其重要的运动受力部件，通常刮板链断链由三个原因引起：（1）疲劳破坏；（2）制造质量不合格；（3）腐蚀、磨损与冲击载荷。在刮板输送机上的螺栓，轴承，输送槽等部分同时也存在着微动疲劳引起的表层裂纹萌生和扩展，并且早期阶段裂纹生长速率较高，这些缺陷导致了金属构件的提前失效，很大程度上降低了构件寿命，所以设计人员在设计制造中必须着重考虑构件几何形状与其应力的对应关系。对此在制造加工构件时我们可以考虑采用机械零件DLC涂层技术，DLC涂层（diamond-like carbon）是指类金刚石涂层，是一种含有金刚石结构和石墨结构的亚稳非晶态物质，具有和金刚石非常类似的性能，不仅硬度强、导热率高、耐磨性能好，而且成本低廉方便于大面积合成。在制造刮板输送机的各部件工艺流程中，工作人员将工作温度控制在353K-423K，采用含氢DLC涂层技术处理工件，膜层一般在4um左右，与基体结合力很强。通过这种工艺制造出来的产品在具有优异耐各种酸、碱腐蚀性能的同时，而且具备摩擦系数小、抗粘附性强和耐磨性优良物理机械性能。
3.3 减量化设计
链环是刮板输送机上使用最多的部件之一，在占据钢铁资源的同时，也消耗了刮板输送机的大部分驱动功率，从某种程度上说刮板输送机的驱动效率是由刮板链决定的。如果刮板链的节数过多过长，会造成刮板链在松弛情况下运行，从而容易导致链轮拨链器处塞链、卡链和跳链，最终使刮板链受到严重的磨损。因此在满足输送机使用要求的前提下，可以考虑利用优化设计的方法，对刮板链的数目进行“减量化”设计，实现装备的轻型化，如此既节约了钢铁资源和电力资源，同时也保护了环境。
3.4 改变连接方式
在回收刮板机的装置时，经常会遇到焊接等很难进行拆卸的连接方式，由此给重新利用带来了许多不便。如果将焊接点和拆卸点尽可能减少，在各个模块之间多采用螺栓连接和绑扎连接，最终可以达到减少拆卸的量、节约人力、物力降低回收成本的目的。
3.5 设置清扫装置
煤矿工人在井下作业时，常常会看到以下故障：刮板机运输煤块时，刮板的链间常夹杂着煤块前进，当链子进入链轮时， 煤块却卡在链轮齿槽内导致跳槽或错链事故。对此设计产品时可以考虑在卸料机头部的链子两侧加设旧胶带作为绿色清扫器，清扫的刮刀具根据清扫的难易程度采用不同的材料制作，并适当延伸卸料口，让清扫下的煤顺利进入卸料溜槽中。经过这样的绿色改造，在降低事故率、保证工作人员人身安全的同时，也直接提高了工作效率。如图5所示。
3.6 新型制造方式
刮板输送机的工作环境一般都比较恶劣，不仅巷道内飘满了大量粉尘，机械振动噪音大，工作面狭小弯曲不平，而且装载机经常高负荷工作，因此刮板输送机的实际寿命年限比理论值大大缩减。如果制造产品时加入绿色元素，采用钢塑复合的先进制造技术来生产，可以大大提高产品的性能。钢塑复合方法以普通碳素钢管作为基体，内衬化学稳定性优良的热塑性塑料管，经冷拉复合或滚塑成型，这样生产出来的产品既有钢管的优良机械性能，又有塑料管的化学稳定性。实际生产时可采用超高分子量聚乙烯作为衬里，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，它几乎集中了各种塑料的优点：耐磨性是钢管、不锈钢管的5倍，是普通聚乙烯管的3倍；具有普通聚乙烯和其他工程塑料无可比拟的自性和噪声衰减性；同时具有抗冲击、耐低温和耐高温蠕变、热稳定性好、耐化学腐蚀等性能。此材料可用于温度较高的场合，非常适用于制造轴承、轴套、齿轮等精密度要求高的机械零件。经过这种先进制造技术生产出来的刮板输送机不仅具有优良的物理性能（耐磨性好、摩擦系数小、抗压性强），而且具有极好的耐腐蚀性能（耐腐蚀、安全无毒环保）。从而也间接降低了功率消耗和对牵引、传动系统的要求。本绿色产品已经由山东科技大学开始研制，可用于煤矿、化学矿山、金属矿山及电厂等物料运输。
4 结语
1）当今我国自然资源日益减少，供应压力正在逐步增大。国内将长期坚持可持续发展战略，可以预测未来产品的设计与制造趋势必将是绿色设计与制造。
2）在煤矿能源企业快步向高效型和环保型发展的同时，未来的淤煤装载机生产也将形成一个完整的绿色设计和绿色生产制造体系，其中包括绿色淤煤装载机产品可拆卸回收利用技术、绿色淤煤装载机产品设计的支持软件和技术（如CAD/CAM、CIMS、FMC）、绿色淤煤装载机产品综合评价体系。
3）设计人员在设计产品时，需要以新的设计理念和思维方式，结合绿色设计理念，并在设计过程中注重科技创新，在制造过程中发挥先进制造技术的优势，才能制造出受国内外欢迎的安全节能、高效美观的绿色产品。
参考文献：
[1] 毛平淮，王成军.煤矿水仓YMZZJ型淤煤装载机[J].矿山机械，2005，33（3）：34-35.
[2] 张世昌.先进制造技术.天津大学出版社，2004.
