机械设计小结范文
时间：2023-11-18 07:26:13
机械设计小结篇1
关键词：船舶结构；机械 工程；设计
中图分类号：TH122文献标识码： A 文章编号：
引言
如前所述，在船舶结构的设计中能用到的变量都有好几个限定条件，多个限定条件使得优化结构中出现一些问题，为解决相关问题应选用有效的离散变量。在船舶结构方面的设计中，主要参考现代数学理论、计算机技术以及工程的一些特征作为其未来的发展方向或前景。综观以往研究，国外更加注重开发优化算法，在规范设计、数据设计以及专家经验的运用方面有所忽视。机械 工程在优化结构设计中的运用减少了用户的计算量以及对经验和机械 的需求，很大程度上提高了结构优化设计的水平。
基本原理介绍
结构设计中机械 工程的应用
作为一种工程理论，机械 工程实现了机械 在不同领域的多重使用，它以将在相关领域长期实践经验总结得到的相关标准嵌入新型软件为核心，通过推理和逻辑分析达到产品设计的目的。
对结构进行优化时，要求在条件限制下，设计一组包含数学函数以及其变量等参考数据，以便满足目标最优化。结构设计中运用机械 工程能够帮助用户在最初目标函数的基础上进项设计，以求在参数的不断变化中找到最佳设计方案。
机械 工程的关键在于其对机械 的表示、获取和推理。实现在结构设计中应用机械 工程要能够利用技术获取机械 ，然后能够将所得机械 按某种形式转化为计算机语言，最后在遇到具体问题时充分利用存储库中的机械 加以解决。
建立机械 库
作为机械 的集合，机械 库中储存了大量的案例、规则和积累的经验。在机械 库建立过程中，首先要对相关文献以及经验进行整理划分，将相关机械 按某种类别加以划分，最后整理出针对不同问题的解决对策，并将其存入数据库，作为机械 储备。在获取机械 时可以根据不同情况采用不同的方法，既可以向相关行业专家咨询，也可以查阅文献，不断进行归类整理。机械 库的建立就是要为用户解决问题、利用机械 提供有效的渠道。
相关概念的界定
结构设计是否合理、是否符合制定的标准，需要我们通过一定的标准、规则和公式来进行检查。以下是对相关概念的界定：
表格设计。其用来表示不同产品的不同性能，由于产品的大小、形状各不相同，因此将产品的各种特性编制成表格更能清晰的反应出来，为产品的设计提供依据。
规则设计。其主要指活动中各项具体规则的制定。
检查设计。通过该设计能实现对信息的快速判断。
结构设计的流程与策略
流程设计
船舶体积庞大，在设计过程中会用到相关离散变量，诸如板材的样式、厚度、宽度等。这些变量学科关联度高、对设计的要求高、需要设定的限定条件也多，这使得设计中多峰性以及非线性问题严重。因此，在该设计中需要大量的计算以及数据的存储，这样耗费的时间过长。在将机械 工程引入以后，有效的解决了这些问题，在机械 库中构建并存储有关船舶设计的专家经验、规范要求以及相关数据使得模型设计与参数实现相互转换。
专家指出船舶支架中的约束条件较为保守，只有满足限定条件才能达到较好的设计效果。对于有些结构较小的部件，由于其占据船舶重量的比例较小，对设计产生较小的影响，因此再设计时可将其作为已经变量，重点放在对传播者横踢影响较大的部件上，这样能够大大提高效率，缩短设计的时间。
（二）策略设计
在设计船舶横舱结构时除了需要用到离散变量以外，会用到随机变量。由于在该设计中用到标准化的材料，因此要在机械 库中选择标准材料；对于水平与垂直材料的焊接，应该选择随机变量来衡量材料的厚度和高度；在依据相关规范对船舶横舱进行设计以后，很容易发现其中的限定条件多为限制横舱材料的厚度；剖面模数主要限制垂直材料；除此之外，板材的高度和厚度也要形成一定比例。在设计过程中还要充分考虑局部设计的稳定性，材料厚度设计要结合机械 库中的相关数据来进行。
在具体设计中，可以将船舶横舱的高度以及宽度设定为已知参数，依据机械 库中存储的数据对其赋值。变量主要是指在设计时能变动的参数，变动的所有数值将会有具体的方案与之相对。因此在设计时要使板材的参数与表格设计中的参数相对，分别对厚度、高度、宽度设置参数。限定条件的设计主要是针对剖面模数的限制以及材料和工艺稳定性的限制。设计中也需要注意公式以及模型的编写，这时机械 库的作用尤为明显。借助机械 库中储存的规则、公式进行结构规划，能够有效的避免公式的重复编写，减小了计算量，同时保护了企业的资产。
通过建立数据和限定条件、选取相关的模型，将会实现机械 理论向数学模型的转变。优化设计应以减轻船舶重量，降低生产成本，提高经济效益为目标。同时该设计也丰富了机械 库中经验的积累，实现了机械 和资源的有效共享。机械 工程在优化结构设计中的运用，在更大程度上提升了结构设计的水平。
结束语
综上所述，机械 工程在船舶设计中的应用，有效的解决了许多设计方面的问题或难题。同时，数据与限定条件的建立以及模型的选取，真正实现了机械 理论向数学模型的转变。在优化设计过程中，船舶的重量在不断减小，生产的投入也在不断降低，而经济效益与实践经验却在日益提高，可以说有效实现了机械 与资源的共享。所以，我们一定要积极推动机械 工程在船舶结构设计中的有效应用，争取取得更好的应用效果。
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机械设计小结篇2
【关键词】一次性机械设计；设计理念；实践
1一次性机械设计内容
生产工业零部件的主要目的是为了促进大型机械设备的生产和加工水平的不断提高，同时，为工业生产提供更多途径。就我国现阶段的工业生产现状而言，工业生产的生产水平仍需进一步推广和应用。根据我国目前国情来看，还应加强对机械设计的研究力度，不仅应研发出卓越的产品，还要建立健全一次性机械设计理念体系以及内容，促进我国一次性机械设计工作的发展。在我国电动舵机的设计领域中，电动舵机零部件设计就充分应用到了一次性机械设计理念。具体内容如下：在我国某工厂中，对某型号电动舵机减速装置设计的要求标准参数为，堵转输出力矩≥78.4Nm，额定输出力矩≥44.1Nm，由于空间结构受到限制，因此对减速器的要求为体积较小，一般不能高于75mm×70mm×50mm，综合来看，对电动舵机减速装置的零部件的要求较为严格。因为该零部件又是在电动舵机的生产以及加工中使用，所以更应该对零部件设计进行严格的把控。如果按照传统的机械设计方法对其进行设计，大多设计人员会以耐久性的为主要设计角度，提高一次性机械的耐久性，而且会通过计算机对机械系统强度的安全系数进行分析，保留较大的安全系数。已往的设计工作中，该方法满足当时的工作要求和时代对工业生产零部件的需求。由于我国社会的不断发展和进步，工业生产零部件的需求也变的多元化，因此传统的一次性机械设计方法不符合现代对零部件的要求。同时采用传统机械设计方法生产的零部件，极其容易导致机械设备失效。为了能够与时俱进，设计出更符合现代要求的零部件，当对零部件设计时，应该丰富一次性机械设计的设计理念，并加以推广和应用。在保证其性能的前提下，改善零部件以及机械设备的质量，全方面、多角度的促进我国工业生产的发展。
2一次性机械设计特点
在我国经济不断发展和社会不断建设的前提背景下，一次性机械设计理念也渐渐得到了业界的广泛应用。在对一次性机械设备的使用中，该类设备也展现了很多的特点。在工业生产过程中，对一次性机械设备的指标要求都相对较高，因此要保证一次性机械设计理念较为严格。通过大量的分析以及讨论，总结出一次性机械的特点，其主要表现在以下几个方面。第一，寿命长和体系大是传统机械的主要特点，但是相对于一次性机械设计来说，设计一次性机械的目的是为了在单次的使用中发挥最优的性能。一次性机械设计与传统机械设计相比，寿命使用情况确实不如传统机械设计，但是在单次的使用中却能比传统机械设计展现出更好的性能。设计人员无论是对日常机械的操作还是使用中，都不用担心一次性机械的磨损以及疲劳问题，在各个方面都获得了很好的效果。根据目前工作生产现状来看，只要能够保证一次性机械在规定的时间内完成工作任务，就达到理想的使用效果。第二，通过大量的对比分析证明，一次性机械在实际生活中的应用均高于常规机械设计。其具体表现在，由于采用常规机械方法设计出来的机械都具有失效的问题，因此造成了工业生产存在的隐患，降低了工业生产的经济效益，而使用一次性机械设计理念对机械进行设计，能够有效地促进动力传递，并得到了很好的优化设计，不仅保障了机械的负荷能力，还可显著提升机械内部结构的稳定性。第三，虽然一次性机械设计理念和常规机械技术理论存在一定差异，但是在实际投入使用的过程中，两者都具备自己的优点而且较为突出。在实际的工作生产中，一次性机械设计明显优于常规机械设计理论。在日后对一次性机械设计时，要以一次性机械的设计理念为标准，结合现代先进设计理念以及技术，促进工业生产发展。
3一次性机械设计理念的实际应用
3.1设计电动舵机结构
当设计电舵机结构时，应以一次性机械设计理念为标准，保证电动舵机结构设计简单，提升电动舵机的传动能力和强度。确定电动舵机最终的改善设计方案。
3.2设计锥齿轮
对锥齿轮进行设计时，对齿轮的材料有一定的要求，小锥齿轮应采用45钢，并进行调质处理；大齿轮也应采用45钢，并采用正火处理。小齿轮的传递转矩为0.2303Nm，造成齿轮失效的主要原因是齿根疲劳折断以及齿面疲劳点蚀，传统设计理论中常采用齿根弯曲疲劳强度以及齿面接触疲劳强度进行设计校对，避免齿轮失效。根据齿根弯曲疲劳强度计算齿轮模数为0.5mm，根据齿面接触疲劳强度计算齿轮模数为0.6mm。在同等负荷下，使用静强度计算方法可将模数与常规齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度校对设计方法相比降低至40%。
3.3设计柔轮
在对柔轮选用过程中，保证柔轮材料硬度在32至36HRC之间。根据齿面耐磨计算方法，对柔轮模数进行计算，其模数为0.2mm，也就说明当普通齿轮转动时，就会有1至2对齿数发生啮合，当齿轮转动呈谐波时，参与啮合的齿数就会比普通齿轮转动增多，约为总齿数的30%。
3.4测试电动舵机性能
在设计完成后，对电动舵机的减速装置进行性能测试。其主要内容为最大负荷下减速器装置的寿命长短。把设计的电动舵机减速系统装置安装于测试台，将电气以及机械归零处理，采用直流电动机控制器对直流电动机选择进行控制。按板弹簧刚度计算出当负载转矩为80Nm时，减速器旋转角约为60度，经过2次旋转角达到60度的测试后，对单次旋转角度、减速器转速以及加载次数进行记录。在测试过程中，一旦发生减速器卡死、电动机烧坏和噪声超标，应立即终止试验，结果判定为电动舵机系统失效。综合来看，一次性机械设计理念和实践工作，能够促进我国日常的工业生产，提高了生产和加工水平，也让产品的质量得到保障。
4结语
本文通过对我国现阶段一次性机械设计理念和实践进行探讨分析，总结出我国现阶段工业生产一次性机械设计内容和特点存在的主要问题，提出了有效地针对性措施。在对一次性机械进行设计时，要丰富一次性机械理念的内容，提高加工和生产水平，从而提升我国社会经济效益。为促进我国一次性机械设计发展，提供科学合理的有效保障措施。
参考文献：
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机械设计小结篇3
关键词 机械手 结构设计 控制系统
0引言
随着科技的飞速发展，机械手在大规模劳动密集型生产中得到了重要应用，成为自动化生产线上不可或缺的一员。机械手提高了生产自动化程度，降低了劳动强度和用工成本，提高了生产效率和产品合格率，提高了生产自动化程度。机械手在生产中仍有许多机械结构和控制系统问题存在，不断加大对机械手的研究，增强其智能性、适应性、准确性和稳定性，满足日益提高的F代化生产要求。
1机械手臂机构设计
1.1底座结构设计
底座是整个机械手臂的支撑部分，是执行腰部360度回转的机构，也是安装动力源、控制系统和驱动系统的部位。
1.2手臂结构设计
手臂是支撑和带动手腕和手部的重要部件，分为有关节臂和无关节臂，本文所设计的机械手臂试验装置为无关节臂，并采用直流电机驱动，锥齿轮或内啮合齿轮传动。
1.3手腕结构设计
手腕是用于连接手臂和手部的部件，通过左右旋转平移和俯仰转动，可以调整机械手执行操作时的位置和姿态。
1.4手部结构设计
手部是直接于物体接触的部件。根据手部与物体接触形式的不同可分为夹持式和吸附式。夹持式通过模仿人手指的结构形式，可分为无关节、固定关节和自由关节三种类型。根据手指数量又可分为二指、三指、四指等，其中二指应用最多。根据传力结构又可分为回转型和平移型，回转型结构简单，方便制造，因此常使用此类型；平移型可夹持范围大，但结构复杂，成本较高。本文采用二指回转型夹持式结构，手部有两个自由度，一个自由度用于夹持物体，一个自由度用于反转手腕，通过直流电机驱动。
设计所得机械臂采用的回转型机械手臂与人的手臂结构相似，前三个关节都是回转关节，底座与手臂形成类似人手臂的肩关节，手臂中大臂和小臂形成肘关节，大臂可以做回转运动，小臂可以做俯仰运动。此类机械臂工作范围大、运动灵活迅速、适应性强、通用性好。
2机械手臂驱动设计
驱动系统通过传动装置为整个机械手臂提供动力，关节型机械手的驱动系统主要由驱动装置和传动装置两部分组成。常见的驱动型式有液压传动、气动传动和电气传动，液压传动具有作用力大、结构紧凑、作用平稳、动作灵敏等优点，但其易产生漏油污染、结构复杂、成本较高；气动传动动作迅速、结构简单、无污染、维修方便，但由于空气易被压缩，工作不线性。工业机械手臂常使用液压传动和气动传动，但液压传动和气动传动结构复杂、成本较高，本文机械手臂作为实验装置，机械手臂不需要进行高强度、高负载的工作，故使用电气传动，具有运动速度快、可靠性好、运动精确、安装维修简单等优点，完全可以满足实验设备的需要。
3机械手臂控制系统设计
机械手臂控制系统控制着机械手臂按所发出指令要求运动。目前，工业机械手多采用程序控制系统和电气定位系统进行控制。机械手臂实验装置的控制系统较为简单，用单片机输出六路PWM脉冲信号分别控制机械手臂的六个舵机，需要输出一个20ms的脉冲来控制舵机，即可实现机械臂的六个自由度。对机械手臂的控制即对各电机的控制，计算机为控制系统的核心，分别由计算机、伺服控制卡、4套步进电机驱动单元和4套步进电机组成。
机械手臂控制系统设计主要时对驱动系统的设计、上位机控制界面的设计和上、下位机之间串口通信的设计等。
在对上位机控制界面设计时，主要包括五路舵机控制区、一路电机控制区和机械手运行示意图等方面。五路舵机控制区采用滚轮条的形式，在右侧的编辑框中实时显示各舵机的转动角度；一路电机控制区采用速度控制的形式，显示电机的正转、反转和停止；用机械手运行示意图实时显示机械手的运行情况，当相应舵机或电机运行时，会在相应的舵机或电机位置上加亮以表示正处于运行状态。
4结语
随着生产中对机械手需求量的不断增大，对机械手智能性、适应性、准确性和稳定性提出了越来越高的要求。我国对于机械手的研究和应用起步相对较晚，不能适应生产中对机械手提出的要求。对六自由度机械手臂实验装置的设计，实现对机械手的实时精确控制，解决存在各种问题，可以为控制算法和控制理论的测试、检验提供更佳的实验平台，更好地对机械手进行精确而又复杂的控制研究。
参考文献
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机械设计小结篇4
关键词：炼钢设备；机械结构；抗磨损；设计
炼钢是冶金业制造生产的主要活动之一，由于金属加工工艺的难度较大，若单一采用人工作业模式则无法实现预期的产量。现代化科学技术在工业设备中的运用增多，机械设备逐渐取代了人工操作模式，促进了企业生产加工效率的提升。过度依赖于炼钢设备生产，造成其机械结构出现不同程度的磨损，破坏了设备工作的稳定性。设计综合性的抗磨损方案，限制了炼钢设备受损程度的加剧。
一、炼钢设备机械结构磨损的危害
就目前国内生产现状来看，不同规模生产范围的炼钢设备也大不相同。一般情况下，几种比较重要的设备包括：铁水包、钢水包、转炉、LF炉、RH炉、VD炉、VOD炉、AOD炉、上料系统、加料系统、行车、连铸机。机械结构磨损造成的三大危害如图1。
1、功能。机械结构是炼钢设备的重要组成部分，尤其是旋转设备运行必须要借助各种机械构件功能的发挥。传动系统零配件磨损，使设备机械结构的传动效率降低，阻碍了实际生产加工效率的提高。如：转炉倾动轴承磨损偏大，设备转动时缺少足够的动力来源，转炉功能减弱也影响到了安全生产。
2、安全。我国建立工业产业链初期，工业部门则倡导“安全生产”的先进思想，要求企业在制定生产工艺及加工方案时考虑安全问题，避免机械设备日常工作状态下发生故障。机械工程学理论指出，磨损实际上属于微小型的机械故障，即便是局部零件的磨损也会干扰到整体设备的安全性，特别是意外事故发生率的上升。
3、故障。炼钢设备机械结构磨损现象加重，设备运行故障的发生率也会明显增多，给技术人员的日常检修造成了很大的困难。如：供料系统中传输机配件磨损增大，传输机难以按照正常的速率供应原物料，传输设备故障次数增加而限制了生产效率。此外，故障检修次数增多，也增加了企业生产成本的耗资，约束了经济收益水平的提高。
二、设备机械结构抗磨损设计的内容
钢材是工程项目建设的常用材料，在建筑工程、交通工程、电力工程等方面得到了较多的应用。另一方面，工程项目建设数量增多也带动了冶金企业的发展，以转炉为主的机械设备更加普及。为了避免炼钢设备机械结构面临的磨损问题，防止因磨损过大造成的意外事故，企业必须完善机械结构抗磨损设计的措施。笔者认为，可从齿轮传动、链传动、绳带传动等主要结构改进设计。
1、齿轮传动。齿轮传动磨损的主要是由于两齿轮表面接触产生摩擦力，金属配件放热过程引起高温而磨损了齿轮。齿轮传动的抗磨损设计，应重点加强齿轮结构的抗疲劳强度，使齿轮在动力运行中发挥出较好的强度性能。如：选材设计应用高强度的金属材质，如图2，维持齿根弯曲疲劳强度的正常状态。
2、链传动。链传动的核心构件是链条、链轮。设计齿数需参照链传动的荷载大小，也可根据链轮型号规定齿数。大链轮齿数量较少，方便了链条与齿轮之间的配合；而小链轮齿数多一些为好，有助于提高链传动的运动平稳性及减小动载荷。
3、绳带传动。这种结构具备结构简单、组装便捷、稳定性强等优点，适用于中小型机械传动设备。绳带传动同样面临着磨损问题，尤其是皮带磨损较大。设计改良方案应结合主动轮、从动轮的运行要求，选择高性能皮带以维持良好的运转状态，两个动轮的间距大小也要严格控制。
三、结论
总之，当所有机械设备按照炼钢系统的要求组合，能够为操作人员提供了安全可靠的作业环境。设备检修发现，炼钢设备机械结构经常会发生各种程度的磨损问题，并且随着生产任务的增加而不断加剧。针对炼钢设备机械结构的磨损成因，应设计与其相配套的抗磨损方案，促进企业生产效率的提升。■
参考文献
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机械设计小结篇5
[关键词]机械设计制造；注意要点；设计准则
中图分类号：T25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0038-01
机械设计制造业虽然促进了我国社会主义经济的发展，为人类社会的发展变革做出了巨大的贡献。但是在实际的机械应用中，仍然会出现一些安全事故，严重的威胁了人们的生命安全和财产安全。所以，在机械设计制造中，安全性与可靠性应该是机械设计制造的首要原则。而要保证机械设计制造的安全性与可靠性，就要对机械设计制造中的要点问题进行分析。只有将这些要点问题明确了以后，才可能在最大程度上保证机械产品的安全性与可靠性，才能促进机械设计制造业的可持续发展。
一.机械设计制造的功能与特征
机械设计制造以及自动化是指企业在生产经营过程中积极引进多种现代化科学技术，不断优化和完善生产过程，实现机械设计制造产品的自动化、连续化生产。机械设计制造以及自动化技术的发展和应用是机械设计制造行业不断改进技术，实现快速发展的重要手段。先进的制造工艺和设计技术，使机械设施制造设备的性能和结构更加的合理和稳定，推动机械设施制造设备的自动化、人性化和智能化发展。和以往的机械设计制造不同，机械设计制造以及自动化在自动化和信息化方面体现出巨大的优势。它融合了多种现代化的科学技术，但绝不是说多种现代化科学技术的简单叠加就构成了机械设计制造以及自动化。机设计制造以及自动化在融合了多种现代化技术基础上，实现了各种技术的协调统一，从而使其具有智能化和自动化的特点。机械设计制造以及自动化极大地满足了机械制造设备对于多种内在功能的需求。
二.机械设计制造中应注意的要点问题
机械设计制造的各种高效的功能以及其独特的特征决定了机械设计制造的过程必然是复杂的。机械设计制造设计的方面多、技术难度高，所以生产处一件安全性、可靠性高的机械产品是极为不易的。所以，机械设计制造业的发展与进步离不开对机械设计制造中要点问题的研究。本文在此提出了几点机械设计制造中应该注意的要点问题，希望能够帮助机械设计制造领域加强机械产品的安全性与可靠性提供一些借鉴。
2.1 提高强度和刚度的结构设计
考虑到受力点与支持点距离不能太远，这样就要求我们在设计机械的过程中尽量减小悬臂长度。工作载荷所产生的有利作用受振动不能忽视，载荷的零部件一般都不能利用摩擦力传力。机构中不能出现不平衡力，避免只考虑单一的传力途径，工作时零件变形对于受力分布的影响不能被忽视。同时在机械设计的时候要注意：避免铸铁件受大的拉伸应力、细杆不能有弯曲应力、受冲击载荷零件避免刚度过大、受变应力零件避免表面过于粗糙或有划痕、受变应力零件表面应避免有残余拉应力等等。受变载荷零件应避免或减小应力集中，影响强度的局部结构也要求不能相距太近。预变形或者是工作负载产生的变形方向不能相同，且钢丝绳的滑轮与卷筒直径不能太小。
2.2 提高精度的结构设计
所采取的结构设计方案一般要符合阿贝原则，尽量避免加工误差与磨损量互相叠加。导轨的驱动力作用点应作用在两导轨摩擦力的压力中心上，从而使两条导轨摩擦力产生的力矩互相平衡。对于要求精度较高的导轨，不宜用少量滚珠支持。对于一些要求运动精度的减速传动链中，最后一级传动比应该取最大值。测量所用螺旋的螺母扣数不宜太少。而且，螺旋轴承的轴向窜动要做到几乎不出现。轴承精度要求合理搭配，避免轴承径向振摆的不合理配置。当推杆与导路之间间隙太大时，宜采用正弦机构，不宜采用正切机构，因为正弦机构精度比正切机构高。
2.3 考虑人机学的结构设计问题
工作人员操作姿势要合理，设备的工作台高度应符合人体尺寸比例要求，尽量做到最舒适工作状态。要注意加强设备的适用性，机械的操纵、控制与显示装置应安排在操作者面前最合理的位置。而且，显示装置应该采用合理的形式，仪表盘上的刻字应清楚易读，旋钮大小、形状要合理；按键应便于操作，操作手柄所需的力和手的活动范围不宜过大；手柄形状便于操作与发力。合理设计坐椅的尺寸和形状，且坐椅的材料和弹性也要充分地考虑到。日常工作环境不应有过大的噪音，操作场地光照度不得太低。
2.4 考虑发热、腐蚀、噪声等问题的结构设计
避免采用低效率的机械结构，油箱尺寸应足够大，分流系统的返回流体要经过冷却。高压容器、管道等零部件要尽量减少在烈日下曝晒，而暴露在高温下零件的部分忌用橡胶。使用聚乙烯塑料等制造精密机械的箱体零件内部不宜安排油箱，以免产生热变形。对较长的机械零部件，要考虑因温度变化产生尺寸变化。能自由变形淬硬材料工作温度不能过高。螺栓联接的凸缘作为管道的联接，当一面受日光照射时由于两面温度及伸长不同，产生弯曲与腐蚀性介质接触的结构应避免有狭缝。容器内的液体应能排除干净，注意避免轴与轮毂的接触面产生机械化学磨损。避免易腐蚀的螺钉结构，钢管与铜管联接时，易产生电化学腐蚀，可以通过安排一段管定期更换避免采用易被腐蚀的结构。
2.5 铸造结构设计
在设计的过程中，机械分型面要从简，铸件的表面不要内凹，而机械的表面凸台尽量集中大型铸件，且外表面不应有小的凸出部分。改进妨碍起模的结构，较大又较薄的水平面一般不能使用，能产生较大内应力的形状尽量避免，以防止合型偏差对外观造成不利影响。要尽量少铸件壁厚，力求均匀用加强肋使壁厚均，铸件壁厚内壁厚应小于外壁，且厚铸件壁厚应逐渐过渡。两壁相交时夹角不宜太小，铸件内腔应使造芯方便，不用或少用型芯撑尽量不用，型芯铸件的孔边应有凸台铸件结构，这样有助于提高铸件质量。
机械设计制造中应该注意的问题远远不至于这些。机械设计制造其内容的复杂，技术难度之高，所以涉及的要点问题还有很多。人们要想更好的应用机械设计制造技术，让机械设计制造业为人类做出风大的贡献，还需要机械设计制造领域的专业人士进行进一步的探索和研究。
结语：综上所述，机械设计制造业在我国经济的发展中占有重要的地位，为我国经济的发展做出了巨大的贡献，这些都是不言而喻的。然而，在一些机械产品的应用中，也常会出现一些安全事故，或者机械产品故障频发等现象，严重的影响了机械设计制造业的发展，威胁了机械产品用户的生命安全和财产安全。因此，我国机械设计制造领域的专业人士必须加强对这方面问题的重视，加强对机械设计制造要点问题的研究，不断的加强机械设计制造的相关技术，使得机械设计制造能够规避一些生产、设计中的一些问题，从而在最大限度上促进机械设计制造业的发展和进步。
参考文献
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机械设计小结篇6
所谓机械设计就是指对机械的零部件和整体的设计的过程[1]。这个过程主要是指在机械的应用要求下,对机械的工作原理、运行方式、机械结构、力和能量的传递方式以及机械各个零件材料、形状、程度和零件尺寸等各个方面的整体性构思、设计和计算,最后通过其设计的方案将设计转换为具体的描述,并作为机械加工制作阶段的主要根据。根据其服务行业、工作原理以及产品要求的标准等方面的不同,机械的设计都有着各自的特点。机械设计主要分为三类———新型设计、变型设计以及继承设计。其中,新型设计是指通过对最新技术的实验或者试用,证明其可行后,运用该技术进行新型机械的设计;变型设计主要是指为了适应不同环境而对现有的机械进行局部的设计和加工,以满足实际社会需求;继承设计是指在现有机械设计的基础上不断的更新和发展,以提高其工作效率,改善其工作技能。
2.机械设计的程序问题
机械作为一个复杂的机器,具有完整的工作系统,所以必须通过专业技术人员按照其一般的设计程序进行完成。其设计程序主要包括以下几方面:
2.1设计计划的制定
设计计划的制定是机械设计中的首要环节,也是机械设计最前期的基本任务。在这一阶段中,机械设计的要求需要根据企业自主发展、用户预订或者市场发展的要求进行,制定出机械设计中的各个细节要求,最后设计出包括机械的功能、环保以及经济成本等方面参数的设计任务书。其中各方面的参数并不是一个具体的数值,而是设定的一个较为合理的范围。例如机械设计中的最低要求或者用户希望达到的要求范围。
2.2具体方案的制定
具体方案的设定对机械设计和加工起到了关键性的作用,方案的制定可以充分的表现机械设计和加工的多方案特点。方案的制定主要是对机械的各个参数设定的一个环节,对机械功能的分析就是对设定任务中的机械功能中参数最低要求,以及希望其可以达到的要求进行综合性分析。也可以说是对机械的功能能够实现、各项功能之间是否不存在矛盾以及各项功能之间是否可以相互替换等,通过对机械功能参数的设定为机械的进一步设定提供参考。在功能参数设定之后,就可以提出其解决的办法和应用技术,即提出其可供参考的执行方案。
2.3技术设计
在这一阶段,可以针对方案制作总装配草图以及机械各个部件的装配草图。通过草图可以确定机械的各个部件和零件的外形和基本的尺寸大小,其中包括了各个部件之间的连接,零件和部件的外形和尺寸大小等问题。零件尺寸大小的>，！
3.机械设计加工常见问题分析
3.1材料选择
在机械设计加工中,其材料的选择将直接影响到机械的功能和寿命[2]。机械零件材料的选择应满足其使用的性能要求、工艺性要求。使用性能要求就是指零件材料的使用过程中的性能表现是否可以满足机械的要求。各个不同的零件所要求的使用性能不尽相同,有的零件要求高,有的要求低,有的要求零件耐磨,有的可能仅仅是外观要求,所以在选择材料的时候要结合零件的使用性能。工艺性要求就是指材料本身是否可以满足机械零件的工艺性要求。具体包括了热加工工艺性能、切削加工性能等等。
3.2设计的标准化问题
机械设计是否满足其标准是决定产品质量的高低以及其成本的多少的主要技术。标准化就是指在机械零件的尺寸、材料性能、结构要素、设计方法以及检验要求等各方面的设计都符合行业标准[3]。机械零件的标准化优越性主要表现在以先进的技术和方法进行专业化的设计和生产、材料和零件的性能指标统一、采用标准结构的部件等,这样可以降低生产的成本,缩短设计的周期,提高产品的质量等等。
3.3剂问题
众所周知,在机械设计的过程中,为了满足机械零件的尺寸要求、精度要求等需要对材料进行加工,例如切割、冲压、拉拔、轧制等等。在这个过程中剂需要具备冷却性能、性能、清洁性能以及防锈性能等[4]。冷却性能,在对材料进行加工过程中,因为其摩擦较大会使得材料的表面受到损伤,剂的冷却性能可以减轻摩擦来减少热量的产生;性能,在对材料切割的时候,材料会承受较大的切割力作用,而切削剂可以较好的减少两者之间的切削作用力,避免了切割工具和材料之间的黏粘。
4.总结
机械设计小结篇7
关键词： 非结构环境； 机械臂； 关节； 自动控制； 系统设计
中图分类号： TN02?34； TP241 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）11?0172?04
Design of mechanical arm′s each joint automatic control
system under unstructured environment
ZHANG Yuannong， ZHANG Xiaofeng
（Beijing Institute of Technology （Zhuhai）， Zhuhai 519088， China）
Abstract： In order to make the mechanical arm bring more benefits to industrial enterprises， a mechanical arm′s each joint automatic control system under unstructured environment was designed to realize the intelligent， low?cost， high?quality and high?safety purpose. According to the design criterion of system performance， the two degree of freedom （2DOF） is allocated for the shoulder， elbow and wrist of the mechanical arm respectively， the D?H parameters of the mechanical arm are given， and the appropriate motor is designed for each joint to realize the mechanical arm movements. The control algorithms are written in FPGA of the system. The master control chip is used to integrate the different joints′ control algorithms in FPGA to determine the movement scheme of mechanical arm and give the control instructions. The 2.5D environment map is constructed to perceive the unstructured environment， and perfect the control instructions. The experimental results show that the system has strong optimization ability of joint trajectory.
Keywords： unstructured environment； mechanical arm； joint； automatic control； system design
20世o50年代，人口老龄化时代来临，加剧了生产企业招工难、用工成本大的问题，机器的利用率随之提高。一些企业在工业生产中使用机械臂代替人类双手，其特点是加工精度高且速度快，适用于切割、零件安置等简单、任务量小、重复度高的生产活动[1]。目前，机械臂的载重偏低，主要应用于结构化环境中，虽然也有在非结构化环境下进行生产的案例，但往往受限于机械臂各关节的灵活性不足，无法精准完成生产任务。
非结构化环境的地形复杂，包括平地、斜坡、台阶、沟壑等，要求机械臂各关节能够对变化中的地形进行快速感应，并立即选定关节运动位移和角度，智能化是机械臂的控制重点，还要考虑到低成本、小质量和高安全性能等因素，更加大了设计难度[2]。过去设计出的一些非结构环境下机械臂各关节自动控制系统，如文献[3]和文献[4]设计的基于 7R的仿人机械臂逆运动学优化系统和基于随机激励的机械臂关节控制系统，都没能同时兼顾以上几点设计要求，关节轨迹优化能力也需要进一步提高。为了响应生产企业需求，在非结构环境下机械臂各关节自动控制系统的设计过程中充分衡量各项设计要求，通过分析非结构环境特点提出环境感知方法，增强系统对关节轨迹的优化能力。
1 非结构环境下机械臂各关节自动控制系统设计
1.1 系统整体设计
通过衡量智能化、低成本、小质量和高安全性能的设计要求，设计一种具有高度信息集成性能、高速感知和高速反应的非结构环境下机械臂各关节自动控制系统，所设计系统的质量小，可轻松安置在工业加工设备上，并可进行人与系统的有效沟通，表1为系统性能设计标准。
表1 系统性能设计标准
[性能类型 标准值 质量 小于5 kg 自由度 大于6DOF 整体长度 小于0.65 m 整体最大速度 大于3.0 m/s 最大负载 3 kg 定位误差绝对值 小于2 mm ]
一般6DOF的自由度便能够完成机械臂在非结构环境下的正常加工[5]，此时在机械臂各关节自动控制下的定位误差绝对值也满足表1制定的标准，图1为系统自由度划分区间示意图。机械臂肩膀处、手肘处以及手腕处都分别被划分了2DOF的自由度，肩膀负责进行上手臂（包括肩膀和手肘两个重要关节）的角度控制和直线升降控制，手肘负责进行手肘回环控制以及手臂前端的角度控制，手腕负责进行手腕的扇动控制和直线升降控制[6]。以机械臂的肩膀为圆心，以手臂长为半径作圆，得到非结构环境下机械臂各关节自动控制系统控制机械臂运动的范围。
图1 系统自由度划分区间示意图
图1中的表示各关节的运动情况，表2为机械臂在D?H矩阵中的参数统计表，D?H矩阵是一种使用4×4的齐次变换矩阵来表示机械臂相邻关节位置关系的矩阵[7]，从表2中可以准确看出机械臂各关节在所设计系统控制下的运动角范围和极限运动距离。
非结构环境下机械臂各关节自动控制系统为分布式结构，控制算法的容纳元件是现场可编程门阵列（Field?Programmable Gate Array，FPGA），此外，FPGA还负责进行机械臂各关节传感器中数据的采集、处理和系统电流控制[8]。机械臂的上手臂和手腕关节因运动形态有所不同，需要安装不同的电流传感器来感应非结构环境，因此安装于上手臂和手腕关节的FPGA类型也不同，便于准确分辨关节感应信息。FPGA所用的控制线为PCI总线，PCI总线的另一端与主控芯片相连。主控芯片的作用是分析关节感应信息，通过融合不同FPGA中的控制算法，确定出机械臂的运动方案并下达控制指令。
表2 机械臂D?H参数统计表
[运动情况 运动角范围 /（°） 极限运动距离 /m [-80，140] 0 [-140，20] 0 [-50，105] 0.3 [-95，125] 0 [-90，90] 0.35 [-65，65] 0 ]
为提供给各关节足够大的输出力矩，系统使用无刷电机以及谐波减速器共同输出力矩。手腕处的负载虽小，但需要支撑机械臂的整体长度，因而使用差动机构合成力矩。为缩减设计成本，系统只在肩膀和手肘处安置力传感器。
1.2 主控芯片设计
在主控芯片中设计机械臂运动方案时，使用标准地址结构能够减少设计成本。FPGA的32位嵌入式处理器提供C语言编程，提高控制算法的兼容性与智能化。嵌入式处理器与标准地址结构在可编程片上系统中进行集成，构造底层地址文件与主控芯片的连接程序[9]，连接线使用RS 644总线。主控芯片与外部功能设备的连接也使用RS 644总线，便于FPGA采集机械臂各关节的运行状态。
图2为系统控制框图，虽然主控芯片与FPGA已通过PCI总线实现了连接，但考虑到定位误差限制，系统只利用PCI总线进行控制算法的传输，对于数据精度要求高的各类传感器信息仍需通过标准地址结构进行集成后再进行主控芯片与FPGA的交互。按照功能结构来分，图2中左侧为控制板，右侧为驱动板，为减轻系统质量，控制板和功能板需要分开设计。由于机械臂各关节传感器与控制板的距离存在差异，在设计过程中应依据实际需要选择控制线以减轻系统质量、降低成本。
1.3 机械臂各关节电机设计
为保证非结构环境下机械臂各关节自动控制系统有效、安全的进行控制，考虑到机械臂的最大负载为3 kg，机械臂各关节的电机质量应尽可能缩减。肩膀处的电机选择了质量为0.885 kg的50 A电机，手肘处的电机采用50电机，质量为0.735 kg。50 A电机与50电机都是由哈尔滨工业大学提供的，两者的相同点是质量轻、力矩大、安全性好，最大输出力矩分别为26 Nm和18 Nm。50 A电机的体积偏大一些，因此安置在结构相对简单的肩膀处。
图2 系统控制框图
机械臂手腕处的活动强度最大，设计要求相对高一些，如表3所示。为了实现表3中规定的设计要求，手腕处的控制方案采取差动机构合成手腕运动。
表3 机械臂手腕关节控制指标
[类型 值 质量 小于0.45 kg 最大角速度 小于0.65 m 最大输出力矩 大于7 Nm 定位误差绝对值 小于0.8° ]
差动机构的输出力矩由无刷电机和谐波减速器汇合而成，如果用和表示手腕关节在系统控制下的回环角度和直线运动偏移角度，主控芯片在机械臂两个齿轮上的输出控制角度为和则有：
（1）
（2）
2 非结构环境感知设计
若想让所设计的机械臂各关节自动控制系统能够在非结构环境下进行高速、高精度的控制，必然要预先提取出非结构环境信息。系统将视觉传感器安置在工业企业的生产车间，对非结构环境进行采集，视觉传感器安置得越多，采集结果就越精准[10]，但为了缩减成本，考虑使用3D旋转视觉传感器，在节省传感器开支的基础上避免传感器视觉死角。
将3D旋转视觉传感器采集到的非结构环境信息构造成环境地图，由于非结构环境存在的视觉过渡差异颇高，而直接构造3D仿真地图的时间过长，因此构造规格为6 mm×6 mm的正方形2.5D环境地图，既保留了3D仿真地图的显示效果，又减少了地图容量和运算量，保证了系统的实时控制效果。图3为2.5D环境地图构造流程，非Y构环境信息先以视差图的形式进行显示，再对应写入6 mm×6 mm的正方形栅格中，同时定位到机械臂各关节的管控区域中，以实现对非结构环境中障碍高度和弯曲度的实时显示。
图3 非结构环境的2.5D环境地图构造流程
图4是系统对2.5D环境地图中非结构环境的感知流程，非结构环境的特征点主要包括坡度、障碍物边长与体积、沟壑边长与表面积以及平地距离等。系统使用量化分析方法对从2.5D环境地图中提取出来的特征点进行感知，量化分析的感知技术靠支持向量机支撑。支持向量机将非结构环境特征点训练成范围在[-1，1]之内的感知系数，感知系数的作用是在非结构环境地形中选择一个能够规避障碍的机械臂角度，并提供给系统主控芯片，从而完善控制指令。
3 实验结果分析
点对点运动是机械臂在生产任务中使用最为普遍的方式，本文采用点对点的运动方式对设计的非结构环境下机械臂各关节自动控制系统的关节轨迹优化能力进行分析。设机械臂各关节所处的最初角度分别为-30°，-90°，90°，90°，60°，30°，在不安装自动控制系统的情况下进行一次生产任务，机械臂各关节的归一化运动角度如图5所示。
在机械臂上安装本文系统进行生产任务，所得结果如图6所示。为了增强实验结果的说服力，本文还对基于7R的仿人机械臂逆运动学优化系统和基于随机激励的机械臂关节控制系统进行了同条件下的实验分析，实验结果如图7，图8所示。
通过对比图5～图8可得：基于随机激励的机械臂关节控制系统的实验结果曲线与实验前的归一化运动角度无明显差别，表明系统对机械臂各关节的控制几乎无效，关节轨迹优化能力非常差；基于 7R的仿人机械臂逆运动学优化系统将原始关节轨迹优化成了各个细小分支，这对机械臂提高生产任务的效率和准确率具有推动作用，表明系统的关节轨迹优化能力比较强；本文系统的实验结果曲线比图7曲线更加平滑，而且曲线位置更贴近于图5曲线，拥有更强的关节轨迹优化能力。
4 结 论
本文设计了分布式结构的非结构环境下机械臂各关节自动控制系统，系统的主要配件包括PFGA、PCI总线、主控芯片、电流传感器、力传感器、无刷电机、谐波减速器、RS 644总线和3D旋转视觉传感器等，组成了一个更加适用于工业生产、拥有超强关节轨迹优化能力的系统。
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机械设计小结篇8
自我国改革开放以来，机械制造技术发展迅速，同时在我国的工业生产中占据了越来越重要的地位。近年来，随着科学信息技术的深入普及，各行各业都开始广泛地运用计算机技术，特别是在机械制造行业中，通过与计算机技术的有机结合，使机械制造趋于自动化，且其工业产品制造的完成也越来越安全与快速，使机械制造行业更加快速的发展，现在机械制造与自动化的显著特点就是高安全性与高效率生产。同时因为机械制造技术与自动化技术的有机结合，使得我国的机械制造技术的发展也越来越快，并且近年来，国内的一些机械制造企业还开始尝试与国际接轨，通过建立跨国公司使国际交流有效加强，通过这一举措，国内许多机械制造行业的技术发展得到了有效的促进，其规模开始不断扩大，也逐渐提高了其机械制造的自动化程度，从而竞争力不断提高，并促进企业的快速发展［1］。随着能源能耗的增加与我国对节能减排的大力倡导，机械制造与自动化行业对节能环保技术发展的关注度也越来越高，且对于机械制造与自动化行业的发展而言，有效地引入节能设计理念非常必要。在现代工业中，机械制造与自动化行业发展的一项重要技术就是节能环保技术，通过对机械制造中各个环节的严格把控，有效地对节能设计理念进行应用，从而对机械制造与自动化行业持续健康的发展提供有效保障。
2机械制造与自动化中节能设计理念的有效应用途径
2．1改进机械结构设计
在机械制造与自动化中应用节能设计理念时，贯彻节能设计理念的第一步就是改进机械结构设计，只有使机械结构设计真正做到节能环保，才能有效地保证整个机械制造设计做到节能环保。在改进机械结构设计时，节能设计理念的应用途径主要可以体现在以下几个方面。
1）选用低污染、低公害的发动机。发动机作为机械工程系统中最大且最关键的部件，其所排放出的噪音和气体会极大程度地影响到外部环境。因此，使用环保型的发动机不仅可以有效减少噪音与气体污染，还能使油耗与排量降到最低，同时有效提高加工效率，提升机械系统的动力，并极大程度上缓解了机械对于外部环境造成的污染压力［2］。
2）液压系统的设计要坚持节能原则。机械工程中的液压系统会极大程度影响到整个机械工程的运行，要想使液压系统的高效传动得到有效保证，就要有效保证液压系统的清洁度，这不仅要求严格把控油料的选择，设计师在设计液压系统时，也要将油液中的磨损物与微尘垃圾杂质进行彻底清除，从而使液压系统的清洁得到有效保证，并极大程度延长换油的时间间隔，使液压系统的故障发生率有效降低，同时大大降低配件的更新率，延长机械设备的使用寿命，对液压系统的污染进行严格的控制。所以在对液压系统进行改良设计时，应该要选择耐腐蚀性强、防老化能力突出及密封优良的优质液压管，软管尽量用硬管代替，从而使软管的废弃量与损坏量有效降低，并因管道破裂而引起的环境污染问题减少。
3）改良机械工程驾驶室的设计。驾驶室是大型机械工程中操控机械工程最主要的控制室，在对机械工程驾驶室的设计进行改良时，可以采用防紫外线辐射玻璃、经减震降噪处理的全密封整体式“安全环保型”驾驶室，可将环保无氟型冷暖空调配备在驾驶室内，对人体工程学设计原理进行充分运用，设计一个基于FOPS与POPS技术的安全驾驶室，并将多元化美观合理的色调搭配有效地融入到设计过程中，在保障驾驶员安全的同时，也有效缓解视觉上的疲劳，有效改善其工作环境的同时，也使作业效率得到提高［3］。
2．2采用节能环保材料
1）机械工程系统设计时尽量选用可回收、可再生的材料。机械制造与自动化的材料选择应该严格遵循可回收、可再生及易分解的基本原则，在生产加工过程中就不会有大量的有毒有害物质排放出来，也可以有效减小对环境的危害。特别是在进行结构设计时应该尽量选用可拆卸、可回收且无毒的材料，从而使机械材料的再生率有效提高，并使机械工程材料的浪费情况有效减少。
2）机械工程系统设计时要遵守长寿命、低能耗与轻重量原则。一般情况下，有效延长产品的使用寿命就是使机械产品的报废率降低，同时也意味着减少了机械的产品产量。机械产品的能耗降低也能减少污染，提高环保效率。从材料能耗降低的角度，将机械产品的重量适量减轻，并从环境的负荷对于机械的要求方面进行优化设计，产品设计应于环境通用标准相符合，从而保证机械构件的通用性有效实现。
3）机械工程系统设计时尽量选择综合成本与污染最小的机械材料。在进行机械制造与自动化设计时，一些企业常常会忽视机械材料报废以后的污染处理问题，为满足节能要求的同时也使材料的综合成本有效降低，应积极采用一些综合成本最小化与低环保负荷的机械材料，并尽量避免使用树脂、石棉、氟利昂以及含氯橡胶等类型的机械材料。
2．3优化制作工艺
在设计机械制造与自动化系统时，结构与材料的设计是非常重要的内容，但是为了能够使设计阶段全过程的节能目标有效实现，制作工艺的优化也十分重要。
1）优化现有产品结构。众所周知，机械制造与自动化系统中，设计零件越少且机械结构越简单，在进行制造时所需的能源就会越低。除此之外，在制造过程中所需的能耗也会受到机械设计中零件形状的影响。因此，在机械制造与自动化系统设计时，不仅要使产品的基本性能得到保证，还要使其零件尽可能简化，使零件数量与机械体积减少，并优化其产品结构。
2）合理安排工艺工序。因为不同加工工艺产生的能耗不同，因而在进行产品加工时要合理安排加工工艺工序，对加工工艺进行节能设计，让机械生产设备一直保持一个满负荷运行的状态，从而使生产设备的使用效率得到有效提高，并有效降低能源的浪费。
3结语
我国机械制造与自动化在飞速发展的同时，也付出了能源大量浪费与消耗的代价。因而，各行各业应该高度重视节能环保问题，将节能设计理念贯彻落实，在保护环境的同时要促进企业的可持续性发展。