大學機械設計畢業論文

　　機械設計是根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算並將其轉化為具體的描述以作為製造依據的工作過程。下文是小編為大家整理的關於的範文，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　淺談機械結構設計

　　摘要：機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據所確定的原理方案，確定並繪出具體的結構圖，以體現所要求的功能。本文介紹機械結構設計的相關特點、基本設計準則，以及優化設計的方法。

　　關鍵詞：結構設計特點;基本設計準則;優化設計

　　引言

　　機械結構設計的好壞，直接決定該產品的使用壽命以及力學效能，因此機械結構設計，在整個工程或產品中尤為重要。機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關係實現的。零部件的幾何形狀由它的表面所構成，一個零件通常有多個表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯結部分稱為聯接表面。

　　1機械結構設計的主要特點

　　1重要性。它是集思考、繪圖、計算有時進行必要的實驗於一體的設計過程，是機械設計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用於結構設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。

　　2多解性。機械結構設計在滿足功能的前提下方案並不唯一。

　　3複雜性。機械結構設計階段是一個很活躍的設計環節，常常需反覆交叉的進行。為此，在進行機械結構設計時，必須從機器的整體出發去了解對機械結構的基本要求。

　　2 機械結構基本設計準則

　　2.1 實現預期功能的設計準則

　　產品的設計主要目的是為了實現預定的功能要求，因此實現預期功能的設計準則是結構設計首先考慮的問題。要滿足功能要求，必須做到以下幾點。

　　明確功能：結構設計是要根據其在機器中的功能和與其他零部件相互的連線關係，確定引數尺寸和結構形狀。零部件主要的功能有承受載荷、傳遞運動和動力，以及保證或保持有關零件或部件之間的相對位置或運動軌跡等。設計的結構應能滿足從機器整體考慮對它的功能要求。

　　功能合理的分配：產品設計時，根據具體情況，通常有必要將任務進行合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結構承擔，各部分結構之間應具有合理、協調的聯絡，以達到總功能的實現。多結構零件承擔同一功能可以減輕零件負擔，延長使用壽命。V型帶截面的結構是任務合理分配的一個例子。纖維繩用來承受拉力;橡膠填充層承受帶彎曲時的拉伸和壓縮;包布層與帶輪輪槽作用，產生傳動所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓預緊產生的摩擦力來承受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔橫向載荷來解決這一問題。

　　功能集中、結構簡化：為了簡化機械產品的結構，降低加工成本，便於安裝，在某些情況下，可由一個零件或部件承擔多個功能。功能集中會使零件的形狀更加複雜，但要有度，否則反而影響加工工藝、增加加工成本，設計時應根據具體情況而定。

　　2.2 滿足強度要求的設計準則

　　等強度準則，零件截面尺寸的變化應與其內應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的結構，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設計等。

　　合理力流結構，為了直觀地表示力在機械構件中怎樣傳遞的狀態，將力看作猶如水在構件中流動，這些力線匯成力流。表示這個力的流動在結構設計考察中起著重要的作用。

　　力流在構件中不會中斷，任何一條力線都不會突然消失，必然是從一處傳入，從另一處傳出。力流的另一個特性是它傾向於沿最短的路線傳遞，從而在最短路線附近力流密集，形成高應力區。其它部位力流稀疏，甚至沒有力流通過，從應力角度上講，材料未能充分利用。因此，若為了提高構件的剛度，應該儘可能按力流最短路線來設計零件的形狀，減少承載區域，從而累積變形越小，提高了整個構件的剛度，使材料得到充分利用。

　　減小應力集中結構，當力流方向急劇轉折時，力流在轉折處會過於密集，從而引起應力集中，設計中應在結構上採取措施，使力流轉向平緩。應力集中是影響零件疲勞強度的重要因素。結構設計時，應儘量避免或減小應力集中。其方法在相應的章節會作介紹，如增大過度圓角、採用解除安裝結構等。

　　使載荷平衡結構，在機器工作時，常產生一些無用的力，如慣性力、斜齒輪軸向力等，這些力不但增加了軸和軸襯等零件的負荷，降低其精度和壽命，同時也降低了機器的傳動效率。所謂載荷平衡就是指採取結構措施部分或全部平衡無用力，以減輕或消除其不良的影響。這些結構措施主要採用平衡元件、對稱佈置等。

　　2.3 滿足結構剛度的設計準則

　　為保證零件在使用期限內正常地實現其功能，必須使其具有足夠的剛度。

　　2.4 考慮加工工藝的設計準則

　　機械零部件結構設計的主要目的是：保證功能的實現，使產品達到要求的效能。但是，結構設計的結果對產品零部件的生產成本及質量有著不可低估的影響。因此，在結構設計中應力求使產品有良好的加工工藝性

　　2.5 考慮裝配的設計準則

　　裝配是產品製造過程中的重要工序，零部件的結構對裝配的質量、成本有直接的影響。

　　2.6 考慮造型設計的準則

　　產品的設計不僅要滿足功能要求，而且還應考慮產品造型的美學價值，使之對人產生吸引力。從心理學角度看，人60%的決定取決於第一印象。技術產品的社會屬性是商品，在買方市場的時代，為產品設計一個能吸引顧客的外觀是一個重要的設計要求;同時造型美觀的產品可使操作者減少因精力疲憊而產生的誤操作。外觀設計包括三個方面：造型、顏色和表面處理。

　　3 優化設計方法

　　優化方法是隨著計算機的應用而迅速發展起來，較早應用於機械工程等領域的設計。採用優化方法，既可以使方案在規定的設計要求下達到某些優化的結果，又不必耗費過多的計算工作量，因而得到廣泛的重視，其應用也越來越廣。優化方法的發展經歷了數值法、數值分析法和非數值分析法三個階段。

　　20世紀50年代發展起來的數學規劃理論形成了應用數學的一個分支，為優化設計奠定了理論基礎。20世紀60年代電子計算機和計算機技術的發展為優化設計提供了強有力的手段，使工程技術人員把主要精力轉到優化方案的選擇上。最優化技術成功地運用於機械設計還是在20世紀60年代後期開始。

　　近年來發展起來的計算機輔助設計CAD，在引入優化設計方法後，使得在設計工程中既能夠不斷選擇設計引數並評選出最優設計方案，又可加快設計速度，縮短設計週期。在科學技術發展要求機械產品更新日益所dvd今天，把優化設計方法與計算機輔助設計結合起來，使設計工程完全自動化，已成為設計方法的一個重要發展趨勢。

　　3.1無約束優化設計法

　　無約束優化設計是沒有約束函式的優化設計。無約束可以分為兩類，一類是利用目標函式的一階或二階導數的無約束優化方法，如最速下降法、共軛梯度法、牛頓法及變尺度法等。另一類是隻利用目標函式值的無約束優化方法，如座標輪換法、單形替換法及鮑威爾法等。此法具有計算效率高、穩定性好等優點。

　　3.2 約束優化設計法

　　優化設計問題大多數是約束的優化問題，根據處理約束條件的方法的不同可分為直接法和間接法。直接法常見的方法有複合形法、約束座標輪換法和網路法等。其內涵是構造一個迭代過程，使每次的迭代點都在可行域中，同時逐步降低目標函式值，直到求得最優解。

　　間接法常見的有懲罰函式法、增廣乘子法。它是將約束優化問題轉化成無約束優化問題，再通過無約束優化方法來求解，或者非線性優化問題轉化成線性規劃問題來處理。

　　3.3遺傳演算法

　　遺傳演算法Genetic Algorithm簡稱GA，是20世紀70年代初期由美國密執根Michigan大學霍蘭Holland教授提出的一種全新概率優化方法。GA是一種非確定性的擬自然演算法，它仿造自然界生物進化的規律，對一個隨機產生的群體進行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此迴圈往復，使群體素質和群體中個體的素質不斷演化，最終收斂於全域性最優解。遺傳演算法具有魯棒性、自適應性、全域性優化性和隱含並行性。

　　4 結語

　　機械結構設計在機械設計中起著舉足輕重的作用。本章主要討論機械結構設計的特點、步驟和思維方式。機器工作原理及裝配的設計要求是確定零部件結構和形狀的主要因素，其次是材料的選擇、製造工藝方面的要求，使之具有良好的工藝性加工、裝配。此外，零部件的結構和形狀的完善對強度和剛度的提高有很大的影響。

　　參考文獻

　　1.張磊. 小議機械零件結構設計的方法及重要性. 城市建設理論研究，2012

　　篇2

　　淺談石油機械綠色設計

　　摘要：可持續發展要求石油機械採用綠色設計的方法， 提高資源利用率， 減少對環境的影響。如何在石油機械製造之中，降低能耗，提高裝置的可用性具有非常重要的意義。該文對石油機械的綠色設計與製造進行了研究，希望該文的研究可以推動我國石油機械的綠色製造的發展。

　　關鍵詞：石油機械綠色設計製造

　　石油機械的能耗和汙染往往比較高，在石油機械工作過程之中，往往伴隨著廢水、廢氣、噪聲等環境汙染。同時，石油機械也是高能耗裝置，同時由於石油機械的特殊結構，使得石油機械往往出現熱輻射、洩漏等現象。因此，如何在石油機械中應用綠色和製造具有非常重要的意義。在我國石油機械裝置生產行業中，在裝置設計製造應用綠色製造和綠色設計理念，並沒有得到高度重視 [1]。很多石油機械生產企業依然採用高投入、高能耗、高汙染的發展模式。因此，如何在石油機械製造之中，降低能耗，提高裝置的可用性具有非常重要的意義。

　　1.石油機械產品綠色製造的概念一般來說，石油機械產品綠色設計的基本內涵主要分為以下幾個方面。

　　1.1.在石油機械產品的設計、製造、使用、淘汰全生命週期的過程之中。首先，應該對其環境資源屬性進行考量，其次，才考慮產品的經濟性。

　　1.2.在石油機械產品的產品設計階段，就應該充分考慮到當產品淘汰時的機械產品的回收利用性和可拆性。

　　1.3.在石油機械產品的生產製造過程中，石油機械生產企業應該主動承擔企業的責任，在產品設計製造的過程之中應該主動應用綠色環保技術，努力使企業成為資源友好性和環境友好型企業。

　　2.石油機械綠色設計與製造的實質與內容現階段，我國石油機械的綠色設計包括以下幾個方面。

　　2.1.注意生產石油機械原材料的選擇在進行石油機械綠色設計過程中，應該對產品原材料的可回收性和綠色屬性進行首要考慮。當產品回收時，如何回收和再生。材料的環境友好性和環境無害性是重點考量的因素。在產品的設計製造過程之中，應該注重對各類新材料的使用和研究，增加石油機械的綠色屬性。例如：在當前的鋼材領域，H型鋼是新型材料，其材料力學效能好，且價格便宜。最為重要的是其具備良好的綠色屬性，可以進行回收利用。這類鋼材在建築中應用很多，但是在機械設計之中應用較少。且良好的介面穩定性和力學效能非常適合機械設計中應用。因此，在石油機械設計之中，就應該大力推行這種型別的鋼材。

　　2.2.控制廢氣、廢水、廢液的排放在石油機械的製造生產過程中，往往會有“三廢”的產生。廢料、廢水、廢氣往往會產生較為嚴重的環境汙染。石油機械生產企業應該努力通過技術改造，加大對廢料、廢水、廢氣的改造力度和回收力度，實現無汙染排放的閉環生產設計。同時，石油機械生產企業管理部門，應該嚴格控制各類企業“三廢”的排放和控制，企業的“三廢”屬性應該採用“一票否決制”。對於那些達不到排放標準的企業，應該進行強制性的關停。

　　2.3.減震除噪除塵，提高作業環境的清潔性

　　震動和粉塵往往是石油機械執行過程中常常出現的汙染，這種汙染對於裝置使

　　用者具有較大的影響，因此，在石油機械的設計中選用噪聲低的、傳動效率高的傳動機構或部件，選擇那些減震效果好的材料。同時，在石油機械的設計製造過程之中，應該採用優化結構設計，在易產生振動的部件採用各種隔振效能好的各種彈性支承，提高石油機械的動態效能。此外，還應該積極採用消音器、隔振和吸音的措施，這樣可以降低石油機械的震動效能。而對於石油機械運轉過程之中的灰塵，往往會產生很大的影響，且這也是石油機械執行過程之中令人較為頭疼的問題。具體在石油機械設計生產過程之中，往往採用吸塵和密封處理的方

　　法，減少粉塵造成的環境影響。

　　2.4.防止洩漏發生，提高密封技術

　　石油機械機構的潤滑和傳動都需要潤滑油，洩漏現象是普遍存在。潤滑油的洩漏往往會產生以下兩個方面的影響。首先，潤滑油往往會產生較大的環境汙染，且潤滑油的洩漏也是一種較大的資源浪費。其次，潤滑油的缺失也往往是石油機械潤滑不良，加劇石油機械機械部件的磨損，無形中降低石油機械的使用壽命。因此，在石油機械的設計製造中，應該選擇效能優良、可高的密封技術，有效降低石油機械的洩漏率。同時，也應該制定專門的裝置維護制度，提高石油機械的日常維護水平，及時發現石油機械潤滑油的洩漏，降低潤滑油的

　　2.5.可拆卸回收設計

　　面向拆卸回收的設計是一種使產品最容易拆卸並能從材料回收和零件重新使用中獲得最高利潤的設計方法學。主要研究如何設計產品才能高效率、低成本地進行部件、零件的拆卸以及材料的分類拆卸， 以便重新使用和回收。石油機械面向拆卸回收設計應遵循以下基本準則：

　　2.5.1.拆卸工作量最少在實現功能和效能的同時， 儘量簡化產品結構和外形， 減少零件材料種類，選用相容性好的材料， 便於一起回收利用。

　　2.5.2.易於拆卸分離儘量採用簡單的連線方式， 減少緊韌體數量和型別， 使拆卸過程簡單。儘量減少零件表面的二次加工， 如油漆、電鍍等。石油機械品種很多， 但是產量較小， 應該儘量採用模組化設計和成組技術， 儘量採用標準零部件和標準連線緊定方式， 減少零件數量。

　　2.5.3.產品結構的可預測性為了減少產品報廢時其結構的不確定性 如嚴重腐蝕、磨損等 ， 設計應儘量避免將易老化或易腐蝕的材料與需要拆卸回收的材料緊密組合。例如， 齒輪泵中齒輪與軸聯接可採用多面軸， 減少高速旋轉中產生的噪聲和振動， 而且因取消了鍵聯接， 結構簡單， 易於裝配和拆卸。

　　3.結語

　　綠色設計是落實可持續發展戰略和可持續製造技術的關鍵環節。本文探討了石油機械綠色設計的內容， 並初步分析了石油機械綠色設計綜合評價體系， 只是一些基礎性工作， 還需要對各種石油機械進行深入詳盡的分析研究， 建立完善的石油機械綠色設計資料庫， 才能把綠色設計真正應用到石油機械行業中。

　　參考文獻

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　　[5]李方義.機電產品綠色設計若干關鍵技術的研究[D].清華大學，2002，11.

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