機械設計論文

機械設計論文1

　　摘要：“機械設計”課程是機械類專業一門重要的專業技術基礎課程。山東理工大學作為教育部首批“卓越工程師教育培養計劃”的試點院校，該課程以“卓越工程師教育培養計劃”培養要求為指導思想。本文分析了影響該課程教學質量的主要問題，并從六個方面對提高“機械設計”課程教學質量進行了探索與實踐。

　　關鍵詞：“機械設計”；教學質量；創新能力

　　“機械設計”課程是高等學校工科機械類專業學生的一門重要的專業技術基礎課程，是學習專業課程和從事機械產品設計的必備基礎，也是培養學生創新能力的核心課程，提高該課程的教學質量是各個高校一直探索和實踐的課題。

　　一、影響“機械設計”課程教學質量的主要問題

　　“機械設計”課程的教學內容除了使學生掌握通用機械零部件的工作原理、特點、選用及設計計算方法外，更重要的是對培養學生解決實際問題的正確思路、方法和能力有著重要的作用。但目前仍存在“機械設計”課程教學觀念落后，缺乏對知識應用、實踐能力及創新能力的培養；教學內容與工程實際脫節；“滿堂灌”的單向灌輸式教學，使學生學習參與度低；過程性考核方式尚未形成等。

　　二、提高“機械設計”課程教學質量的改革措施

　　1.轉變課程教學觀念，引入創新理念，培養學生工程意識。圍繞“學生創新能力培養”這一主線，樹立工程教育觀念，依據行業、企業人才的需求來培養學生。在教學中讓學生明確，不僅僅要學會“機械設計”的課本知識，更重要的是要具有應用所學知識去分析和解決實際工程問題的能力，在學習與應用中善于思考，培養自己的創新能力，設計要具有創新意識。創新能力、創新設計的課程教學理念貫穿課程教學始終。課程開始即引入創新設計，告之學生設計包括”創新“兩字，設計即要進行創新性設計。學習“機械設計”這門課，既要理解和掌握基礎知識，又要重視個人創新能力的培養，提高個人的綜合素質。引導學生要有信心、毅力，做一個努力學習、具有創新精神的人。在教學的整個過程中，不斷納入創新設計，加強對其創新能力的培養。強調在機械設計過程中，常采用簡化復雜問題的方式來進行處理，利用前人經驗進行預先假設設計，以及設計數據的選取及設計數據重要性的判斷，造成設計數據的近似性，因此，設計結果不存在標準答案，設計結果不存在唯一性，使學生在解決實際問題時，要善于思考，要有工程意識。在教學中，不但要培養學生的創新意識，而且還要培養學生對自己設計作品的社會責任感，從而為祖國由“中國制造”向“中國創造”的過程中，樹立做出自己貢獻的意識與決心。

　　2.問題探究式教學，激發學生學習的積極性、互動性。以問題為載體，培養學生思維能力為核心，從問題探究式教學模式中激發學生對問題的求解能力。通過問題探究式方法提高學生的求知欲及課堂中的參與能力，從而也提高課堂中學生的積極性和活躍性。變被動為主動，提高學生分析問題與解決問題的能力。如，在講“鏈傳動”時，聯系學生騎自行車現象提出問題：掉過鏈子嗎？為什么會掉鏈呢？從哪個鏈輪掉鏈等問題。學生從回憶開始，回答，進而分析問題，思考問題，激發學生學習的積極性。經教師引導巧妙地將課程中的問題和學生一起進行了解決，這種學習方式不僅提高了學生的自信心，同時也培養了學生的學習能力。如在講“軸的結構設計”時，可利用探究式教學方法，引導學生運用發散性思維分析多種零件布置方案，比較各種方案的優劣，從而找到最佳的方案，最重要的是要強調學生的主動參與。在機構運動簡圖、具有確定運動的條件、自由度計算以及減速器箱體的結構設計的講授時，可采用情境學習教學方法，將課堂設置在擺好實物的實驗室，通過讓學生親自動手裝拆不同形式的實物和模型，激發學生的學習熱情，增加學生學習的成就感，這樣一來學生的學習效果將會起到事半功倍的作用。

　　3.充分利用信息技術，通過多種教學手段，提高學生對知識的理解與記憶。機械設計教學內容繁雜，聯系生產實際的內容較多，理論知識比較枯燥，而且難以理解。為了解決這個難題，教師充分利用信息技術，采用動畫、立體的方式進行教學是有效的解決方案。這主要是因為采用生產實際的視頻能夠解決學生沒有見過和接觸過實際情況的難題。利用flash軟件制作動畫來展示機械運動的原理和內容。利用solidworks三維軟件制作了形象生動的三維模型，使課程內容立體直觀地擺在學生面前，提高了學生對于某些知識點的理解性。到企業拍攝與購買的方式獲得了大量的視頻，將視頻圖像應用于教學，使枯燥的內容轉變為具體、形象的畫面，使得在機械設計課程的教學中枯燥難以理解的理論知識，容易講，容易聽，容易理解，容易記憶了，提高機械設計課程的課堂質量和效率。利用網絡教學手段進行課外輔導答疑與討論，學生可以通過網絡課件和網絡習題隨時在網上論壇切磋，網絡教學極大地提高了學生學習的實時性。

　　4.創新設計大作業，鼓勵學生參加各類創新設計比賽，培養學生創新精神。為了培養學生的創新能力、團結協作精神、理論聯系實際解決實際問題的能力，在“機械設計”課程的教學中，增加了機械創新設計大作業。通常以宿舍為單位3—5人為一組進行創新設計作業。創新作業通常分為以下六個模塊：（1）每組討論，發現或尋找問題；（2）組內初擬設計題目，課堂5分鐘的演講，相互討論，最終組內確定題目；（3）創新作業的設計、計算、校核、繪制三維圖；（4）階段設計的演講以及最終設計成果的演講；（5）打印設計說明書；（6）鼓勵學生參加實踐鍛煉，參加比賽。創新設計大作業提交時間確定在學期末，占課程成績的20%，通過機械創新設計大作業，提高學生專業知識的同時，培養和鍛煉學生的創新、溝通和團結協作能力。

　　5.充分利用機械設計課程設計教學環節，培養學生綜合設計能力。機械設計課程設計是一次綜合實踐性教學環節。教學中要著力培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，引導學生在掌握了基本方法的基礎上進行有效的思考，避免被自己固有的思維定式所束縛。通過課程設計使學生得到系統性設計訓練，鍛煉學生的創新思維和創新能力。此外，教師也可以鼓勵學生通過調研相關實際工程需要，自主確定設計題目。在設計過程中鼓勵并創造條件讓學生拆裝相關機械產品，實地進行考察，提高其感性認識。學生通過網絡等途徑查閱相應資料，培養學生查閱資料的能力，組織學生分組進行相互學習與討論，提高學生的學習興趣。通過課程設計，不但提高了學生對知識的綜合應用能力與自學能力，而且還提高了學生的創新設計能力。

　　6.加強過程性考核方式，全力提高學生學習能力，提升學習效果。課程考核是測試學生的知識與能力的基本手段，它具有導向功能、反饋功能、評價功能等多種功能，是教學過程中的重要一環。恰當的考核方式能夠引導學生選擇正確而科學的學習與學習方法。“機械設計”課程考核過程中增加過程性考核方式，加強學生平時學習成績，學生期末總評成績包括課堂成績、實驗成績、大設計作業成績以及期末考試成等4大部分組成。教學過程中，注重學生平時的學習，全面關注學生平時學習，避免“突擊式”準備考試現象的發生，保證學生的學習效果，讓教師和學校可以更好地掌握學生的學習情況。通過增加過程性考核方式，增大實踐及平時學習部分的內容，注重學生過程性考核，培養學生功夫用在平時，促進了學生學習能力的提高，尤其是提高了學生把理論知識應用于實踐的能力，對卓越工程師的培養也起到了良好的激勵作用。機械設計課程是機類大學生一門承上啟下的課程，掌握好機械設計課程對于學生鞏固以前學過的知識和學好以后的專業課具有重要的作用。以培養學生“創新能力”為主線，教師通過不斷提高自身素質，改革教學模式，轉變學生的學習方式，不斷提高機械設計課程的教學質量，不僅滿足了“卓越計劃”人才培養方案提出的要求，而且對于培養適應新型工業化要求的卓越工程技術人才也有著十分重要的意義。

　　參考文獻：

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機械設計論文2

　　1 、機電一體化的發展和計算機的應用

　　1.1 機電一體化的發展

　　工業革命推動了人類社會的進步和發展，1971 年， 提出了“機電一體化”的概念，其目的就是將人力勞動從生產中解放出來，實現更高的生產效率和效益。1984 年，對機電一體化提出了初步的定義，其中“計算機信息網絡協調與控制”成為機電一體化的核心內容，計算機技術在工業生產制造中的應用優勢得到了廣泛的認可。 機械設計及其自動化與計算機應用結合，使其有了更大的發展空間。 一方面，機械設計制造是個極復雜、極繁瑣的過程，計算機的應用，使人力得到了解放，同時其強大的數據存儲、數據處理功能及反復的抹寫功能使機械的設計更加精確、可靠、方便。 另一方面，計算機技術的應用是生產過程達到了可視化、智能化，機器可以在無人操作的情況下運行，例如物流過程中的智能碼垛機，可以根據物品上的標記將物品進行分類存儲、運輸等，大大的提高了工作效率，優化了機械系統的工作效率，促進了現代工業的發展。

　　1.2 機械設計制造及自動化中計算機技術應用的概況

　　計算機自誕生以來，其發展是難以預想的，在機械設計制造及自動化中，其最常用的是計算機的可視技術、虛擬現實技術和仿真技術。 計算機可視技術是指可通過計算機將相關的機械信息轉化為可視的、直觀的數據信息，人通過對這些數據的觀察、監測可以預測所設計機械的特點性能等、可以了解機械自動化中的工作運行情況，以及時掌握其動態，并對其進行改進、優化。 總之，計算機的可視化技術是機械設計、運行監測的相關信息轉化為可視的信息資源，為人的行為提供參考。 一方面， 這一技術的應用為機械設計制造提供了輔助設計等功能，提高了機械設計的可靠性、精確性；另一方面，計算機可視化技術的應用，提高了機械系統運行的安全性、可靠性，提高了自動化生產的效率。 計算機虛擬現實技術是依靠計算機創建和模擬體驗現實世界的計算機技術， 實現了人機交流的較高境界，使人的理念與現代科技相結合，推進了人的思想實踐，使機械的設計制造及自動化過程更加協調、完美。 計算機仿真技術是以媒體形態描述模型信息，將系統行為、系統形態、數學模型、物理模型等等更直觀的表現出來，給人提供可靠、準確的設計、操作參考，并利用計算機的輸入、輸出信息等功能，實現機械制造的自動化，使其設計手段、自動化運行方式更加高明、高效。

　　2 、機械設計制造及自動化中計算機技術的具體應用

　　2.1 機械設計制造中的計算機輔助功能分析

　　機械設計制造及自動化是一個復雜、繁瑣的過程，計算機在這一過程中的應用是科技發展的必然結果，也是機械設計制造及自動化自身發展的需求。 計算機輔助設計是計算機的常用功能，在報刊、服裝、機械等方面都有廣泛的應用，機械設計中，利用計算機設計輔助功能可有效的提高產品設計的可靠性和精度，為機械生產制造帶來更高的效益。 第一，機械設計的目的是機器生產性能夠優越的體現出來，在這一過程中繪制復雜的機械圖非常關鍵，利用計算機的 CAD、CAM 等軟件，對機械設計進行科學的信息處理，使這一復雜過程變得清晰、明確，且減少了人為失誤、出錯等，提高了機械設計的效率和科學性。 第二，機械設計中要對機械的工作原理、結構、形狀、尺寸等進行分析利用計算機輔助技術對設計的機械產品形成具體的描述，使設計人員能夠更加直觀的看出設計的問題和不足，有利于提高設計速度和設計有效性。 第三，計算機輔助功能的應用方便了圖紙的編輯、修改，在圖紙分析中不用做反復、重復的工作，一切圖形繪制、數據計算及處理等問題計算機都能搞定。 第四，在相應軟件的支持下，機械產品零部件的測試也更加方便。 在機械設計過程中利用計算機的虛擬樣機構建，結合圖紙“制造”一個虛擬的樣機模型，利用計算機技術對其進行工作性能、受力情況等測試，以便及時的修改原設計，使原設計變得更加完美。

　　2.2 機械設計制造中的計算機仿真技術應用分析

　　計算機仿真技術是在可視技術和虛擬技術的基礎上發展起來的，這一技術通過計算機系統對研究對象建立模型（這種模型被稱為“數學模型”），利用模型真實的顯示研究對象的實質，其數學模型便于計算機處理，使機械設計的修改更加方便、簡潔。 同時，仿真軟件的應用實現了現實與虛擬的結合，在模型仿真實驗，為確保機械產品的質量提供了科學依據。 例如，在汽車制造中，機械設計具有難度大、成本高、修改難等特點，如一個多缸發動機的設計就需要經過許多繁瑣的工作，對產品的排氣過程要經過反復的研究， 利用仿真模型就可以簡化這一過程，實現對機械運動過程中各種狀態的可視，確保了機械設計的實踐功能。

　　2.3 機械自動化中計算機技術的應用

　　機械的自動化是工業革命的偉大產物，極大的提高了機械生產的效率，當前機械生產制造的自動化在各行各業有廣泛的應用，在解放人力勞動的同時實現了生產的自動化、智能化，提高了生產的效率和精度。 在機械制造中，利用與計算機相關的傳感技術、電磁波技術、遙控技術等，識別和操控機械產品的生產，對提高機械生產效率有很大的意義。 一方面，計算機的參與使機械生產過程中一些復雜的環節無需人直接參與便可得到解決，促進了機械生產的安全性、可靠性。 另一方面，計算機技術的應用確保了機械生產系統的最佳狀態，不但確保了生產安全、提高了生產效率，還節省了生產成本等。 例如對機械零部件產品的包裝，利用計算機控制的自動包裝機，無需人員參與，就可對產品進行包裝，大大提高了生產的速度和效率。

　　3、 結語

　　機械設計制造及其自動化中計算機的應用已非常普遍，早已融入其中，成為機械設計、制造、自動化生產的一部分。 當前，我國的機械設計制造及自動化生產與國際先進技術還有一定距離，水平不高是一個客觀存在的現實，針對這一現狀，重視計算機硬件、軟件的開發，使其更好的應用到機械的設計制造及自動化生產當中，是推進我國機械制造水平發展的有效途徑。

機械設計論文3

　　摘要：

　　通過在發電廠的在役超聲波檢測的經驗積累，并根據對比試驗，總結出一些非全焊透小口徑管座角焊縫超聲波檢測的方法。

　　關鍵詞：

　　小口徑;焊縫;超聲波檢測;試塊;集箱

　　1.小徑管座角焊縫超聲波檢測的技術要求

　　在焊縫產生的各種缺陷中，面積型缺陷的應力集中程度要遠大于體積型缺陷。因此要首先將裂紋、未焊透、未熔合等危險性的面積型缺陷檢出并及時消除。這些面積型缺陷利用超聲波探傷時靈敏度比較高。角焊縫超聲波探傷技術的要求是所采用的工藝能使超聲波主聲束掃查到整個管座角焊縫截面，并能明顯區分缺陷波與結構波，同時要求操作簡便，易于現場使用。

　　2.小徑接管座角焊縫超聲波檢測探頭的選用分析

　　單純采用小徑管斜探頭從接管座一側對角焊縫進行檢測， 存在部分漏檢區;單純采用普通斜探頭從集箱一側對角焊縫進行檢測也無法實現。在本次試驗中，選用小角度縱波探頭和小徑管橫波斜探頭對小徑接管座角焊縫進行綜合檢測。

　　由于受到集箱結構影響，超聲波檢測只能在管座側以接管為檢驗面進行單側掃查，依據DL/T 820—20xx 《管道焊接接頭超聲波檢驗技術規程》規定，管壁厚度為 8～14 mm， 推薦折 射 角 為 63°～70°(對應的K值分別為2和2.7)， 選取實測 K 值為 2.7， 晶片尺寸準 6 mm，頻率5 MHz， 探頭前沿為 5 mm 的斜探頭進行檢測。 儀器選擇以色列生產的 ISONIC 20xx，由于該儀器具有 B 掃描功能，對于顯示缺陷能夠進行 B 掃描成像分析，便于缺陷記錄和分析，選用甘油為耦合劑，在小直徑管焊接接頭超聲波檢驗專用試塊DL-1上制作準1 mm孔 的DAC 曲線。

　　3.對比試塊的設計制作

　　3.1小角度縱波對比試塊的制作要求和設計指標

　　分別選取一定曲面、壁厚的材料模擬集箱管材，并在軸向及周向管座開孔部位制作 1 mm 和 2 mm深的切割槽模擬缺陷， 在對比試塊中間不同深度做!1 mm×6 mm 橫孔進行靈敏度比較試驗。

　　3.2小徑管與橫波斜探頭對比試塊制作要求和設計指標

　　用對比試塊的切割槽模擬不同深度的未焊透缺陷。該試塊分別切有 1 mm、1.6 mm、2 mm、3 mm、4mm、6 mm、8mm 深的水平線切割槽， 用以模擬管座。

　　側未焊透缺陷; 在 1.6 mm 線切割槽后集箱側焊縫熔合線位置分別切有 1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、6 mm深的切割槽， 模擬不同深度集箱側坡口未熔合缺陷。

　　4.檢測驗證

　　某電廠燃煤鍋爐，機組累計運行時間 10 萬小時以上。為了解鍋爐集箱管座角焊縫運行情況，檢修期間，對水冷壁、低溫再熱器、省煤器、末級再熱器的集箱管座角焊縫進行超聲波檢測，以Φ51×7 的小徑管座角焊縫檢測為例：小口徑管座角焊縫規格：小口徑管規格為Φ51×7mm，管座角焊縫寬度為 11mm，焊縫高度為8mm，集箱坡口深度為7mm。

　　4.1儀器、探頭

　　選用數字式 A 型脈沖反射式超聲探傷儀，探頭頻率為5MHz，探頭前沿長度為5mm，晶片尺寸為6mm×6mm，折射角度選為56.3°的K1.5的橫波斜探頭。根據公式：

　　計算出最小折射角度為55°，所選探頭折射角度滿足檢測條件。

　　4.2 DAC曲線的制作

　　利用DL-1小口徑管專用超聲波檢測試塊上深度為8mm、15mm、20mm、25mm的Φ1mm的長橫孔來制作DAC曲線。由于非全焊透小口徑管座角焊縫的結構特殊，小口徑管有一部分插入集箱本體，定量和判廢靈敏度的要求可適當降低。

　　4.3反射信號的分析

　　檢測工作中，必須區分出焊縫的根部反射信號和缺陷反射信號。根據焊縫的結構尺寸、探頭的位置、示波屏上探頭入射點到反射信號的水平距離、反射信號的深度，綜合判定該信號是否為焊縫根部反射信號或缺陷反射信號。根部反射信號的判定：先使探頭靠近焊縫，再向后拖動探頭，示波屏上如果出現反射信號顯示，先根據反射信號的水平距離顯示，依據焊縫的尺寸，在工件上通過實際測量，判斷是否在根部位置;然后根據反射信號的深度，依據工件的厚度，判斷是否在根部位置，如果反射信號的水平距離、深度顯示都在焊縫根部位置，則可判定該信號為根部反射信號顯示。

　　缺陷反射信號的判定：繼續向后拖動探頭，示波屏上根部反射信號的幅值降低。在根部反射信號以外如果出現反射信號顯示，則可初步判定為缺陷信號顯示。如果該反射信號的深度顯示大于或等于兩倍工件壁厚，且在焊縫范圍內，水平距離顯示經實際測量也在焊縫范圍內，則可判定該反射信號為缺陷信號顯示。

　　4.4檢測結果

　　對缺陷管座經過解剖檢查內部均發現未熔合、夾渣、裂紋等缺陷，解剖結果與超聲檢驗結果全符合，有效保證了鍋爐的焊接質量及機組的安全運行。

　　4.5結論

　　4.5.1角焊縫根部無余高只可見集箱殼體端角反射波，反射能量高，波形尖銳，根部有余高可見余高反射波與集箱殼體端角反射波，能量低于端角反射波。

　　4.5.2根部未完全焊透的反射波形明顯低于余高反射波形，集箱殼體端角反射波能量基本不變。

　　4.5.3對于根部完全未焊透結構，集箱殼體端角反射波能量明顯降低，完全未焊透反射能量高于集箱殼體端角反射波能量。

　　5.結語

　　綜上，對非全焊透小口徑管座角焊縫的超聲波檢測，采用小晶片、短前沿、小折射角度的超聲波橫波斜探頭進行檢測，可以有效的檢測出管座角焊縫內部缺陷，達到檢測的目的，為目前非全焊透小口徑管座角焊縫內部缺陷檢測的有效方法。