机械设计行业应用实例
机械最优化设计及应用实例
—145—《装备维修技术》2021年第5期1引言多年来，机械设计人员在机械设计中大都是采用传统的设计方法、凭借经验、图表和类比的办法，借助有限的计算次数，得到有限的设计方案，然而确定出的设计结果却不能令人满意。
如何使自己设计的结果能够获得公认最优，设计出的机械产品经济技术效果最佳，这是机械设计人员毕生的愿望，为此他们在设计中绞尽脑汁。
随着科学技术的发展、数学规划理论进一步完善以及计算机的普及、机械设计方法与技术能力渐趋提高，机械设计方法技术有了突破的跃进条件和可能。
机械最优设计技术、计算机辅助设计、现代设计方法学等新型设计技术由此而生。
这些新技术的应用，对加速机械产品的开发与应用、改变机械工业的面貌起到非常重要的作用。
1.1最优化的基本概念最优化设计是现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术。
是根据最优化原理和方法综合各方面的因素，以人机配合方式或“自动探索”方式，在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法［1］。
其设计原则是最优设计；设计手段是电子计算机及计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。
近年来，为了普及和推广应用优化技术，已经将各种优化计算程序组成使用十分方便的程序包，并已进展到建立最优化技术的专家系统，这种系统能帮助使用者自动选择算法，自动运算以及评价计算结果，用户只需很少的优化数学理论和程序知识，就可有效地解决实际优化问题。
虽然如此，但最优化的理论和计算方法至今还未十分完善，有许多问题仍有待进一步研究探索。
1.2最优化在机械设计中的位置机械设计最优化和与其对应的新技术的研究领域正处于一个孕育和创新的阶段。
机械最优设计技术是将数学规划理论、计算机技术和机械设计理论三者揉合在一起的。
它既不同于传统的机械设计理论，也不同于机械优化设计，它特别强调了一个“最”字，是将机械设计问题通过数学模型的建立，转变为数学函数格式化，然后采用数学规划理论，有计算机寻求迭代确定设计问题的极值，其结果的唯一性充分体现了设计公认最优。
机械创新设计第十一章 机械创新设计实例
机构的应用创新设计是在不改变机构类型的前提下，或者说在不改变机 构运动简图的前提下对机构的构件、运动副进行演化与变异设计，得到完成
特定功能的机械装置的设计过程；把一个基本机构直接应用在满足机器工作
要求的场合，也是机构应用创新。所以机构的应用创新是应用最广泛的创新 设计方法。
转动副B进行销钉扩大，直到包含转动副A。为增大转动副C处的强度，
结构创新：用偏心轴代替平行四边形机构
实用机构爆炸图
图11-6 结构创新设计
总结： 该装置具有传动比大、体积小、结构紧凑、传动效率高等特点。 研制过程中使用了机构的串联组合原理、并联组合原理、相对运动原 理、演化与变异原理以及机构创新等创新方法。是机械创新设计的典型案 例。
第二节
机构应用创新设计案例分析
第十一章
目录：
机械创新设计实例
第一节 平动齿轮传动装置的创新设计案例分析 第二节 机构应用创新设计案例分析
第三节 箭杆织机打纬凸轮机构的创新设计案例分析
第四节 多功能平口钳的创新设计案例分析 第五节 发动机主体机构的创新设计案例分析
本章主要用于自学,可讲一个具体实例说明即可
第一节 平动齿轮传动装置的创新设计案例分析
一、机构串联组合：
平行四边形机构与外齿轮机构进行串联组合，由于外齿轮Z1随同连
杆做平动，称为平动齿轮传动机构。
图11-1 平行四边形机构与外啮齿齿轮机构的Ⅱ型串联组合
图11-2 平行四边形机构与内啮合齿轮机构的Ⅱ型串联组合一
图11-3 平行四边形机构与内啮合齿轮机构的Ⅱ型串联组合二
进行整理后，可有：
曲柄滑块机构的演化与变异设计
图11-9
Stewart机构系统运动简图
图11-10 运动模拟器示意图来自图11-11 并联机床
非标准机械设计实例详解
非标准机械设计实例详解在机械设计领域，非标准机械设计是指根据特定需求和特殊要求进行设计的机械产品。
与标准机械设计相比，非标准机械设计更加注重个性化和定制化，能够更好地满足用户的特定需求。
在本文中，我们将通过几个实例来详细解析非标准机械设计的特点、方法和应用。
首先，我们来看一个非标准机械设计的实例——定制化输送设备。
在某个生产线上，由于产品的特殊形状和尺寸，无法使用传统的输送设备进行运输。
针对这一需求，我们进行了非标准机械设计，设计了一套定制化的输送设备。
该设备采用了特殊的输送带和定制化的支撑结构，能够完美适应产品的特殊形状，实现高效、稳定的输送。
这个实例充分展示了非标准机械设计的灵活性和定制化优势。
接下来，我们介绍一个非标准机械设计的实例——特殊工件夹具。
在某个加工工艺中，需要对特殊形状的工件进行加工，传统的夹具无法满足要求。
针对这一需求，我们进行了非标准机械设计，设计了一套定制化的特殊工件夹具。
该夹具采用了特殊的夹持结构和定制化的夹持方式，能够稳固夹持工件并保证加工精度，大大提高了加工效率和产品质量。
这个实例充分展示了非标准机械设计在特殊工艺加工中的重要应用价值。
最后，我们讨论一个非标准机械设计的实例——特殊环境下的机械设备。
在某些特殊环境下，例如高温、低温、高压、腐蚀等条件下，传统的机械设备无法正常工作。
针对这一需求，我们进行了非标准机械设计，设计了一套能够适应特殊环境的机械设备。
该设备采用了特殊的材料和结构设计，能够在极端环境下稳定运行，并保证设备的可靠性和安全性。
这个实例充分展示了非标准机械设计在特殊环境中的重要应用意义。
通过以上实例的详细解析，我们可以看到非标准机械设计在满足特定需求和特殊要求方面具有独特的优势。
通过灵活的设计思路和定制化的设计方法，非标准机械设计能够为用户提供更加个性化、精准化的解决方案，满足不同领域的特殊需求。
因此，非标准机械设计在工程实践中具有广泛的应用前景，对于推动机械设计领域的创新和发展具有重要意义。
机械设计中的案例分析与实例讲解
机械设计中的案例分析与实例讲解在机械设计领域中，案例分析和实例讲解是非常重要的学习方法和实践工具。
通过案例分析和实例讲解，可以加深对机械设计原理和应用的理解，掌握解决实际问题的能力。
本文将通过几个案例来分析和讲解机械设计中的关键问题和解决方法。
案例一：轴承选择与设计在机械设计过程中，轴承是不可或缺的重要组件。
选择和设计合适的轴承对于确保机械设备的正常运行至关重要。
在某公司的一个机械设计项目中，设计师面临着选择和设计轴承的问题。
首先，设计师需要根据机械设备的工作条件和要求来确定所需承载能力、转速范围等参数。
然后，根据这些参数和轴承的性能指标表，筛选出合适的轴承型号。
在选择轴承型号后，设计师还需要对轴承进行设计，确定轴承的几何尺寸和安装方式，以确保其在特定工作条件下的可靠性和寿命。
通过这个案例，我们可以看到，在机械设计中，轴承的选择和设计是一个复杂而关键的环节。
合适的轴承选择和设计可以提高机械设备的性能和可靠性。
案例二：零件强度分析与优化在机械设计中，零件的强度是一个重要的设计指标。
在某公司的一个机械结构设计项目中，设计师需要对一个零件进行强度分析和优化。
首先，设计师需要根据零件的工作条件和受力情况，确定零件的受力分析模型，并据此计算零件的应力和变形。
然后，根据零件的材料特性和载荷条件，对零件的强度进行评估。
如果发现零件的强度不满足要求，设计师需要通过调整材料选择、几何尺寸等参数来优化零件的强度。
通过这个案例，我们可以看到，在机械设计中，零件的强度分析和优化是关键的设计环节。
通过对零件的强度进行分析和优化，可以确保零件在工作条件下的安全可靠性，提高机械设备的性能。
案例三：机构设计与运动模拟在机械设计中，机构的设计和运动模拟是一项重要任务。
在某公司的一个机械运动机构设计项目中，设计师面临着设计和优化运动机构的问题。
首先，设计师需要根据机械设备的功能和要求，确定机构的类型和布置方式。
然后，设计师需要进行机构的几何设计，确定机构的连杆比例、驱动方式等参数。
CAD在机械工程中的应用实例
CAD在机械工程中的应用实例CAD（计算机辅助设计）是一种广泛应用于各个行业的设计工具，对于机械工程领域而言，CAD的应用更是不可或缺。
本文将通过几个实例，介绍CAD在机械工程中的具体应用。
实例一：产品设计在机械工程中，产品设计是一个重要的环节。
借助CAD软件，设计师可以将创意和想法转化为具体的设计模型。
CAD软件提供了丰富的工具和功能，使得设计师可以进行三维建模、模拟测试等操作。
例如，一家机械设备制造商使用CAD软件设计了一台新型的风力发电机。
设计师利用CAD软件创建了风力发电机的三维模型，并在软件中进行了仿真分析，确定了最佳的结构和材料，最终设计出高效可靠的产品。
实例二：工艺规划在机械工程中，工艺规划是制造过程中的重要环节。
CAD软件不仅可以用于产品设计，还可以用于工艺规划。
例如，一家汽车制造商需要生产一款新车型。
他们使用CAD软件创建了汽车的三维模型，并在软件中进行了装配和拆卸模拟。
通过这些模拟，他们能够确定最佳的生产流程，优化工艺方案，提高生产效率和质量。
实例三：工程分析CAD软件除了可以进行产品设计和工艺规划外，还可以用于工程分析。
例如，在航空航天领域，工程师使用CAD软件创建飞机的三维模型，并进行结构分析和流体仿真。
通过这些分析，他们能够评估飞机的强度、稳定性以及气动性能，从而优化设计，确保飞机的安全和性能达到要求。
实例四：制造与装配CAD软件在机械工程中还可以用于制造与装配。
一家机械制造公司使用CAD软件创建了机器人的三维模型，并进行了数控加工路径规划。
通过CAD软件生成的数控代码，机器人可以进行精确的加工。
此外，借助CAD软件，制造商还可以进行装配过程的模拟和优化，提高装配效率和准确性。
总结：CAD在机械工程中的应用可谓是方方面面。
从产品设计到工艺规划，从工程分析到制造与装配，CAD软件为机械工程师提供了强大的设计和分析功能，极大地促进了机械工程领域的发展和创新。
随着技术的不断进步，CAD软件的功能也在不断完善，相信在未来，CAD将继续发挥重要的作用，为机械工程师带来更大的便利和效益。
机械创新设计实例分析
10.1
新型内燃机的开发实例
(2) 活塞往复运动造成曲柄连杆机构较大的往复惯性力，此惯性力随 转速的平方增长，使轴承上的惯性载荷增大，系统由于惯性力不平衡而 产生强烈振动。往复运动限制了输出轴转速的提高。 (3) 曲轴回转两圈才有一次动力输出，效率低。 上述问题引起了人们改变现状的愿望，社会的需求促进产品的改造 和创新，多年来，在原有发动机的基础上不断开发了一些新型发动机。
10.1
新型内燃机的开发实例
2) 旋转式发动机的设计特点 (1) 功能设计。内燃机的功能是将燃气的能量转化为回 转的输出动力，通过内部容积变化，完成燃气的吸气、压缩、 燃爆和排气4个动作以达到目的。旋转式发动机抓住容积变
化这个主要特征，以三角形转子在椭圆形气缸中偏心回转的
方法达到功能要求。而且三角形转子的每一个表面与缸体的 作用相当于往复式发动机的一个活塞和气缸，依次平稳地连
1. 往复式内燃机的技术矛盾
目前，应用最广泛的往复式内燃机 由气缸、活塞、连杆、曲轴等主要机件 和其他辅助设备组成。 活塞式发动机工作时具有吸气、压 缩、做功 ( 燃爆 ) 、排气 4 个冲程，做功冲 程输出转矩，对外做功 这种往复式活塞发动机存在以下明 显的缺点。 (1) 工作机构及气阀控制机构组成 复杂，零件多；曲轴等零件结构复杂， 工艺性差。 活塞1 连杆2 气缸3 曲轴4 进气阀5 排气阀6
控制回转运动平稳。
这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中
心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。通过
改变圆柱凸轮的凸轮轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到 减速增矩的目的。这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重
型机械、建筑机械等行业。
10.1
新型内燃机的开发实例
ug机械设计经典实例100例
ug机械设计经典实例100例摘要：1.UG 机械设计简介2.UG 机械设计的经典实例3.UG 机械设计的重要性和应用领域4.结论正文：【1.UG 机械设计简介】UG（Unigraphics）是一款广泛应用于机械设计领域的CAD/CAM/CAE 软件。
其强大的功能和便捷的操作使得它成为了许多工程师的首选工具。
在UG 中，机械设计涉及到参数化建模、装配、绘图等多个环节，能够实现从概念设计到产品制造的全过程。
【2.UG 机械设计的经典实例】在UG 的机械设计中，有许多经典的实例，这些实例既体现了UG 的强大功能，也为我们提供了学习的范本。
以下是其中100 个经典的实例：1.实例1：轴承座设计2.实例2：齿轮泵设计3.实例3：气缸设计4.实例4：刀具柄设计5.实例5：轴类零件设计6.实例6：螺纹设计7.实例7：叶轮设计8.实例8：法兰设计9.实例9：机械手设计10.实例10：机器人设计11.实例11：摩托车发动机设计12.实例12：汽车转向系统设计13.实例13：飞机起落架设计14.实例14：船舶推进器设计15.实例15：电动工具设计16.实例16：农业机械设计17.实例17：矿山机械设计18.实例18：石油化工设备设计19.实例19：医疗器械设计20.实例20：厨房用具设计......91.实例91：真空包装机设计92.实例92：饮料灌装机设计93.实例93：化妆品生产线设计94.实例94：自动化装配线设计95.实例95：物流搬运设备设计96.实例96：太阳能发电设备设计97.实例97：风力发电设备设计98.实例98：核能设备设计99.实例99：桥梁设计100.实例100：高层建筑设计【3.UG 机械设计的重要性和应用领域】UG 机械设计在现代制造业中具有重要的地位。
它不仅能够提高设计效率，减少设计错误，还可以实现产品的快速迭代和优化。
其应用领域广泛，涵盖了汽车、航空航天、船舶、能源、电子、家电、医疗器械等各个制造业领域。
典型机械结构应用实例
典型机械结构应用实例一、引言机械结构是现代工程领域中一个非常重要的概念，它是指由多个构件组成的系统，通过各种运动副和力传递机构来实现特定功能。
在各个领域中，都有各种典型的机械结构应用实例。
本文将以几个典型的机械结构应用实例为例，来介绍机械结构在不同领域中的应用和意义。
二、汽车引擎汽车引擎是一个典型的机械结构应用实例。
它由多个构件组成，包括活塞、连杆、曲轴等。
汽车引擎的作用是将燃料燃烧产生的能量转化为机械能，从而驱动汽车行驶。
在汽车引擎中，曲轴是非常重要的一个组件，它将活塞运动转化为旋转运动，并通过连杆传递给其他部件。
汽车引擎的设计和制造需要考虑到多个因素，如功率、燃油效率和排放等要求。
三、起重机械起重机械是另一个典型的机械结构应用实例。
起重机械主要用于吊装和搬运重物。
它由多个构件组成，包括起重臂、起重机构和控制系统等。
起重臂是起重机械的主要工作部分，它可以通过各种运动副实现水平和垂直方向上的运动。
起重机构包括卷扬机构和吊钩等，用于提升和悬挂载荷。
起重机械的设计和制造需要考虑到吊装重量、工作范围和安全性等因素。
四、机床机床是制造业中常见的机械结构应用实例。
它用于加工零件和制造产品。
机床由多个构件组成，包括床身、主轴和进给系统等。
床身是机床的基础部分，它提供了支撑和定位的功能。
主轴是机床的主要工作部分，它通过电机驱动，实现旋转运动。
进给系统用于控制零件在机床上的移动，以实现加工操作。
机床的设计和制造需要考虑到加工精度、工作效率和稳定性等要求。
五、飞机起落架飞机起落架也是一个典型的机械结构应用实例。
它用于支撑飞机在地面上行驶和起降。
飞机起落架由多个构件组成，包括支撑杆、刹车系统和悬挂系统等。
支撑杆用于支撑飞机的重量，并通过液压系统实现收放运动。
刹车系统用于控制飞机的刹车和停放。
悬挂系统用于减震和抗震，以确保飞机在起降过程中的稳定性和安全性。
飞机起落架的设计和制造需要考虑到飞机的重量、速度和安全性等因素。
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_m2p 中点的第一点:（捕捉如图15.1.12所示图形中的中 点A）
中点的第二点:（捕捉如图15.1.12所示图形中的中点B） 指定圆的半径或 [直径(D)] <12.0000>: 7（输入圆的 半径） 绘制的圆如图15.1.12所示。
A
AB
图 15.1.11
图 15.1.12
（12）单击“修改”工具栏中的“圆角”按钮 ， 设置圆角半径为7，分别对如图15.1.13所示图形中的角 点A和角点B进行圆角操作，效果如图15.1.13所示.
指定圆的半径或 [直径(D)]: 12（输入圆的半径） 执行复制命令，将绘制的圆平行向右进行复制，移动距离 为93，效果如图15.1.8所示。
图 15.1.8
（8）执行绘制直线命令，设置对象捕捉模式为 “切点”，绘制如图15.1.8所示两个圆的切线，效果如 图15.1.9所示。
（9）执行修剪命令，对如图15.1.9所示图形进行修 剪，效果如图15.1.10所示。
（13）执行偏移命令，设置偏移距离为70，将如 图15.1.13所示图形中的直线CD向右进行偏移，继续执 行偏移命令，设置偏移距离为145，将偏移后的直线再 向右进行偏移，效果如图15.1.14所示。
A
B
C
D
图 15.1.13
图 15.1.14
（14）执行绘制直线命令，连接如图15.1.14所示直线 的端点A，B，C和D，效果如图15.1.15所示。
（7）设置“轮廓线”层为当前图层，单击“绘图” 工具栏中的“圆”按钮 ，命令行提示如下：
图 15.1.7
命令: _circle 指定圆的圆心或 [三点(3P)/两点(2P)/相切、 相切、半径(T)]:（按住“Shift”键并单击鼠标右键，在弹 出的快捷菜单中选择“捕捉自”命令） _from基点:（捕捉如图15.1.7所示图形中的A点） <偏移>: @40,0（输入偏移距离）
（17）设置“轴线”层为当前图形，执行绘制直线命 令，通过如图15.1.17所示图形中的中点A和B绘制一条垂 直的轴线。然后执行偏移命令，设置偏移距离为10，将绘 制的垂直轴线分别向两边进行偏移，偏移后的效果如图 15.1.18所示。
由于物体的形状各异，剖切的方法和部位也各有 差异。图学里常用到的剖面有全剖面、半剖面、局部剖 面、旋转剖面、移转剖面、辅助剖面和多重剖面。
15.1.2 实例介绍 本例将绘制箱体零件剖视图，效果如图15.1.1所示。 箱体轮廓一般是由一些简单的线和圆组成的，通过本例 的绘制，帮助读者掌握剖视图的绘制方法，并练习直线、 圆、偏移、修剪、圆角、倒角、图案填充和尺寸标注等 命令的使用。
A
B
C
D
图 15.1.15
（15）执行偏移命令，设置偏移距离为22，将如图 15.1.15所示右边矩形的边分别向矩形内部进行偏移，效果 如图15.1.16所示。
A
B
C
D
图 15.1.16
（16）执行绘制圆命令，分别以如图15.1.16所示图形 中的交点A，B，C和D为圆心，绘制4个半径为12的圆， 效果如图15.1.17所示。
图15.1.1 箱体零件剖视图
15.1.3 绘制过程 （1）单击“图层”工具栏中的“图层特性管 理器”按钮 ，在弹出的“图层特性管理器”对话 框中新建“轴线”、“轮廓线”、“图案填充”和 “尺寸标注”4个新图层，设置其属性如图15.1.2所 示。
图15.1.2 “图层特性管理器”对话框
（2）设置“轴线”层为当前图层，单击“绘图”工 具栏中的“直线”按钮 ，在绘图窗口中绘制两条相互垂 直的直线，效果如图15.1.3所示。
机械设计行业应用实例
15.1 箱体零件剖视图 15.2 端盖零件图 15.3 机械模型的创建 习题十五
15.1 箱体零件剖视图
15.1.1 剖视图说明 所谓“剖视”，是指当物体的内部较复杂时，为了 能清楚地表达物体的内部构造或形状，以假想的方式将 物体切开进行观察。而“剖视图”就是表示切开该物体 后所看见的视图，用来切割图形的面称为“割面”，被 “割面”切割的平面称为“剖面”。在剖视图中，剖面 区域都要以剖面线来填充表示，以此来区分物体的空心 部分。
（5）选中如图15.1.5所示直线AB以下的所有图形对 象，在图层工具栏中的“轴线”下拉列表中选择“轮廓 线”选项，将选中的图形对象转换到轮廓线层，效果如 图15.1.6所示。
A
B
图 15工具栏中的“镜像”按钮 ， 以如图15.1.6所示图形中的直线AB为镜像线，对轮廓线 层上的所有对象进行镜像操作，结果如图15.1.7所示。
图 15.1.3
（3）单击“修改”工具栏中的“偏移”按钮 ，将 绘制的水平直线向下偏移，偏移距离分别为23，36，48， 61 和94，将绘制的垂直直线向右进行偏移，偏移距离分别为 22，37，210和225，效果如图15.1.4所示。
图 15.1.4
（4）单击“修改”工具栏中的“修剪”按钮 ，对 如图15.1.4所示图形进行修剪操作，效果如图15.1.5所示。
图 15.1.9
图 15.1.10
（10）单击“绘图”工具栏中的“多段线”按 钮 ，命令行提示如下：
命令: _pline 指定起点:（单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中 选择“捕捉自”命令）
_from 基点:（捕捉如图15.1.11所示图形中的A点） <偏移>: @50,0（输入偏移距离） 当前线宽为 0.0000（系统提示） 指定下一个点或 [圆弧(A)/半宽(H)/长度(L)/放弃(U)/宽度 (W)]: @ 0,22（输入端点坐标） 指定下一点或 [圆弧(A)/闭合(C)/半宽(H)/长度(L)/放弃 (U)/宽度(W)]: @ 32,0（输入端点坐标） 指定下一点或 [圆弧(A)/闭合(C)/半宽(H)/长度(L)/放弃 (U)/宽度(W)]: @ 0,-22（输入端点坐标）
指定下一点或 [圆弧(A)/闭合(C)/半宽(H)/长度(L)/放弃(U)/宽 度(W)]:（按回车键结束命令）
绘制的多段线如图15.1.11所示。 （11）单击“绘图”工具栏中的“圆”按钮 ，命令行提示 如下： 命令: _circle 指定圆的圆心或 [三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、 半径(T)]:（单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“两点之间 的中点”命令）