淺談excel在機械設(shè)計中的運用

1、淺談Excel在機械設(shè)計中的運用摘 要：通過對excel在機械設(shè)計過程中的實際應(yīng)用，列舉excel在機械系統(tǒng)設(shè)計、抗彎截面系數(shù)、零件重量算等方面計的應(yīng)用。實踐證明，在機械設(shè)計過程中合理運用excel進行計算，有利于節(jié)省時間，提高效率，從而縮短整過產(chǎn)品開發(fā)周期和降低設(shè)計成本。關(guān)鍵詞：excel；機械系統(tǒng)；抗彎截面系數(shù)；重量計算1 前言在機械設(shè)計中,一部機器的設(shè)計程序通常包括計劃階段、方案設(shè)計階段、技術(shù)設(shè)計階段、技術(shù)文件編制階段1。在這些階段中，最費時、費力且又易出錯的環(huán)節(jié)，應(yīng)當是技術(shù)設(shè)計階段，其包括機械系統(tǒng)選型計算、零件的設(shè)計計算和校核計算、零件工作圖的繪制及零件重量的計算等，其中零件工作圖的繪

2、制已被廣大設(shè)計者應(yīng)用有關(guān)繪圖軟件(如AutoCAD) 來處理,其較大地提高了繪圖的速度和設(shè)計質(zhì)量。目前還沒有較好的軟件系統(tǒng)處理機械系統(tǒng)中的選型計算、零件的設(shè)計計算和校核計算以及零件重量計算等問題,用編程或三維軟件雖然可以解決某些具體問題,而通常又過于復雜4。因此, 尋找有效手段提高解決上述問題的速度及其準確性, 對減輕機械設(shè)計人員的計算量、加快產(chǎn)品設(shè)計速度有很大的意義和價值。2 excel在機械設(shè)計中的應(yīng)用Excel主要是應(yīng)用于經(jīng)濟統(tǒng)計和財務(wù)報表及其數(shù)據(jù)的計算處理，隨著人們對excel深入使用，其強大的數(shù)據(jù)處理功能、圖表功能及數(shù)據(jù)庫管理功能逐步被人們發(fā)現(xiàn)如果運用得當，excel也可為機械設(shè)計計

3、算提供有力的幫助,從而減少設(shè)計的計算工作量,提高計算的準確性。對于減少計算難度和時間、縮短機械設(shè)計周期，從而加快產(chǎn)品開發(fā)的速度，乃至節(jié)約開發(fā)成本有很大的價值。甚至出現(xiàn)了各種基于excel計算模塊件，如液壓缸設(shè)計計算、型鋼參數(shù)計算、齒輪設(shè)計計算、軸設(shè)計計算等等。然縱觀這些計算模塊，基本上是基于某些特定的常規(guī)性設(shè)計計算模塊，對于整個機械設(shè)計過程中應(yīng)用excel進行計算涉及較少。本文作者將就其在機械設(shè)計中對excel的運用進行較為詳細的闡述。2.1 excel在機械系統(tǒng)設(shè)計計算的應(yīng)用本文作者在起重機械的設(shè)計工作中，完成了起重機械中主要計算部分的excel程序化(圖1)。 圖1 起重機計算目錄在起升機

4、構(gòu)設(shè)計中，通過對起吊重量、起升速度、工作級別等參數(shù)定義以及根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范編制出相應(yīng)excel計算模塊(圖2)，通過不同顏色的設(shè)置，標記定義提供值、初算值、最終值便于區(qū)分，通過輸入各項參數(shù)，完成起升機構(gòu)的設(shè)計及對電機、減速器、制動器等的選型。圖2 起重機起升機構(gòu)計算同樣，在卷筒設(shè)計以及運行機構(gòu)設(shè)計中，分別通過起重量、起升高度、滑輪倍率、鋼絲繩直徑和破斷力等參數(shù)定義，以及根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范編制相應(yīng)excel計算模塊，通過不同顏色的設(shè)置，標記定義提供值、初算值、最終值便于區(qū)分，通過輸入各項參數(shù)，完成設(shè)計計算。類似此類產(chǎn)品設(shè)計計算，均可編制成excel程序計算模塊，在同類產(chǎn)品設(shè)計時調(diào)用即可，做到省

5、時、省力，從而縮短整過產(chǎn)品設(shè)計周期，節(jié)約設(shè)計成本，提高產(chǎn)品競爭力。2.2 excel計算結(jié)構(gòu)件截面抗彎截面系數(shù)一般來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計方面工作都需要計算結(jié)構(gòu)件的抗彎截面系數(shù)、抗彎強度等等，對于沒有專門計算軟件的公司或個人來講，運用好excel一樣能達到省時、省力、計算準確的目的。如在設(shè)計橋式起重機主梁過程中，需要計算主梁最危險截面(圖3)的應(yīng)力。由公式,其中為主梁受到最大彎矩，W為抗彎截面系數(shù)，為慣性矩，為y方向最大值。2根據(jù)材料力學書中計算慣性矩、抗彎截面系數(shù)的公式2，編制出excel主梁截面特性計算表(表一)，設(shè)置優(yōu)化參數(shù)，進行優(yōu)化設(shè)計。同時，也可通過CAXA命令得到=12568455.3889

6、622cm4, =136.25cm，通過計算可得抗彎截面系數(shù)為W=92245.54413915cm3。 圖3 主梁截面 表一 主梁截面特性計算表相比上述兩種計算方法，excel模塊在初次設(shè)置難度較大，計算模塊設(shè)置正確后，相當方便，且可以用于優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)；CAXA命令可用于校核計算，其對初始設(shè)計不方便。2.3 excel計算零件重量從事機械設(shè)計工作者都知道，設(shè)計零件應(yīng)當計算其重量，銷售、生產(chǎn)、制造都需要了解零件重量，依據(jù)零件重量進行報價、核算成本等。如果零件不多，一般計算或通過三維繪圖來得到其重量。如果數(shù)十甚至上百的零件需要計算重量，再通過上述方法去計算就耗時費力，相當麻煩；而選擇用exc

7、el簡單的計算函數(shù)來計算其重量，就顯得簡捷和準確。就形狀而言，機械零件可分為圓形、方形及不規(guī)則形狀；從構(gòu)建三維實體角度而言，大多數(shù)零件都是拉伸或旋轉(zhuǎn)獲得基體，而后通過在基體上切除形成。因此對于拉伸類零件，可以這樣計算其重量：重量=基面面積×高度×密度；結(jié)合excel非常方便計算其重量，以筆者設(shè)計的某金屬零件(圖4)為例：圖4 金屬零件基面此零件如果要計算重量，相對于常規(guī)計算方法，用三維軟件構(gòu)建實體是比較快的；但如果僅僅為了計算重量，構(gòu)建三維實體，就失去其意義，且當零件較多時，三維計算方法也不夠快。引入excel計算就顯得非常簡捷，如表二：表二 拉伸類零件重量計算表表一中金屬

8、零件面積18202.576mm2可通過CAXA或Autocad中計算面積命令得到， E2出插入函數(shù)式=ROUND(B1*E1*B2,3)計算重量。建立相同尺寸的金屬零件三維模型（圖5），計算其重量為714.45g,比較結(jié)果一致。圖5 金屬零件在Solidwork中回轉(zhuǎn)體類零件（圖6）同樣可以用excel和CAXA配合計算其重量。圖6是某階梯軸上帶2個A型鍵槽；可先計算階梯軸重量，再減去A型鍵槽重量。計算回轉(zhuǎn)體重量（圖7），由CAXA或AutoCAD命令得到截面面積和截面重心及重心旋轉(zhuǎn)半徑，由表三得旋轉(zhuǎn)體重量。圖6 階梯軸零件圖7 回轉(zhuǎn)體截面表三 回轉(zhuǎn)體重量計算表同樣，由Solidwork創(chuàng)建三維實體（圖8）計算重量為3796g,比較結(jié)果一致。圖8 三維實體計算經(jīng)分析，機械設(shè)計零件重量計算均能由excel+CAXA或AutoCAD配合來完成，復雜類零件經(jīng)分解和組合可通過此方法計算。此方法計算比三維造型計算要快和簡捷，對于不需要三維設(shè)計的