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摘要:在机械设计中，往往会面临到众多复杂的计算问题，应用Excel程序中的计算功能是提高设计速度和质量的一种可行方法。本文详细介绍了Excel程序在机械设计计算中的应用，阐述了具体的操作步骤和采用Excel计算的优势，为Excel程序在机械设计计算中的应用提供参考。
关键词:Excel程序；机械设计； CAXA ；三维模型
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1前言
机械设计人员在机械设计过程中，要进行大量的数据处理、图形处理和数值计算。其中计算是最费时、费力的，有些计算由于计算结果不满足要求还需反复进行。机械设计计算占用了工程技术人员的大量时间和精力。在计算机广泛应用的今天，我们可以利用计算机来完成大量的计算工作，减轻工程技术人员的工作强度。我们可以用高级语言编写程序来完成这些设计计算工作。但是，这需要工程技术人员具备一定的编写程序的能力，否则无法用此方法解决机械设计计算问题。而Excel程序具有很强的计算功能，如果应用在机械设计计算中来，同样可以完成机械设计的计算任务，Excel程序可以使不具备一定编写程序能力的工程技术人员非常方便的进行机械设计计算。因此，Excel程序在机械设计计算中有着十分广阔的应用前景。
2 Excel程序在机械设计计算中的应用
随着计算机的广泛应用，人们对Excel的有了更深刻的研究，其强度的计算功能也得到了发现。Excel中的计算功能能为机械设计中的计算任务服务，不仅能够可以提高计算效率还能保证计算的准确性，乃至节约开发成本有很大的价值。
2.1 Excel在机械系统设计计算的应用
本文作者在机械的设计工作中，完成了起重机械中主要计算部分的Excel程序化。
在设计中，通过对起吊重量、起升速度、工作级别等参数定义以及根据《起重机设计规范》编制出相应Excel计算模块，通过不同颜色的设置，标记定义提供值、初算值、最终值便于区分，通过输入各项参数，完成起升机构的设计及对电机、减速器、制动器等的选型。
同样，在卷筒设计以及运行机构设计中，分别通过起重量、起升高度、滑轮倍率、钢丝绳直径和破断力等参数定义，以及根据《起重机设计规范》编制相应excel计算模块，通过不同颜色的设置，标记定义提供值、初算值、最终值便于区分，通过输入各项参数，完成设计计算。
类似此类产品设计计算，均可编制成excel程序计算模块，在同类产品设计时调用即可，做到省时、省力，从而缩短整个产品设计周期，节约设计成本，提高产品竞争力。
2.2 Excel计算结构件截面抗弯截面系数
一般来说，结构设计方面工作都需要计算结构件的抗弯截面系数、抗弯强度等等，对于没有专门计算软件的公司或个人来讲，运用好Excel一样能达到省时、省力、计算准确的目的。
如在设计桥式起重机主梁过程中，需要计算主梁最危险截面(图1)的应力。
由公式σmax=(Mmax)/W，其中Mmax为主梁受到最大弯矩，W为抗弯截面系数，W=(Ιz)/(ymax)，Ιz为惯性矩，ymax为y方向最大值。
根据材料力学书中计算惯性矩、抗弯截面系数
Ιy=Ιyc+a2A的公式Ιz=Ιzc+b2A，Ιyz=Ιzcyc+a2A
编制出Excel主梁截面特性计算表(表1)，设置优化参数，进行优化设计。
表1主梁截面特性计算表
同时，也可通过CAXA命令得到Ιz=12568455.3889622cm4，ymax=136.25cm，通过计算可得抗弯截面系数为W=92245.54413915cm3。
图1主梁截面
相比上述两种计算方法，Excel模块在初次设置难度较大，计算模块设置正确后，相当方便，且可以用于优化设计和产品开发;CAXA命令可用于校核计算，其对初始设计不方便。
2.3 Excel计算零件重量
从事机械设计工作者都知道，设计零件应当计算其重量、销售、生产、制造都需要了解零件重要，依据零件重量进行报价、核算成本等。如果零件不多，一般计算或通过三维图来得到其重量。如果数十甚至上百的零件需要计算质量，再通过上述办法去计算就耗时费力，相当麻烦；而选择用Excel简单的计算函数来计算其重量，就显得简捷和准确。
就形状而言，机械零件可分为圆形、方形及不规则形状；从构建三维实体角度而言，大多数零件都是拉伸或旋转获得基体，而后通过在基体上切除形成。因此对于拉伸类零件，可以这样计算其重量：重量=基面面积×高度×密度；结合Excel非常方便计算其重量，以笔者设计的某金属零件（图2）为例。
图2 金属零件基面
此零件如果要计算重量，相对于常规计算方法，用三维软件构建实体是比较快的，但如果仅仅是为了计算重量，构建三维实体就失去其意义，且当零件较多时，三维计算方法也不够快。引入Excel计算就显得非常简捷，如表2。
表2拉伸类零件重量计算表
表1中金属零件面积18202.576mm2可通过CAXA或AutoCAD中计算面积命令得到，E2出插入函数式=ROUND(B1×E1×B2,3)计算重量。
建立相同尺寸的金属零件三维模型，计算其重量为714.45g，比较结果一致。
回转体类零件（图3）同样可以用Excel和CAXA配合计算其重量。
图3是某阶梯轴上带2个A键槽：可先计算阶梯轴重量，再減去A型键槽重量。计算回转体重量（图4），由CAXA或AutoCAD命令得到截面面积和截面重心及重心旋转半径，由表3得旋转体重量。
表3回转体重量计算表
图3 阶梯轴零件
图4 回转体截面
图5 三维实体计算
同样，由Solid work 创建三维实体(图5)计算重量为3796g，比较结果一致。
经分析，机械设计零件重量计算均能由Excel + CAXA或AutoCAD 配合来完成，复杂类零件经分解和组合可通过此方法计算。此方法计算比三维造型计算要快和简捷，对于不需要三维设计的工程师来说，是一种实用性极强的方法。
3 结束语
通过实际应用，我们发现Excel程序的计算功能较好的完成大量繁琐的计算任务，不仅能提高计算速度，其计算准确性也能得到保证，因此，把它引入大机械设计中，并巧妙地与其他软件结合，能较好的完成机械设计工作，具有较强的实用性。
参考文献
[1] 李学光.Excel程序在机械设计计算中的应用[J].内蒙古科技与经济,2006年18期
[2] 杨易琳;杨文琳.EXCEL在机械零件设计中的应用[J].江西有色金属,2001年04期
关键词:Excel程序；机械设计； CAXA ；三维模型
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1前言
机械设计人员在机械设计过程中，要进行大量的数据处理、图形处理和数值计算。其中计算是最费时、费力的，有些计算由于计算结果不满足要求还需反复进行。机械设计计算占用了工程技术人员的大量时间和精力。在计算机广泛应用的今天，我们可以利用计算机来完成大量的计算工作，减轻工程技术人员的工作强度。我们可以用高级语言编写程序来完成这些设计计算工作。但是，这需要工程技术人员具备一定的编写程序的能力，否则无法用此方法解决机械设计计算问题。而Excel程序具有很强的计算功能，如果应用在机械设计计算中来，同样可以完成机械设计的计算任务，Excel程序可以使不具备一定编写程序能力的工程技术人员非常方便的进行机械设计计算。因此，Excel程序在机械设计计算中有着十分广阔的应用前景。
2 Excel程序在机械设计计算中的应用
随着计算机的广泛应用，人们对Excel的有了更深刻的研究，其强度的计算功能也得到了发现。Excel中的计算功能能为机械设计中的计算任务服务，不仅能够可以提高计算效率还能保证计算的准确性，乃至节约开发成本有很大的价值。
2.1 Excel在机械系统设计计算的应用
本文作者在机械的设计工作中，完成了起重机械中主要计算部分的Excel程序化。
在设计中，通过对起吊重量、起升速度、工作级别等参数定义以及根据《起重机设计规范》编制出相应Excel计算模块，通过不同颜色的设置，标记定义提供值、初算值、最终值便于区分，通过输入各项参数，完成起升机构的设计及对电机、减速器、制动器等的选型。
同样，在卷筒设计以及运行机构设计中，分别通过起重量、起升高度、滑轮倍率、钢丝绳直径和破断力等参数定义，以及根据《起重机设计规范》编制相应excel计算模块，通过不同颜色的设置，标记定义提供值、初算值、最终值便于区分，通过输入各项参数，完成设计计算。
类似此类产品设计计算，均可编制成excel程序计算模块，在同类产品设计时调用即可，做到省时、省力，从而缩短整个产品设计周期，节约设计成本，提高产品竞争力。
2.2 Excel计算结构件截面抗弯截面系数
一般来说，结构设计方面工作都需要计算结构件的抗弯截面系数、抗弯强度等等，对于没有专门计算软件的公司或个人来讲，运用好Excel一样能达到省时、省力、计算准确的目的。
如在设计桥式起重机主梁过程中，需要计算主梁最危险截面(图1)的应力。
由公式σmax=(Mmax)/W，其中Mmax为主梁受到最大弯矩，W为抗弯截面系数，W=(Ιz)/(ymax)，Ιz为惯性矩，ymax为y方向最大值。
根据材料力学书中计算惯性矩、抗弯截面系数
Ιy=Ιyc+a2A的公式Ιz=Ιzc+b2A，Ιyz=Ιzcyc+a2A
编制出Excel主梁截面特性计算表(表1)，设置优化参数，进行优化设计。
表1主梁截面特性计算表
同时，也可通过CAXA命令得到Ιz=12568455.3889622cm4，ymax=136.25cm，通过计算可得抗弯截面系数为W=92245.54413915cm3。
图1主梁截面
相比上述两种计算方法，Excel模块在初次设置难度较大，计算模块设置正确后，相当方便，且可以用于优化设计和产品开发;CAXA命令可用于校核计算，其对初始设计不方便。
2.3 Excel计算零件重量
从事机械设计工作者都知道，设计零件应当计算其重量、销售、生产、制造都需要了解零件重要，依据零件重量进行报价、核算成本等。如果零件不多，一般计算或通过三维图来得到其重量。如果数十甚至上百的零件需要计算质量，再通过上述办法去计算就耗时费力，相当麻烦；而选择用Excel简单的计算函数来计算其重量，就显得简捷和准确。
就形状而言，机械零件可分为圆形、方形及不规则形状；从构建三维实体角度而言，大多数零件都是拉伸或旋转获得基体，而后通过在基体上切除形成。因此对于拉伸类零件，可以这样计算其重量：重量=基面面积×高度×密度；结合Excel非常方便计算其重量，以笔者设计的某金属零件（图2）为例。
图2 金属零件基面
此零件如果要计算重量，相对于常规计算方法，用三维软件构建实体是比较快的，但如果仅仅是为了计算重量，构建三维实体就失去其意义，且当零件较多时，三维计算方法也不够快。引入Excel计算就显得非常简捷，如表2。
表2拉伸类零件重量计算表
表1中金属零件面积18202.576mm2可通过CAXA或AutoCAD中计算面积命令得到，E2出插入函数式=ROUND(B1×E1×B2,3)计算重量。
建立相同尺寸的金属零件三维模型，计算其重量为714.45g，比较结果一致。
回转体类零件（图3）同样可以用Excel和CAXA配合计算其重量。
图3是某阶梯轴上带2个A键槽：可先计算阶梯轴重量，再減去A型键槽重量。计算回转体重量（图4），由CAXA或AutoCAD命令得到截面面积和截面重心及重心旋转半径，由表3得旋转体重量。
表3回转体重量计算表
图3 阶梯轴零件
图4 回转体截面
图5 三维实体计算
同样，由Solid work 创建三维实体(图5)计算重量为3796g，比较结果一致。
经分析，机械设计零件重量计算均能由Excel + CAXA或AutoCAD 配合来完成，复杂类零件经分解和组合可通过此方法计算。此方法计算比三维造型计算要快和简捷，对于不需要三维设计的工程师来说，是一种实用性极强的方法。
3 结束语
通过实际应用，我们发现Excel程序的计算功能较好的完成大量繁琐的计算任务，不仅能提高计算速度，其计算准确性也能得到保证，因此，把它引入大机械设计中，并巧妙地与其他软件结合，能较好的完成机械设计工作，具有较强的实用性。
参考文献
[1] 李学光.Excel程序在机械设计计算中的应用[J].内蒙古科技与经济,2006年18期
[2] 杨易琳;杨文琳.EXCEL在机械零件设计中的应用[J].江西有色金属,2001年04期