導(dǎo)語：如何才能寫好一篇機(jī)械原理機(jī)構(gòu)的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.1在教學(xué)中應(yīng)用的理論依據(jù)

虛擬仿真技術(shù)可將學(xué)習(xí)對(duì)象、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)工具進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，將一些看得見表面但摸不著實(shí)際的學(xué)習(xí)對(duì)象，通過某些技術(shù)和工具，使學(xué)習(xí)者能看得清其實(shí)質(zhì)，還能感覺到其實(shí)際，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，有效促進(jìn)了學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)學(xué)習(xí)。關(guān)于體驗(yàn)學(xué)習(xí)，美國(guó)心理學(xué)家?guī)觳?DavidKolb)用4個(gè)元素建立起了4階段理論模型:具體的經(jīng)驗(yàn)、觀察與反思、形成抽象的概念和普遍的原理以及在新情境中檢驗(yàn)概念的意義。對(duì)學(xué)習(xí)者而言，其學(xué)習(xí)過程應(yīng)遵循“學(xué)習(xí)圈”(learningcycle)。學(xué)習(xí)的起點(diǎn)或知識(shí)的獲取首先是來自人們的經(jīng)驗(yàn)或者感性的認(rèn)知，有了“經(jīng)驗(yàn)”，學(xué)習(xí)者的下一步邏輯過程便是對(duì)已獲經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“觀察”與“反思”(reflection)，把“有限的經(jīng)驗(yàn)”形成抽象的概念和普遍的原理。在教學(xué)過程中，特別是高等教育中的機(jī)械類課程，學(xué)習(xí)者即學(xué)生很難在有限的時(shí)間對(duì)其學(xué)習(xí)對(duì)象如一些機(jī)械裝備進(jìn)行感性認(rèn)識(shí)，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用恰恰滿足了學(xué)生在學(xué)習(xí)中感性體驗(yàn)的需求，在情景中體驗(yàn)概念的意義，使得知識(shí)外延擴(kuò)大。

1.2在機(jī)械類課程中教學(xué)的效果

機(jī)械基礎(chǔ)類課程通常由《機(jī)械制圖》、《機(jī)械原理》和《數(shù)控機(jī)床》等課程組成。在這些課程的教學(xué)中，既需要演示大量的實(shí)物、機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程、加工、制造、檢驗(yàn)方法和過程等，又需要將工程實(shí)際中提出的理論問題用虛擬仿真手段演示。采用虛擬仿真技術(shù)的CAI課件可以為教學(xué)提供很好的資源。如《機(jī)械制圖》課程中，除了強(qiáng)調(diào)學(xué)生的識(shí)圖繪圖能力之外，空間想象與空間思考能力尤為重要。作為教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，傳統(tǒng)的文字講解與配圖很難讓學(xué)生在腦中具體地構(gòu)造模型，而虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以直接將三維立體圖展現(xiàn)在課堂之上，化抽象為具體。學(xué)生可從內(nèi)部、外部以及各角度觀察立體模型，再與平面繪圖相結(jié)合，利于學(xué)生的理解。在《機(jī)械原理》課程中，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的認(rèn)知與理解為教學(xué)的核心，如何將教材中靜止的機(jī)構(gòu)配圖的運(yùn)動(dòng)情景理解為真實(shí)的場(chǎng)景成為學(xué)習(xí)《機(jī)械原理》的關(guān)鍵。如在機(jī)構(gòu)自由度的分析和計(jì)算過程中，復(fù)合鉸鏈很難講解透徹，若用設(shè)計(jì)出復(fù)合鉸鏈實(shí)際的裝配，學(xué)生會(huì)一目了然看到在3個(gè)桿件的結(jié)合點(diǎn)有2個(gè)鉸鏈，而避免因平面圖形看上去只有1個(gè)鉸鏈的錯(cuò)誤感覺。采用虛擬仿真技術(shù)，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)做成虛擬動(dòng)畫，即可達(dá)到更好的教學(xué)效果，還可節(jié)省成本，符合教學(xué)改革發(fā)展的趨勢(shì)。在《數(shù)控機(jī)床》課程中，機(jī)床加工過程用純文本加圖片的教學(xué)方式不易被學(xué)生理解，最佳的學(xué)習(xí)方式就是實(shí)際操作，但很多學(xué)校辦學(xué)規(guī)模有限，缺少相應(yīng)的實(shí)習(xí)基地，且實(shí)際操作具有一定風(fēng)險(xiǎn)。采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)加工的模擬，既可以避免真實(shí)教學(xué)給人帶來的危險(xiǎn)，又可以減少相應(yīng)投資的成本，同時(shí)可以系統(tǒng)、完整地為學(xué)生呈現(xiàn)出整個(gè)工藝過程，極大地幫助學(xué)生的理解和記憶。

2棉花制缽機(jī)的仿真動(dòng)畫制作

教學(xué)過程中向?qū)W生展示農(nóng)業(yè)棉花制缽機(jī)，實(shí)物成本高，體積大，不適合作為課堂教具，虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，可以利用Pro?E軟件對(duì)棉花制缽機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，并以其機(jī)構(gòu)部件的實(shí)際連接為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行裝配。在設(shè)置了機(jī)構(gòu)連接方式和運(yùn)動(dòng)方式的前提下，利用Pro?E的“機(jī)構(gòu)”模塊對(duì)制缽機(jī)工作過程進(jìn)行了仿真，進(jìn)而分析了制缽機(jī)構(gòu)工作過程中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，使得學(xué)生更加直觀地了解其工作原理。

2.1制缽機(jī)主要結(jié)構(gòu)的三維建模

制缽機(jī)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、填料機(jī)構(gòu)、壓料機(jī)構(gòu)和輸出機(jī)構(gòu)等部分組成。

(1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu):制缽機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由單相異步電動(dòng)機(jī)、離合器、減速器和鏈條等機(jī)構(gòu)組成。實(shí)現(xiàn)了速度的調(diào)速以及運(yùn)動(dòng)的配合，使壓料機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)的動(dòng)作能夠匹配。

(2)填料機(jī)構(gòu):由進(jìn)料斗、間歇齒輪和缽模盤組成。

(3)壓料機(jī)構(gòu):由偏心輪頂壓結(jié)構(gòu)和曲柄滑塊結(jié)構(gòu)組成。偏心輪頂壓結(jié)構(gòu)和曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的兩沖頭做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在?？字袑⑼寥罃D壓成型和沖出缽體。

(4)輸出結(jié)構(gòu):主要由鏈輪組成，將成形的營(yíng)養(yǎng)缽輸出。

2.2制缽機(jī)裝配模型的建立

裝配時(shí)，用應(yīng)用程序的“標(biāo)準(zhǔn)”界面操作。點(diǎn)擊“插入”中“元件”后的“裝配”，選擇保存路徑中元件，根據(jù)實(shí)際情況選擇連接方式。如減速箱內(nèi)軸與減速箱體，齒輪與軸之間連接類型為銷釘連接、制缽機(jī)機(jī)架與填料箱頂桿為剛性連接。制缽機(jī)的動(dòng)態(tài)虛擬仿真除標(biāo)準(zhǔn)裝配模式外，還需要采用Pro?E“應(yīng)用程序”中的“機(jī)構(gòu)”功能，可選擇齒輪間的連接以及添加伺服電機(jī)。制缽機(jī)裝配過程應(yīng)按如下順序進(jìn)行。

(1)插入機(jī)架，連接方式設(shè)置為缺省，即為完全約束。

(2)電機(jī)支架、輪胎桿，以及各個(gè)頂桿與機(jī)架間連接方式為剛性連接。

(3)輪胎與輪胎桿之間連接方式為銷釘連接，需設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸與連接平面。

(4)制動(dòng)桿與電機(jī)軸間為圓柱連接。

(5)減速箱內(nèi)軸與減速箱殼體為剛性連接，軸上齒輪與軸為銷釘連接，而相互嚙合的齒輪間為“機(jī)構(gòu)”功能中的“齒輪連接”。

(6)料斗與機(jī)架之間采用平面連接，制缽機(jī)構(gòu)通過連桿的滑動(dòng)桿連接與機(jī)架相連。

2.3制缽機(jī)虛擬仿真運(yùn)動(dòng)模型的建立

制缽機(jī)的工作原理:電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力輸出源，通過膠帶與減速箱相連。減速箱中裝有錐齒輪，動(dòng)力分水平與豎直兩方向輸出。水平方向通過鏈輪與沖壓裝置相連，構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，豎直方向通過不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)料斗間歇運(yùn)動(dòng)。同時(shí)通過另一鏈輪與滾輪相連，帶動(dòng)輸出膠帶的傳動(dòng)。料斗中的營(yíng)養(yǎng)土在刮板帶動(dòng)下進(jìn)入缽體，壓料機(jī)構(gòu)桿向下運(yùn)動(dòng)壓實(shí)缽體中的營(yíng)養(yǎng)土，再轉(zhuǎn)一個(gè)角度，缽體下方設(shè)有托盤，接著另一個(gè)壓料機(jī)構(gòu)桿輕壓落入膠帶后被膠帶傳輸至儲(chǔ)存處。根據(jù)機(jī)構(gòu)裝配所建的仿真裝配文件，選擇“應(yīng)用程序”中的“機(jī)構(gòu)”進(jìn)入Pro?E的機(jī)構(gòu)模塊，仿真設(shè)置過程如下。

(1)檢測(cè)裝配模型，進(jìn)入系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境，然后點(diǎn)擊“拖動(dòng)模型”工具，并拖動(dòng)各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)看是否按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)。

(2)添加伺服電動(dòng)機(jī)，在工具欄中選擇“定義伺服電機(jī)”，根據(jù)需要在電動(dòng)機(jī)類型中選擇“運(yùn)動(dòng)軸”或者“幾何”，再選擇“輪廓”中的參數(shù)，通過位置、速度和加速度3個(gè)參數(shù)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系來定義電機(jī)。同時(shí)可根據(jù)設(shè)定“模”來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電機(jī)控制。“圖形”功能可以直觀地顯示電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型。

(3)電機(jī)運(yùn)行，使用工具欄中的“機(jī)構(gòu)分析”功能，在分析定義中的“電動(dòng)機(jī)”中設(shè)置各電機(jī)的起始與終止時(shí)間，仿真過程中電機(jī)數(shù)量較多，需根據(jù)需要一一設(shè)定。

(4)創(chuàng)建動(dòng)畫。簡(jiǎn)單動(dòng)畫制作可使用機(jī)構(gòu)樹中的“回放”功能，可選擇“捕獲”按鈕將動(dòng)畫輸出。或根據(jù)“應(yīng)用程序”中的“動(dòng)畫”模塊進(jìn)行更為生動(dòng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫。通過“定時(shí)視圖”與“定時(shí)透明”功能實(shí)現(xiàn)多角度、全方位的觀察視角的變化，從而更具體細(xì)致地觀察制缽機(jī)的工作過程。

3結(jié)束語

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)組合；機(jī)械原理；實(shí)驗(yàn)；機(jī)械系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）22-0175-02

隨著我國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變的歷史性跨越，高校的實(shí)踐教學(xué)愈加受到廣泛的重視[1，2]。而對(duì)于培養(yǎng)目標(biāo)為“培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、富有創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級(jí)專門人才”和“以工為主，以軌道交通為特色”的大學(xué)來說，逐步將演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改變?yōu)榫C合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的機(jī)械綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更是迫在眉睫。

一、問題的提出

《機(jī)械原理》課程是工科機(jī)械類各專業(yè)的一門承上啟下的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化過程中起到重要的橋梁作用。該課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，學(xué)會(huì)常用機(jī)構(gòu)的分析和綜合方法，并具有進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。由此可見，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)機(jī)械原理課程的教學(xué)體系中，具有十分重要的地位，除了能使學(xué)生鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解外，更是理論結(jié)合實(shí)際、提高學(xué)生的動(dòng)手能力、啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維的必要手段。以往傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為《機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪》、《漸開線齒廓范成原理》和《回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡》等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過近幾年的努力，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了《平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》，為開創(chuàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)探索了道路。為了進(jìn)一步深入開展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)踐，課題組研發(fā)了此項(xiàng)機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)的目的及任務(wù)

設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)――《機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》的訓(xùn)練內(nèi)容涉及常用機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等，該實(shí)驗(yàn)的目的為：

1.培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，提高其綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和動(dòng)手能力；

2.通過對(duì)實(shí)際工程問題的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及搭接，加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性、運(yùn)動(dòng)干涉等問題的理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力；通過實(shí)驗(yàn)的多方案設(shè)計(jì)培養(yǎng)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；

3.培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作能力及團(tuán)隊(duì)精神。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)可根據(jù)學(xué)生理論知識(shí)掌握程度，自選或指定以下機(jī)構(gòu)之一：內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)；精壓機(jī)機(jī)構(gòu)；牛頭刨床機(jī)構(gòu)；齒輪―曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；齒輪―曲柄擺塊機(jī)構(gòu)；雙滑塊機(jī)構(gòu)插床機(jī)構(gòu)；篩料機(jī)構(gòu)；凸輪―五桿機(jī)構(gòu)；間歇運(yùn)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)等。

實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主，構(gòu)思2～3個(gè)可行方案，比較各方案優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)優(yōu)選方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，進(jìn)行實(shí)物搭接和試運(yùn)轉(zhuǎn)；在老師引導(dǎo)下學(xué)生發(fā)現(xiàn)所搭接機(jī)構(gòu)的不足之處，并提出改進(jìn)措施。

三、實(shí)驗(yàn)原理、方法與步驟

1.實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)選用湖南長(zhǎng)慶機(jī)電科教有限公司生產(chǎn)制造的CQJP―D機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)臺(tái)為實(shí)驗(yàn)裝置：

①實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)架（如圖1所示）：

②實(shí)驗(yàn)臺(tái)組件：該試驗(yàn)臺(tái)組件涵蓋了機(jī)械原理課程中講到的各種機(jī)構(gòu)的典型構(gòu)件：連桿和滑塊、齒輪和齒條、凸輪、槽輪和撥盤等，如圖2所示。另外還提供了用于連接、固定和鎖緊等輔助功能的組件：復(fù)合鉸鏈、主/從動(dòng)軸、鉸鏈支座、壓緊螺栓、層面限位套、高副鎖緊彈簧、齒條護(hù)板等。

2.實(shí)驗(yàn)原理。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其原動(dòng)件的數(shù)目等于其所具有的自由度的數(shù)目。因此，如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架及與機(jī)架相連的原動(dòng)件從機(jī)構(gòu)中拆分開來，則由其余構(gòu)件構(gòu)成的構(gòu)件組必然為一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組。而這個(gè)自由度為零的構(gòu)件組，有時(shí)還可以拆分成更簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組，將最后不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡(jiǎn)稱為桿組[3]。由桿組定義，組成平面機(jī)構(gòu)的基本桿組應(yīng)滿足條件：F=3n-2P1-Ph=0 式中：n為桿組中的構(gòu)件數(shù)；P1為桿組中的低副數(shù)；Ph為桿組中的高副數(shù)。由于構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目均應(yīng)為整數(shù)，故當(dāng)n、P1、Ph取不同數(shù)值時(shí)，可得各類基本桿組。當(dāng)Ph=0時(shí)，桿組中的運(yùn)動(dòng)副全部為低副，稱為低副桿組。其F=3n-2P1=0，故n=2P1/3，故n應(yīng)當(dāng)是2的倍數(shù)，而P1應(yīng)當(dāng)是3的倍數(shù)，即n=2、4、6……，P1=3、6、9……。當(dāng)n=2，P1=3時(shí)，基本桿組稱為Ⅱ級(jí)組。Ⅱ級(jí)組是應(yīng)用最多的基本桿組，絕大多數(shù)的機(jī)構(gòu)均由Ⅱ級(jí)桿組組成。n=4，P1=6時(shí)的基本桿組稱為Ⅲ級(jí)桿組。由上述分析可知，機(jī)構(gòu)的組成原理為：任何平面機(jī)構(gòu)都是由若干個(gè)基本桿組（阿蘇爾桿組）依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成。此原理即為機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)的基本原理。

3.實(shí)驗(yàn)的方法與步驟。①掌握平面機(jī)構(gòu)組成原理；②熟悉實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；③確定設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的類型，構(gòu)思2至3個(gè)可行方案，比較各方案優(yōu)缺點(diǎn)；④對(duì)優(yōu)選方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；⑤將優(yōu)選方案正確拆分成基本桿組；⑥正確拼接各基本桿組，將基本桿組按運(yùn)動(dòng)傳遞規(guī)律順序聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上，進(jìn)行實(shí)物搭接和試運(yùn)轉(zhuǎn)；⑦按要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)從培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思和動(dòng)手實(shí)踐能力出發(fā)，能夠使學(xué)生受到三個(gè)層次的訓(xùn)練：①掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能，驗(yàn)證所學(xué)的理論，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解；②課程學(xué)習(xí)與工程實(shí)際結(jié)合，初步具有進(jìn)行新型機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力；③鼓勵(lì)學(xué)生自己結(jié)合有生產(chǎn)背景的實(shí)際課題提出設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)，在鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王汝貴，蔡敢為.兩自由度可控機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)裝置研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（12）：3-5，11.

[2]蔡書平，桂亮.機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用研究[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2012，（4）：47-49.

篇3

摘要：根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能四種類型。指出四種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段，則顯得力不從心，跟不上時(shí)展的需要。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法，并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。

一、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。

制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式，基本上沿用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外，我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國(guó)家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。

由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。

1.1設(shè)計(jì)元素法

用五個(gè)設(shè)計(jì)元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。

1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。

從設(shè)計(jì)方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，將明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后的設(shè)計(jì)工作分為三步：1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“功能”)；2)尋找效應(yīng)(簡(jiǎn)稱為“效應(yīng)”)；3)尋找結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機(jī)械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個(gè)工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計(jì)者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨(dú)考慮功能(通常與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān))。此時(shí)，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域，如超小型機(jī)械、特大型機(jī)械、價(jià)值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預(yù)期功能。

1.4矩陣設(shè)計(jì)法

在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集，形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間，每個(gè)子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊，在抽象階段的高層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一個(gè)可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個(gè)運(yùn)動(dòng)方程。

1.5鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。

二、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計(jì)任務(wù)，即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。

根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，用“功能建立”模塊對(duì)功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對(duì)象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。

三、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據(jù)“運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能(簡(jiǎn)稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識(shí)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評(píng)判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)中。

利用生物進(jìn)化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個(gè)體染色體的二進(jìn)制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制適應(yīng)值，運(yùn)用生物進(jìn)化理論控制繁殖機(jī)制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個(gè)體，以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個(gè)體，即最符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)方案。

3.2知識(shí)的混合型表達(dá)法

針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，采用混合型的知識(shí)表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)尤為適合，這一點(diǎn)已得到我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識(shí)。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多種單一的知識(shí)表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對(duì)象的屬性，用規(guī)則表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征，用過程表示知識(shí)的處理，組成一種混合型的知識(shí)表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3利用基于知識(shí)的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識(shí)的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù)，為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容，由此尋求出基于知識(shí)的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。

3.4設(shè)計(jì)目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄，并將這三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動(dòng)原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。

3.5基于實(shí)例的方法

在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中，采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”，通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。

四、智能化設(shè)計(jì)方法

智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時(shí)，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進(jìn)行自動(dòng)取款機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，把產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個(gè)階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測(cè)外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù)，同時(shí)還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動(dòng)系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對(duì)產(chǎn)品的配置(設(shè)計(jì)模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計(jì)算機(jī)圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個(gè)階段，可以使設(shè)計(jì)過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個(gè)階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。

我國(guó)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點(diǎn)研究了按時(shí)序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個(gè)角度對(duì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行觀察，如運(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個(gè)階段求解過程需要的場(chǎng)合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計(jì)聯(lián)接件時(shí)所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺(tái)，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)，并以變量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機(jī)構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計(jì)功能，使原理圖隨著機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級(jí)的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。

五、各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法視具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對(duì)于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)較為合適。由于實(shí)體與功能之間并非是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一個(gè)實(shí)體通常可以實(shí)現(xiàn)若干種功能，一個(gè)功能往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此，欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，必須解決計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法。

目前，智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計(jì)中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時(shí)就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計(jì)方法知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)時(shí)，通常也需運(yùn)用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)同時(shí)又是方案智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之一。在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計(jì)有關(guān)層次的具體設(shè)計(jì)中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法中，不僅可以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本。

篇4

論文關(guān)鍵詞：約束　約束力　鉸鏈　應(yīng)用

論文摘 要：對(duì)經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)現(xiàn)行的約束與約束力提出的觀點(diǎn)，考慮約束與約束力在生活中的應(yīng)用；約束力的分類；更深入了解約束力與約束力的概念及相關(guān)內(nèi)容；物理規(guī)律的特性與審美性等。

近年來約束力在生活中的應(yīng)用越來越廣泛了，那么，你是否知道生活中那些東西應(yīng)用了約束力嗎？約束力在物理中的定義是什么？在此我將具體舉一些有關(guān)生活中的約束力。約束力在生活中的應(yīng)用的重要性等等。讓我們對(duì)生活有更深入的了解，對(duì)約束力也有更深入的認(rèn)識(shí)。

一、約束力

約束力對(duì)于我們來說并不陌生，例如我們常說法律對(duì)我們有約束力。道德對(duì)我們有約束力等。那么，在物理學(xué)中約束力的概念是什么呢？

（一）定義

指物體受到一定場(chǎng)力限制的現(xiàn)象。限制物體的位置和運(yùn)動(dòng)條件稱作物體所受的約束，實(shí)現(xiàn)這些約束條件的物體稱為約束體.受到約束條件限制的物體叫做被約束體.把約束對(duì)物體的作用力稱為約束力。按著習(xí)慣，把約束體簡(jiǎn)稱為約束，將被約束體簡(jiǎn)稱為物體.約束—阻礙非自由體運(yùn)動(dòng)的限制物。約束反力—約束對(duì)被約束物體運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，是一種力的作用，這種力叫約束束反力。柔體約束—繩索、鏈條、皮帶等用于阻礙物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，叫柔體約束。柔體約束的反力是通過接觸點(diǎn)，沿柔體中線作用的拉力。

有些物體，例如：飛行的飛機(jī)、炮彈和火箭等，它們?cè)诳臻g的位移不受任何限制。位移不受限制的物體稱為自由體。相反有些物體在空間的位移卻要受到一定的限制。如機(jī)車受鐵軌的限制，只能沿軌道運(yùn)動(dòng) ; 電機(jī)轉(zhuǎn)子受軸承的限制，只能繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng); 重物由鋼索吊住，不能下落等。位移受到限制的物體稱為非自由體。對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束。

（二）特點(diǎn)

約束力的特點(diǎn):約束力的方向與物體被限制的運(yùn)動(dòng)方向相反.約束反力—約束對(duì)被約束物體運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，是一種力的作用，這種力叫做約束反力。注意其和約束力的不同點(diǎn)。支承面的約束力：支持力與滑動(dòng)摩擦力或最大靜摩擦力的合力。

（三）分類

1.柔索約束

（1）只能承受拉力，不能承受壓力。

（2）限制物體沿柔索伸長(zhǎng)方向的運(yùn)動(dòng)。屬于這類約束的有繩索，鏈條和帶等。約束力常用符號(hào)F表示。

2.光華接觸面約束

（1）向心軸承(徑向軸承)（2）中間鉸約束 （3）固定鉸鏈支座（4）活動(dòng)鉸鏈支座 （5）二力桿約束。

3.固定端約束

4.其他約束

（1）滾動(dòng)支座 （2）球鉸鏈 （3）止推軸承

二、約束力在生活中的應(yīng)用

（1）壓水井的壓水手柄：利用杠桿原理制成，支點(diǎn)距水井較近，而手柄較通常由圓柱形的木材、金屬或其他材料做的零件，尤指用以將幾個(gè)單獨(dú)的物件固定在一起或作為一個(gè)物件懸在另一物件上的支撐物。 樣力臂較長(zhǎng)，可以省力。但是由杠桿原理可知，杠桿都是省力但不省功的。

（2）自行車：自行車上有很多小的機(jī)械裝置，是生活中最典型的機(jī)械裝置比如車閘，是利用杠桿原理制成的。車蹬實(shí)際是一個(gè)曲柄機(jī)構(gòu)。前鏈輪和后鏈輪之間由鉸鏈連接，從機(jī)械原理學(xué)上講，是一個(gè)簡(jiǎn)單的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

（3）鉗子，剪刀：也都是利用杠桿原理制成。實(shí)際上就是兩個(gè)小杠桿結(jié)合到一起，就是一個(gè)鉗子或剪刀了。

（4）扳手：仍然是杠桿原理。

（5）液壓小千斤頂：內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓裝置。從原理上說也有應(yīng)用杠桿原理。別看一個(gè)液壓千斤頂個(gè)頭很小，但支起一臺(tái)小轎車很容易的。

（6）電動(dòng)篩：這東西在農(nóng)村用的比較多，糧食放在上面，打開電源，電動(dòng)篩就自動(dòng)搖擺，把不用的東西篩下來。其原理就是一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，在大的分類上屬于四連桿。大地相當(dāng)于一個(gè)桿，兩個(gè)搖擺支架是第二、第三個(gè)桿，篩子是第四個(gè)桿。四連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)四個(gè)桿之間的長(zhǎng)短關(guān)系，可以形成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)。電動(dòng)篩就是人為制作形成的一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)。

（7）小轎車的車門：具體結(jié)構(gòu)那當(dāng)然是很復(fù)雜了，但從原理上講，轎車車門其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的四連桿機(jī)構(gòu)。

（8）柱塞泵：是和自行車的打氣筒差不多的，靠里面的柱塞一進(jìn)一出來抽水或抽油的，其原理實(shí)際上是一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，柱塞相當(dāng)于滑塊。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)際上是屬于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的變種，而前面也說了，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在大的分類上又屬于四連桿機(jī)構(gòu)。

（9）電梯：電梯的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)其實(shí)很復(fù)雜的，不是像一般人想象的那樣，就是一根鋼索吊著一個(gè)電梯廂?，F(xiàn)在的電梯內(nèi)部集合了各種自動(dòng)置各種傳感器，當(dāng)然最重要的還有安全保護(hù)裝置。但是從機(jī)械原理上說，電梯其實(shí)就是一個(gè)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。在大的分類上講，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)屬于齒輪機(jī)構(gòu)的一種。

（10） 齒輪泵：一種簡(jiǎn)單的泵，抽水或者抽油用的，生活中很常見的，是典型的齒輪機(jī)構(gòu)，把齒輪泵拆開，里面其實(shí)就是兩個(gè)齒輪而已。齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)便宜，體積小，缺點(diǎn)是工作噪音大，排量較?。∑鋵?shí)生活中簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置很多很多的，比如汽車的變速箱，你要拆開看看，里面全都是齒輪，這屬于輪系，而輪系在大的分類上也屬于齒輪機(jī)構(gòu)。建筑工地上的吊車，上面有杠桿，四連桿，齒輪，液壓，滑輪組等等。

三、結(jié)論

約束力與約束是生活中必不可少的，通過以上的舉例，我們可知道約束力與我們的生活息息相關(guān)。鉸鏈?zhǔn)瞧鋺?yīng)用于生活的典型例子。約束力將更加有發(fā)展與應(yīng)用生活中的潛力，有更多的秘密需要我們?nèi)ヌ剿?，去專研，通過這些我們可以知道物理是一門有趣而且有切合實(shí)際的學(xué)科。因此我們應(yīng)將物理發(fā)揚(yáng)光大。

參考文獻(xiàn)：

篇5

關(guān)鍵詞 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 課程優(yōu)化

機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程開設(shè)歷史悠久，兩門課程始終作為全國(guó)各工科院校機(jī)械類專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。近年來，隨著機(jī)械學(xué)科的飛速發(fā)展、我國(guó)高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)施寬口徑化、21 世紀(jì)人才綜合能力培養(yǎng)的需求，再次審視兩門課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容和教學(xué)方法，認(rèn)為依舊存在問題需要探究與改革。

一、存在的問題

（一）內(nèi)容有交叉與重復(fù)現(xiàn)象。機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩門課程的教學(xué)內(nèi)容基本變化不大，課程內(nèi)容自成體系，相互之間缺少銜接，存在內(nèi)容交叉和重復(fù)的問題。

（二）缺少系統(tǒng)性。兩門課程缺少對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的介紹，學(xué)生學(xué)完了兩門課程，仍對(duì)機(jī)械沒有整體的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)過程缺少了解，兩門課程的總體效能未能充分顯現(xiàn)。

（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)不足。兩門課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)難以適應(yīng)對(duì)學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求，缺少主動(dòng)性實(shí)踐的環(huán)境。

二、理論教學(xué)體系的整合與優(yōu)化

機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過產(chǎn)品的規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，通過機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅應(yīng)掌握一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的基本理論知識(shí)，還應(yīng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過程。為此筆者嘗試突破“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”兩課程的界線，將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了重組、融合及整體優(yōu)化，合并為“機(jī)械設(shè)計(jì)課程。

（一）課程目標(biāo)。通過本課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)總體教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神；使學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品具有整體的概念和正確的設(shè)計(jì)思想；掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，初步具備一般機(jī)械方案設(shè)計(jì)和分析的能力；掌握常用機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，掌握通用零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和選用的基本知識(shí)，初步具備一般通用機(jī)械的設(shè)計(jì)能力；培養(yǎng)學(xué)生查閱和運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)及網(wǎng)絡(luò)息等技術(shù)資料的能力。

（二）理論教學(xué)體系。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，合理取舍課堂教學(xué)內(nèi)容，是關(guān)系到能否真正實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的關(guān)鍵。經(jīng)過多年的仔細(xì)斟酌、反復(fù)探究，提出精、寬、新的授課原則：精——精選重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行詳解與指點(diǎn)，避免煩瑣公式的推導(dǎo)和易于自學(xué)的內(nèi)容占用過多的學(xué)時(shí)；寬——拓寬學(xué)生的知識(shí)面，注重工程應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；新——注重機(jī)械學(xué)科發(fā)展、將機(jī)械學(xué)科的科研成果融入教學(xué)，讓學(xué)生了解機(jī)械學(xué)科的新技術(shù)、新方法。

三、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

實(shí)踐教學(xué)體系由實(shí)驗(yàn)教學(xué)、機(jī)械實(shí)例分析與設(shè)計(jì)（大作業(yè)）、典型機(jī)械設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)）三部分組成。三個(gè)模塊均以加強(qiáng)自學(xué)能力、研究能力、動(dòng)手能力及工程意識(shí)與創(chuàng)新精神為培養(yǎng)目標(biāo)。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代實(shí)技術(shù)相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性與設(shè)計(jì)性，如增開了典型機(jī)器與機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)意組合、機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)意組合等綜合性實(shí)驗(yàn)，對(duì)啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力起到非常積極的作用。

（二）機(jī)械實(shí)例分析與設(shè)計(jì)。本課程傳統(tǒng)的課外作業(yè)內(nèi)容雖然對(duì)一些基本概念、定義的理解起到一定的作用，但是由于各章相對(duì)獨(dú)立、就題論題、解題方法千人一面等問題，讓學(xué)生感到枯燥無味，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。為了解決此問題，將“書本習(xí)題”大大減少，增加數(shù)個(gè)綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的機(jī)械實(shí)例分析大作業(yè)。

（三）課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)決定了它在對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和設(shè)計(jì)能力等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。原來的機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)是分開的，相互之間沒有聯(lián)系，機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)是以機(jī)構(gòu)的分析為主，機(jī)械設(shè)計(jì)是以零件的強(qiáng)度分析和繪制圖紙為主，教師不僅限定了設(shè)計(jì)題目和方案，還給學(xué)生提供了非常齊全的參考資料，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得不到發(fā)揮。將兩門課程的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化整合，從題目的選擇到實(shí)施過程，更加符合現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)思路，即把過去僅進(jìn)行機(jī)構(gòu)和零部件的尺度綜合、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，改變?yōu)檫M(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。使學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到了發(fā)揮，提高了設(shè)計(jì)的能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力、形象思維的能力。

四、教學(xué)方法與手段的改革

近年來，隨著兩門課程體系的改革和深化，課程內(nèi)容不斷更新和增加，但教學(xué)學(xué)時(shí)相對(duì)減少，學(xué)時(shí)與內(nèi)容成了突出矛盾。如何激發(fā)學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生的潛能, 提高學(xué)習(xí)的自主性和能動(dòng)性,使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論與方法；如何培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新精神和設(shè)計(jì)能力，是教學(xué)方法和教學(xué)手段研究的重要課題。

（一）從培養(yǎng)興趣入手。興趣是成才的起點(diǎn)，是成就事業(yè)的沃土。學(xué)習(xí)興趣能激勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

（二）開放式教學(xué)。開放式的教學(xué)方法，一是要打破傳統(tǒng)的“一本書”，大力提倡課外閱讀，讓學(xué)生了解教科書之外相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，更要讓學(xué)生了解新理論、新方法和新技術(shù)。二是打破“一言堂”，給學(xué)生適當(dāng)?shù)摹白杂伞?，鼓?lì)學(xué)生向老師提出問題，幫助學(xué)生樹立“不唯書、不唯師、只唯實(shí)”的實(shí)事求是精神；三是教師不要把所有的知識(shí)點(diǎn)得“完美無缺”，要給學(xué)生的自學(xué)留有余地和空間。

（三）倡導(dǎo)主動(dòng)實(shí)踐。被動(dòng)實(shí)踐是指實(shí)踐的對(duì)象、方法、程序等關(guān)鍵要素都是由老師制定的, 學(xué)生在老師規(guī)定的框架中, 沿著老師制定的路線去完成實(shí)踐任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]濮良貴,紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].高等教育出版社TH122.2006.5.

篇6

關(guān)鍵詞：平面連桿機(jī)構(gòu)；三維建模；SolidWorks二次開發(fā)

1 引言

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展越來越重要，在《機(jī)械原理》的教學(xué)張，平面連桿機(jī)構(gòu)是難點(diǎn)，也是重點(diǎn)，同時(shí)它在工程機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用也是十分的廣泛。傳統(tǒng)教學(xué)模式下線條狀的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖雖然可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真，但所實(shí)現(xiàn)的機(jī)構(gòu)仿真不但缺乏三維真實(shí)感，而且分析結(jié)果的精度也不高。SolidWorks是一款CAD/CAM/CAE高度集成化的三維軟件，它具有強(qiáng)大的三維建模和分析仿真功能。因此，開發(fā)基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

SolidWorks是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的三維建模功能，是現(xiàn)今主流的三維造型軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Visual C++是微軟公司推出的面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)，把它作為SolidWorks的二次開發(fā)環(huán)境，具有界面簡(jiǎn)潔、占用資源少、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，利用C++對(duì)SolidWorks進(jìn)行專業(yè)化的二次開發(fā)必要與可行的。

本系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為運(yùn)行平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型的整體構(gòu)架，為系統(tǒng)的通用性及擴(kuò)展性提供理論依據(jù)?；谏鲜鲆?，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，利用SolidWorks的API中COM類型接口以及基于對(duì)象的編程語言VC++進(jìn)行學(xué)生界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)的三維參數(shù)化建模，并將仿真結(jié)果以組件的形式進(jìn)行打包嵌入到客戶機(jī)瀏覽器端；采用ASP語言編寫仿真系統(tǒng)界面，服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟Office中的Access數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)學(xué)生注冊(cè)、登陸等相關(guān)信息。

3 系統(tǒng)開發(fā)模型

本研究的系統(tǒng)原理如圖1所示。基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)系統(tǒng)貯存在遠(yuǎn)程服務(wù)器中，學(xué)生通過客戶端（Web瀏覽器）訪問網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)服務(wù)界面，選擇演示的機(jī)構(gòu)類型并輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，通過ASP進(jìn)行參數(shù)傳遞，并調(diào)用參數(shù)化設(shè)計(jì)組件。參數(shù)化設(shè)計(jì)組件啟動(dòng)服務(wù)器端的SolidWorks系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生輸入的機(jī)構(gòu)類型，從機(jī)構(gòu)模型庫(kù)中調(diào)出對(duì)應(yīng)各構(gòu)件的三維模板圖形文件，并調(diào)用SolidWorks提供的API函數(shù)，以學(xué)生提交的設(shè)計(jì)參數(shù)替換模板圖形文件中的驅(qū)動(dòng)尺寸，模型再生后即可得到學(xué)生需要的構(gòu)件模型；然后檢查各構(gòu)件間的尺寸關(guān)系，是否發(fā)生干涉；再根據(jù)預(yù)先定義的裝配關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)裝配，最后調(diào)用機(jī)構(gòu)分析模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析，并將最終的機(jī)構(gòu)模型和分析結(jié)果保存在服務(wù)器供學(xué)生下載。

圖1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)主要由參數(shù)化設(shè)計(jì)、干涉檢查、自動(dòng)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)分析等模塊組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，這種三層網(wǎng)絡(luò)體系能很好地解決學(xué)生和系統(tǒng)的交互、學(xué)生和瀏覽器的通話、瀏覽器和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換等問題。學(xué)生應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)不需要在客戶機(jī)安裝SolidWorks軟件，只需要通過瀏覽器端登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，得到使用權(quán)限后就可以向?qū)W生演示平面連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、干涉檢查、自動(dòng)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真等過程，并繪制重要點(diǎn)的位移、速度、加速度等曲線。學(xué)生在客戶機(jī)端通過瀏覽器可以觀察到真實(shí)的機(jī)構(gòu)三維模型，交互式運(yùn)動(dòng)仿真與裝配過程以及圖形化的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果。學(xué)生還可以根據(jù)需要登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，以鞏固所學(xué)知識(shí)。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

結(jié)束語

以往的平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)都是基于本地的研究，也沒有建立機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型。而本文基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析的一體化，解決了圖形抽象、資源共享性差等問題。該系統(tǒng)可以豐富和加強(qiáng)《機(jī)械原理》課程的教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量和效率?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]程榮俊，黎瑞平，等.基于Pro/E的平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].機(jī)械工程師，2010（6）：58-59.

[2]葉水安.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)模式構(gòu)建[J].科技信息，2008（9）：548-549.

[3]王新珉.平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)研究[D].成都：西華大學(xué)，2009.

篇7

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理教學(xué)；現(xiàn)狀；問題；考核制度

我國(guó)在1952年正式實(shí)行高考政策，滿足了中國(guó)學(xué)生邁入更

高學(xué)府學(xué)習(xí)知識(shí)的夢(mèng)想，當(dāng)時(shí)正值我國(guó)建設(shè)的新時(shí)期，對(duì)有著專業(yè)知識(shí)的文化人需求很大。我國(guó)作為生產(chǎn)大國(guó)，大學(xué)很早就開設(shè)了機(jī)械方面的專業(yè)，以滿足社會(huì)的需求?，F(xiàn)如今，我們已經(jīng)邁入了21世紀(jì)，在這個(gè)依靠科技創(chuàng)新的社會(huì)，應(yīng)用型人才越來越缺乏。就我國(guó)的教育來說，大學(xué)的門檻越來越低，我國(guó)大部分學(xué)生都能夠上大學(xué)，大學(xué)的生源素質(zhì)參差不齊，嚴(yán)重缺乏自主創(chuàng)新能力。針對(duì)此現(xiàn)狀，我國(guó)也在不斷實(shí)行教育改革，大力發(fā)展職業(yè)教育，把職業(yè)教育擺到更加突出、更加重要的位置。這樣做有利于緩解當(dāng)前技能型、應(yīng)用型人才緊缺的矛盾，也有利于農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移和擴(kuò)大社會(huì)就業(yè)，但這些做法也只停留在表面，不能從根本上解決問題。

一、機(jī)械原理課程包含的內(nèi)容

在職業(yè)學(xué)校機(jī)電類專業(yè)中，機(jī)械原理課程貫穿整個(gè)機(jī)電專業(yè)的學(xué)習(xí)，是專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。針對(duì)機(jī)械原理的定義來說，機(jī)械原理是研究機(jī)器的機(jī)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)方式、質(zhì)量的一門基礎(chǔ)性學(xué)科，在整個(gè)機(jī)械行業(yè)中，由于人類已從手工時(shí)期邁入了工業(yè)時(shí)代，對(duì)機(jī)械的要求越來越多，機(jī)械的種類也隨之多樣化，每種機(jī)械都有自己獨(dú)特的用途，但組成的結(jié)構(gòu)大體相同。在機(jī)械原理教學(xué)中主要包括對(duì)機(jī)械動(dòng)力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)的教學(xué)。從理論知識(shí)面上來說，機(jī)械是由機(jī)器和機(jī)構(gòu)兩個(gè)大方面組成，而機(jī)構(gòu)是用來

改變或傳遞運(yùn)動(dòng)形式的裝置。在機(jī)械原理理論課中詳細(xì)地介紹了機(jī)構(gòu)的分類以及具體的分析。

二、機(jī)械原理與創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合在教學(xué)中出現(xiàn)的問題

根據(jù)對(duì)部分五年制高職教育院校的課程進(jìn)行調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)校的機(jī)電工程系相關(guān)的機(jī)械專業(yè)，機(jī)械原理教學(xué)中對(duì)于課本知識(shí)普遍只注重“教”，老師在課堂上對(duì)于機(jī)械理論知識(shí)講解得非常仔細(xì)，但學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)能力，又因?yàn)檎n本知識(shí)比較抽象，往往不能夠及時(shí)掌握，導(dǎo)致課堂效率出現(xiàn)問題。在機(jī)械原理教學(xué)中主要有以下幾個(gè)問題：

1.理論知識(shí)與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)

現(xiàn)階段，職業(yè)學(xué)校的課程模式造成了理論與實(shí)踐的分離，針

對(duì)性與應(yīng)用性較差，學(xué)習(xí)內(nèi)容交叉重復(fù)，職業(yè)技能培養(yǎng)缺乏，不能彰顯職教特色，在教學(xué)中普遍理論性偏強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。在機(jī)電專業(yè)中，機(jī)械原理課程也不例外，學(xué)生在課堂上對(duì)老師傳授的知識(shí)理解得不透徹，久而久之就很難將這門課程學(xué)好。理論課上完之后集中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生都已經(jīng)忘記前面的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)課的效果很不理想，而且知識(shí)不能得到鞏固，導(dǎo)致學(xué)生考試掛科，最主要的是不能學(xué)到專業(yè)知識(shí)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)器材配備也往往不能滿足學(xué)生的要求，實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較老套，不適合現(xiàn)行的機(jī)械教育。

2.在課堂教學(xué)中不能很好地與創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合，缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

教師在課堂上依然喜歡用自己的一套方式教學(xué)生，在學(xué)校，

大部分擔(dān)任機(jī)械類專業(yè)課程的老師年齡普遍較高，不能將課程與創(chuàng)新設(shè)計(jì)完美地結(jié)合在一起，課堂授課無法提起學(xué)生的興趣，導(dǎo)

致學(xué)生在課堂上昏昏欲睡，同時(shí)不注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生的自主創(chuàng)新能力是機(jī)械原理教學(xué)的重點(diǎn)培育部分，而老師在教學(xué)中往往會(huì)忽視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培訓(xùn)，總是認(rèn)為學(xué)生會(huì)在休息時(shí)間組成科研小分隊(duì)，對(duì)機(jī)械進(jìn)行科研，從而來培養(yǎng)創(chuàng)新能力。然而，根據(jù)調(diào)查得出，如今的職業(yè)學(xué)校的學(xué)生更多的是在課外打打游戲，對(duì)知識(shí)的求知欲望不高，且自主創(chuàng)新能力方面的技能相對(duì)缺乏。

3.考核制度不完善

機(jī)械原理課程的考核制度不夠完善，在機(jī)械原理課程的考核中對(duì)理論知識(shí)的考核比重非常大。從客觀上來看，更使學(xué)生只注重理論知識(shí)。學(xué)生在課堂教學(xué)中對(duì)于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣不大，因此，往往在考試時(shí)喜歡臨時(shí)抱佛腳，更有甚者，在考試中抄襲別人的試卷。這樣的因果循環(huán)就會(huì)導(dǎo)致在課堂上認(rèn)真聽課的人因?yàn)槟承┰驋炜?，而?jīng)常不學(xué)習(xí)的，在考試中抄襲卻過了，造成不良影響。同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為自己課程過了就代表自己學(xué)會(huì)了，但事實(shí)并非如此。

三、機(jī)械原理教學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合的實(shí)踐和策略

上述在機(jī)械原理教學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的種種問題表明，我們?cè)谶@門課程中確實(shí)存在著許許多多的不足，需要努力去改正，經(jīng)過仔細(xì)推敲，可以得出以下幾點(diǎn)策略：

1.理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合

有理論而無相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是不能使理論知識(shí)得到鞏固的，在現(xiàn)階段的職業(yè)學(xué)校五年制高職教學(xué)中，應(yīng)該將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)課緊密地連接在一起。機(jī)械設(shè)計(jì)原理是一門理論性較強(qiáng)的課程，在課程中往往會(huì)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，因此，必須在此理論課結(jié)束后通過實(shí)驗(yàn)課對(duì)課堂上所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行鞏固加深，這樣既能夠提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)度，也能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力，從而奠定培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。

2.提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，將創(chuàng)新設(shè)計(jì)與教學(xué)結(jié)合在一起

學(xué)生是否有很強(qiáng)的創(chuàng)新能力決定著以后工作的成功與否。在當(dāng)代五年制高職學(xué)生中，特別是機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，更應(yīng)該注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。任課老師應(yīng)該將創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維能力融入教學(xué)中，對(duì)教學(xué)中的難點(diǎn)問題列舉實(shí)例給學(xué)生進(jìn)行講解，例如：曲柄連桿機(jī)構(gòu)，生活中的門和窗很多都是利用了連桿機(jī)構(gòu)的原理，這樣學(xué)生一目了然，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。盡可能地開發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在實(shí)驗(yàn)課上，要求學(xué)生對(duì)機(jī)械的零部件進(jìn)行深入了解，弄清機(jī)械由哪幾部分組成，在課余時(shí)間開展機(jī)械原理方面的創(chuàng)新知識(shí)競(jìng)賽，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的輔導(dǎo)，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的作品的優(yōu)點(diǎn)給予鼓勵(lì)，對(duì)不足點(diǎn)加以更正，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)能夠得到極大地提高。

3.完善考核制度

完善考核制度，不能只注重理論知識(shí)，還要對(duì)機(jī)械原理的實(shí)驗(yàn)課及創(chuàng)新設(shè)計(jì)加強(qiáng)考核，使學(xué)生注重對(duì)自己動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總而言之，將創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理念與機(jī)械原理相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，不斷地完善機(jī)械原理教學(xué)中的不合理因素，也讓學(xué)生能夠真正學(xué)到知識(shí)，為國(guó)家培養(yǎng)技術(shù)型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]段巍.機(jī)械原理課程改革實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng).中國(guó)電力教育，2008.

篇8

關(guān)鍵詞：Matlab 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）012-241-02

車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)車輛操縱的穩(wěn)定性、行駛的安全性、以及輪胎的壽命有著直接的影響。而四連桿轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造方便而被廣泛用于車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中。本文從車輛行駛要求入手，通過對(duì)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析，以Matlab軟件為優(yōu)化工具，對(duì)車輛轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能保證車輛在轉(zhuǎn)向過程中各車輪的軸線終交于瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心。

1 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的基本特性

為了避免在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生路面對(duì)車輛行駛的附加阻力和輪胎過快磨損，要求轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能保證在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)所有車輪均作純滾動(dòng)。由機(jī)械原理可知，只有所有車輪的軸線都交于一點(diǎn)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。此交點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)向中心。由此可得內(nèi)外輪轉(zhuǎn)向角的理論關(guān)系為：

式中：M為兩側(cè)主銷軸線與地面相交點(diǎn)之間的距離；L為車輛軸距。

為了得到實(shí)際的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系，建立了圖1所示坐標(biāo)系，當(dāng)內(nèi)輪轉(zhuǎn)過角 時(shí)，外輪實(shí)際轉(zhuǎn)過 角。則此時(shí)、兩點(diǎn)的的坐標(biāo)為。轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)由原始位置轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)由于桿AB的長(zhǎng)度不變所以有：

2 轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3 Matlab優(yōu)化工具箱簡(jiǎn)介及實(shí)例分析

Matlab的優(yōu)化工具箱提供了對(duì)各種優(yōu)化問題的一個(gè)完整的解決方案。涵蓋了線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、最小二乘問題、非線性方程求解、多目標(biāo)決策、最小最大問題等優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法。具有函數(shù)表達(dá)簡(jiǎn)潔、多種優(yōu)化算法可任意選擇、對(duì)算法參數(shù)可自由設(shè)置等一系列的優(yōu)點(diǎn)，可使用戶方便靈活地使用優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中的fmincon函數(shù)專門是求解多維約束優(yōu)化問題的優(yōu)化函數(shù)，它的語法如下：

輸入?yún)?shù)：fun是調(diào)用目標(biāo)函數(shù)的函數(shù)文件名；x0是初始點(diǎn)；設(shè)計(jì)變量X的下界向量Lb和上界向量Ub；‘Nlc’是定義非線性約束條件的函數(shù)名；options是設(shè)置優(yōu)化選項(xiàng)參數(shù)；P1，P2等是傳遞給的fun附加參數(shù)。

運(yùn)用Matlab優(yōu)化工具箱可解決大量的機(jī)械優(yōu)化問題，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)形問題，可經(jīng)過合適的變換后，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式，也能用此工具箱進(jìn)行求解。

以某型車輛為例，其參數(shù)為：M=1520mm，R=270，L= 4200mm， =78x=40atlab 優(yōu)化工具箱進(jìn)行優(yōu)化后可得R=270， =74.5繽？所示，由圖2可知優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)明顯優(yōu)于優(yōu)化前的機(jī)構(gòu)：在以內(nèi)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的性能接近理論值，而在至最大轉(zhuǎn)向角范圍內(nèi)誤差的累計(jì)和與優(yōu)化前大致相當(dāng)。

4 結(jié)語

運(yùn)用 Matlable 優(yōu)化工具箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有初始參數(shù)輸入簡(jiǎn)單，編程工作量小等優(yōu)點(diǎn)，可極大提高優(yōu)化問題的求解速度，減小求解工作量。本文通過分析轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)特性建立了其數(shù)學(xué)模型，確定了優(yōu)化函數(shù)并以某型車輛為例，利用Matlable 優(yōu)化工具箱對(duì)其轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析。對(duì)比優(yōu)化結(jié)果表明，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)在小轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)接近理論值，保證車輛在常用的轉(zhuǎn)向角度范圍轉(zhuǎn)向的精確度，并減少了汽車在高速行駛時(shí)因車輪轉(zhuǎn)向誤差而導(dǎo)致的輪胎磨損，提高了車輛行駛的操縱穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉民鎮(zhèn)，劉亞文.工程機(jī)械梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械，1996（11）：22-24.

篇9

[關(guān)鍵詞]ADAMS 機(jī)械原理 教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）07-0123-02

應(yīng)用型本科教育是以培養(yǎng)知識(shí)、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展，面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線的高級(jí)應(yīng)用型人才為目標(biāo)定位的教育。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐和應(yīng)用型本科的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)課程的特點(diǎn)，在《機(jī)械原理》課程教學(xué)及實(shí)踐環(huán)節(jié)中有針對(duì)性地應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件，取得了良好的教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

《機(jī)械原理》課程是機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，起著從基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課，從理論課程過渡到結(jié)合工程實(shí)踐的承前啟后關(guān)鍵性作用，與工程實(shí)踐的聯(lián)系極為緊密。

目前該課程的教學(xué)模式依然沿用傳統(tǒng)的以教師為中心的知識(shí)傳授型，主要是在課堂上進(jìn)行陳述性的知識(shí)講解，多采用板書講授、出示掛圖和模型的方法進(jìn)行教學(xué)。雖然近年來逐步采用多媒體教學(xué)，但也僅是普通ppt，無法動(dòng)態(tài)演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，不利于學(xué)生形成直觀印象，不能夠理解機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。總體而言，傳統(tǒng)教學(xué)模式存在著“重理論輕實(shí)踐、重理論傳授輕學(xué)生能力培養(yǎng)”的缺陷。由于該課程涉及知識(shí)面廣、知識(shí)點(diǎn)多，而且學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此學(xué)習(xí)難度大，學(xué)生的感受大多是“機(jī)械原理不好學(xué)，實(shí)踐應(yīng)用更無從下手”，無法達(dá)到應(yīng)用型本科教學(xué)的目標(biāo)，對(duì)此進(jìn)行改革勢(shì)在必行。

二、教學(xué)中引入虛擬樣機(jī)技術(shù)的目的

虛擬樣機(jī)技術(shù)是設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，可以快速、準(zhǔn)確、直觀地分析和評(píng)估機(jī)械系統(tǒng)的性能。目前已出現(xiàn)多種虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件，市場(chǎng)占有率較高、應(yīng)用較為廣泛的是由美國(guó)MSC公司研發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件（Auto Dynamic Analysisof Mechanical System，以下簡(jiǎn)稱ADAMS）。

ADAMS具有易教、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，使用者只要掌握了基本的機(jī)械原理知識(shí)和計(jì)算機(jī)操作就可以完成常用機(jī)構(gòu)的建模、仿真和分析。

（一）改變教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量

指導(dǎo)學(xué)生利用ADAMS完成機(jī)械原理中常見機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)等的建模，等于將實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)搬入教室，讓學(xué)生從多個(gè)角度觀察各種常見機(jī)構(gòu)。學(xué)生建模的過程也是自主參與學(xué)習(xí)的過程，從而變枯燥的傳授性講授為教師主導(dǎo)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐相結(jié)合，有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）提高學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生能力

利用ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，速度快、精度高，可以幫助學(xué)生克服因傳統(tǒng)方法使用不便而形成的畏難情緒，讓他們了解、掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的方法，提高學(xué)習(xí)積極性，為自身綜合素質(zhì)的全面提高奠定良好的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

（一）在理論教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)械原理課程所涉及的知識(shí)面廣，具有“模型多、關(guān)系多、門類多、公式多、圖形多、表格多”的特點(diǎn)，相對(duì)枯燥且難以理解，因此要求教師在教學(xué)中需時(shí)刻注意，深入思考，不斷探索如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。筆者在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要利用ADAMS制作各種常用機(jī)構(gòu)的三維模型并多角度動(dòng)態(tài)演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，使教學(xué)內(nèi)容直觀、生動(dòng)，吻合了學(xué)生涉新獵奇的心理愿望，有效地激發(fā)了學(xué)生的興趣。圖一為利用ADAMS建立的行星輪系模型。

此外，筆者針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生利用ADAMS創(chuàng)建機(jī)構(gòu)模型，可以有效幫助學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，降低學(xué)習(xí)難度，取得很好效果。

傳統(tǒng)的凸輪設(shè)計(jì)無論是用圖解法還是解析法，其原理都是“反轉(zhuǎn)法”，即在選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸（基圓半徑和偏距等）的前提下，假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，使推桿相對(duì)于凸輪沿-ω方向做反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)按選定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓曲線。

利用ADAMS設(shè)計(jì)凸輪采用的是相對(duì)軌跡曲線生成實(shí)體方法，只需要定義凸輪的轉(zhuǎn)速、偏距和基圓半徑以及推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，仿真凸輪和推桿在各自運(yùn)動(dòng)規(guī)律驅(qū)動(dòng)下所做的運(yùn)動(dòng)，利用ADAMS提供的捕捉運(yùn)動(dòng)點(diǎn)軌跡功能，可得到推桿尖頂相對(duì)凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，也就是凸輪的輪廓曲線，然后就可以快速生成凸輪的幾何實(shí)體。這種方法可以有效降低學(xué)習(xí)難度，使教學(xué)難點(diǎn)更加清晰、生動(dòng)，學(xué)生可以直觀地、全面地了解凸輪設(shè)計(jì)過程，在短時(shí)間內(nèi)理解并掌握尖頂推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，達(dá)到教學(xué)大綱要求。對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，則要求他們利用課余時(shí)間完成綜合應(yīng)用三維建模軟件（UG、Pro/E）和ADAMS進(jìn)行滾子推桿盤型凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而化教學(xué)難點(diǎn)為學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。圖二為利用ADAMS設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)示意圖。

（二）在課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)械原理課程的課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)綜合能力、創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，一般分為兩個(gè)階段：第一階段是方案設(shè)計(jì)，第二階段是尺寸綜合、運(yùn)動(dòng)分析和受力分析。第二階段進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析的方法通常是圖解法和解析法，運(yùn)用圖解法時(shí)，一張圖紙只能完成一個(gè)位置的分析，且準(zhǔn)確性差；運(yùn)用解析法時(shí)，無論數(shù)學(xué)模型的建立還是計(jì)算程序的編制相當(dāng)繁瑣。實(shí)踐證明無論是采用哪種方法，學(xué)生都需要大量的時(shí)間才能完成，不能提出多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，從而影響了綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

利用ADAMS完成運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，可便捷地建立全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)模型，快速地完成運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，以曲線圖和動(dòng)畫形式輸出分析結(jié)果，能夠讓學(xué)生直觀地看到自己的設(shè)計(jì)成果，增強(qiáng)學(xué)生的成就感和自信心；學(xué)生也可以采用不同方法驗(yàn)證圖解法或解析法分析結(jié)果精度，保證學(xué)生能按時(shí)、高質(zhì)量地完成課程設(shè)計(jì)。圖三為指導(dǎo)學(xué)生利用ADAMS完成的牛頭刨床運(yùn)動(dòng)分析示意圖。

利用ADAMS的參數(shù)化建模，還可以自動(dòng)改變?cè)O(shè)計(jì)變量完成優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案，可以彌補(bǔ)學(xué)生由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在尺寸綜合過程中犯下的錯(cuò)誤。

此外，利用ADAMS完成課程設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行多種方案的對(duì)比分析，鍛煉學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，讓想象力和創(chuàng)造力得到充分發(fā)揮。

四、結(jié)語

將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入機(jī)械原理課程教學(xué)，將傳統(tǒng)的教學(xué)方法和現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合為一體，可以改變?cè)休^為陳舊的分析方法，有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)理論和工程實(shí)踐相結(jié)合；能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使教學(xué)質(zhì)量大為提高。無論是在課堂教學(xué)還是在課程設(shè)計(jì)中，以ADAMS為代表的虛擬樣機(jī)技術(shù)都能得到充分的應(yīng)用，有利于學(xué)生掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的手段和方法，培養(yǎng)他們應(yīng)用和創(chuàng)新的能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李大勝，石懷榮，呂明.應(yīng)用型本科院校機(jī)械原理課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（2）：90-92

[2] 孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2003.

篇10

自由度簡(jiǎn)介：

1、如果一個(gè)構(gòu)件組合體的自由度大于零，構(gòu)件組合體就可以成為一個(gè)機(jī)構(gòu)，即表明各構(gòu)件間可有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果構(gòu)件組合體的自由度等于零，則構(gòu)件組合體將是一個(gè)結(jié)構(gòu)，即已退化為一個(gè)構(gòu)件；

2、機(jī)構(gòu)自由度包含有平面機(jī)構(gòu)自由度和空間機(jī)構(gòu)自由度，一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)；

3、平面機(jī)構(gòu)自由度，一個(gè)桿件在平面可以由其上任一點(diǎn)A的坐標(biāo)x和y，以及通過A點(diǎn)的垂線AB與橫坐標(biāo)軸的夾角等3個(gè)參數(shù)來決定，因此桿件具有三個(gè)自由度；