機械原理中構(gòu)件的定義精選(九篇)

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第1篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

關鍵詞：CAXA；兼容；繪圖簡便；圖庫操作

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.064

隨著計算機的普及，互聯(lián)網(wǎng)時代科技的高速發(fā)展，煤礦機電一體化技術的融合，計算機制圖在煤礦機電的地位越來越重要，日常生產(chǎn)工作中，我們都需要用計算機去繪制電氣原理圖、機械結(jié)構(gòu)圖、液壓系統(tǒng)原理圖、供電系統(tǒng)示意圖等等。今天在這里為大家淺談一下CAXA電子圖版（以CAXA2013為例）在煤礦機電制圖上的應用。

1 數(shù)據(jù)全面兼容

強大的數(shù)據(jù)兼容能力使得CAXA電子圖版能方便與其他軟件交流數(shù)據(jù)，針對AutoCAD的各個版本的文件，CAXA電子圖板都能夠輕松的讀入和保存，并且能夠兼容AutoCAD上二次開發(fā)軟件的數(shù)據(jù)文件；針對UG、PRO/E、SOLIDWORKS、CATIA等三維軟件生成的dwg/dxf文件的兼容性遠比AutoCAD要好。而AutoCAD在高版本讀入自己低版本的文件時許多文字也變成亂碼，而且無法打開在其平臺之上的二次開發(fā)軟件的數(shù)據(jù)文件。CAXA電子圖板可以直接把文字、塊及中文標注打散，使得其他操作系統(tǒng)用戶也能清楚的看原始圖紙而不出現(xiàn)亂碼。也可以直接把文件保存成dwg/dxf格式的文件，便于大家共享。

2 標準化的幅面設置

相比傳統(tǒng)的AutoCAD軟件，CAXA電子圖板的“幅面”除了有符合國家標準的圖紙圖幅設置外，還設有圖框、標題欄、參數(shù)欄、序號和明細表等，用戶可以直接調(diào)用。調(diào)入圖框，再調(diào)入標題欄后可直接填寫項目，系統(tǒng)內(nèi)有多種格式的圖框、標題欄、參數(shù)欄可供選擇，用戶也可以根據(jù)實際需要將更改過的圖框、標題欄、參數(shù)欄或自行設計制作的定義為新的幅面模板。序號功能可以逐件標注零件、局部結(jié)構(gòu)以及圖中我們需要說明和解釋的各類圖符，并自動生成明細表。通過填寫明細表菜單，還可重新定義表頭屬性、填寫、編輯明細項目。用戶也可以將自己的制圖習慣保存成模板，以便在繪制圖形時直接調(diào)用。幅面設置的具體操作是：左鍵單擊左上角“菜單”按鈕，出現(xiàn)下拉菜單，鼠標移至“幅面”按鈕；或調(diào)出“功能區(qū)”選項卡按鈕，單擊“圖幅”選項卡出現(xiàn)相應操作選項。

3 簡便的繪圖功能

CAXA電子圖板“繪圖”功能選項卡分為“基本繪圖”選項卡和“高級繪圖”選項卡兩類，基本繪圖除了常用的命令外，還增加了圖庫操作、等距線繪制。在直線命令之中集成了AutoCAD中的射線、構(gòu)造線、多線等命令外，還增加了角等分線、切線/法線的繪制； CAXA電子圖版中沒有AutoCAD中的偏移命令，但有更為便捷的平行線命令，它可以通過點、距離雙向同時偏移，還可以進行偏移填充；中心線命令可以畫出兩條平行直線、圓、圓弧以及圓形陣列的中心線；庫編輯命令可以直接從對圖庫進行操作。在高級繪圖中，增加的局部放大、孔/軸、齒形、箭頭、公式曲線、折線則更有特色。局部放大可以按照給定的參數(shù)生成對局部圖形的放大；孔/軸、齒形可以按給定尺寸直接畫出圓軸（孔）、錐軸（孔）、成形齒輪；公式曲線可根據(jù)系統(tǒng)公式或自己編輯的公式自動畫出曲線；相對于AutoCAD的圓環(huán)命令，可通過繪制同心圓選擇填充來實現(xiàn)。繪圖時具體操作是：左鍵單擊左上角“菜單”按鈕，出現(xiàn)下拉菜單，鼠標移至“繪圖”按鈕；或調(diào)出“功能區(qū)”選項卡按鈕，單擊“常用”選項卡出現(xiàn)相應繪圖操作選項。

在公差查詢和公差標注、工程符號標注方面，CAXA提供了標準公差及配合公差的查詢標注功能，根據(jù)輸入的基本尺寸，自動計算出相關的公差值，對于非標公差，亦可輸入上下偏差。工程符號標注方面提供了符合國標的標注系列。在使用時，用戶只需點擊命令，選擇或填寫參數(shù)，放置到指定的位置上就可以了。

4 強大的圖庫操作

圖庫操作是 CAXA電子圖板在機械設計與制圖中較AutoCAD最具優(yōu)勢的功能之一，而AutoCAD需要開發(fā)人員進行二次開發(fā)才能具有此項功能。CAXA電子圖板已經(jīng)定義了用戶在設計制圖時經(jīng)常要用到的各種標準件和常用的圖形符號，為用戶提供了豐富的、標準的、參數(shù)化的圖庫，包括常用的機械零件、常用圖形、管路接頭、液壓氣動符號、電氣符號、機構(gòu)運動簡圖符號、緊固件―組合件等。需要時，用戶直接提取需要的零件圖符，根據(jù)要求輸入尺寸參數(shù)或修改相關尺寸即可獲得選用圖形的輪廓圖。而且用戶可以實現(xiàn)對圖庫編輯和管理的功能，將圖庫進行擴充建立自己的圖庫，即自行定義自己要用的其他標準件或圖形符號；操作簡單， 不用編程。此外，對于已經(jīng)插入圖中的參量圖符，還可以通過尺寸驅(qū)動功能修改相關規(guī)格尺寸，以便獲得自己想要的圖形。運用圖庫時的具體操作是：鼠標移動至左上方（功能選項卡下方）的“圖庫”按鈕，自動出現(xiàn)相應操作選項。

此外，CAXA電子圖板還設立了技術要求庫、構(gòu)件庫。技術要求庫統(tǒng)一了技術要求的語言表達標準與方式，并且用戶可根據(jù)需要對標準技術要求中的參數(shù) 、文字進行修改、編輯并保存。構(gòu)件庫提供了大量的構(gòu)件圖形。

我們平時在繪制電氣原理圖、機械結(jié)構(gòu)圖、液壓系統(tǒng)原理圖以及日常的供電系統(tǒng)示意圖等時，可以直接調(diào)用庫中的圖符，也可將我們?nèi)粘ＫL制的幅面、圖形符號、技術要求等保存成模板，直接調(diào)用。這樣既大大縮短了繪圖的時間，又提高了工作效率。

在煤礦日常的機械設計與平面制圖中，CAXA電子圖板中非數(shù)字命令無需鍵盤輸入、線型可自動分層分顏色、智能標注、拾取過濾等功能，都是AutoCAD 等軟件所無法比擬的。僅需要通過簡單的繪圖操作就能將產(chǎn)品研發(fā)、展示、改型設計等制圖工作迅速完成，給用戶的設計繪圖工作帶來了便捷。相信通過學習和掌握CAXA電子圖版的繪圖操作，可以大大提高我們煤礦工程技術人員的機電制圖效率，提升我們專業(yè)的設計能力，更好的為礦井的安全生產(chǎn)和技術發(fā)展服務。

參考文獻：

[1]鐘日銘等.CAXA2013電子圖板從入門到精通[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014（01）.

[2]馬希青等.CAXA電子圖板教程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2016（01）.

第2篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

關鍵詞：機械；設計；系統(tǒng)化

系統(tǒng)化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。

系統(tǒng)化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beltz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221“技術系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設計方法。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設計時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)化設計方法。

一、設計元素法

用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

二、圖形建模法

研制的“設計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用N1jssen信息分析方法可以采用圖形符號、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、可以實現(xiàn)關系間的任意結(jié)合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現(xiàn)了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。

將語義設計網(wǎng)作為設計工具，在其開發(fā)的活性語義設計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)路描述設計，結(jié)點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構(gòu)件或加工設備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。

三、“構(gòu)思”－“設計”法

將產(chǎn)品的方案設計分成“構(gòu)思”和“設計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現(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)，尋求滿足設計任務要求的原理解。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(機械運動簡圖)。方案的“設計”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。RODer，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(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、位置和傳動參數(shù)間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設計”階段。

從設計方法學的觀點出發(fā)，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1　獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2　尋找效應(簡稱為“效應”)；3　尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略一：分別考慮“功能”、 “效應”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略二： “效應”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設計者創(chuàng)建的規(guī)則)關聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略三： “功能”、 “效應”、 “構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關。適用于功能、效應和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略四：針對設計要求進行結(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，獲得預期功能。

四、矩陣設計法

在方案設計過程中采用“要求一功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據(jù)“要求一功能”邏輯樹建立“要求一功能”關聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間――對應的關系。

Kotaeta]將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設計的基礎，把機械系統(tǒng)的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

五、鍵合圖法

第3篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

【關鍵詞】創(chuàng)新設計；機械結(jié)構(gòu)設計；變元法

機械結(jié)構(gòu)設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能；是將抽象的工作原理具體化為某類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還需考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。本文主要介紹變元法在機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新優(yōu)化設計中的運用，并結(jié)合實際結(jié)構(gòu)設計論述或舉例說明結(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)新方案。

1、變元法

變元法源于德國，是用于機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的一種富有創(chuàng)造性內(nèi)涵的新方法[1]。采用該方法來開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計工作前，需要明確基本結(jié)構(gòu)內(nèi)容，并在基本結(jié)構(gòu)確定前提下研發(fā)新型結(jié)構(gòu)方案。變元法的內(nèi)涵有兩個：（1）定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的變元內(nèi)容，主要包括七個：①材料；②數(shù)量；③位置；④尺寸；⑤形狀；⑥聯(lián)接；⑦工藝；（2）將這些變元進行適當改變調(diào)整，然后構(gòu)造出不同類型結(jié)構(gòu)方案，達到優(yōu)化設計目的。

1.1材料變元

機械設計中可以選擇的材料很多，不同的材料對應不用的加工工藝，結(jié)構(gòu)類型，零件尺寸。通過調(diào)整材料變元可以創(chuàng)新性制定不同結(jié)構(gòu)方案。例如：在運用鋼材料的結(jié)構(gòu)設計中，通常加大零件的截面尺寸以增加結(jié)構(gòu)的強度和剛度；而在鑄鐵的結(jié)構(gòu)設計中，則是通過加強筋和隔板的方法加強結(jié)構(gòu)的剛度和強度；塑料材料的結(jié)構(gòu)設計中，塑料件的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。

1.2數(shù)量變元

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中存在的基本元素包括加工面和工作面，輪廓面和輪廓線，零件本身?？梢詫Y(jié)構(gòu)中具有的基本元素數(shù)量進行調(diào)整、改變以達到改變機械結(jié)構(gòu)的目的。例如：鑄件結(jié)構(gòu)形狀力求簡單，在可能情況下盡量采用直線形的輪廓。在螺紋連接結(jié)構(gòu)中，為防止螺釘松脫，往往需要螺釘與彈簧墊圈同時安裝使用；但也可以把螺釘設計成將螺釘、墊圈和彈簧墊圈的功能集成為一體的在螺釘頭安裝接觸面帶有防松措施的防松螺釘，既減少零件數(shù)量又方便裝配。

1.3位置變元

對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中各個元素間的對應位置進行適當改變，可以獲得結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化。例如：在安排零件的焊縫位置時，焊縫應相對構(gòu)件中性軸，或靠近中性軸，以減少收縮力矩或彎曲變形。另外，在有限空間箱體中裝配若干零件，零件擺放位置不同也會影響裝配操作的操作性。

1.4尺寸變元

其中尺寸變元內(nèi)容有角度、長度以及距離等內(nèi)容，調(diào)整構(gòu)件、零件尺寸大小能起到改變整體結(jié)構(gòu)的效果。例如：在冷沖壓彎曲工藝中，由于材料的彈性變形，彎曲件如果嚴格要求某角度，則需要在彎曲件成形后，再附加整形工序修復工件；彎曲件如果增加彎曲角度Δα，允許2°～3°變形，彎曲后不需整形。

1.5形狀變元

通過調(diào)整結(jié)構(gòu)零件表面及整體形狀、整體輪廓以及零件規(guī)格、零件類型，也能實現(xiàn)改變機械整體結(jié)構(gòu)的目的。例如：要實現(xiàn)用彈簧產(chǎn)生的（彈）壓緊力壓緊某零件，使其保持確定位置。設計時可以選擇的彈簧類型有拉簧、壓簧、扭簧、板簧，被壓緊的零件形狀可以有平面、圓柱面、球面、螺旋面，通過對這些因素的組合可以得到多種方案。其中壓簧的壓縮距離不應過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需要使用較大的壓縮距離則應設置導向結(jié)構(gòu)，拉簧因無失穩(wěn)問題，設計中受空間約束較小，即可單獨使用，也可以與搖桿及繩索等配合使用。

1.6分析連接變元

其包含2層意思：①聯(lián)接方法，其中包括焊接方式、膠接方式還有鉚接、螺紋聯(lián)接等；②每種連接方法均有幾種不同聯(lián)接結(jié)構(gòu)，因此可以將聯(lián)接結(jié)構(gòu)及方式進行調(diào)整或是改變之后獲得多種結(jié)構(gòu)類型。例如：對于需要經(jīng)常拆卸的零部件結(jié)構(gòu)，不但應使連接可靠，還應使拆卸操作盡量方便。這方面的結(jié)構(gòu)在我們生活經(jīng)常可見，如玩具產(chǎn)品中經(jīng)常使用卡扣與螺釘相結(jié)合的安裝方法，而手機產(chǎn)品的機蓋設計成快速連接拆裝結(jié)構(gòu)，方便用戶操作。

1.7分析工藝變元

工藝的不同也會對結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生重大影響，因為各個設備零件在制造過程中選用工藝不同，制造成本差異以及性能、質(zhì)量差異都會影響產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)。因此在擬定機械零件的工藝規(guī)程時，應該充分研究零件圖紙，對其進行分析，審查零件的結(jié)構(gòu)工藝是否良好、合理，并提出相應的修改意見。當前，由于加工工藝、轉(zhuǎn)配工藝（自動化程度）的不斷提高，如機械人、機械手的推廣應用，出現(xiàn)了不少適合于新條件的新結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的機械加工有較大的差別，這些工藝應該給予注意與研究。

2、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計以及變元法運用

對于每一個結(jié)構(gòu)設計方案的評價，應該綜合考慮結(jié)構(gòu)方案中的社會效益、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可行性、工藝性以及技術經(jīng)濟相關指標要求等內(nèi)容。然后從各個備選結(jié)構(gòu)方案中挑出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。在機械結(jié)構(gòu)方案已經(jīng)確定的情況下，也可以對關鍵構(gòu)件或零件構(gòu)進行不同變元的分析，以及變元之間聯(lián)動配合修改，已達到優(yōu)化設計目的。另外，也可以建議一些數(shù)學模型，因為數(shù)學模型可以很好描述結(jié)構(gòu)設計中的尺寸和數(shù)量變元，還可以對材料變元進行間接描述（但是很難描述其他變元類型[2]）。按照機械產(chǎn)品不同要求和特征，綜合運用不同變元，結(jié)合設計者掌握的經(jīng)驗及知識能力，通過發(fā)揮創(chuàng)造性思維，構(gòu)造出不同機械結(jié)構(gòu)。例如以下轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。

在這三個結(jié)構(gòu)圖中，如果將結(jié)構(gòu)設計方案1（圖一）中的調(diào)整錐齒輪間和主軸承兩者位置，及通過調(diào)整位置變元，然后再調(diào)整水平軸方向上的左軸承形狀，也就是通過改變形狀變元之后獲得了結(jié)構(gòu)設計方案2（如圖二）。如果改變方案1中的主軸承和齒輪的尺寸大小和個數(shù)，及通過調(diào)整兩者的數(shù)量變元、尺寸變元，于此同時，在調(diào)整齒輪構(gòu)件和軸承構(gòu)件的位置，及改變位置變元，就可以獲得結(jié)構(gòu)方案3（圖三）所以，上述3種不同類型的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)方案均可以利用變元法很好的實現(xiàn)，若進一步采用變元法也可以實現(xiàn)多種不同的結(jié)構(gòu)設計方案。通過對比這3種結(jié)構(gòu)方案，綜合分析社會效益、成本需要、可行性以及制造工藝過程等方面內(nèi)容，可以獲得方案2是最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合。一個機械結(jié)構(gòu)方案的整體評價，都要經(jīng)過實際使用效果來作為最總檢驗的事實依據(jù)。若對轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)模型中歐的齒輪構(gòu)件作進一步可行性設計以及優(yōu)化設計，并對滾動軸承以及齒輪運行進行彈性流體壓分析，然后進行精密計算，都可以為優(yōu)化轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設計提供大量參考數(shù)據(jù)。

3、結(jié)束語

深入研究機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設計具有重要的現(xiàn)實意義。想要逐步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計，不僅要求設計者擁有扎實的專業(yè)知識、技術知識，還要不斷提高敏銳的問題分析能力、以及創(chuàng)新思維能力。變元法在設計中的運用可以衍生出很多種結(jié)構(gòu)，為機械設計者最終選擇優(yōu)化方案提供了一種創(chuàng)新工具。在明確設備功能或是零件基本作用的基礎上，如何將現(xiàn)代機械結(jié)構(gòu)設計方法靈活運用，并實現(xiàn)各個構(gòu)件零件的最優(yōu)組合，以便滿足機械系統(tǒng)要求，這是當前工程設計工作采用的主要手段。創(chuàng)新設計屬于先進技術范疇理論，在機械機構(gòu)設計過程中利用創(chuàng)新設計理念能幫助構(gòu)造出多種結(jié)構(gòu)方案，從而尋找出最優(yōu)結(jié)構(gòu)設計。這不僅為促進了企業(yè)自身發(fā)展，在另個層面上也推動了社會不斷發(fā)展。

參考文獻

第4篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

關鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設計方法；發(fā)展趨勢

引　言

科學技術的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設計繪圖、設計計算、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)初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設計學者進行方案設計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)的 發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設計學者進行機械產(chǎn)品方案設計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設計方法概括為下述四大類型。

1、系統(tǒng)化設計方法

系統(tǒng)化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。

系統(tǒng)化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221“技術系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產(chǎn)品方案設計時還借鑒和引用了其他發(fā)達國家的系統(tǒng)化設計思想，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)設計和零件設計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎，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)各階段的技術目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

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

(3)將機械設計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關系；二是將產(chǎn)品設計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段 。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設計時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)化設計方法。

1.1　設計元素法

用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學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“設計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接 。

將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、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、可以實現(xiàn)關系間的任意結(jié)合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現(xiàn)了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。

文獻［11］將語義設計網(wǎng)作為設計工具，在其開發(fā)的活性語義設計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡描述設計，結(jié)點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構(gòu)件或加工設備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3　“構(gòu)思”—“設計”法

將產(chǎn)品的方案設計分成“構(gòu)思”和“設計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解。“設計”階段的工作則是具體實現(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)，尋求滿足設計任務要求的原理解。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(機械運動簡圖)。方案的“設計”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“總設計單元(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、位置和傳動參數(shù)間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設計”階段。

從設計方法學的觀點出發(fā)，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1) 獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2) 尋找效應(簡稱為“效應”)；3) 尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設計者創(chuàng)建的規(guī)則)關聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關。適用于功能、效應和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設計要求進行結(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，獲得預期功能 。

1.4　矩陣設計法

在方案設計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間一一對應的關系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設計的基礎，把機械系統(tǒng)的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

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，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設計方案的方 法。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產(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。并采用面向應用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

認為專用機械中多數(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，在專用機械設計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設計、制造風 險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(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，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口(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)濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術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。

以設計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。

根據(jù)機械零部件的聯(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。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統(tǒng)的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設計方法

基于產(chǎn)品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計。

機械系統(tǒng)的方案設計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設計學者針對機械系統(tǒng)方案設計知識的自動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)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構(gòu)進行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(gòu)系統(tǒng)方案設計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。

利用生物進化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構(gòu)方案設計中，運用網(wǎng)絡圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達為拓撲圖，再通過編碼技術，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進制數(shù)串，并根據(jù)設計要求編制適應值，運用生物進化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應值低的不適應個體，以極快的進化過程得到適應性最優(yōu)的個體，即最符合設計要求的機構(gòu)方案。

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3.2　知識的混合型表達法

針對復雜機械系統(tǒng)的方案設計，采用混合型的知識表達方式描述設計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設計學者的共識。

在研制復雜產(chǎn)品方案設計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡等知識表示方法有機地結(jié)合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，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計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3　利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(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計方法數(shù)據(jù)庫，為設計者進行聯(lián)軸器的方案設計和結(jié)構(gòu)設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導軌設計專家系統(tǒng)。

3.4　設計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進式設計目錄，并將這三級遞進式設計目錄作為機械傳動原理方案智能設計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設計的輔助工具。

3.5　基于實例的方法

在研制設計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設計要求、設計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設計要求。

4、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據(jù)設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現(xiàn)實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設計、表達產(chǎn)品的構(gòu)思、描述 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

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

在進行自動取款機設計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術——虛擬現(xiàn)實技術。1) 產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，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，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。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎。 2) 開發(fā)—設計產(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)設計目標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；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設計模型中解元素間的關系)進行分析，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技術的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術綜合應用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設計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)地交替進行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進程中不斷地細化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術進行設計還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g，重點研究了按時序合成的機構(gòu)組合方案設計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設計出的方案進行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標準模塊、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。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術、多媒體技術以及虛擬表達與神經(jīng)網(wǎng)絡(應用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術應用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設計聯(lián)接件時所需的立體結(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，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設計、裝配設計和零件設計，并以變量設計技術為基礎，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設計。

5、各類設計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設計方法將設計任務由抽象到具體(由設計的任務要求到實現(xiàn)該任務的方案或結(jié)構(gòu))進行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設計過程系統(tǒng)化，使設計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)模塊化設計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進行方案設計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應的關系，一個實體通?？梢詫崿F(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設計人員具有相當豐富的設計經(jīng)驗和廣博的多學科 領域知識。

機械產(chǎn)品的方案設計通常無法采用純數(shù)學演算的方法進行，也難以用數(shù)學模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設計知識和專家設計決策等有關方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設計方法。

目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術進行設計，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計中，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)驗的設計者參與。

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)模塊化設計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設計同時又是方案智能化設計的基礎之一。在機械產(chǎn)品方案設計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應用到系統(tǒng)化設計有關層次的具體設計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設計方法中，不僅可以保證設計的規(guī)范化，而且可以簡化設計過程，提高設計效率和質(zhì)量，降低設計成本。

第5篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

創(chuàng)新教育的目的就是培養(yǎng)和提高受教育者的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新精神。要實現(xiàn)此目的,首先從改變教學內(nèi)容入手,重視介紹學科發(fā)展的新動態(tài)、新方向、新內(nèi)容,注重激勵學生的學習欲望,調(diào)動學生的積極性,讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。例如,在緒論部分的講述中,以往的內(nèi)容主要是針對本課程的研究對象、基本概念、課程的地位和作用以及本課程的學習方法等展開的。但是,為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,調(diào)動學生的創(chuàng)新積極性,除了經(jīng)典部分的闡述外,還有必要結(jié)合現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展,重點闡述機械原理學科的發(fā)展動向。如在機構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論發(fā)展發(fā)面,可以讓學生了解:為了廣泛應用機電一體化技術,當今社會也迫切希望開展包括對液壓、電磁、光電等非機械傳動元件的廣義機構(gòu)設計。在對機構(gòu)的平衡問題進行介紹時,引申到機構(gòu)的動力學研究,進而讓學生了解到大型機械設備的故障診斷和在線監(jiān)測都是現(xiàn)代研究者關注的重點。有意識地將一些機械原理學科前沿的研究引入教學內(nèi)容中,如微型機械的研究,它不是將傳統(tǒng)的機械直接微型化,而是已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng)機械的概念和范疇,是涉及多學科的綜合技術的應用,也推動了處于機械原理學科前沿的微型機構(gòu)學分支的產(chǎn)生。結(jié)合一些相關視頻資料,學生在課堂上獲取到這些知識的同時,興趣也被調(diào)動了起來,拓寬了知識面和視野。讓學生意識到“創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發(fā)達的不竭動力”,“一個沒有創(chuàng)新能力的民族,難以屹立于世界民族之林”[3]。此外,在教學內(nèi)容的創(chuàng)新改革中,還可以嘗試重心的轉(zhuǎn)移,強調(diào)創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng),突出計算機的應用。教師在教學過程中逐漸實現(xiàn)淡化圖解計算分析,強化解析法內(nèi)容的教學,進一步加強學生對機械系統(tǒng)設計的綜合認識。這種重心轉(zhuǎn)移體現(xiàn)在:由圖解法為主向解析法為主轉(zhuǎn)變,使計算理論與計算機技術統(tǒng)一起來,提高機構(gòu)設計的效率和正確性;由手動設計計算向計算機自動計算轉(zhuǎn)變,提高學生計算機應用能力;由過去重機構(gòu)分析計算向重機構(gòu)綜合轉(zhuǎn)變,提高學生機構(gòu)方案構(gòu)思與設計創(chuàng)新能力和綜合應用知識解決實際問題的能力。在教學中不斷地營造創(chuàng)新環(huán)境,大大提高了學生的創(chuàng)新積極性。

二、教學方法的創(chuàng)新

教學方法應該能夠配和教學內(nèi)容的改革。創(chuàng)新素質(zhì)就是指由知識結(jié)構(gòu)、智慧品質(zhì)、人格品質(zhì)三種成分有機結(jié)合構(gòu)成的綜合素質(zhì)。創(chuàng)新教育就是要培養(yǎng)具有這種綜合創(chuàng)新素質(zhì)的學生。在當前課堂教學中,以知識傳授為主導的教學方法并未根本改變,教與學的關系是以教師為主導、為中心的,這種方式在某種程度上制約了學生的學習主動性及其創(chuàng)新潛能的發(fā)揮。在機械原理課程的教學方法上,應加強與學生的互動,要將以教師為主的“灌輸式”教學向以啟發(fā)式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉(zhuǎn)變,讓學生從被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習,真正成為教學活動的主體。以學生為本的創(chuàng)新教育教學方法可以通過以下幾個方面來實現(xiàn):鼓勵學生不迷信書本知識、不迷信權威觀點,敢于提出問題,無論課堂內(nèi)外,對于任何問題都應多問幾個為什么。如對“極位夾角”的概念解釋,大部分教材上的定義是“搖桿處于兩極限位置時,相應的曲柄位置線所夾的銳角”。在教學中可以引導學生進行思考,對這個廣泛應用的定義提出質(zhì)疑———是否所有的“極位夾角”都是銳角,是否有鈍角的情況存在,而不是直接給出學生更完善的定義。在這個過程中,學生開始學會發(fā)現(xiàn)問題,也開始嘗試如何自己解決問題。鼓勵學生的求異思維和發(fā)散思維,開闊學生的思路。當然,創(chuàng)新離不開科學的根基,引導學生要堅持科學的思維,在提出自己獨特見解的同時,也應該能用科學的理論對其進行解釋和驗證。鼓勵學生多參加親身實踐,只有親自動手驗證了創(chuàng)新思維的正確性,才能真正達到創(chuàng)新的目的。機械原理是一門既有高度的抽象性,又有很強實踐性的課程。如機構(gòu)運動簡圖、機構(gòu)運動分析與力分析模型等都是從實際機械中抽象出來的,許多的概念需要通過動態(tài)過程才能得到準確描述。原來的教學方法大多通過教師手工繪制或?qū)㈧o態(tài)圖展示給學生,教學效果并不理想。因此,現(xiàn)在的教學方法中采用多媒體手段教學,課件中涵蓋了豐富的三維動畫、趣味的圖片、簡潔的文字等。通過教師講解、動態(tài)演示與板書相結(jié)合的方式,使學生在學習中可直觀地了解機構(gòu)的運動過程及其所具有的特性、產(chǎn)生的各種現(xiàn)象,加快了學生對諸如“死點”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激發(fā)起學生的好奇心,強化了直覺思維,加深了學生對這些概念所表達物理意義的理解程度。

三、教學手段的創(chuàng)新

在教學手段上,著重培養(yǎng)學生對機械系統(tǒng)的整體認識,注重學生的參與,與機械原理課程設計、機械原理創(chuàng)新實驗相結(jié)合,加強學生對所學基礎理論知識的理解。培養(yǎng)學生應用所學過的知識,獨立解決工程實際問題的能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力,使學生得到一次較完整的設計方法的基本訓練。在機械原理課程設計中,教師通過介紹創(chuàng)新設計的方法和展示創(chuàng)造發(fā)明實例,啟迪學生創(chuàng)新的思維,讓學生了解設計過程,掌握設計方法。在設計過程中,能在認真思考的基礎上提出自己的見解,充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性,不是簡單的抄襲或沒有根據(jù)的臆造。教師僅指明設計思路,主要啟發(fā)學生獨立思考。設計方案確定后,安排學生向小組成員介紹自己的方案,并與其他成員討論,這樣既提高了學生學習興趣,調(diào)動了學習主動性,又破除學生對創(chuàng)新設計的神秘感,有助于讓學生對自己的設計方案有全面的認識,使學生受益匪淺。機械原理創(chuàng)新實驗是一個針對機械類或相關專業(yè)學生的開放性動手實驗。它是一個很好地培養(yǎng)學生主動學習能力、獨立工作能力、創(chuàng)造能力以及團隊協(xié)作能力的平臺。學生自己擬定、設計機構(gòu)運動方案,根據(jù)機構(gòu)組成原理對桿組進行拆分,再將構(gòu)件正確拼裝實現(xiàn)機構(gòu)的運動,這個過程就要求學生必須將所學的理論知識充分地運用到具體的實驗中去。例如,學生要設計并實現(xiàn)一個具有急回特性的送料機構(gòu),該機構(gòu)就有多種搭建方案,實驗過程中學生首先提交自己根據(jù)要求擬定的設計方案,繪制該平面機構(gòu)的運動簡圖,再計算所有的桿長、角度、位移等數(shù)據(jù),然后在此基礎上將運動簡圖搭建為能夠正確運動的實驗機構(gòu)。設計過程中學生將會接觸到機械原理的各大機構(gòu),也會進一步深入了解各大機構(gòu)的運動特點,而搭建過程又會涉及到機械設計及零件的知識。將學生分為多組,同組學生共同擬定實驗方案、協(xié)同完成實驗,最后各自撰寫實驗報告。在設計和拼接過程中學生會遇到各種在理論學習中很少遇到的問題,在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中學生各方面的能力也得到了很好的綜合培養(yǎng)。該創(chuàng)新實驗用問題法、探究式教育來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科研能力,讓學生學習到了許多課本上學不到或曾經(jīng)被忽略的知識,參加過創(chuàng)新實驗的學生都深有體會。

第6篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

關鍵詞:橋梁結(jié)構(gòu)；檢測技術

Abstract: this paper introduces the definition of bridge structure state detection and content, this paper expounds the bridge structure, function of the overall performance in a variety of testing technology, this paper discusses the situation of bridge structure material defect diagnosis and testing method, and points out the development direction of the bridge detection method.

Keywords: bridge structure; Detection technology

中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A 文章編號：

引 言：橋梁結(jié)構(gòu)狀況的檢測是對橋梁結(jié)構(gòu)及部件的材料質(zhì)量和工作性能方面所存在的缺損狀況進行詳細檢測、試驗、判斷和評價的過程。主要內(nèi)容包括兩個大的方面:一方面是橋梁結(jié)構(gòu)(上、下部結(jié)構(gòu)) 整體性能、功能狀況鑒定 ,包括結(jié)構(gòu)承載能力(強度、剛度和穩(wěn)定性) 的鑒定、橋梁抗洪能力的鑒定;另一方面是結(jié)構(gòu)材料缺損狀況的診斷 ,包括材料損壞程度檢測 ,材料的物理、化學和力學性能測試及缺損原因的分析判斷等。

1 橋梁結(jié)構(gòu)整體性能、功能狀況鑒定

公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能檢測 ,按照受力狀態(tài)可分為靜載試驗和動載試驗;按照試驗持續(xù)的時間長短分為瞬時試驗及長期試驗。在靜載作用下 ,一般要測定作用力的大小(包括靜荷載、支座反力、推力等的大小) 、構(gòu)件的內(nèi)力(包括彎矩、軸向力、剪力、扭矩等) 、斷面上各種應力的分布狀態(tài)及其大小、各種變形(包括撓度、相對位移、轉(zhuǎn)角等) 以及局部損壞現(xiàn)象(如裂紋的分布及其大小等) ; 在動荷載作用下 ,一般要測定動荷載的大小、頻率和變化及構(gòu)件的動應力、結(jié)構(gòu)的自振頻率、動撓度、衰減特性及其加速度等。

1. 1 機械檢測技術

機械測試儀器一般有杠桿、齒輪、軸、彈簧、指針和度盤等部件。它主要由四大部分組成:傳感機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)、指示機構(gòu)和機體保護部分。

傳感機構(gòu)的功能是直接感受被測量的構(gòu)件變化 ,并把這種變化傳到轉(zhuǎn)換機構(gòu)、在接觸式機械量測儀器中 ,這部分常常是測桿及彈簧;對于張線式機械量測儀器 ,則常常是鼓輪一類的機構(gòu)。

轉(zhuǎn)換機構(gòu)的功能是把傳感機構(gòu)傳來的被量測構(gòu)件的變化轉(zhuǎn)化為長度的變化 ,并且把它放大或縮小 ,或者改變方向 ,如百分表中的大小齒輪及彈簧。

指示機構(gòu)的功能 ,是將經(jīng)過轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)化為長度并加以放大、縮小或改變方向之后的變化用一定形式表現(xiàn)出來。一般常由指針和度盤組成。

機體保護部分的功能是把各組成部分連接成整體 ,使之保護儀器不受周圍環(huán)境的影響。

機械測試儀器的特點:結(jié)構(gòu)簡單 ,易于操作 ,工作可靠 ,經(jīng)濟耐久 ,可重復使用 ,對周圍環(huán)境的適應能力強 ,但靈敏度不高 ,放大能力有限 ,較笨重。

1. 2 電測技術

電測法的原理是 ,通過一定的傳感元件把所測的機械量(應變變化) 轉(zhuǎn)化為電量(電阻變化),再通過一定的儀器把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓(電流) 的變化并加以放大 ,然后按機械量給出指示。這里所說的傳感元件就是電阻應變片 ,測量儀器就是電阻應變儀。在工程試驗中最常用的是電阻應變測試技術 ,它是試驗應力分析中重要的方法之一。從 1938 年首次出現(xiàn)金屬電阻絲粘貼式傳感元件到現(xiàn)在 ,已形成一套使用方位、運用性強、比較完備的測試儀器。

1. 3 超聲波檢測技術

聲波檢測技術是近年來發(fā)展非常迅速的一項實用技術。超聲波是一種頻率高于人耳能聽到的頻率的聲波 ,其頻率超過了20 kHz。它的基本原理是用人工的方法在工程材料或結(jié)構(gòu)中激出一定頻率的彈性波 ,這種彈性波以各種波形在材料與結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播并由接收儀器接收。在物體內(nèi)部傳播的彈性波的波速、振幅、頻率及波形等波動特性參數(shù)與物體的力學參數(shù)(如動彈性模量、動泊松比、動剪切模量及物體內(nèi)部的應力分布狀態(tài)) 有直接的關系。此外 ,波動傳播參數(shù)還與物體內(nèi)部的缺陷(如斷裂面、孔洞的大小、形狀和分布) 等有關。通過分析研究被接收記錄下來的彈性波信號 ,可以了解材料與結(jié)構(gòu)的力學特性和缺陷。聲波檢測技術比其他檢測方法輕便、靈活 ,可以在大范圍內(nèi)進行測試等一系列優(yōu)點 ,目前在鉆孔灌注樁及路面質(zhì)量檢驗中得到廣泛的應用。

1. 4 射線檢測技術

射線是同位素或核子散發(fā)的一種無形的能束 ,而同位素中的某些元素所散發(fā)的能束與土壤的密度與水分有著十分密切的關系 ,而且具有十分明顯的規(guī)律性 ,射線檢測技術就是利用了某些同位素的這種特性。國內(nèi)外的一些專家設計了核子檢測儀 ,用于土壤密實度與土壤含水量的測定。

用于土壤密實度與含水量測定的射線檢測技術 , —般有四種結(jié)構(gòu)類型:1) 散射插入型;2) 透射插入型;3) 透射表面型;4) 散射表面型。射線是一種放射性物質(zhì) ,對人體的健康不利。在利用射線原理檢測路基路面的物理指標時 ,對檢測裝置或設計的檢測儀器的射線源一定要進行有效的防護 ,將射線對人體的影響控制在最低的程度。這是核子儀在設計時所必須考慮的關鍵問題。

2 橋梁結(jié)構(gòu)材料缺損狀況診斷

2. 1 混凝土強度測定

對于混凝土強度的測定 ,目前的測試方法主要有回彈法(表面硬度法) 、超聲波法、超聲---回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗法等?；貜椃ǔ暡ǚㄒ约岸叩木C合法是屬于非破損試驗法 ,應用比較廣泛。對于這三種方法 ,它們的測試結(jié)果平均誤差約為 9 % ±7 % ,但是綜合法要好一些。對于齡期在 90 d 以上的混凝土 ,采用回彈法時要考慮混凝土表面碳化深度的修正?；炷恋臐穸葘貜椫岛统暡}沖速度都具有一定的影響。

2. 2 構(gòu)件材料缺陷的檢驗

2. 2. 1 目測法

構(gòu)件中常見的缺損有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。其中 ,構(gòu)件外露的缺損 ,可以借助于適當?shù)墓ぞ呋蛄烤叩容o助設備進行目視檢測。

2. 2. 2 超聲波探傷技術

超聲波脈沖速度法可以用于探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災損傷等。

2. 2. 3 聲波檢測法

聲波檢測法是指用工具敲擊構(gòu)件 ,聽其聲音的差異來判斷構(gòu)件是否存在破損 ,這種方法比較簡便 ,是一般檢查中常用的手段。

2. 2. 4 雷達檢測技術

使用脈沖雷達的電磁回波法是檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板的有效方法。

2. 2. 5鋼筋銹蝕的評價技術

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) ,由于混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等問題的存在 ,鋼筋的銹蝕是普遍存在的 ,而鋼筋的銹蝕會使混凝土結(jié)構(gòu)進一步破損甚至破壞。下面介紹一些鋼筋銹蝕的評定技術。

1) 鋼筋銹蝕評定的直接技術。a. 電阻探測技術:根據(jù)金屬板銹蝕后會變薄 ,電阻變大的原理進行探測。b. 線性極化探測技術:根據(jù)電化動力學原理 ,測量試驗電極間的微小電流。c. 半電池電位測量法:通過與一個已知的并保持常量的基準電極的極電位相比較 ,能有效的測量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場原位檢測 ,在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定中被廣泛應用。上述三種方法中 ,前兩種只適用于新建的橋梁結(jié)構(gòu) ,而第三種方法既可以應用于新建橋梁的檢測 ,也可以應用于舊橋的檢測加固。

2) 鋼筋銹蝕評定的間接技術。a. 用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否滿足要求。b. 測定混凝土的電阻率。通常取四電極法進行測量。c. 測試混凝土中的氯離子含量 ,評定氯鹽對鋼筋的銹蝕。d. 現(xiàn)場測試混凝土的碳化深度 ,用 2 %的酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。p H ≥10 時 ,酚酞呈現(xiàn)紫紅色說明混凝土并未碳化;p H > 10 時 ,則酚酞保持無色 ,說明混凝土已經(jīng)碳化 ,失去了對鋼筋的保護作用 ,則鋼筋有可能被銹蝕了。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現(xiàn)場目測 ,輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入 20 世紀 90 年代 ,橋梁結(jié)構(gòu)的無損檢測技術更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài) ,出現(xiàn)了大批新的檢測方法和檢測手段。

參考文獻:

[1]吳志勤.橋梁檢測技術及其發(fā)展趨勢簡述[J].山西建筑,2007(2).

第7篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

隨著工業(yè)自動化的迅猛發(fā)展，機械手的應用遍布各個行業(yè)，裝配、噴漆、搬運、鍛壓、焊接、熱處理和沖壓等都能看到機械手的身影。尤其高溫、高壓、粉塵、輻射等勞動環(huán)境惡劣或區(qū)域狹窄的工作場所，機械手更是發(fā)揮其顯著優(yōu)點。機械手因其生產(chǎn)效率高、自動化程度高等特點受到了越來越廣泛的應用。本文基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計，簡單介紹了機械手控制系統(tǒng)的原理和設計思路。

【關鍵詞】PLC 機械手 控制系統(tǒng)

隨著工業(yè)自動化的迅猛發(fā)展，機械手的應用遍布各個行業(yè)，尤其高溫、高壓、粉塵、輻射等勞動環(huán)境惡劣或區(qū)域狹窄的工作場所，機械手更是發(fā)揮其顯著優(yōu)點。機械手因其生產(chǎn)效率高、自動化程度高等特點受到了越來越廣泛的應用。本文基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計，就機械手控制系統(tǒng)的原理和設計思路進行了簡要的介紹。

1 機械手簡述

機械手在自動化日益發(fā)展的今天，因其生產(chǎn)率高、改善勞動條件、減輕勞動強度等方面的優(yōu)勢，受到了廣泛應用。機械手是模仿人手的功能，按照給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動機械裝置。機械手不僅能夠提高勞動生產(chǎn)率，在改善勞動條件、減輕工人勞動強度方面的優(yōu)勢尤為突出。機械手主要由手抓、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手抓主要作用是抓持，其具體形式由被抓持物的形狀、尺寸、重量和材料等決定。運動機構(gòu)，幫助手抓完成各種規(guī)定動作，如左右擺動、上下移動、旋轉(zhuǎn)或復合運動等。機械手的分類方式有很多，如依驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式和機械式；依適用范圍可分為專業(yè)和通用機械手；依運動軌跡控制方式可分為點位和連續(xù)軌跡控制。

機械手在自動化日益發(fā)展的今天，因其具備如下特點而被廣泛應用：①提高生產(chǎn)過程的自動化程度；②改善勞動條件，尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、灰塵、噪聲、輻射和有毒有害工作場所中尤為顯著；③減少勞動力，控制生產(chǎn)節(jié)奏。綜上所述，機械手的發(fā)展是機械工業(yè)的必然趨勢。

2 PLC概述

隨著微電子技術的飛速發(fā)展，PLC已經(jīng)成為了自動化的必備配置之一?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，簡稱PLC），是為工業(yè)應用而設計的，基于微處理器的控制裝置。由于其通用性好、實用性強、可靠性高和編程方法簡單，受到了廣泛應用。

PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。程序進入可編程控制器后，先經(jīng)過輸入模塊，然后在處理后進入CPU模塊，在同編程裝置的協(xié)同處理后，進入輸出模塊，編譯后輸出。

PLC的工作原理：①讀取輸入；PLC存儲器中存放輸入和輸出信號狀態(tài)的區(qū)域稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。②執(zhí)行程序；PLC是按序依次執(zhí)行輸入映像寄存器的用戶指令，并將運算結(jié)果存放于相應的映像寄存器中。在程序執(zhí)行過程中，即使外部輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器也不會發(fā)生改變。發(fā)生變化的輸入信號只有在下一個掃描周期才能被讀入并執(zhí)行。③CPU自診斷測試；自診斷測試包括定期檢查CPU模塊和拓展模塊，復位監(jiān)控定時器及其他內(nèi)部工作。④改寫輸出；CPU執(zhí)行用戶程序后，將輸出映像寄存器狀態(tài)傳送至輸出模塊、鎖存并按要求輸出。⑤中斷程序處理；執(zhí)行中斷指令時，CPU立即停止正常掃描方式。中斷功能可提高PLC的響應速度。⑥I/O處理；在程序執(zhí)行過程中，使用I/O指令可直接存取I/O指令。

3 機械手的控制系統(tǒng)的構(gòu)件

常用機械手的機械結(jié)構(gòu)由滾珠絲杠、滑桿、氣缸、傳送帶等組成；電氣結(jié)構(gòu)由PLC、傳感器、開關電源盒電磁閥等組成。機械手從構(gòu)成來看可分為：機械手本體單元、PLC控制單元、電源單元和接口單元等。

（1）機械手本體單元。按功能可分為二軸平衡機構(gòu)、底盤、旋轉(zhuǎn)手臂機構(gòu)、夾手和限位開關等。

（2）PLC控制單元。選擇適當?shù)妮斎牒洼敵鳇c數(shù)。

（3）限位開關。根據(jù)具體運動過程選用滿足控制運動要求的停止時刻和位置。

（4）光電開關。利用被檢測物體對光束的遮擋和反射，檢測物體的有無。

（5）電磁閥。用于實現(xiàn)機械手臂的上升或下降、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)等。

4 機械手的控制系統(tǒng)的設計思路

由于PLC的可靠性強，具備一定的抗干擾能力，同時為便于設備的安裝、調(diào)試等因素。設計機械手實現(xiàn)的功能是在傳送帶生產(chǎn)線上，通過PLC控制機械手的動作，完成獲取和轉(zhuǎn)移工件的工序。即當光電開關檢測到物體的同時傳送帶A停止，機械手下降并夾緊物體。機械手上升并轉(zhuǎn)動方向，在指定位置下降后松開，隨后恢復到初始狀態(tài)，傳動帶啟動。

機械手上升、下降和旋轉(zhuǎn)是由雙線圈二位電磁閥控制氣缸運動控制的。當上升電磁閥通電，機械手下降；上升電磁閥斷電時，下降動作停止并保持。下降和旋轉(zhuǎn)過程的實現(xiàn)同理可得。而夾緊和放松則是由單線圈二位電磁閥控制氣缸運動控制的，線圈通電時執(zhí)行夾緊指令，斷電時執(zhí)行放松指令。為保證機械手的動作準確，機械手在關鍵部位需安裝限位開關。除此之外，為方便機械手的位置調(diào)整，應對其設置手動和自動兩種控制方式。具體控制系統(tǒng)中啟動、停止按鈕，物品檢測開關，限位開關，夾放檢測開關的數(shù)據(jù)全部傳入PLC中進行處理，處理后現(xiàn)分別傳入上升電磁閥，下降電磁閥，旋轉(zhuǎn)電磁閥，夾緊電磁閥和傳送帶啟動等元器件進行動作。

PLC的控制系統(tǒng)的設計主要包括硬件設計、軟件設計和調(diào)試三個部分。其中硬件設計包括PLC的選型，I/O資源的配置，PLC接線圖的設計和操作面板的設計等。軟件設計依賴于對程序的熟悉和經(jīng)驗。這里著重介紹一下調(diào)試過程。具體步驟包括：系統(tǒng)流程圖的繪制；梯形圖的繪制，這是程序設計的關鍵一步；將程序輸入到PLC用戶存儲器，檢驗程序是否有誤；調(diào)試程序，直到滿足設計要求為止。

在上述過程中有幾點需要注意：為了避免產(chǎn)生通信錯誤，確保數(shù)據(jù)線與計算機的接口與軟件的端口一致；PLC的輸入/輸出點必須接入電源，其連接的外部模塊也必須接入電源；連接PLC的輸入/輸出端口的動作與程序中定義的動作一致。

參考文獻

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[2]李允文.工業(yè)機械手設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

[3]周亞軍，張衛(wèi).電氣控制與PLC原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社， 2010.

第8篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

Abstract： In order to improve teaching quality of Mechanical Principle， aimed at the characteristics of this course， this paper abstracts the generic knowledge of Mechanical Principle， grasps the continuity of the precursor and follow-up courses to apply the teaching methods in the teaching of Mechanical Principle， make classroom teaching and online education complement each other， put forward the direction and method of improving the teaching of Mechanical Principle and provide some new ideas for improving the teaching quality of Mechanical Principle.

關鍵詞： 機械原理；教學質(zhì)量；共性知識；項目教學；在線教育

Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0135-03

0 引言

《機械原理》課程是機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課程，其不僅擔負著為學生學習后續(xù)相關技術基礎課程和專業(yè)課程奠定良好基礎的重要作用，而且負有培養(yǎng)機械類高級工程技術人才的機械技術工作能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的重要任務，為學生今后從事機械設計、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎。

通過這門課程的學習，要求學生掌握機構(gòu)學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會常用基本機構(gòu)的分析和綜合方法，初步具有進行機械系統(tǒng)運動方案分析和機構(gòu)設計的能力，為學生學習后續(xù)課程和新的科學技術，打下堅實的基礎。

這門課程通常在本科二年級時開設，機械原理課程一方面較物理、理論力學等理論課程更結(jié)合工程實際，另一方面，它又與講授專業(yè)機械的課程有所不同，它不具體研究某種機械，而只是對各種機械中的一些共性問題和常用機構(gòu)進行探討。[1]目前的教材一般理論分析多，實踐應用較少，學生在初學時普遍感到抽象難懂，難以入門，在課程設計環(huán)節(jié)往往難以將所學理論知識付諸實際。因此，如何提高機械原理教學質(zhì)量一直是教研組研究的重要內(nèi)容，根據(jù)多年的教學檢驗并結(jié)合機械原理教研成果，本文探討了提高機械原理教學質(zhì)量的幾點思考。

1 課程共性知識的提煉

機械原理教材中的一些基本的研究方法和知識點通常貫穿于各章節(jié)內(nèi)容中，在授課過程中將這些方法總結(jié)、歸納融會貫通形成講授體系，幫助學生找到這些章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，建立完整的理論體系，從而更好地掌握機械原理的基本的研究思路和方法。

例如貫穿機械原理課程始終的“反轉(zhuǎn)法”，在平面連桿機構(gòu)設計中，無論是剛體導引機構(gòu)還是函數(shù)生成機構(gòu)的設計，都可以采用“機構(gòu)倒置的方法”來設計，即通過選取不同的構(gòu)件為“機架”，把問題轉(zhuǎn)化為求解“機架”的固定鉸鏈點進行解決。又如在凸輪輪廓曲線的設計中，通過給整個機構(gòu)加上一個與凸輪角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將凸輪反轉(zhuǎn)固定，假想為“機架”，然后按照從動件與凸輪的相對運動關系求出凸輪輪廓曲線。而在推導周轉(zhuǎn)輪系傳動比時，也是通過給整個機構(gòu)加上一個與行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將行星架反轉(zhuǎn)固定為“機架”，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系進行求解。[2]上述的轉(zhuǎn)換機架法、運動倒置法從根本原理講是一致的，都是相對運動原理在機構(gòu)分析與綜合中的應用。在學生第一次碰到這個概念時，就將這個原理講透徹，以后在應用“反轉(zhuǎn)法”時又適當重復，以加深學生對這一方法的理解應用。

又例如在機械原理中壓力角的概念，壓力角的本質(zhì)是從動件所受的力和受力點速度方向的夾角，在連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)中均是機構(gòu)傳力性能的一個重要指標，[3]在每一章講到壓力角時，應把連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)中的定義聯(lián)系起來講，比較它們的共性和表述的不同，從而加深學生的理解。

此外還有機械原理課程中常用到的“當量分析法”以及運動分析和動力分析中的“矢量多邊形”方法等等[4]。在講解相關的內(nèi)容時，用共性知識將不同的內(nèi)容貫穿起來，使學生觸類旁通，逐漸理清思路，加深理解。

2 課程內(nèi)容之間的聯(lián)系性

機械原理與前驅(qū)課程如理論力學等的內(nèi)容關系密切，前驅(qū)課程的思維方法對機械原理課程也很有幫助，授課時把前驅(qū)課程中所學過的理論與機械原理要講述的問題和內(nèi)容聯(lián)系起來，有助于引導學生積極思考。例如在平面機構(gòu)的運動分析一章中，采用矢量方程圖解法進行機構(gòu)的運動分析時，所采用的基本原理是理論力學中的剛體平面運動和點的復合運動原理；而在平面機構(gòu)力分析一章中，確定運動副中的摩擦和反力，采用的是理論力學中的機構(gòu)靜力學模型，等等。[5]在這部分內(nèi)容學習時，學生往往對“矢量方程圖解法”感到困惑，可以在授課之前，布置學生將理論力學的相關內(nèi)容復習一下，課上再分別幫助學生復習一下，加深學生對于這部分知識的理解，從而更好地開展機械原理部分的學習。

此外，機械原理也是后續(xù)課程機械設計的基礎。例如，機構(gòu)力分析確定的運動副中的反力，是機械設計中構(gòu)件結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)，也是確定軸承強度、剛度的理論依據(jù)。再如機械設計課程中關于蝸桿蝸輪和螺旋傳動設計時提及自鎖概念也和機械原理課程中的摩擦密切相關。另外，機械原理課程中介紹的關于斜齒輪、錐齒輪等的當量齒輪也是后續(xù)齒輪強度設計的設計依據(jù)。[6]在授課時，將這些聯(lián)系與應用總結(jié)、展示給學生，使學生了解各門課程之間的聯(lián)系，在應用機械原理課程所學知識時注意融會貫通，培養(yǎng)自己運用所學的基本理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實際問題的能力。

3 基于項目實踐的教學

普通高等學校機械類各專業(yè)的《機械原理》課程，內(nèi)容通常包括三部分：機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)運動學和機器動力學，從課程間的關系來看，《機械原理》課程是以《理論力學》為基礎的。而在《機械原理》的教學中，也較易出現(xiàn)工科教學理科化的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的機械原理教學方法容易導致知識僵化，很多同學在學習之后不知道這個知識點在何種情況下使用。為了提高基礎知識解決實際問題的可應用性，同時為了激發(fā)學生主動學習的興趣，在課程理論教學的基礎上增加項目教學內(nèi)容，是提高課程教學質(zhì)量的有效途徑。項目教學是通過完成一個整體的項目而實施的教學活動，它可以是圍繞一個大項目，展開一個個小項目，而每個小項目都是大項目中一個個內(nèi)容的分解，最后在小項目都完成的情況下，保證大項目目標的完成。項目教學可以充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。

在機械原理授課過程中，以某一項目為主線精心設計教學，項目選擇時應當盡量涵蓋課程中涉及的多種典型機構(gòu)和知識點，從而有利于學生通過運用所學知識完成學習內(nèi)容。[7]授課伊始即將設計任務布置下去。通過教師對教學內(nèi)容的分析，先將教學任務進行分解，把要講授的知識蘊含于學生所需完成的任務之中，讓學生通過項目設計從而掌握所學知識。這樣，學生在學習完機械原理這門課程后，也完成了一個大的項目，在學習的過程中將各知識點聯(lián)系在一起，形成了一個較完整的知識體系。

教師在授課過程中，也可引入一個項目案例進行講解。例如：在機械原理的學習過程中，可選擇內(nèi)燃機作為主項目，內(nèi)燃機中囊括了機械原理常用的三大機構(gòu)：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)，所以該項目又可細分為連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)等多個子項目。在講解平面機構(gòu)的動力分析時，可以內(nèi)燃機中的曲柄連桿機構(gòu)的受力分析和配氣機構(gòu)的動力學分析為案例，在講解機械的平衡時，可以單缸和多缸內(nèi)燃機的曲軸的平衡為案例，等等。這樣，通過一個實際的項目案例，幫助學生掌握了基礎知識和技能，還可以通過案例舉一反三，拓展知識，培養(yǎng)學生自主學習和知識應用的能力。

此外，授課教師在課程講解時要緊扣實例，例如：在講解連桿機構(gòu)時，可結(jié)合日常生活中的雨傘，餐桌椅的折合裝置，汽車上的雨刮器和轉(zhuǎn)向機構(gòu)、車門啟閉機構(gòu)、風扇搖頭裝置等進行講解，講解齒輪系的時候，可結(jié)合鐘表講解時針、分針、秒針的設計原理，還可介紹汽車變速器的工作過程等等，這些案例貼近生活，學生容易接受和理解，也能激發(fā)學生的學習興趣和求知欲。

4 兩種教學模式的交互

目前的機械原理課程授課形式大部分還停留在教師灌輸、學生被動接受的模式，提不起學生學習的興趣和動力，而且在提倡素質(zhì)教育的形勢下，機械原理的課時不斷被壓縮，這些都對基于課堂的傳統(tǒng)教學模式提出了挑戰(zhàn)。國家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站（即愛課程網(wǎng)）將在線課堂與面對面教學模式相結(jié)合，把學習效率低下的教師單向灌輸?shù)膫鬏斨R方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)學生學習興趣，引導學生主動學習的教學模式，對提高機械原理教學質(zhì)量，深化課程改革起到了積極的促進作用。

國家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站具有友好的用戶界面，為師生用戶提供了較完整的學習支持系統(tǒng)。任課教師可通過在線咨詢、QQ群、個人郵箱等將教學信息及時、準確地傳達給學生，包括課前要求學生觀看視頻和相應知識點預習，布置一些簡單練習，課后布置學生完成在學習平臺上每一個知識點配備的對應在線的自測題和離線作業(yè)，另外，學生在觀看視頻、完成練習時如果遇到問題，可以在系統(tǒng)中實時咨詢老師或與同學進行討論。[8]利用在線教學中靈活組合的豐富的功能模塊，將課堂深度教學與在線自主學習結(jié)合。一方面，學生的學習不再局限于有限的課堂教學時間，可自由支配學習時間，完成基礎內(nèi)容的自學和自測；另一方面，與傳統(tǒng)的教學模式相比，完成一個知識點的學習，學生要付出更多的自主學習的時間。在線教育使學生成為教學過程的參與者，使學生從被動接受變?yōu)橹鲃訉W習。

部分學生缺乏較強的自我約束能力，常常會在網(wǎng)絡學習中出現(xiàn)拖延癥。為了促進學生自主學習，規(guī)定學生需要完成一系列學習活動，才可獲得相應的學分，比如，學生需要在截至時間之前完成系統(tǒng)中相關的預習、自測和練習，及時提交，否則當次練習為0分，累計一定次數(shù)，則無法取得本課程的學分，同時系統(tǒng)對學生的學習過程進行實時記錄。

作為任課教師，在機械原理共享課程建設時，首先要保證教學資源的完整性，教學資源應包括教學錄像、PPT講義，課程教案、備課筆記、教學設計及知識點匯總、思考題、作業(yè)參考答案、題庫或卷庫、學科前沿研究的熱點等。其次是教學資源的豐富性，豐富性是指盡可能增加不同種類的教學資源，不僅有文本資源、圖片和動畫、還有視頻資源等，豐富的教學資源有助于開闊學生視野，激發(fā)學習的熱情和興趣。

現(xiàn)代機械工業(yè)對創(chuàng)造型人才的需求與日俱增，機械原理課程在培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的過程中起著不可或缺的重要作用。提高機械原理課程教學質(zhì)量的關鍵是激發(fā)學生的學習主動學習的能力。教師的教學應當重視培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維以及知識應用的能力，調(diào)動學生的主觀能動性，使教與學融為一體。從多年的教學實踐中，筆者體會到教師一定要深入理解教學內(nèi)容，提煉出教材的共性知識，重視課程之間的聯(lián)系性，同時授課時要緊密聯(lián)系實際案例，科學地混合運用不同的教學媒介，多方面、多渠道地激發(fā)學生主動學習的熱情，真正做到有的放矢，從而提高機械原理的教學質(zhì)量。

參考文獻：

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第9篇：機械原理中構(gòu)件的定義范文

關鍵詞： 成本；教學機器人；步進電機；單片機

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0185-02

0 引言

機器人是最典型的機電一體化產(chǎn)品之一。在工業(yè)、國防、空間探索、醫(yī)療等領域有著越來越多的應用，代表著一個國家科技發(fā)展的水平。機器人的結(jié)構(gòu)設計、電路設計及控制程序編制已經(jīng)成為機械、電氣、電子、控制、計算機等專業(yè)大學生必備的能力。培養(yǎng)大學生這些方面能力依靠的實驗設備目前主要是進口的大中型工業(yè)機器人產(chǎn)品。由于該類產(chǎn)品在價格、體積和維護方面存在的問題，購置和使用成本比較高，只能用于一些演示性實驗，學生缺少動手實踐的條件。本文研制的基于單片機控制的步進電機驅(qū)動的小型教學機器人體積小、制造成本低，可以在專業(yè)實驗室大量配置，較好地解決了機器人實驗教學的難題。

1 教學機器人的整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示為基于單片機控制的教學機器人整體結(jié)構(gòu)圖。不包括手爪自由度該機器人共有四個自由度，分別為腰轉(zhuǎn)自由度、下臂俯仰自由度、上臂俯仰自由度和手腕旋轉(zhuǎn)自由度。為了提高驅(qū)動力矩和減少獨立配置減速機構(gòu)帶來的成本負擔，各自由度都采用自帶減速器的步進電動機來實現(xiàn)。手爪采用微型步進電機驅(qū)動絲杠螺母機構(gòu)的方式來實現(xiàn)。

2 面向成本的設計

2.1 面向成本的機構(gòu)部分設計 機器人的結(jié)構(gòu)件有三個來源：①采用光敏樹脂三維打印快速成型工藝制造的復雜結(jié)構(gòu)件；②采用激光切割加工制造的不銹鋼板件或硬質(zhì)鋁合金板件；③采用鋁合金型材及其專用聯(lián)結(jié)件制造的底座和支撐件。

如圖2所示是采用快速成型工藝加工的機器人下臂及對該機器人下臂進行的應力分析，分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在中空結(jié)構(gòu)設計下仍能承受額定負載。采用光敏樹脂三維打印快速成型工藝制造的復雜結(jié)構(gòu)件，工件材料密度為1.3g/cm3，拉伸強度為63MPa[1]，沖擊強度為58KJ/m2，邵氏硬度為92度，彈性模量為3000MPa。泊松比為0.3。因為它具有良好的機械性能、較低的密度和對復雜結(jié)構(gòu)的工藝適應性，成為機器人復雜結(jié)構(gòu)件制造工藝的優(yōu)選。

如圖3所示為采用鋁合金型材及專用聯(lián)結(jié)件聯(lián)結(jié)的機器人底座。這種方式無需復雜加工，聯(lián)結(jié)可靠、拆裝方便、價格低廉，已經(jīng)廣泛用于小載荷設備的機架結(jié)構(gòu)。

2.2 面向成本的控制部分設計 因為目前高校的單片機教學還是以51系列單片機為主，所以本機器人的控制系統(tǒng)采用了STC89C52單片機。驅(qū)動電路采用了適應較大功率步進電機驅(qū)動的TB6560AHQ驅(qū)動芯片。該芯片可承受峰值40V的驅(qū)動電壓、峰值3.5A的電流，為電機在大力矩、高轉(zhuǎn)速下持續(xù)運行提供了技術保障。該芯片可驅(qū)動42系列、57系列和部分86系列兩相步進電機?？紤]到各機器人關節(jié)負載的區(qū)別，本文設計的機器人的下臂俯仰關節(jié)采用86系列的兩相步進電機驅(qū)動，上臂俯仰和腰轉(zhuǎn)關節(jié)采用57系列兩相步進電機驅(qū)動，手腕旋轉(zhuǎn)關節(jié)采用的是42系列步進電機驅(qū)動。如圖4所示為驅(qū)動一個步進電動機的TB6560AHQ驅(qū)動芯片的主電路。

在圖4中，M0和PROTECT引腳分別為工作狀態(tài)和過電流保護指示引腳[2]。通過引腳NFA和NFB定義步進電機的兩相最大驅(qū)動電流。STC89C52單片機的脈沖信號、方向控制信號和使能信號通過光耦隔離連接到芯片的CLK、CW/CCW和ENABLE三個引腳。

3 結(jié)束語

應用型高等院校機械電子類專業(yè)的培養(yǎng)有賴于實驗教學的強化。為了解決機器人教學中外購機器人成本高，底層開放性不足，不能完全滿足本科生動手實踐要求的問題，陸續(xù)研制了基于舵機的關節(jié)型教學機器人[3]和本文所述面向成本的基于步進電機驅(qū)動的教學機器人。由于體積小、成本低，在實踐教學過程中大量使用，獲得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]翟媛萍.光固化快速成型材料的研究與應用[D].南京：南京理工大學，2004：30-40.