机械结构论文大全11篇

机械结构论文篇（1）

1.1材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

1.2数量变元

在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。

1.3位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。

1.4尺寸变元

零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。

1.5形状变元

机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。

1.6分析连接变元

一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。

1.7分析工艺变元

零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。

2机械结构创新的尝试及优化测评

2.1机械结构设计的创新尝试

防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。

2.2对机械结构变元创新设计的优化评测

机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。

机械结构论文篇（2）

1.1XY直线运动平台驱动方式和结构设计

由于XY平台要求大行程、高速、精确、平稳定位，因此自动配液机的x轴及y轴采用同步带柔性驱动，如图3所示。同步带柔性驱动方式相对于刚性传动定位系统，具有传动平稳、冲击小、无需、噪声小、传动距离远、成本低等优点，主要用于对加速度和速度要求较高的应用场合。虽然同步带的弹性可减少冲击，但同时也带来定位误差和振动问题，如何有效抑制系统定位误差，充分发挥柔性驱动直线定位技术的优势，成为本文需要解决的主要问题之一。一般同步带按照中心距大小和带轮尺寸设计选择同步带基准长度，然后将环形同步带安装在两个带轮上。在此设计中为保持同步带张紧力和便于在支撑轨道型材安装，同步带有接头而两端用压板同滑块连接，以便于安装和调节。同步带在位于型材两端托架上的两个同步带轮之间进行运转。一个带轮安装在电机上，另一个则安装在张紧装置上。同步带带动滑块在导轨上移动，滑块支撑在滚珠导轨上，同步带纵向穿过支撑导轨的异型铝合金型材。

1.2运动平台导向结构

低速运动平稳就是当导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳不出现“爬行”现象。数控工作台的位移量是以脉冲当量作为它的最小单位，它常以极低的速度运动，这是要求工作台对数控装置发出的指令要做出准确响应，这与运动件之间的摩擦特性有直接的关系。滚动导轨的静摩擦力较小，而且还由于油的作用，使它们的摩擦力随运动速度的提高而增大，这就有效地避免了低速爬行现象，从而提高工作台的运动平稳性和定位精度。但滚动导轨抗振性较差、对防护要求较高、结构复杂、制造比较困难、成本较高。

1.3工作头夹持手结构设计

按照移液管夹持手的工作流程，要求夹持手到达母液瓶位置下降，下夹持手夹持住母液瓶里的吸管，上夹持手夹持住活塞吸取一定的母液，然后带动吸管整体上移到脱离母液瓶，移动到计量区，夹持手推动吸管活塞将母液按配方剂量注入到染料瓶里，然后回到母液区，将吸管放回到的原来的位置。手爪通常是由手指、传动机构和驱动机构组成，其结构要根据作业对象的大小形状和位姿等几何条件以及重量、硬度、表面质量等物理条件来综合考虑,同时还要考虑手爪与被抓物体接触后产生的约束和自由度等问题。设计摆动式夹持器，夹持手左右手爪为对称结构，由两个气缸驱动带动连杆机构将移液管夹持住。将活塞连杆手爪和移液管外壳手爪设计为一体，当气缸动作时两个手爪同时动作，方便快捷。在工作的时候手指只有两个工作位置，采用气压驱动能够快速达到工作位置，节约时间。

2柔性同步带驱动定位动态分析

在该系统中，电机的运动通过同步带传输到移动装置。在啮合齿之间必须有足够的间隙，以确保运动的流畅，没有干涉，但这种间隙的存在导致滞后现象的产生和噪音。当运动方向改变时，在外部激励支配下动力传输齿产生脱离和微小滑移。这一现象的结果是带慢慢滑移直到下一对齿进入啮合。

3试验测量装置

柔性同步带定位系统的运动误差特性，弹性变形的影响和间隙的影响，对于弹性变形所引起的误差，采用两个编码器分别测量主动轮和从动轮转速。为精确控制移动负载的加速或减速，本试验装置采用线性坐标测量装置（CMM），结合高分辨率刻线尺搭建模型来验证模型预期的性能。在系统中使用了常规的控制器PC104PMAC卡，为确定传动系统引起的位置误差，采用位置测量的基本旋转编码器（PE）以和高分辨率刻线尺（LS）的测量结果进行对比。控制电机速度按照梯形路径输入，叠加获得定位误差图形（ΔX=XLS-XPE）。ΔX包含与支承元件（如抗摩轴承、轴承轴）等相关的几何和运动误差，如前所述定位误差具有延时滞后的特点，具有相当的重复性。

机械结构论文篇（3）

如果以其运行的速度快慢为依据，那么通常应将电梯分为超高速电梯、高速电梯、快速电梯和低速电梯四大类，超高速电梯的运行速度是要超过4m/s的，通常在分区进行控制的高层大厦中常采用这种电梯；而高速电梯的运行速度则是在2m/s-4m/s的范围内，在高层写字楼中通常会采用高速电梯；快速电梯的运行速度一般都在1m/s-2m/s的范围内，通常情况下，住宅电梯和楼层数小于15层的多层客梯会采用快速电梯；低速电梯的运行速度是小于1m/s的，其通常都被应用在绝大部分的货梯中；

（2）如果根据使用用途对电梯进行分类，一般可以将电梯分为乘客、观光、载货、杂物、医用、船舶以及车辆等多种类型，同时市场上还存在着一些特殊种类的电梯

常见的有立体停车场用电梯、斜行电梯以及建筑施工电梯等。

2电梯机械结构和相关问题

2.1电梯机械结构中的门系统

在电梯的机械结构中，轿厢门系统通常都包括四个部分，分别为轿门、开关门系统、厅门和门保护装置，由于门系统的存在，等候电梯人员坠落到井道中的安全事故就被有效避免了，同时井道和厢内人员之间也不会出现相互碰撞的问题了。在电梯的运行过程中，为了保证其安全性和稳定性，在电梯起动之前厅门和轿门之间必须是要保持关闭状态的，并且在厅门上还应安装门锁，只有钥匙才能将厅门打开，否则厅门就应是出于关闭状态的。而对于控制电路来说，由于在门锁上是安有微动开关的，那么其就能有效的控制电梯回路的断开和接通状态，从而实时的调整电梯的运行状态。在分析电梯的门系统时，应重点注意以下几个问题：轿厢起动时，轿厢门应是出于自动闭锁状态的，在轿厢未停稳并且未上升到层门时，层门也应出于自动闭锁状态。

2.2电梯机械结构中的轿厢系统

轿厢系统的最主要作用就是运送乘客和货物，其主要包括两部分，即轿厢架和轿厢体，而轿厢架主要起到的是悬吊和固定的作用，其是主要的承载构件，而在轿厢架上还都会设置拉条，这么做的目的就是要提升轿厢的刚度，从而有效避免轿厢倾斜现象的出现。而轿厢体则都是由四部分组成的，分别为轿门、轿顶、轿壁和轿底，其中，轿顶通常都会安装检修用的操作设备和照明设备，同时还设有安全窗，这样当出现故障时，乘客便可以借助安全窗撤离到轿厢内；轿底则是起支撑作用的，在其前端设置了轿门地坎，在地坎位置处装有光滑挡板，并且还应配有轿厢称重装置，当超过了电梯出现超重问题时，报警器就会响起。轿壁是连接轿顶和轿底的部分，在其背面通常都会设置加强筋，从而充分的提升其机械强度。

2.3电梯机械结构中的曳引系统

这一系统的主要作用为及时的牵引轿厢的上和下，从而帮助乘客顺利的到达相应的楼层。其主要包括曳引机、导向轮、限速轮和曳引钢索等部分，曳引机就是电梯的动力装置、根据电机的差异性又分为直流曳引机和交流曳引机，根据速度的快慢可分为超高速、高速、快速和低速曳引机，根据结构形式的区别可分为卧式曳引机和立式曳引机，根据减速方式的差异性分为无齿轮曳引机和齿轮曳引机。电梯的轿厢会悬挂在曳引轮上，曳引轮在曳引机的驱动下就可以实现轿厢的上下运行。

2.4电梯机械结构中的重量平衡系统

重量平衡系统主要包括了补偿装置、补偿缆、补偿绳以及对重等结构部分，在曳引轮和导向轮的牵引下，对重用的钢丝绳会直接连接轿厢，而在整个系统的运行过程中，这一系统主要起到的是对电梯和轿厢负载的平衡作用。在配置对重量的量值时，应严格的依据电梯额定载重量的相关要求，从而保证整个电梯系统是具备一个良好的使用状态的。如果电梯的曳引高度超过了30m，那么曳引钢丝绳的差重对电梯运行的平衡性和稳定性就可能会产生影响，所以，必须设置补偿缆和补偿链等相应的补偿装置。

2.5电梯机械结构中的导向系统

此系统主要包括了三个部分的结构，分别为导轨、导轨架和导靴，其主要作用是保证轿厢在井道中是按照正确的路线上下运行的，并且还能有效避免出现过多振动的现象。当出现了突发紧急情况时，轿厢就会被卡死在导轨上，那么就会避免坠落等安全事故的发生。导轨能够精确的控制电梯的升降方向，所以，导向系统就是可以控制对重和水平方向轿厢的移动的，保证对重和轿厢在井道中都是出于一个合理的位置的。在电梯的井道中通常会设置4根导轨，两根是对重架导向，另外两根则是轿厢导向，固定导轨时通常都采用压道板和螺栓、螺母等设备。

2.6电梯机械结构中的机械装置

为了最大限度地保证电梯使用的安全性，那么在电梯机械结构中还必须设有安全钳、限速器、缓冲器和终端超越保护装置等机械装置，当电梯系统的运行速度超过了其极限值时，限速器就会停止工作状态，并且借助绳轮之间的摩擦力还能将拉杆机构提拉起来，发出相应的警报信号并且切断控制电路，那么安全钳就必须发出动作，强制性的将轿厢停留在导轨上，在所有的安全开关都恢复状态后，安全钳才会释放，在所有的安全保护装置都失去作用后，缓冲器就会作为最后一道保护装置出来，其能够将轿厢的能力吸收并消耗掉，避免轿厢出现坠落的事故。而终端超越保护装置的最主要作用就是保证电气系统的顺利运行，从而保证轿厢的稳定运行，避免撞底和冲顶等安全事故的发生。

机械结构论文篇（4）

2舰船指控设备结构型式的演变

自20世纪50年代开始，我国舰船指控设备完成了由机电指挥仪向数字化综合指控设备的演变，设备从以模拟计算机为主转变成以微型数字计算机为主。下面介绍指控设备上一些主要器件、部件和结构型式的演变。

2.1显示器的演变

目前，CRT显示器已被液晶显示器和LCD显示器替代。由于工作原理不同，液晶显示器、LCD显示器与CRT显示器有明显的性能差异，较圆满地解决了CRT显示器无法克服的在体积、重量、功耗、环保和电磁辐射等方面的缺点。

2.2计算机的演变

早期舰船用计算机的结构形式是：各插件模块通过槽口固定于开放式插件框架中，自带的楔形锁紧装置与槽口两侧壁紧固，其后部的电连接器通过盲插方式与印制大底板上的电连接器链接，大底板上的输入输出信号通过专用的转接板转接。现在取而代之的是全密封、全加固的抗恶劣环境加固机，不仅体积小、重量轻，而且具有良好的抗振、散热、电磁防护能力。

2.3功能部件的演变

鼠标、键盘、触摸屏等通用的功能逐渐被集成为全加固模块，通过预留接口与外部设备联系。尺寸被严格定义，实现了模块标准化、通用化设计。这类模块多采用整体设计和加工工艺，如真空钎焊、整体铸造和整体机加等，具有体积小、结构紧凑等特点，既能减轻重量，又保证模块有良好的适应性。

2.4整机结构型式的演变

显示器、计算机和功能模块的进步，导致了整机在重量、体积上都有了大幅度的下降，造型变得更加时尚、美观。由于各类模块标准化、通用化的实现，整机设计变得快捷、方便，在争取任务和任务立项时，根据特定的需求，短时间内可提供初步的技术方案，确定外形尺寸和重量等指标。表1给出了不同时期指控设备的结构型式。

3几个关键技术问题的现状

经过几十年的发展，指控设备的结构设计内容发生了较大的变化，不再有非线性齿轮、劈锥、传动链这类复杂结构，剩下的是台、柜造型、面板设计、壳体铸造等。台、柜、箱及其各层次设备已实现标准化、通用化和系列化。整机内部小到插件模块、通用模块、专用模块，大到显示器、计算机都实现了全加固设计，并通过严格的应力筛选试验，整机必须按国军标要求参加例行试验，通过抗振、散热和电磁兼容能力测试。结构设计及其可靠性测试方法和手段逐渐成熟，但也存在一些问题。

3.1隔振减振设计

隔振减振设计主要还是遵循传统的方法进行，以定性设计为主。即，对结构件做个初步的静力分析后，再根据使用环境和经验乘上一个安全系数，在设计阶段难以充分考虑动态激励带来的影响。设备的抗振能力主要靠环境试验来验证。这种设计方法带来的问题是：

1)由于无法准确把握设备内部重量及分布，台、柜、箱在设计上普遍存在刚强度整体有余、局部不足的问题。虽然在振动、冲击试验中也能发现一些问题，诸如在某个频段振动超标，在哪个频点共振幅值最大等，但不能具体定位，也不能准确评估共振带来的影响；

2)设备的重量和几何重心的位置，是在总装完成后靠称量才能最终确定，所以，通常是选择具有一定承载范围的减震器，在使用过程中需对承载量进行调节，给用户带来一定的麻烦。

3.2热设计

现役的指控设备从机箱到台、柜基本上还是通过风机散热，这是目前主流散热方式。对于发热量大的模块，如加固机，除了要解决自身的散热问题，还在台、柜内部设计专用风道，保证热量快速排除。其弊病是会造成电磁干扰且噪声较大；20世纪90年代，国外一些潜艇指控设备开始采用液冷散热，这种通过泵产生的动力推动密闭装置中液体的循环来实现散热的方式，具有较高的效率，且噪声较小，缺点是成本较高。近年来，国内也开始进行这方面的研究与试验。由于现行的热设计方法不能准确判断台、柜内部气流的走向，故无法实现对设备从芯片到整机实施有效的温度控制，仅仅是根据总功耗、单个风机的风量以及热源的位置来大略地确定风机的数量和进、出风口的位置，散热效率不高。

3.3电磁兼容设计

早期的纯机械设备和机电设备几乎不要做电磁兼容试验，然而，随着军械电子化程度的迅速提高，越来越多的电路被装入有限的空间，设备内外电磁信号纵横交错、密集重叠，功率分布不均匀；特别是电子战，其基本着眼点就是夺取“制电磁权”。电磁兼容设计在现代指控系统中的重要性可见一斑。电磁兼容设计涉及电器和结构等多个专业，综合性很强。虽然电磁干扰主要是电子元器件及其分布的问题，但与它们安装的位置、元器件屏蔽与密封的好坏、材料固有的屏蔽效能等紧密相关。经过多年的研究并结合试验，指控设备的电磁兼容设计已初具规模，并制定了一些设计规范。但是，由于设备内部安装的模块较多，很难直观地了解内部的电磁环境，一些问题在设计阶段很难被发现。而电磁兼容检测试验又是在设备出厂、功能调试完成后根据要求进行的，这时已到了研制的后期，等发现了问题，再针对超标项目实施解决方案，通常代价是昂贵的，会增加一些不期望的附加元器件。

4关键技术的发展趋势

从上节中可以看到：

1)指控设备结构设计的研制任务量大、周期长、成本高；

2)隔振减振、散热、电磁防护等关键技术的研究进入了瓶颈期，还停留在依靠经验或以往环境试验结果类比、亦或有限的公式估算上。置身于21世纪，这种设计方法已无法适应现代国防对产品快速、可靠、经济的要求。三维设计技术和仿真技术的发展与推广，为这些研究内容的突破提供了有力支持。它们与传统的经验设计方法的融合，将有助于提高研制效率，推动机械结构设计从定性到定性与定量相结合的转变。

4.1三维设计技术的应用

结构设计实现由二维向三维的转变可以说是革命性的，设计者借助计算机将设计思想转化为可视的、可修改、可分析的实体模型，为新产品研发、仿真分析及后续的演示带来诸多方便。

1)三维设计可以直观地反映整机内部各单元的装配关系，避免产生干涉等错误。

2)三维软件的参数化设计技术特别适于复杂结构件局部特征修改的快速设计。以机柜壳体为例，对于同一规格的不同机柜，壳体大部分设计特征是通用的，不同主要表现为：两侧壁上横向加强筋和走线凸台的高度位置，导销支架、前横梁支架安装位置以及后横梁的高度位置。如果利用三维软件参数化建模工具，在壳体三维模型构建过程中使用变量来控制上述特征的位置尺寸和约束关系，根据不同的机柜需求编辑这些参数，即可得到具有相似拓扑结构的壳体。

3)随着舰船装备量的加大，用户对设备的重量提出了严格要求。在设计阶段通过指定材质，可快速预测出整机的重量，避免了整机装配完成后再进行减重或配重处理。

4)根据台、柜、箱内部的重量分布，可较准确地地计算出设备的几何重心，并以此为依据确定隔振器的大小和安装位置，逐步实现由选择隔振器到定制隔振器的转变。

5)建立产品常用件、标准件数据库，在新产品设计时可直接调用，节省了人力、物力，避免了重复劳动。

6)仿真分析和演示系统需要三维模型的支持。以仿真为例，在国外设计和分析通常分属不同的部门，设计者考虑的是功能的实现，分析人员则是负责对设计的合理性和准确性做出评估。有了三维模型，分析人员可直接在三维模型上进行简化，开展分析，保证设计与仿真同步进行。

4.2基于仿真分析的隔振减振设计

仿真技术的引入，在方案论证阶段有助于快速了解整机的振动特性以及对外载的响应情况，为决策提供支持；在设计过程中能及时发现结构上的薄弱环节，尽量做到结构合理、加工量少、材料利用率高，在保证抗振能力的前提下，实现轻量化设计。国内很多研究机构和高校都开展了这项工作，并取得了良好的效果。应用较广泛的结构力学仿真软件有很多，如ANSYS、UGNX、ABAQUS等。建议组织专人开展这项研究，掌握模块、机箱和整机各层次设备的结构力学性能，提高指控设备机械结构设计的竞争力。

4.3基于仿真分析的热设计

随着电子技术的迅速发展，指控设备集成化程度不断提高，单位体积内产生的热量不断增加，而有效的散热面积却相对减少；一些发热量较大的功率器件和组件的热设计问题日显突出。如何有效降低传热路径上的热阻成为急待解决的问题，这需要可靠性高且工程化强的热仿真软件的支持。目前已广泛应用的计算机辅助热设计软件有FLUENT，ANSYS，ICEPAK等。这类软件可在短时间内获得复杂热分析方案的模拟结果，及时对元器件的布局、传热路径的设计是否合理做出判断。

4.4基于仿真分析的电磁兼容设计

相对抗振和散热，舰船领域的电磁兼容仿真研究更是鲜见。直到近年才有一些成熟的电磁兼容仿真分析软件被引入国内，如SEMCAD、EMC-A、IE3D-SI等，它们从电磁兼容三要素(干扰源、耦合路径、接收器)出发，与实际工程紧密结合，通过建立干扰源、接收器与多种传输路径的数学模型来模拟传导、辐射、屏蔽等电磁干扰现象，并提供发射机和接收机的端口库、滤波器库、频谱信号库、屏蔽材料库等，可在研制过程中对板卡、模块和台柜等各层次设备及设备间的抗干扰设计做出评估，便于及早发现问题，减少试验阶段的整改。

机械结构论文篇（5）

2柔性同步带驱动定位动态分析

在该系统中，电机的运动通过同步带传输到移动装置。在啮合齿之间必须有足够的间隙，以确保运动的流畅，没有干涉，但这种间隙的存在导致滞后现象的产生和噪音。当运动方向改变时，在外部激励支配下动力传输齿产生脱离和微小滑移。这一现象的结果是带慢慢滑移直到下一对齿进入啮合。mxfxFFfc21sgn()(1)fc代表移动载荷的库仑摩擦力，在同步带与带轮齿啮合中有弹性变形，因此在同步带上产生附加的张紧力差值Δf，其大小与指同步带和带轮齿之间的齿侧隙及齿的刚度等有关。在同步带两侧的张紧力变为：2211FFFFFF(2)这里F0是作用在带上的载荷或预紧力。在带上的附加力（12F与F）全是非负量。预紧力大小决定带的承载能力。带的张力之间的关系满足柔韧体欧拉公式[5]：()1212ueFFFFFF(3)式中，α为带轮的包角，由于同步带传动比i=1，所以α=π；（u）为动态摩擦系数，其依赖带轮和带之间的相对圆周速度，u为相对滑动速度。因为带的总体长度不应有变化，则根据变形协调条件，带紧边长度的变化量与松边长度变化量应该相等。AEFLxAEF(LLx)()2010Δ+=Δ(4)式中，A为带截面面积，E为带弹性模量。将式(2)～式(4)联立解出：()(1)()000012LxLLxFLLxLxFF++++Δ+Δ=γγ(5)()(1)sgn()0021LxLLxFLmxfxFFfc(6)动态系统可以用式（6）进行描述。上述同步带驱动装置的运动动态模型，可用于运动控制系统的设计。

3试验测量装置

柔性同步带定位系统的运动误差特性，弹性变形的影响和间隙的影响，对于弹性变形所引起的误差，文献[6]采用两个编码器分别测量主动轮和从动轮转速。为精确控制移动负载的加速或减速，本试验装置采用线性坐标测量装置（CMM），结合高分辨率刻线尺搭建模型来验证模型预期的性能。在系统中使用了常规的控制器PC104PMAC卡，为确定传动系统引起的位置误差，采用位置测量的基本旋转编码器（PE）以和高分辨率刻线尺（LS）的测量结果进行对比。控制电机速度按照梯形路径输入，叠加获得定位误差图形（ΔX=XLS-XPE）。ΔX包含与支承元件（如抗摩轴承、轴承轴）等相关的几何和运动误差，如前所述定位误差具有延时滞后的特点，具有相当的重复性，在文献[7]中也介绍了这个特性。

机械结构论文篇（6）

中图分类号：TH111 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0175-01

一、引言

从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。

二、机械结构设计的方法

1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。

2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。

模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。

复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。

分级结构设计（层次化设计）。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。

载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。

变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。

3. 模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。

三、机械结构设计的原理

机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。

理论力学原理。理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的钢度设计。

材料力学原理。机械零件的强度和钢度设计是基于材料力学理论的，强度或钢度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径；当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。

弹性力学原理。弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。

本文从机械结构的设计方法和设计原理出发，分析了机械结构设计的基本知识和设计准则。毋庸置疑，机械结构的制造工艺性对机械结构设计有重要的决定性。笔者认为，今后的机械结构创新中仿生设计和智能化是发展的重要方向。

机械结构论文篇（7）

高等学校机械类专业在对学生进行教育时，不仅需要学生掌握基础理论知识，还需要学生具备机械设计创新能力，因此需要加强科学方法及科学思维教育。如何培养学生机械创新设计能力是机械专业教师最为关注的问题。机械原理课程作为机械类专业学生必须要学习的技术基础课程，其包含机构学和机器动力学等基本理论，且需要培养学生具有初步设计能力，使学生在以后深入学习和工作中，具有更好的理论基础和创新能力。

一、机械原理课程教学现状

机械原理课程涉及到机构学、机器动力学、机构设计等，对学生数学、物理、力学等基础知识要求较高，而且机械原理课程具有理论性强、实践性强，涉及内容广泛等特点，因此学生在学习过程中会具有一定的困难，给教师带来一定的教学困扰。

在传统机械原理课程的教学中，教师为了提高教学效率，往往会直接将机械原理课程的问题、内容及结论直接传递给学生，并让学生通过反复应用和死记硬背的方式，强行记住课程内容。然而这种教学方法会让学生无法明白结论的缘由以及课程内容中涉及到的公式从何而来，从而导致学生在学习和应用所学内容时，只懂得生搬硬套，不知道结论和公式的意义，不利于培养学生的主观能动性，并会让学生渐渐失去学习机械原理课程的热情。学生被动接受知识的教学方式，且在学习过程中缺乏主动思考，会影响学生的创新能力，与如今我国机械制造业需要创新性人才的要求不符。如今我国主张素质教育，致力于培养学生的创新意识和创新能力，因此机械原理教师需要加强对课程教学结构和教学方法的改进。

二、机械原理课程科学方法及科学思维教育途径

（一）研究教学法

机械类专业学生在进行机械原理课程的学习时，不仅需要注重掌握课本知识，还需要注重掌握学习过程，从而获得自主学习的能力。研究教学法主要是通过设置问题，并引导学生进行研究和探讨，从而让学生自主掌握相关知识的教学过程。在设置问题时，要注重问题的新颖性，确保可以引起学生的学习兴趣。

如教师在进行机构组成教学时，首先可以引导学生了解机构组成原理，让学生明确基本结构加若干个基本杆组可以组成任何平面机构。随后教师可以通过多媒体播放一张机械机构的结构图，并让学生通过观看该结构图，分析此机构能否完成其工作，符合机械机构设计师的设计要求。这种通过将理论与实际结合起来的教学方法，可以很快提起学生的学习兴趣，让学生利用所学知识及课程知识，对该结构图进行分析和讨论，从而活跃了课堂氛围，并让学生进入主动思考模式中。教师需要引导学生分析该机构图存在哪些问题，如何进行改进，让学生有明确的思考方向，并在该方向中应用发散性思维进行教学内容的思考，并用于在课堂上发表自己对结构图问题的看法，并提出改进措施。学生学过思考和讨论之后，会更加具有学习热情。

另外教师还可以让学生通过参观机构模型，让学生将课本知识与实际机构模型结合在一起，从而将思维中比较模糊和抽象的知识，形成具象、生动的知识。学生在谈论学习和参观学习之后，会逐渐认识到机械原理是从机械应用逐渐发展而来，在提起学生学习兴趣的同时，使学生的思维更加灵活和实际。

（二）理论与实践结合

机械原理课程具有理论性强、实践性强等特征，教师不仅需要让学生掌握理论知识，还需要让学生通过动手实践，在提高动手能力的同时，巩固理论知识。另外学生通过动手实践，可以针对实际工程中存在的问题进行分析，使学生的思维更加灵活。

如教师在进行连杆机构的解析法运动教学时，如果只进行公示推导和求解，往往会让学生不知所云，感到教学的枯燥和乏味。此时教师可以让学生自主进行连杆机构的运动分析，并结合软件编程，让学生自主绘制出运动曲线，从而提高学生的实际应用能力，让学生更加具有学习热情。

（三）机械创新大赛

我国很多地区和学校都有机械创新大赛，教师可以组织学生成立创新设计小组，让学生通过自主创新和实践，设计出具有新颖性和实用价值的机械。为了让设计小组有更加全面的思考方向，可以让不同专业的学生给出设计意见，从而有效培养学生的思维创新能力和动手实践能力。

如2012年曾有学生利用行星齿轮的自传和公转，设计出能够全面无死角清洗鞋面的鞋面清洗机。该机械设计不仅具有创新性，还具有一定的实用价值，并可以让其他学生进行参考和学习。

（四）论文考核

为了培养学生自主思考能力和创新能力，教师可以学生撰写科研报告的形式，作为考核方式。学生可以根据教师提供的方向，自主进行课题的研究，并通过查阅相关资料和自主实验获得数据，从而撰写科研报告。该种考核方式可以有效让学生主动学习和探讨，有效培养学生的创新能力，且学生在撰写科研报告过程中，可以进一步巩固课本知识。

结束语

综上所述，机械原理课程需要学生完善掌握理论知识，具备良好的实践能力和创新能力，因此需要加强科学方法和科学思维教育。通过上述分析可知，机械原理课程教师在教学中需要注重理论与实践的结合，通过让学生自主学习和设计，起到培养学生的创新意识和创新能力的效果。

参考文献

[1]张毅杰，孔令琼，施杰，邹欢，管毓斌.基于UG平台的机械原理课程设计新模式探究[J].中国现代教育装备，2013，03：70-72.

[2]孙建荣，杨超君，马如宇.机械原理及设计创新型教学的研究与实践[J].教育教学论坛，2013，41：225-226.

机械结构论文篇（8）

很久以来，人们便利用可靠性分析评判产品质量，在初始评判阶段，单纯地依赖人们的工作经验来评判产品是否可靠，此时并没有规范化的衡量指标。可靠性分析从以概率论为基础的随机可靠性过渡到以模糊理论为基础的模糊可靠性，又过渡到非概率可靠性，直到今天的混合可靠性，现阶段的可靠性主要包含结构系统、模糊以及非概率这三种理论，这表明可靠性发生了一定的转变，并取得了进步，对于结构繁琐的复杂参数而言，由最初的概率以及非概率可靠性分析到现在的可靠性灵敏度分析，将可靠性分析理论变得日益成熟，并被广泛地应用到不同领域中。目前，可靠性已经成为影响产品效能的主要因素之一，它与国民经济发展和国防科技紧密相连，具有宽泛的研究范围和广阔的应用前景。

一、可靠性概述

机械零件结构设计的可靠性建立在传统设计之上，将与待设计对象相关的参数等要素进行一定的处理，使之转变成随机变量，参照设计原则构建概率数学模式，依据概率论、统计学理论和强度理论，计算出机械零件出现破坏的概率公式，然后参照公式明确该可靠性条件下的零件外观尺寸、使用寿命，在满足基本的运行使用要求的同时，还能获得最理想的设计参数，这有效填补了常规设计中的缺陷，并使得设计方案更加真实、可行。现阶段，可靠性设计被大范围地应用在飞机、汽车等关键产品以及机械零件结构设计中，它具有以下特点：

1.人为应力以及强度均属于随机变量，在设计的过程依据不同标准的设计要求，合理选择相应的特征函数，除了要考虑均值，还应考虑离散性，通过概率统计方法计算；

2.人为设计的机械产品不可避免地存在失效概率，在实际设计过程中应依据实际需求提前监控失效概率可靠性，全面考虑所有参数的随机性和分布规律，进而准确映射机械零件的实际工作状态；

3.可靠性设计分析与普通的安全系数法相比，更加合理，通过这种设计方法可获得最理想的设计，而安全系数法较为保守。由此可知，机械零件结构设计的可靠性分析可获得较为理想的结构，并节省材料成本、缩减加工制作时间，为机械加工制造创造更多的经济效益。

二、可靠性分析理论

在机械零件结构设计过程中，零件材料的极限应力属于随机变量，且该随机变量服从概率密度函数，而工作在机械零件危险截面的工作应力也属于随机变量，这两个随机变量有各自服从的概率密度函数，然后再借助强度应力理论推算相应的可靠性或者设计出该可靠性条件下的零件外形尺寸。可靠性分析中以概率论、统计学等理论知识为基础，主观人为因素作用较小，全面综合了外部环境变化，与实际生产更加接近，具有广阔的应用前景。

三、机械结构设计的可靠性分析

在机械产品的生产制造过程中，质量提高、设计理论优化、技术改进、设计周期缩短等至关重要，以上内容与可靠性紧密相连。可靠性分析贯穿于机械产品设计全过程，这表明可靠性分析已经步入实用阶段。目前，机械零件结构设计的可靠性分析研究已经成为机械制造中的主要研究题目，大量理论文献有力地证实机械零件结构设计的可靠性分析理论趋于成熟，未来将朝着以下方向发展。

（一）可靠性灵敏度设计

可靠性灵敏度设计建立在可靠性之上，有效映射不同设计参数对机械零件的实际影响程度，进而确定对机械零件灵敏度影响程度最大的随机变量，并重新分析和设计此参数。预估设计变量变差以及约束变差对产品效能指标的影响程度，调整对产品设计参数影响程度相对较大的设计参数，进而使产品失去对因素变差的灵敏性。这种设计以极限状态方程为基础，然后求解出设计参数相应的偏导数，获得灵敏度计算公式，从而明确每个设计参数的灵敏度，并以此为依据，不断修整设计，调整参数。

（二）可靠性优化设计

可靠性优化设计也是建立在可靠性之上，这种设计模式不仅能够更好地满足产品投入使用过程中的可靠性，还能优化产品外观尺寸、加工成本以及安全性等参数，进而使产品预估效能更加接近实际效能。此种方法有效融合可靠性分析理论和规划方法，以可靠度为基础构建优化目标函数，调整机械零件的外形尺寸、成本等参数，实现最小化，然后以刚度、强度等设计要求充当约束条件，构建数学模式，参照数学模型合理选择具体的优化方法，最终求解最理想的设计变量。

（三）可靠性试验

现阶段，可靠性理论趋于成熟，然而可靠性试验尚不健全。可靠性试验是一种考察、分析和评判产品可靠性的手段，旨在通过可靠性试验及时发现产品设计、原材料以及加工工艺存在的缺陷，进而进一步完善产品，提升成功率，降低维修养护成本，判断其是否满足可靠性定量要求。然而一旦具体的设计方案出现变更，则应重新开展试验分析，造成了不必要的资源浪费，因此，我们应充分利用高性能软件，缩减试验次数，节省成本。

结语

可靠性是衡量产品效能的动态指标，目前，可靠性贯穿于现代机械设计全过程，因此，可靠性分析是机械工业发展的主要研究方向，对于机械工程而言，掌握越多的可靠性理论，便会较少地应用主观经验，产品机械结构设计也会更加合理，这也是机械工程中的根本目标。机械零件结构设计的可靠性分析正处在发展阶段，在具体的应用过程中还存在一些细节问题，仍需要我们进一步探索。

参考文献

[1]卓红艳，刘志强，金晓等.基于机械结构产品的可靠性设计分析[J].工业控制计算机，2013，26（3）：124-125.

机械结构论文篇（9）

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）01-0132-03

机械原理是机械类和近机类专业十分重要的主干技术基础课程，是理论课程向工程实践课程转换的过渡性环节，具有增强学生对机械技术工作的适应能力和开发创造能力的作用，在机械类高级工程技术人才培养的基础系列课程中是不可替代的。[1]但是，传统机械原理教学存在目标单一、内容陈旧、方法死板、考核简单片面等不足，与理论力学、机械设计等相关课程间存在教学内容重复或脱节、整体协调性不足等问题[2] [3]，导致教师讲课费力，学生听课乏力，教与学的效果不理想，甚至造成对立的师生关系。

学校针对机械设计制造及其自动化专业部级“卓越工程师教育培养计划”项目的实施需要，进行了基于项目的CDIO教学模式、基于网络资源和创意兴趣的自主学习模式等教学方法改革探索与实践。本文从机械原理的课程体系、教学方法等角度进行全面介绍。

一、面向卓越工程师教育培养计划的教学内容体系构建

处理好机械原理与理论力学、机械设计等专业基础课间分工和衔接，不同于机械制图与建模、刚体运动与力分析、零部件强度计算与校核、材料成型与加工等专一知识和能力的培养[4]，机械原理以培养学生面向机械系统的机构设计与分析能力为主，在机构学、机器动力学和常用机构等基本知识学习基础上，更加注重机械系统的设计和综合创新能力培养。[5]处理好机械原理课程内部各章节间内在关系，机械原理教学内容可划分为机械系统、基本原理和常用机构三大模块，构建各教学模块间有机联系，课程体系与教学模块关系如图1所示。

机械系统模块是培养学生系统观念的重要途径，利用完整的机械系统实例把课程知识点串联，贯穿绪论、机器人机构及其设计、机械系统方案设计等章节的教学全过程，形成闭环。

基本原理模块包括结构分析、运动分析、力分析、效率与自锁、机械平衡、机械运转速度波动调节等章节，重点讲授：1.机构结构分析中机构组成、自由度计算、组成原理和型综合等知识点;2.机构运动分析中解析法;3.平面机构力分析中运动副总反力和机构受力分析;4.机械自锁和速度波动调节。而与理论力学等前期基础课联系紧密的运动分析图解法采用实例化教学，在学生自学、练习、讨论基础上，点明速度影像和加速度影像等知识点;实践性较强的机构运动简图、机械平衡以实验教学为主线。

常用机构模块包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系和其他常用机构等章节，重点讲授：1.连杆机构中平面四杆机构设计的图解法和解析法;2.凸轮机构中轮廓曲线设计解析法;3.齿轮机构中渐开线直齿圆柱齿轮啮合定律、啮合传动、变位齿轮和斜齿圆柱齿轮;4.齿轮系的传动比和效率计算。而常见多杆机构、凸轮基本尺寸确定、渐开线特性、其他常用机构等知识点以自学、调研等自主学习方式为主。

二、基于认知规律的“以生为本”教学方法改革与实践

国内众多高校长期开展机械原理精品课程建设，使教学理论、课程体系、教学内容、教学方法与手段等研究工作不断深入，在教材、电子教案、电子教具、教辅参考资料、教学视频和网络平台等教学资源建设方面进展显著，为机械原理课程教学方法改革奠定基础。

（一）基于慧鱼组合模型的机械系统概念强化与贯穿

课程学习前，利用工程训练中心慧鱼创意组合模型，让学生按照已有拼装路线亲手搭建典型的机械系统模型，如各种类型机器人，使课程教学从“积木游戏”场景中开始，逐步了解机械原理所学的连杆、凸轮、齿轮及齿轮系等机构;课程教学结束前，要求学生根据学习内容，自主搭建一个新型的综合型机械系统。学生能够全程深度参与课程教学，实现寓教于乐，激发学生学习兴趣和热情。

以学生自主搭建典型机械系统模型为课程学习对象，贯穿机构结构分析、运动分析和连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系等教学全过程。引导学生发现并解决其隐藏的科学问题，包括概念理解、问题分析、问题求解等主要的学习环节，教师承担定义阐述、提出问题、思路引导、方法总结和疑难解答等辅工作，激发学生主观能动性，真正实现学生自主学习、教师辅助指导的教学模式。

（二）基于网络教学资源的自主学习模式实践

随着互联网技术的发展，大学校园内学生上网便捷快速，机械原理课程的网络教学资源十分丰富，如国家精品课程资源网[6]、江苏科技大学课程建设与辅助教学平台[7]、第一视频教程网[8]等，为机械原理课程的自主学习模式探索奠定基础。同时，在学校课程建设与辅助教学平台上开设相应的同步网络教学班级，实现课上课下同步进行。随着基于网络教学资源的自主学习模式推广，学生对机械原理课程的学习主动性和积极性逐步得到加强。

由于网络资源自主学习的时间、地点具有很大程度的自由，且学生对自主学习的效率存在差异，教师需做好前期引导和后期考核工作：每次课结束前，应明确下次课教学内容和对应的网络资源材料;每次课开始时，需通过提问、课堂练习等方法检查学生课后自主学习效果，对共同存在的疑难问题要及时解释，强化理解。基于网络教学资源的自主学习模式，不但调动了学生的主动性和积极性，而且自主学习环节实际上是一次学习阶段，课堂提问与检测环节则是二次学习阶段，课后作业、答疑等环节则是三次学习阶段，三者具有一定的时间差，对课程知识点的理论和吸收具有良好效果，尤其是课程教学。

（三）基于计算机和编程技术的项目式教学模式改革

项目式教学分为科技论文写作与课外大作业两类。在机械原理学科发展方向调研和文献查阅基础上，每位学生选择一个自己感兴趣的方向，如机械发展史、医疗机器人、生物机械、仿生机构、微小机械等，严格按照国家科技论文写作要求和规范撰写报告，包含题目、中英文摘要、中英文关键词、引言、正文、结论和参考文献等部分。

课外大作业是项目式教学的重点，引入计算机技术和Matlab软件进行机械原理课程课外大作业的解析法分析。课外大作业包括运动分析、力分析、连杆机构设计、凸轮轮廓曲线设计、齿轮轮廓曲线设计和速度波动调节这六种类型，要求全体学生自行分成3-4人一组，从六类大作业题目中分别选择三项，共同完成分析建模、编程求解、报告撰写、演示答辩等环节，各团队成员必须有明确的分工与协作，禁止以逸待劳现象。完成后要求提交大作业实践报告、Matlab程序源文件及分析建模的关键草稿纸等材料，实践报告应达到内容完整全面、字迹图标工整清晰、格式符合国家科技论文规范等要求，Matlab程序源文件应达到运行流畅、注释合理充分、格式整齐美观等要求。

项目式教学实施过程中，以学生为主体，教师起引导答疑作用，实现科研基本思路和规范的训练，培养学生运用计算机和编程技术进行学习、研究的能力，为学生后继其他课程的学习、课程设计、毕业设计以至毕业后科研创新打下良好的基础，培养学生进行科学研究或工程设计的良好习惯。

三、课程综合改革实践效果与注意事项

通过机械原理课程教学改革与实践，在掌握课程基本理论、基本知识和基本技能基础上，学生的机构设计、综合、创新等专业能力和系统性工程意识、基本的科研素养得到显著提高，在后续的专业课程、第二课堂（如课外科技制作、机械创新设计大赛等）、毕业设计等学习环节中充分发挥作用，尤其是第二课堂，机械类专业学生兴趣浓厚，积极主动，上手快，创意多，动手实践能力强。

由于机械原理课程教学改革涉及内容体系、课堂教学、课内实验、课外大作业和期末考试以及相应的考核方法，存在面广、点多、工作量大等问题。为保证课程教学与考核方法综合改革实践的效果，应注意以下几个事项：

（一）学生的兴趣与投入。课程学时不断压缩，课堂教学时间越来越短，但教学内容与要求反而提高，而课余活动（尤其是网络普及带来的网络活动）不断丰富，导致学习时间减少。针对现状，必须全面激发学生的学习兴趣，自主投入一定的课外时间用于课外学习，包括项目驱动式课外大作业、课外科技创新与制作等内容。

（二）教师的钻研与投入。目前高校普遍存在“重科研、轻教学”的问题，使职称评审、考核奖励等活动的科研成果要求不断提高，导致教师对教学的专研精神和精力投入不足，需从学校制度上做适当引导，如我校职称评审中的教学绿色通道和重金奖励的教学模范奖，将教学成绩、学生评价作为考核指标。

（三）课外学习资源的建设与应用。课外学习的硬件资源包括场地（如开放教室、实验室、机房等）和慧鱼组合模型、常用工具、常规机床等设备设施;软件资源包括课外大作业的项目和本科生创新计划、机械设计创新大赛等活动。

四、结束语

为从知识、能力和素质三个层次上提高机械原理课程教学质量，进行了课程体系梳理、教学方法改革与实践，构建有机统一的课程教学模块，实践基于慧鱼组合模型、网络教学资源、计算机和编程技术的新型教学方法，有效提高了学生知识水平、专业能力、工程意识和科研素养。

[ 注 释 ]

[1] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 于晓红，王小群，邱丽芳.机械原理与机械设计课程体系的优化整合[J].中国大学教学，2008（7）：34-36.

[3] 赵京，赖德华，门淑贵.以认知学习理论指导机械原理和机械设计课程的教学改革[J].大学教育科学，2004（2）：50-52.

[4] 陈文华，陈秀宁.“机械原理”课程改革的实践与探索[J].机械工业高教研究，2001（1）：71-74.

[5] 于晓红，韩建友，邱丽芳，等.深化机械原理课程教学改革[J].中国大学教学，2005（4）：25-26.

机械结构论文篇（10）

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0165-01

近年来我国现代化建设迅速发展，机械产品市场竞争不断加剧，随着计算机和微电子等高新科学技术的发展渗透和有关新材料新工艺的推广应用，我国机械工程研究进展很快，成果累累。机械控制技术、计算机技术、人工智能技术、微电子技术、新型材料等多项技术融合使用为现代机械学的发展提供了新的契机和挑战，大大促进了机械工程研究的发展，呈现出了许多新的发展趋势。

1机械工程研究的进展

1.1机构学和传动机械的研究

国内机构学和传动机械工程研究方面最显著的进展是连杆机构和齿轮传动机构。在连杆机构方面，我国平面及空间连杆机构的结构理论研究已跃居世界前列，达到世界水平的研究成果有：机构运动分析新方法，包括单开链法、区间分析法、网络分析法和吴文俊消元法等；串联机器人机构运动学逆解和工作空间分析；连杆机构运动误差和机器人精度研究；含间隙连杆机构的运动副元素分离判据；连杆机构的振动力/振动力矩完全平衡和弹性动力平衡；空间并联多环连杆机构的运动分析以及连杆机构综合的某些研究等。我国几乎与国外同时发表了一般6-6型平台并联机器人机构输入输出位移方程为20次形式的结论。

1.2机械设计和机械结构强度的研究

机械结构强度学研究中，取得了许多有世界水平的成果，如：齿轮点蚀疲劳寿命研究和胶合强度新算法，齿轮接触疲劳强度的模糊可靠性计算[6]，机械零件疲劳累积损伤概率模型，重载滑动轴承轴瓦疲劳强度研究，高强度螺栓的概率断裂力学分析，滚动轴承高可靠寿命的研究，轴对称零件热弹塑性蠕变有限元计算，锥齿轮三维本体温度场及热变形分析，机械结构故障诊断中发热现象的模糊数学与边界元法研究，零件结合面特性研究，焊缝金属解理断裂的评定和非匀质焊接接头裂缝扩展计算等。机械可靠性的研究进展，除上述机械零件的疲劳可靠性研究外，还表现在模糊可靠性理论探讨及其在机械结构强度设计中的应用、高可靠性设计中的概率有限元法、机械系统模糊随机可靠性的评定、可维修结构的可靠性分析及备用设备的可靠性评估等中。

1.3机械振动和机械系统动力学的研究

在这方面最集中的进展是包括机器人机构在内的连杆机构动力学和轴承――转子系统振动学。在连杆机构动力学方面，达到世界水平的研究成果有：弹性连杆机构用运动弹性动力学方法和柔性多体力学方法所作的深入研究，含间隙连杆机构动力学及运动稳定性研究，机器人动力学高效算法和冗余度柔性机器人动力学研究等。在轴承――转子系统振动学方面，结合国内大型汽轮发电机组和大型动力设备需要，按动静件碰摩、轴承不对中及含横向裂纹等影响因素，深入研究了多跨轴承――转子系统的振动稳定性及基于模糊推理、神经网络和声发射的故障诊断专家系统，成果达到世界水平。

1.4摩擦学领域

在机械摩擦工程的研究方面，近年来国内发表了很多有世界水平的研究成果，涉及动静压轴承特性研究，基于瞬态粘度的弹流动力分析，非牛顿流体线接触微观热弹流理论研究，滑动摩擦副热效应研究，大型推力轴承广义热弹流动力，极压、混合及薄膜特性研究，新型添加剂及高水基介质、铁磁流体、电流变流体的研制应用，改善材料减磨耐磨性能的表面强化技术，非活性抗磨剂研究，软涂层磨损研究，磨损形态分析、状态监测和故障诊断系统研究等。

1.5机电一体化的研究

机电一体化是现代机械技术的巨大变革，机电一体化实质上是以微电子技术为核心的信息技术革命，它是将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门科学技术。机电一体化技术的发展促进了机械科学和整个人类社会的巨大发展。随着微电子技术和计算机的发展，数控技术和数控系统经过不断改进，已发展到计算机控制系统（CNC系统）。数控机床的发明和发展，不仅解决了用常规方法无法或难以加工的复杂形状零件的加工问题，而且为多品种、中小批量生产开创了一条新的途径，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。

1.6微型机械工程研究

80年代开始的机械装置小型化过程中先后研制出小型机械和微型机械。而微型机械不是传统机械单纯地在尺度上微小型化，当特征尺寸达到微米级后，微型机械的力学系统特征、材料的物理性质及其对环境变化的响应与传统机械都有很大不同，它通常是指可以成批制作的集合微机构、微驱动器、微能源以及微传感器和控制电路、信号处理装置等于一体的微型机电系统，因而它远远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械具有广阔的应用前景，它的出现无疑将深刻影响国民经济和国防工业各个部门的未来发展。这些器件能在诸如环境控制、医学等不同的领域工作。它们的低成本及比现有器件高的灵敏度可能使许多领域会有突破，目前微机械学的理论还不成熟，尚不成体系。国外对微机械学的研究起步比较早，已经试制了微米级的实物机构。国内的研究则刚刚起步，有待进一步发展。

2机械工程研究的展望

在未来社会中，机械产品不仅要满足人们的工作和生产需要，更多的是要满足个体使用者日常生活的不同需要。为了适应产品个性化和多样化的发展趋势，并满足使用者日益提高的性能要求。将柔性制造系统、计算机集成制造系统和人工智能技术联系起来，实现智能制造技术和产品智能化也是未来机械的发展趋势。未来机械的性能要求应体现在全生命周期内，这就出现了无维修机械产品。在仿生机械的进一步发展中，人们需要向生物界寻找更多的启发并进行模拟，把机械智能化技术、材料技术和仿生技术有机结合起来，制造更高性能的仿生机械。生物制造技术的发展可以制造出能取代某些人体器官和组织的器件和机构，从而恢复某些病变受损器官的功能，帮助人们延长寿命。保护和改善自然生态环境是当前全人类的共识，未来的机械制造行业和机械产品应当节省材料和能源、清洁、无污染、自身保护环境水平高。

参考文献：

机械结构论文篇（11）

中图分类号： TP241 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）04（a）-0000-00

中国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，把“服务机器人”研发作为重点项目。机械手是“服务机器人”的关键部位，在各种护理机器人、陪护机器人、中医按摩机器人中，机械手是机器人完成“服务”任务必不可缺的一部分。设计并制造具有感知能力的拟人化机器手，并对拟人机械手的材质、机械结构、控制技术进行了深入的调查研究。将微小型步进电机和齿轮减速器引入拟人化灵巧机械手设计结构中，实现机械手的大扭矩抓取和拟人化；机械手装有位置、力、力矩等多种传感器，可实现机械手认知能力，且所有部件均集成在手指和手掌内。开发具有认知能力的拟人化灵巧机械手集机、电、计算机软硬件、信号源处理于一体。有5个相同结构的模块化手指，具有拟人化手形外观及认知抓取能力。通过对拟人化灵巧机械手的研究，带动更多前沿学科与机器人技术的交叉和融合，促进我国“机器人”的进一步发展，提高其技术水平和国际竞争力。

1 仿人机械手工作机理分析

仿人机械手主要由手掌、手指机构、拇指机构和所有的手指驱动机构组成。手掌内放的驱动直流小电机，节约了手的空间，缩小了体积；手指机构包括小指、无名指、中指和食指，它们都由相同的构件组成，包括两个关节前指和后指，前指和后指使用螺钉连接，可以减小手指的大小。各指之间使用轴连接，用轴套保持之间的距离，防止发生碰撞。拇指机构是单独的零件体，单独与四指机构用连杆连接，减小了机构的复杂性，有利于优化机构。传动机构包括电机轴齿轮、减速齿轮、驱动手指机构的半齿和带动拇指的连杆组成。仿人机械手运动的过程是以手掌为基座，电机固定在手掌内，带动齿轮实现各级减速，半齿连接在四指上，当半齿转动时带动四指张合，四指和拇指是由连杆连接，所以四指动的时候拇指也随之而动，且与四指相反，从而最终实现物体抓握。

2仿人机械手控制系统硬件设计

2.1控制系统硬件结构设计

图3-1仿人机械手控制系统结构框图

如图3-1所示为基于单片机系统设计的仿人机械手控制系统的结构框图。其工作方式如下：

其中MCU为单片机处理器，信号采集模块包括位置传感器模块和力矩传感器模块。这两个传感器模块的主要功能是检测对被抓物体的夹紧力地大小，同时生成模拟量的电信号，然后再通过单片机内部自带有的A/D转换芯片将模拟量转换成数字量，单片机将得到的数字信息存储起来，等到要处理的时候进行处理。

当单片机根据采集到的夹紧力对应的电压信号来算得手指的运动的位移，向外部驱动电路发送不同的位移信息。外部的电机驱动器将接收到的数字信息进行处理，最后进行对电机运行的控制。

2.2控制器芯片的选择

在设计控制系统的过程中，对控制芯片的选择至关重要，从系统的稳定性，性能和价格等方面考虑选择STC15F204EA单片机。

STC15F204EA系列单片机是STC公司生产的单时钟机器周期的单片机，是高速、高可靠、低功耗、抗干扰的新一代8051单片机，可设置5MHZ-35MHZ宽范围频率，可彻底省掉外部昂贵的晶振，自带8路高速A/D转换功能，无需在系统再搭建模数转换电路。

2.3电机驱动模块的设计

2.3.1驱动芯片的选择

L293是ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。该芯片采用16脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达36V；输出电流大，瞬间峰值电流可达2A，持续工作电流为1A。内含两个高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和继电器线圈等感性负载；该芯片可以驱动两台直流电机。引脚P1用于M1电机PWM输入控制，引脚P2用于M2电机PWM输入控制。

2.3.2单片机与驱动器之间的接线与参数设置

本文所采用的单片机STC15F204EA可以控制驱动器L293驱动两台微电机。分别是M1和M2。引脚P1、P2可用于接收单片机输出的PWM脉宽调制信号以实现对电机进行调速控制。实现电机正反转是通过D1和D2两个端口控制的，输入信号端D1接高电平，电机M1正转，如果接低电平，电机就反转。控制另一台电机是同样的方式，驱动器L293输入信号端D2接高电平，电机M2正转，反之则反转，PWM信号端P1控制电机M1速度，PWM信号端P2控制电机M2速度。下图3-2为仿人机械手控制系统接线原理图，详细地绘制了单片机控制驱动器并连接两台电动机的工作过程。

图3-2 控制系统接线原理图

3控制系统软件设计

本控制系统所采用STC15F204EA单片机对应晶振为12MHZ，利用定时器控制产生占空比可变的PWM脉冲信号。PWM输出范围为0% -100%，PWM的周期1ms，频率1KHZ，且输出低电平有效。

如下是控制机器人左右机械手运动的两台直流电机PWM调速的部分程序

#include；

Sbit KEY_M1_SW =P1^0//M1：启动或停止；

Sbit KEY_M1_DR =P1^1//M1：正转或反转；

Sbit KEY_M1_ADD =P1^2；//M1：PWM加一；

Sbit KEY_M1_SUB =P1^3；//M1：PWM减一；

Sbit KEY_M2_SW =P1^4；//M2：启动或停止；

Sbit KEY_M2_DR =P1^5；//M2：正转或反转；

Sbit KEY_M2_ADD =P1^6；//M2： PWM加一；

Sbit KEY_M2_SUB =P1^7；//M2： PWM减一；

//输出控制引脚；

Sbit PWM1_OUT=P3^0； //M1：PWM的输出脚；

sbit MOTOR1_DR=P3^1；//M1：电机转向控制；

sbit PWM2_OUT=P3^2；//M2：PWM的输出脚；

sbit MOTOR2_DR=P3^3；//M2：电机转向控制；

sbit BEEP=P3^7；//蜂鸣器；

//电机的占空比；

Unsigned char PWM1_value=50；//赋初值 50%；

Unsigned char PWM2_value=50；//赋初值 50%；

主程序

Void main（void）

{

PWM_INIT（）：//PWM初始化

While（1）

{

KEY_SCAN（）：//按键扫描

}

}

4结论

本文设计了一种仿人机械手运动控制系统，该系统充分利用了仿人机械手结构简单、体积小、重量轻，拆卸方便，各手指间都可安装传感器的优点，能使控制更加灵活，安全性增强，满足了仿人机械手对控制系统的要求。以STC15F204EA单片机为控制核心，通过与位移及力矩采集模块之间的通信，实现了信息的良好通讯。通过驱动芯片L293驱动步进电机运转实现对机械手抓握物体的良好控制。

参考文献

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[4].高微，杨中平，赵荣飞。机械手臂结构优化设计【期刊论文】-机械设计与制造 2006（01）

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