机械原理机构的定义
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机械原理机构的定义范文第1篇
创新教育的目的就是培养和提高受教育者的创新素质和创新精神。要实现此目的,首先从改变教学内容入手,重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。例如,在绪论部分的讲述中,以往的内容主要是针对本课程的研究对象、基本概念、课程的地位和作用以及本课程的学习方法等展开的。但是,为了培养学生的创新意识,调动学生的创新积极性,除了经典部分的阐述外,还有必要结合现代科学技术的飞速发展,重点阐述机械原理学科的发展动向。如在机构的结构理论发展发面,可以让学生了解:为了广泛应用机电一体化技术,当今社会也迫切希望开展包括对液压、电磁、光电等非机械传动元件的广义机构设计。在对机构的平衡问题进行介绍时,引申到机构的动力学研究,进而让学生了解到大型机械设备的故障诊断和在线监测都是现代研究者关注的重点。有意识地将一些机械原理学科前沿的研究引入教学内容中,如微型机械的研究,它不是将传统的机械直接微型化,而是已经远远超出了传统机械的概念和范畴,是涉及多学科的综合技术的应用,也推动了处于机械原理学科前沿的微型机构学分支的产生。结合一些相关视频资料,学生在课堂上获取到这些知识的同时,兴趣也被调动了起来,拓宽了知识面和视野。让学生意识到“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”,“一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林”[3]。此外,在教学内容的创新改革中,还可以尝试重心的转移,强调创新设计能力的培养,突出计算机的应用。教师在教学过程中逐渐实现淡化图解计算分析,强化解析法内容的教学,进一步加强学生对机械系统设计的综合认识。这种重心转移体现在:由图解法为主向解析法为主转变,使计算理论与计算机技术统一起来,提高机构设计的效率和正确性;由手动设计计算向计算机自动计算转变,提高学生计算机应用能力;由过去重机构分析计算向重机构综合转变,提高学生机构方案构思与设计创新能力和综合应用知识解决实际问题的能力。在教学中不断地营造创新环境,大大提高了学生的创新积极性。
二、教学方法的创新
教学方法应该能够配和教学内容的改革。创新素质就是指由知识结构、智慧品质、人格品质三种成分有机结合构成的综合素质。创新教育就是要培养具有这种综合创新素质的学生。在当前课堂教学中,以知识传授为主导的教学方法并未根本改变,教与学的关系是以教师为主导、为中心的,这种方式在某种程度上制约了学生的学习主动性及其创新潜能的发挥。在机械原理课程的教学方法上,应加强与学生的互动,要将以教师为主的“灌输式”教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变,让学生从被动学习转变为主动学习,真正成为教学活动的主体。以学生为本的创新教育教学方法可以通过以下几个方面来实现:鼓励学生不迷信书本知识、不迷信权威观点,敢于提出问题,无论课堂内外,对于任何问题都应多问几个为什么。如对“极位夹角”的概念解释,大部分教材上的定义是“摇杆处于两极限位置时,相应的曲柄位置线所夹的锐角”。在教学中可以引导学生进行思考,对这个广泛应用的定义提出质疑———是否所有的“极位夹角”都是锐角,是否有钝角的情况存在,而不是直接给出学生更完善的定义。在这个过程中,学生开始学会发现问题,也开始尝试如何自己解决问题。鼓励学生的求异思维和发散思维,开阔学生的思路。当然,创新离不开科学的根基,引导学生要坚持科学的思维,在提出自己独特见解的同时,也应该能用科学的理论对其进行解释和验证。鼓励学生多参加亲身实践,只有亲自动手验证了创新思维的正确性,才能真正达到创新的目的。机械原理是一门既有高度的抽象性,又有很强实践性的课程。如机构运动简图、机构运动分析与力分析模型等都是从实际机械中抽象出来的,许多的概念需要通过动态过程才能得到准确描述。原来的教学方法大多通过教师手工绘制或将静态图展示给学生,教学效果并不理想。因此,现在的教学方法中采用多媒体手段教学,课件中涵盖了丰富的三维动画、趣味的图片、简洁的文字等。通过教师讲解、动态演示与板书相结合的方式,使学生在学习中可直观地了解机构的运动过程及其所具有的特性、产生的各种现象,加快了学生对诸如“死点”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激发起学生的好奇心,强化了直觉思维,加深了学生对这些概念所表达物理意义的理解程度。
三、教学手段的创新
在教学手段上,着重培养学生对机械系统的整体认识,注重学生的参与,与机械原理课程设计、机械原理创新实验相结合,加强学生对所学基础理论知识的理解。培养学生应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,培养学生的创新设计能力,使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练。在机械原理课程设计中,教师通过介绍创新设计的方法和展示创造发明实例,启迪学生创新的思维,让学生了解设计过程,掌握设计方法。在设计过程中,能在认真思考的基础上提出自己的见解,充分发挥自己的创造性,不是简单的抄袭或没有根据的臆造。教师仅指明设计思路,主要启发学生独立思考。设计方案确定后,安排学生向小组成员介绍自己的方案,并与其他成员讨论,这样既提高了学生学习兴趣,调动了学习主动性,又破除学生对创新设计的神秘感,有助于让学生对自己的设计方案有全面的认识,使学生受益匪浅。机械原理创新实验是一个针对机械类或相关专业学生的开放性动手实验。它是一个很好地培养学生主动学习能力、独立工作能力、创造能力以及团队协作能力的平台。学生自己拟定、设计机构运动方案,根据机构组成原理对杆组进行拆分,再将构件正确拼装实现机构的运动,这个过程就要求学生必须将所学的理论知识充分地运用到具体的实验中去。例如,学生要设计并实现一个具有急回特性的送料机构,该机构就有多种搭建方案,实验过程中学生首先提交自己根据要求拟定的设计方案,绘制该平面机构的运动简图,再计算所有的杆长、角度、位移等数据,然后在此基础上将运动简图搭建为能够正确运动的实验机构。设计过程中学生将会接触到机械原理的各大机构,也会进一步深入了解各大机构的运动特点,而搭建过程又会涉及到机械设计及零件的知识。将学生分为多组,同组学生共同拟定实验方案、协同完成实验,最后各自撰写实验报告。在设计和拼接过程中学生会遇到各种在理论学习中很少遇到的问题,在发现问题、解决问题的过程中学生各方面的能力也得到了很好的综合培养。该创新实验用问题法、探究式教育来培养学生的创新意识和科研能力,让学生学习到了许多课本上学不到或曾经被忽略的知识,参加过创新实验的学生都深有体会。
机械原理机构的定义范文第2篇
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
机械原理机构的定义范文第3篇
[关键词] UG； 建模； 分级装置； 仿真
引言
UG是Unigraphics软件的简称，是起源于美国麦道飞机公司，在1991年并入世界上最大的软件公司之一的美国电子资讯系统公司，是当今世界上最先进、紧密集成的PLM软件。目前UG软件已经成为全球最有影响力、最先进的CAD/CAM/CAE软件，并且在各个领域都有广泛的应用，如航空、汽车、通用机械、模具等领域。UG软件有一项非常有用的功能叫做实体模型功能，它能够在设计阶段就给客户提品的实体模型，从而能够显著的缩短产品的确认周期，同时该软件还具有复合式建模工具，从而能够根据需要进行一定的增加、删除、恢复改变产品的参数便于修改。传统的煤矿机械制造通常包括可靠性研究、初步设计、详细设计、改进设计等几个阶段，在这个过程中机械需要反复的调试，需要耗费大量的人力物力。
1 煤矿分级装置的UG建模
1.1 煤矿分级装置
在中国南方，煤炭资源量主要集中于贵州、云南、四川三省，这三省煤炭资源量之和为3525.74亿吨，占中国南方煤炭资源量的91.47%；探明保有资源量也占中国南方探明保有资源量的90%以上。目前在煤炭行业，需要对挖掘的煤根据筛选设备和用户对于产品粒度的要求进行分级销售。针对煤炭的粒度分级，设计一种分级装置，其分级装置按照煤矿的粒度大小分成大、中、小三级，对应的粒度大小分别为50-100mm、25-50mm、13-25mm。该分级装置主要是通过半月槽滚柱式分级机构进行分级，其原理是通过两个半月槽滚柱之间的空隙大小来控制煤炭的分级。装置图如下图所示：
图中1部分由三个直接为100mm的圆柱形铁皮滚柱组成，2部分由五个圆孔间隙直径为25mm的半月槽铁皮滚柱组成，3部分由五个圆孔间隙直径为50mm的半月槽铁皮滚柱组成。工作时由输送装置将煤炭输送到圆形滚柱1，它确保了煤炭能够正常输送到第一级分级设备，粒度小于25mm的煤炭就能够从间隙落下；而后粒度小于50mm的煤炭从二级滚柱间隙落下，剩下的粒度大于100mm的的煤炭被输送装置输出。
1.2 煤炭分级装置的建模
目前，该软件三维建模主要有：特征建模、实体建模、自由曲面建模、用户自定义建模以及综合以上建模形式，将其融为一体的复合建模。其征建模的模块的设计信息是用工程特征来定义的，从而可以显著的、更加清楚的表达用户的设计意图。该模块可以进行标准设计特征的生成和编辑。对于零件的建模，并没有一套统一的标准顺序，但是一般是根据零部件的结构和特点，先建立一个基本提携，而后再在该体系上逐步建立零件的孔、槽等以及其他的用户自定义特征，最后再创建螺纹、修剪和阵列等特征。
1.2.1 输送机构的建模
在本装置中输送结构根据旋转命令进行建模。建模的程序步骤如下：运行UG软件，然后进入应用（application）然后选择建模（modeling）模块，通过草图（sketch）命令集画出初步草图，在完成草图之后点击旋转（revolved body）命令就可建立输送机构的模型。
1.2.2 一级分级机构的建模
一级分级机构的建模方法与输送机构大体相同，不同点在于旋转草图的不同。一级机构在完成建模之后，还需进一步处理，即还需通过倒圆角（edge blend）命令对滚柱半月槽的槽肩部分进行倒圆角。二级机构的建模与一级机构相同。
1.2.3 分级装置支架的建模
分级装置支架建模与一级二级分级结构的建模有所不同，它不是通过旋转命令建立的，而是通过采用实体建模中的拉伸命令。前面部分与一级建模一样，先打开UG软件，进入应用中的建模模块，通过草图功能画出支架平面的草图，然后采用拉伸（extrude body）命令，即可完成建模。
1.2.4 各部件建模装配
在完成各部件的建模之后，需要对各部件进行装配，进入应用后进入装配（assemblies）模块，该模块中装配配对类型主要有配对、对齐、中心等，通过这些装配类型对分级装置整体进行装配。装配结果如下图：
UG装配建模有以下特点：采用自底向上和自顶向下的混合装配方法，这样生成的装配模型零件的数据是对零件本身的链接映像；建模之后装配模型和零件之间是完全双向相关的，这样不仅提高了软件的实际操作性能，同时也可显著减少储存空间。若部分零件根据产品的实际需要进行了部分修改，则装配模型中的零件会自动更新。UG装配功能之间的相关性使得整个设计团队实现了设计模型共享，是团队成员之间可以与他人同步并行工作，这样大大提高了工作效率，节约了时间。
2 煤矿分级装置的运动仿真
2.1 UG运动仿真模块简介
UG运动仿真模块（UG/Motion）是一个模拟仿真分析的工具，该模块能够对所设计的三维或者二维模块进行运动学和动力学分析，同时还可分析所设计产品的临界点、速度以及加速度等参数，并且还能通过图形动画等直观的形式显示出来，输出仿真动画。UG运动分析模块会复制主模型的装配文件，并且能够根据实际提供一些列不同的运动分析方案，对运动机构进行优化分析，根据分析优化结构指导零件的设计和改进。此外，该模块还能够嵌入求解分析运动方法的ADAMS解算器。分析方案所用的处理器就是基于该嵌入式软件代码的。1.整个分析的前处理过程就是创建分析方案包括创建连杆、运动副和定义运动驱动等。用所创建的分析方案生成ADAMS输入数据文件，然后再传输回ADAMS结算器上；2.第二阶段是求解阶段，该阶段是根据前处理阶段得到的数据通过求解器求出解，再反馈到运动模型中进行分析；3.第三阶段称为后处理阶段，通过运动分析模块解释第二阶段的数据，并通过动画、图表及报表等直观形式显示。
2.2 运动仿真过程
2.2.1 建立运动分析场景
运动仿真的建立需要一个载体，这个载体储存了整个运动模型的信息，也就是说需要建立一个运动场景。建立新场景的方法如下：打开之前已经建立的煤炭分级装置的三维模型，然后选择应用菜单中的运动仿真选项（motion），这样就进到了UG运动仿真模块，此时系统会自动弹出对话框即运动导航器窗口，在此窗口中选择已经建立的模型并点击鼠标右键，而后选择新建场景（new scenario），至此，运动分析场景建立完成。
2.2.2 建立连杆特性
建立运动分析场景之后还不能将分散的各个部件直接按一定的关系连接起来，还需对所有运动部件定义为连杆，赋予各个部件一定的运动学特性，在定义连杆的同时根据需要确定其质量特性和材料特性。材料特性在仿真运动中非常重要，它是计算质量和惯性矩的重要因素。UG软件的材料库中提供了一定的材料，若材料库中没有，用户也可根据需要自定义。在本例中建立连杆特性的步骤如下：首先单击创建连杆，然后选择需要创建连杆的三维模型，系统会弹出连杆创建选项卡，然后根据实际需要勾选连杆的质量属性、初始速度等参数。
2.2.3 创建运动副
运动副的作用是使两个构件能够相互接触，但又能够保持相对运动的一个部件，它规定了连杆的运动，同时也限制了连杆的自由度。在UG中若要用到运动副，需先给部件定义连杆特性，然后才能用运动副连接，组成运动机构。煤炭的分离装置主要是完成分级的任务，各部件主要是旋转作用，因此创建运动副时选择创建旋转副。
2.2.4 添加驱动
根据配套的分离装置初步计算得出的分离装置的速度为2m/s，转速为360rpm。创建完运动副之后还需完成以下步骤：单击滚柱勾选驱动方式（motion drive）为恒定驱动（constant），初始位移设置为0，初始加速度设置为0，初始速度设置为2m/s，各项参数设置完成后点击确定，运动模型建立完成。
2.3 运动仿真分析结果的曲线输出
当对煤矿分级装置进行运动仿真分析时，在UG内部会自动生成一系列数据。当需要分析时，可调用所需要的数据。UG软件的数据可用XESS或者MicrosoftExcel打开。然后通过电子表格可将驱动机构到特定的位置然后输出运动仿真视频。进行图表输入的步骤如下：单击动画设置（animation），然后选择动力学/静力学分析（kinematic/dynamic analysis）中的运动学分析，时间设置为100s，步骤设置为20，然后点击提交；接着再单击生成图表（graphing）时，会出现之前定义的连杆名称，选择需要分析的连杆，同时勾选曲线类型和输出特点就可得到相对应的数据表格。煤炭分级装置的曲线如下图所示：
由图可知，在煤炭分离时速度变化呈现一定的规律性变化，并且稳定性也有保证。因此能够完成分级的任务。
3 结语
用UG创建的三维模型，形象、逼真，可以直观的反应煤矿分级装置的构造。本文通过对煤矿分级装置的分析和仿真，达到了初始设置的目的。UG制作的三维动态模拟，方便工程设计人员了解掌握机械的结构和运行原理，不仅可以有效的检验机械在用户操作过程中人为的操作干涉，同时节约了大量的时间和成本，大大提高了机械的设计质量和市场竞争力。
[参考文献]
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机械原理机构的定义范文第4篇
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.
关键词： 机械原理；教学质量；共性知识；项目教学；在线教育
Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0135-03
0 引言
《机械原理》课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，其不仅担负着为学生学习后续相关技术基础课程和专业课程奠定良好基础的重要作用，而且负有培养机械类高级工程技术人才的机械技术工作能力和开发创新能力的重要任务，为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础。
通过这门课程的学习，要求学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用基本机构的分析和综合方法，初步具有进行机械系统运动方案分析和机构设计的能力，为学生学习后续课程和新的科学技术，打下坚实的基础。
这门课程通常在本科二年级时开设，机械原理课程一方面较物理、理论力学等理论课程更结合工程实际，另一方面，它又与讲授专业机械的课程有所不同，它不具体研究某种机械，而只是对各种机械中的一些共性问题和常用机构进行探讨。[1]目前的教材一般理论分析多，实践应用较少，学生在初学时普遍感到抽象难懂，难以入门，在课程设计环节往往难以将所学理论知识付诸实际。因此，如何提高机械原理教学质量一直是教研组研究的重要内容，根据多年的教学检验并结合机械原理教研成果，本文探讨了提高机械原理教学质量的几点思考。
1 课程共性知识的提炼
机械原理教材中的一些基本的研究方法和知识点通常贯穿于各章节内容中，在授课过程中将这些方法总结、归纳融会贯通形成讲授体系，帮助学生找到这些章节的内在联系，建立完整的理论体系，从而更好地掌握机械原理的基本的研究思路和方法。
例如贯穿机械原理课程始终的“反转法”，在平面连杆机构设计中，无论是刚体导引机构还是函数生成机构的设计，都可以采用“机构倒置的方法”来设计，即通过选取不同的构件为“机架”，把问题转化为求解“机架”的固定铰链点进行解决。又如在凸轮轮廓曲线的设计中，通过给整个机构加上一个与凸轮角速度大小相等，方向相反的公共角速度，将凸轮反转固定，假想为“机架”，然后按照从动件与凸轮的相对运动关系求出凸轮轮廓曲线。而在推导周转轮系传动比时，也是通过给整个机构加上一个与行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，将行星架反转固定为“机架”，把周转轮系转化为定轴轮系进行求解。[2]上述的转换机架法、运动倒置法从根本原理讲是一致的，都是相对运动原理在机构分析与综合中的应用。在学生第一次碰到这个概念时，就将这个原理讲透彻，以后在应用“反转法”时又适当重复，以加深学生对这一方法的理解应用。
又例如在机械原理中压力角的概念，压力角的本质是从动件所受的力和受力点速度方向的夹角，在连杆机构、凸轮机构和齿轮机构中均是机构传力性能的一个重要指标，[3]在每一章讲到压力角时，应把连杆机构、凸轮机构和齿轮机构中的定义联系起来讲，比较它们的共性和表述的不同，从而加深学生的理解。
此外还有机械原理课程中常用到的“当量分析法”以及运动分析和动力分析中的“矢量多边形”方法等等[4]。在讲解相关的内容时，用共性知识将不同的内容贯穿起来，使学生触类旁通，逐渐理清思路，加深理解。
2 课程内容之间的联系性
机械原理与前驱课程如理论力学等的内容关系密切，前驱课程的思维方法对机械原理课程也很有帮助，授课时把前驱课程中所学过的理论与机械原理要讲述的问题和内容联系起来，有助于引导学生积极思考。例如在平面机构的运动分析一章中，采用矢量方程图解法进行机构的运动分析时，所采用的基本原理是理论力学中的刚体平面运动和点的复合运动原理；而在平面机构力分析一章中，确定运动副中的摩擦和反力，采用的是理论力学中的机构静力学模型，等等。[5]在这部分内容学习时，学生往往对“矢量方程图解法”感到困惑，可以在授课之前，布置学生将理论力学的相关内容复习一下，课上再分别帮助学生复习一下，加深学生对于这部分知识的理解，从而更好地开展机械原理部分的学习。
此外，机械原理也是后续课程机械设计的基础。例如，机构力分析确定的运动副中的反力，是机械设计中构件结构设计的依据，也是确定轴承强度、刚度的理论依据。再如机械设计课程中关于蜗杆蜗轮和螺旋传动设计时提及自锁概念也和机械原理课程中的摩擦密切相关。另外，机械原理课程中介绍的关于斜齿轮、锥齿轮等的当量齿轮也是后续齿轮强度设计的设计依据。[6]在授课时，将这些联系与应用总结、展示给学生，使学生了解各门课程之间的联系，在应用机械原理课程所学知识时注意融会贯通，培养自己运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。
3 基于项目实践的教学
普通高等学校机械类各专业的《机械原理》课程，内容通常包括三部分：机构的结构分析、机构运动学和机器动力学，从课程间的关系来看，《机械原理》课程是以《理论力学》为基础的。而在《机械原理》的教学中，也较易出现工科教学理科化的现象，传统的机械原理教学方法容易导致知识僵化，很多同学在学习之后不知道这个知识点在何种情况下使用。为了提高基础知识解决实际问题的可应用性，同时为了激发学生主动学习的兴趣，在课程理论教学的基础上增加项目教学内容，是提高课程教学质量的有效途径。项目教学是通过完成一个整体的项目而实施的教学活动，它可以是围绕一个大项目，展开一个个小项目，而每个小项目都是大项目中一个个内容的分解，最后在小项目都完成的情况下，保证大项目目标的完成。项目教学可以充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。
在机械原理授课过程中，以某一项目为主线精心设计教学，项目选择时应当尽量涵盖课程中涉及的多种典型机构和知识点，从而有利于学生通过运用所学知识完成学习内容。[7]授课伊始即将设计任务布置下去。通过教师对教学内容的分析，先将教学任务进行分解，把要讲授的知识蕴含于学生所需完成的任务之中，让学生通过项目设计从而掌握所学知识。这样，学生在学习完机械原理这门课程后，也完成了一个大的项目，在学习的过程中将各知识点联系在一起，形成了一个较完整的知识体系。
教师在授课过程中，也可引入一个项目案例进行讲解。例如：在机械原理的学习过程中，可选择内燃机作为主项目，内燃机中囊括了机械原理常用的三大机构：连杆机构、凸轮机构和齿轮机构，所以该项目又可细分为连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等多个子项目。在讲解平面机构的动力分析时，可以内燃机中的曲柄连杆机构的受力分析和配气机构的动力学分析为案例，在讲解机械的平衡时，可以单缸和多缸内燃机的曲轴的平衡为案例，等等。这样，通过一个实际的项目案例，帮助学生掌握了基础知识和技能，还可以通过案例举一反三，拓展知识，培养学生自主学习和知识应用的能力。
此外，授课教师在课程讲解时要紧扣实例，例如：在讲解连杆机构时，可结合日常生活中的雨伞，餐桌椅的折合装置，汽车上的雨刮器和转向机构、车门启闭机构、风扇摇头装置等进行讲解，讲解齿轮系的时候，可结合钟表讲解时针、分针、秒针的设计原理，还可介绍汽车变速器的工作过程等等，这些案例贴近生活，学生容易接受和理解，也能激发学生的学习兴趣和求知欲。
4 两种教学模式的交互
目前的机械原理课程授课形式大部分还停留在教师灌输、学生被动接受的模式，提不起学生学习的兴趣和动力，而且在提倡素质教育的形势下，机械原理的课时不断被压缩，这些都对基于课堂的传统教学模式提出了挑战。国家精品开放课程共享系统中心网站（即爱课程网）将在线课堂与面对面教学模式相结合，把学习效率低下的教师单向灌输的传输知识方式转变为激发学生学习兴趣，引导学生主动学习的教学模式，对提高机械原理教学质量，深化课程改革起到了积极的促进作用。
国家精品开放课程共享系统中心网站具有友好的用户界面，为师生用户提供了较完整的学习支持系统。任课教师可通过在线咨询、QQ群、个人邮箱等将教学信息及时、准确地传达给学生，包括课前要求学生观看视频和相应知识点预习，布置一些简单练习，课后布置学生完成在学习平台上每一个知识点配备的对应在线的自测题和离线作业，另外，学生在观看视频、完成练习时如果遇到问题，可以在系统中实时咨询老师或与同学进行讨论。[8]利用在线教学中灵活组合的丰富的功能模块，将课堂深度教学与在线自主学习结合。一方面，学生的学习不再局限于有限的课堂教学时间，可自由支配学习时间，完成基础内容的自学和自测；另一方面，与传统的教学模式相比，完成一个知识点的学习，学生要付出更多的自主学习的时间。在线教育使学生成为教学过程的参与者，使学生从被动接受变为主动学习。
部分学生缺乏较强的自我约束能力，常常会在网络学习中出现拖延症。为了促进学生自主学习，规定学生需要完成一系列学习活动，才可获得相应的学分，比如，学生需要在截至时间之前完成系统中相关的预习、自测和练习，及时提交，否则当次练习为0分，累计一定次数，则无法取得本课程的学分，同时系统对学生的学习过程进行实时记录。
作为任课教师，在机械原理共享课程建设时，首先要保证教学资源的完整性，教学资源应包括教学录像、PPT讲义，课程教案、备课笔记、教学设计及知识点汇总、思考题、作业参考答案、题库或卷库、学科前沿研究的热点等。其次是教学资源的丰富性，丰富性是指尽可能增加不同种类的教学资源，不仅有文本资源、图片和动画、还有视频资源等，丰富的教学资源有助于开阔学生视野，激发学习的热情和兴趣。
现代机械工业对创造型人才的需求与日俱增，机械原理课程在培养创造型人才的过程中起着不可或缺的重要作用。提高机械原理课程教学质量的关键是激发学生的学习主动学习的能力。教师的教学应当重视培养学生的创造性思维以及知识应用的能力，调动学生的主观能动性，使教与学融为一体。从多年的教学实践中，笔者体会到教师一定要深入理解教学内容，提炼出教材的共性知识，重视课程之间的联系性，同时授课时要紧密联系实际案例，科学地混合运用不同的教学媒介，多方面、多渠道地激发学生主动学习的热情，真正做到有的放矢，从而提高机械原理的教学质量。
参考文献：
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机械原理机构的定义范文第5篇
关键词：ANSYS；齿轮；频率；模态分析
引言
在机械行业迅猛发展的当今，具有传动效率高、结构紧凑的齿轮机构显得尤为重要，并作为重要传动机构被应用于机械系统中。在一些机械设备存在高速、震动的场合，如果不能有效的避开因为齿轮的固有频率而产生的共振，将会导致齿轮传动的噪声和震动，直接影响齿轮机构的疲劳寿命。然而，在最初的齿轮设计阶段，想要获得准确的模态参数是非常困难的。笔者通过ANSYS有限元方法，提取齿轮结构的模态参数。在文章中，笔者通过三维建模软件Solidworks精确的建立了斜齿圆柱齿轮的三维实体模型，并利用ANSYS的强大分网功能进行网格划分，并进行模态分析。
1 有限元法的模态分析原理
基于ANSYS的模态分析主要用于分析结构的振动特性，提取机械结构的模态参数，即机构的固有频率和主振型。在受到外部激励作用的机械结构设计中，它们是重要的理论依据。根据机械振动学和理论，建立的多自由度振动系统微分方程的一般形式为：
2 基于Solidworks的齿轮三维模型的建立
精确的三维实体模型的建立，有利于网格的精确划分。Solidworks相比ANSYS有着较强的建立实体模型的能力，所以笔者选用solidworks作为三维建模的工具，建立实体模型。建模参数分别为：齿数z=26，模数m=3，密度？籽=7.8×103kg/m3，泊松比？滋=0.3，弹性模量E=2.06×1011，偏转角？茁=10°。
建立的实体模型如下图1所示。
3 基于ANSYS的齿轮模态分析
3.1 建立齿轮的有限元模型
为了能将实体模型很好的导入ANSYS中，需将Solidworks中建好的实体模型保存成IGES格式的文件，后缀为*IGS。设置材料特性，包括密度、弹性模量等。由于分析结构较简单，笔者此处选用带有8节点的六面体单元solid185定义单元类型，此单元具有良好的结构适应性，计算精度相对较高。最后选用自由网格划分的方式，得到结构的有限元模型如图2所示。
3.2 齿轮模态分析
ANSYS的模态分析为线性分析，在分析过程中将忽略掉接触单元、塑性等一切非线性因素。施加载荷和求解、扩展模态、查看分析结果是模态分析过程中的几个重要步骤，通过这些操作，可得到预期结果。首先在求解器中制定分析类型为（modal）模态分析，制定分析选项，选取齿轮内孔面的一点施加约束，并将约束方向设置为ALLDOF。将5阶作为齿轮机构的扩展模态，进而可以得到5阶扩展模态列表（表1）。
表中列出的齿轮的每一阶固有频率都有每一阶固有振型与之相对应，同时在各主振型上也反映了各节点的位移情况，还可以通过 的通用后处理器查看动画显示。
随着模态阶数的升高，对齿轮的影响逐渐减小。表1给出了前5阶固有频率，以下是对应的前五阶振型图（图3）。
高阶模态对振型的影响相对较小，一阶到四阶时，最大应力均发生在牙顶，振型以弯曲和对折为主，且较大应力发生在齿根处，在工程实际的齿轮设计和应用中，应避免机构的工作频率与齿轮的够有频率相近或相同，从而避免共振的发生。
4 结束语
使用Solidworks完成了对斜齿轮三维建模，之后，通过ANSYS进行了线性动力学模态特性分析及模态扩展，从而获得了齿轮的前五阶固有频率和对应的振型，并通过比较得出最大应力发生的位置，以及主要振型。避免机构对于外部动态激励和内部冲击载荷作用下频率与基友固有频率相同，从根本上避免产生共振的原因。
参考文献
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[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006：186-188.
机械原理机构的定义范文第6篇
关键词：传动装置；行星齿轮；减速扳手；运动仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.248
0 引言
通过行星齿轮传动减速放大力矩，使得输入较小的力矩，就可以输出较大的力矩，从而“轻松”地松开和紧固螺栓。行星齿轮减速扳手有输入很小的力矩就可以得到很大的输出力矩，具有体积小、重量轻、便于携带、效率高和成本低等优点，很适合应用于我国货车运输领域。一般市场上销售的便携带式扳手，其工作原理是通过增大力臂和作用力来增大扭矩。这种扳手的输入力矩也就是输出力矩。而人所产生的作用力是有限的，只能通过增大力臂来增大输出力矩，即增长扳手手柄的长度，与其便于携带这一特点产生矛盾，且即使这样增大的输出的扭矩也有限。
20世纪70年代行星齿轮减速扳手第一次出现。70年代末日本、美国和德国等工业发达国家已有定型的大扭矩变扭扳手产品供应市场[1]。其中最大力的20-1800P型特尼扳手，最大输出扭矩达到1800N.m。现在国外的放大力矩扳手产品已向自动化，轻型化方向发展，而智能化已是其发展趋势。而国内已经有的研究都集中于将行星轮系作为减速器和变速器使用，包括运动的合成与分解。我国对用做力矩放大C构的行星轮系研究的非常少。
1 Pro/E各零件三维模型
Pro/E采用了模块的方式，可以分别进行草图的绘制、零件的制作等保证用户可按照自己的需要进行选择使用。参数化设计--相对于产品而言，我们可以把它看成是几何模型，而无论是多么复杂的几何模型，都可以把其分解成有限数量的构成特征，而每一种构成的特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。64型行星齿轮减速扳手的建模主要对齿轮、轴、芯架、筒体的建模，完成对部件的装配图，各个齿轮采用参数化建模[2-4]，各个零件三维模型如下图所示：
2 创建连接方式
在装配环境中，选择连接类型创建机构连接，是运动仿真设置的最重要环节，该操作直接影响运动仿真的设置效果。连接就是元件与元件、元件与组件通过一定的约束集装配在一起，并限制两者的自由度，从而两者之间建立一个确定的运动关系。在装配模式下，建立连接的目的是限制零件部分和全部自由度，执行该操作是创建运动的先决条件。当向一个装配体中添加一个元件时，系统进入装配约束操作界面。在设置连接约束时，连接到装配体中的元件与装配体中其他的元件间存在相对运动，运动类型与选取的连接类型有关。每一种连接类型都与一组独立的几何约束相关联，而这些约束与传统的Pro/E装配约束（对齐、匹配）意义相同[5]。在设计一个机械装配时，应当熟悉元件与装配中其他各元件间相对运动关系和放置约束关系，以及该元件的自由度。例如：销钉连接需要定义一个轴对齐和一个平面匹配（对齐）约束或点对齐约束，这样销钉连接就有一个旋转自由度，这就意味着使用销钉连接的元件可以相对于它所依附的元件旋转，但不能在该元件上移动或移开，如图2-1所示是输入轴的销钉连接：
由于销钉约束是最基本的连接类型，将元件连接至参照轴，元件可以绕指定轴旋转，具有1个旋转自由度。如图2-2、图2-3是约束后的装配图，为后续仿真做准备。
3 建立动力模型
在Pro/E5.0中，单靠设置元件与组件的约束方式，使元件在组件中保留部分自由度，元件在组件中仍然无法移动或旋转，必须对该连接组件的某些元件赋予动力，这样元件才能够做仿真运动。在机械操作环境中，伺服电动机能够为机构提供“动力”，而使用运动副可实现机构中两构件互做相对运动的活动联接。伺服电动机可规定机构以特定方式运动（可以实现旋转及平移运动），并且能够以函数的方式定义运动轮廓。伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动，将位置、速度或加速度指定为时间的函数，并可控制平移或旋转运动。通过指定伺服电动机函数，可以定义运动的轮廓。允许用户从多个预定义的函数中选取指定函数，也可输入自己的函数，并且可以在一个图元上定义任意多个伺服电动机。最终选择输入轴为运动轴，如图3-1所示：
在轮廓选项中，规范一栏选择速度并输入速度值为300，如图3-2所示：
4 建立运动副
机构的重要特征是构件之间具有确定的相对运动，为此必须对各个构件的运动加以必要的限制。在机构中，每个构件都以一定方式与其他构件相互接触，两者之间形成一种可动的连接，从而使两个相互接触的构件之间的相对运动受到限制。两个构件之间的这种可动连接，称为运动副。运动副限制了两构件之间的某些运动，而又允许有另一些相对动。两构件组成运动副时，构件上能参与的点、线、面称为运动副元素[6]。
由于该机构属于齿轮传动，使用齿轮副可以控制两个连接轴之间的速度关系，用以模拟齿轮系统的仿真运动。设计者可以方便地定义齿轮参数，从而大大提高了设计效率。齿轮副中的每个齿轮都需要定义两个主体和一个约束集。第一个主体指定为托架，通常保持静止。第二个主体能够运动。根据所创建的齿轮副的不同，该运动副可分为“标准”和“齿条与齿轮”两种类型。最终定义的齿轮副连接如图4-1所示：
在装配设计中，确定零件间运动关系，给定主动件的运动并且给个伺服电机，可以模拟显示整个机构的运动，通过动态仿真可以检查机器各零部件间的位置约束和运动关系的正确性。
上述过程给出了行星齿轮减速扳手三维实体传动之间连接的过程，其传动部件的连接过程可以仿此进行。图4-2是运动仿真图片：
5 总结
Pro/E中的机构运动仿真模块Mechanism进行装配模型的运动学分析和仿真，使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。在Pro/Mechanism中创建的机构，可以导入到Pro/E Mechanica motion中，以便进行进一步分析，或者将机械设计模型引入到设计动画中。Pro/E运动仿真大大提高了工作效率，降低生产成本。对于促进企业的技术的进步和发展具有良好的推进作用。
（下转第285页）
（上接第280页）
参考文献：
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项目名称：广东理工学院精品资源共享课机械制图与CAD（JPKC2015001）
机械原理机构的定义范文第7篇
关键词:机械加工成形原理分析
中图分类号： V262.3+3 文献标识码： A 文章编号：
不同零件的内外轮廓都是由圆锥面、圆柱面、平面和若干成形面等一些简单的表面组成的,其尺寸和几何外形各不相同,另外,对于不同类别的金属来说,从零件表面成形的原理分析,有很多共同点,但其切削机床的结构和运动形式却有很大的区别。零件机械加工工艺过程的完成就是使不同的机床来对不同表面的加工进行完成,最终得到要求的零件。
1机床上零件表面成形的原理
1.1 复合表面成形的原理
实现导线的运动是复合运动,并不是简单的圆周运动或直线运动,是指由2个或2个以上的简单运动复合而成的运动。复合表面是不可逆的表面,其导线各不相同,所以母线沿着导线的运动规律也比较复杂。下面开始分析斜齿轮齿廓面、螺纹面和圆锥面等组成零件的常见复合表面。
1.1.1 斜齿圆柱齿轮的齿廓面
从表面成形的原理来看,我们可以认为,齿向螺旋线为导线A,齿槽和轮齿切向呈垂直的平面之间的相贯线为母线B,因为斜齿圆柱齿轮轮齿的端面是标准的渐开线齿形,所以轮齿的切向和母线B所在的平面始终呈垂直状态,同时母线B所在的平面沿螺旋导线A上升且与齿轮轴线保持相同距离,该斜齿圆柱齿轮的齿廓面就是母线B扫过的表面。
1.1.2 螺纹面
和螺纹导程相同的螺旋线就是导线A,螺纹牙型面和过螺纹轴线的平面之间的相贯线就是螺纹面的母线B。母线B的方位保持不变,同时螺纹轴线和母线B始终处于同一平面内,螺纹面就是指当母线B沿着螺旋线导线A做螺旋运动时,母线B所扫过的表面。螺纹的导程(螺距)受螺旋导线的导程决定,螺纹直径受轴线与V形线之间的距离决定,螺纹的牙型决定了V形线的形状。
1.1.3 圆锥面
圆锥表面的其中一条素线是圆锥面的母线,固定某一点A在该线上,而另外一个确定点B围绕一个圆移动,则圆锥面就是该素线扫过的表面。圆台的侧面可以当作是圆锥面的一部分,圆锥的尺寸和外形要靠导线圆的直径和AB两点之间的长度共同来确定。
1.2 简单表面成形的原理
简单表面的加工方法(即成形方法)通常是多种的,因为一般而言,简单表面都是可逆表面,其母线和导线之间可以交换,线性简单。简单表面的导线简单的形成线、圆或直线,母线沿着导线做平行移动。
1.3 形成表面发生线的方法
零件表面形成的导线和母线均是发生线,形成发生线的方法共有四种,即展成法(或称范成法)、相切法、成形法和轨迹法。
(1)展成法的特征:展成法是形成渐开线的方法,是由“展成运动”利用齿轮啮合的原理所形成的。展成法是一个复合运动,需要由工件和刀具来共同完成,也就是说,需要工件和刀具按一定规律严格的做相对运动才能形成发生线(渐开线),范成运动需要两个成形运动。
零件某一表面的两条发生线形成的方法可以不一样,也可以一样。要根据所采用的具体加工方法来对某一表面的成形运动和成形原理进行具体分析,并不是由表面本身来确定。例如,对圆柱面利用尖头车刀进行加工时,对成形圆弧沟槽利用成形圆弧车刀进行车削时,是由轨迹法形成作为导线的圆,由成形法形成和刀具圆弧刃吻合的弧线(即母线),作为导线的直线和作为母线的圆都是由轨迹法形成的。以上的这些方法不是形成表面的方法,仅仅是实现一条发生线的方法。从成形原理来看,各种表面的母线沿导线运动的规律各不相同,有的很复杂,如斜齿轮齿廓面、螺纹面和圆锥面,有的很简单,如圆柱面和平面等。有些表面的导线和母线之间不能交换,否则无法形成表面或形成希望得到的表面,此类表面称为不可逆表面;有些表面的导线和母线之间能够交换,此类表面称为可逆表面;由于传统形成发生线的理论不够完善,所以本文把各种表面分为复杂表面和简单表面,并分别归纳和定义了两类表面的发生线成形原理。
(2)相切法的特征:相切法需要两个成形运动,一个是沿着将要形成的发生线刀具轴线进行等距离的运动,一个是旋转刀具的运动。刀具是多齿刀具,为柱状或盘状,轮流用每个刀齿进行切削,形成一系列刀刃的轨迹线,包络线就是和该轨迹线共同相切的线,即将要形成的发生线。
(3)成形法的特征:无需工件和刀具之间发生相对的成形运动就可以实现发生线,因为将要形成的发生线和刀刃的形状是完全吻合的。
(4)轨迹法的特征:轨迹法需要一个成形运动。将要形成的表面呈点和刀具的切削刃相互接触,此点沿着将要形成的发生线运动,所形成的轨迹线就是发生线。
2加工精度和机床表面的成形原理之间的关系
通过分析以上零件表面成形的原理能够得出,实现两条发生线的过程就是对零件表面的加工的完成过程,发生线的形状误差会在工件的表面上直接的反映出来。所以,最主要的决定零件表面精度的原因之一就是实现发生线的成形运动精度,大多情况下都需要成形运动才能形成发生线(成形法除外,不需要成形运动,由刀刃决定),提高实现发生线的精度是改进和设计机床部件的核心目标之一。把大多数机床的工件和刀具之间的相对运动分解为简单的旋转运动和直线运动,才能简化机床结构,运动的匀速性和圆度是旋转运动的精度体现,运动的匀速性和直线度是直线运动的精度体现。例如,车床上加工圆柱面,工件的旋转精度受切削层厚度硬度的变化、主运动传动链各环节的分度机构精度以及车床主轴的角度摆动和径向跳动引起的受迫振动,还有刀架部件和主轴的刚度等;运动传动链各环节由刀具刚度决定的分度机构精度、溜板导轨的刚度和直线度限制刀具的直线运动精度等,工件本身的刚度和发生线的精度之间有着很大的关系。所以,从形成工件表面的原理,能够对提高机床加工精度的途径和方向进行探寻。
3结语
通过对复杂表面和简单表面的定义,从而准确的描述了斜齿圆柱齿轮齿廓面、螺纹面、圆锥面等典型的复杂表面的成形原理,对形成复杂表面的要件进行了构建,对于制造装备的技术研发和运动分析,尤其是对设计自由度数控加工机床的运动方案而言,该成形理论有着非常重要的指导意义。通过系统的划分和归纳机床上零件表面的成形原理,尤其是进一步探究了复杂表面的成形原理,从而对表面成形原理在机械加工中的理论进行了完善。
参考文献
[1]吴圣庄．金属切削机床概论[M]．北京:机械工业出版社,1985.
[2]顾维邦．金属切削机床概论[M]．北京:机械工业出版社,1992.
机械原理机构的定义范文第8篇
一、教师应从培养合格劳动者的目标出发，选取合适的教学内容进行教学
按照这一思路，我们可以对教学内容进行适当调整。机械原理和机械零件设计都是以机构运动简图为研究模型，建立机械运动简图应该是机械设计的基础，因此应把机构的结构分析、机构运动简图的定义、性质和常用运动副的代号、机构运动简图的建立作为重点讲授内容。对于机械传动和零件设计部分，应减少计算公式推导过程的介绍，增加零件细部结构的设计介绍和一些设计参数选取原则的介绍，并加强对机械运行的介绍，比如多种传动方式的组合、原理、特点以及工程实际中的应用、维护等。可增加一些本专业最新动态的介绍，多向学生介绍一些机械的新发展、新思路，以开阔学生的眼界。在过去的教学中，通常只重视设计计算，认为只要会计算就达到要求了，而轻视了结构设计以及与工程实际技术问题紧密结合的部分，使教学与实际脱节。如轴承这一节：轴承装置设计这部分内容在教学中往往不作为重点，而这部分内容是生产一线技术人员直接接触最为广泛的实际问题。因此，可以把这章内容进行重新整合，把轴承装置设计这部分内容作为重点，要求学生重点掌握轴承的安装、配合、紧固、调节、、密封等实践性很强的技术问题。在学习了这些基本知识的基础上，再举一些工程实例，如ca614oa车床主轴支撑的例子，通过这个实例，使学生重点掌握轴承的组合结构、轴承的调整以及轴承的精度对机床主轴传动的影响。通过这样的整合，使学生既学会了轴承的基本知识，又掌握了轴承的应用技术，同时使学生明确了轴承在工程实际中的重要地位。
二、提高学习兴趣，增强教学效果
现在职业学校面临的问题是：学生基础知识差，不少人对学习失去了兴趣。但是我们也应该看到这样一个事实：这些学生思想活跃，求新求奇思想重，对周围世界十分敏感好奇，他们喜欢观察事物，凡是觉得新鲜的就想了解，凡是自己喜欢的就会去做。因此我认为，要想让学生能够主动学习，就要使其对专业感兴趣、对课程感兴趣甚至对任课教师感兴趣，而这些兴趣的培养可以通过教学过程中实施趣味教学来实现。
因为职业学校学生文化基础较差，虽然学校所开设的课程已相对简化，但由于学生理论水平比较薄弱，《工程力学》和《机械制图》学得不够扎实，加上缺乏基本的机械常识，所以在机械基础的学习过程中，想象不出一些零件的结构，受力情况分析不透。因此教学中应首先降低难度，让学生有学习本课程的兴趣。
若照本宣科，不进行教学信息的双向交流，必然会学之无味、学之困难。为唤起并始终保持学生的学习兴趣，创造和谐的学习气氛，可根据学生活跃好动的特点，在教学中采用趣味教学法，创设情境，启迪思维，引导学生积极主动地参与教学。要做到这些，教师必须思路清晰，善于归纳和表达，能够把复杂的内容转化为纲目了然、脉络分明、易于理解和掌握的知识。《机械基础》对于刚刚初中毕业的职校生来说，无疑是有较大难度的课程，容易出现两种极端：程度高一点的学生为了取得好成绩便“死记硬背”；程度低一点的学生，一旦无法战胜困难，就会放弃学习以致产生厌学情绪。针对这些情况，我认为教学中关键要上好第一节课。俗话说“兴趣是最好的老师”，如果能让学生对本门功课产生浓厚的兴趣，可以讲在本课程的教学任务中已完成了40%。这就要求教师具有渊博的知识良好的口才，能引导学生在有趣的谈吐中学到有用的知识，与学生进行有效的交流。
三、重视理论联系实际，提高教学效果
《机械基础》是各个工种的专业基础课，与各工种专业课联系紧密。作为机械专业的教师，应当不仅具有机械方面的理论知识，而且对于在生产中使用的各种加工方法，机床及设备的有关知识，也要有一定程度的掌握和了解、也就是说我们应努力成为“双师型”教师。只有这样，才能在教学中熟练地将理论与实践结合，上课时才能得心应手。
例如在举例讲解时应尽可能使用见过或使用过的设备，如讲解四杆机构，可以结合家用缝纫机的踏板机构。如果有可能的话，理论课教师应主动与实习老师联系，组织学生到生产现场或学院实训基地进行现场教学。现场教学前事先布置一些思考题，让学生带着问题一边参观一边讨论。在参观实习中，教师可以对学生提出的问题进行有针对性的讲解，告诉学生这台设备采用了哪些机构、某个零件采用了什么机构，把课堂理论知识和实践知识有机地结合起来，使学生具体地领会各种机构在机器中的应用。这样，学生上课时就有了一定的感性认识，就不会觉得抽象，就会产生学习兴趣。我们再因势利导，使学生的感性认识上升为理论，教学效果就会大大提高。