机械结构论文十篇

机械结构论文篇1

德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。

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。

3结束语

机械结构论文篇2

课程考核是教学评价的重要手段，在整个教学活动中起着非常重要的作用：检测学生对基本知识掌握程度；督促学生学习，引导学生重视知识的积累；及时发现教学中的问题，找出原因并及时进行教学理念和方式的改进，进一步提高课堂的教学质量。从目前看，部分高职院校的机械结构分析与设计课程都会在教学内容及教学方法等方面进行改革，但仍沿用传统的课程考核方式。考核形式单一，题目类型主要是客观题（填空、选择、判断、计算题与简答题），方式主要是笔试，实践能力和创新能力考核涉及很少。成绩评定一般平时成绩占30％，期末成绩占70％。平时以出勤和提问为主，期末考试仅凭一张试卷。这样的考试有其局限性，主要表现为：第一，期末考试的时间和内容十分有限，无法全面概括学到的所有知识，进而也就无法对学生的学习情况进行一次全面的检测，存在片面性。第二，由于平时成绩在总成绩中所占的比重过小，导致学生对平时成绩不重视，主要表现为逃课和不认真上课。第三，期末考试成绩在总成绩中所占的比重过大，导致学生上课不认真，考前做突击，这样不仅无法提高教学质量，还容易助长学生侥幸和投机的心理，无法实现学校培养高素质学生的目标，偏离了课程考试本来目的。因此，学校应根据原有考试中存在的问题，结合实际情况进行改革，注重学生学习成效的考核，减少期末考试成绩在总成绩中所占的比重，并通过项目的完成增加学生实践动手能力及职业素质养成等方面的考核，使学生转变对考试的认识，尽量做到从应试教育到能力教育的转变。

二、改革课程考核内容

机械结构分析与设计课程以职业能力培养和职业素养养成为总体目标，在培养学生较强工程意识及创新能力的同时，强化先修课程，培养学生从无限的知识系统中汲取和提炼所需知识的能力。通过本课程学习，使学生可以从整体上了解机械的传动原理，认识机械系统的结构组成，能识别各个机械的零部件及其作用，并且会分析各种传动机构的特点以及其适用场合。培养学生的创新能力以及设计一般复杂程度的机械传动结构的能力。通过小组协作完成项目任务等方式，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。基于机械结构分析与设计课程的教学目标，课程教学评价采用了终结性评价和过程性评价相结合的方式。终结性评价用于考查学生对基本知识的掌握情况，可以通过笔试、口试等方式进行考核。为着重考核学生综合运用知识分析问题、解决问题的能力，进一步强化学生的语言表达能力，培养学生良好的心理素质，通过改革考试方式，逐步推动教学手段与方法的变革、教学内容的创新，不断提高学校的教学水平和教学质量，除了笔试之外，增设了课程口试环节。过程性评价主要用于在项目实施的过程中，从学生参与项目教学的态度、在项目教学活动中所获得的体验、学习及工作方法与技能的掌握情况等方面来进行考查评价。考核权重设计为总评成绩100分，平时成绩占20％，项目成绩占40％，期末考核成绩占30％，口试成绩占10％。改革后的考核方式突出课程教学过程性考核，由多种考核方式构成，时间与空间按需设定的多次考核综合评定成绩的课程考试模式。

三、具体实施

机械结构分析与设计课程开设的时间跨度为两个学期。课程教学项目的设计以生产和生活中的典型机械的分析与设计为载体，内容包括3个教学项目：机械中的常用机构分析；机械系统结构分析及拆装；机械传动装置及零部件设计。考核从三方面进行：一是理论知识点的考核。理论教学的内容采用课堂提问、阶段性考核和综合考核等多种方法，可以是闭卷、开卷、半开卷、面试、综合型设计大作业等形式或多种形式相结合。二是实践环节的考核。在每一次实验中通过现场操作、分析报告、面试等形式来考查学生对实验设备的应用能力、实际动手能力以及实验结果的分析综合能力。三是综合能力训练的考核。量化评分每一个设计阶段学生的设计能力，全面跟踪学生的学习态度，随时掌握学生在每一个设计阶段的实际表现，逐步提高学生对课程综合能力训练的重视度，保证课程综合能力训练的质量。

机械结构论文篇3

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刚度设计。材料力学原理。机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，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。疲劳力学原理。机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。

为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。流体力学原理。流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。热学原理。热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。摩擦学原理。耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。声学原理。在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。智能原理。机械结构设计的原理将向智能化、生物化的方向发展。随着智能技术的应用，机械结构具有灵敏的智能功能。测试技术、控制理论和信息论是机械结构智能设计的基础。

机械结构论文篇4

1.前言

工程机械作为影响国民经济发展的重要行业，其产品的可靠性、维修性能直接决定生产效益。本文提出了基于产品结构对机械系统的可靠性维护进行评估，对提高工程机械产品的可用性，促进国民经济的快速发展具有重要的理论和实际意义。

2.机械系统可靠性维护的研究现状

2.1.机械系统可靠性维护的概念

机械系统的可靠性包含使用可靠性与固有可靠性两部分的内容。机械在使用过程中所表现出来的可靠性就是使用可靠性。机械的设计使用及维修都离不开使用可靠性的支撑。“以可靠性为中心”的机械系统维护理论认为，一切维护活动，归根到底是为了保持和恢复机械系统的固有可靠性，并提高使用可靠性。[1]

2.2.目前主要的研究成果

目前机械系统可靠性维护研究主要集中在以下几方面：可靠性分配[2]、维修性分配[3]，可靠性维修性分析[4]等。

可靠性分配包括等分配法、比例分配法、影响因素分配法。这些方法对传统可靠性分配方法进行了发展，但是也具有各自的局限性，每一种方法仅针对某一种或者几种情况比较适用。

维修性分配是系统维修性设计的重要环节，合理的分配方案可以使系统经济而有效的达到规定的维修性目标。传统分配方法有：等值分配法、按故障率分配法、按相对复杂性分配。

可靠性维修性分析，针对一个复杂系统，其往往由大量的分系统或单元组成。对这些单元产品的可靠性评估和鉴定需采用不同的分析方法，常用的可靠性评估方法主要有：应力强度干涉模型、Monte-Carlo法[5]、Bayes评估方法[6]。

2.3.目前研究存在的问题

现有的研究主要存在以下几个问题：

2.3.1.目前对机械产品可靠性维护研究多局限于相互独立研究的层次。

2.3.2.目前的研究多集中在产品使用后，得到了试验或使用数据，然后针对统计数据进行可靠性维护研究。

2.3.3.机械产品零部件的可靠性分析，没有建立基于维修度的评估模型和体系。

3.基于产品结构的可靠性维护性评估

3.1.基本概念

在可靠性工程中，一个复杂系统往往由大量的分系统或单元组成，而单元是系统的基础，同时系统也可看作是一个单元，因此要研究系统的综合可靠性问题，就必须先研究单元的可靠性。而对不同单元产品的可靠性评估和鉴定需采用不同的分析方法。以前对系统的可靠性研究都是针对可靠性分布类型进行研究，但是分布密度函数不好确定，即使确定，对其积分也很难求得。

3.2.机械构件的主要失效形式

对于机械产品其失效形式主要有结构完整性破坏，包括产品零部件强度降低、断裂破坏、疲劳破坏和磨擦损伤等；结构功能性破坏，包括结构及其元器件的性能失效、停止工作等；产品制造工艺性破坏，包括联接件松动、脱离部件相互撞击等。

3.3.构件疲劳寿命分析模型

针对构件疲劳失效形式，建立疲劳寿命分析模型。模型结构如图1。

首先确定构件所承受的载荷，而造成疲劳破坏的构件所承受的载荷是交变载荷。采用多体动力学技术，结合ADAMS软件建立工程机械虚拟样机模型，可以得到构件任意时刻所受载荷大小和方向。然后利用ANSYS软件建立有限元分析模型，进行动态分析得到随时间变化的构件应力分布情况。最后利用相似构件在实际载荷谱下的使用理论和损伤的相对Miner理论能给出较好的寿命预测。

3.4.工程机械的维护评估

产品是由零部件组成，产品的维修性由零部件维修性决定，而零部件维修性又取决于多种影响因素，参照我国军用标准和美军军用标准以及文献[7]建立评估模型，如表2

可维护度是指产品的可维修性能好坏的程度，计算公式为：

MD=

式中，m—影响因素个数；—第i因素指标的值；—第i个因素的权重；可维修度值的范围为，数值越大可维护性越好。

4.结论与展望

本文针对国内工程机械产品可靠性、维修性较低的现状，在对机械系统可靠性维护现状研究分析的基础上，提出了基于产品结构的机械系统可靠性维护评估方法。本文研究重点是对设计完毕的系统进行可靠性维修性估测。当系统投入维护使用，所表现出的实际使用可靠性和维修性的预测要通过其它方法得到，这是未来进一步研究的方向。

参考文献：

[1]吴波，丁毓峰，黎明发. 机械系统可靠性维修及决策模型化学工业出版社. 2007

[2]陆廷孝，郑鹏洲.可靠性设计与分析.北京：国防工业出版社.1992

[3]ChunghunHa，WayKuo.Multi-path Approach forReliability-RedundancyAllocationUsingaScaling

Method.Journal ofHeuristics.2005，（11）：20

[4]宋保维.系统可靠性设计与分析.西安：西北工业大学出版社.2000.

[5]parisonofMonte CarloTechniquesfor Obtaining System Reliability ConfidenceLimits.IEEE Trans.Reliability.1980，29（4）

机械结构论文篇5

关键词：机械设计；课程教学；挑战；对策讨论

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0109-03

一、引言

“作为生产力的一个要素，工程技术把科学原理转变为改造世界的动力，是科学发现和产业发展联系的桥梁；是产业革命、经济发展与社会进步的强大杠杆。”人类社会已经经历了三次工业革命。18世纪的机械工业革命产生了纺织工业、机械制造业、铁路运输业和煤炭工业等；第二次工业革命中崛起了电力工业、化工工业、冶金工业和汽车工业等；第三次工业革命催生了电子工业、计算机工业、空间工业、合成材料工业和原子能工业等。机械设计作为机械工程的技术基础在不断地更新与发展，机械设计课程的内容与教学方式也随着新科技的发展而不断进化，机械设计教学的基本要求就是使得学生获取机械产品设计的知识、拓展设计能力、提高素质和开启智慧。

人们设计、制造、检测和销售产品是为了获取利润，在向用户提供使用价值的同时获得自己劳动应该得到的利润。劳动创造价值，机械产品的设计最终目的就是提供使用价值，同时获得劳动报酬。因此，价值—功能—原理—结构的产品设计思路认为，在设计产品的初期，设计者思考的不仅仅是产品应具有的功能，也必然考虑产品的市场销售能得到多少利润。

在创新氛围日益浓厚的21世纪，创新教育与创新实践是各国教育界特别重视的问题。面对生命科学与技术为核心的21世纪，机械设计课程面临新的挑战。在新的世纪，机械设计教学不应“渴而穿井，斗而铸锥”，而是应该未雨绸缪、积极面对新的挑战。本文从当前科技的发展出发，讨论机械设计课程面临的挑战。

二、机械设计的基础

17世纪和18世纪初叶是钟表时代，18世纪末叶和19世纪是蒸汽机时代。机构学的发展，出现了曲柄滑块原理的内燃机、汽轮机和水轮机等，实现了将柴油和汽油的化学能转化为机械能；原煤的化学能经热能转化为机械能；水的动能和势能转化为电能或机械能。这些技术发展进程中，诞生了机械设计课程。

机械设计包括机械原理、机械零件和机械系统设计三部分内容。机械原理讨论机构的设计、运动分析和动力学分析。机械零件部分讨论机械零件的强度、刚度、振动稳定性和耐磨性等设计方法，并且介绍机械的结构设计。机械系统设计部分讨论机械系统的动平衡、速度波动调节以及系统方案优化设计等。机械产品的创新设计以上述三部分内容为基础，对产品设计进行改进或革新。

1.机械原理。机构的设计与分析是机械原理的核心内容。常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆结构、摩擦轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。机构的演变或创新方法有：机构的组合、机构的演绎、机构的逆向设计以及新原理的应用等。机构组合是常用的设计方法，通过不同类型机构组合或者同类型机构的组合，得到实现运动轨迹的新组合机构。机构的演绎是通过改变机构的运动副、构件几何设计、机构的变结构等方法，获得新的机构设计。机构的逆向设计，常用主动构件和输出构件互换、增加或减少自由度数即原动件数，来获得新的机构设计方案。机构的运动分析和动力学分析，常用计算机辅助设计的方法来分析，以获得运动轨迹、加速度和跃度的变化曲线。机构的创新设计是机械产品创新的基本内容，也是对产品在较大程度上的革新。

2.机械零件。机械零件分为通用零件和专用零件。机械零件部分介绍的是各类通用零部件，包括连接零件、传动零件、轴系零部件以及弹簧、机架和导轨等。连接零件有螺纹连接、销、键和花键、过盈连接、胶接、焊接和铆接等。传动部分有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、摩擦轮传动等。轴系部分有轴承和轴的设计，其中轴承有滑动轴承、滚动轴承、空气轴承、电磁轴承和静电轴承等。机械零件的设计是针对零件的失效形式来进行的。首先由实践确定机械零件的失效形式，然后选择零件的材料和表面处理技术，以抵抗其失效形式，再依据相应的设计理论提出设计准则和设计公式，最后是设计零件的所有结构尺寸。另一方面，机械零件是物化的产品，其结构设计和制造工艺性设计也是关键方面。机械零件的创新设计方法有变结构的设计、组合设计以及采用新原理的设计等。

3.机械系统设计。机械产品越来越复杂，组成机械产品的零件个数越来越多。机械系统的传统设计内容有动平衡、速度波动调节和分系统之间的匹配等。机械子系统的设计，包括动力系统、传动系统、执行系统、控制系统和辅助系统的设计。在计算技术发展后，针对系统层面出现了系统优化设计、系统可靠性设计和系统摩擦学设计，并且在产品设计中得到应用和推广。随着生态设计、全寿命周期设计、维修设计和自动化设计的发展，基于系统分析和计算仿真的设计软件包日益增多。经典的设计内容都可以由软件包来完成，然而对于新材料的机械零部件设计及其系统设计，仍需要理论和实验的应用基础研究，以获得设计准则和相应的设计方法。

三、机械设计面临的挑战

我国的机械工程高等教育是从20世纪初开始的，落后于欧洲的第一次产业革命200余年。因此，我国的机械工程科学与技术距世界先进水平有差距是有其历史原因的。在改革开放后，国家的载人航天、高速铁路和青藏铁路等重大工程的建设推动了机械、电气、信息和材料等学科技术的进步，同时也促进了不同学科的技术整合，以新的系统产品提供给消费者。然而，我国的工程教育历史较短，仍有待借鉴国外先进的工程教育经验和教育方法。目前，机械设计教学与产品设计面临的挑战有创新能力的培养、系统性的思维观、新的科学原理带来的挑战等。

1.新材料带来的挑战。人类的发展史从某种意义上说也是人类利用和制造材料的历史。随着人们对石头、铜及其合金、铁及其合金、半导体材料的制造和使用，人类社会经历了石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代。在上个世纪末，智能材料的发展非常迅速，例如压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等，机敏材料正得到更多的应用。在量子力学基础上出现的新智能材料，将为机械产品设计提供更广阔的空间。作为机械产品设计工程师，要时刻关注智能材料的进展及其制备技术。纳米材料作为一种介观尺度的材料，已在纳米添加剂方面得到工程应用。另一方面，材料的成本与市场供应也是产品设计阶段需要考虑的内容。新材料的发展与研制，为机械产品设计提供了更多的设计选择，也同时使得以前不可实现的产品功能得以实现。生物材料及其仿生技术是新材料的发展方向之一，设计师应关注这一方面的新进展、新技术和制造过程，在较短时间内将其应用于产品设计，为人们的安全、舒适的生活和健康提供新的产品。

2.信息科技带来的挑战。从信息论和控制论的诞生开始，人们就进入了信息社会。计算技术的软件、硬件和系统技术，作为20世纪的标志性进展，以此为阶梯，人们开始了信息社会的生产与生活。信息技术使得地球变成了地球村，各地信息及时传递与互享共用，改变着人们的生活方式、生产方式和思维习惯等。毫无疑问，我们已经生活在信息社会里，信息技术对机械系统中的控制单元设计进行了彻底的变革。产品的设计涉及功能、结构、外部界面、用户界面和成本五个方面。产品的创新设计方法很多，例如前苏联学者G.S.Altshuller提出了创新问题解决方法。无人车间、无人制造工厂不再是人们的向往，而是已经成为现实。信息技术已经提供了虚拟战场、3D虚拟电影、虚拟产品模型、虚拟产品装配等一系列产品和相关的技术。机械制造的核心，机床已经是计算机控制的可编程设备，机械制造过程也已经是柔性的可变制造系统的生产线。可以预见，信息技术不仅会为人们的生活提供手机和无线网络等，也将提供虚拟的生活体验，例如虚拟的蹦极、虚拟侏罗纪公园等。信息科技对机械设计和机械制造的变革不会比电气化革命带来的少，而且更加深刻、更加深远。机械设计工程师要学习新的信息科学与信息技术，用其革新机械产品的设计、机械制造过程和管理过程。

3.智能科学带来的挑战。21世纪是生命科学与技术的时代，生命的基本特征就是智能与生长。智能科学的发展与信息科学密切相关，也可以说是以信息科技为基础的。简单智能产品，例如冰箱、空调等，已成为商用产品，而且新的更高智能程度产品也在日新月异的发展之中。基于信息技术的智能交通系统、公园导游系统、空中管制系统等产品已具雏形，随着信息处理的高度智能化发展，这些信息管理系统也需不断地升级。1956年到1961年可以说是AI研究的形成时期，卡内基-梅隆大学、麻省理工学院和IBM公司开始了AI的早期研究。1961年到20世纪80年代是AI成长期，80年代是其快速发展期，80年代后人工智能技术步入实用化成熟期。取得了国际象棋、口语识别、机器视角和专家系统等研究成果。

4.生态环境带来的挑战。随着生产的规模扩大，对自然资源的消耗日益严重，伴随出现的环境污染也日益突出。在今天的生产发展阶段，保护自然生态环境的压力更加突出。为了保护人类的生活环境，必须从产品设计、产品制造到产品回收循环利用的全周期，考虑产品的环境绿色性。产品供应链的全球化、网络化与节能设计，是新世纪机械产品设计需要考虑的新问题。机械产品的设计阶段就很大程度上决定了产品的环境友好性。从材料选择来说，应采用材料种类更少的设计方案；从计算参数设计来看，应提高功能参数与质量之比，更大程度地发挥材料的性能；从结构设计来说，应尽可能地循环利用报废机器的零件，或者通过最低成本的再制造，然后循环利用零部件；在功能设计来说，应尽可能发挥产品的设计构思，提供更多、更便捷、更低成本的功能实现方案。如此等等，在整个产品设计阶段贯彻生态设计的理念，为保护自然环境和最大效能利用资源做出努力。

四、小结

机械产品创新设计必需解决新发展的挑战，新材料、信息技术、智能科学与生态环境等带来的将是长期面临的新问题。机械设计的发展是个动态的吐故纳新过程，只要我们睁开眼睛、敞开胸怀，以前期的机械机构设计、结构设计、强度和刚度设计、可靠性设计、优化设计和摩擦学设计等知识为基础，必将在新的世纪中创造出更多更好的新产品。

参考文献：

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[2]陈秀宁，顾大强.机械设计[M].杭州：浙江大学出版社，2009.

[3]冯·贝塔朗菲.一般系统论——基础、发展和应用[A].林康义，魏宏森，等，译.影响世界的著名文献——自然科学卷[M].北京：新华出版社，1997.

[4]Czichos H.The principles of system analysis and their application to tribology[J].ASLE Transactions，1974，17（4）：300-306.

[5]XieY B.On the systems engineering of tribo-systems[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering，1996，9（2）：89-99.

[6]Saunders M N，Seepersad C C，H？ltt？-Otto K.The characteristics of innovative mechanical products[J].Journal of Mechanical Design，2011，（133）.

[7]阮晓钢.神经计算科学[M].北京：国防工业出版社，2006.

机械结构论文篇6

摘要：针对目前机械原理教学中存在的不足，提出了基于机械创新设计项目的机械原理教学方法改革。通过具体的案例说明，实施该教学改革后，学生的机械原理知识和机械创新设计能力都得到了较大的提高。

关键词：机械原理；教学改革；机械创新

中图分类号：TH111；G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0125-02

一、引言

“机械原理”是机械专业一门重要的专业基础课，在专业教学安排中具有承前启后的重要作用[1]。它在机械类人才培养的全局中具有增强学生对机械技术工作适应能力和开发创新能力的作用。机械原理的内容较繁杂，主要研究各种机械的一般共性问题，即机构的组成原理、运动学及机器动力学和常用机构的分析与设计，以及机械传动系统方案设计等问题，且内容抽象，概念性强，公式较多，方法技巧性要求高。“机械原理”具有较强的理论性、应用性和实践性，与工程实际联系紧密，它为学生学习专业技术知识、分析和解决工程实际问题打下必要基础[2]。

在机械原理教学课程中，学生与一些相关的设备、结构进行接触的机会比较少，缺乏将力学知识和实际工程问题紧密结合和转换的能力，学生对这门课程的重要程度认识不足，一些学生疲于应付考试，在解决实际问题时很难对比较抽象的机械原理问题进行正确分析。而机械原理中较多的定理与公式的教学内容，以及部分学生数理基础薄弱、学习积极性不高，是该课程教学效果不理想的另一重要因素。随着高等教育体制的改革与深化，随着新时代大学生专业素养的不断提高，传统机械原理的教学改革的开展势在必行[3]。

二、基于机械创新项目的机械原理课程教学

针对以上机械原理教学中存在的不足，有必要对机械原理教学进行教学改革。基于机械创新项目的机械原理课程教学改革，是要求学生以机械创新项目为依托，实现给定项目的功能，完成项目产品的设计，并最终形成产品的样机，达到学以致用，进一步巩固学生的机械原理基本知识和提高学生的机械创新设计能力。

在机械创新设计项目实施过程中，首先要求学生组成各种兴趣小组，然后对各兴趣小组提出要求，需要完成一个特定的项目。目的进行可以分为两步。第一步是制造一个课堂上已经学习了的常用机构，如凸轮机构，四杆机构，齿轮机构，间歇运动机构（包括棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构等），这些小的项目主要是加强学生对已学知识的理解和掌握，巩固对机械原理课程里面的基本机构，这就实现了学生对机械原理基础知识牢固的掌握；第二步是实现一个复杂的机械创新设计项目，这类项目不应该是一个单一的机构，至少是几类机构的组合，如硬币清分机或纸币分离机、自动化装卸设备、自动化定位装夹装置等，这些项目具有一定复杂性、综合性，完成时需要结合理论力学、材料力学、机械设计、机械原理、数控加工、机械制造基础等知识，完成整体方案设计，最后能够加工制造出实物样机。

将创新设计项目[4，5]引入到机械原理教学课程中，理论联系实际，带着问题去学习，可极大地提高学生对于机械原理课程的兴趣。在制作创新设计项目过程中，学生有了明确的学习目的，制作过程的乐趣也能够促进学生的学习兴趣。

三、机械创新设计实践

在引入机械创新设计项目进行的机械原理课程教学过程中，学生的学习积极性高，并充分利用湖南文理学院的校办工厂，完成了产品的设计及样机的制备。本文以其中的硬币清分机为例，说明在机械原理课程中引入机械创新项目对学生机械原理课程的促进。首先给学生布置课题，完成市面上已有硬币的自动分离。学生通过查找资料，总结了现在的硬币分离装置有以下不足：①功能单一，只能实现硬币的分离或硬币的传输；②分离效率低，难以在短时间内快速有效的将大量硬币加以分拣；③装置结构复杂，导致硬币分离装置体积大成本高，不利于进一步推广。针对上述存在的问题，本次创新设计项目的目的是提供一种功能丰富、效率高、体积小、价格便宜、使用方便的全自动硬币清分机。最后获得的清分机样机如图1所示，清分机工作原理如下：将硬币放入进币盒中，打开开关，在电机的驱动下，曲柄摇杆机构带动进币盒上下摆动，硬币从分币盒中有规律的进入进硬币分离装置进行硬币的分离，其中分离板每一行有三个孔径不同的孔，是用来进行一角、五角和一元的分离。将分币机构倾斜放置，使其向前和向左倾斜，依靠重力势能使硬币通过进币口落在进币轨道上，重力势能转化为动能，硬币通过轨道经过有小到大的孔时一角、五角、一元的硬币依次掉进各自的轨道内，在经过计数器进行计数进入收集盒，收集盒由带传动传输，由斜面机构直接滑入指定位置。完成的硬币清分机的优点总结如下：①能同时实现分币、计数、运输，功能丰富；②采用三层分币导轨，极大地提高了分币效率与分币的准确性；③主体结构采用有机玻璃制作，价格低廉环保，相比于同类产品具有体积小、成本低等优势，具有广阔的应用前景和良好的经济前景。

四、结束语

机械原理是机械工科专业一门重要的专业基础课，为了增强学生对机械原理课程的适应能力和挖掘其开发创新能力，通过在机械原理课程教学中引入机械创新项目，可以让学生对该课程产生浓厚的学习兴趣，能够形成“教学-机械创新项目-教学”相结合的良性循环系统。

参考文献：

[1]赵永杰，程西云.机械原理课程探究式教学改革与探索[J].大学教育，2014，（5）：141-143.

[2]施火结.机械原理教学内容及课程体系的改革[J].教育教学论坛，2012，（5）：69-71.

[3]吴迪.机械原理教学改革的思考[J].吉林省教育学院学报.2006，（12）：83-84.

机械结构论文篇7

1.课程设置目的

《机械设计》课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课，通过本课程的学习使学生获得机械设计的基本知识、理论和方法.而且要求学生结合本课程的学习，能够综合运用所学基础理论、技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件进行设计构想和设计技能基本训练，以便为顺利地过渡到专业课程的学习，并为进行专业产品与设备的设计打下良好基础。

2.课程教学基本要求

（1）要求掌握的基础知识：机械设计的一般知识，机械零件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准。

（2）要求掌握的基础理论和方法：机械设计的基本原则。机械零件的工作原理、受力分析、应力分析、运动分析、失效分析等。机械零件工作能力计算准则：体积强度和表面强度，静强度和疲劳强度，刚度与柔度、摩擦、磨损和，寿命与可靠性以及热平衡、稳定性等。计算载荷，条件性计算等强度计算，当量法或等效转换法等。机械零件简化的物理模型和数学模型，改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件疲劳强度，降低或增强摩擦，改善局部品质，提高零部件工艺性的途径和手段，以及预应力、冷作硬化、变形协调原则在设计中的应用。

（3）要求掌握的基本技能：设计计算、结构设计、绘图技能、实验技能、编程技能、计算机辅助设计技能、编制技术文件技能等。

二、机械设计课程中培养学生创新能力的环节

1.优化课堂教学环节

（1）运用启发式和讨论式教学引导学生创新。在机械设计教学过程中，教师应该组织学生根据提出的问题进行分组讨论，学生通过分组讨论可以提高自己对于机械设计课程知识的感知度和理解程度，以激发他们的学习情感和思维能力，使学生对课堂上学到的知识，形成理性认识和学科认知。

（2）全面实施项目教学法。以项目为背景，引导学生从项目的角度去思考问题和学习知识。教师在每学期第一堂课的开始，就把机械设计课程的要求、题目和方法融入到课堂教学之中，以项目为背景引导学生查阅资料和组织材料。最后通过相关调查研究，使学生开脱与机械设计课程设计的相关知识，转变学生的观念和态度。

（3）教学过程中适当使用多媒体辅助教学。采用多媒体辅助教学手段，使枯燥无味静止的机构动起来，以更丰富多彩的方式展示给学生。学生也可以观察动态机构，获得感性认识，激发自己的学习兴趣。同时，通过一些多媒体教学手段的展示，也可以提高课堂教学效果。

（4）引入工程实例引导学生创新。教师在对每章内容进行讲授时，结束基本知识教授后要结合课堂教学的相关内容引入与课程教学有关的工程实例。通过联系工程实例，提高学生理论联系实际的能力。教师也可以在课堂上引入机械创新设计方法的内容，提高学生的创新能力。在课堂教学授课中要以工程为主线和背景，怒力培养学生的工程素质、工程意识和工程实践能力。

2.优化实验教学环节

教师还应该依托学校的教学环境，构建一些专门的机械设计实验室，设计并购买一些能吸引眼球并具有创新意识的机电产品，比如精巧的机构、玩具，典型的教学机构和机器。实验室应该全面向学生开放，并让学生参与实验室的建设。学生可以观察分析机构的运动方案、工作原理、关键技术和机械结构，也可以参与重新构思组装机构和机械，学生设计的一些新型机构也可以展示在实验室中。

3.优化课程设计教学环节

在机械设计课堂上，为了培养学生的创新能力，教师应该增添一些机械系统运动方案选型设计的内容。布置的设计题目可以是：水果去皮机、自卸车举升机构、擦窗机、折叠椅、扫地机等。教师也可以引导学生利用课余时间对常见的机械装置、玩具或工具进行观察，分析它们的运动原理和机构形式。对于那些课程设计题目，教师可以教会学生查阅相关参考资料。结合实际题目拟定机械系统传动方案，并结合这些方案的要求建立机构力学模型。同时利用计算机进行运动参数的设计和仿真分析，最后结合这些设计方案鼓励学生做出实物。例如，在机械设计课程中带式输送机传动装置中的圆柱齿轮减速器设计是一个经典的课程设计内容，传统的教学方法是教师将班级分为若干小组，每个小组的设计参数相同，这样的教学方法使一部分的同学对设计图纸和结果进行了抄袭。为了解决这样的弊端，教师可以在课程设计之中为每个同学设置不同的参数，要求学生用计算机绘图取代传统手工画图。这样既增加了课程设计的难度，又强化训练了学生的计算机绘图能力，提高了学生的创新能力。

三、案例分析

本文以机械设计中“平面四杆机构”知识点的学习为研究对象，介绍“以培养学生创新意识为主线”的教学模式的具体实施。

1.创设问题情境

教师在上次课结束时对课后作业进行了布置：要求学生对公共汽车门的启闭机构进行观察，并分析公共汽车门的启闭机构由几个可以活动的构件组成。在本次课的开始时，教师对几个学生的观察结果进行了抽查，引导学生对各种不同的观察结果进行比较和评价。

学生讨论之后，教师对观察作业的正确答案进行公布，对那些仔细观察的学生进行鼓励，然后引出本堂课的教学目标，对平面四杆机构进行定义，并提出启发式的问题，例如在日常的生活中可以见到哪些平面四杆机构？怎样设计四杆机构？这些平面四杆机构有什么样的基本特性？

2.学生分组讨论

学生根据教师提出的问题，结合教材内容和生活实际，对四杆机构的基本特性和类型进行讨论，教师要鼓励学生积极对一些简单的四杆机构进行设计。在学生讨论的过程中，对于四连杆机构的动作逻辑，老师应有意识地引导学生分析与其他的机构相比具有的独特之处，机构参数改变对于机构的影响等方面的内容。

3.课堂讲解

针对那些学生在讨论过程中仍不能解决的问题，教师应该利用板书和多媒体软件进行精辟、有针对性的讲解。在讲解过程中，教师也应该利用多媒体软件对一些常见四杆机构动画进行适当播放，如鹤式起重机、飞机起落架、自动卸货车、汽车刮雨器等机构，让同学对这些机构有一个感官上的认识。在知识讲解结束后，教师进行总结和评价，并可以在课堂上引入刨床机构等相关工程实例，引导学生对平面四杆机构进行创新设计。

4.布置课后作业和实验

教师对学生进行分组，并对每组学生提出不同平面六杆机构的性能参数，对一组设计题目的设计过程，先用一些比较成熟的软件进行演示，引导学生运用软件利用课余时间对相关机构的运动参数进行计算，使学生熟练掌握计算机，采用计算机辅助技术完成相关的机械设计。作业的辅导和答疑可采用网上交流的方式，开通教师和学生之间的绿色教学沟通途径。

5.课外科技活动

机械结构论文篇8

关键词：机械设计;方法原理

中图分类号：TU74文章标识码：A

1、设计方法

1.1经验设计

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。

1.2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。

1.3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。

1.4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。

1.5分级结构设计

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。

1.6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。

1.7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。

1.8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。

2、设计原理

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。

2.1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刚度设计。

2.2材料力学原理

机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，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。

2.3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。

2.4疲劳力学原理

机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。

2.5流体力学原理

流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。

2.6热学原理

热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。

2.7摩擦学原理

耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。

2.8声学原理

在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。

3、结语

综合上述，机械结构的设计涉及的方面比较广，在设计过程当中需要考虑的地方有很多。需要设计者从实际情况出发，按照设计的基本准则，采用适用设计要求的一些设计方法。

参考文献：

[1]朱林,陈发,浅谈机械结构设计的新思想[J].新疆农机化.2002

机械结构论文篇9

关键词:机械基础;教师能力;教学方法

中图分类号:TP3-4 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0213-01

《机械基础》是中等职业技术学校机械类专业的一门专业基础课,本课程主要内容为机械传动、常用机构及轴系零件和液压传动的基本知识、组成、工作原理、结构性能特点,应用场合及基本的设计理论和计算方法。该课程的基础理论涉及面广,又有很强实践性,是机械制图、公差与配合、金属材料与热处理、工程力学等先修课程理论知识的综合运用,并要联系日常生活、专业工种中的实例才能有效学习。本课程的任务是:为学习专业技术课程和今后在工作中合理使用、维护机械设备,以及进行技术革新提供必要的理论基础知识。按照目前技工学校的学生的特点及教材的变化,如何开展本课程的教学,提高教学质量,本文就该课程在教学内容、教学方法和教学手段、实践环节等方面的问题的探索谈几点体会。

一、用构思巧妙的教学设计条理清晰的分析讲解在学生中树立形象

机械专业课的教师,应当不仅具有扎实的专业理论知识,而且对于在生产中使用的常用加工工艺,机床及设备的相关知识,也要有一定程度的掌握和了解。此外广博的文化知识,流畅的语言表达,丰富的感情内涵,能说较标准的普通话,能写较漂亮的字体也是教师的基本素质。教师良好的课堂教学艺术体现在:新颖别致,构思巧妙的教学设计;通俗易懂,条理清晰的分析讲解;幽默风趣,内涵丰富的语言表达;启迪思维,深入浅出的启发引导;沉着冷静,应变自如的教学机智;有条不紊,精炼周密的板书设计。教师的言行,学生的楷模,教学的质量,学好的前提。只要不断加强自身的师德修养,不断使自己的专业技能更加精湛,我们才能受到学生的尊重,才能在学生的心目中树立形象。从这个角度出发对每节课的教案精心准备。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。教学中培养学生的形象思维能力,有助于学生理解抽象概念,提高思维效率,有利于学生发挥创造性。

在教学活动中,有许多概念理论的教学需要借助于形象思维来进行,教师在组织教学活动中应该善于引导学生以形象思维手段来理解和把握一些概念和理论,就会收到化难为易、事半功倍的效果。如: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。教学过程中强调用线条表示构件,用简单符号表示运动副的类型,按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸,这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图的同时,还要知道绘制平面机构运动简图的目的在于:撇开与机构运动无关的外部形态,把握机构运动性质的内在联系,揭示机构的运动规律和特性。各种机械的运动形成,机构的运动特点、齿轮轮系传动及液压传动,符号繁多,传动图线复杂,只能通过机构运动简图来研究其运动规律和特征。学生初学时没有这方面的感性认识,很难想象其中的运动和力的传递情况,若利用形象化教具现场演示,可以启发学生进行积极思维。

二、借助实物教具多媒体动画多种手段教学

本课程涉及到许多常用机构的运动过程和机械的内部结构,在教学中通过大量应用实物、教具、多媒体课件等多种手段,可以增强直观性教学,从而直观理解工作原理、机构组成、传动特点。在具体教学中,根据教材的内容不同,选用不同模型、多媒体课件。例如在平面连杆机构的教学中,首先是用模型的铰链四杆机构在课堂上边演示、边作图、边讲解,也能直观地表达铰链四杆机构的运动,但还是反映不出机构的运动特性、受力情况、机构的演化过程;特别是导杆机构各种类型的杆件的相对运动更难以表达,而通过课件动画演示铰链四杆机构运动的全过程、各构件的运动速度及位置,而且当曲柄与连杆两次共线时让连杆颜色改变使之与曲柄颜色相同而加深了学生对机构极限位置和死点位置的印象 ,通过课件动画演示液压传动的工作原理更加直接逼真,液压泵旋转及吸、压油过程;而液压阀阀芯的移动可直接反映出液压油的通断、并使活塞换向;而液压油在管道内的流动则直观地再现油液流动方向及液压缸活塞的往复运动。通过一个多彩鲜艳的动画液压传动全过程,再配上重点文字、声音的描述,使液压传动系统的四大组成部分的元件、功用及在系统的安装位置呈现在学生的视觉感官中,从而增强了学生对液压传动系统的感性认识。进而提高了学生的学习积极性。这比老师过去在课堂上用多少语言去反复描述都要有用得多,使难以讲授的课简明易懂,起到事半功倍的作用。

三、加强实践性教学环节来促进理论教学

本课程不但有较强的理论性,而且与工程实际结合紧密。在组织教学过程中,能充分利用校内实验室和实习工厂,做好每次实验和操作训练。其次,组织学生到有关工厂参观,进行现场教学,拆装简单的机械,以获取直接参与的经验。

以生产现场及日常生活中很多见过或使用过的设备举例讲解,如讲解四杆机构中,可以结合车间各种机床设备的工作原理及家用缝纫机的踏板机构、汽车前窗的刮雨器、公共汽车车门的启闭机构、港口起重机的工作机构等入手,来讲解铰链四杆机构及演化形式的类型、特点及应用,这些实用性很强的实例就是巧妙利用了铰链四杆机构特点。对学生有相当的吸引力,使学生既想学,又能理解机器的构成。这样既激发了他们的学习兴趣,又调动了他们学习的积极性和主动性,并定期组织学生到生产现场教学。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。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。 这样学生更容易想到,更容易接受,更容易对此产生兴趣,毕竟兴趣是一切学习的动力。

总之,精心设计每节课,探索改进教学方法,核心是学生。不论采取何种教法,都要建立在教师要以自己过硬能力得到学生的信任,对学生真诚的爱的基础上,都要尊重学生的主动精神,调动学生的参与意识,让学生在学习中学会学习,从而才有可能达到课堂教学实效和高效目的。

参考文献:

机械结构论文篇10

【关键词】机械原理 教学改革 创新能力 工程素质

【基金项目】湖南省普通高等学校教学改革研究项目（湘教通[2014]247号-317;湘教通（ [2012]401号-296）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）07-0194-02

机械原理课程是机械类专业的一门重要的主干技术基础课，具有很强的工程性、实践性和应用性，在专业教学计划中处于承上启下的作用，在培养学生的机械综合设计和创新素质所需的知识结构中占有不可替代的地位。因此，加强基础、拓宽知识、提高学生的工程素质、培养创新意识和创新能力是机械专业本科生机械原理课程改革和研究目标[1]。

一、以设计为主线来组合课程内容模块

机械原理是研究机构和机器的学科，其主要组成部分为机构学和机械动力学[2]。立足于“以设计为主线，分析为设计服务，立足点是机械系统的方案设计”机械原理新课程体系要求，按照学院“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的应用型高级专门人才培养目标，教研室将课程内容组合为机构学模块（重点讲述模块）和机械动力学模块（选择性介绍模块）。

机构学模块：包括机构的结构分析;齿轮机构、连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构等四大机构的原理、应用及设计;机构的组合和创新;机械运动系统的方案设计四方面内容。该模块是重点讲述模块，其中各机构的学习是教学基础，机构的组合和创新是提高，机械系统的方案设计是核心。

机械动力学模块：包括运动分析、力分析、刚性转子平衡以及机械系统动力学的基础理论和方法。该模块是选择性介绍模块，根据学时作一般的简介处理。一方面这一部分知识多数已由理论力学提供了理论基础，另一方面动力学基础模块相对于我院应用型人才培养目标而言，主要是拓展知识面，主要引导有能力的学生自学或在进一步学习中掌握。

二、加强基础、拓宽知识、丰富教学内容

针对学时被压缩、学生总体素质下滑的现实，要完成我院培养目标要求，教学内容必须有丰富也有删减。多年来，教研室不再强求知识的系统性和完整性，而是遵循“少讲精讲，讲就要让学生听明白会运用”的“少而精”原则，重点突出结论的应用，培养学生进行机构设计和创新以及解决工程实际问题的思维方法和基本技能。在重点讲述的机构学模块，作了很多大胆的删除。例如略讲复合轮系传动比计算;删除在工程实际中基本不再使用连杆机构设计的图谱法和实验法;删除理论上已很成熟或专业性过强的内容，例如齿轮传动中无侧隙啮合条件、根切的形成过程和不根切最小齿数公式推导过程[3]……为了拓宽学生知识面， 开阔思路和眼界，教研室在“少而精”原则的同时“广而新”。为了培养同学们的创新素质，深化了机构组合和创新内容;增加了电、气、液传动等非机械内容的简介;考虑到解析法便于结合现代设计方法获得最佳设计方案，突出解析法而弱化图解法设计;在教学的过程中，贯穿运用三维设计软件（如Solid Works、ADAMS、UG、pro/e 等）建立的虚拟样机模型和运动仿真实例，激发学生的主动求知欲望，使他们了解和及时掌握最先进的机械设计手段。

三、改革教学方法和教学手段，强化学生的创新意识和思维

随着教学内容的改革和整合， 教学方法必须与之配套。如果仍照本宣科，采用“填鸭式”教学方法，只会造成教学内容无法完成和脱离工程实际的结果，达不到对学生创新能力和工程实践能力的培养要求[4]。同时，机械原理的教学内容具有很强的工程背景，如果仅靠教师的讲解，学生不一定能深入地理解，因此，教师充分利用直观实物教学、模型演示教学和采用多媒体动画课件等教学手段。下面笔者就平面机构自由的自由度的内容交流教学方法和教学手段的设计。

①提出问题：绘制图1所出简易冲床初步设计案例的机构运动简图。目的1：回顾运动副、机构等基本概念以及运动简图的绘制方法。目的2：导入本次课要解决的问题――该机构设计合理吗？

图1 简易冲床初步设计 图2 简易冲床初步设计运动简图

②推导平面机构自由度的计算公式。期间演示了自由构件、约束、 低副（转动副、移动副）、高副（齿轮副和凸轮副）六个动画并展示运动副实物模型。提问：平面运动的自由构件有几个自由度，转动副、移动副、齿轮副和凸轮副各引入几个约束？很自然推出计算公式F=3n-2Pl-Ph。

③知识拓展：简介空间机构自由度的计算。要求学生在空间运动副动画中的观察出约束情况，给出空间结构的学习参考资料，引导同学深入探索。

④讨论平面机构具有确定运动的条件。通过对刚性桁架、超静定桁架计算讨论得出机构具有确定运动的条件之一：自由度F>0;通过对四杆机构、五杆机构在不同数目的原动件驱动下的动画演示和讨论，归纳出机构具有确定运动的另一个条件：原动件数=机构自由度数。

⑤解决课程之初的案例和提问：自由度等于0，机构设计不合理。

⑥提问：怎么改进该机构？安排小组讨论（分析提示：原方案F=0，原动件数为1，必须将自由度增加为1，可以从计算公式F=3n-2Pl-Ph入手）。

解决办法：增加n和减少Pl、Ph可达到增加F的目的。

方法1思路：从F=3n-2Pl-Ph =0到F=3（n+1）-2（Pl+1）-Ph=1，即增加一个构件和一个低副。实现方式：增加一个滑块和一个移动副，如图3所示，并展示改进后冲床模型动画。提问：方法1思路还有实现方式吗？可以通过增加一个杆件和转动副实现吗？

图3 改进方案1

方法2思路：从F=3n-2Pl-Ph=0到F=3n-2（Pl-1）-（Ph+1）=1，即将一个低副改为高副。实现方式如图4所示，并展示改进后冲床模型动画。

图4 改进方案2

机械原理课堂教学上没有统一的教学方法，而应是结合不同的讲授内容采用不同的教学方法，如启发式、分析讨论式、现场教学式等。笔者在机构自由度的计算中从问题的提出到解决，有知识的拓展;有十多个问题的设置;在改进方案时安排了分析讨论，得出不一样的解决方案。知识的拓展是引导学生自我完善;在教学中不断设疑，不断启发，是为了激发学生积极思考;安排分析讨论是为了开发学生智能、锻炼学生胆量、培养学生科学思维能力和创新意识。整节内容共设计三十多个图片，演示21个动画，展示实物模型4个，直观、形象地展示了自由度、约束的概念以及机构的动作过程，为学生创建一个动静结合、形象逼真的教学环境，提高学生的学习兴趣和理解程度。

参考文献：

[1]鲍莉，康红艳.《机械原理》课程教学研究与实践[J].重庆科技学院学报， 2010（18）： 175-179.

[2]裘建新.《机械原理》精品课程建设[J].上海工程技术大学教育研究，2006（2）：30-33.