前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文第1篇

同時還解釋了動瞬心線沿定瞬心線做無滑動的滾動，有利于學(xué)生加深理解，為瞬心線機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計提供幫助。

關(guān)鍵詞：動瞬心線 定瞬心線 瞬心線機(jī)構(gòu)

Abstract：In view of the centrode problem of planar hinge four-bar linkage in the course of mechanical principle， method of graphic and analytic is applied to clearly show the drawing process of moving centrode and fixed centrode， as well as the trajectory equation of centrode in an analytic mode. The reason of moving centrode rolling without sliding along the fixed centrode is also explained in order to help student understand the theory， and design the centrode mechanism.

Key Words：moving centrode；fixed centrode；centrode mechanism

中圖分類號：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0213-01

1 問題的提出

針對機(jī)械原理課程教學(xué)過程中，學(xué)生對某些原理性的概念普遍感覺抽象難以理解的特點，通過合理安排課程設(shè)計內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，啟發(fā)創(chuàng)造性思維，可采用課后小組討論、鼓勵多查找專業(yè)文獻(xiàn)等方式，加強(qiáng)對學(xué)生綜合分析問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文以瞬心線為例，采用作圖法和解析法進(jìn)行研究，幫助學(xué)生加深對概念的理解，以更好地分析和設(shè)計相關(guān)瞬心線機(jī)構(gòu)。

2 瞬心線概念

由基本理論可知，瞬心的位置是隨兩構(gòu)件的運(yùn)動而變動的，它將在各自構(gòu)件上形成一條軌跡，即為瞬心線。對于平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，以AD為機(jī)架，兩個連架桿的瞬心以A/D為起始/終止點的為定瞬心線，以B/C為起始/終止點的為動瞬心線，而且動瞬心線沿著定瞬心線作無滑動的純滾動。

上述的描述晦澀難懂，給學(xué)生的理解帶來很大問題。下面將采用兩種方法，詳細(xì)闡述：

2.1 作圖法分析

根據(jù)已知條件，機(jī)架AD桿固定不動，連桿BC轉(zhuǎn)動，可以確定一條瞬心線即定瞬心線。同理采用機(jī)構(gòu)倒置方法，將連桿BC作為機(jī)架，構(gòu)件AD相對于新的機(jī)架的瞬心構(gòu)成另一條瞬心線，即動瞬心線。作圖過程如圖1和圖2所示。

由于機(jī)架AD桿固定不動，2、3、4桿長度確定，并做相對轉(zhuǎn)動，因此定瞬心線與動瞬心線形狀不變。在畫動瞬心線時，無論1、3桿相對位置如何，2、4桿延長線的交點，即為兩條瞬心線重合點。同時在轉(zhuǎn)動過程中，1、3桿相對位置不同，所以其重合點的位置會發(fā)生變化。根據(jù)瞬心的定義可知，無論是動瞬心線還是定瞬心線，都表示1、3兩個桿件相對速度為零的軌跡，由于分析時機(jī)架選擇的不同，兩條瞬心線的轉(zhuǎn)動角速度不同，因此動瞬心線相對于定瞬心線做滾動。

2.2 解析法分析

假定在定瞬心線上任意取一點E，連線AE、DE，分別減去AB、CD，以B為圓心，B’E為半徑，以C為圓心，C’E為半徑分別作圓，交于點E’，于是根據(jù)靜瞬心線便可確定動瞬心線。即：

AE=AB+BE’

DE=DC+CE’

只要確定了靜瞬心線，就可以確定動瞬心線

下面確定定瞬心線的軌跡。以A為原點，為X軸，AD向上為y軸，則B點軌跡為：x2+y2=r2AB；C點軌跡為：（x-xD）2+y2=r2CD，則直線AB’方程：y=

因此，當(dāng)已知時，可進(jìn)一步化簡或利用計算機(jī)做出定瞬心線的軌跡曲線。

3 結(jié)語

本文通過采用作圖和解析兩種方法，詳細(xì)分析了平面鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的瞬心線問題，有利于加強(qiáng)學(xué)生對瞬心線這一抽象定義的理解，并進(jìn)一步為瞬心線機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計打好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱孫科，羅天洪，鐘厲，等.機(jī)械原理課程教學(xué)方法探索與實踐[J].科技視界，2013（17）.

[2]黃小龍，劉相權(quán).機(jī)械原理課程設(shè)計改革的研究與實踐[J].中國科技信息，2011（24）.

機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文第2篇

機(jī)械基礎(chǔ)差動螺旋傳動障礙中職生差動螺旋傳動是《機(jī)械基礎(chǔ)》螺旋傳動章節(jié)中的難點，中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械、機(jī)電類專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)此部分內(nèi)容時，常常出現(xiàn)一些典型問題，筆者根據(jù)本人多年教學(xué)實踐經(jīng)驗及其他教師的研究，對此進(jìn)行歸納、分析，并提出一些教學(xué)建議。

一、中職生學(xué)習(xí)“差動螺旋傳動”常見的障礙

1.很難理解“差動螺旋傳動”中“差動”的含義，往往認(rèn)為“差動”就是某兩個位移相減的意思。

2.解決相關(guān)計算問題時，主要有兩方面的障礙：

（1）求移動件位移時，常常錯誤運(yùn)用公式，即 L=n(ph1-ph2)；

（2）已知移動件位移和一處螺旋副導(dǎo)程，需求另一處導(dǎo)程時，思維混亂，不知道對情況進(jìn)行討論；

（3）運(yùn)用公式L=n(ph1±ph2)時，不知道ph1和ph2分別對應(yīng)螺旋機(jī)構(gòu)中的哪一處螺距。

3.判別移動件移動方向時，主要存在兩種障礙：

（1）知道“左、右手定則”內(nèi)容，但不會真正“操作”；

（2）將“差動螺旋傳動”當(dāng)作是“螺桿轉(zhuǎn)動、螺母移動的普通螺旋傳動”情形，認(rèn)為“活動螺母”的移動方向始終與“螺桿”的移動方向相反；

（3）對“差動螺旋傳動”的位移判別方法呈現(xiàn)“零認(rèn)知”。

二、原因分析

中職生學(xué)習(xí)“差動螺旋傳動”時出現(xiàn)上述障礙，與教學(xué)技術(shù)、學(xué)生的認(rèn)知水平及非智力因素（情感、興趣等）、所使用的教材等因素都有一定的關(guān)系。

障礙一：關(guān)于“差動”含義的理解

分析：

1.教師、教材因素的影響：關(guān)于“差動螺旋傳動”的概念，有幾種不同的定義：

（1）曾有教材將“兩處螺旋方向相同”的螺旋傳動稱為“差動螺旋傳動”，可以產(chǎn)生極其微小的位移，而將“兩處螺旋方向不同”的螺旋傳動稱為“復(fù)合螺旋傳動”，可以產(chǎn)生很大的位移。

（2）中職現(xiàn)在使用的勞動版教材上給出了這樣的定義——由兩個螺旋副組成的使活動的螺母與螺桿產(chǎn)生差動(即不一致)的螺旋傳動稱為差動螺旋傳動，其中兩個螺旋副的旋向可以相同，也可以不同，即可以產(chǎn)生位移和快速移動。

（3）還有老師根據(jù)自己的理解重新組織語言，給出其它解釋——差動螺旋傳動是指活動螺母及與其相配合的活動螺桿相對于機(jī)架均產(chǎn)生移動，而移動的距離不同的一種螺旋傳動。

2.受語詞理解的“負(fù)遷移”影響，學(xué)生很容易將“差動螺旋傳動”中的“差”與“減”聯(lián)系在一起，從而認(rèn)為“兩處螺紋的螺旋方向相反的螺旋傳動”才是“差動螺旋傳動，其實，這只是其中的一種情形。

障礙二：計算位移時出現(xiàn)的障礙

1.計算移動件位移的正確公式應(yīng)該是：L=n(ph1±ph2)，當(dāng)兩處螺紋的旋向相反時用“+”，反之，則用“—”。教師在教學(xué)過程中，一般都會對此作強(qiáng)調(diào)，但學(xué)生并不會因此少犯錯誤，他們之所以總將公式記成L=n(ph1-ph2)，仍然是受理解語詞“差”的負(fù)遷移的影響。

2.此種問題：已知位移L、ph1（或 ph2)），求 ph1（或 ph2)）。求解時，有些學(xué)生只想到將已知數(shù)據(jù)代入L=n(ph1+ph2)或L=n(ph1-ph2)中的一個試算，殊不知有時兩種情形都可能出現(xiàn)，從而出現(xiàn)漏解，有時，雖然從結(jié)果上來看是對的，但解答的過程不夠嚴(yán)密。此處出現(xiàn)障礙的原因是學(xué)生學(xué)習(xí)完該部分內(nèi)容后形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)不完善，對可能出現(xiàn)的情形想不到予以討論。

3.出現(xiàn)此障礙的原因，主要是對差動螺旋傳動的原理不能理解，至于如何確定兩處螺紋的螺距與公式中的 ph1和ph2對應(yīng)關(guān)系，在障礙三的第三條里說明。

障礙三：移動件移動方向的判別

1.左右手定則判別普通螺旋傳動移動方向的內(nèi)容是：根據(jù)旋向確定用左手或右手（左旋用左手，右旋用右手），四指繞向與螺桿（或螺母）的回轉(zhuǎn)方向一致，大拇指所指的方向（或相反方向）即是所判別的移動方向。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般來說，學(xué)生能夠“說出”判別方法，但在“操作”時存在一些問題，即“四指不知道怎樣彎”，于是乎大拇指所指的方向也就出錯了。

2.沒有理解“差動螺旋機(jī)構(gòu)的組成”是導(dǎo)致此障礙的主要原因。教材在詮釋“差動螺旋傳動”的定義時，很清楚地指出由三個構(gòu)件組成兩個螺旋副，這三個構(gòu)件分別是：可動螺桿1（既能轉(zhuǎn)動，又能移動）、移動螺母2（只能移動，不能轉(zhuǎn)動）、固定螺母3（機(jī)架），其中1與3、2與3分別組成一個螺旋副（圖略）。由此可以看出，構(gòu)件1與構(gòu)件2根本不接觸，又談何組成運(yùn)動副呢？學(xué)生學(xué)習(xí)時，產(chǎn)生這樣的障礙，可能與教師教學(xué)時未能解釋清楚或?qū)W生沒有聽清楚有關(guān)。學(xué)生有時遇到的“差動螺旋機(jī)構(gòu)”與教材上給出的機(jī)構(gòu)圖會出現(xiàn)差異，只要學(xué)生能抓住問題的本質(zhì)，就不會影響解決問題的正確性了：撇開三個構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，抓住它們的運(yùn)動特點，即一個構(gòu)件；（1）既能轉(zhuǎn)動又能移動、一個構(gòu)件（2）只能移動不能轉(zhuǎn)動、還有一個構(gòu)件（3）固定不動（稱之為機(jī)架）。在運(yùn)用公式時，構(gòu)件1與構(gòu)件3組成的螺旋副的螺距對應(yīng)公式中的ph1，構(gòu)件2與構(gòu)件3組成的螺旋副的螺距對應(yīng)公式中的ph2。

三、教學(xué)建議

針對上述提出的中職生在學(xué)習(xí)《機(jī)械基礎(chǔ)》“差動螺旋傳動”相關(guān)內(nèi)容時存在的障礙及作出的分析，在此，筆者提出一些教學(xué)建議，以期達(dá)到正確引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生積極思維、提高教學(xué)效果的目的！

1.“差動”的含義教學(xué)——運(yùn)用類比模型

由于中職生文化基礎(chǔ)不夠高（生源越來越差），并且缺乏機(jī)械生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，受教學(xué)條件限制，教師無法通過向?qū)W生提供直觀教具或帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場觀摩，因而學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識時無法建立起感性認(rèn)識，因此在學(xué)習(xí)時會產(chǎn)生很大的困難！這是筆者在教學(xué)中獲得的深切體會。那么，作為教師，是否可以在教學(xué)中采取其它的方法，起到化難為易，最大限度地降低學(xué)生學(xué)習(xí)的困難呢？筆者認(rèn)為，在講解“差動螺旋傳動的定義”時，教師可以用恰當(dāng)?shù)念惐饶Ｐ蛶椭鷮W(xué)生理解。

教學(xué)中，筆者用生活中的實例：有一輛在地面上行駛的汽車、車內(nèi)有一個沿車身方向走動的人，用這個形象生動的實例類比“差動螺旋傳動”，降低學(xué)生想象的難度。下面是本人教學(xué)時對學(xué)生所作的講解：

汽車運(yùn)動，帶著車內(nèi)的人一起向某個方向運(yùn)動，若人在車內(nèi)不走動，則人與汽車的位移（均相對地面）是相等（一致）的，若人在車內(nèi)走動，人與汽車的位移（均相對地面）就不相等（一致）了。

同樣的道理（類比）：

螺桿移動，帶動螺桿上的活動螺母一起向某個方向移動，同時，活動螺母在螺桿上也作相對移動（相當(dāng)于上例中的人在車內(nèi)走動），因此，活動螺母的位移與螺桿的位移（相對于固定螺母）就不相等（不一致）了。

這里，通過類比模型教學(xué)，學(xué)生可以運(yùn)用自己熟悉的類比物對陌生領(lǐng)域（螺旋傳動）中的問題進(jìn)行推理，提高自己的理解力！

2.差動螺旋傳動公式——借助上述類比模型，用圖解法推導(dǎo)

螺桿相對固定螺母、活動螺姆相對螺桿的運(yùn)動方向?qū)儆谄胀菪较虻呐袆e，應(yīng)該問題不大，這里不再加以贅述。

（1）人在車內(nèi)的走動方向與車的運(yùn)動方向相同

L人=L車+L人對車L=n(ph1+ph2)

（結(jié)果為“正”）（兩處旋向相反，ph1與ph2無大小關(guān)系）

（2）人在車內(nèi)的走動方向與車的運(yùn)動方向相反，分兩種情形：

①人的速度小于車的速度（人與車相對地面的位移方向相同）

L人=L車-L人對車L=n(ph1-ph2)

（結(jié)果為“正”）（兩處旋向相同，ph1＞ph2

②人的速度大于車的速度（人與車相對地面的位移方向相反）

L人=L車-L人對車L=n(ph1-ph2)

（結(jié)果為“負(fù)”）（兩處旋向相同，ph1＜ph2

3.活動螺母的位移方向的判別

仍然借助上述類比模型，可以看出，當(dāng)計算結(jié)果為“正”時，人與車相對地面位移方向相同（類比活動螺母與螺桿相對固定螺母的位移方向相同）；當(dāng)計算結(jié)果為“負(fù)”時，人與車相對地面位移方向相反（類比活動螺母與螺桿相對固定螺母的位移方向相反）。

因此，差動螺旋傳動中活動螺母的位移方向判別可以歸結(jié)為這樣三步曲：

（1）判別螺桿的位移方向；（2）根據(jù)公式計算活動螺母位移L；（3）由L的符號確定活動螺母的位移方向（即：L為“正”，活動螺母與螺桿相對固定螺母的位移方向相同；L為“負(fù)”，活動螺母與螺桿相對固定螺母的位移方向相反）。

4.學(xué)生在知識獲得過程中，要注重有意義學(xué)習(xí)，少一些機(jī)械學(xué)習(xí)

中職學(xué)生中多數(shù)學(xué)生文化基礎(chǔ)不高、學(xué)習(xí)動力不足，學(xué)習(xí)中往往采用“死記硬背”的機(jī)械學(xué)習(xí)方法，這種學(xué)習(xí)不利于問題解決的遷移。奧蘇伯爾認(rèn)為，“為遷移而教”（類比模型教學(xué)、理解教學(xué)等）的實質(zhì)是塑造學(xué)生良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。教師在機(jī)械基礎(chǔ)“差動螺旋傳動”或其它章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，根據(jù)學(xué)科特點和學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可以從教學(xué)技術(shù)、教材內(nèi)容及教材呈現(xiàn)三個方面，進(jìn)行有意義教學(xué)，確保學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以利于遷移！

機(jī)械基礎(chǔ)與文化基礎(chǔ)課有著不同的特點，中職生的認(rèn)知水平和對學(xué)習(xí)的情感因素使得他們在學(xué)習(xí)專業(yè)知識時，存在較大的障礙。我們教師需要分析和挖掘教材內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生特點，采用便于學(xué)生接受的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，盡最大可能提高教學(xué)效果！

機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文第3篇

關(guān)鍵詞：SolidWorks Motion；壓床機(jī)構(gòu)；運(yùn)動仿真

引言

對于壓床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析，存在圖解法和解析法兩種基本分析方法，圖解法精度較低，人為誤差較大，相比而言解析法具有求解精確的特點，并且運(yùn)用現(xiàn)代的數(shù)學(xué)計算工具取代人工計算，也大大提高了其求解精度與速度，但是解析法的應(yīng)用起點較高，要求較高的數(shù)學(xué)和編程功底及較為熟練的數(shù)學(xué)工具操作能力，造成了該方法的難以普及。現(xiàn)在提出了一種基于SolidWorks及其運(yùn)動仿真插件進(jìn)行運(yùn)動仿真分析的方法，在已知原動件的運(yùn)動規(guī)律和各構(gòu)件的尺寸條件下，快速而精確的獲得輸出構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律。

1 機(jī)構(gòu)部件建模

壓床機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)示意圖與各構(gòu)件尺寸如圖1所示。

連桿的三維模型為能獲得精確的仿真結(jié)果，需使已知的連桿尺寸應(yīng)等于模型上連桿兩邊鉸鏈孔的孔心距，如桿長AB長度為263.89mm， 其對應(yīng)的草圖如圖2所示。

結(jié)合拉伸、切除命令完成各個機(jī)構(gòu)部件的建模。

2 壓床六桿機(jī)構(gòu)的裝配

2.1 該機(jī)構(gòu)的配合方式

連桿與插銷的配合方式要選擇【配合】中【機(jī)械配合】下的【鉸鏈配合】，雖然其效果相當(dāng)于同時添加同心配合和重合配合，但是在motion分析中，反作用力和結(jié)果會與鉸鏈配合相關(guān)聯(lián)，而不是與某個特定的同心配合或重合配合相關(guān)聯(lián)。這可減小冗余配合對分析的負(fù)面影響，從而提高仿真結(jié)果的精確度。

2.2 該機(jī)構(gòu)裝配方式的選擇

由于在Motion 分析中算例要求布局草圖中每個塊的質(zhì)量、質(zhì)量中心和慣性張量都有對應(yīng)的值。 對于布局草圖中的每個塊，需要在運(yùn)行質(zhì)量屬性算例之前，通過在塊 PropertyManager 中編輯質(zhì)量屬性來修改零部件的質(zhì)量屬性，該方法不易操作，所以在裝配中放棄了布局草圖的使用，而將裝配體布局草圖的尺寸整合到機(jī)架建模中，并且使該壓床機(jī)構(gòu)只有一個機(jī)架，從而避免了布局草圖在motion分析中執(zhí)行不穩(wěn)定的問題，選擇自下而上的裝配方式，快速的完成了機(jī)構(gòu)的裝配。該壓床機(jī)構(gòu)機(jī)架與最終裝配結(jié)果如圖3所示。

圖3

3 運(yùn)動仿真分析與驗證

3.1 仿真分析前的準(zhǔn)備

（1）打開裝配體，驗證固定和浮動的零部件是否正確，在CommandManager下加載SolidWorks Motion插件。

（2）新建算例，為運(yùn)動仿真環(huán)境添加引力，在此，選擇Y軸負(fù)方向為引力方向，大小為9806.65mm/s^2。

（3）在運(yùn)動算例屬性中打開【Motion分析】設(shè)置每秒幀數(shù)，該數(shù)值表示每秒用于記錄分析結(jié)果的頻率，其值越大記錄的數(shù)據(jù)越密集，從而獲得的記錄輸出構(gòu)件運(yùn)動規(guī)律的圖像也就越光順，越準(zhǔn)確，在此，設(shè)置該數(shù)值大小為100。

3.2 添加驅(qū)動馬達(dá)

為該壓床機(jī)構(gòu)的主動件添加驅(qū)動馬達(dá)，在MotionManager工具欄中單擊【馬達(dá)】，在馬達(dá)類型中選擇【旋轉(zhuǎn)馬達(dá)】選擇該壓床做主動件的連桿的任意一個面，設(shè)置運(yùn)動類型為【等速】，按照設(shè)計要求轉(zhuǎn)速設(shè)置為90RPM（Round per minute）。

3.3 輸出構(gòu)件的位移分析

單擊Motion工具欄中的【結(jié)果和圖解】按鈕，在【結(jié)果】下選取類別為【位移/速度/加速度】，在【子類別】中選擇【線性位移】，在【選取結(jié)果分量】中選擇【Y分量】，再選中輸出構(gòu)件的一個面，單擊計算按鈕，顯示該圖解，生成輸出構(gòu)件的運(yùn)動位移隨時間的變化圖像，如圖4所示。

圖4

分析生成的位移圖像，可以得出，滑塊在該分析圖像中的沖程為109mm-（-71mm）=180mm，與方案中設(shè)計要求的滑塊沖程H=180mm完全吻合，驗證了仿真結(jié)果的正確性。

3.4 輸出構(gòu)件的速度分析

新建另一個圖解，選擇【位移/速度/加速度】、【線性速度】、【Y分量】，再選中輸出構(gòu)件的任意一個面，定義該圖解，單擊計算按鈕，顯示該圖解，得到輸出構(gòu)件的速度隨時間的變化圖像，如圖5所示。

圖5

3.5 輸出構(gòu)件的加速度分析

按照以上的步驟，選擇【位移/速度/加速度】、【線性速度】、【Y分量】，再選中輸出構(gòu)件的任意一個面，系統(tǒng)就會自動識別并選中該構(gòu)件的質(zhì)心，并基于該點進(jìn)行計算，獲得輸出構(gòu)件的加速度隨時間的變化規(guī)律，在Motion Manager中依次選擇【結(jié)果】、【加速度圖解】、【顯示圖解】，顯示該圖像如圖6所示。

圖6

SolidWorks Motion生成的圖解，可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電子表格的形式，能夠獲得圖像上點的坐標(biāo)值，借助Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠更加清晰的表達(dá)仿真結(jié)果。

3.6 仿真結(jié)果的驗證

SolidWorks軟件具有更改零件的尺寸，其對應(yīng)的裝配體會自動隨之更新的優(yōu)點，根據(jù)這個特點，只需改變相應(yīng)的構(gòu)件尺寸，就可以進(jìn)行多組設(shè)計方案的運(yùn)動分析。為了驗證該方法的準(zhǔn)確性，按照潘宇等人在《基于MATLAB的壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析》論文中的壓床機(jī)構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)，更改尺寸建立了新的壓床構(gòu)件，并更新裝配體，按照以上的步驟，再次獲得了輸出構(gòu)件的位移、速度、加速度的結(jié)果，對比該論文中基于MATLAB解析法得出的結(jié)果，除去兩者圖像橫坐標(biāo)的變量不同外，兩者圖像的極值完全相等，圖形變化趨勢近似重合，進(jìn)一步驗證了該方法的可行性與準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

借助SolidWorks參數(shù)化建模的特點，可以迅速的完成各個構(gòu)件的精確建模與裝配，借助與其自身無縫接合的Motion分析軟件，可以快速的完成多組設(shè)計方案的運(yùn)動分析。對比基于MATLAB的解析法，該方法易于操作，可以迅速的獲得相對精確的分析數(shù)據(jù)，在工程實踐中利于推廣，對于其它機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]張靜，劉春東.機(jī)械原理[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[2]SolidWorks 2014幫助文檔[Z].

[3]陳超祥.SolidWorks Motion運(yùn)動仿真教程（2012版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[4]潘宇，等.基于MATLAB的壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，6.

機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文第4篇

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

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)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(jī)輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機(jī)實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。

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

一、系統(tǒng)化設(shè)計方法

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

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

制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)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(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計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(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將機(jī)械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)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(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。

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

1.1設(shè)計元素法

用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)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(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。將設(shè)計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(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

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

1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)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(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動簡圖)。方案的“設(shè)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(shè)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(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。

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

1.4矩陣設(shè)計法

在方案設(shè)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(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。

Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運(yùn)動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運(yùn)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(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(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(shè)計方案的方法。

二、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)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(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機(jī)械的設(shè)計、制造風(fēng)險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個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(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機(jī)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(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

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

根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號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(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機(jī)構(gòu)型式的一一對應(yīng)。“結(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。

三、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

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

機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機(jī)輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)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(yùn)動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)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(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計中。

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

3.2知識的混合型表達(dá)法

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

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)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(luò)等知識表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，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(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

3.4設(shè)計目錄法

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

3.5基于實例的方法

在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)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(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。

四、智能化設(shè)計方法

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

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

在進(jìn)行自動取款機(jī)設(shè)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(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(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(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)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(shè)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機(jī)圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)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(jìn)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(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點研究了按時序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)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(shù)，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進(jìn)行觀察，如運(yùn)動中機(jī)構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機(jī)軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(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(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機(jī)構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。

五、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢

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

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)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(shè)計。對于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個實體通常可以實現(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(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。

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

目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機(jī)時，通常也需運(yùn)用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。

機(jī)械原理中構(gòu)件的定義范文第5篇

關(guān)鍵詞：分度機(jī)構(gòu)；凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

當(dāng)前，凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)已經(jīng)在機(jī)械自動化設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，這種裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)任意設(shè)計運(yùn)動規(guī)律，自行定義運(yùn)動軌跡，要想對這種裝置進(jìn)行優(yōu)化，就必須懂得其工作原理，而后結(jié)合計算機(jī)，對其進(jìn)行有目的的優(yōu)化，確保其各個參數(shù)的合理性。通過優(yōu)化設(shè)計后，使其可以更好的滿足機(jī)械生產(chǎn)實際需求，提高作業(yè)效率。

一、凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理

凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)其可以精確地實現(xiàn)提前預(yù)設(shè)的任意運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡，因此在自動機(jī)械應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。想要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，需要掌握其運(yùn)行原理，即原動桿件逆時針轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動鉸銷上的滾動軸承將會在固定槽凸輪槽內(nèi)運(yùn)動，然后利用連桿作用，促使推送桿可以按照提前設(shè)定好的運(yùn)動規(guī)律或者運(yùn)動軌跡進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。對于凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，首先應(yīng)當(dāng)建立凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計模型，通過對模型進(jìn)行分析，并根據(jù)模型就凸輪-連桿組合結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，得出結(jié)果，從而確保組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的科學(xué)性與合理性。

二、建立凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)設(shè)計模型

1.機(jī)構(gòu)設(shè)計要求

對凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，首先需要保證其橫向尺寸最小，然后最大程度上來提高機(jī)械傳動效率。根據(jù)此設(shè)計要求，來建立目標(biāo)函數(shù)，并確定設(shè)計變量和約束條件，最后根據(jù)模型分析進(jìn)行求解，得出與組合機(jī)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的參數(shù)。

2.建立目標(biāo)函數(shù)

確定機(jī)構(gòu)橫向尺寸為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)圖1所示，機(jī)構(gòu)橫向尺寸主要受曲柄長度r以及滑塊位于最左端位置時滑塊與凸輪軸心O橫向間距h0決定，并且還會受動件形成hm影響，則可確定目標(biāo)函數(shù)為：

f（x）=hm+h0+r

3.確定設(shè)計變量

想要實現(xiàn)對凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，要保證各結(jié)構(gòu)部位設(shè)計的緊湊，需要在設(shè)計時加強(qiáng)對構(gòu)件尺寸的管理。其中，機(jī)構(gòu)橫向尺寸主要受曲柄長度r以及滑塊位于最左端位置時滑塊與凸輪軸心O橫向間距h0為影響橫向尺寸的主要變量。根據(jù)以往經(jīng)驗分析，滑塊移動導(dǎo)路相對凸輪軸心O縱向偏置值e不會對壓力角α產(chǎn)生較大影響，并且當(dāng)e=0時，可確定α為最小值，因此在設(shè)計分析時可以不將e看作為設(shè)計變量，直接確定e=0[2]。這樣便可確定設(shè)計變量：

X=[x1，x2，x3]T=[r，h0，θ0]T

且確定r上下限分別為0.5hm與1.0hm，以及h0上下限分別取值1.0hm與1.6hm最為可行，另外將θ0上下限確定為π與-π。

4.確定約束條件

要確定機(jī)構(gòu)尺寸為正值，不得為負(fù)值，還要求機(jī)構(gòu)不會出現(xiàn)自鎖問題。其中，凸輪位置壓力角α1與滑塊位置壓力角α2為影響機(jī)構(gòu)傳動效率的主要因素，應(yīng)將其最大值控制在許用值以內(nèi)，不得超過許用值。另外，凸輪位置壓力角許用值在推程和回程時不得相同，設(shè)計時要分別進(jìn)行約束。因此可得約束條件，用數(shù)學(xué)表達(dá)式即：

g1（X）=-r

g2（X）=-h0

g3（X）=α1max1-[α1]1

g4（X）=α1max2-[α1]2

g5（X）=α2max-[α2]

其中，α1max1表示凸輪推程期最大壓力角；[α1]1表示凸輪推程期許用壓力角；α1max2表示凸輪回程期最大壓力角；[α1]2表示凸輪回程期許用壓力角；α2max表示滑塊位置最大壓力角；[α2]表示滑塊位置許用壓力角。且[α1]1=-30°～40°，[α1]2=70°～80°。

5.求解

本分析模型主要應(yīng)用內(nèi)點懲罰函數(shù)法求解，懲罰函數(shù)為：

用VB編制優(yōu)化程序后，便可以得到機(jī)構(gòu)尺寸、機(jī)構(gòu)各個時刻凸輪位置以及滑塊位置壓力角值，并且還可以@得凸輪理論廓線和實際廓線上每個點的坐標(biāo)值。在計算時為降低難度，需要按照要求要求將所有已知條件輸入，便可在最短時間內(nèi)得到精確數(shù)值，以滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動要求和傳力性能為根本，保證結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高機(jī)構(gòu)設(shè)計效率和質(zhì)量[3]。

三、凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實例

假定需要設(shè)計一個凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)，要求變連桿長度固定凸輪滑塊機(jī)構(gòu)的推程與回程均滿足正弦運(yùn)動規(guī)律，設(shè)定推程角為160°，回程角為140°，遠(yuǎn)休止角和近休止角分別為0°和60°，另外滑塊行程為80mm，推程按正彌加速 度運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，滑塊位置許用壓力角為35°，凸輪轉(zhuǎn)速為30r/min，以及滾子半徑為5mm。設(shè)計時確定優(yōu)化初始值為：

X=[x1，x2，x3]T=[r，h0，θ0]T=[18，34，-84°]T

f（x）=82mm

對其進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算后可得到最優(yōu)點為：

X=[x1，x2，x3]T=[r，h0，θ0]T=[15，30，-7°]T

f（x*）=75mm

經(jīng)過優(yōu)化分析后，便可得到凸輪理論與實際輪廓曲線，同時還可確定組合機(jī)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件尺寸參數(shù)。對比優(yōu)化前后可以推斷滑塊位置壓力角效果不明顯，但是凸輪位置壓力角優(yōu)化后變化明顯。

結(jié)束語：

凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)因為可以在任意給定運(yùn)動規(guī)律以及運(yùn)動軌跡要求下實現(xiàn)動作，在自動機(jī)械中應(yīng)用更為廣泛。為進(jìn)一步提高其所具有的優(yōu)勢，需要基于其運(yùn)動原理，選擇科學(xué)合適的分析和計算方法，建立數(shù)學(xué)設(shè)計模型，對各構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行計算優(yōu)化，提高結(jié)構(gòu)緊湊性，保證其可以維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性，滿足實際運(yùn)行需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周子懿.串聯(lián)式凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)的分析及設(shè)計探討[J].科技風(fēng)，2016，（16）：137.