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篇機械原理中構件的定義范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

機械原理中構件的定義范文第1篇

同時還解釋了動瞬心線沿定瞬心線做無滑動的滾動，有利于學生加深理解，為瞬心線機構的分析設計提供幫助。

關鍵詞：動瞬心線 定瞬心線 瞬心線機構

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 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0213-01

1 問題的提出

針對機械原理課程教學過程中，學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計內容，創新教學方法，啟發創造性思維，可采用課后小組討論、鼓勵多查找專業文獻等方式，加強對學生綜合分析問題能力和創新能力的培養。本文以瞬心線為例，采用作圖法和解析法進行研究，幫助學生加深對概念的理解，以更好地分析和設計相關瞬心線機構。

2 瞬心線概念

由基本理論可知，瞬心的位置是隨兩構件的運動而變動的，它將在各自構件上形成一條軌跡，即為瞬心線。對于平面鉸鏈四桿機構ABCD，以AD為機架，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，給學生的理解帶來很大問題。下面將采用兩種方法，詳細闡述：

2.1 作圖法分析

根據已知條件，機架AD桿固定不動，連桿BC轉動，可以確定一條瞬心線即定瞬心線。同理采用機構倒置方法，將連桿BC作為機架，構件AD相對于新的機架的瞬心構成另一條瞬心線，即動瞬心線。作圖過程如圖1和圖2所示。

由于機架AD桿固定不動，2、3、4桿長度確定，并做相對轉動，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。同時在轉動過程中，1、3桿相對位置不同，所以其重合點的位置會發生變化。根據瞬心的定義可知，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，由于分析時機架選擇的不同，兩條瞬心線的轉動角速度不同，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，當已知時，可進一步化簡或利用計算機做出定瞬心線的軌跡曲線。

3 結語

本文通過采用作圖和解析兩種方法，詳細分析了平面鉸鏈四連桿機構的瞬心線問題，有利于加強學生對瞬心線這一抽象定義的理解，并進一步為瞬心線機構的創新設計打好基礎。

參考文獻

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

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

機械原理中構件的定義范文第2篇

機械基礎差動螺旋傳動障礙中職生差動螺旋傳動是《機械基礎》螺旋傳動章節中的難點，中等職業學校機械、機電類專業學生在學習此部分內容時，常常出現一些典型問題，筆者根據本人多年教學實踐經驗及其他教師的研究，對此進行歸納、分析，并提出一些教學建議。

一、中職生學習“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，往往認為“差動”就是某兩個位移相減的意思。

2.解決相關計算問題時，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程，需求另一處導程時，思維混亂，不知道對情況進行討論；

（3）運用公式L=n(ph1±ph2)時，不知道ph1和ph2分別對應螺旋機構中的哪一處螺距。

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”內容，但不會真正“操作”；

（2）將“差動螺旋傳動”當作是“螺桿轉動、螺母移動的普通螺旋傳動”情形，認為“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“零認知”。

二、原因分析

中職生學習“差動螺旋傳動”時出現上述障礙，與教學技術、學生的認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系。

障礙一：關于“差動”含義的理解

分析：

1.教師、教材因素的影響：關于“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“復合螺旋傳動”，可以產生很大的位移。

（2）中職現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，即可以產生位移和快速移動。

（3）還有老師根據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架均產生移動，而移動的距離不同的一種螺旋傳動。

2.受語詞理解的“負遷移”影響，學生很容易將“差動螺旋傳動”中的“差”與“減”聯系在一起，從而認為“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：計算位移時出現的障礙

1.計算移動件位移的正確公式應該是：L=n(ph1±ph2)，當兩處螺紋的旋向相反時用“+”，反之，則用“—”。教師在教學過程中，一般都會對此作強調，但學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，有些學生只想到將已知數據代入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，從而出現漏解，有時，雖然從結果上來看是對的，但解答的過程不夠嚴密。此處出現障礙的原因是學生學習完該部分內容后形成的認知結構不完善，對可能出現的情形想不到予以討論。

3.出現此障礙的原因，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對應關系，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容是：根據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。調查發現，一般來說，學生能夠“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“差動螺旋機構的組成”是導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件組成兩個螺旋副，這三個構件分別是：可動螺桿1（既能轉動，又能移動）、移動螺母2（只能移動，不能轉動）、固定螺母3（機架），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，構件1與構件2根本不接觸，又談何組成運動副呢？學生學習時，產生這樣的障礙，可能與教師教學時未能解釋清楚或學生沒有聽清楚有關。學生有時遇到的“差動螺旋機構”與教材上給出的機構圖會出現差異，只要學生能抓住問題的本質，就不會影響解決問題的正確性了：撇開三個構件的結構形式，抓住它們的運動特點，即一個構件；（1）既能轉動又能移動、一個構件（2）只能移動不能轉動、還有一個構件（3）固定不動（稱之為機架）。在運用公式時，構件1與構件3組成的螺旋副的螺距對應公式中的ph1，構件2與構件3組成的螺旋副的螺距對應公式中的ph2。

三、教學建議

針對上述提出的中職生在學習《機械基礎》“差動螺旋傳動”相關內容時存在的障礙及作出的分析，在此，筆者提出一些教學建議，以期達到正確引導、啟發學生積極思維、提高教學效果的目的！

1.“差動”的含義教學——運用類比模型

由于中職生文化基礎不夠高（生源越來越差），并且缺乏機械生產實踐經驗，受教學條件限制，教師無法通過向學生提供直觀教具或帶領學生現場觀摩，因而學生在學習專業知識時無法建立起感性認識，因此在學習時會產生很大的困難！這是筆者在教學中獲得的深切體會。那么，作為教師，是否可以在教學中采取其它的方法，起到化難為易，最大限度地降低學生學習的困難呢？筆者認為，在講解“差動螺旋傳動的定義”時，教師可以用恰當的類比模型幫助學生理解。

教學中，筆者用生活中的實例：有一輛在地面上行駛的汽車、車內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”，降低學生想象的難度。下面是本人教學時對學生所作的講解：

汽車運動，帶著車內的人一起向某個方向運動，若人在車內不走動，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（相當于上例中的人在車內走動），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，學生可以運用自己熟悉的類比物對陌生領域（螺旋傳動）中的問題進行推理，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

螺桿相對固定螺母、活動螺姆相對螺桿的運動方向屬于普通螺旋方向的判別，應該問題不大，這里不再加以贅述。

（1）人在車內的走動方向與車的運動方向相同

L人=L車+L人對車L=n(ph1+ph2)

（結果為“正”）（兩處旋向相反，ph1與ph2無大小關系）

（2）人在車內的走動方向與車的運動方向相反，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)

（結果為“負”）（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，當計算結果為“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）；當計算結果為“負”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為這樣三步曲：

（1）判別螺桿的位移方向；（2）根據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”，活動螺母與螺桿相對固定螺母的位移方向相反）。

4.學生在知識獲得過程中，要注重有意義學習，少一些機械學習

中職學生中多數學生文化基礎不高、學習動力不足，學習中往往采用“死記硬背”的機械學習方法，這種學習不利于問題解決的遷移。奧蘇伯爾認為，“為遷移而教”（類比模型教學、理解教學等）的實質是塑造學生良好的認知結構。教師在機械基礎“差動螺旋傳動”或其它章節內容的教學中，根據學科特點和學生的認知結構，可以從教學技術、教材內容及教材呈現三個方面，進行有意義教學，確保學生形成良好的認知結構，以利于遷移！

機械基礎與文化基礎課有著不同的特點，中職生的認知水平和對學習的情感因素使得他們在學習專業知識時，存在較大的障礙。我們教師需要分析和挖掘教材內容，根據學生特點，采用便于學生接受的教學方法進行教學，盡最大可能提高教學效果！

機械原理中構件的定義范文第3篇

關鍵詞：SolidWorks Motion；壓床機構；運動仿真

引言

對于壓床機構的運動學分析，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，并且運用現代的數學計算工具取代人工計算，也大大提高了其求解精度與速度，但是解析法的應用起點較高，要求較高的數學和編程功底及較為熟練的數學工具操作能力，造成了該方法的難以普及。現在提出了一種基于SolidWorks及其運動仿真插件進行運動仿真分析的方法，在已知原動件的運動規律和各構件的尺寸條件下，快速而精確的獲得輸出構件的運動規律。

1 機構部件建模

壓床機構屬于連桿機構，其機構示意圖與各構件尺寸如圖1所示。

連桿的三維模型為能獲得精確的仿真結果，需使已知的連桿尺寸應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， 其對應的草圖如圖2所示。

結合拉伸、切除命令完成各個機構部件的建模。

2 壓床六桿機構的裝配

2.1 該機構的配合方式

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

2.2 該機構裝配方式的選擇

由于在Motion 分析中算例要求布局草圖中每個塊的質量、質量中心和慣性張量都有對應的值。 對于布局草圖中的每個塊，需要在運行質量屬性算例之前，通過在塊 PropertyManager 中編輯質量屬性來修改零部件的質量屬性，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架建模中，并且使該壓床機構只有一個機架，從而避免了布局草圖在motion分析中執行不穩定的問題，選擇自下而上的裝配方式，快速的完成了機構的裝配。該壓床機構機架與最終裝配結果如圖3所示。

圖3

3 運動仿真分析與驗證

3.1 仿真分析前的準備

（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，為運動仿真環境添加引力，在此，選擇Y軸負方向為引力方向，大小為9806.65mm/s^2。

（3）在運動算例屬性中打開【Motion分析】設置每秒幀數，該數值表示每秒用于記錄分析結果的頻率，其值越大記錄的數據越密集，從而獲得的記錄輸出構件運動規律的圖像也就越光順，越準確，在此，設置該數值大小為100。

3.2 添加驅動馬達

為該壓床機構的主動件添加驅動馬達，在MotionManager工具欄中單擊【馬達】，在馬達類型中選擇【旋轉馬達】選擇該壓床做主動件的連桿的任意一個面，設置運動類型為【等速】，按照設計要求轉速設置為90RPM（Round per minute）。

3.3 輸出構件的位移分析

單擊Motion工具欄中的【結果和圖解】按鈕，在【結果】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【選取結果分量】中選擇【Y分量】，再選中輸出構件的一個面，單擊計算按鈕，顯示該圖解，生成輸出構件的運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，與方案中設計要求的滑塊沖程H=180mm完全吻合，驗證了仿真結果的正確性。

3.4 輸出構件的速度分析

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，得到輸出構件的速度隨時間的變化圖像，如圖5所示。

圖5

3.5 輸出構件的加速度分析

按照以上的步驟，選擇【位移/速度/加速度】、【線性速度】、【Y分量】，再選中輸出構件的任意一個面，系統就會自動識別并選中該構件的質心，并基于該點進行計算，獲得輸出構件的加速度隨時間的變化規律，在Motion Manager中依次選擇【結果】、【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，可以進一步轉化為電子表格的形式，能夠獲得圖像上點的坐標值，借助Excel強大的數據處理能力，能夠更加清晰的表達仿真結果。

3.6 仿真結果的驗證

SolidWorks軟件具有更改零件的尺寸，其對應的裝配體會自動隨之更新的優點，根據這個特點，只需改變相應的構件尺寸，就可以進行多組設計方案的運動分析。為了驗證該方法的準確性，按照潘宇等人在《基于MATLAB的壓床機構運動學與動力學分析》論文中的壓床機構的設計數據，更改尺寸建立了新的壓床構件，并更新裝配體，按照以上的步驟，再次獲得了輸出構件的位移、速度、加速度的結果，對比該論文中基于MATLAB解析法得出的結果，除去兩者圖像橫坐標的變量不同外，兩者圖像的極值完全相等，圖形變化趨勢近似重合，進一步驗證了該方法的可行性與準確性。

4 結束語

借助SolidWorks參數化建模的特點，可以迅速的完成各個構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計方案的運動分析。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據，在工程實踐中利于推廣，對于其它機構的運動分析具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]張靜，劉春東.機械原理[M].電子工業出版社，2014.

[2]SolidWorks 2014幫助文檔[Z].

[3]陳超祥.SolidWorks Motion運動仿真教程（2012版）[M].機械工業出版社，2012.

[4]潘宇，等.基于MATLAB的壓床機構運動學與動力學分析[J].科技創新與應用，2014，6.

機械原理中構件的定義范文第4篇

摘要：根據目前國內外設計學者進行機械產品設計時的主要思維特點，將產品方案的設計方法概括為系統化、結構模塊化、基于產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聯系，提出產品方案設計計算機實現的努力方向。

科學技術的飛速發展，產品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新換代速度加快。然而，產品的設計，尤其是機械產品方案的設計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產品開發初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎上，概括總結了國內外設計學者進行方案設計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯系和機械產品方案設計計算機實現的發展趨勢。

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

一、系統化設計方法

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

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

制定的機械產品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。

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

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

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統化設計方法。

1.1設計元素法

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

1.2圖形建模法

研制的“設計分析和引導系統”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產品的功能結構及其相關的抽象信息，實現了系統結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯接。將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內容豐富的語義模型結構、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現關系間的任意結合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。

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

1.3“構思”—“設計”法

將產品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段。“構思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解。“設計”階段的工作則是具體實現構思階段的原理解。

將方案的“構思”具體描述為：根據合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現，并將“結構元素”間的物理聯接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設計”是根據功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(GE)”、“結構元素(KE)”、“功能結構元素(FKE)”、“聯接結構元素(VKE)”、“結構零件(KT)”、“結構元素零件(KET)”等概念，以及描述結構元素尺寸、位置和傳動參數間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現有知識的方法，并將其應用于“構思”和“設計”階段。

從設計方法學的觀點出發，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1)獲取功能和功能結構(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(簡稱為“效應”)；3)尋找結構(簡稱為“構形規則”)。并用下述四種策略描述機械產品構思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構形規則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創建變型方案，由此產生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構形規則”(包括設計者創建的規則)關聯，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構形規則及其所屬效應需要有豐富的經驗，產生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構形規則”三者密切相關。適用于功能、效應和構形規則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設計要求進行結構化求解。該策略從已有的零件出發，通過零件間不同的排序和連接，獲得預期功能。

1.4矩陣設計法

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

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

1.5鍵合圖法

將組成系統元件的功能分成產生能量、消耗能量、轉變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉換，尋求由鍵合圖產生多個設計方案的方法。

二、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解(如通用零件部件等)描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解，這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，(1)產品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口(聯接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

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

根據機械零部件的聯接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調整性的部件；2)結構上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結構及嵌套式元件的聯接；4)具有模塊化結構和模塊化元件的聯接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現映射算法。

三、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。

機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。為此，國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據“運動轉換”功能(簡稱功能元)將機構進行分類，并利用代碼描述功能元和機構類別，由此建立起“機構系統方案設計專家系統”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結合，建立了該“專家系統”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。

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

3.2知識的混合型表達法

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

在研制復雜產品方案設計智能決策支持系統DMDSS中，將規則、框架、過程和神經網絡等知識表示方法有機地結合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規則、框架和過程)，按面向對象的編程原則，用框架的槽表示對象的屬性，用規則表示對象的動態特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向對象的數控龍門銑床變速箱方案設計智能系統GBCDIS”和“變速箱結構設計專家系統GBSDES”。

3.3利用基于知識的開發工具

在聯軸器的CAD系統中，利用基于知識的開發工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向對象的方法，創建了面向對象的設計方法數據庫，為設計者進行聯軸器的方案設計和結構設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內容，由此尋求出基于知識的解，并開發出直線導軌設計專家系統。

3.4設計目錄法

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

3.5基于實例的方法

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

四、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。

在利用數學系統理論的同時，考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。

在進行自動取款機設計時，把產品的整個開發過程概括為“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”三個階段，并且充分利用了現有的CAD尖端技術——虛擬現實技術。1)產品規劃—構思產品。其任務是確定產品的外部特性，如色彩、形狀、表面質量、人機工程等等，并將最初的設想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現整個產品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環境中建立，借助于數據帽和三維鼠標，用戶還可在一定程度上參與到這一環境中，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，也是幾何圖形顯示設計變量的依據，同時還是開發過程中各類分析的基礎。2)開發—設計產品。該階段主要根據“系統合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據設計目標的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯接等；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術或軟件組成的傳動系統；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產品的配置(設計模型中解元素間的關系)進行分析，產品配置分析是綜合“產品規劃”和“開發”結果的重要手段。3)生產規劃—加工和裝配產品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關系，由此發現難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術綜合應用于產品開發的三個階段，可以使設計過程的綜合與分析在“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”中連續地交替進行。因此，可以較早地發現各個階段中存在的問題，使產品在開發進程中不斷地細化和完善。

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

將構造標準模塊、產品整體構造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術。建議在產品開發過程中將快速成型技術、多媒體技術以及虛擬表達與神經網絡(應用于各個階段求解過程需要的場合)結合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術應用于產品開發中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設計聯接件時所需的立體結構想象力等等。

利用智能型CAD系統SIGRAPH-DESIGN作為開發平臺，將產品的開發過程分為概念設計、裝配設計和零件設計，并以變量設計技術為基礎，建立了膠印機凸輪連桿機構的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構型、數綜合的基礎上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設計功能，使原理圖隨著機構的結構參數變化而變化，并將概念模型的參數傳遞給下一級的裝配模型、零件設計。

五、各類設計方法評述及發展趨勢

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

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

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

目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現實技術進行設計，直觀性較好，開發初期用戶可以在一定程度上直接參與到設計中，但系統性較差，且零部件的結構、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，或者有豐富經驗的設計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系，如結構模塊化設計方法中，劃分結構模塊時就蘊含有系統化思想，建立產品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統化和結構模塊化方法，此外，基于產品特征知識的設計同時又是方案智能化設計的基礎之一。在機械產品方案設計中，視能夠實現特定功能的通用零件、部件或常用機構為結構模塊，并將其應用到系統化設計有關層次的具體設計中，即將結構模塊化方法融于系統化設計方法中，不僅可以保證設計的規范化，而且可以簡化設計過程，提高設計效率和質量，降低設計成本。

機械原理中構件的定義范文第5篇

關鍵詞：分度機構；凸輪連桿組合機構；優化設計

當前，凸輪-連桿組合機構已經在機械自動化設備中得到了廣泛應用，這種裝置，能夠實現任意設計運動規律，自行定義運動軌跡，要想對這種裝置進行優化，就必須懂得其工作原理，而后結合計算機，對其進行有目的的優化，確保其各個參數的合理性。通過優化設計后，使其可以更好的滿足機械生產實際需求，提高作業效率。

一、凸輪-連桿組合機構運行原理

凸輪-連桿組合機構結構其可以精確地實現提前預設的任意運動規律和運動軌跡，因此在自動機械應用中具有很大的優勢。想要對其進行優化設計，需要掌握其運行原理，即原動桿件逆時針轉動時，驅動鉸銷上的滾動軸承將會在固定槽凸輪槽內運動，然后利用連桿作用，促使推送桿可以按照提前設定好的運動規律或者運動軌跡進行往復運動。對于凸輪-連桿組合機構的優化設計，首先應當建立凸輪-連桿組合機構的設計模型，通過對模型進行分析，并根據模型就凸輪-連桿組合結構的相關參數進行計算，得出結果，從而確保組合結構優化設計的科學性與合理性。

二、建立凸輪-連桿組合機構設計模型

1.機構設計要求

對凸輪-連桿組合機構進行優化設計，首先需要保證其橫向尺寸最小，然后最大程度上來提高機械傳動效率。根據此設計要求，來建立目標函數，并確定設計變量和約束條件，最后根據模型分析進行求解，得出與組合機構設計相關的參數。

2.建立目標函數

確定機構橫向尺寸為優化目標函數，根據圖1所示，機構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，則可確定目標函數為：

f（x）=hm+h0+r

3.確定設計變量

想要實現對凸輪-連桿組合機構的優化設計，要保證各結構部位設計的緊湊，需要在設計時加強對構件尺寸的管理。其中，機構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。根據以往經驗分析，滑塊移動導路相對凸輪軸心O縱向偏置值e不會對壓力角α產生較大影響，并且當e=0時，可確定α為最小值，因此在設計分析時可以不將e看作為設計變量，直接確定e=0[2]。這樣便可確定設計變量：

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

要確定機構尺寸為正值，不得為負值，還要求機構不會出現自鎖問題。其中，凸輪位置壓力角α1與滑塊位置壓力角α2為影響機構傳動效率的主要因素，應將其最大值控制在許用值以內，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，設計時要分別進行約束。因此可得約束條件，用數學表達式即：

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

本分析模型主要應用內點懲罰函數法求解，懲罰函數為：

用VB編制優化程序后，便可以得到機構尺寸、機構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，便可在最短時間內得到精確數值，以滿足機構運動要求和傳力性能為根本，保證結構更為緊湊，提高機構設計效率和質量[3]。

三、凸輪-連桿組合機構優化設計實例

假定需要設計一個凸輪-連桿組合機構，要求變連桿長度固定凸輪滑塊機構的推程與回程均滿足正弦運動規律，設定推程角為160°，回程角為140°，遠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 度運動規律運動，滑塊位置許用壓力角為35°，凸輪轉速為30r/min，以及滾子半徑為5mm。設計時確定優化初始值為：

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

f（x）=82mm

對其進行優化運算后可得到最優點為：

X=[x1，x2，x3]T=[r，h0，θ0]T=[15，30，-7°]T

f（x*）=75mm

經過優化分析后，便可得到凸輪理論與實際輪廓曲線，同時還可確定組合機構內各構件尺寸參數。對比優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化后變化明顯。

結束語：

凸輪-連桿組合機構因為可以在任意給定運動規律以及運動軌跡要求下實現動作，在自動機械中應用更為廣泛。為進一步提高其所具有的優勢，需要基于其運動原理，選擇科學合適的分析和計算方法，建立數學設計模型，對各構件參數進行計算優化，提高結構緊湊性，保證其可以維持在最佳運行狀態，提高運行可靠性與穩定性，滿足實際運行需求。

參考文獻：

[1] 周子懿.串聯式凸輪連桿組合機構的分析及設計探討[J].科技風，2016，（16）：137.