机械系统设计论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇机械系统设计论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

通过我们多年使用舞台吊杆机械的经验,我们认为泰州长江影视工程设备厂生产的产品，性能最稳定，安全最可靠，已经被上百家剧院采用。其运用了蜗轮蜗杆减速系统、材质为锡青铜，磨擦系数小，传动效率高。有防冲顶保护、上下限保护。滑轮为镀锌防跳绳花轮，安装不须焊接在滑轮梁上，如焊死，以后维修、调整极不方便。长江影视设备厂的滑轮都是用抱箍罗栓固定。当吊杆升、降至某一位置时，ABS抱死系统立即断火紧锁马达，这样确保吊杆停至此位置下滑系数最小,安全性达到最高。且强弱电分开控制。

所以在这里设计了舞台机械的具体参数:

A、景物吊杆技术参数如下：

电机功率：2.2KW吊点数：4个

升降速度：0.27m/s杆体长暂定：16米

电机转速：1400转/分速比为：40：1

提升荷载为：400KG杆体为钢管

控制方式：点控

该型吊相具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB.

吊杆杆体用两根Φ50黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

B、灯光吊杆技术参数如下：

电机功率：3KW吊点数：4个

升降速度：0.18m/s杆体长暂定：14米

电机转速：1400转/分速比为：50：1

提升荷载为：600KG杆体为?50黑铁管吊杆

控制方式：点控

该型吊杆具有上下限位，冲顶保护装置。制动形式：蜗轮、蜗杆自锁，电磁抱闸。噪音≤45dB。

吊杆杆体用Φ50；黑铁管焊接成吊杆，中间接头内衬钢管。最后均刷防锈漆两遍，外层喷黑色油漆。

舞台机械设计原则

（节选）1、钢结构

a)所有承重的钢结构件，其结构刚度大于1：1000

b)钢结构件应设计合理，钢结构及其接头应能承受最大额定载荷和由紧急停车造成的冲击载荷；

c)钢结构件所用材料应符合有关标准；

d)钢结构焊缝须符合有关规定，主要焊缝应进行无损探伤检查；

2、吊物与卷扬装置

①卷扬机卷扬机上的电动机和制动器应联合动作，只有电动机电源接通时，才能许可制动器打开；万一制动器打开，而电动机没有接通电源时，只许吊杆（负载）静止或低速下降；

②卷筒组件

卷筒直径不小于钢丝绳直径的30倍；

卷筒用优质灰铸铁或厚壁无缝钢管焊接并经精确机械加工而成；

钢丝绳屿卷筒绳槽中心线的夹角应中于2.5度；

卷筒组件应设计防止钢丝绳在负荷或松驰状态下跳槽的装置。

③滑轮

滑轮的节圆直径，不应小于钢索直径的28倍；

滑轮及滑轮组应采用滚动轴承支承；

滑轮及滑轮组应有防止钢丝绳脱槽的保护装置。

钢丝绳与滑轮的偏角不超过2.5度。

④钢丝绳

悬吊钢丝绳应为带有人造纤维芯的软钢丝绳；

预先检验：供货时所有的钢丝绳均应分批测试；

现场处理：钢丝绳在安装期间应小心处理，不能以任何方式技术打结或损坏；受损或变形的钢丝绳不予接收。所有切断头都应妥善处理；

安装：钢丝绳不应与设备的固定或移动部分磨擦，在有损坏或卡住风险的地方，应采取正确防护措施；

悬挂支承：穿过顶楼的转向滑轮或在其它需要悬挂支承的地方，钢丝绳应在滑轮上进行支承。

⑤钢丝绳配件

钢丝绳配件应采用表面镀锌的标准配件；

钢丝绳配件规格尺寸与钢丝绳匹配；

使用钢丝绳夹的地方，每个接头至少使便用3个正确安装的绳夹。

3、吊杆

a)吊杆采用圆管杆或桁架杆，管子或构架应平直、无扭曲变形；

b)管杆采用优质无缝钢管制造；

c)杆的接头应尽量少，接头采用实心圆棒与管子配合；

d)悬吊钢丝绳的端头用单独安装于杆上的调节装置进行调整；

e)管端：管端应配有带醒目颜色的永久性塑料帽或钢封头；

4、限位、定位、超程开关

a)限位及定位开关

i.行程终止限们开关：行程终止限位开关应能测出设备正常行程绺并使之停车；

ii.中间定位开关：在合适的地方配置中间定位开关和减速开关；

iii.直接碰撞限位开关：行程终止限位开关也可选用直接碰撞限位开关。

b)超程限位开关

超程限位开关：所有电动设备都应安装单独的超程限位开关，以防行程终止限位开关发生故障导致机械损伤。

4、电动机

篇2

1.1机械设计业务模型探索

机械设计的过程中需要对机械控制功能进行全面的分析，只有把握住机械控制功能，才能对机械功能进行全面的分析，提高机械设计业务管理水平，为机械业务模型控制和优化创造良好的平台。在新的机械业务管理链条控制下，需要对信息流进行优化控制，才能提升机械设计的综合管理控制能力，为机械综合控制管理创造良好的内部条件和外部条件。机械设计的过程中业务模型优化需要从价值链角度出发，对模型化管理工具进行全面的分析，实现对管理工具的全面控制，提升对机械管理工具的综合管理能力。

1.2通过IT工具实现机械设计的模型优化

随着信息技术的发展，机械设计所利用的IT工具越来越多，因此要从云计算、互联网、大数据等角度出发，充分发挥机械工具的控制管理要求，保证新兴IT技术能够在机械设计中得到全面的应用。IT工具在业务需求控制管理的过程中需要进行流程化管理，确保权责控制能够符合机械化的具体要求，实现机械的流程化管理和控制，提高对机械控制管理的总体需求，在具体实施的过程中需要从价值创造和管理效率角度出发，实现机械设计的管理模型优化，为管理方案的探索和优化创造良好的条件，通过搜集整理和数据管理分析，保证机械设计能够符合管理决策控制的要求，实现机械系统的全面优化。机械设计中需要通过软件诊断和经验分析等手段，保证模型能够按照机电一体化控制的要求进行系统设计。机械设计咨询与机械设计软件和机械设计软件服务融合在一起的，需要按照一体化管理和控制的具体要求，积极推进机械系统的综合控制管理，从机械模型主脉出发，积极稳妥的推进机械系统优化控制。机械设计软件本身就是一种模型，因此管理模式存在固化现象，需要从全面预算管理的角度出发，解决机械设计中出现的问题，对机械系统进行全面的风险控制，保证机械系统设计符合模型化的具体要求。

2机械设计管理模型控制和优化

机械设计管理过程中需要从全面预算管理的角度出发，控制和优化机械设计的方案，提高机械模型的综合控制管理水平，对范式有效控制具有积极的作用，通过对机械业务的全面控制，才能对管理模型进行优化，提高对机械系统的综合管理水平。

2.1机械设计中多业务模型控制

机械设计过程中需要对不同的功能进行不同的分析，确保功能业务能够被全面的掌控，实现对机械设计的管理模型优化，让参数能够符合机械设计中多业务管理的要求，提升对多业务模型的综合控制管理水平。机械设计要和参数及控制点紧密结合在一起，实现对情景的有效匹配，为机械控制管理和模型优化创造良好的条件。机械系统多业务模型控制管理的过程中需要从风险控制角度出发，按照管理模型的综合管理要求，提升机械系统的优化管理要求。

2.2机械系统设计的质量模型控制优化

机械系统设计的过程中需要建立完善的质量管理和控制体系，通过对质量模型的优化和管理，实现对算法的全面管理，让机械系统设计能够符合质量标准要求，机械系统的质量控制与机械系统的效率是紧密结合在一起的，只有把机械系统的质量和系统的模型融合在一起，才能提升机械系统的综合控制管理水平，质量控制需要从机械元件出发，对每个元件进行机械模型优化，提高对机械模型的控制管理水平。机械系统模型设计与质量控制要从不同的方案出发，建立完善的质量控制管理体系，为模型管理创造良好的内部环境和外部环境。在机械设计平台中植入质量管理方案，可以实时对机械系统的质量进行监控，确保机械系统的质量管理能够符合质量控制的具体要求，实现对模型的全面分析和优化，对模型应用具有重要的作用。机械系统设计质量控制与机械系统模型管理是紧密结合在一起的，需要从不同的方案设计出发，提高机械系统的管理控制能力。

3机械系统设计模型控制和管理机制

机械系统设计模型控制要从模型管理的角度出发，加强管理机制建设，提高对机械系统的控制管理水平，为机械设计系统的综合管理创造良好的条件。

3.1机械系统设计模型控制

机械系统设计需要从机械控制角度出发，建立完善的机械模型，保证机械系统能够得到全面的运行。机械系统设计模式控制需要遵循一定的规范，全面提升机械系统的综合控制、管理功能。机械系统功能模块设计过程中要从技术创新出发，确保CAD解决方案能够符合功能设计的总体要求，从机械系统操作角度进行模型控制，按照机械资源管理器的控制理念，提升机械系统的资源控制和管理能力，为机械系统更好的管理文件创造良好的条件。机械系统要实现高质量的模型控制，必须要从资源管理角度出发，促进机械系统模型优化管理工作。机械系统设计要和零件设计、部件设计紧密结合在一起，形成工程模式管理，全面优化机械系统的综合功能，提高机械系统的优化控制和管理功能。机械系统模型设计过程中需要建立一套完整的动态管理界面，减少不必要的操作流程，提高机械系统设计的控制管理能力。机械模型设计中要从特征模块出发，建立完善的标准控制管理系统，通过特征模型设计，可以实现对其标准的优化和控制，实现零件系统的信息共享。机械系统设计控制模型优化要与调用标准紧密结合在一起，形成机械配置管理的模式，从部件设计、零件设计、工程图角度出发，确保机械系统设计能够符合机械控制管理的具体要求。机械系统设计中需要通过不同的参数组合和变换，提高机械系统的综合控制管理水平。

3.2机械设计模型管理机制设计

机械设计模型管理机制要从信息资源共享角度出发，建立完善的信息共享平台，提高机械设计的信息共享能力，为其更好的实现机械控制创造良好的平台。机械设计模型管理中要利用先进的工具，通过互联网进行协同控制和管理，保证机械系统能够得到全面的优化，为机械系统的管理模式创新创造良好的条件。机械设计中信息管理机制建设需要从文件控制管理角度出发，通过实体模型优化控制，确保互联网信息能够协同工作，在机械部件设计中进行参数信息管理，使设计能够符合机械控制管理的具体要求。通过智能零件技术能够实现系统的自动重复设计，保证智能零件能够符合创新技术方案设计的具体要求。机械设计模型与管理模式要紧密结合在一起，确保管理模式能够符合机械设计平台设计的管理要求，从不同平台实现信息资源的共享。

篇3

2.教学手段和方法仍存在不足。虽然CAI等教学课件的引入提高了课堂容量和课堂效率，但从培养学生能力尤其是创新能力上看，效果不显著。

3.重视理论，重视知识的培养，重视教师的主导作用，因而对综合分析能力、实际应用能力、创新能力的培养不足，学生主动学习精神较差。

二、机械设计系统教学法研究

系统教学法是以具体机械设备（项目）为背景；以学生、项目和实际经验为中心，而不是传统的教师、教材和课程。把整个课程内容在一台具体机械设备上得到有机的整合，使机械设计各章节内容与课程体系衔接地更加紧凑、顺畅。学生开始接触课程就了解了科 学、严谨的设计思想。教师在授课过程中根据相关章节的零部件在机械设备中的作用，通过结合具体实物讲述，使学生对相关内容零部件的作用产生较高认识，对每一个零部件的理解与选择，必然会达到“学有所用”的要求。系统教学法课堂理论教学以改变过去传统单独各章节的分散学习，知识体系杂乱无章，使学生出现“知其然不知其所以然”的现象。通过对这些基本内容的学习去掌握有关的设计规律和技术措施，从而使学生具有设计其他通用零部件和某些专有零部件的能力。系统教学法特点：①系统性。整个课程内容作为一个系统，每个章节内容作为要素。②典型性。具体机械设备包含大多数机械设计课程的知识。③目的性。学习通用机械零件的设计与选型。④科学性。根据学生理解具体情况，灵活掌握、实施教学。⑤直观性。设备结构和各个零部件的作用一目了然。⑥应用性。应用书本理论直接解决设备失效的问题。⑦关联性。充分体现各个零部件相互关联关系。

三、机械设计系统教学法实践

“系统教学法”的核心是一台具体机械设备，具体如何实施教学，可以根据具体情况灵活掌握。设备应具有形象化、具体化的特点，与传统教学中的举例有本质的区别，是把整个课程知识作为一个系统，而系统又是以一台具体设备而体现的，各章节的知识通过设备零部件的设计和选型来学习。设备零部件具有形象化、具体化的特点，以提升绞车作为一台具体设备实例教学。课程教学前，学生首先通过视频了解这台设备的用途，然后到实验室参观，让学生确实感受到设备的外形。教师上课根据视频首先介绍其工作原理以及各个部件的功能和作用，让学生清楚认识到学习这门课程的目的就是要学会这台机器的设计。在教学中要始终贯穿“使用场合—失效形式—受力分析—强度计算—结构设计”这一主线，本课程的学习分成三个单元进行，机械零件的疲劳强度设计和主要零部件，诸如齿轮传动的强度计算、轴的设计、滚动轴承的选择及组合设计、螺纹连接的强度计算及螺栓组连接的受力分析等内容列为重点内容作为减速器的重要组成部分，作为第一单元知识，在课堂上重点讲授；而把比较易于理解的某些章节，如机械零件常用材料和选择原则、过盈连接、摩擦轮传动等列为一般性内容，安排学生自学。第一单元———减速器。①减速器原理。强调是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，是一种相对精密的机械，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。设计减速器时，应根据工作机的选用条件、技术参数、动力机的性能、经济性等因素。②齿轮。通过视频和图片，让学生理解齿轮的失效形式，然后讲解制造齿轮需要材料和热处理、齿轮的受力和强度计算、齿轮的加工精度和效率、齿轮的和齿轮的设计、材料、加工热处理。③轴。根据减速器中轴具体结构进行教学，还要结合齿轮的结构和受力分析讲授轴的结构，对轴的设计、材料、加工工艺、热处理和精度公差要结合实际详细讲解，并对轴的失效形式和国内外最新维修方法进行介绍。④键连接。结合减速器的齿轮和轴进行教学，解释键的作用，重点学习平键和花键的选型计算和实效形式，其他类型的键作为扩展知识进行介绍。⑤轴承。结合减速器的轴系，解释轴承的作用，介绍轴承的种类，重点学习轴承的选型计算；结合减速器的工作特点学习轴承的和实效失效形式。⑥螺栓连接。以减速器箱体的各种螺栓为例，学习螺栓连接的种类、应用特点和使用场合、预紧力的作用、防松的措施、引伸学习螺栓的强度计算和提高强度的措施。第二单元———提升绞车其他部件。①联轴器。首先根据提升绞车介绍各个联轴器的作用，重点学习联轴器的选型设计，联轴器的种类以自学和课堂讨论为主。②刹车器。教师简单介绍提升绞车中刹车器的作用和类型。第三单元———机械其他知识。①带、链和蜗轮蜗杆传动。学习这部分知识时，要把这三章内容进行整合，改变过去按章节分别教学的方式。首先采用对比法进行教学，就是以齿轮传动为参照物，重点介绍三种传动的特点、应用场合，然后再分开单独学习。②摩擦、磨损及。学习时以减速器为例，讲解摩擦和磨损的危害以及的作用。重点学习剂的选用和方式。③机械零件强度。结合齿轮、轴和轴承的失效形式，学习材料的疲劳特性；结合齿轮、轴和轴承的工作中的受力形式，学习交变应力特性。要通过具体减速器齿轮、轴和轴承的失效案例，使学生掌握零件疲劳破坏的危害。

篇4

课程设计论文准备

（1）课程设计（论文）开始前应准备好教学大纲、任务书和指导书等必要

的教学文件，以及教学参考资料、范例等。

（2）在满足教学大纲和教学基本要求的前提下，课程设计选题应使学生得

到较全面的能力训练，达到培养学生实践技能的目的。题目的深度、广度和难度要适当，使学生能在规定时间内完成任务。必须明确每个学生独立完成的部分，做到参数、指标或侧重点不同，避免因工作任务雷同而出现抄袭现象。

2、课程设计（论文）指导教师的配备和职责

（1）指导教师应在课程设计（论文）开始时向学生下达任务书并公布具体

考核方式。

（2）指导教师应检查和监督学生的出勤、工作进度，保证足够的指导时间，

对学生遇到的问题要及时指导，注重启发、引导、鼓励学生提出独立见解，适当组织讨论，充分发挥学生的主体作用，发掘学生的创新潜能。

（3）指导教师应认真审查学生完成的设计论文，客观公正地评价学生成绩；

将课程设计论文资料整理齐全，按要求存档，并填写有关报表。

3、课程设计论文的任务书和指导书

（1）课程设计（论文）任务书和指导书由指导教师拟订、撰写，经系主任

审查后，在布置课程设计（论文）任务时印发给学生。

（2）课程设计（论文）任务书的内容应包括：设计（论文）题目、已知技

术参数（题目背景）、设计（论证、调研）要求、设计（分析）方法、指导教师与系主任签字。

（3）课程设计（论文）指导书应包括设计步骤、设计要点、主要技术步骤

和关键分析、方案比较内容等。

4、成绩评定与资料归档

（1）学生课程设计论文完成后，由学生按要求装订成册，指导教师应组织

评审。课程设计论文成绩根据学生的考勤、课程设计论文完成质量综合评定，其权重由教学基层单位确定。成绩采用五级分制评定。

（2）指导教师在课程设计论文工作结束后填写《内蒙古科技大学课程设计

（课程论文）工作总结表》。

（3）课程设计（论文）成果及相关材料由学院保留四年。对于优秀课程设

计（论文），保管期限可适当延长或移交学校档案室存档。

课程设计论文要求

课程设计论文的内容应包括：

1．封面

2．任务书

3．目录

4．正文

（1）．论文题目；

（2）．技术参数、设计步骤；

（3）．设计理论分析方法

（4）．设计结论及其分析

5．参考文献

注意：绝不允许课程设计论文雷同，一经发现全部计为零分！ （即便课程设计的内容相同或相近，在文字叙述中也要有自己独有的文字表达出 来，所有的图都要自己画，一旦发现报告中出现网络下载的图片取消成绩） 课程设计论文的格式要求：

论文使用A4纸打印，中文字符一律使用宋体，西文字符一律使用Times New Roman字体

一级标题采用小三号字加粗，两端对齐，段后空一行；二级标题采用四号字加粗，两端对齐；三级标题采用小四号字加粗，两端对齐；正文采用小四号字，两端对齐，1.5倍行距，首行缩进2字符。题目、目录、附录、参考文献等标题采用小三号字加粗，居中对齐，段后空一行。

图标题应在一级编号下顺序编号，如图1.1、图1.2、图2.1、图2.2??，居中置于图的正下方，段后空一行。

表标题应在一级编号下顺序编号，如表1.1、表1.2、表2.1、表2.2??，居中置于表的正上方，段前空一行。

页眉采用五号字居中注明“内蒙古科技大学课程设计论文”字样，页脚采用五号字居中标注页码（摘要和目录采用罗马数字，其它采用阿拉伯数字）。

（1）篇幅

课程设计论文的篇幅为3--4千字左右。

（2）装订

论文按封面、任务书、目录、正文、附录、参考文献的顺序装订成册。

篇5

通过合作学习，使学生在新的教育模式下能从书本系统的观点和复杂的理论知识中去发掘和分析关于机械产品设计的特点和规律，增强其整机和系统的设计能力，从而掌握一定的复杂机械系统开发设计能力。因此，传统的以讲授式为主的课堂教学，不与实际联系，很大程度上已经不适应该课程的教学，存在缺陷有：教学内容相对滞后，讲授内容与实际脱节，较为空洞，讲授方式单一，使学生对课堂的参与度低。我们要引入合作学习，那么我就应该明白以下要点。

一、引入合作学习的动因

合作学习（cooperative learning）是20世纪70年代初兴起于美国，并在70年代中期至80年代中期取得实质性进展的一种富有创新和实效的教学理论和策略。由于它在改善课堂内的社会心理气氛，大面积提高学生的学业成绩等效果，很快引起了世界各国的关注。

在引入合作学习的过程中，我们更应该从实际情况出发，达到完美的结合，不能囫囵吞枣。我们要明白合作学理的理念，对它在深入理解的同时，运用到我们的实际的教学中来。改变我们当下在《机械系统设计》实际的教学中那些理论知识不能联系实际生活，生硬的书本知识不能满足当下社会发展，枯燥滞后的教学模式不能适应学生需求诸多矛盾。

二、合作学习对《机械系统设计》教学的实际运用

1.书本知识的划分和学生的划分。首先，根据我们的教学大纲，需要学生掌握的科学知识进行科学的划分。只有那些不能适应社会发展需求的部分进行剔除，拿更多的时间给学生，让他们了解该学科的前言科技发生的日新月异的变化和这门学科研究方向，才能让学生树立正确的奋斗目标。其次，就是学生人员划分。按照通用的划分标准：兴趣爱好分组；按感情友谊分组；按特长搭配分组。

2.具体的合作学习环境设定。首先，课前，针对即将展开的知识点，预先需要学生准备的关于知识点的扩展知识告之每个学生小组。让他们根据得到的综合信息，在根据自己小组的组员特长进行科学的分工，最后把每个组员得到的信息汇总。其次，课后，各个组员把自己负责的知识点和扩展知识的解答，通过其他小组的合议后完成的论文或者小报告，汇总交给教师作为评价的依据。

3.评价。评价应该包括教师的评价和学生的自我评价。首先，教师根据学生对个知识点和扩展知识解答的报告或者小论文进行评价打分，该部分应该占总分的比例为65%；其次，是教师对每个学生在实际学习过程中进行打分，比例应该占总分的5%；再次，就是每个学生组的组长根据组员对该组的贡献进行打分，该分占总分的20%；最后，每个组员根据合作学习对知识的掌握程度给彼此打分，占总分的10%。

4.效果分析。为了检验将合作学习教学模式引入到实际教学中对学生知识点的掌握和能力的培养方面是否起到提升作用，将该引入合作学习的教学模式引入到 2004 级（1）班机械工程及自动化学生的《机械系统设计》的课堂实践中并追踪问卷调查，问卷调查表显示，将合作学习引入该课程的教学过程是有效的，它在很大程度上激发了学生学习的积极性，提高了学生在整个教学过程中的参与性。

对未将合作学习教学模式引入《机械系统设计》教学的 2004 （2）班机械工程及自动化学生和将合作学习教学模式引入教学的2004级机械工程及自动化学生共 100 名学生进行了问卷调查，问卷1主要测试学生的学习积极性，合作意识，创新意识。问卷 2 主要测试学生对该课程几个重要知识点的掌握程度。

图2 知识掌握从图一中可清晰得出这样的结论，在将合作学习引入《机械系统设计》课堂教学后，学生各方面能力都有较为明显的提高，尤其在合作意识、学习积极性和创新意识方面有了大幅度提高。

从图二说明了将合作学习引入课堂教学后，学生对本门课的几个重要的知识点掌握程度有所提高，但其中对操作系统设计和冷却系统设计知识点提高相比较而言较小，还应在该知识点多思考教学模式的改进，而传动系统设计和控制系统设计，由于学生有先学课程《机械设计》的基础，所以掌握程度较前提高较大。通过课堂实践证明，将合作学习教学模式引入机械专业课《机械系统设计》，有助于调动学生学习的积极性，有助于培养学生的合作意识和创新意识，更有益于学生对知识的掌握。

三、在引入合作学习过程中我们应该注意的问题

在引入合作学习《机械系统设计》教学中，虽然解决了目前我们在固定模式教育的弊端，但是有很多问题值得我们思考和重视。

怎么样在分组上做到科学化，避免有的个人主义较强的学生的反感情绪尤其重要。如果在实际操作运用中，教师一旦把握不好就会有这样那样的矛盾产生，是课堂不和谐因素存在的可能。

其次合作学识原本主旨是打破学生与学生不能充分交流，积极发挥团体的力量解决一系列问题。这中间教师怎么样去保护个体的积极性，怎么样去发现对学科有独到理解的学生，并加以培养。教师还是科学地掌握团体与个人的矛盾，不去回避。

参考文献：

篇6

本文主要讨论了旋转运动柔性梁实验平台的设计。首先介绍了实验平台的总体结构，对其中的机械系统部分和控制系统部分做了简单介绍和说明。然后重点介绍了机械系统的结构设计，对结构中的各组成部分进行了设计，并绘制了相关0件的工程图。

关键词：柔性多体动力学；旋转柔性梁；实验平台；结构设计

The mechanical system design of experiment platform for rotating flexible beams

Abstract：The flexible arm has been the most direct application for flexible multi-body system dynamics analysis and control theory. Because it had characteristics of simple physical model and easy to computer models and physical tests, the flexible arm has become a key subject for the development of the next generation robot, aviation and aerospace technology.

篇7

一、引言

随着信息、处理、计算机技术的发展，人们对于机器能够仅仅获取以一些平面的二维视觉信息越来越不满意，人们设想借助计算机的技术，能使机器人真正能“看到”精彩的三维世界。计算机技术、视觉传感器技术、摄像技术以及立体视觉理论的发展，利用视觉传感器来获取环境图像，并用计算机实现对视觉信息的处理，从而形成立体视觉，逐渐使这一设想变成现实[1-4]。本文采用了目前国内外进行机电一体化系统设计时最常用的虚拟样机技术，基于3D数字化设计平台UG，采用赫尔姆霍茨模型作为参考设计了一种新型的具有三自由度的双目立体视觉运动平台，如图1所示。

二、运动学仿真验证立体视觉运动平台的运动空间范围

运动学仿真的目的是为了验证立体视觉运动平台动力模型建模的合理性，检查运动自由度范围是否达到设计指标中要求的“眼睛”左右偏航运动空间范围（±60o）、“头部”俯仰运动空间范围（±45o）。同时通过运动学仿真，还可以检查视觉运动平台动力模型各个部件的之间有没有产生运动碰撞干涉。本文采用机械系统动力学自动分析软件ADAMS对运动平台进行运动仿真分析[5]。

经过运行运动学仿真，可以得知各个自由度的运动空间范围如下：

（一）左偏航极限±60度、右偏航极限±60度、俯仰极限±45度位置，如图2所示

（三）没有发生偏航运动，仰视极限负45度位置，如图4所示

偏航和俯仰运动各个自由度运动范围曲线图如图5，图6，图7所示。从上面各个极限位置、偏航和俯仰运动各个自由度运动空间范围曲线图可以观察到部件之间没有产生运动碰撞干涉现象，各个自由度的运动空间范围达到了设计的要求，从仿真结果也可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械系统结构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械结构设计提供实用的改进和参考依据。

三、驱动电机的输入扭矩分析

要验证选择的驱动电机的输入扭矩是否够，那么要测量俯仰电机和偏航电机的扭矩。在立体视觉运动平台中，电机主要是要克服转动过程中转动头和摄像机等运动部件的负载转矩。运动部件的负载扭矩在ADAMS中通过测量扭矩的方式测量出来，如下图8，图9分别是偏航电机和俯仰电机的负载扭矩。

通过图8和图9，可以知道偏航和俯仰电机的负载是时间连续曲线。当偏航或俯仰运动到极限点时，驱动电机要进行变向运行，负载扭矩的方向也发生变化而出现突变拐点，拐点的值便是负载扭矩最大值，可以得知选择的电机的扭矩是足够的。仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

四、结论

仿真的结果验证了视觉运动平台的俯仰和左右偏航自由度的运动空间范围符合设计要求。根据仿真结果可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械机构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械系统结构设计提供实用的改进和参考依据。

并通过仿真求解出俯仰电机和左右偏航电机的负载扭矩曲线，仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

参考文献：

篇8

中图分类号：G420 文献标识码：A

Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities

ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.

Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability

0 引言

机电一体化系统设计涉及机械、电子、计算机、自动控制及信息处理技术、系统工程、检测传感技术、伺服传动技术等多学科领域，是机械工程专业学科课程群中的核心课程。本课程技术含量高，内容更新快，要求学生能综合运用机械、电子、控制与信息处理等多学科的知识，完成对系统的分析、设计、优化等一系列过程，具有很强的综合性和工程实践性，相比其它专业课程而言，课程建设和教学改革面临更多问题，具有更大难度。

目前课程建设中存在的主要问题有：①教学内容过分侧重于工程科学理论知识的灌输，缺少工程分析设计的实践过程，远远不能满足工程应用要求；②教学模式基本还是传统的以教师传授知识为主，学生被动学习的模式，“以教师为中心，以课堂为中心，以书本为中心” 的单向灌输式教学模式方法仍然占据主导地位，学生动手解决实际工程问题的机会很少。以上问题使得学生理论知识与工程实践相脱离，实践能力和创新能力薄弱，不能适应现代化经济建设和工程技术发展的要求。

1 课程教学改革研究

我校自1999年开设机电一体化专业方向以来，一直对《机电一体化系统设计》课程建设和教学改革进行了不断的探索，现将教学内容和教学模式改革的过程小结如下：

1.1 教学内容改革

高档数控机床和基础制造装备是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》16个重大专项之一，也是国家振兴计划的重要组成部分，因此在教学内容设置上，紧跟这一重大决策，响应国家战略需求，将典型的机电一体化系统――数控专机系统设计专题作为主要内容，在前续课程所讲授的理论知识和工程应用实例基础上，教师指导学生结合工程实例，对机电一体化系统，特别是数控专机系统的设计过程进行较系统完整的学习，并循序渐进地进入实际设计过程，并最终完成数控专机的方案设计和优化、各元部件选型、软件流程图、电气原理图等所有理论设计和功能模块细部设计过程。教学所用的工程设计案例大部分来自学校教师所承担的实际科研项目，如数控电焊专机设计、锥齿轮传动质量智能检测分析系统设计、数控弯管机控制系统设计等，避免了空泛地照搬教材进行照本宣科，而是由教师指导学生在设计过程中自主查阅、了解相关知识，进一步掌握相关技能，并将所学所得结合实际设计过程进行巩固，在此过程中，教师将自己的设计思路、方法和经验毫无保留地对学生进行传授和讨论，从而实现对学生自学能力、创新能力、实践动手能力等机电复合型工程技术能力的培养。这对于在校学生来说是非常难得的学习和实践的机会，也真正体现出课程面向社会需求、面向工程应用的实质。

1.2 教学模式和教学方法改革

本课程是一门面向工程应用，分析解决实际工程问题，对“系统”进行“设计”和“整合优化”的专业核心课程。因此在教学中指导学生始终要以系统工程的角度出发，以整体全局性的高度，对所设计的数控专机进行化整为零、化繁为简的分析，将一个大系统的设计任务分解为各个子系统乃至各个单独的功能模块和功能部件的设计和选型，再经过接口设计，将各功能模块有机地融合在一起，组成一个整体性能高于各部件之和的完整系统。

在教学过程中，始终坚持面向工程应用，以学生为主体的模式，课堂时间主要用于重要理论和技能、关键问题和练习作业的学习和讨论，其余所需知识技能交由学生课后通过图书馆、网络等查阅设计案例、论文、产品技术手册等相关资料和自学完成，同时学习运用一些常用设计工具，并通过作业和小组讨论等方式进行巩固，有疑难问题可提出并在全班进行讨论，最后在教师指点下得出正确结论。这种以具体工程设计任务为教学主线的方式让学生明确意识到课内外所学知识技能在实践生产中大有用武之地，认识到教师布置的作业均是完成设计任务必需环节，从而大大提高了学生的学习积极性，使其在课堂上的注意力非常集中，课后能根据任务所需而主动自发地进行学习和讨论以完成任务，而不再像以往那样由于不明白所学知识具体有何用处而造成理论和实际脱节，甚至产生忽视和厌学心理。在此过程中学生逐渐认识到自己理论知识上的薄弱点和缺少的实践经验，有针对性地学习参考相关理论知识和前人的方法经验，弥补以往知识技能系统的缺失环节，并能及时将所遇到的问题及心得体会在课内课外与教师和同组同学进行交流讨论，最终较系统完整地完成对各相关知识和技能进行总结，并在工程项目中综合应用的过程。

本课程是涉及到机械、电子、控制、信息等多学科知识和技术的一门交叉课程，在课堂教学环节，普遍出现的情况是将本课程作为前续课程中“机”、“电” 、“控制”等学科知识的简单组合和回顾，导致本课程应具有的系统性、综合性、实践性不能体现，与其余专业课程间也无法形成科学合理的承接脉络。改革教学模式和方法后，以整个工程设计过程为主线，将所涉及到的各学科关键理论知识，进行系统性逻辑性的梳理，形成清晰的脉络和层次，并指导学生在完成设计任务的过程中，有意识地综合运用所学知识、工具和技能，达到学以致用的目的。

例如，在讲授“机械子系统设计”章节时，把握住“各子系统有机融合”这一本质，让学生不仅掌握书本上陈述的对机械系统的性能要求等知识点，更要明白这些要求的提出不是孤立地从机械系统本身稳定性、快速性、准确性等性能指标出发，而更要从控制系统、伺服驱动系统与机械系统有机结合的角度来看待。通过运用经典控制理论中的时域分析和频率分析两种方法，了解机械系统参数中系统阻尼比和无阻尼固有频率这两个最基本的参数，对机械系统参数变化引起的控制性能变化的过程、原理进行分析推导，同时通过课堂上采用MATLAB对系统进行设计与仿真的实例演示，使学生了解这一控制设计领域的经典工具，经过教师指导和课后自学，掌握该软件的基本使用方法并在设计中加以运用，从而将控制工程领域的相关知识、技能与机电一体化系统设计任务紧密联系起来。

又如，在进行“伺服驱动系统设计”章节的教学时，通过课堂讨论和课后作业，让学生将伺服驱动器、变频器等驱动系统，以及交直流伺服电机、步进电机、力矩电机等常用伺服电机的性能、特点、应用场合、性价比等主要指标逐一进行分析和比较，针对数控专机任务要求设计合适的驱动方案，并查阅技术资料，完成电机选型计算以及电机与驱动器的接口设计，从而将前续课程所学的机电控制知识通过设计任务进行系统完整地运用。

再如，在“控制系统设计”环节，教师通过简要讲解和演示PLC梯形图编制、单片机编程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高级语言编程驱动运动控制卡等控制实例，使学生了解各控制系统的软、硬件组成及其设计过程和设计方法，课后自行查阅资料，对各种控制系统的优缺点、最新应用现状和发展趋势进行分析总结，设计出合适的控制方案，并在课堂演示实例基础上，学习运用相关工具，进行初步的控制系统软、硬件设计。

运用以上教学模式和方法，使学生在系统性地了解基础理论和技术的基础上，迅速地掌握关键理论知识和必要技能，并有效地在工程设计项目中加以应用，在培养学生自学能力、创新能力和理论联系实践的能力方面颇有成效，为其今后的工程应用和技术研究工作打下了良好的基础。

2 结论

我国政府在2006年初已将建设创新型国家确立为一项重要的战略目标，高质量的工程科技人才正是建设创新型国家的重要力量。我国高校机电一体化专业必须积极面向社会的迫切需求，以培养能满足产业需求、具有较强创新能力和综合能力的机电一体化科研技术人才作为最重要的工作目标。本文对机电一体化专业的核心课程――机电一体化系统设计的课程内容建设和教学模式方法改革进行了探讨，提出了面向产业需求、面向工程应用、以典型机电一体化系统――数控专机设计过程为教学主线，以学生为主体，以学生参与实际设计的过程为教学重点等改革措施，以期逐步构建科学合理的课程内容体系和教学模式，实现培养学生的工程素质、提高学生实践能力和创新能力的目标。

基金资助：重庆市重大教改项目“以培养学生工程设计能力为目标的机械工程系列核心课程教学改革研究与实践（09-1-005）”

重庆理工大学高等教育研究立项项目 “《机电一体化系统设计》课程教学改革研究（2010009）”

参考文献

篇9

一、引言

随着信息、处理、计算机技术的发展，人们对于机器能够仅仅获取以一些平面的二维视觉信息越来越不满意，人们设想借助计算机的技术，能使机器人真正能“看到”精彩的三维世界。计算机技术、视觉传感器技术、摄像技术以及立体视觉理论的发展，利用视觉传感器来获取环境图像，并用计算机实现对视觉信息的处理，从而形成立体视觉，逐渐使这一设想变成现实[1-4]。本文采用了目前国内外进行机电一体化系统设计时最常用的虚拟样机技术，基于3d数字化设计平台ug，采用赫尔姆霍茨模型作为参考设计了一种新型的具有三自由度的双目立体视觉运动平台，如图1所示。

二、运动学仿真验证立体视觉运动平台的运动空间范围

运动学仿真的目的是为了验证立体视觉运动平台动力模型建模的合理性，检查运动自由度范围是否达到设计指标中要求的“眼睛”左右偏航运动空间范围（±60o）、“头部”俯仰运动空间范围（±45o）。同时通过运动学仿真，还可以检查视觉运动平台动力模型各个部件的之间有没有产生运动碰撞干涉。本文采用机械系统动力学自动分析软件adams对运动平台进行运动仿真分析[5]。

经过运行运动学仿真，可以得知各个自由度的运动空间范围如下：

（一）左偏航极限±60度、右偏航极限±60度、俯仰极限±45度位置，如图2所示

（三）没有发生偏航运动，仰视极限负45度位置，如图4所示

偏航和俯仰运动各个自由度运动范围曲线图如图5，图6，图7所示。从上面各个极限位置、偏航和俯仰运动各个自由度运动空间范围曲线图可以观察到部件之间没有产生运动碰撞干涉现象，各个自由度的运动空间范围达到了设计的要求，从仿真结果也可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械系统结构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械结构设计提供实用的改进和参考依据。

三、驱动电机的输入扭矩分析

要验证选择的驱动电机的输入扭矩是否够，那么要测量俯仰电机和偏航电机的扭矩。在立体视觉运动平台中，电机主要是要克服转动过程中转动头和摄像机等运动部件的负载转矩。运动部件的负载扭矩在adams中通过测量扭矩的方式测量出来，如下图8，图9分别是偏航电机和俯仰电机的负载扭矩。

通过图8和图9，可以知道偏航和俯仰电机的负载是时间连续曲线。当偏航或俯仰运动到极限点时，驱动电机要进行变向运行，负载扭矩的方向也发生变化而出现突变拐点，拐点的值便是负载扭矩最大值，可以得知选择的电机的扭矩是足够的。仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

四、结论

仿真的结果验证了视觉运动平台的俯仰和左右偏航自由度的运动空间范围符合设计要求。根据仿真结果可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械机构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械系统结构设计提供实用的改进和参考依据。

并通过仿真求解出俯仰电机和左右偏航电机的负载扭矩曲线，仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。

参考文献：

[1]唐新星.具有立体视觉的工程机器人自主作业控制技术研究[j].吉林大学博士论文,2007,(12):10-11.

[2]贾云得.机器视觉[m].北京:科学出版社,2000,(4):1-10.

篇10

随着近年来人类科学技术水平的加速发展，特别是计算机软硬件性能的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法不断得以更新。机械设计作为一个具有几百年历史的技术领域，也在世界科技进步的大潮中获得了新生。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。

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，我们可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

一、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。

系统化设计思想于上世纪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，制定了设计的一般模式，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，制定出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。

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。具有代表性的系统化设计方法有设计元素法、图形建模法、“构思”―“设计”法、矩阵设计法、键合图法，等等。

二、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。

这种方法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。

这种方法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（连接和配合部），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。

这种方法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。

根据机械零部件的连接特征，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连接；

4）具有模块化结构和模块化元件的连接，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时，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。

三、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。

四、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，我们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。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。

机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。我认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且涉及系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。

参考文献：

［1］邹慧君，蓝兆辉，王石刚，郭为忠机构学研究现状、发展趋势和应用前景.

［2］基于WEB的计算机辅助机械创新设计系统研究..计算机类.计算机应用.

［3］机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.中国.其它.创新论文.

［4］唐林，邹慧.君机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.机械科学，2006，9，18.

［5］雷永刚，彭颖红，阮雪输.机械产品概念设计：综述与分析.武汉大学学报，2006，9，13.

［6］刘晓叙，陈敏.机械产品绿色设计理念.机械设计，2006，4，12.