机械概论论文范文

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第1篇

可变功能机械系统由不同的分功能组成，且功能间会发生耦合。笔者基于FBS概念设计模型对可变功能机械系统进行研究，先将各分功能独立，分别建立自顶向下的设计模型，即先对功能进行分解，由功能-行为映射求解得到相应的行为层级结构，分析相应的行为模型，得出映射层结构方案。可变功能机械的FBS模型详解如图1所示。在研究可变功能机械系统时，本研究将分功能到行为和行为到结构的映射并行研究，功能总和代表了各分功能不同模型的集合，系统实现其中一个功能时，另一个分功能处于待用模式，为加以区分，用功能符号“F”+“i”（数字）代表分功能序号，用“or”（或者）连接各分功能。之后本研究建立分功能的层级结构及相应的功能分解模型、行为过程层级结构及其行为过程模型，最后进行映射求解。这种并列的设计过程存在交集，即这些分功能间具有耦合性，系统的功能分解有部分相似，例如当农用拖车的连接器连接不同的耕作设备可以完成不同的生产功能，施肥机可以进行移动施肥，洒水机完成浇灌工作等，系统的动力功能和传动功能并未发生改变，改变的仅是执行端的功能。本研究将相似的功能结构和行为结构以及方案层的具体实施构件组合用虚线连接，代表它们之间存在的特殊联系。为具体表达该设计过程中的模型联系，基于经典相似理论中对序结构的定义，本研究将系统要素按一定组成规律、一定顺序出现的序列结构称为序结构，序结构与系统有着紧密的联系。根据可变功能机械系统概念设计层次，笔者对序结构进行特征分析，分为功能序结构、行为序结构以及方案序结构。由于篇幅原因，本研究仅对功能分解和行为结构的序结构表达进行描述，并构建相似模型。

2相似模型构建

2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似，功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值，建立相似模型，从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来，用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式，功能的表达需满足：（1）能根据给定要求表示设计者的意图；（2）能准确描述满足设计要求的设计对象；（3）能被定性或者定量地评价，并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息，每个功能要素都有其输入和输出，因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序，即功能序。本研究将功能序的关系进行分类，分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系，并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中，功能是一个模糊而粗糙的概念，而行为相对而言更为具体，能激发设计者的灵感，引导设计者保证三大流（即物质、能量、信息）的有序流动，不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法，本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构，较为简单；组合行为由基本行为构成，包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等，这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接，行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种：①串联顺序关系；②并联同时关系；③选择发生关系。

2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知，不同类型、不同层次系统存在一定的序结构，当系统序结构存在共同性时，系统之间出现相似特性，相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升，反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性，本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统，若是没有相似性即相似度为零，那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合，不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后，为每个序进行编码，用eik表示序要素的集合，要素包含属性和特征值，属性由所属功能或者行为的输入输出流决定，i是分功能编号，k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定，相似度以q表示，相似序个数决定的相似度为q1，影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一，主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模，系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达，计算可变功能间的相似性，设机械系统共有两个可变分功能，特征参数取自输入输出流的类型和数值，如功能的能量类型和所代表的数值等，对整个系统进行相似模型构建，并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下：（1）分别对分功能系统进行层次划分，建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型，对应的序结构统计如表1所示。

3实例分析

笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究，选取如图6所示的机床作为研究对象，通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔，扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出，这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析，首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型，所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现，在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述，根据所建立的序结构模型，通过分析相似要素应用公式（1~3）得到系统功能级的相似度数值。

4结束语

第2篇

这种从理论到实训实践的传统教学方法的最大弊端是课程理论性太强。由于学生专业基础，工程基础和知识基础都不扎实，再加上现在高职学生的学习积极性普遍不高，造成学习起来很吃力。即使听懂了也不知道怎样才能应用到工程实践上，怎样去解决实际问题。为了提高学生的学习积极性，让学生更能够听懂，达到更好的教学效果，很多人都在《机械设计基础》课程原体系的基础之上进行了教学改革研究。其课程改革综合起来包括：整合课程内容，拓宽知识面，增加信息量的改革1；采用精讲多练、加强自学、分析讨论三环节相结合，以启发式教育为主的教学方法改革2；利用现代教学手段，增强教学的直观性的改革3；重视实验教学，使学生学有所用的改革4；搞好课程设计，培养学生的综合技能的改革等等5。通过这些教学改革，教学效果得到了较大的提高。但并没有摆脱从理论到实践的框框，理论性太强，应用理论解决问题太少，学生学起来还是很吃力。

2.本教学改革的教学模式

本教学改革的基本要求是将从理论到实践的传统的《机械设计基础》课程教学模式，转变成以学生的设计项目做引导，整个教学过程都围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行教学。其教学过程，就是一个学生要完成自己的设计项目，老师要通过教学，指导学生完成其设计项目的过程。而学生的设计项目的内容就包含《机械设计基础》教学目标的内容。老师根据设计项目理论性的问题进行讲解，对方法性的问题进行指导。学生通过自己的努力，去完成自己的设计项目，以这种方式最大程度地去完成《机械设计基础》的教学任务和目标。具体来说学生的设计项目要包含有《机械设计基础》课程中大多数的内容。包括各种简单运动机构，如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法及设计过程；包括各种传动机构，如带传动、链传动、齿轮传动等传动机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括机械中的轴、轴承、联轴器、离合器、弹簧、连接件等常见通用零件的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括有机械系统总体设计的设计原理和方法，如传动方案的确定、原动机的选择、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算。虽然这个项目不可能把所有的机构和零件都包括进去，但可通过老师的介绍，掌握大多数的设计原理和方法后，学生可根据自己的设计项目去选择具体设计内容。这种项目引导化的教学模式具体以以下步骤来完成：

3.教学模式的实施

（1）学生的设计项目我们给学生的设计项目就是设计一个简单的将产品从一个地方转到另一个地方的产品运送机。其结构简图如图二所示。图二设计项目简图这个设计项目几乎包括了《机械设计基础》课程中的大多数内容，包括机械系统总体设计、带传动设计、齿轮设计、离合器设计、轴设计、工作机的机构设计、连接的键设计、轴承选择设计、螺钉选择设计等。学生把这个项目设计出来后，《机械设计基础》中要掌握的内容都掌握了。我们不主张分组进行设计，而是每个学生都给这样的机器产品项目设计，但每个学生工作机的运动参数，如功率、转速、工作机工作的方式不一样。这样每个学生都要去完成自己的设计项目，都学到了机械设计的原理和方法，避免了吃大锅饭的现象。（2）学生的知识储备学生拿到设计项目后，开初由于没有知识储备是不能完成设计项目的，需要老师进行教学，使学生有足够的知识储备后才能进行相关的设计。如学生获得的设计项目，都含有工作机的机构设计，传动设计中的带传动设计、齿轮设计，输入和输出轴的设计，轴轮连接的键设计，离合器设计等等设计。老师在进行教学时，先进行各种类型设计的知识介绍，让学生先进行知识的铺垫，理解和掌握了这些知识后，才进行后续相关设计。比如，在完成工作机的设计时，老师先围绕学生要完成的工作机的机构设计，介绍各种机构的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，以进行自己的机构设计。再比如，在完成带传动和齿轮传动的设计时，老师也先围绕学生要完成的带传动和齿轮传动，介绍各种带传动和齿轮传动的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，学生也才能进行自己的传动设计。其他的设计内容的知识储备也按照这种方法来完成。这样学生就可以知道自己的设计内容用什么原理和方法去完成，学的知识究竟用来干啥，用来怎样解决具体问题。（3）学生设计内容的选择学生通过老师对项目中的每个内容进行讲解后，就掌握了这方面的知识，就可以选择这方面的知识去解决自己的问题。比如老师讲解了机械系统总体设计的设计原理和方法后，学生就可以进行总的传动方案的设计、原动机的选择设计、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算，确定出该项目机器的各基本参数。又比如老师讲解了带传动的工作原理、设计原理和设计方法后，学生根据自己项目的要求选择自己所需要的带传动的种类，进而进行具体的带传动设计。再比如，老师讲解完了机构的种类、工作原理和设计原理后，学生就可以根据自己的设计项目的工作方式和特点，选择符合自己工作机要求的运动机构，进而进行相应的运动机构的设计。（4）学生完成自己的设计项目学生选择出了符合自己项目工作特点的设计原理和方法后，就可以进行自己的具体设计。包括系统总体设计、带传动设计，齿轮设计、各轴设计、连接键设计、轴承选择设计、离合器设计等等的设计。主要是要完成其设计过程，计算出各零件相应的尺寸参数，进行各尺寸的校核，画出相应的设计零件的零件图，最后写出一部完整的、符合要求的设计说明书。学生在完成设计过程中，可以按照老师介绍的方法和过程来完成，也可以通过查阅资料，用不同的方法来完成，也可以相互讨论来完成，但最终要独立完成自己的设计说明书。（5）学生对自己的设计进行阐述、答辩学生的设计说明书完成后，可以通过主动申请或老师指定同学来进行阐述、答辩。阐述是说明自己的设计是采用什么设计思路完成的，整体和每个具体机构和零件是怎样进行设计的，采用的设计原理和设计方法是什么，最后达到了什么效果，还有哪些不足需要改进的地方等等。答辩是学生对自己的设计进行阐述后，学生和老师都可以根据他的设计过程、原理和方法提出各种问题，让他进行解答。这样，通过学生的阐述和答辩后，更加巩固了所学的理论和设计方面的知识，了解了自己哪方面需要进行改进，还需要增加哪些方面的知识，怎样改进可以达到更好的设计效果。虽然不可能每个同学都进行答辩，但参加的同学越多越好。（6）老师的点评与打分同学完成阐述和答辩后，老师都要对同学的设计、阐述和答辩进行点评，指出哪些方面是搞得好的，哪些方面需要进行改进，采用哪种方案可以获得更好的效果等等。最后根据每个同学的设计的情况和效果进行评价，评价结果作为期末成绩的主要依据。

4.效果分析

(1)改变了传统教学的弊端本教学的项目化引导的教学改革模式，实施的是一种从学生获得设计项目，到老师指导学生完成项目，再到学生具体完成设计项目，最后到学生描述自己的设计项目的过程。整个教学过程就是围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行的过程，就是学生要完成自己设计项目的知识准备的过程，就是一个老师要指导，学生要具体完成自己的设计项目的设计过程，就是一个有目标的有的放矢的过程。这就很大程度地改变了传统《机械设计基础》课程的空洞的理论教学模式，学生学起来就没有这样枯燥，会更感兴趣，就会有更好的效果。(2)改变了传统的学习弊端本教学改革模式改变了以老师讲解为主，学生在课堂上听老师讲解为辅的这种传统的学生被动的学习方式，而是以学生的设计项目来引导，具体的设计实践来带动学生的学习方式。这样学生的整个学习过程就是要具体去完成自己的设计的过程，就是一个有的放矢的过程。这样的学习就容易达到比较好的效果。(3)学生的作业达到了更好的效果本教改模式改变了传统的老师课后布置作业的为作业而作业的作业方式，而是将完成老师布置的设计项目作为每个学生的作业。项目完成的过程，就是作业完成的过程。在完成自己设计项目的过程中，涉及到的知识问题和方法问题，学生可以去查资料，去相互讨论，去问老师。这种边设计边掌握相关知识，边设计边进行知识积累，边设计边完成自己的“作业”的作业形式，更能达到知识的巩固的作用，更能达到作业效果。（4）达到了更好的实训实践效果本教改模式改变了传统的理论课上完后，单独进行课程设计的实训实践体系，将课程设计的内容，融合到了教学过程中。这种上课开始就将设计的实训实践项目交给学生，让实训实践过程在整个教学过程中完成，将实训实践和理论教学有机的结合起来的教学过程，更能体现在实践中完成理论的学习，更能实现理论和实践的统一，更能达到更好的实训效果和教学效果。

5结束语

第3篇

1．1机械制造系列课程体系改革

在以往的教学改革中，普遍存在偏重于一门或者几门学科的现象，这往往导致教学效果的不理想。而机械制造是一门系统性极强的课程，在教学内容设计、教学方式的选定等方面都存在可塑造性。所以首先应该对教学计划有个宏观上的把握，不断优化教学设计，扩展和更新知识内容，培养学生的动手能力。

1．2机械制造系列课程内容改革

在机械制造系列课程改革的准备工作中，机械制造系列课程的体系改革是其中极为重要的一个环节，因为体系建设关系到实践工作中每个环节的完整衔接，同时也影响到各个因素在发挥作用的过程中的有效性。因此，做好机械制造系列课程体系改革应该被上升到一定的理论和实践高度。首先应该对机械制造工艺中的重要的加工方法有个初步的认识，在机械的装配和机械精度的概念上有一个宏观的把握。其次是通过机械制造系列的学习之后，能够从理论上加深对机械制造知识的认识和理解，对机械制造的工艺系统、工艺方法、工艺过程以及工艺质量都有充分的认识。［2］

2．实习基地建设

2．1实习基地建设的必要性

实习基地建设有利于学员更好地把握对制造实践认知的客观规律的把握，实习基地建设同时也是模块结构在分层次教学中的一项有力教学方法，它能够使实习内容由传统的单一型向综合性转变，真正实现实习方法由示范型和验证型向设计性和开发型的有效转变。实践教学是提高应用型人才综合素质的有效手段，也是保证机械制造系列课程得以有序进行的重要保证。近年来，世界各大企业越来越注重复合型人才的培养与选拔，这在一定程度上也反映出教学实习基地建设的重要性，因为这一环节能够加强学员的实践能力、应用能力以及创新能力等综合素质的培养。

2．2实习基地建设方法

目前我国的机械制造系列课程在体系建设上已初具规模，但是在实习基地的建设方面还存在诸多问题，在探索实习基地建设的道路上应该加大力度。在分析了我国实习基地建设上存在的不足之后，针对这些问题，有以下解决措施，在实际工作中应从以下几点指导措施入手，以便更好地健全和完善管理体系［3］。首先是在政策导向与政府部门的推动机制方面，应该鼓励企业为学院建立稳定的实习基地，在政策和舆论上予以积极的引导。其次是在合作形式方面，学校应该与相关企业建立机构健全、管理层次清晰、分工明确、组织成员具有权威性和代表性的合作组织机构。最后是在诚信机制的建设上，应该发挥情感联络的巨大潜在作用，督促企业做好员工的思想工作，兼顾教学与生产的平衡性。

3．结语