机械结构分析与设计篇1
关键词:机械结构分析与设计;教学方法;教学内容
中图分类号:G427文献标识码:a文章编号:1009-8631(2010)04-0115-02
机械结构分析与设计(也称作课程)是机械设计制造类、设备类等专业的一门专业技术基础课程。它不仅要求学生掌握一定的结构基础分析,更要求学生具有一定创新设计的能力。
近几年,在围绕这门课程的教学内容和方法上各个学校教师都进行了多种改革,但仍然存在不少问题,例如:这门课程与其他课程的联系不够紧密,教科书各章内容独立,教学设计只重视结构不注重设计,学生学习没有创新思想,理论与实际脱节等。针对以上存在的问题,结合笔者在教学过程中的经验,从整体出发,作出了有意义并有效的课程整体设计。
一、课程设计思路
本课程开设的时间跨度一般为两个学期。它是由理论基础课程向专业课程过度、承上启下的一门课程。因此它必然是在院校机械设计制造类、机电设备类专业工学结合人才培养模式下,通过社会调研、邀请行业企业实践专家对该专业所涵盖的岗位进行工作任务和职业能力分析的基础上开发的一门课程。
本课程设计贯彻了教学过程理论与实践相结合、学习内容与职业岗位要求相结合、“从做中学”的原则,突出实践导向,按照应用知识的方式来进行学习。本课程在内容安排上,注意从感性到理性,从形象到抽象,从局部到整体再到局部,符合人的一般认知规律。在教学方法上突出任务引领和行动导向,促进学生多元智能发展,强调综合职业能力培养,使学生掌握正确的学习和工作方法,树立良好的职业意识,为其职业能力进一步发展奠定良好的基础。
二、课程目标
1.专业能力目标
(1)学生了解机械部件的拆卸和装配的全过程,会使用机械拆装工具对部件进行拆装和调整。
(2)学生能识别典型机械零部件,并能解释机械零部件的功能、工作原理、技术参数及其运动方式。
(3)能分析与设计一般复杂程度的机械传动结构。
2.方法能力目标
(1)初步学会通过多种途径、运用多种手段收集完成工作任务所需要的信息
(2)从学习和生活中发现机械结构问题,提出探究方案,与他人合作,开展调查研究,提出解决问题的对策并实施。
3.情感目标
(1)养成求真务实、认真细致的工作态度,爱岗敬业、吃苦耐劳的职业道德。
(2)能自主学习,会思考,能够通过认真细致地观察,发现、分析和解决问题。
(3)能与他人进行交流和沟通,有较强的团队协作精神。
三、教学内容的设计
本课程的学习对象为大一的新生,经过近几年对学生各方面的调查,发现高校大一的高职学生在知识技能和学习方法以及心理上都存在着几个方面的共性。在知识技能方面,高中基础知识掌握的不牢固,特别是数学和物理等科目;在学习方法上面,学生以往所受的教育是填鸭式的教育。因此,缺乏自主学习的习惯,对老师的依赖性过强,查阅资料自己完成任务的能力比较弱;在心理方面,大一新生对新事物比较好奇,学习兴趣比较高,但做事比较随意,兴趣容易转移。针对高校学生的这些特点,在这门课程的内容设计上应重点从学生的兴趣入手,通过任务引领以及项目教学方法使学生通过学习达到课程教学目标。
1.通过社会调研、与企业专家合作设计出合适的学习情境,并根据每个学习情境的内容设定项目任务,学生每学习一个学习情境,必须要完成相应的一个或几个任务(如表1)。
2.加强各科目之间联系,重视创新设计
我校机械结构分析与设计的前继课程有机械制图,同时开始的课程有cad、ug、互换性与技术测量基础等课程,后续是专业性课程。笔者主要是利用创新设计来要加强这些科目之间的联系。
首先,学生在完成各个项目所规定的任务之后,要根据各项目内容通过实地考察、网络收集等方式确定各组创新设计的题目。
其次,学生在进行创新设计中,要进行方案设计、可行性分析、任务分配、实物模型制作等内容。设计结果要求出二维和三维图形,与机械制图、cad、ug等课程联系起来。
最后,创新设计要求学生进行成果汇报,学生可以使用ppt、动画、视频等对自己整个设计过程进行汇报,并回答学生们和老师们的提问。
学校专门开设有创新设计的选修课,对于一些比较优秀的同学或设计,会给予物质等方面的资助,并推荐参加全区或全国创新设计大赛。通过创新设计这样一种方式,培养学生团队协助、理论联系实际、勤于思考动手等能力。
四、教学方法的设计
机械机构分析与设计课程有专用的实验室和电化教室,在教学过程中采用视频、动画等方式像学生展示机构的组成;利用项目分组、任务驱动方式提高学生学习兴趣与动手能力;利用虚拟动画、实践拆装提高学生对机构的认识;利用学校网站资源帮助学生课后复习与自学。这些教学方法的使用主要是加强学生对理论知识的应用与实践,培养学生运用基本理论与知识解决实际问题的能力。
五、考核方式
本门课程常规的考核主要是期末考试的方式,这种方式仅限于学生对书本理论知识的考核,遏制了学生设计能力方面的发展,因此,在考核方式方面做如下设计:
考勤10%+项目考核50%+期末考试40%+加分(创新设计)
项目考核考查要点及评价方式如表2所示
本门课程的整体设计,是笔者在近几年教学基础上总结出来地,但鉴于条件有限,实施过程中还有很多不令人满意之处。展望以后的教学改革,笔者还是认为必须从学生分析问题和解决问题的能力方面着手,把本课程真正变成一门设计课程。
参考文献:
机械结构分析与设计篇2
机械结构的设计要素，是机械结构设计中最为重要的环节之一，其中涉及的理论基础与技术应用也是最为复杂的。那么，在实际的机械结构设计中，需要进行怎么样的实施方法才可以保证机械结构设计符合要求呢？第一,机械结构设计的几何要素分析；机械结构设计是一项非常精密的设计技术，由于机械的零部件之间的咬合与安排都需要非常精密的位置关系设定。因此，对于几何要素而言，是机械结构设计中必不可少的。由于机械的零件通常有不同的面，那么在进行设计的过程中，就需要进行完善的考量，才可以保证在零件的不同接触面上，都可以进行合理的安排。第二，机械结构构件之间的联接要素；以上对于单个零件的设计问题进行了分析，那么实际上在进行机械结构设计过程中，零件之间的联接问题才是最为重要的。对于不同零件之间的功能面如何进行有效的联接，才是机械结构设计的重点要素。一般情况下，在进行机械结构设计过程中，零件之间的联接分为两种情况。第一是零件之间的直接联接，第二是零件之间的间接联接。不同的联接方式，在设计方面就需要进行周全的考量。其中，直接联接设计中，需要重点考量零件之间的功能面的缝隙问题。如何可以讲摩擦降到最低，从而降低功能损耗。再者，就是间接联接，间接联接一般需要考量联动轴的设计。第三，机械结构设计中构件的材料要素；在机械结构设计中，零部件的材料选择是非常重要的，尤其是不同设备中的不同位置的零件安全，也起到了至关重要的作用。一般情况下，一些易磨损的位置，需要安置耐损耗的零件，以此来保证机械设备的正常运行。
2运动力学在机械结果设计中的应用
以上对于机械结构设计的特点和要素进行详细的分析，从而可以明确在机械结构设计中，需要注意的事项以及材料的选择。那么，在技术层面上，如何才可以保证机械结构设计的高效性和安全性呢？那么就需要在技术理论层面上进行适当的改革与创新，从而保证在设计的过程中，满足对机械设备的质量要求。
2.1运动力学在机械结构设计中的必要性分析
由于传统的静态力学已经无法满足现有市场对于机械设备的要求，而且在机械结构设计的过程中，依然存在动态力学分析，尤其是在力矩呈现非线性变化的情况下，就需要进行相应的运动力学分析。因此，在机械结构设计的过程中，适当引用运动力学，是机械结构设计的发展方向，尤其是在计算机技术发簪的今天，运动力学在三维模拟与仿真中也可以得到相应的开发。
2.2运动力学在机械结构设计中的技术应用
运动力学在机械结构设计中主要有两个方面的应用，其一是在零部件的联接方面。零部件的联接可以是直接联接，也可以是间接联接。两者是存在一定的差异的，当然运动力学在设计中的应用也会有所不同。利用力矩的变化，通过计算不同联接点的摩擦力和压力，从而可以了解到不同的节点的压力和零件的材料选择等。这些重要的选择性指标以及力学运算，都是通过运动力学进行核算的。也就是说，在技术层面上，运动力学是决定零件的选材和位置安排的。其二，在机械使用过程中的损耗问题也需要运用到运动力学理念和技术。行动损耗与摩擦损耗，通常是最常见的损耗现象，而利用运动力学理论就可以根据运动做功来计算机出损耗系数，并对损耗的程度进行相应的预判，进而对损耗位置进行安置，从而实现了科学选材的特点。总之，充分利用运动力学，是保证机械结构设计的基础，也是未来的发展方向。
3结语
机械结构分析与设计篇3
【关键词】有限元；分析软件；机械
由于现代社会对计算机技术普遍使用，有限元分析工程设计与分析也随着得到了重视，最早将有限元分析方法运用起来是在求解线性结构问题上，对结构场和流场的有限元分析结果实交叉迭代求解，在Cae软件上藕合场将是其以后的进展方向。机械开发商即使消耗大量的资金在软件功能上，还是不能更好的满足顾客的需求，为此机械开发商必须清楚了解了顾客的实质状况才能针对性的对软件运用创新的有限元计算方式。既能精确的解决复杂的本构行为，又能更好的适用于材料在快加载速度下的断裂问题。增强机械加工数据处理功能，研究开发求解非固体力学和交叉学科的Fea程序，为可视化图形技术开发提供了强有力的工具。有限元方法形态相当丰富，新产品设计与产品开发的需求越来越严格，有限元分析技术正逐步的大量用于机械软件中。anSYS是最为通用和有效的商用有限元软件之一，利用虚拟成形试样产品等功能而通过机械动态优化设计，使产品能快速响应市场.并在最短的时间内以较高性能价格比的产品占领市场，是当今企业得以生存和发展的关键环节。
1结构优化设计与有限元法
有限元法其实就是将整体的系统进行分解，分别对每个环节进行相似的解答，应用有限元方法将工作运行中的桨叶按正规方式进行组装，就产生原有系统的分析，经过网格的划分与分析等计算步骤得出类似的系统，这就形成了相应的数值模型。优化问题是通过优化模型的建立，运用各种优化方法，通过迭代计算，得到最优设计方案。目标函数以最小化的函数，依据尺寸、制造费用等性能准则，设计变量通常包括几何尺寸、材质、载荷位置、约束位置等，根据设计变量的准则来判断设计的模型响应参数项通常包括内力、位移等，机械结构常采用51mo采集方式进行模态分析。信号采集不可避免地含有噪声信号。在信号采集过程。
2有限元分析法在机械制造中的具体应用
2.1在机械结构系统中的应用
有限元分析法计算机械结构系统受到外力负载结果，判断是否符合设计要求。由于机械结构系统的几何结构相当复杂，负载也相当多，依据理论分析往往无法进行。有限元软件多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置，计算功能支持分布式并行适合于大型机械制造与加工环节的计算。机械加工中处理中建模的顺序也就应该是与命令菜单编排相同的顺序，建立模型划分网格，将不同类型的单元混合使用。在通用后处理器中生成动画，计算结果的变形动画，通过简单的菜单完成，输人参数，然后通过关键点生成梁实体模型。本实验利用了anSYS软件对矩形截面梁结构进行静力有限元分析。熟悉了有限元的建模、求解及结果分析的步骤和方法；同时加深了有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。anSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程，由于它涉及到多方面的知识，所以在学习anSYS的过程中一定要对anSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解以加深对anSYS的理解。
2.2在机械动力学中的应用
建模机械结构的动力学模型可采用试验建模、解析建模及二者的混合建模方法建立。试验建模随着试验模态测试技术的发展，测试精度为机械结构的动特性分析提供了可靠的基础。但是以试验模型进行动态优化设计相当困难。解析模型可利用有限元法等分析途径加以建立，有限元法成为机械结构主要的分析建模方法。但是精度还不能完全满足要求，为充分发挥有限元理论分析的各自优势，用试验模态分析结果检验与修改有限元模型，以动态子结构法为基础，建立结构系统的混合动力学模型。采用试验模态分析修改有限元模型，建立结构系统合理的动力学模型。使其更符合机械结构的实际边界条件。混合建模方法是已成为机械结构建模实用、可靠的建模方法。可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形行为，进行静态和动态分析，让后用于合适的分析类型，进行生存力分析和疲劳寿命预估；析架的实际构造的每个节点都受一个平面汇交力系的作用，计算梅架内某个杆件所受的内力，可以认识析架的概念及计算方法，在机械设计中发挥具体的作用。
2.3机械动态优化优化设计，建立有限元分析模型
设计过程中根据上吊装件在实际应用中的约束情况，启动有限元分析算例，将钢板面、接点、无缝管焊接处等进行仿真模拟约束，可以有效地解决各种约束条件控制的各类结构的尺寸、形状，适用于实际工程结构优化的软件也在发展之中，针对机械优化问题的复杂性，归结为模糊非线性规划，有限元法和试验模态分析方法紧密结合，建立模态坐标和模态综合的理念，这些方法在实际机械制造中得以广泛应用。
2.4有限元分析与机械动力学分析
例如：汽车车轮是汽车的重要部件，他的材料和制造质量不仅直接关系到人的安全，应尽可能减轻其质量和美化其美观。汽车钢圈在使用中强度低面被损坏，具统计表明，轮辐出现裂纹的位置相对也比较集中，由于钢圈受力比较复杂，采用有限元方法，这种补贴贴可功不可没采用自顶向下的建模方法，对原产品研究来发现产品的不足以改进产品，可以说的比较具体的。而我们研究的结果是理论最终指导设计和改进其结构。
随着有限元分析方法在机械领域的不断应用，机械产品要求的也不断提高，有限元分析方法的结构动力学分析高速压片机的振动、噪音问题，推动机械产品质量、稳定性和生产效率的提升。通过介绍重要部件的有限元仿真计算处理，克服了有限元分析软件的CaD功能较差的缺点，提高了机械设计的效率，这些软件对于大型工程机械的设计制造都有一定的现实意义。
参考文献：
[1]张力主编.有限元法及anSYS程序应用基础，北京：科学出版2008.，
[2]刘扬，刘巨保.罗敏编著.有限元分析及应用[m].北京：中国电力出版社，2008.
[3]刘洪文主编.材料力学第四版[m].北京：高等教育出版社，2004.
机械结构分析与设计篇4
关键词：机械结构；优化设计；应用趋势
随着现代科学技术的发展，市场产品竞争也越来越激烈，产品品种的换代速度加快，产品的复杂性在不断增加。所以产品生产正在以小批量、多品种的生产方式取代过去的单一品种大批量生产方式[1]。而这种生产方式，肯定会缩短产品的生产周期，产品的成本也会降低，产品提高市场的占有率和竞争力也会提高。所以在机械结构设计中采用优化设计是满足市场竞争的需要。
1机械结构优化设计方法
目前，机械结构优化设计的应用已经应用到各个领域，很多的机械产品在设计中都会采用优化设计，才用优化设计能解决结构重量扩展到降低应力水平，还还能改进结构性能以及提高产品安全寿命等问题。
对机械结构的尺寸优化设计的应用方法有：用遗传算法对空间杆桁架的杆截面进行尺寸优化，从而得到空间桁架较好的结构。对一些结构的形状优化设计方法有：用数值解法计算机械产品的形状优化，并采用数学规划的方法进行形状优化设计。下面介绍下在振动机械优化设计中的对比分析：
筋板在连接结构的内壁，能提高其抗弯和抗扭刚度；对开式截面的结构，作用很明显；而对闭式结构作用影响不大。筋板作为壁板加强时，刚度作用增强，能抵抗局部变形。
无论采用何种优化方法，在迭代过程中求解目标函数和约束函数的值是必不可少的，在一些方法中，需要求解目标函数和约束函数的1阶甚至2阶偏导数。这些约束函数往往是结构的性能要求，如结构的应力、位移、频率、稳定性、可靠性等，这些性能经常是设计变量的高阶非线性函数。如果采用经典的力学公式能获得满足工程要求的结果，则在优化过程中，不断调用这些公式计算当前函数值或导数值，就可以完成优化迭代。在这样的方法中，由于函数最终表达为显式，因而计算所化的时间和存储量以当前的计算机技术看来是不难做到的。但是，对于复杂的机械结构来说，采用力学公式求解往往就不能胜任了。在有限元等数值方法快速发展的今天，自然被用在机械结构优化的分析中。由于这些数值方法应用广泛，可以求解结构的各类问题，包括静力、动力、弹塑性、热传导等，因此，随着计算机的软件和硬件技术快速发展，在过去经常被视作瓶颈的计算速度和存储量，对于一般的机械结构优化已经不是太大的问题时，机械结构优化中越来越多地采用数学规划+数值计算的模式。这种模式最大的优点是适应性好，使用方便，适合各类机械结构优化问题，包括大型杆系结构、三维连续体和板壳结构以及各种载荷和约束条件下的优化设计。但是，随着优化迭代次数的增加，重分析次数也大幅度上升，尤其对于大规模的结构问题，特别是涉及动力、可靠性问题，如果单次有限元分析的时间就很长，再加上求偏导数时的重分析时间将可能使求解变得过于耗时，以致不可行。
2机械结构优化的应用趋势
结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。近些年来，在结构优化结构算法的方面，结构优化设计偏向于采用接近实际的复杂结构模型来模拟一些大型结构系统，由于设计的变量数目比较大，所以研究新的准则优化方法非常受到重视，但是如何去针对一些特殊的结构才设计相应的公式，解决在数值计算与推导实现的相关问题，同时还可以使用一些机械系统的分解与优化方法，在机械结构优化中，可以按优化多级分解或进行子结构分解，对于一些多学科的较为复杂的系统可以采用学科分解优化的方法。分解的算法关键在于如何去建立各个子问题之间的耦合关系，比如可以通过采用线性分解和使用最优解对参数的灵敏度等方法来建立起耦合关系，让一些子问题的解相容，从而确保迭代收敛，但是问题是怎样保证一定能求解。并采用计算技术应用到结构优化设计中去。像人工神经网络，遗传算法等方法，在最近十余年来被机械结构优化设计的发展很快。它们对连续混合与离散变量的全局优化，这对发展结构近似重分析的专家系统有重要的作用。现在的问题就是该如何去提高优化精度、质量、加快收敛，增加方法的通用性[2]。形状优化、拓扑优化和材料优化的集成在机械结构优化中具有非常重要的价值，是并行结构优化的重要组成部分，也是以后的研究重点。
拓扑优化在结构优化中是重要的参考依据，让复杂部件和结构在概念设计阶段即可理性地、灵活地优选方案，并有可能解决一些大型实际结构优化设计。拓扑优化在研究中所提出的均匀化等方法，可以将形状优化、布局优化和材料选择集成一体，为机械设计结构、工艺和材料提供科学的手段。但是如果要处理一些庞大的优化模型和有限元的计算量非常大，应力需要约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失有可能会引起计算模型病态等问题。
机械结构优化技术在工程机械设计中的具有非常重要的实用价值，如要解决优化设计中有限元模型的庞大性问题、多学科设计与解决结构优化问题交叉问题。对于机械设备、结构和机构的健壮性与可靠性是机械设计时非常关心的问题，综合考虑健壮性、可靠性及成本的全性能优化设计方法、理论及其应用，则会给出更加接近实际的结果，应当应予重视[3]。在研究这类问题中，对包括随机性和模糊性的不确定因素也应当应予注意。为增强优化设计尽可能的为工程实际所服务，进一步开展设计的实用性。所以开发和完善通用性的结构化设计软件已经变得十分迫切。
从近几年来国家自然科学基金所资助的项目来看，单就机械学科相关的优化设计的项目就有将近20项，其中包括广义优化设计，模糊优化，全性能优化设计，分解优化设计，可靠性优化，人机一体化设计与光机电一体化，有机械传动系统性能优化也有基于人工神经网络的复杂结构优化研究，复杂机电耦合设计理论与方法与系统解耦研究以及机电产品的绿色设计方法与理论等，在今年还提出的轧制件模具的现代设计方法，面向产品的创新的概念设计等课题，这些方面的研究充分反映出我国已经非常重视机械设计的研究工作和机械机构优化设计的发展方向[4]。
参考文献
[1]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.
[2]秦东晨，陈江义等.机械结构优化设计的综述与展望[J].工程论坛，2005，（9）：
机械结构分析与设计篇5
关键词：机械零部件性能试验；工程实践能力；创新意识
practiceandexplorationofmechanicalcomponentsperformancetestexperimentalcourse
GaoLiangfeng
Zhejianguniversityofscienceandtechnology，Hangzhou，310023，China
abstract：accordingtothemechanicalcomponentsperformancetestofexperimentalteachingandpractice，makesomeexperienceandlaterimprovementandtentativeidea，tocultivatethestudents'mechanicaldesignconceptsandinnovativedesignconsciousness，soastoimprovethestudents'practicalapplicationabilityofteachingobjective.
Keywords：machinerypartsandcomponentsperformancetest；engineeringpracticeability；innovationconsciousness
机械原理和机械设计的实验教学是课程教学的一个重要环节，对实现课程教学的目标起着不可或缺的作用。它是学生学习机械原理和机械设计、进行工程实践的重要途径，是培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力以及启迪学生创新思维、开拓创新潜能的重要手段。然而随着科学技术的发展和社会的进步，传统实验教学模式已不再适应高等学校培养高素质人才的需要。针对传统实验教学多以验证性为主、实验学时设置不合理等弊端，我院针对机械原理、机械设计课程的内容、特点及要求单独设置了机械零部件性能试验实验课程，相比以前的课程实验增加了学时数，为48学时，实验内容也做了很大的调整。
1编写机械零部件性能试验教学大纲，合理设置实验项目及内容
根据机械原理、机械设计课程内容及以往的实验设置情况，我们主要开设1个认知实验、3个大实验项目。每一大项中再设置验证性、综合性、设计性、创新性的实验内容，以达到巩固专业基础知识的目的，从而进一步培养学生综合设计及工程实践能力，同时也激发学生的创新意识。
1.1机械认知
这个实验主要是让学生参观机械原理、机械设计、机械创新设计陈列柜，通过观察分析各类机构、零部件及创新方法等，使学生对所学课程有更进一步的感性认知，同时激发对所学专业的学习兴趣。
1.2机构分析实验及创意设计
实验主要内容为：（1）机构运动简图的测绘与分析：要求学生分析机构，画出机构运动简图并计算自由度。主要目的是使学生掌握正确绘制机构运动简图的方法及机构自由度的计算方法，理解机构自由度的概念。（2）机构创新设计及模拟：要求学生自行设计机构运动方案，并进行机构组装、调试、运行及改进，最终确定方案。目的在于通过实验使学生灵活运用机构组合、机构演化与变异，创造性地设计、拼接机构。同时也提高了学生的实际动手能力，通过对方案进行结构分析、运动分析、动力分析及实际测定，检验设计的方案是否满足工作要求，培养学生对各种常见机构的综合运用能力及创新设计能力。通过机构的方案设计、机构的组装调试及模拟运行等使学生实际动手能力、团结协调能力得到较好培养，同时也培养了学生的创新意识和创新能力，激发和调动了学生的学习积极性和自主性，以及参加各类机械创新设计大赛的热情。
1.3机械传动性能测试分析及创新组合
实验主要内容为：（1）各种典型机械传动装置并测试参数曲线及分析比较：要求学生分别组装带传动、链传动、万向节传动、蜗杆传动、齿轮传动等测试装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，分析比较运动特点及优缺点。目的是使学生通过组装各种典型机械传动装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，进一步分析比较各类传动的运动特点、优缺点及使用场合。（2）优化创新设计组合传动系统：要求学生创新设计组合传动系统，进行组装调试并测试各类参数，分析比较各类组合的优缺点，最终确定最佳组合传动系统。主要目的在于通过优化创新设计组合传动系统，进一步加强学生对传动系统的合理布置及优化、传动效率的提高等的创新设计意识，巩固学生的机械设计能力与工程实践能力。
1.4机械零部件性能试验
实验主要内容为：（1）减速器拆装及轴系结构分析：要求学生正确拆装各类减速器，画出轴系结构图；了解减速器整体结构以及零部件结构特点和作用；测定减速器主要参数，如中心距、齿轮齿数、传动比、传动方式、判定输入、输出轴；确定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力；观察轴承代号及安装方式；等等。目的在于通过对减速器的拆装、结构分析和对轴系结构测绘的过程，全面细致地观察齿轮减速器的整体结构以及零部件的结构特点，并了解它们是如何综合考虑满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配调整定位要求、密封要求以及经济性要求的，以达到理论联系实际，加深关于结构方面的感性认识，为能设计出较为合理的减速器打下良好基础。（2）渐开线齿轮范成及齿轮参数测定：要求学生用范成法原理加工变位齿轮与标准齿轮；用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数。通过实验使学生掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；巩固并熟悉齿轮的各部分尺寸与参数的关系和渐开线的性质。（3）刚性回转件的动平衡测试：要求对刚性转子进行动平衡测试。通过实验使学生巩固动平衡知识，熟悉刚性转子动平衡的方法。（4）滑动轴承性能测试与分析：要求学生测试动轴承的特性曲线、径向油膜压力分布曲线与承载量曲线等。目的在于使学生了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象；了解滚动轴承、滑动轴承的特性、使用场合及各自的优缺点。（5）轴系结构创新设计：要求学生设计一轴系结构并组装，分析轴系结构设计是否合理，若发现错误或是不合理之处，应修改轴系结构设计方案，并重新组装轴系结构；绘制轴系结构装配图。目的在于使学生熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系；掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构；了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及和密封方式等。
2充足的实验课时，促使学生能深入到每个实验中去
传统的课程实验都是依附于课程的，实验学时往往都很少。如机械原理、机械设计课程实验总学时为14学时，分两个学期完成。由于课时少，只能安排一些最基础的验证性、综合性的实验。在实验中多以教师讲解为主，学生按照教师的指导完成实验，给学生思考摸索的机会很少。现在的机械零部件性能试验课程有48学时，一学年内完成。在设置上增加了一些创新性、设计性的实验。学生对每个实验都能充分投入，对实验仪器、实验原理等都能充分地熟悉了解，实际动手能力得到提高。在设计性、创新性实验上也给予充分的思考时间，以激发学生的创新思维。
3采取以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式，并以多媒体辅助教学
实验教学方法采用以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式。要求学生做好实验预习，对实验中一些零部件的作用以及较为复杂零部件搭接方法采用多媒体进行讲解演示，使学生快速了解零部件功能，同时增加了学生设计方案的时间。每个实验都要求学生自己设计实验方案，经教师检查认可后确定方案的可行性和安全性。在实验中教师给予学生最大的自由度，放开手脚，使学生成为实验的主人。当学生遇到困难时，教师给以帮助或提示，并引导学生主动查找相关资料，从多角度、多渠道去观察和思考问题，不断进行探索和创新。
4教学实践效果
两年机械零部件性能试验实验课程教学，已取得了良好的效果：
4.1充分提高学生学习的积极性和自主性，同时也深化对本专业的感情
传统实验以教师讲解为主，学生多是在教师的指导下完成实验，造成许多知识点学生未能完全理解。通过机械零部件性能试验实验课程，学生在实验室的时间大大增加，能充分将理论知识与实际相结合，理论知识得到了巩固，并促使学生进一步思考与探索。同时对所学专业有了更深的了解，提高了对本专业的学习兴趣。
4.2提高学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，同时也激发了学生的创新意识
实验的设置由简单到设计性、创新性的过渡，促使每个学生都能投入到实验中去。通过方案选择设计、传动系统优化设计、综合性能测试等，使学生将多门课程（机械原理、机械设计、控制理论、计算机语言等）的知识或多项单独开设的实验合成一项综合实验，所学理论知识得到全面系统的复习，同时提高了学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。通过对所设计的方案进行创新优化，能较好激发学生的创新设计意识，充分调动学生的学习创造性。
4.3大大提高了实验设备的利用率及实验室的使用率
实验学时和实验项目的增加，让以前闲置的实验设备都得到充分利用。同时实验室也为学生提供了良好的创新实践活动条件，促使学生积极报名参加各类工程技术创新大赛，并充分利用实验室的资源进行方案的模拟运行。
4.4培养学生认真、严谨、科学的工作作风和团队协作精神
由于大部分实验的实验条件和方法都由学生自己拟订，实验过程中往往会出现理论上可行，但实际做起来困难的情况，有的学生会出现急躁、心灰意冷的状态，指导教师应给予正确的引导和鼓励，使其及时调整心态，正确对待挫折，并积极思考。同时也要求学生能分工明确、互相协作，达到事半功倍的效果。通过实验学生的综合素质得到提高。
5结束语
机械零部件性能试验课程实验已取得了一定的效果，但也存在着一些问题和困难，如教师的工作量加大、实验设备的维护与保养等问题。今后我们将不断进行探索和改革，进一步完善实验学时设置及教学方法的改革。
参考文献
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[2]吕宏，刘大力，杨春梅.谈“机械设计基础”实践教学中学生创新能力的培养[J].森林工程，2012，1（28）：87-88.
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机械结构分析与设计篇6
机械原理是机械系一门重要的专业基础课，它主要研究机械的设计以及力学分析，为机械设计过程中的方案设计阶段服务。由于方案设计在机械设计中占据着举足轻重的地位，所以机械原理就成为机械类学生一门十分重要的课程，也成为考研的专业课之一。
但是在几年的教学过程中，笔者发现，机械原理的讲授内容有很多已经过时，在工程设计实践中几乎没有用处，而我们却花费了大量的时间来做仔细的讲解；而对于工程急需的部分内容，我们却很少涉及；另外，我们过于强调分析而忽视了设计，导致学生学完机械原理以后，甚至简单地以为机械原理只是理论力学的延伸，是理论力学的一种应用；最后，课程设计内容几十年来都在做牛头刨床的力分析。虽然我们也追加了某种机器的方案设计部分，但是因为课程设计时间少，学生实际上把大量的精力耗费在力分析上面，而对于方案设计只是匆匆带过，这实际上混淆了机械原理的主要目的，又起到一种误解作用。
针对上述情况，许多机械原理一线教学的老师都提出了自己的改革方案，有些老师把许多计算机软件如autoCaD，pRo/e，aDamS，RecurDyn，matLaB等引入机械原理的教学中，[1-3]有的对机械原理的内容进行重新组合分块而加强学生的动手部分，[4]有的对于课程设计给定了多种题目，并采用先进的计算机虚拟设计手段来进行课程设计。[5]笔者在上述方法的启发下，也进行了一些教学改革，改革的主要目的是面向工程，希望机械原理能够真正地为工程设计服务。下文对笔者的一些改革进行简要介绍。
一、设计与分析地位的界定
机械原理总体上分为两块内容：机构的设计以及力学分析。机构的设计包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系的设计。而力学分析部分包括：运动分析、速度波动分析、力分析、机械效率、机构的平衡。
在工程师的实际设计中，我们发现，他们很少用到分析的内容，如果用到机械原理，主要是在进行机构的设计。所以，从工程实际应用而言，机构的设计部分应该占据主导地位。但是我们的传统教学却习惯于从分析开始，在介绍了机构的结构分析以后，就花费了很多时间介绍运动分析、力分析、机械效率、机械平衡、速度波动的调节，让学生感觉好像在学习理论力学，只不过把解析法换成了图解法；而对某些内容只是感觉比理论力学处理的对象更多一些，方法都来自于理论力学。学生要到第8周才开始进入机构的设计部分，此时学期已经过半。这给学生造成一种强烈的感觉，机械原理就是理论力学的延伸。显然，这是一个误区，对于学生正确地理解机械原理的核心是不利的。
传统的教学方法对分析部分花费了太多的精力，而实际上，这些内容在实践中用处不大。运动分析这一部分，是当机构处于某个位置时，用作图法把构件的速度和加速度求出来。在实践中需要面对的一般都是整个周期，需要得到整个周期内的加速度，用图解法会相当困难，所以在工程设计中几乎都不会用到这种方法。对于力分析更是如此，力分析要求在运动分析结束后拆分杆组，再用动静法来进行静力分析，过程十分繁琐，在设计实践中不可能使用。换一句话说，这种方法只具有理论上的意义。但这并不意味着这些内容不需要，应该尽量简化，只阐述其思路就足够，并不需要花费很多时间。
对于运动学花费太多的教学时间的结果，导致机构设计部分这个主体内容课时被压缩，学时显得相当紧张。因为没有充足的时间来讲解这部分内容，最后的方案设计部分有些老师甚至都来不及展开，就进入了课程设计阶段。这样，学生甚至都没有弄清楚机械原理就是用来做方案设计的，这对于他们理解机械原理的作用显然是不利的。
有鉴于此，笔者以为，从为工程服务的观点出发，机械原理应该强调设计而适当降低分析的地位。在机构的结构分析介绍完以后，应该马上进入机构的设计部分，以便让学生明白机械原理就是来做机构设计的。应花费11周左右的时间后，对于力学分析部分用3周共6次课左右结束，基本上相当于一次课结束一章的内容。这样，就有充足的时间用来讲解机构的设计内容，使得机械原理的教学内容能够真正对工程设计发挥作用。
二、机构设计部分的讲解方式
机构设计包括两块：简单机构的设计及机械系统的方案设计。简单机构的设计包括：连杆机构、凸轮结构、齿轮机构的设计以及轮系传动比的计算。对于每一块内容，应该分成三个部分来讲解：理解、设计与分析。
理解，就是迅速接受前人在这种机构设计方面所积累的经验。比如连杆机构，第一步就是理解，弄清楚各种连杆机构的关系以及它们在工程实际中的应用；对于凸轮机构，弄清凸轮机构的类型及其应用；对于齿轮机构而言，理解占据最重要的地位，因为齿轮机构的正确啮合条件、无侧隙啮合条件、定传动比条件都是很重要的内容，通常老师都会花费不少精力在这一块内容上面。
设计是主体。连杆机构的设计，是机械原理的重头戏。传统的设计方法是老师用粉笔+直尺+圆规进行的，这实际上很不方便。在实际工程设计中，设计人员不大可能用铅笔、直尺来设计，而autoCaD是他们最常用的工具软件，所以，用autoCaD来进行机构的结构设计是最合适的方式，这使得他们日后在需要时，很自然地就用autoCaD来做方案设计。另一个方面，用autoCaD进行连杆机构的设计比直尺、圆规要优越很多。如刚化反转法是连杆机构设计的重要方法，手工操作十分麻烦，而用autoCaD则轻而易举。基于autoCaD的种种优越性，笔者强烈建议，教师在上课时就直接用autoCaD来进行连杆机构设计的教学，何况在使用多媒体以后，用autoCaD可以放大比例看清楚其中的每一个细节，这都具有黑板教学不可比拟的优越性。
凸轮机构的设计，也建议以图解法为主，此时仍旧是用autoCaD教学。以图解法为主的原因是，这种方法能够清晰地说明原理。而对于凸轮机构的设计而言，弄清楚原理相当重要。至于解析法，把公式推出来后，说明其意义就可以了。齿轮机构的设计则强调是根据中心距和传动比来设计齿轮机构的，这也是设计中最经常出现的问题。
三、课程设计的处理
课程设计通常包括两个内容：牛头刨床的动力分析和飞轮的设计，以及某机构的方案设计。课程设计一般是一周的时间，前者在课程设计中通常要花费4-5天左右，由于时间关系，方案设计只能草草地做两个机构运动示意图。显然，这并不符合机械原理教学的主要目的。
机械原理教学的主要目的是教会学生做方案设计。最后的课程设计内容应该强化这一点，但是现有的教学方式却没有突出这一点。由于把主要时间花费在牛头刨床的动力分析上面，让学生误以为机械原理的主要目的是做机构分析的，这显然并不利于学生对于机械原理主要内容的把握。另外，由于时间的限制，学生对于所做的方案设计基本上只是画出一个示意图，都没有确定一些主要尺寸，这使得方案设计做得很草率。
课程设计同样应该强化机构设计部分，对于传统的牛头刨床的力分析部分，建议使用aDamS来做辅助计算，这是比较实际的方式，一般学生建模结束后，最多一天的时间就可以用aDamS做完飞轮的设计，从而有足够的精力来做机械系统的方案设计。至于方案设计本身如何处理，许多研究者已经提出了较为成熟的改革方案，这里不再赘述。
四、结语
机械原理作为一门重要的专业基础课，从其根本意义上来说，是为方案设计服务的，但是传统的教育模式并没有突出这一点。在授课时强调设计而弱化分析，在设计时突出用autoCaD来绘图而少用手工绘图，在课程设计中加强方案设计而用aDamS来进行牛头刨床的机构分析，这会加强设计的成分，而且所用的方法可以切实在工程设计中发挥作用。本文采用上述方法进行了机械原理的教学改革，取得了较好的效果。
[参考文献]
[1]车焕文.pro/e在《机械原理》教学中的应用[J].中国科技信息，2011（2）：185-186.
[2]陈奇，朱家诚，公彦军.将计算机软件引入机械原理教学的探索与研究[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2011（1）：145-148.
[3]肖启明.RecurDyn在机械原理教学中的应用研究[J].重庆三峡学院学报，2011（3）：135-137.
机械结构分析与设计篇7
关键词：机械原理教学质量CaD人才培养
中图分类号：G642
文献标识码：C
1前言
机械原理一向是机械类专业以及近机械类专业学生的必修专业基础课程，同时其往往是机械类专业学生最先接触的专业基础课程，通过此课程的学习，使学生对机器的工作原理得以了解，同时具有初步的机构设计能力，课程本身对于将学生引入机械领域，培养学生进行机器创新设计能力具有重要的意义。
基于机械原理对学生进行创新设计能力和实践能力培养的需要，机械原理教学体系往往由三大环节组成，即机械原理理论教学、实验教学以及课程设计，这三个环节分别对学生进行理论知识教学、应用能力培养以及综合运用及创新能力培养。此课程教学体系在长期的本科教学实践中获得了认可。
但是，随着科技的发展、本科教学培养目标的转变以及社会需求的改变，传统的机械原理课程教学受到了挑战，出现了学生厌学、教学质量下滑等等现象。如何改变当前的现状，使机械原理课程教学的人才培养功能充分发挥，成为必须面对和研究的重要课题。
2存在问题分析与解决方案
目前机械原理课程体系教学出现前述问题的基本原因在于一下几个方面：首先课堂教学方面教学内容变更少，教学思想更新不够，课堂所授解决问题的手段落后，如不论是连杆机构设计，机构分析等，目前很多院校仍然以图解法为主，而在历史上图解法占据教学重要地位的原因之一是其使用工具简单、便于操作、便于考核，但是随着计算机技术的发展，解析法本应成为机构设计以及机构分析的主要方法，但由于解析法考核不便，因此课堂教学虽然有所提及，单往往也只是作为了解内容进行教学，这导致学生在学习中懒得动脑；实验方面，为满足人才培养要求，目前各院校均开设机械原理创新型实验，但目前机械原理的创新实验平台均受到可用构件的种类、数量以及固定机架的固定方式限制，拼装困难且限制较多，导致学生在实验中难于动手；课程设计环节，则由于机械原理教学内容无法跟上时代，使得机械原理课程设计质量难以得到保证，另外受到网络应用普及的冲击，导致抄袭严重，导致此环节学生更是既不积极动脑也不积极动手。
针对以上分析，提高机械原理教学质量，关键在于调动学生，让其在教学的各个环节中能够“动”起来，这就需要在机械原理课程体系中加入一些学生必须且有兴趣掌握的“现代”的元素，利用这些元素为机械原理课程体系注入新的活力，同时将课程教学体系各个环节相互联系，从而形成一个更能充分发挥人才培养作用的教学体系。
基于以上考虑，商业CaD软件，如Creo，Solidworks、UG等，就成为理想的元素，首先商业CaD软件随着科技发展而不断进步，其往往代表了先进的科技发展水平；其次商业CaD软件本身是用于解决问题的先进手段；对其掌握也是机械类和近机械类专业学生在本科学习阶段所必须拥有的能力；最后，由于计算机在学生中的普及以及计算机软硬件能力的提高，使得商业CaD软件在机械原理教学中推广应用具有了可能。
3引入商业CaD软件的作用和意义
商业CaD软件，以ptC公司的Creo软件包中parametric软件（或pro/e）为例，其兼具有建模、装配、机构仿真、运动分析和动力分析以及简单的有限元分析功能，是目前应用非常广泛的CaD软件。
图1为机械原理理论教学内容与Creoparameteric软件功能及相互对应关系，显然，Creoparametric软件的相关功能正好可以与机械原理课程理论教学知识体系相对应，这使得机械原理与该软件可以实现结合，通过结合，可以让学生通过机械原理课程的理论教学学习到基础理论知识，促进学生学习和掌握现代商业CaD软件的操作，并锻炼通过现代工具软件解决问题的能力。
另外，除了在理论教学外，在实验中，尤其是创新实验中引入Creo软件，则可以打破实验平台限制，有利于调动学生充分发挥创造力，从而更好地实现对学生应用和创新能力培养。
而对于课程设计环节，引入Creo软件，由于学生课程设计的目的不仅是在图纸上展现机器工作原理，更要让其在屏幕中实现虚拟装配和虚拟检验、并进行相关分析，这从某种程度上加大了学生进行课程设计的难度，但也使得学生学习了更多的内容，更重要的是引导学生必须自动起来进行课程设计，这样抑制了抄袭行为，从而使得课程设计充分发挥人才培养作用。
基于以上原因，将商业CaD软件Creo引入机械原理课程教学，对于提高教学质量可以起到催化作用。
4实施方案及效果
将商业CaD软件与机械原理课程教学体系相结合，需考虑两关键点，一是教学过程与商业软件的学习流程应尽量一致，二是在引入商业软件的同时不可偏废基础理论知识的学习和应用能力训练。基于以上两点，提出以下的实施方案：
首先调整理论课教学顺序，目前，机械原理的教学实施方案一般依据教材而定，而目前全国应用率最高的机械原理教材在教学内容安排上有两种方式，其一为机构组成原理机构运动分析常用机构分析与设计机械系统设计机器与机构动力学；其二为机构组成原理机构运动分析机构与机器动力学常用机构分析与设计机器系统设计。这两种教学方案从顺序上与商业CaD软件学习流程不一致，因此，当引入商业CaD软件后，教学顺序应与建模、机构仿真、运动分析、动力分析这个软件学习路径尽量保持一致，因此，可将教学顺序调整为机构组成原理常用机构分析及设计机构运动分析机械与机构动力学机械系统设计。软件与理论课程教学相结合依靠定期大作业实现。大作业的布置一方面遵循软件学习流程、另一方面也要考虑实验可课程设计实施需要。表1所示为理论教学与商业CaD软件结合大作业布置方案。
在机械原理实验教学，一般包含机构运动简图测绘、齿轮范成实验、刚性转子动平衡实验以及机构拼接组装创新型实验，这些实验中可将机构运动简图的测绘实验时间适当后移，然后加入部分机构仿真内容，如对实验机构择其一完成机构建模与仿真，仿真文件作为附件随实验报告一起提交，这样要求有利于提高机构运动简图测绘质量，另外，如果时间合适，可以在机构拼接组装创新实验中加入机构仿真内容，这可以打破实际试验平台的局限性，有利于充分发挥学生的创新能力。
关于机械原理课程设计与商业CaD软件结合，则需从选题、任务量、考核方式等多方面进行考虑，选题方面，由于本文中所提到的软件在机构仿真方面或多或少具有一定的局限性，比如双凸轮机构的仿真就不能很好的实现，有的凸轮机构则建模难度较大，还有如圆锥齿轮，目前常用的建模方法都是简化建模，正因为如此，教师需对课程设计题目的可能实现方案和难度进行把握；其次，尽管引入的商业CaD软件不仅具备了机构运动分析和动力分析的功能，但课程设计的重要目的之一是锻炼学生理论知识的应用能力，因此不应以商业CaD软件的应用完全取论教学所教授运动及动力分析方法，因此，可规定如机构进行运动分析和动力分析，则需要采用教材提供的理论分析方法，包括图解法和解析法，对机构的某一位置进行分析，并将分析结果与软件分析结果对比，通过这个过程锻炼学生运用理论知识应用能力，同时对软件分析和理论分析结果是否正确进行相互检验；最后，考核方式方面，仍然采用答辩方式，并在其中加入机构建模和机构组装考核内容，因为学生中电脑普及率很高，同时机械原理中构件的建模相对简单，因此以上考核内容的加入，并不会给验收考核工作量带来过大的负担。笔者就机械原理课程设计中加入引入工程CaD软件的问题曾在文献中有较详细的论述。
机械结构分析与设计篇8
【关键词】可靠性设计；机械产品；设计原则
机械产品大多是众多学科交叉的高新技术的载体。能否保证产品在运行过程中的安全可靠是机械产品竞争的焦点，这种竞争主要体现在产品可靠性的竞争，可见“物美、价廉”必须以可靠性工程作为后盾。随着我国加入世界贸易组织，机械产品强制认证制度的推行，企业应该保证投放市场产品的质量，这种激烈竞争的状况将使政府部门和企业清醒地认识到可靠性工程在机械产品研发过程中的重要性。
1.机械可靠性简述
1.1定义
可靠性的定义：所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。
1.2发展
可靠性技术的研究开始于20世纪20年代，在结构工程设计中的应用始于20世纪40年代。可靠性技术最早应用在二战末期德国V-Ⅱ火箭的诱导装置上。德国火箭研究机构参加人之一R.Lusser首先提出了利用概率乘积法则，把一个系统的可靠度看成该系统的子系统可靠度的乘积。自从1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。
当前，在确定性有限元基础上发展起来的随机有限元法已成为对随机参数结构进行不确定分析的十分有效的数值方法。张义民等应用随机有限元法和一阶可靠性技术对随机结构可靠性问题进行了研究，开辟了以一次二阶矩法、摄动技术、有限元理论和实用概率统计学为基础的现代结构可靠性分析与设计理论的新途径。
2.机械系统可靠性设计的特点
所谓机械系统可靠性设计指的是设计时就使机械产品具备于规定的时间中，在规定的使用条件下，完成所规定性能的能力与性质。
2.1机械系统可靠性设计预计困难
机械产品具有复杂且多变的失效机理和准确、完整的数据尺寸要求，这导致了机械系统的可靠性较难预计；由于建立机械系统的可靠性模型具有一定的难度，多数依据机械系统可靠性模型的预计手段也难以运用于机械系统可靠性的预计之中。
2.2机械系统故障模式多样化与复杂化
机械制造的材料、具体的结构、载荷的性质与大小对机械系统的故障具有极大的影响，故障模式彼此之间还具有一定的关联性。
为了实现一致的功能，机械结构常采用不同的形式，以达到改变机械产品中关联零部件应力的目标，这就使机械系统可能出现的故障形式多样化。机械故障可引起机械产品损坏、失调、泄漏、老化、堵塞等状况。由此可见，机械的零部件可出现多种故障模式，同一种故障也有可能在不同的部位出现，这大大增加了机械系统故障模式分析的难度与复杂度。
2.3机械零部件通用化与标准化程度低
多数零部件的非标准化导致大部分零部件存在功能与结构上的差别。机械系统设计人员在进行设计时，应当依据其具体的结构、负荷性质及几何尺寸等要求进行零部件的设计。但机械系统可靠性设计由于缺乏制造材料与载荷分布的准备数据，无法编制出具有实用性的机械零部件故障准则。
2.4机械零部件的故障具有不确定性，既有偶然性故障，又有耗损性故障
机械零部件故障分为偶然性故障与耗损性故障2种类型。耗损性故障多与机械的磨损、疲劳以及侵蚀和老化等因素密切相关，是一个渐变的过程。机械的故障率可以用时间的函数表达出来，机械渐变性的失效一般是以极限状态准则加以判断的。电子元器件则以偶然性故障为主，与耗损性故障有着极大的不同，因此用故障率作为常数构建数学建模，对电子元器件进行描述也受到了一定局限。所以为延长机械产品的使用寿命，应当对其进行耐久性设计。
3.机械系统可靠性设计的原则
3.1传统设计和可靠性设计相结合
机械系统传统设计具有安全系数直观、设计简单、易于掌握和设计的工作量较少等优点，且多数情况下能够确保机械系统的可靠性。所以，在对机械系统进行可靠性设计时不可完全摒弃传统设计方法。目前，机械系统可靠性设计较为实际的操作方式是先以传统设计方法对机械的零部件材料、结构、尺寸等加以确定，然后依据与之相应的模型对其可靠性进行定量计算，倘若还不能满足预计的可靠性需求，则可修改机械的结构、尺寸甚至是更换材料，最后再对其进行可靠性的校核，直到能够满足需求。
3.2定性设计和定量设计相结合
由于定量设计无法完全解决机械系统可靠性的问题，故对那些难以定量计算的机械零部件要进行可靠性的定性设计，以获得更加合理与有效的解决方案。所以机械系统可靠性设计工作中，必须将定性设计和定量设计结合起来，先对其进行FmeCa（FailuremodeeffectandCriticalityanalysis）和Fta（Faulttreeanalysis）等分析，找出机械系统当中的关键件与重要件，对产品和零部件存在的重要故障模式以及失效机理进行确定，而后根据不一样的故障模式和失效机理进行定量抑或是定性设计。
3.3可靠性设计与耐久性设计相结合
机械系统应当具备可靠性与耐久性，所以在进行可靠性设计的同时，也应当进行耐久性设计。可靠性设计主要解决的是机械的偶然性故障，而耐久性设计主要解决的是机械的渐变性故障。
4.结语
现在可靠性设计技术越来越受到各行各业的重视，同样可靠性设计技术也应该是我国机械工程学科与行业迅速发展和十分重要的研究方向之一，这种研究可以帮助工程设计人员合理地建立产品的安全容限和控制随机参数对产品安全的影响，使产品的预测工作性能与实际工作性能更加符合，得到既有足够的安全可靠性，又有适当经济性的优化产品。我国在机械可靠性设计领域所取得的相关研究成果吸取了其他学科可靠性工程的优秀研究成果，如：数学力学，土木建筑等。应用这些研究成果对机械产品进行可靠性设计，可以节省大量的人力、物力和-财力，可以提高设计水平，缩短设计周期，对合理安排试验项目，验证可靠性设计的合理性，指出产品的薄弱环节有着重要的作用，可以节省材料，加强质量，减少能耗，降低成本，有显著的经济效益和社会效益。我们团队应用所提出的广义随机有限元法和广义随机摄动法等方法，结合现代数学力学理论，给出了机械产品的可靠性设计、动态可靠性设计、可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计和可靠性稳健设计方法，并研制出了机械可靠性设计的实用软件库，可以为机械行业提供可靠性分析与设计的技术服务。
【参考文献】
［1］可靠性设计、试验与设备[J].电子科技文摘,2006,(12)．
［2］张爱群.浅谈轿车流通领域如何参与国际竞争[J].汽车工业研究,2001,(05)．
机械结构分析与设计篇9
【关键词】anSYS结构设计优化设计
随着科学技术的飞速发展，计算机辅助设计工具在机械工业日益成熟和普及。为了更好的设计和制造机械产品，有限元分析技术逐渐成为计算机辅助设计和指导的重点内容。对于以往的机械产品设计阶段通常采用经验型设计，这种设计用时长，经费高，不再适合新形势下产品开发，目前大部分企业开始采用计算机辅助设计软件来实现新产品的开发。通过应用计算机辅助方法，可以在计算机的虚拟条件下建立零件或结构的模型，对其模型进行应用真实工况的模拟，计算出结构或零件在实际应用中的受力情况，发现产品在设计方面上存在的不合理的地方，及时改进提高，缩短产品开发和制造的时间周期，为企业节省成本。
目前在机械新产品开发和旧产品改进方面，有限元分析和优化设计成为主要设计手段。通过这种分析技术，能够在计算机虚拟条件下改进产品本身的结构设计中涉及的参数，分析计算产品在实际工况下的应力应变分析，利用优化方法对其进行结构改进，使产品在满足产品所需的力学性能和动态性能对的基础上实现产品最合理的结构设计。，从而为以后的机械产品设计提供技术指导。
1anSYS的研究现状
anSYS软件是由美国anSYS公司于七十年代初开发成功的一种有限元分析软件。anSYS能够高效进行结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用anSYS参数设计语言扩展宏命令功能。不仅支持用户直接创建模型，也可与其他CaD软件利用数据接口将CaD软件生成的几何数据传入到anSYS中实现数据共享，常用的CaD软件有：Unigraphics、pro/engineer、Catia、Solidedge、Solidworks等。
目前大部分人对anSYS的利用主要是在参数化建模方面开展，利用anSYS系统自带的建模技术实现机械结构的整体设计，机械设计优化等，这些问题已经有专用模块，使用很简单，对于初学和设计者使用方便，简单。
2anSYS在结构设计和优化中的应用
对机械结构进行有限元分析，需在anSYS软件或者其他CaD软件对实际结构或部件建立有限元模型，运用anSYS软件的分析计算功能得到力学模型在实际工作情况下的任意节点的应力应变分布情况。因其计算结果与真实的分布情况的符合程度较高，在机械产品的许多领域得到了广泛应用。其中数控卷板机是一类重要的应用实例。
目前在卷板机的整体或局部设计中，大部分是利用有限元分析方法对其机身关键的结构及其成形过程进行严格的力学分析分析，用计算机中的仿真分析过程代替对实际结构的分析计算，解决了数控卷板机实际生产中出现的有关结构设计的诸多问题。其中苏猛等通过分析现有的研究成果的不足之处，采用新的研究方法――理论分析与anSYS分析相结合的方法，对水平下调式卷板机的三个工作辊在卷制过程中的力学受力情况进行分析和研究，得出通过改变两下辊之间的中心距来实现加工不同类型板材的可能性，在此基础实现卷板过程的优化。邢伟荣等人详细研究和论述了大型水平下调式卷板机的主要结构及性能特点，然后对卷板机整体或局部结构及主传动方式进行优化改进，通过改进结构设计参数，降低了卷板机的整机重量和生产成本，为其他卷板机整机结构的优化改进提供了参考和技术支持。
近年来，随着最优化技术和有限元技术的日益成熟，在机械工业界各个领域广泛运用有限元对结构进行优化设计。结构优化设计作为一项全新的设计方法，在解决生产中的各种复杂问题时，从不同类型的结构设计方案中得到最合理的结构，减少产品开发周期，降低生产成本。
国内对结构进行优化主要在一些高校开展研究，东南大学的倪晓宇、易红等首先利用有限元法建立机床的力学模型，转化为有限元模型，然后再次基础上对机床床身结构进行有限元静、动态力学分析，得到床身结构的受力情况，其次对机床床身结构进行拓扑优化，最后得到机床床身结构的最优设计，为其他结构的拓扑优化提供依据。浙江大学一些教授利anSYS有限元对普通数控铣床的床身承重结构――立柱进行结构优化设计，首先设计了四种不同的立柱结构，然后分别对四种结构进行有限元分析，得到四种结构的力学分布情况，最后得到在满足立柱力学性能的前提下，床身立柱结构的最优设计。陈庆堂教授选用anSYS分析软件中的结构优化设计模块，在实际结构的基础上建立参数化建模，对模型进行静力学和动力学分析，以实现铣床轴箱结构重量最轻化为目标进行结构优化。王艳辉、伍建国建立了床身的参数化模型，以床身的肋板布置和肋板厚度为设计参数，对床身进行结构设计参数的优化，确定了床身结构的合理参数，不仅大大提高了床身的动态性能，而且节省了材料，降低了生产成本。
国外在利用anSYS和有限元对机械结构的应用展开了大量的研究，这里就不多赘述了。
3结语
由此得出有限元法是一种先进的、有用的数值计算方法，通过应用有限元计算方法可以在虚拟的环境下对复杂的结构或部件进行各种力学分析，其结果与结构的真实受力结果基本吻合，因此我们在以后的设计或者改进机械结构的应用可以广泛采用此方法，也为其他设计方法提供参考。
参考文献：
[1]邢伟荣.卷板机的现状与发展[J].锻压装备与制造技术，2010，45（2）：10-16.
[2]苏猛，张维斌.卷板机三辊力学状态分析[J].煤炭技术，2008，7（1）：6-7.
机械结构分析与设计篇10
机械原理教学方法创新思维一、引言
机械制造业是国民经济发展的基础和支柱产业，我国机械制造业的快速发展，对机械类人才的素质知识与能力结构提出了更高的要求。机械制造企业需要的是既有机械的理论知识，又具有创新精神、团队协作能力与机械产品创新设计能力人才，这一人才需求的变化，使从事机械人才培养的我国大学工科教育必须全方位的改革教学理念与教学模式，迎接新的挑战。因此在机械专业的基础类课程的教学过程中，如何培养学生具有的创新能力、综合设计能力及再学习能力，是摆在我们面前的一项重要课题。
机械原理是机械专业的重要的一门专业基础主干课程，主要涉及的内容是关于常用机构的结构、运动和动力分析及机构运动方案设计。传统的教学模式十分注重各种机构的结构与运动分析等知识的讲解，学生当时虽然学到了这部分的机械知识，但是普遍缺乏创新意识、缺乏发现问题能力与解决问题的能力，往往遇到教科书上没有的实际的机械设计问题，就束手无策。
二、应用案例教学法，将创新思维方法融入整个教学过程中
从心理学角度讲，新奇的事物对学生有特别大的吸引力。在应用案例教学法时，要能针对教学中的重点，进行案例的选择，恰当地设疑，引导学生主动思维，定向探索问题。
在讲解机械原理的基础知识时，我们收集了典型的机构案例，应用多媒体教学手段在课堂上进行模拟再现，并设置问题，这不仅有利于学生感性认识的深化，而且有助于学生进行深入探讨和思考，有利于学生将抽象的机构知识形象化，概念具体化。例如，由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看作是由基本机构加若干个基本杆组组成的。在讲解机构组成理论时，我们先出示了一个送杯机构的结构图，请学生分析此送杯机构能否达到其设计目的，这不仅引起了同学的好奇和争论，也在课堂上设置了思维的发散点，在论述了机构具有确定运动的条件后，要学生运用理论知识分析此送杯机构的设计有哪些问题，提出改进方案。这使学生有了充分的发表自己见解的思维空间，活跃了课堂教学气氛。在此基础上，带学生参观实验室的包装机械和各种机构模型，让学生绘出其运动简图，再在实验台上拼接出来。经过这么一个过程，在学生头脑中，机构组成知识就不再是孤立、静止、抽象的符号与线条、呆板的公式，而是有机的、形象、生动的机构知识，同时领悟了机械原理的基本知识来源于工程实践，这为他们将来进行机械方案构思打下基础，激发了学生对此课程的学生兴趣。
三、构建新型的授课体系，启迪大学生创新思维意识
在进行教学过程中，根据学生学习兴趣与层次的不同，我们采用了灵活的教学方法，把课堂教学、学生分组研究、学生课外兴趣小组指导等方法结合起来。
课堂授课中，除了讲授主要教学内容外，还把机械原理课程的有些章节授课方式与内容作了调整，把机构中的一些理论留给学生自己去“发现”，把传授知识的过程转为由学生自己“发现”的过程，使学生受到科学思维的训练。例如在讲连杆机构时，我们运用多媒体课件介绍了连杆机构在实际工程中的应用和连杆机构的类型后，提出了连杆机构为什么在机械工程中得到广泛的应用？有哪些基本特性？连杆机构的尺寸变化对这些基本特性有何影响等问题。让学生每4～5人一组分组课后研究，每组选定一类四杆机构，自己拟定尺寸，应用三维CaD软件，进行建模和仿真，并作出书面报告。通过三维模拟和分析讨论，学生不仅提高了计算机的应用能力，而且因为亲自拟定机构尺寸，分析和观察了四杆机构的急回特性、压力角等现象以及尺寸变化后对上述特性的影响等，学生享受了“发现”知识的快乐，由于是自己构思、自己模拟仿真，生动形象、看得见、印象深，记得牢。我们还布置了一个小论文，论文的题目由学生自己拟定，内容是收集应用连杆机构的实例，要求观察日常生活、生产实践中，哪些物品应用了连杆机构，要求拍出实物照片，研究的实物用途、满足的功能，作出实物的机构运动简图，说明连杆机构的类型、特点；说明研究的物品应用了连杆机构的哪些特性等，分析物品的设计巧妙之处，还有何不足之处，能否改进等。这激发了学生很大的热情，学生走出课堂收集资料，以前熟视无睹的物体，现在看见其能动，就去捉摸其原理，收集了有玩具、健身器、铰链、电动伸缩门、折叠画架等四十多种例子。同时，让小论文写得较好的学生在课堂上进行演示，由全体学生讨论和评价，这使上台演示的学生受到激励，得到了锻炼，也使其他学生受到启发，感受到机械就在我们的身边，消除了对机构设计与创新的神秘感。
在此基础上建立了课外兴趣小组进行辅导，在学生进入课题时，向学生介绍设计思想和创新方法，引导课题小组积极查找资料，相互讨论、相互启发、克服思维定势，发散和激励思维，从功能原理的角度出发，提出多种方案进行比较，让学生在探索和研究中，逐步解决问题，完成设计。
四、以创新大赛等实践活动引路，拓展大学生的创新设计能力