1机械原理课程设计说明

1机械原理课程设计说明（共8篇）

1机械原理课程设计说明 篇1

机械原理课程设计说明 机械原理课程设计的主要目的是为学生在完成课堂教学基本内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。要求学生能在短时间内，将所学的机械基础理论运用于一个简单的机械系统，通过机械传动方案总体设计，机构分析和综合，进一步巩固掌握课堂教学知识，并结合实际得到工程设计方面的初步训练，培养学生综合运用技术资料，提高绘图、运算的能力。同时，注重学生创新意识的开发。

希望大家提高认识，端正态度，按照课程设计的相关要求，严格执行、踏实完成。现将相关事宜说明如下：

1.课程设计设计选题见课程设计任务书。

2.设计课题共14题，每5人一组，按照学号顺序排列，如学号1、2、3、4、5，完成任务书中的任务书（1）中的设计题目。另学号71,72完成（1），（2）设计题目。

3.课程设计具体内容要求见设计任务书。按照任务书的要求完成相关图纸、说明书（设计说明书不少于20页，统一使用A4白纸，手写，不得使用电子版）。

4.课程设计的最终成绩按照课程成绩评分表的相关标准评定。

5.时间安排：18周-19周为课程设计时间；上交截止时间19周周日（6月23日）；答辩采取自愿原则，20周按照拟答辩人数安排答辩时间。

6.最终上交材料：

（1）图纸（按照任务书要求完成）。

（2）设计任务书（装订顺序：设计说明书封页→设计说明书正文→湖北文理学院理工学院机械与汽车工程系课程设计评分标准（封底））。

7.参考资料：机械原理课程教材；机械原理课程设计手册等。

8.课程设计指导时间安排：临近考试，指导不安排集体时间，以小组为单位和老师联系具体指导时间。

另：最终课程设计材料上交以班级为单位，学委负责收集，整理好（按学号排列，小号在上）一起上交。

指导老师：余晶晶2012/6/7

1机械原理课程设计说明 篇2

Abstract

The course design of machines and mechanisms theory is an important practical teaching process of Mechanical

paper presents a teaching reformation method for

teaching reformation method is help for developing the

引言

当今世界,科学技术突飞猛进,国际竞争日益激烈。国际的竞争,从经济竞争到科技竞争,归根到底是教育的竞争、人才的竞争[1]。在竞争激烈的现代社会中,制造企业对具有较强综合能力的高素质工程人才的需求日益增加。针对社会的需求,高等工科院校需要逐渐改变原有的教学模式,提高对学生的综合素质培养。

《机械原理课程设计》是机械类专业本科生的一个重要的实践性教学环节[2],一般安排在《机械原理》课程之后进行,是《机械原理》课程的延伸。其目的是通过设计实践,使学生更好地掌握和加深理解《机械原理》课程的基本理论和方法,以培养学生综合运用所学知识,来分析和解决工程实际问题的能力,对于培养学生理论联系实际的实践动手能力以及创新设计能力起到十分重要的作用[3,4,5,6]。但在传统的《机械原理课程设计》教学中,只是让学生按照教学要求完成某机构的选型与设计工作,而没有针对提高学生的综合能力进行教学设计。为此,必须对《机械原理课程设计》进行教学改革。

1、《机械原理课程设计》教学现状及改革思路

在传统的《机械原理课程设计》教学中,学生按照固定的设计流程,先进行系统方案的选择与设计,然后设计系统运动循环图,采用图解法或解析法设计系统方案中的凸轮或连杆等机构,绘制机构运动简图,最后编写课程设计说明书等。按照这样教学模式,学生在完成课程设计的过程中,加深了对《机械原理》课程中相关知识的理解,掌握了进行系统运动方案设计的流程,但缺少对学生综合能力进行培养的环节,无法满足现代社会对高素质工程人才的需求。

针对传统的《机械原理课程设计》教学模式无法满足现代社会对高素质工程人才需求的问题,以提高学生的综合素质为目标,采用允许自主选题方式培养学生创新设计能力,采用组队设计方式培养学生协作设计能力和团队合作精神,采用全程计算机辅助设计方式培养学生计算机应用能力,采用答辩考核方式培养学生语言表达的能力。

2、具体的改革方案

2.1允许自主选题

在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,学生的课程设计题目及参数都由教师指定,学生没有选择的余地。其中大多数题目都已经使用了很多年,例如:推瓶机构、铁板输送机构、平压模切机机构、医用棉签卷棉机机构、平压印刷机机构等等。这些陈旧的题目在学校图书馆和网上可以查到大量的相关资料,完成起来比较容易,对于学生来说没有什么吸引力,尤其是对那些能力比较强的学生。因此,在教师指定课程设计题目的教学模式下,常出现设计质量不高、设计方案雷同等问题。

为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,改变以往所有学生的设计题目均由教师指定的方式,鼓励部分能力较强的学生自主选题。具体实施的时候,首先,在《机械原理》课程开始之初就布置学生从日常生活、工程实际中广泛搜集合适的课程设计题目;然后,再组织学生进行讨论,确定学生自选的题目是否合适,并指导学生编写课程设计任务书。

采用允许学生自主选题的课程设计教学模式体现了以人为本,以学生为主的理念。在自主选题的前期调研过程中,学生运用各种手段收集资料,如通过互联网、图书馆等,不仅增长了知识,而且提高了发现问题的能力。自主选题也为学生提供了充分的想象和发挥的空间,培养了他们独立思考和积极创新的能力。而且,由于题目是学生自己选的,在进行设计的时候能有效地调动学生的积极性,提高课程设计的完成质量。

当然,考虑到部分学生可能无法找到合适的课程设计题目,并不要求所有学生必须自主选题。对于没有找到合适题目的学生,仍由教师另行指定课程设计题目。为鼓励自主选题,在进行成绩评定的时候可以给自主选题的学生加分。

2.2组队设计

随着科技的发展,在制造企业中对具有团队协作能力的工程技术人员的需求日渐增加。在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,学生每人一题,各不相同。每个学生只需要按照课程设计要求完成自己的工作就行了,无需与其他进行交流、合作。这样的教学模式有助于培养学生独立完成设计工作的能力,但与现代制造企业的需求不一致。

为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,改以往每人一题的方式为组队设计方式。学生们自由组合,每个小组(3~4人)一个设计题目,小组成员分工协作,共同完成设计任务。从选题、论证、设计到最后提交设计成果,同学们共同讨论、研究,各自发挥自己的长处,在设计过程中培养他们的协作设计能力和团队合作精神。由于从原来的每人一题改为每组一题,在设计任务上可以针对具体题目增加三维建模和机构运动仿真等内容。

2.3全程计算机辅助设计

随着计算机技术的发展,现代工程技术人员在进行设计时已经离不开计算机了。在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,考虑学生的具体情况,允许学生提交手工图纸和课程设计说明书,这与企业工程技术人员进行设计的情况不一致。

为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,要求采用全程计算机辅助设计方式。全程计算机辅助设计包括:运用解析法进行计算机辅助机构设计(连杆机构、凸轮机构等),运用CAD软件绘制机构三维模型和运动简图,运用计算机进行运动仿真,撰写电子版课程设计说明书,制作答辩PPT文档等。通过全程计算机辅助设计,培养学生的计算机应用能力,改变以往机械专业学生只会用计算机绘图的状况。

2.4答辩考核

语言表达能力是指人们运用语言进行表情达意传递信息的一种表达能力[7]。现代企业需要全面发展的、高素质的、具有综合能力的人才,而出众的语言表达能力是他们必备的能力之一[7]。

因此,在《机械原理课程设计》的教学改革中,答辩考核成为课程设计成绩评定的一个重要组成部分。答辩作为一种检验学生对设计相关知识的掌握程度的方法,经常在学生的毕业设计中使用,而很少应用在课程设计中。主要是因为课程设计相对于毕业设计时间较短,参与的老师也较少,答辩组织起来比较困难。所以在课程设计答辩中,每个小组的论述时间和老师的提问时间一般都控制在10分钟左右。通过实施这样的改革措施,学生的语言表达能力就得到了一定的锻炼,这也有助于他们通过今后的毕业设计答辩。

3、结论

随着我国经济的发展,制造企业对综合能力强的高素质人才的需求将不断增加。为此,高等院校需要针对企业的需求改进学生的培养模式。采用“允许自主选题,组队设计,全程计算机辅助设计,规范的课程设计说明书格式,答辩考核”的教学模式进行《机械原理课程设计》,有助于培养学生的创新设计能力、协作设计能力、计算机应用能力、撰写书面报告的能力和语言表达能力,为在实践教学环节中培养学生综合能力提供了一种具体方法,为培养符合企业需求的高素质工程人才做出了贡献。

参考文献

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[2]杨巍,何晓玲,王军,等.机械原理课程设计教学改革[J].中国现代教育装备.

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[6]李秀春,秦志钰.机械原理课程设计改革探讨[J].太原理工大学学报(社会科学版).2008,26(增刊):48-50.

[7]匡兵,黄美发,孙永厚等.《机械设计课程设计》的改革与探索[J].桂林电子工业学院学报.2005,25(4):67-69.

参考文献

[1]郑金洲.教育通论[M].华东师范大学出版社.2000

四、讲究语言艺术,避免分散学生的“注意力”

教学语言是教师传授知识与学生进行交流的主要工具,是完成“传道授业解惑”任务的最重要手段。教学语言从广义上讲包括教学口语和体态语言,教师在课堂上,教学口语与体态语言运用是否得当,关系到教学活动的成与败,直接影响到学生的注意力,关系到教学效果的好坏。所以,教师必须讲究语言艺术。

教学口语是指在整个教学活动中,教师所讲的每一句话,是教师向学生传授知识和技能的主要手段和工具。我们常常会有这样的体会,听一堂生动的课,往往会连同老师的音容笑貌长久地铭刻在我们的心灵深处,有的甚至终身不忘。对于我们教师来说,一旦建立了这样的威信,一般不用担心学生分散注意力。如果在课堂上语病多端,“嗯”、“啊”、“咳”的口头禅频繁地出现,就会使学生产生厌烦感,削弱启发性,更谈不上恰当巧妙地运用声调的轻重缓急、高低快慢、抑扬顿挫,以造成课堂气氛的波浪起伏,保持学生注意力的集中。因此,教师必须在语言修养上狠下工夫,决不能因为语病、口头禅的缘故而使学生注意力分散掉。在教学口语的运用上,应力求做到四点。一是规范简洁、表达准确;二是语速适当、节奏鲜明;三是情真意切、形象生动;四是科学严谨、教育启发。体态语言是指伴随教师的教学口语而发生的无声的身体动作表达行为,是教师的身姿、动作、表情、态度、精神和风范等的综合反映,在教学过程中起辅助、影响和调控作用。教师在教学过程中运用的体态语言主要有身姿语、面部语和手势语三种。事实证明,教师在课堂上,如果能够灵活恰当地运用各种体态语言,不但能更好地启发学生理解教师的话语,还能有效地吸引学生的注意力,使学生感受其思想、态度和心情,使教师与学生之间在心理上产生共鸣,使教与学相得益彰。

上接第217页

摘要：《机械原理课程设计》是机械类专业本科生的一个重要的实践性教学环节。为了满足现代社会对高素质工程人才的需求,提出了“允许自主选题,组队设计,全程计算机辅助设计,答辩考核”的教学改革方法,培养学生的创新设计能力、协作设计能力、计算机应用能力、语言表达能力。

关键词：机械原理,课程设计,教学改革,综合能力

参考文献

[1]王意洁.创新研究生培养模式提高研究生培养质量[J].高等教育研究学报.2007,(1):33-35.

[2]杨巍,何晓玲,王军,等.机械原理课程设计教学改革[J].中国现代教育装备.2008,10:90-91.

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[6]李秀春,秦志钰.机械原理课程设计改革探讨[J].太原理工大学学报(社会科学版).2008,26(增刊):48-50.

1机械原理课程设计说明 篇3

关键词 教学改革;机械原理;创新设计

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）24-0139-02

机械原理是高等院校机械类各专业一门重要的主干技术基础课，本课程主要研究各种机构的组成原理、常用机构的特点及应用与设计、机构的运动学及机构动力学和机械系统的方案设计等问题[1]，是培养学生设计能力和创新思维的重要基础。因此，在培养学生设计能力和创新思维方面，机械原理课程有着其他课程不可代替的作用[2]。本文就机械原理的教学过程中如何培养学生的创新设计思想，结合自己多年的教学经验，谈几点教学体会。

1 整合教学内容，做到突出重点

机械原理课程涉及的知识点比较多，而内容又抽象难懂。现有的机械原理教材理论知识大都比较完整，所以教材包含的内容多、涉及的知识面广。而在教学过程中应该注重理论知识的实用性，学生在课堂上所学到的知识既要能够满足学生毕业后从事技术工作的需要，还要培养学生的设计能力和创新思维。因此，必须在有限的课时内优化教学内容。

优化内容  在教学过程中将教学内容分为必修、选修和自学三类，其中机构的结构分析、平面机构的运动和力分析、三种典型机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构）的设计、齿轮系及其设计以及轮系传动比的计算作为必修内容。同时，根据专业的不同，将机械系统的方案设计、机械的运转及其速度波动的调节等章节作为选修内容，将机械的平衡和其他常用机构等作为自学内容。这样可以对教材所讲述的内容做出合理的取舍。

随着科学技术的发展，解析法由于其自身的优点应用越来越广泛。所以在教学过程中应加强解析法的讲解，以适应时代的变化。但是在讲反转法设计凸轮的廓线时，图解法仍然有着不可替代的作用，因为图解法直观易懂，有助于学生对教学内容的理解和掌握。

突出重点  在选取教学内容时，要注意做到突出重点，以点带面，从而使学生对相关知识点的掌握达到举一而三反的目的。例如，在齿轮机构中，着重讲清直齿轮传动的基本概念、理论及方法，直齿轮齿廓曲线的形成、齿轮的基本参数、几何尺寸的计算、啮合传动及切制原理;当讲到斜齿轮时，着重讲清楚直齿轮和斜齿轮的区别;当介绍锥齿轮齿时，着重讲清锥齿轮和直齿轮的区别以及当量齿轮的概念，而不做具体的推导计算，使得教学内容精练，避免了教学内容的简单重复。这样既突出了本章内容的重点，而且简化了分析问题的演化思想及方法，也节省了讲授学时[3]。

突出课程的创新性  结合实例教学，加强学生对机械系统的感官认识，增强学生对机械系统传动方案的设计能力，使学生学会用系统的观点去分析问题、解决问题。如在机械系统的方案设计教学过程中，增加机构的选型等内容，使学生通过对各种机构的比较研究，根据使用要求、工作性能、经济性、机械结构的合理性等方面，综合选择合理可行的机构。同时，在平时的课堂教学过程中分章节引入往年学生在科创中遇到的问题，这样不仅能培养学生的学习兴趣，而且能激发学生的设计思维和创新能力。

2 充分利用各种教学手段，培养学生的学习兴趣

多媒体教学  机械原理教学中的有些内容，仅靠教师的课堂讲解，学生很难理解。如运动副、连杆机构、凸轮机构等，如果仅用语言叙述，学生很难明白，所以要恰当地使用图示、模型、动画等多种教学方式，加深学生对学习对象的认知。也就是说，把抽象的概念用形象、直观的图和动画展示出来，有助于学生对相关知识的理解和掌握。

在课堂教学的过程中经常会发现，哪一节课的动画比较多，学生的学习兴趣就比较浓。但是，教师在教学过程中也不能片面地追求多媒体教学。如在教授矢量方程图解法对机构进行运动分析时，宜采用多媒体和板书相结合的方法。因此，在教学过程中要充分、合理地采用多媒体教学，提高学生的学习兴趣。

传统教具与现代教学的有机结合  现在大多数教师在教学过程中使用动画来辅助教学，但这并不是对传统教具的否定。比如在介绍铰链四杆机构的基本类型时，完全采用多媒体课件，学生可能会对曲柄摇杆机构选取不同的构件作为机架，能得到不同类型机构，即对“机构倒置”这一概念难以真正理解，如果在多媒体教学的同时，加上教具实物演示，可能会收到更好的教学效果。

多结合生活、生产实例以增强教学效果  因为多结合生活、生产实例可以加深学生的印象，提高说服力。如讲四杆机构时，以缝纫机脚踏板机构为例，说明哪一部分是曲柄，哪一部分是摇杆，哪个构件是原动件，哪一部分是从动件，以及当取摇杆为原动件时曲柄摇杆机构的死点以及死点的克服方法等问题。因为很多学生都有使用缝纫机的经历，这样很容易和学生产生共鸣，提高学生的学习兴趣，增强课堂教学效果。

再如，讲述凸轮机构的应用时引入学生的科创项目——非圆形喷域面积喷头的设计，利用圆柱凸轮机构改变喷头的仰角，从而达到改变喷头的射程来控制喷域的形状。通过这一实例，不仅使学生对凸轮机构的应用有了更深的认识，更激发了学生的科创兴趣。

3 加强和改进实践教学环节

充实实验内容  传统的机械原理实验主要是演示实验及验证性实验，对学生掌握课堂知识具有一定的帮助，但这些实验教学内容相对简单，很难激发学生的学习兴趣。西北农林科技大学从2009年开始增加了机构传动系统设计、拼装及运动分析实验，该实验为学生提供了动手拼装实际传动机构的平台，学生可以设计、拼装实现不同运动要求的机构传动系统，验证课堂所讲的理论内容。每次实验通常需要4～8小时，学生不仅没有因为时间长而抱怨，而且由于对内容感兴趣、能自己动手而兴致高涨。学生通过自己动手、动脑搭建自己设计的机构，从而使其创新意识得到进一步的培养，创新设计能力得到进一步的提高，也使其更加认识到理论与实践相结合的重要性[4]。

细化课程设计  课程设计是机械原理教学的另一个重要的实践性环节，它可以将分散的知识融会贯通起来，加深学生对本课程所学知识内涵的理解。西北农林科技大学的课程设计是以机械传动方案设计为主要内容，正确地选择或合理地设计机构传动方案是整个设计成败的关键。为激发学生的创新思维，教师要求4～6人为一组，在一周的课程设计中，同组学生针对教师布置的设计题目或学生自主选题，提出多种不同设计方案，然后互相讨论从机构的可行性、对要求的符合程度以及机构的性价比等多方面综合考虑，最后确定出最佳传动方案并进行详细的结构设计。这种形式的讨论和方案选型，使学生对机械设计的流程有了大概了解，开阔了学生的视野，培养了学生的创新设计思维。

4 结束语

总之，机械原理教学改革的重点就是如何巧妙地引入创新设计的思想，使学生在掌握课堂知识的同时激发学生的学习兴趣，使学生主动去思考问题，进行创新设计。

参考文献

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]孙恒.机械原理教学指南[M].北京：高等教育出版社，

1998.

[3]葛文杰.对机械基础课程教学方法改革的思考与探讨[J].中国大学教学，2009（10）：4-7.

[4]郭红利，张李娴，张军昌，等.机械原理课程教学体系改革的探索[J].高等农业教育，2011（6）：60-61.

*基金项目：西北农林科技大学教学改革研究项目（编号：JY1302060）;2011年省级特色专业建设点项目;2011年陕西省普通高等学校省级人才培养模式创新实验区建设项目。

通信原理课程设计说明书 篇4

前言....................................................................1 正文....................................................................1 2.1目的与总体方案：.....................................................1 2.2幅度调制的一般模型...................................................1 2.3 普通调幅（AM）的基本原理............................................1 2.3.1.AM信号的表达式、频谱及带宽.......................................1 2.3.2 AM信号的解调.....................................................2 2.4 双边带调制（DSB）的基本原理.........................................3 2.4.1 DSB信号的表达式、频谱及带宽.......................................3 2.4.2 DSB信号的解调.....................................................3 2.5单边带调制（SSB）的基本原理..........................................3 2.5.1 SSB信号的产生.....................................................3 2.5.2SSB信号的解调......................................................4 Simulink仿真与分析......................................................5 3.1 普通调幅（AM）的仿真与分析..........................................5 3.2双边带调制（DSB）的仿真与分析........................................7 3.3 单边带调制（SSB）的仿真与分析.......................................8 致谢....................................................................9 参考文献...............................................................10

塔里木大学信息工程学院课程设计

前言

在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个技术重点。这次课程设计的重点就是模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及仿真，并在MATLAB软件平台上的仿真实现几种常见的模拟调制方式。最常用最重要的模拟方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制就是幅度的几个典型实例。

此次课程设计主要用调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制为说明对象，从原理等方面进行分析阐述并进行仿真分析，说明其调制原理，并进行仿真分析。利用MATLAB对模拟调制系统进行仿真，结合MATLAB模块和Simulink工具箱的实现，对仿真结果进行分析，从而能够更深入地掌握通信原理中掌握模拟调制系统的相关知识。

在模拟调制中，调制信号的取值是连续的：而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。

正文

2.1目的与总体方案：

1.建立通信系统的数学模型

根据通信系统的基本原理，确定总的系统功能，将各部分功能模块化，并找出各部分之间的关系，画出系统框图。

2.熟悉仿真工具，采用m编程和Simulink模块化设计，组建通信系统 首先新建一个m文件，再根据系统原理框图画出软件实现流程图，然后根据流程编写相应程序，最后对代码进行修正优化，最终实现系统功能

3.根据系统新能指标，设置和调整各模块参量及初始变量值

4.实现系统运行仿真，观察分析结果（计算的数据，显示的图形）；根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案；画出AM,DSB,SSB调制解调信号时域波形和频谱图；对数据结果进行分析。

2.2幅度调制的一般模型

幅度调制时用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图所示：

图2-1 幅度调制器的一般模型

图中，mt为调制信号，smt为已调信号，ht为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为

Smtm(t)cosct*ht

Sm12McMcHw

式中，M为调制信号mt的频谱，Hht，c为载波角频率。

由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。

在上图的一般模型中，适当选择滤波器的特性H，便可得到各种幅度调制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。

2.3 普通调幅（AM）的基本原理

2.3.1.AM信号的表达式、频谱及带宽

在上图中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信

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号就是常规双边带调幅（AM）信号。AM调制器模型如下图所示。

图2-2 AM调制器模型

AM信号的时域和频域表达式分别为

SAMtA0mtcosctA0cosctmtcosct

SAMA0cc12McMc

式中，A0为外加的直流分量；mt可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即mt0

AM信号的典型波形和频谱分别如下图（a）、（b）所示，图中假定调制信号显然，调制信号的带宽为Bmfh。的上限频率为h。

图2-3 AM信号的典型波形和频谱图

由图（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号mt成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足A0mtmax，否则将出现过调幅现象而带来失真。

由它的频谱图可知，AM信号的频谱SAMt是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

BAM2fh2Bm式中，Bmfh为调制信号的带宽，fh为调制信号的最高频率。2.3.2 AM信号的解调

调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号SAMt还原为调制信号mt。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。这里用的是相干解调。

由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图。

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图2-4 相干解调原理图

将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得：

SAMtcosctA0mtcosct212A0mtA0mtcos2ct

由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将

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用滤波法实现单边带调制的原理图如图所示，图中的HSSB为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将HSSB设计成具有理想高通特性的Hh或理想低通特性Hl的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时HSSB即为Hh，产生下边带信号时HSSB即为Hl。

图2-6 SSB信号的滤波法产生

显然，SSB信号的频谱可表示为：

SSSBSDSBHSSB12McMcHSSB

用滤波法实现SSB信号，原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。而一般调制信号都具有丰富的低频成分，经过调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，要想通过一个边带而滤除另一个，要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性――即很小的过渡带，这就使得滤波器的设计与制作很困难，有时甚至难以实现。为此，实际中往往采用多级调制的办法，目的在于降低每一级的过渡带归一化值，减小实现难度。2.5.2SSB信号的解调

从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号mt成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调，如图所示。

图2-7 SSB信号的相干解调

此时，乘法器输出： SptSSSB(t)cosct121mtcosct212m(t)cosctmtsinctcosct1mtcosctsinct2

1mtcosctmtsin2ct44经过低通滤波后的解调输出为：

1motmt

4因而可得到无失真的调制信号。

综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。

mtcos2ct

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Simulink仿真与分析

3.1 普通调幅（AM）的仿真与分析

DSB AMSignalGeneratorDSB AMModulatorPassbandZero-OrderHoldB-FFTSpectrumScope图3-1 AM频谱模块

图3-2 AM频谱图

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3ConstantDivideScopeDivide1Sine WavebutterSine Wave1Sine Wave2AnalogFilter Design图3-3 AM调制解调模块

图3-4 AM调制解调波形图

分析：由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的2倍。对AM信号的解调采取乘积型同步检波。实现方式是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。

由AM仿真分析可得出：

（1）此调制方式占用频带较宽，已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍；

（2）由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流，所以容易实现峰值包络解调；（3）含有正弦载波分量，即有部分功率耗用在载波上，而没有用于信息的传送；（4）从效率上看，常规调幅幅度方式效率较低，但调制和解调过程简单。

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3.2双边带调制（DSB）的仿真与分析

ScopebutterSine Wave2ProductProduct1AnalogFilter DesignSine WaveSine Wave1图3-5 双边带调制（DSB）调制解调模块

图3-6 DSB调制解调波形图

分析：由图可以看出DSB调制有如下特点：

（1）DSB信号的幅值仍随调制信号变化，但与普通调幅波不同，它的包络不再在载波振幅上下变化；

（2）DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替时候）要突变180度；（3)DSB调制，信号仍集中在载频附近，由于DSB调制抑制了载波，它的全部功率为边带占有，输出功率都是有用信号，它比普通调幅波经济，但在频带利用率上没有改进；

进一步观察DSB信号的仿真图形可见，上下半轴对称，这是因为上下两个边带所含的消息完全相同，故从消息传送的角度看，发送一个边带即可，这样不仅可以节省发射功率，而且频带的宽度也缩小一半。

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3.3 单边带调制（SSB）的仿真与分析

butterSSB AMSignalGeneratorSSB AMModulatorPassband1SSB AMSSB AMDemodulatorPassbandAnalogFilter DesignScope1Zero-OrderHoldB-FFTSpectrumScope图3-7 SSB调制解调频谱模块

图3-8 SSB频谱

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图3-9 SSB调制解调波形图

分析：SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以采用相干解调法，即对SSB信号的解调采取乘积型同步检波。实现方法是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。

单频调制信号仍是等幅波，但它与原载波的电压是不同的。SSB的振幅与调制信号的幅度成正比，它的频率随调制信号的频率不同而不同，因而它含消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。

致谢

这次课程设计进行了一个星期。在运行MATLAB和Simulink仿真的过程中，我对MATLAB和simulink的相关知识及其应用也一定的了解，从而达到了各类调制解调系统的仿真实现。这次设计中接触了很多新的知识，扩展了我的知识面，更加锻炼了我的动手能力，使我受益匪浅。本次的课程设计到此暂时结束了，设计中仍存在很多的瑕疵与不足，由于时间仓促，我学习的能力也有限，没能够做到尽善尽美.这次能够勉强完成任务，主要是在靠老师的帮助，在此表示感谢。当然，还有和我共同解决困难的搭档，在设计过程中，我们遇到了很多问题，大大小小的，我们不懂的互相讨论，我学到了很多知识，同时也加深了我们之间共同解决问题的默契，这就是团队精神吧。

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参考文献

机械原理课程设计的要求 篇5

一、课程简介：

机械原理程设计是修完机械原理课程后一个重要的实践教学环节。主要训练学生应用基础理论知识解决工程实际问题的一系列基本方法。机械原理程设计的主要任务是根据对某种机械的功能要求，进行机械的构型设计和拟定系统运动方案并绘制机械运动简图，在此基础上对方案中部分机构进行设计，并编写设计说明书。是培养学生获得方案的选择和设计计算能力, 培养学生创新设计的能力。

二、设计步骤和要求

1、机械系统运动方案的拟订

按照给定的机械总功能和工艺过程的动作要求，根据下列步骤进行设计：

1）功能分解：将给出的复杂运动要求，分解成基本运动、动作等（参考《课程设计指导手册》4.2 工艺动作过程的分解）；

2）机构的选用：选定完成这些基本运动或功能的相应的常用机构。

3）机构组合：把各个基本运动组合在一起，得到该机械的设计方案。（参考《课程设计指导手册》第五章 机械运动方案的组成）；

4）方案评价：每个同学至少要拟定出满足工艺动作要求的该机械系统的一种运动方案，然后结合小组中其它两位同学的方案（共三种方案），进行性能分析与评价，对比分析各方案的优缺点，最后选定一种作为最佳方案。（参考《课程设计指导手册》第三篇 机械运动方案评价和设计举例）。

2、画出各机构的运动简图：

画出自己所选方案中，整个机械系统（从动力开始，经过传动，最后是执行机构）的机构运动简图。（要尽量用轴测图或三维图把传动路线表示清楚）

3、在运动方案的拟定中，必须考虑机械各执行机构运动的协调配合关系。要做运动协调设计，并画出运动循环图。（参考《课程设计指导手册》4.3 机械运动方案中机构的运动协调设计及4.4～4.6）

4、机构设计

对选定的方案，选择机械系统中的一种机构，进行设计。

牛头刨床课程设计-机械原理 篇6

授课老师：方跃法 学生：刘斌臣 班级：机电1013 学号：10223067

目录

一、概述 §1.1、摘要,课程设计的题--------§1.2.、课程设计的任务和目的-----------------------------§1.3、课程设计的要求--------§1.4、课程设计的数据--------

二、运动分析及程序

§2.1、拆分杆组-----------------§2.2、方案分析-----------------§2.3、程序编写过程-----------§2.4、程序说明-----------------§2.5、C语言编程及结果-----§2.6、位移，速度，加速度图------------------------------§2.7、working model仿真截图

四、小结--------

五、参考文献--

一、概述

§1.1．摘要

中文摘要:牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量使设计的结构简单，实用，能很好的 实现传动功能。

英文摘要:Shaper main drive the driven mechanism is the plough head, in the design of the main transmission

mechanism of stroke have Quick-Return Movement Characteristics, and good dynamic characteristics.Try to make the design of the structure is simple, practical, can achieve a very good transmission function.此次课程设计的题目是：研究牛头刨床的运动特性 §1.2．课程设计的任务和目的1）任务： 导杆机构进行运动分析； 2导杆机构进行动态静力分析； 通过对牛头刨床的运动和特性分析，掌握基本研究机械的能力

2）目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。§1.3．课程要求

牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的 实现传动功能。二．运动分析及程序（机械简图如下）

§2.1拆分杆组

该六杆机构可看成由Ⅰ级机构、一个RPRⅡ级基本组和一个 RRPⅡ级基本组组成的，即可将机构分解成图示三部分。

§2.2这种机械形式的分析及其评价：

1、机构具有确定运动，分析可知N=5，Pl=7,Ph=0,所以自由度

F=3*5-(2*7+0)=1,曲柄为机构原动件。

2,通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动,实现切削功能，能满足功能要求.且滑块行程可以根据杆长任意调整；

3,工作性能, 工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求, 摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求；

4,传递性能, 机构传动角恒为90度，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大； 5,动力性能 ,传动平稳，冲击震动较小.6,结构合理性,结构简单合理,尺寸和重量也较小,制造和维修也较易.7,经济性，无特殊工艺和设备要求,成本较低.§2.3程序编写过程

如图所示，建立O4-xy坐标系，并确定O2、A、O4、B、C编号分别为1，2（3），4，5，6，选定参考点7。根据已知条件（本课题选定数据），令：X(O2)=X(1)=0,Y(O2)=Y(1)=430,X(O4)=X(4)=0,Y(O4)=Y(4)=0, X(7)=0,Y(7)=810，编写主程序。

1）为计算出Ⅰ级机构上A点的位置及运动参数，应调用Mcrank子程序，在此之前应确定子程序的形参i,j,a,b,此机构中,i=1,j=1,a=1,b=1；

2）为求出构件3上B点的位置及运动参数，应调用Mrpr子程序，在此之前应确定子程序的各形参赋值,此机构中,i=2,j=3,k=4,此时，又已知数据有，L(2)=L(4)=0,L(3)=810.其他参数b,c,d,e分别是2，3，4，5； 3）为求出滑块上C点的位置及运动参数，应调用Mrrp子程序，在此之前应确定子程序的各形参赋值,此机构中,i=5,j=6,b=5,c=6,r=a=7,m=1； §2.4程序说明

1）对程序中不赋值的变量，计算机自动取0值，如滑块6与x轴的夹角在调用Mrrp之前不赋值，按0计算；

2）用曲柄得角位置φ1作循环变量，计算出它在360°之内的变化情况，循环步长取30°，只取小数点后两位。

3)程序依托公式：由该机构的两个矢量封闭形

s3cos3l1cos1s3sin3l6l1sin1l3cos3l4cos4sE0l3sin3l4sin4l6

将位移方程对时间取一次导数 得速度矩阵

未知量可求 cos3sin300s3sin3s3cos3l3sin3l3cos300l4sin4l4cos40s3l1sin103l1cos111400vE0cos3sin300s3sin3s3cos3l3sin3l3cos300l4sin4l4cos40s303140Es3sin33sin3s33cos3s

3cos33cos3s33sin3将位移方程对时间取二次导数，0l33cos3得加速度矩阵 0l33sin3 l11cos1

 l11sin110  0

§2.5源程序及计算结果 1）程序

#include“stdio.h” #include“stdlib.h” #include“math.h”

const double PI=3.14159;double L[10];

double X[10],Y[10];double V[10],U[10];double A[10],B[10];

double F[10],W[10],E[10];double S[10],C[10];double Sgn(double Xin){double Resf;

if(Xin>=0)Resf=1.0;if(Xin<0)Resf=-1.0;return Resf;}

double Angle(double Xin,double Yin){double Resf;

if(fabs(Xin)>1e-10){Resf=atan(Yin/Xin);

Resf=Resf-(Sgn(Xin)-1)*PI/2;} else

{Resf=PI/2;

00l44cos4l44sin40s303040vEResf=Resf-(Sgn(Yin)-1)*Resf;}

return(Resf);}

void mcrank(int i,int j,int a,int b,double F9){ F[j]= F[j]+F9;S[i]=L[i]*sin(F[j]);C[i]=L[i]*cos(F[j]);X[b]=X[a]+C[i];Y[b]=Y[a]+S[i];

V[b]=V[a]-W[j]*S[i];U[b]=U[a]+W[j]*C[i];

A[b]=A[a]-W[j]*W[j]*C[i]-E[j]*S[i];B[b]=B[a]-W[j]*W[j]*C[i]+E[j]*S[i];}

int mrpr(int i,int j,int k,int b,int c,int d,int e, int m,double Res[3]){ double A0,B0,C0,X1,Y1,F1,Ar,Ak;double G1,G4,G5,G6,s1,v1,a1;A0=X[b]-X[d];B0=Y[b]-Y[d];C0=L[i]+L[k];

G1=A0*A0+B0*B0-C0*C0;if(G1<0)return(0);s1=sqrt(G1);X1=C0-B0;Y1=A0+m*s1;F1=Angle(X1,Y1);

if(F1

PI||F1<0)F[j]=2*(F1+Sgn(X1)*PI);if(fabs(F1)<0.001)F[j]=2*PI;S[i]=L[i]*sin(F[j]);C[i]=L[i]*cos(F[j]);S[k]=L[k]*sin(F[j]);C[k]=L[k]*cos(F[j]);S[j]=L[j]*sin(F[j]);C[j]=L[j]*cos(F[j]);X[c]=X[b]-S[i];Y[c]=Y[b]+C[i];

X[e]=X[c]+C[j]-s1*cos(F[j]);Y[e]=Y[c]+S[j]-s1*sin(F[j]);

G6=(X[b]-X[d])*cos(F[j])+(Y[b]-Y[d])*sin(F[j]);

W[j]=((U[b]-U[d])*cos(F[j])-(V[b]-V[d])*sin(F[j]))/G6;

v1=((V[b]-V[d])*(X[b]-X[d])+(U[b]-U[d])*(Y[b]-Y[d]))/G6;V[c]=V[b]-W[j]*C[i];U[c]=U[b]-W[j]*S[i];

V[e]=V[d]-W[j]*(S[j]-C[k]);U[e]=U[d]+W[j]*(C[j]+S[k]);

G4=A[b]-A[d]+W[j]*W[j]*(X[b]-X[d])+2*W[j]*v1*sin(F[j]);G5=B[b]-B[d]+W[j]*W[j]*(X[b]-X[d])-2*W[j]*v1*cos(F[j]);E[j]=(G5*cos(F[j])-G4*sin(F[j]))/G6;a1=(G4*(X[b]-X[d])+G5*(Y[b]-Y[d]))/G6;Ar=a1;

Ak=2*W[j]*v1;

A[e]=A[d]-E[j]*(S[j]-C[k])-W[j]*W[j]*(C[j]+S[k]);B[e]=B[d]+E[j]*(C[j]+S[k])-W[j]*W[j]*(S[j]-C[k]);Res[0]=s1;Res[1]=v1;Res[2]=a1;return(1);}

int mrrp(int i,int j,int b,int c,int r,int m){ double B0,C0,Z1,S1,X1,Y1,F1;double Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,A1,V1;

B0=2*(X[r]-X[b])*cos(F[j])+2*(Y[r]-Y[b])*sin(F[j]);S[j]=L[j]*sin(F[j]);C[j]=L[j]*cos(F[j]);

C0=pow((X[r]-X[b]),2)+pow((Y[r]-Y[b]),2)+ pow(L[j],2)-pow(L[i],2)-2*(X[r]-X[b])*S[j]+2*(Y[r]-Y[b])*C[j];if(B0*B0-4*C0<0)return(0);Z1=sqrt(B0*B0-4*C0);S1=(-B0+m*Z1)/2;

X[c]=X[r]+S1*cos(F[j])-S[j];Y[c]=Y[r]+S1*sin(F[j])+C[j];X1=X[c]-X[b];Y1=Y[c]-Y[b];F1=Angle(X1,Y1);F[i]=F1;

S[i]=L[i]*sin(F[i]);C[i]=L[i]*cos(F[i]);

Q1=V[r]-V[b]-W[j]*(S1*sin(F[j])+C[j]);Q2=U[r]-U[b]+W[j]*(S1*cos(F[j])-S[j]);Q3=S[i]*sin(F[j])+C[i]*cos(F[j]);

W[i]=(-Q1*sin(F[j])+Q2*cos(F[j]))/Q3;V1=-(Q1*C[i]+Q2*S[i])/Q3;V[c]=V[b]-W[i]*S[i];U[c]=U[b]+W[i]*C[i];

Q4=A[r]-A[b]+C[i]*pow(W[i],2)-E[j]*(S1*sin(F[j])+C[j])-pow(W[j],2)*(S1*cos(F[j])-S[j])-2*W[j]*V1*sin(F[j]);

Q5=B[r]-B[b]+S[i]*pow(W[i],2)+E[j]*(S1*cos(F[j])-S[j])-pow(W[j],2)*(S1*sin(F[j])+C[j])+2*W[j]*V1*cos(F[j]);

A1=(-Q4*C[i]-Q5*S[i])/Q3;

E[i]=(-Q4*sin(F[j])+Q5*cos(F[j]))/Q3;A[c]=A[b]-E[i]*S[i]-C[i]*(W[i],2);B[c]=B[b]+E[i]*C[i]-S[i]*(W[i],2);return(1);}

void main()

{int ii,index,iFlagea,iFlageb;

double p1,F9,Res[3],N1,K,M,N,P,T,R;p1=PI/180;L[1]=90;L[2]=0;L[3]=580;L[4]=0;L[5]=174;L[6]=0;X[1]=0;Y[1]=350;N1=64;X[4]=0;Y[4]=0;X[7]=0;

printf(“L[1]=90;L[2]=0;L[3]=580;L[4]=0;L[5]=174;L[6]=0;n”);

printf(“F[1]DEG

X[6]mm

Y[6]mm

V[6]m/s

A[6]m/s^2n”);T=sqrt(Y[1]*Y[1]-L[1]*L[1]);P=T*L[3]/Y[1];R=(L[3]-P)/2;Y[7]=L[3]-R;W[1]=-N1*PI/30;M=L[1]/Y[1];K=asin(M);

F9=0;F[1]=-PI+K;mcrank(1,1,1,2,F9);

iFlagea=mrpr(2,3,4,2,3,4,5,1,Res);if(iFlagea==0)

printf(“Because of wrong data,the Caculation failedn”);F[6]=0;

iFlageb=mrrp(5,6,5,6,7,1);N=X[6];X[1]=-N;

Y[1]=-Y[7]+Y[1];X[4]=-N;Y[4]=-Y[7];X[7]=-N;Y[7]=0;

for(ii=0;ii<=12;ii++)

{F[1]=-PI+K+ii*(-30)*p1;F9=0;

mcrank(1,1,1,2,F9);

iFlagea=mrpr(2,3,4,2,3,4,5,1,Res);if(iFlagea==0)

printf(“Because of wrong data,the Caculation failedn”);F[6]=0;

iFlageb=mrrp(5,6,5,6,7,1);if(iFlageb==1)

printf(“%8.2f,%8.2f,%8.2f,%8.2f,%8.2fn”,-(F[1]-K+PI)/p1,X[6],Y[6],V[6]/1000,A[6]/1000);else printf(“Because of wrong data,the Caculation failed!n”);}

getch();}

2）计算结果

L[1]=90;L[2]=0;L[3]=580;L[4]=0;L[5]=174;L[6]=0;

F[1]DEG

X[6]mm

Y[6]mm

V[6]m/s

A[6]m/s^0.00，0.00，0.00，-0.00，7.69

30.00，17.89，0.00，0.42，5.4160.00，61.37，0.00，0.67，2.96

90.00，118.51，0.00，0.78，0.71

120.00，180.27，0.00，0.78，-1.17 150.00，237.76，0.00，0.67，-2.50 180.00，280.99，0.00，0.41，-3.50 2 10.00，298.28，0.00，-0.00，-4.88 240.00，275.04，0.00，-0.62，-6.73 270.00，200.09，0.00，-1.25，-4.27 300.00，97.78，0.00，-1.23，4.18 330.00，23.38，0.00，-0.63，8.41 360.00，0.00，0.00，-0.00，7.69

§2.6、滑块6的位移，速度，加速度随转角变化曲线 其位移，速度，加速度随转角变化曲线如图所示：

§2.7working model仿真 位移、速速、加速度截图

位移：

速度：

加速度：

四、小结

通过这次课程研究，我有了很多收获。首先，通过这一次的课程研究，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构和凸轮有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中，与同学们激烈讨论，最终完美的实现了预期的目的，也对这次经历难以忘怀。

其次通过这次课程研究，对牛头刨床的工作原理及其内部个传动机构以及机构选型、运动方案的确定以及对导杆机构进行运动分析有了初步详细精确话的了解，这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。

五、参考文献

1机械原理课程设计说明 篇7

机械原理课程设计是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及对各种机构进行分析和设计综合能力的一门课程，是机械原理教学的一个重要实践环节。机械原理课程设计的方法传统上可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念比较清晰、直观，其缺点是作图繁琐、精度不高；解析法精度较高，但数学模型的建立和计算程序的编制相当繁琐，需要学生有良好的数学功底和程序编写能力。如果想进一步对机械机构的方案进行对比分析或变参数分析,用以上两种方法实现比较困难[1]。

为改善图解法和解析法的弊端,提高学生对机械原理课程设计的兴趣，本文将ADAMS软件引入到机械原理课程设计教学中。ADAMS软件是由美国MSC公司开发的，使用范围最广的机械系统动力学分析软件。学生在课程设计中利用ADAMS软件，可以快速建立参数化的机械系统几何模型，对各种设计方案进行仿真分析，充分弥补了学生实践经验的不足。

本文以机械原理课程设计中常见的牛头刨床为例，利用ADAMS软件进行建模、仿真，直观再现牛头刨床的工作过程,同时分析牛头刨床各从动件的运动规律及进行优化设计。

1 牛头刨床工作原理概述

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1所示，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。刨头右行时，刨刀进行切削，为工作行程，此时要求刨刀速度较低并且均匀。刨头左行时，刨刀不切削，为空回行程，此时刨刀要快速退回，即要有急回作用。设计数据如表1所示。在工作行程中，牛头刨床受到很大的切削阻力(在切削前后各有一段约0.05H的空刀距离，H为行程距离)，而空回行程中则没有切削阻力[2]。

2 创建几何模型

2.1 设置工作环境

在ADAMS/View菜单栏中,选择【S e t t i n g】下拉菜单中的工作网格【Working Grid】命令。系统弹出工作网格设置对话框,将网格的大小(Size)设置为5 0 0×4 0 0 m m,将网格的间距(Spacing)设置为10×10mm,鼠标左键单击按钮,完成工作网格设置。其它各项取默认设置。

2.2 创建几何模型

把从动件3处于左极限位置作为机构初始位置，C点作为坐标系原点，在ADAMS/View工作区，创建与各关键点A、B、C、D、E、S5、Fr相对应的固定于大地上(Add to Ground)的结构点Point＿1～Point＿7。各结构点的坐标如表2所示。

根据结构点位置创建连杆1、滑块2、连杆3、连杆4、刨头5。

2.3 添加约束副

各零部件在创建之后，之间还没有约束,为了进行运动仿真，需在各零部件之间加上约束关系以及运动参数。首先在曲柄1和大地、曲柄1和滑块2、连杆3和大地，连杆3和连杆4，连杆4和刨头5之间添加转动副，在滑块2和连杆3，刨头5和大地之间添加滑动副[3]。

2.4 添加运动及相关参数

在曲柄1和大地之间的旋转副上添加运动,并设置旋转速度为,即,曲柄转动一圈需5/6秒。

连杆3的质心位置S3默认位于其杆长1/2处,在质心S 3处添加绕z轴转动惯量1.2×106kgmm2,连杆3质量改为22.45kg。将刨头5的质心重置于大地上的Point＿6位置重合,且固定于刨头5上,刨头5的质量改为63.27kg。

2.5添加切削阻力

当从动件3处于左极限位置即机构处于初始位置时,AB⊥CD。根据机构几何结构关系可以知道:

在工作行程中,由于切削前后各有一段约0.05H的空刀距离,通过牛头刨床几何结构可以计算出在工作行程0.05H、0.95H处对应的位移、旋转角度、旋转时间如表3所示。

在添加切削阻力时用条件函数IF进行定义:IF((time-0.06363):0,8000,IF(ti me-0.42164:8000,0,0))。

力的方向设置为On One Body,Moving with Body,如图2所示。最终完成的几何模型如图3所示。

3 仿真分析及参数测量

点击仿真按钮,设置仿真终止时间(End Time)为5/6 s，即曲柄1旋转1周，仿真工作步(Steps)为200，然后点击开始仿真按钮，进行仿真。

在完成仿真分析过程后，选择绘图按钮，系统弹出ADAMS/Postprocessor后处理窗口，利用此窗口，可以输出各种数据曲线并进行仿真结果回放。

如图4所示，在后处理窗口分别绘制了刨刀的位移、速度、加速度曲线以及曲柄1的平衡力矩曲线[4]。

4 优化设计

4.1 创建设计变量

设置各杆长度为变量，创建分别表示杆长了lAB、lAC、lCD的3个设计变量DV＿AB、DV＿AC、DV＿CD,给定各杆长的变化范围为。

4.2 结构点参数化

根据设计变量，利用机构几何关系，可以得到对应表2中各结构点的坐标参数化表达式如下：

4.3 机构的优化设计

以牛头刨床的工作行程H，即刨头移动的距离为优化目标。在各连杆长度在10%变化范围内，通过优化设计，使其目标值达到最大。

按图5所示进行优化设计设置[5,6]。

优化结果如表4所示。

从优化结果可以看出,曲柄AB,机架AC以及连杆CD的长度对机构的行程H均有影响,在给定的10%尺寸变化范围内,优化目标H从414.42增加到557.72，行程增加了34.6%。

5 结语

由上面的分析过程可看出,学生在进行课程设计时，运用软件就可对机构进行分析和论证,并仿真得到各个构件的运动参数,同时还可以对其参数化并进行优化设计，获得最优的设计方案。

通过研究利用ADAMS软件进行机械原理课程设计，补充了学生原来利用图解法或解析法的不足，实现了教学创新，同时激发了学生的学习兴趣，使其动手能力和创新能力均有所提高,充分发挥了学生在学习中的主体作用。

摘要：在传统的机械原理课程设计中,学生通常使用图解法或解析法来完成。为了克服两种方法的不足,本文以牛头刨床为实例,应用ADAMS软件进行机构建模、动态仿真分析,并以行程H建立优化目标对机构进行优化设计。通过使用虚拟样机技术,激发了学生的学习兴趣,充分发挥了学生在学习中的主体作用,使学生的创新能力和实践能力得到提高。

关键词：ADAMS,机械原理,课程设计,动态仿真,优化设计

参考文献

[1]王湘.基于虚拟样机技术的机械原理课程设计教学探索[J].广西大学学报,2007,9:P345-347

[2]罗洪田.机械原理课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,1998.

[3]李军,刑俊文,覃文浩.ADAMS实例教程[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

[4]武艳慧.ADAMS在机械原理机构课程教学中的应用[J].内蒙古石油化工,2010,15:P89-91

[5]鹿跃丽.牛头刨床六杆机构的优化设计[J].郑州工业大学学报,1999,20(3):P39-41

1机械原理课程设计说明 篇8

《机械制图》是工科类专业的主干课程,其研究对象是机械图样,其目的是培养学生的绘图、识图和空间想象能力。制图课中的空间分析和想象能力是指在接受物体的二维和三维信息后,经过联想和判断、想象和推理等思维活动,确定物体在空间的位置和几何形状的能力。该课程教学难度大,传统的教学模式主要是通过教师板书,借助模型、挂图进行课堂教学,效率低、信息量小。在计算机技术的迅速普及和推动下,从上个世纪80年代初的电化教学、计算机辅助教学到今天的多媒体教学,已经由单一的纸介质教材转化为多种介质共存,现代化教学手段具有更丰富、更先进的表达能力,并且能把音像和多种媒体所表述的内容与教材有机结合,形象生动。

一、传统机械制图教学的弊病

1.以教师为中心的行为主义教学模式

在传统填鸭式的课堂教学中,由于教师始终唱主角,学生处于被动地位,阻碍了学生的学习兴趣,抑制了学生的发展。

2.黑板作图效率低下,教学信息量较少

传统的机械制图教学模式是粉笔+黑板式的教学,教师在课堂上往往要书写大量的板书,画大量的图,工作效率低下,无法与学生进行充分交流。

3.实物模型数量较少,学生感到很抽象

机械制图是一门抽象性很强的课程,在学习过程中需要一定的空间想象能力,而青少年学生的抽象思维能力往往较差,这就使得在制图教学中存在着较多的难点。

4.分析几何形体的结构时,缺乏形象生动的教学手段

例如,在讲解组合体的读图时,各种类型的组合体视图的分析过程,以往教师都是利用徒手绘制轴测图的方法来展示视图所表达的形体的形状,这对教师的徒手绘制轴测图的能力要求较高,尤其是新教师很难掌握,影响教学效果。

二、在建构主义理论的指导下,对机械制图课程的教学进行设计

1.将认知学习理论应用于教育技术实践

以学生为主体,遵循学生的认知和学习规律,在教学中正确设计多媒体课件教学方案,积极调动学生的参与意识。为了使媒体的利用能在教学中发挥最佳效果,教学媒体设计除了要考虑教学目标、教学内容、教学对象外,还需以认知心理学为依据,得出一批有价值的结论,机械制图课程建设正是基于这种建构主义理论基础上,运用多媒体、网络技术来实现教学设计的。

2.设计学习环境和教学模式

随着学生认知学习理论的普及,人们认识到学生是信息加工的主体,是意义的主动建构者,因此,多媒体课件在设计中形成的交互性教和学的情景,能把教师和学生有机地联系起来。

3.利用多媒体课件将机械制图中的难点和重点突出表达出来,使学生把握重点,理解难点

建构主义认为,学习总是与一定 情景相联系的。思维和学习只有在特定的情景中才有意义。所有的思维、学习和认知都是处在特定的情景脉络中的。因此,通过多种媒体的设计,展现几何形体的结构特征,以此来使学生在这种特殊的情景中,将大脑中的各种简单形体的认知联系起来,形成对复杂几何形体的认知,从而正确理解利用二维图形对三维几何形体的表达。

4.引导学生开展协作学习

为了使意义建构更有效,教师应在可能的条件下组织协作学习,开展讨论与交流,并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。所以,多媒体课件注重教学方法的设计,对知识点的介绍是循序渐进的,提供交互方式的设计,将知识逐渐深化。

5.组织学生利用网络进行学习

在网络环境下进行学习,学习者、教师和学习伙伴的思维与智慧就可以被沟通共享,共同完成学习任务。制作网络课程,可以通过网络方便学生对课堂教学内容进行复习巩固,并可组织学生对典型的题目进行讨论,发表各自的不同看法。

6.强调多范围、多层次的学习

课程教学设计最好将学生认知和学习理解为个体层次和社会层次之间的动态互动过程。如果只关注某一个层次,并假设其他因素都是常态或者是可以预期的,就不能充分提供有效的学习情景。因此,制作包含各种层次要求的习题库和试题库,可以适合不同层次学生练习的需要,满足教学考核的需要。

三、结束语

在具体的教学实践中,我们不断尝试运用最新的现代教育技术,以建构主义教育理论为指导,对传统的机械制图课程教学进行改革,课程建设是一项系统工程,工作量很大,需要多方协作、领导支持,开发研制人员还要有奉献精神。这项工作对推进教育教学改革,提高教学水平将有深远意义。◆(作者单位:湖北省襄樊工业学校)