机械结构论文范文3篇

2024年2月9日发(作者：宗测)

机械结构论文范文3篇

机械结构教学分析论文

论文关键词：解剖式；教学模式；机械结构

论文摘要：文章根据机械制造及其自动化专业基础课的教学特点，提出了自顶向下的解剖式动态教学模式，解决了学生在课堂上对原理结构图及实物结构图的三视图读图慢且理解不深的问题。

一、引言

机械类专业基础课、专业课是奠定学生将来从事机械类及相关工作的理论基础、分析能力及实践能力的重要课程。根据机械类学生将来从事结构设计工作的特点，为拓宽他们的视野，提高其设计技能，教材中大量使用了原理结构图及实例结构图，导致教材内容复杂，篇幅长，讲授难度大。为了提高教学效果，许多教师进行了大量、广泛而且深入的教学方法研究，取得了很好的效果。但对于机械类专业基础课、专业课中大量出现的原理结构图及实例结构图，由于学生缺乏感性认识、实践知识和基本结构素材，如果仅靠学生的兴趣和教师讲授效率的提高，学生理解速度还不能适应课堂教学的需要。针对这个问题，我们提出了解剖式动态教学模式。

二、目前的教学状况

机械类专业基础课、专业课中大量出现的原理结构图及实例结构图是以线条式的原理简图或以平面的三视图来表现的。对于原理简图，学生只需“看见”就已经“理解”这些图形了；而对于三视图，根据教育心理学认知理论，学生要理解这些图形，在“看见”这些图形的基础上，必须在大脑中将其重新组合为熟悉的三维立体图形，而这需要花费一定的时间。教材编著者也注意到了学生认知的这些特点，尽可能采用轴测图来表示复杂的实例结构。从教学中不难发现，学生对这些轴测图的理解速度远大于对平面图形尤其是三视图的。为什么会出现这样的结果?从学生学习三视图的过程中不难发现答案。

学生在学习《机械制图》的时候，教师都带有实物教学模型，让学生从三个方向观看，并且运用正投影理论把模型轮廓投影到三个相互垂直的平面上，然后按规定将三个平面展开到同一个平面形成了三视图。为了加深学生的理解，教师通常要求学生亲手制作模型。所以三视图的产生方式是：立体图一三个面轮廓分

解一三视图。当学生阅图时，是将三视图的三个平面图形读人大脑，通过空间想像在大脑中拼接成对应的立体图，即三视图一三个平面图形合成一立体图。这个过程看似一个简单的思维逆转，但其思维的难度却不是成比例增加的。因为立体图一三个面轮廓分解一三视图是正向思维，且三个面形成在思维过程中是可以分解进行的，而三视图一三个平面图形合成一立体图是逆向思维，且立体图形的形成在思维过程中必须是整体进行的，所以理解难度大大增强，即使对于经验丰富的工程技术人员，仍会感觉到这两种思维方式在难度上的差别。

机械类专业基础课、专业课教学的主要目的是让学生理解用图形表示的结构原理，掌握设计思路及相关基本概念的应用，而不是让学生单纯地识图，安排的教学时间非常短。这样就难以在规定的时间内达到预期的教学效果。

三、解剖式动态教学模式

随着计算机硬件性能价格比的提高及计算机软件技术的发展，使三维实体的结构造型成为可能，这就为直接用三维结构图进行教学提供了基础。根据教学要求，我们选择了具有自顶向下设计特点的PRO／E软件进行三维实体的结构造型设计。其过程为：先构造零件毛坯实体，然后采用如机械加工及焊接加工过程的实体去除或添加，最终生成所需的零件实体；PRO／E还可根据设计的零件实体自动绘出它的三视图，并标注尺寸，因此从设计步骤上具有自顶向下的特点；除此以外，PRO／E绘制的零件实体还可以装配成总装图，故用PRO／E软件来演示结构的制造和安装过程对学生理解实例结构图有非常好的效果。

在实施过程中，我们拟将常用车刀、钻头、车床主轴箱、典型夹具制作成三维实体结构图。完成此工作后，可以使教材中的平面图形转换为立体图形，学生将抽象的空间想像合成阅图转换为直观的立体阅图，教师将静止的结构形态展示变为动态功能信息讲解，实验由被动的观察转换为主动的装配实践，从而提高学生的理解速度及深度，达到教学要求。经过这样的转化，使学生在读图的过程中，不但克服了平面图形及三视图阅图弊端，而且弥补了轴测图的观察角度单一的不足，还消除了实物模型的内部结构无法看清、不能任意拆卸的缺陷。

更重要的是，利用PRO／E提供的强大功能，还可以形成一套独特的教学模式——自顶向下的解剖式动态教学模式。这种教学模式是根据三维实体结构图，利用学生已掌握的基本知识及已有的结构、产品及实际经验，先讲解来源于生产实

际结构图的功用，再讲解各部分结构的设计原则及运动特点，最后讲解其中每个零部件的功用，形成从整体到具体的教学特点，即自顶向下的教学模式。实际上，PRO／E软件还有一个重要的功能——快速装配，利用这个功能，在教学中，可以将实体结构中的零件逐个拆下，并可以在任意方位展示，使学生更容易理解各个零件在产品中的功能及与整体的装配关系，显然，这种方法具有医学中解剖的特点，所以称之为解剖式。此外，不仅这种解剖过程是动态仿真的，而且对于一些结构，还可以实现动态的运动模拟，所以这种教学方法具有动态的特点，因此，称为自顶向下的解剖式动态教学模式。

要达到这种教学要求，需利用PRO／E软件制作大量的三维实体零部件图及装配图，为了实现通用性，拟采用参数化设计方法，对刀具结构、主轴箱、常用夹具结构、常用标准件、先进设备的典型机构实现三维实体造型，这项工作完成后，不但可以达到上述的教学要求，还可以得到一个“副产品”，这就是可以让学生自己设计、装配产品的基本元件库，从而开发出《机械制造技术基础》的一个新的实验——虚拟机械结构拆装实验!

四、解剖式动态教学模式的研究意义

1．以学生在课程学习中遇到的结构三视图阅图难点为研究内容，以学生容易理解的三维实体教学方式为突破口，以学生的理解力提高为目标，形成了自顶向下的解剖式动态教学模式，实现了教学研究以人为本的思想。

2．充分利用了计算机软件及硬件技术带来的图形处理及显示的优势，将实体造型软件PRO／E应用于课堂教学及实验中，使专业知识中涉及到的大量的结构原理图和实例结构图更直观的呈现出来，加快了学生阅图速度，加深了学生对所学内容的理解，实现了教学手段的与时俱进。

3．著名教育理论家及建构主义理论的集大成者皮亚杰认为，“理解就是创造，或通过再创造去进行重构”。运用这一认知理论，鉴于PRO／E软件的特点，创建课程相关图库，使结构原理图和实例结构图具有实践性，学生通过动手设计部分结构，理解程度大大加深。实现了教学方法改革与提高认知能力的有机统一。

4．充分利用PRO／E软件强大的功能，使实例结构图以三维实体造型的形式全方位展现，组成零件可以任意拆装、移位、隐藏，相关运动机构可以动态显示，使学生快速理解实例的组成结构、运动原理及包含的基本理论，实现了教学过程

的动态直观。

5．利用PRO／E的快速装配功能，在教学中，可以将实体结构中的零件逐个拆下，并可以在任意方位展示，使学生更容易理解各个零件在产品中的功能及与整体的装配关系，这种解剖过程是动态进行的。此外，对于一些结构还可以实现动态的运动模拟，首创了自顶向下的解剖式动态教学模式。

6．利用研究项目形成的三维实体库及现有的计算机资源，可以开出虚拟结构设计装配实验，不仅解决了实验装备模型的不足，而且提高了学生的学习积极性，培养了学生的设计能力和创新能力，并扩展了三维实体库，使该实验形成了良性循环。此外，利用虚拟造型，可以引进先进设备结构，大大提高实验的技术水平，因此形成了教学实验开发的新模式。

五、结论

1．采用自顶向下的解剖式动态教学的新模式，学生对刀具、机床、夹具等结构的课堂理解速度会有很大提高，轻松、形象、动态的三维实体教学会在很大程度上提高学生对机械类课程的学习兴趣，这样的良性循环将会产生很好的教学效果。

2．通过校园网，自创的图库能为全院学生提供一个利用课外时间进行创新设计的空间，学生通过实际任务的练习，提高了设计能力，形成了创新意识，这为高素质的人才培养奠定了坚实的基础。

3．新开设的虚拟结构设计装配实验，可以充分发挥学生的积极性和创造力，培养学生的设计能力，同时学生的作品扩展了三维实体库，使该实验形成了良性循环。创新设计机械结构论文

1机械结构设计上的七种变元创新方法

德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个

机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。

1.1材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

1.2数量变元

在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。

1.3位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。

1.4尺寸变元

零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。

1.5形状变元

机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实

现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。

1.6分析连接变元

一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。

1.7分析工艺变元

零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。

2机械结构创新的尝试及优化测评

2.1机械结构设计的创新尝试

防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一

来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。

2.2对机械结构变元创新设计的优化评测

机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。

3结束语

机械创新结构设计在目前产业的发展和建设当中占据着十分重要的比例，因此研究其具有不菲的价值，但是研究机械创新结构设计并非一件简单的事情，对于设计者和研究者都提出了非常高的要求，不仅在专业知识方面要熟练甚至精通，还要有敏捷的分析能力和发现问题解决问题的能力，创新的思想和技术知识

更是不用说，这也是前提之一。