机械原理中构件的定义精选(九篇)

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第1篇：机械原理中构件的定义范文

关键词：CAXA；兼容；绘图简便；图库操作

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.064

随着计算机的普及，互联网时代科技的高速发展，煤矿机电一体化技术的融合，计算机制图在煤矿机电的地位越来越重要，日常生产工作中，我们都需要用计算机去绘制电气原理图、机械结构图、液压系统原理图、供电系统示意图等等。今天在这里为大家浅谈一下CAXA电子图版（以CAXA2013为例）在煤矿机电制图上的应用。

1 数据全面兼容

强大的数据兼容能力使得CAXA电子图版能方便与其他软件交流数据，针对AutoCAD的各个版本的文件，CAXA电子图板都能够轻松的读入和保存，并且能够兼容AutoCAD上二次开发软件的数据文件；针对UG、PRO/E、SOLIDWORKS、CATIA等三维软件生成的dwg/dxf文件的兼容性远比AutoCAD要好。而AutoCAD在高版本读入自己低版本的文件时许多文字也变成乱码，而且无法打开在其平台之上的二次开发软件的数据文件。CAXA电子图板可以直接把文字、块及中文标注打散，使得其他操作系统用户也能清楚的看原始图纸而不出现乱码。也可以直接把文件保存成dwg/dxf格式的文件，便于大家共享。

2 标准化的幅面设置

相比传统的AutoCAD软件，CAXA电子图板的“幅面”除了有符合国家标准的图纸图幅设置外，还设有图框、标题栏、参数栏、序号和明细表等，用户可以直接调用。调入图框，再调入标题栏后可直接填写项目，系统内有多种格式的图框、标题栏、参数栏可供选择，用户也可以根据实际需要将更改过的图框、标题栏、参数栏或自行设计制作的定义为新的幅面模板。序号功能可以逐件标注零件、局部结构以及图中我们需要说明和解释的各类图符，并自动生成明细表。通过填写明细表菜单，还可重新定义表头属性、填写、编辑明细项目。用户也可以将自己的制图习惯保存成模板，以便在绘制图形时直接调用。幅面设置的具体操作是：左键单击左上角“菜单”按钮，出现下拉菜单，鼠标移至“幅面”按钮；或调出“功能区”选项卡按钮，单击“图幅”选项卡出现相应操作选项。

3 简便的绘图功能

CAXA电子图板“绘图”功能选项卡分为“基本绘图”选项卡和“高级绘图”选项卡两类，基本绘图除了常用的命令外，还增加了图库操作、等距线绘制。在直线命令之中集成了AutoCAD中的射线、构造线、多线等命令外，还增加了角等分线、切线/法线的绘制； CAXA电子图版中没有AutoCAD中的偏移命令，但有更为便捷的平行线命令，它可以通过点、距离双向同时偏移，还可以进行偏移填充；中心线命令可以画出两条平行直线、圆、圆弧以及圆形阵列的中心线；库编辑命令可以直接从对图库进行操作。在高级绘图中，增加的局部放大、孔/轴、齿形、箭头、公式曲线、折线则更有特色。局部放大可以按照给定的参数生成对局部图形的放大；孔/轴、齿形可以按给定尺寸直接画出圆轴（孔）、锥轴（孔）、成形齿轮；公式曲线可根据系统公式或自己编辑的公式自动画出曲线；相对于AutoCAD的圆环命令，可通过绘制同心圆选择填充来实现。绘图时具体操作是：左键单击左上角“菜单”按钮，出现下拉菜单，鼠标移至“绘图”按钮；或调出“功能区”选项卡按钮，单击“常用”选项卡出现相应绘图操作选项。

在公差查询和公差标注、工程符号标注方面，CAXA提供了标准公差及配合公差的查询标注功能，根据输入的基本尺寸，自动计算出相关的公差值，对于非标公差，亦可输入上下偏差。工程符号标注方面提供了符合国标的标注系列。在使用时，用户只需点击命令，选择或填写参数，放置到指定的位置上就可以了。

4 强大的图库操作

图库操作是 CAXA电子图板在机械设计与制图中较AutoCAD最具优势的功能之一，而AutoCAD需要开发人员进行二次开发才能具有此项功能。CAXA电子图板已经定义了用户在设计制图时经常要用到的各种标准件和常用的图形符号，为用户提供了丰富的、标准的、参数化的图库，包括常用的机械零件、常用图形、管路接头、液压气动符号、电气符号、机构运动简图符号、紧固件―组合件等。需要时，用户直接提取需要的零件图符，根据要求输入尺寸参数或修改相关尺寸即可获得选用图形的轮廓图。而且用户可以实现对图库编辑和管理的功能，将图库进行扩充建立自己的图库，即自行定义自己要用的其他标准件或图形符号；操作简单， 不用编程。此外，对于已经插入图中的参量图符，还可以通过尺寸驱动功能修改相关规格尺寸，以便获得自己想要的图形。运用图库时的具体操作是：鼠标移动至左上方（功能选项卡下方）的“图库”按钮，自动出现相应操作选项。

此外，CAXA电子图板还设立了技术要求库、构件库。技术要求库统一了技术要求的语言表达标准与方式，并且用户可根据需要对标准技术要求中的参数 、文字进行修改、编辑并保存。构件库提供了大量的构件图形。

我们平时在绘制电气原理图、机械结构图、液压系统原理图以及日常的供电系统示意图等时，可以直接调用库中的图符，也可将我们日常所绘制的幅面、图形符号、技术要求等保存成模板，直接调用。这样既大大缩短了绘图的时间，又提高了工作效率。

在煤矿日常的机械设计与平面制图中，CAXA电子图板中非数字命令无需键盘输入、线型可自动分层分颜色、智能标注、拾取过滤等功能，都是AutoCAD 等软件所无法比拟的。仅需要通过简单的绘图操作就能将产品研发、展示、改型设计等制图工作迅速完成，给用户的设计绘图工作带来了便捷。相信通过学习和掌握CAXA电子图版的绘图操作，可以大大提高我们煤矿工程技术人员的机电制图效率，提升我们专业的设计能力，更好的为矿井的安全生产和技术发展服务。

参考文献：

[1]钟日铭等.CAXA2013电子图板从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2014（01）.

[2]马希青等.CAXA电子图板教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2016（01）.

第2篇：机械原理中构件的定义范文

关键词：机械；设计；系统化

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70年代由德国学者Pahl和Beltz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，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，制订出标准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。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

一、设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

二、图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。

将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用N1jssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网路描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

三、“构思”－“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。RODer，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1　获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2　寻找效应(简称为“效应”)；3　寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略一：分别考虑“功能”、 “效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略二： “效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略三： “功能”、 “效应”、 “构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略四：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。

四、矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求一功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求一功能”逻辑树建立“要求一功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间――对应的关系。

Kotaeta]将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

五、键合图法

第3篇：机械原理中构件的定义范文

【关键词】创新设计；机械结构设计；变元法

机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能；是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还需考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。本文主要介绍变元法在机械结构创新优化设计中的运用，并结合实际结构设计论述或举例说明结构设计中的创新方案。

1、变元法

变元法源于德国，是用于机械产品结构设计的一种富有创造性内涵的新方法[1]。采用该方法来开展产品结构设计工作前，需要明确基本结构内容，并在基本结构确定前提下研发新型结构方案。变元法的内涵有两个：（1）定义产品结构中的变元内容，主要包括七个：①材料；②数量；③位置；④尺寸；⑤形状；⑥联接；⑦工艺；（2）将这些变元进行适当改变调整，然后构造出不同类型结构方案，达到优化设计目的。

1.1材料变元

机械设计中可以选择的材料很多，不同的材料对应不用的加工工艺，结构类型，零件尺寸。通过调整材料变元可以创新性制定不同结构方案。例如：在运用钢材料的结构设计中，通常加大零件的截面尺寸以增加结构的强度和刚度；而在铸铁的结构设计中，则是通过加强筋和隔板的方法加强结构的刚度和强度；塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板与壁厚相近并均匀对称。

1.2数量变元

产品结构中存在的基本元素包括加工面和工作面，轮廓面和轮廓线，零件本身。可以对结构中具有的基本元素数量进行调整、改变以达到改变机械结构的目的。例如：铸件结构形状力求简单，在可能情况下尽量采用直线形的轮廓。在螺纹连接结构中，为防止螺钉松脱，往往需要螺钉与弹簧垫圈同时安装使用；但也可以把螺钉设计成将螺钉、垫圈和弹簧垫圈的功能集成为一体的在螺钉头安装接触面带有防松措施的防松螺钉，既减少零件数量又方便装配。

1.3位置变元

对产品结构中各个元素间的对应位置进行适当改变，可以获得结构设计的优化。例如：在安排零件的焊缝位置时，焊缝应相对构件中性轴，或靠近中性轴，以减少收缩力矩或弯曲变形。另外，在有限空间箱体中装配若干零件，零件摆放位置不同也会影响装配操作的操作性。

1.4尺寸变元

其中尺寸变元内容有角度、长度以及距离等内容，调整构件、零件尺寸大小能起到改变整体结构的效果。例如：在冷冲压弯曲工艺中，由于材料的弹性变形，弯曲件如果严格要求某角度，则需要在弯曲件成形后，再附加整形工序修复工件；弯曲件如果增加弯曲角度Δα，允许2°～3°变形，弯曲后不需整形。

1.5形状变元

通过调整结构零件表面及整体形状、整体轮廓以及零件规格、零件类型，也能实现改变机械整体结构的目的。例如：要实现用弹簧产生的（弹）压紧力压紧某零件，使其保持确定位置。设计时可以选择的弹簧类型有拉簧、压簧、扭簧、板簧，被压紧的零件形状可以有平面、圆柱面、球面、螺旋面，通过对这些因素的组合可以得到多种方案。其中压簧的压缩距离不应过大，否则容易引起弹簧的失稳，如确需要使用较大的压缩距离则应设置导向结构，拉簧因无失稳问题，设计中受空间约束较小，即可单独使用，也可以与摇杆及绳索等配合使用。

1.6分析连接变元

其包含2层意思：①联接方法，其中包括焊接方式、胶接方式还有铆接、螺纹联接等；②每种连接方法均有几种不同联接结构，因此可以将联接结构及方式进行调整或是改变之后获得多种结构类型。例如：对于需要经常拆卸的零部件结构，不但应使连接可靠，还应使拆卸操作尽量方便。这方面的结构在我们生活经常可见，如玩具产品中经常使用卡扣与螺钉相结合的安装方法，而手机产品的机盖设计成快速连接拆装结构，方便用户操作。

1.7分析工艺变元

工艺的不同也会对结构设计产生重大影响，因为各个设备零件在制造过程中选用工艺不同，制造成本差异以及性能、质量差异都会影响产品整体结构。因此在拟定机械零件的工艺规程时，应该充分研究零件图纸，对其进行分析，审查零件的结构工艺是否良好、合理，并提出相应的修改意见。当前，由于加工工艺、转配工艺（自动化程度）的不断提高，如机械人、机械手的推广应用，出现了不少适合于新条件的新结构，与传统的机械加工有较大的差别，这些工艺应该给予注意与研究。

2、机械结构优化设计以及变元法运用

对于每一个结构设计方案的评价，应该综合考虑结构方案中的社会效益、结构系统可行性、工艺性以及技术经济相关指标要求等内容。然后从各个备选结构方案中挑出最优的结构方案。在机械结构方案已经确定的情况下，也可以对关键构件或零件构进行不同变元的分析，以及变元之间联动配合修改，已达到优化设计目的。另外，也可以建议一些数学模型，因为数学模型可以很好描述结构设计中的尺寸和数量变元，还可以对材料变元进行间接描述（但是很难描述其他变元类型[2]）。按照机械产品不同要求和特征，综合运用不同变元，结合设计者掌握的经验及知识能力，通过发挥创造性思维，构造出不同机械结构。例如以下转盘结构。

在这三个结构图中，如果将结构设计方案1（图一）中的调整锥齿轮间和主轴承两者位置，及通过调整位置变元，然后再调整水平轴方向上的左轴承形状，也就是通过改变形状变元之后获得了结构设计方案2（如图二）。如果改变方案1中的主轴承和齿轮的尺寸大小和个数，及通过调整两者的数量变元、尺寸变元，于此同时，在调整齿轮构件和轴承构件的位置，及改变位置变元，就可以获得结构方案3（图三）所以，上述3种不同类型的转盘结构方案均可以利用变元法很好的实现，若进一步采用变元法也可以实现多种不同的结构设计方案。通过对比这3种结构方案，综合分析社会效益、成本需要、可行性以及制造工艺过程等方面内容，可以获得方案2是最优结构组合。一个机械结构方案的整体评价，都要经过实际使用效果来作为最总检验的事实依据。若对转盘结构模型中欧的齿轮构件作进一步可行性设计以及优化设计，并对滚动轴承以及齿轮运行进行弹性流体压分析，然后进行精密计算，都可以为优化转盘结构设计提供大量参考数据。

3、结束语

深入研究机械创新结构设计具有重要的现实意义。想要逐步实现结构创新设计，不仅要求设计者拥有扎实的专业知识、技术知识，还要不断提高敏锐的问题分析能力、以及创新思维能力。变元法在设计中的运用可以衍生出很多种结构，为机械设计者最终选择优化方案提供了一种创新工具。在明确设备功能或是零件基本作用的基础上，如何将现代机械结构设计方法灵活运用，并实现各个构件零件的最优组合，以便满足机械系统要求，这是当前工程设计工作采用的主要手段。创新设计属于先进技术范畴理论，在机械机构设计过程中利用创新设计理念能帮助构造出多种结构方案，从而寻找出最优结构设计。这不仅为促进了企业自身发展，在另个层面上也推动了社会不断发展。

参考文献

第4篇：机械原理中构件的定义范文

关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势

引　言

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。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，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。

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，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

1、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，制订了设计的一般模式，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，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。

制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。

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。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

1.1　设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

1.2　图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。

将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

1.3　“构思”—“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。

1.4　矩阵设计法

在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.5　键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。

2、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。

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。

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(联接和配合部)，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。

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。

根据机械零部件的联接特征，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联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。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中，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。

3、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。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

3.1　编码法

根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。

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3.2　知识的混合型表达法

针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

3.3　利用基于知识的开发工具

在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

3.4　设计目录法

构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

3.5　基于实例的方法

在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

4、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，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。

在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。 2) 开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3) 生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。

我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。

将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。

利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。

5、各类设计方法评述及发展趋势

综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。

结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科 领域知识。

机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

值得一提的是：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，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。

第5篇：机械原理中构件的定义范文

创新教育的目的就是培养和提高受教育者的创新素质和创新精神。要实现此目的,首先从改变教学内容入手,重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。例如,在绪论部分的讲述中,以往的内容主要是针对本课程的研究对象、基本概念、课程的地位和作用以及本课程的学习方法等展开的。但是,为了培养学生的创新意识,调动学生的创新积极性,除了经典部分的阐述外,还有必要结合现代科学技术的飞速发展,重点阐述机械原理学科的发展动向。如在机构的结构理论发展发面,可以让学生了解:为了广泛应用机电一体化技术,当今社会也迫切希望开展包括对液压、电磁、光电等非机械传动元件的广义机构设计。在对机构的平衡问题进行介绍时,引申到机构的动力学研究,进而让学生了解到大型机械设备的故障诊断和在线监测都是现代研究者关注的重点。有意识地将一些机械原理学科前沿的研究引入教学内容中,如微型机械的研究,它不是将传统的机械直接微型化,而是已经远远超出了传统机械的概念和范畴,是涉及多学科的综合技术的应用,也推动了处于机械原理学科前沿的微型机构学分支的产生。结合一些相关视频资料,学生在课堂上获取到这些知识的同时,兴趣也被调动了起来,拓宽了知识面和视野。让学生意识到“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”,“一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林”[3]。此外,在教学内容的创新改革中,还可以尝试重心的转移,强调创新设计能力的培养,突出计算机的应用。教师在教学过程中逐渐实现淡化图解计算分析,强化解析法内容的教学,进一步加强学生对机械系统设计的综合认识。这种重心转移体现在:由图解法为主向解析法为主转变,使计算理论与计算机技术统一起来,提高机构设计的效率和正确性;由手动设计计算向计算机自动计算转变,提高学生计算机应用能力;由过去重机构分析计算向重机构综合转变,提高学生机构方案构思与设计创新能力和综合应用知识解决实际问题的能力。在教学中不断地营造创新环境,大大提高了学生的创新积极性。

二、教学方法的创新

教学方法应该能够配和教学内容的改革。创新素质就是指由知识结构、智慧品质、人格品质三种成分有机结合构成的综合素质。创新教育就是要培养具有这种综合创新素质的学生。在当前课堂教学中,以知识传授为主导的教学方法并未根本改变,教与学的关系是以教师为主导、为中心的,这种方式在某种程度上制约了学生的学习主动性及其创新潜能的发挥。在机械原理课程的教学方法上,应加强与学生的互动,要将以教师为主的“灌输式”教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变,让学生从被动学习转变为主动学习,真正成为教学活动的主体。以学生为本的创新教育教学方法可以通过以下几个方面来实现:鼓励学生不迷信书本知识、不迷信权威观点,敢于提出问题,无论课堂内外,对于任何问题都应多问几个为什么。如对“极位夹角”的概念解释,大部分教材上的定义是“摇杆处于两极限位置时,相应的曲柄位置线所夹的锐角”。在教学中可以引导学生进行思考,对这个广泛应用的定义提出质疑———是否所有的“极位夹角”都是锐角,是否有钝角的情况存在,而不是直接给出学生更完善的定义。在这个过程中,学生开始学会发现问题,也开始尝试如何自己解决问题。鼓励学生的求异思维和发散思维,开阔学生的思路。当然,创新离不开科学的根基,引导学生要坚持科学的思维,在提出自己独特见解的同时,也应该能用科学的理论对其进行解释和验证。鼓励学生多参加亲身实践,只有亲自动手验证了创新思维的正确性,才能真正达到创新的目的。机械原理是一门既有高度的抽象性,又有很强实践性的课程。如机构运动简图、机构运动分析与力分析模型等都是从实际机械中抽象出来的,许多的概念需要通过动态过程才能得到准确描述。原来的教学方法大多通过教师手工绘制或将静态图展示给学生,教学效果并不理想。因此,现在的教学方法中采用多媒体手段教学,课件中涵盖了丰富的三维动画、趣味的图片、简洁的文字等。通过教师讲解、动态演示与板书相结合的方式,使学生在学习中可直观地了解机构的运动过程及其所具有的特性、产生的各种现象,加快了学生对诸如“死点”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激发起学生的好奇心,强化了直觉思维,加深了学生对这些概念所表达物理意义的理解程度。

三、教学手段的创新

在教学手段上,着重培养学生对机械系统的整体认识,注重学生的参与,与机械原理课程设计、机械原理创新实验相结合,加强学生对所学基础理论知识的理解。培养学生应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,培养学生的创新设计能力,使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练。在机械原理课程设计中,教师通过介绍创新设计的方法和展示创造发明实例,启迪学生创新的思维,让学生了解设计过程,掌握设计方法。在设计过程中,能在认真思考的基础上提出自己的见解,充分发挥自己的创造性,不是简单的抄袭或没有根据的臆造。教师仅指明设计思路,主要启发学生独立思考。设计方案确定后,安排学生向小组成员介绍自己的方案,并与其他成员讨论,这样既提高了学生学习兴趣,调动了学习主动性,又破除学生对创新设计的神秘感,有助于让学生对自己的设计方案有全面的认识,使学生受益匪浅。机械原理创新实验是一个针对机械类或相关专业学生的开放性动手实验。它是一个很好地培养学生主动学习能力、独立工作能力、创造能力以及团队协作能力的平台。学生自己拟定、设计机构运动方案,根据机构组成原理对杆组进行拆分,再将构件正确拼装实现机构的运动,这个过程就要求学生必须将所学的理论知识充分地运用到具体的实验中去。例如,学生要设计并实现一个具有急回特性的送料机构,该机构就有多种搭建方案,实验过程中学生首先提交自己根据要求拟定的设计方案,绘制该平面机构的运动简图,再计算所有的杆长、角度、位移等数据,然后在此基础上将运动简图搭建为能够正确运动的实验机构。设计过程中学生将会接触到机械原理的各大机构,也会进一步深入了解各大机构的运动特点,而搭建过程又会涉及到机械设计及零件的知识。将学生分为多组,同组学生共同拟定实验方案、协同完成实验,最后各自撰写实验报告。在设计和拼接过程中学生会遇到各种在理论学习中很少遇到的问题,在发现问题、解决问题的过程中学生各方面的能力也得到了很好的综合培养。该创新实验用问题法、探究式教育来培养学生的创新意识和科研能力,让学生学习到了许多课本上学不到或曾经被忽略的知识,参加过创新实验的学生都深有体会。

第6篇：机械原理中构件的定义范文

关键词:桥梁结构；检测技术

Abstract: this paper introduces the definition of bridge structure state detection and content, this paper expounds the bridge structure, function of the overall performance in a variety of testing technology, this paper discusses the situation of bridge structure material defect diagnosis and testing method, and points out the development direction of the bridge detection method.

Keywords: bridge structure; Detection technology

中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：

引 言：桥梁结构状况的检测是对桥梁结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面:一方面是桥梁结构(上、下部结构) 整体性能、功能状况鉴定 ,包括结构承载能力(强度、刚度和稳定性) 的鉴定、桥梁抗洪能力的鉴定;另一方面是结构材料缺损状况的诊断 ,包括材料损坏程度检测 ,材料的物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等。

1 桥梁结构整体性能、功能状况鉴定

公路桥梁结构的整体性能检测 ,按照受力状态可分为静载试验和动载试验;按照试验持续的时间长短分为瞬时试验及长期试验。在静载作用下 ,一般要测定作用力的大小(包括静荷载、支座反力、推力等的大小) 、构件的内力(包括弯矩、轴向力、剪力、扭矩等) 、断面上各种应力的分布状态及其大小、各种变形(包括挠度、相对位移、转角等) 以及局部损坏现象(如裂纹的分布及其大小等) ; 在动荷载作用下 ,一般要测定动荷载的大小、频率和变化及构件的动应力、结构的自振频率、动挠度、衰减特性及其加速度等。

1. 1 机械检测技术

机械测试仪器一般有杠杆、齿轮、轴、弹簧、指针和度盘等部件。它主要由四大部分组成:传感机构、转换机构、指示机构和机体保护部分。

传感机构的功能是直接感受被测量的构件变化 ,并把这种变化传到转换机构、在接触式机械量测仪器中 ,这部分常常是测杆及弹簧;对于张线式机械量测仪器 ,则常常是鼓轮一类的机构。

转换机构的功能是把传感机构传来的被量测构件的变化转化为长度的变化 ,并且把它放大或缩小 ,或者改变方向 ,如百分表中的大小齿轮及弹簧。

指示机构的功能 ,是将经过转换机构转化为长度并加以放大、缩小或改变方向之后的变化用一定形式表现出来。一般常由指针和度盘组成。

机体保护部分的功能是把各组成部分连接成整体 ,使之保护仪器不受周围环境的影响。

机械测试仪器的特点:结构简单 ,易于操作 ,工作可靠 ,经济耐久 ,可重复使用 ,对周围环境的适应能力强 ,但灵敏度不高 ,放大能力有限 ,较笨重。

1. 2 电测技术

电测法的原理是 ,通过一定的传感元件把所测的机械量(应变变化) 转化为电量(电阻变化),再通过一定的仪器把电阻变化转换为电压(电流) 的变化并加以放大 ,然后按机械量给出指示。这里所说的传感元件就是电阻应变片 ,测量仪器就是电阻应变仪。在工程试验中最常用的是电阻应变测试技术 ,它是试验应力分析中重要的方法之一。从 1938 年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件到现在 ,已形成一套使用方位、运用性强、比较完备的测试仪器。

1. 3 超声波检测技术

声波检测技术是近年来发展非常迅速的一项实用技术。超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波 ,其频率超过了20 kHz。它的基本原理是用人工的方法在工程材料或结构中激出一定频率的弹性波 ,这种弹性波以各种波形在材料与结构内部传播并由接收仪器接收。在物体内部传播的弹性波的波速、振幅、频率及波形等波动特性参数与物体的力学参数(如动弹性模量、动泊松比、动剪切模量及物体内部的应力分布状态) 有直接的关系。此外 ,波动传播参数还与物体内部的缺陷(如断裂面、孔洞的大小、形状和分布) 等有关。通过分析研究被接收记录下来的弹性波信号 ,可以了解材料与结构的力学特性和缺陷。声波检测技术比其他检测方法轻便、灵活 ,可以在大范围内进行测试等一系列优点 ,目前在钻孔灌注桩及路面质量检验中得到广泛的应用。

1. 4 射线检测技术

射线是同位素或核子散发的一种无形的能束 ,而同位素中的某些元素所散发的能束与土壤的密度与水分有着十分密切的关系 ,而且具有十分明显的规律性 ,射线检测技术就是利用了某些同位素的这种特性。国内外的一些专家设计了核子检测仪 ,用于土壤密实度与土壤含水量的测定。

用于土壤密实度与含水量测定的射线检测技术 , —般有四种结构类型:1) 散射插入型;2) 透射插入型;3) 透射表面型;4) 散射表面型。射线是一种放射性物质 ,对人体的健康不利。在利用射线原理检测路基路面的物理指标时 ,对检测装置或设计的检测仪器的射线源一定要进行有效的防护 ,将射线对人体的影响控制在最低的程度。这是核子仪在设计时所必须考虑的关键问题。

2 桥梁结构材料缺损状况诊断

2. 1 混凝土强度测定

对于混凝土强度的测定 ,目前的测试方法主要有回弹法(表面硬度法) 、超声波法、超声---回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等。回弹法超声波法以及二者的综合法是属于非破损试验法 ,应用比较广泛。对于这三种方法 ,它们的测试结果平均误差约为 9 % ±7 % ,但是综合法要好一些。对于龄期在 90 d 以上的混凝土 ,采用回弹法时要考虑混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都具有一定的影响。

2. 2 构件材料缺陷的检验

2. 2. 1 目测法

构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。其中 ,构件外露的缺损 ,可以借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。

2. 2. 2 超声波探伤技术

超声波脉冲速度法可以用于探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣和火灾损伤等。

2. 2. 3 声波检测法

声波检测法是指用工具敲击构件 ,听其声音的差异来判断构件是否存在破损 ,这种方法比较简便 ,是一般检查中常用的手段。

2. 2. 4 雷达检测技术

使用脉冲雷达的电磁回波法是检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板的有效方法。

2. 2. 5钢筋锈蚀的评价技术

对于钢筋混凝土结构 ,由于混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等问题的存在 ,钢筋的锈蚀是普遍存在的 ,而钢筋的锈蚀会使混凝土结构进一步破损甚至破坏。下面介绍一些钢筋锈蚀的评定技术。

1) 钢筋锈蚀评定的直接技术。a. 电阻探测技术:根据金属板锈蚀后会变薄 ,电阻变大的原理进行探测。b. 线性极化探测技术:根据电化动力学原理 ,测量试验电极间的微小电流。c. 半电池电位测量法:通过与一个已知的并保持常量的基准电极的极电位相比较 ,能有效的测量混凝土中钢筋的极电位。便于现场原位检测 ,在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。上述三种方法中 ,前两种只适用于新建的桥梁结构 ,而第三种方法既可以应用于新建桥梁的检测 ,也可以应用于旧桥的检测加固。

2) 钢筋锈蚀评定的间接技术。a. 用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否满足要求。b. 测定混凝土的电阻率。通常取四电极法进行测量。c. 测试混凝土中的氯离子含量 ,评定氯盐对钢筋的锈蚀。d. 现场测试混凝土的碳化深度 ,用 2 %的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。p H ≥10 时 ,酚酞呈现紫红色说明混凝土并未碳化;p H > 10 时 ,则酚酞保持无色 ,说明混凝土已经碳化 ,失去了对钢筋的保护作用 ,则钢筋有可能被锈蚀了。

3 结束语

传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测 ,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。进入 20 世纪 90 年代 ,桥梁结构的无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态 ,出现了大批新的检测方法和检测手段。

参考文献:

[1]吴志勤.桥梁检测技术及其发展趋势简述[J].山西建筑,2007(2).

第7篇：机械原理中构件的定义范文

随着工业自动化的迅猛发展，机械手的应用遍布各个行业，装配、喷漆、搬运、锻压、焊接、热处理和冲压等都能看到机械手的身影。尤其高温、高压、粉尘、辐射等劳动环境恶劣或区域狭窄的工作场所，机械手更是发挥其显著优点。机械手因其生产效率高、自动化程度高等特点受到了越来越广泛的应用。本文基于PLC的机械手控制系统设计，简单介绍了机械手控制系统的原理和设计思路。

【关键词】PLC 机械手 控制系统

随着工业自动化的迅猛发展，机械手的应用遍布各个行业，尤其高温、高压、粉尘、辐射等劳动环境恶劣或区域狭窄的工作场所，机械手更是发挥其显著优点。机械手因其生产效率高、自动化程度高等特点受到了越来越广泛的应用。本文基于PLC的机械手控制系统设计，就机械手控制系统的原理和设计思路进行了简要的介绍。

1 机械手简述

机械手在自动化日益发展的今天，因其生产率高、改善劳动条件、减轻劳动强度等方面的优势，受到了广泛应用。机械手是模仿人手的功能，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动机械装置。机械手不仅能够提高劳动生产率，在改善劳动条件、减轻工人劳动强度方面的优势尤为突出。机械手主要由手抓、运动机构和控制系统三大部分组成。手抓主要作用是抓持，其具体形式由被抓持物的形状、尺寸、重量和材料等决定。运动机构，帮助手抓完成各种规定动作，如左右摆动、上下移动、旋转或复合运动等。机械手的分类方式有很多，如依驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式；依适用范围可分为专业和通用机械手；依运动轨迹控制方式可分为点位和连续轨迹控制。

机械手在自动化日益发展的今天，因其具备如下特点而被广泛应用：①提高生产过程的自动化程度；②改善劳动条件，尤其在高温、高压、低温、低压、灰尘、噪声、辐射和有毒有害工作场所中尤为显著；③减少劳动力，控制生产节奏。综上所述，机械手的发展是机械工业的必然趋势。

2 PLC概述

随着微电子技术的飞速发展，PLC已经成为了自动化的必备配置之一。可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），是为工业应用而设计的，基于微处理器的控制装置。由于其通用性好、实用性强、可靠性高和编程方法简单，受到了广泛应用。

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。程序进入可编程控制器后，先经过输入模块，然后在处理后进入CPU模块，在同编程装置的协同处理后，进入输出模块，编译后输出。

PLC的工作原理：①读取输入；PLC存储器中存放输入和输出信号状态的区域称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。②执行程序；PLC是按序依次执行输入映像寄存器的用户指令，并将运算结果存放于相应的映像寄存器中。在程序执行过程中，即使外部输入状态发生变化，输入映像寄存器也不会发生改变。发生变化的输入信号只有在下一个扫描周期才能被读入并执行。③CPU自诊断测试；自诊断测试包括定期检查CPU模块和拓展模块，复位监控定时器及其他内部工作。④改写输出；CPU执行用户程序后，将输出映像寄存器状态传送至输出模块、锁存并按要求输出。⑤中断程序处理；执行中断指令时，CPU立即停止正常扫描方式。中断功能可提高PLC的响应速度。⑥I/O处理；在程序执行过程中，使用I/O指令可直接存取I/O指令。

3 机械手的控制系统的构件

常用机械手的机械结构由滚珠丝杠、滑杆、气缸、传送带等组成；电气结构由PLC、传感器、开关电源盒电磁阀等组成。机械手从构成来看可分为：机械手本体单元、PLC控制单元、电源单元和接口单元等。

（1）机械手本体单元。按功能可分为二轴平衡机构、底盘、旋转手臂机构、夹手和限位开关等。

（2）PLC控制单元。选择适当的输入和输出点数。

（3）限位开关。根据具体运动过程选用满足控制运动要求的停止时刻和位置。

（4）光电开关。利用被检测物体对光束的遮挡和反射，检测物体的有无。

（5）电磁阀。用于实现机械手臂的上升或下降、左转或右转等。

4 机械手的控制系统的设计思路

由于PLC的可靠性强，具备一定的抗干扰能力，同时为便于设备的安装、调试等因素。设计机械手实现的功能是在传送带生产线上，通过PLC控制机械手的动作，完成获取和转移工件的工序。即当光电开关检测到物体的同时传送带A停止，机械手下降并夹紧物体。机械手上升并转动方向，在指定位置下降后松开，随后恢复到初始状态，传动带启动。

机械手上升、下降和旋转是由双线圈二位电磁阀控制气缸运动控制的。当上升电磁阀通电，机械手下降；上升电磁阀断电时，下降动作停止并保持。下降和旋转过程的实现同理可得。而夹紧和放松则是由单线圈二位电磁阀控制气缸运动控制的，线圈通电时执行夹紧指令，断电时执行放松指令。为保证机械手的动作准确，机械手在关键部位需安装限位开关。除此之外，为方便机械手的位置调整，应对其设置手动和自动两种控制方式。具体控制系统中启动、停止按钮，物品检测开关，限位开关，夹放检测开关的数据全部传入PLC中进行处理，处理后现分别传入上升电磁阀，下降电磁阀，旋转电磁阀，夹紧电磁阀和传送带启动等元器件进行动作。

PLC的控制系统的设计主要包括硬件设计、软件设计和调试三个部分。其中硬件设计包括PLC的选型，I/O资源的配置，PLC接线图的设计和操作面板的设计等。软件设计依赖于对程序的熟悉和经验。这里着重介绍一下调试过程。具体步骤包括：系统流程图的绘制；梯形图的绘制，这是程序设计的关键一步；将程序输入到PLC用户存储器，检验程序是否有误；调试程序，直到满足设计要求为止。

在上述过程中有几点需要注意：为了避免产生通信错误，确保数据线与计算机的接口与软件的端口一致；PLC的输入/输出点必须接入电源，其连接的外部模块也必须接入电源；连接PLC的输入/输出端口的动作与程序中定义的动作一致。

参考文献

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[2]李允文.工业机械手设计[M].北京：机械工业出版社，1996.

[3]周亚军，张卫.电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2010.

第8篇：机械原理中构件的定义范文

Abstract： In order to improve teaching quality of Mechanical Principle， aimed at the characteristics of this course， this paper abstracts the generic knowledge of Mechanical Principle， grasps the continuity of the precursor and follow-up courses to apply the teaching methods in the teaching of Mechanical Principle， make classroom teaching and online education complement each other， put forward the direction and method of improving the teaching of Mechanical Principle and provide some new ideas for improving the teaching quality of Mechanical Principle.

关键词： 机械原理；教学质量；共性知识；项目教学；在线教育

Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0135-03

0 引言

《机械原理》课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，其不仅担负着为学生学习后续相关技术基础课程和专业课程奠定良好基础的重要作用，而且负有培养机械类高级工程技术人才的机械技术工作能力和开发创新能力的重要任务，为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础。

通过这门课程的学习，要求学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用基本机构的分析和综合方法，初步具有进行机械系统运动方案分析和机构设计的能力，为学生学习后续课程和新的科学技术，打下坚实的基础。

这门课程通常在本科二年级时开设，机械原理课程一方面较物理、理论力学等理论课程更结合工程实际，另一方面，它又与讲授专业机械的课程有所不同，它不具体研究某种机械，而只是对各种机械中的一些共性问题和常用机构进行探讨。[1]目前的教材一般理论分析多，实践应用较少，学生在初学时普遍感到抽象难懂，难以入门，在课程设计环节往往难以将所学理论知识付诸实际。因此，如何提高机械原理教学质量一直是教研组研究的重要内容，根据多年的教学检验并结合机械原理教研成果，本文探讨了提高机械原理教学质量的几点思考。

1 课程共性知识的提炼

机械原理教材中的一些基本的研究方法和知识点通常贯穿于各章节内容中，在授课过程中将这些方法总结、归纳融会贯通形成讲授体系，帮助学生找到这些章节的内在联系，建立完整的理论体系，从而更好地掌握机械原理的基本的研究思路和方法。

例如贯穿机械原理课程始终的“反转法”，在平面连杆机构设计中，无论是刚体导引机构还是函数生成机构的设计，都可以采用“机构倒置的方法”来设计，即通过选取不同的构件为“机架”，把问题转化为求解“机架”的固定铰链点进行解决。又如在凸轮轮廓曲线的设计中，通过给整个机构加上一个与凸轮角速度大小相等，方向相反的公共角速度，将凸轮反转固定，假想为“机架”，然后按照从动件与凸轮的相对运动关系求出凸轮轮廓曲线。而在推导周转轮系传动比时，也是通过给整个机构加上一个与行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，将行星架反转固定为“机架”，把周转轮系转化为定轴轮系进行求解。[2]上述的转换机架法、运动倒置法从根本原理讲是一致的，都是相对运动原理在机构分析与综合中的应用。在学生第一次碰到这个概念时，就将这个原理讲透彻，以后在应用“反转法”时又适当重复，以加深学生对这一方法的理解应用。

又例如在机械原理中压力角的概念，压力角的本质是从动件所受的力和受力点速度方向的夹角，在连杆机构、凸轮机构和齿轮机构中均是机构传力性能的一个重要指标，[3]在每一章讲到压力角时，应把连杆机构、凸轮机构和齿轮机构中的定义联系起来讲，比较它们的共性和表述的不同，从而加深学生的理解。

此外还有机械原理课程中常用到的“当量分析法”以及运动分析和动力分析中的“矢量多边形”方法等等[4]。在讲解相关的内容时，用共性知识将不同的内容贯穿起来，使学生触类旁通，逐渐理清思路，加深理解。

2 课程内容之间的联系性

机械原理与前驱课程如理论力学等的内容关系密切，前驱课程的思维方法对机械原理课程也很有帮助，授课时把前驱课程中所学过的理论与机械原理要讲述的问题和内容联系起来，有助于引导学生积极思考。例如在平面机构的运动分析一章中，采用矢量方程图解法进行机构的运动分析时，所采用的基本原理是理论力学中的刚体平面运动和点的复合运动原理；而在平面机构力分析一章中，确定运动副中的摩擦和反力，采用的是理论力学中的机构静力学模型，等等。[5]在这部分内容学习时，学生往往对“矢量方程图解法”感到困惑，可以在授课之前，布置学生将理论力学的相关内容复习一下，课上再分别帮助学生复习一下，加深学生对于这部分知识的理解，从而更好地开展机械原理部分的学习。

此外，机械原理也是后续课程机械设计的基础。例如，机构力分析确定的运动副中的反力，是机械设计中构件结构设计的依据，也是确定轴承强度、刚度的理论依据。再如机械设计课程中关于蜗杆蜗轮和螺旋传动设计时提及自锁概念也和机械原理课程中的摩擦密切相关。另外，机械原理课程中介绍的关于斜齿轮、锥齿轮等的当量齿轮也是后续齿轮强度设计的设计依据。[6]在授课时，将这些联系与应用总结、展示给学生，使学生了解各门课程之间的联系，在应用机械原理课程所学知识时注意融会贯通，培养自己运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力。

3 基于项目实践的教学

普通高等学校机械类各专业的《机械原理》课程，内容通常包括三部分：机构的结构分析、机构运动学和机器动力学，从课程间的关系来看，《机械原理》课程是以《理论力学》为基础的。而在《机械原理》的教学中，也较易出现工科教学理科化的现象，传统的机械原理教学方法容易导致知识僵化，很多同学在学习之后不知道这个知识点在何种情况下使用。为了提高基础知识解决实际问题的可应用性，同时为了激发学生主动学习的兴趣，在课程理论教学的基础上增加项目教学内容，是提高课程教学质量的有效途径。项目教学是通过完成一个整体的项目而实施的教学活动，它可以是围绕一个大项目，展开一个个小项目，而每个小项目都是大项目中一个个内容的分解，最后在小项目都完成的情况下，保证大项目目标的完成。项目教学可以充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。

在机械原理授课过程中，以某一项目为主线精心设计教学，项目选择时应当尽量涵盖课程中涉及的多种典型机构和知识点，从而有利于学生通过运用所学知识完成学习内容。[7]授课伊始即将设计任务布置下去。通过教师对教学内容的分析，先将教学任务进行分解，把要讲授的知识蕴含于学生所需完成的任务之中，让学生通过项目设计从而掌握所学知识。这样，学生在学习完机械原理这门课程后，也完成了一个大的项目，在学习的过程中将各知识点联系在一起，形成了一个较完整的知识体系。

教师在授课过程中，也可引入一个项目案例进行讲解。例如：在机械原理的学习过程中，可选择内燃机作为主项目，内燃机中囊括了机械原理常用的三大机构：连杆机构、凸轮机构和齿轮机构，所以该项目又可细分为连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等多个子项目。在讲解平面机构的动力分析时，可以内燃机中的曲柄连杆机构的受力分析和配气机构的动力学分析为案例，在讲解机械的平衡时，可以单缸和多缸内燃机的曲轴的平衡为案例，等等。这样，通过一个实际的项目案例，帮助学生掌握了基础知识和技能，还可以通过案例举一反三，拓展知识，培养学生自主学习和知识应用的能力。

此外，授课教师在课程讲解时要紧扣实例，例如：在讲解连杆机构时，可结合日常生活中的雨伞，餐桌椅的折合装置，汽车上的雨刮器和转向机构、车门启闭机构、风扇摇头装置等进行讲解，讲解齿轮系的时候，可结合钟表讲解时针、分针、秒针的设计原理，还可介绍汽车变速器的工作过程等等，这些案例贴近生活，学生容易接受和理解，也能激发学生的学习兴趣和求知欲。

4 两种教学模式的交互

目前的机械原理课程授课形式大部分还停留在教师灌输、学生被动接受的模式，提不起学生学习的兴趣和动力，而且在提倡素质教育的形势下，机械原理的课时不断被压缩，这些都对基于课堂的传统教学模式提出了挑战。国家精品开放课程共享系统中心网站（即爱课程网）将在线课堂与面对面教学模式相结合，把学习效率低下的教师单向灌输的传输知识方式转变为激发学生学习兴趣，引导学生主动学习的教学模式，对提高机械原理教学质量，深化课程改革起到了积极的促进作用。

国家精品开放课程共享系统中心网站具有友好的用户界面，为师生用户提供了较完整的学习支持系统。任课教师可通过在线咨询、QQ群、个人邮箱等将教学信息及时、准确地传达给学生，包括课前要求学生观看视频和相应知识点预习，布置一些简单练习，课后布置学生完成在学习平台上每一个知识点配备的对应在线的自测题和离线作业，另外，学生在观看视频、完成练习时如果遇到问题，可以在系统中实时咨询老师或与同学进行讨论。[8]利用在线教学中灵活组合的丰富的功能模块，将课堂深度教学与在线自主学习结合。一方面，学生的学习不再局限于有限的课堂教学时间，可自由支配学习时间，完成基础内容的自学和自测；另一方面，与传统的教学模式相比，完成一个知识点的学习，学生要付出更多的自主学习的时间。在线教育使学生成为教学过程的参与者，使学生从被动接受变为主动学习。

部分学生缺乏较强的自我约束能力，常常会在网络学习中出现拖延症。为了促进学生自主学习，规定学生需要完成一系列学习活动，才可获得相应的学分，比如，学生需要在截至时间之前完成系统中相关的预习、自测和练习，及时提交，否则当次练习为0分，累计一定次数，则无法取得本课程的学分，同时系统对学生的学习过程进行实时记录。

作为任课教师，在机械原理共享课程建设时，首先要保证教学资源的完整性，教学资源应包括教学录像、PPT讲义，课程教案、备课笔记、教学设计及知识点汇总、思考题、作业参考答案、题库或卷库、学科前沿研究的热点等。其次是教学资源的丰富性，丰富性是指尽可能增加不同种类的教学资源，不仅有文本资源、图片和动画、还有视频资源等，丰富的教学资源有助于开阔学生视野，激发学习的热情和兴趣。

现代机械工业对创造型人才的需求与日俱增，机械原理课程在培养创造型人才的过程中起着不可或缺的重要作用。提高机械原理课程教学质量的关键是激发学生的学习主动学习的能力。教师的教学应当重视培养学生的创造性思维以及知识应用的能力，调动学生的主观能动性，使教与学融为一体。从多年的教学实践中，笔者体会到教师一定要深入理解教学内容，提炼出教材的共性知识，重视课程之间的联系性，同时授课时要紧密联系实际案例，科学地混合运用不同的教学媒介，多方面、多渠道地激发学生主动学习的热情，真正做到有的放矢，从而提高机械原理的教学质量。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，等.机械原理[M].八版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]黄茂林.机械原理[M].二版.北京：机械工业出版社，2013.

[3]王贤民，潘金坤.机械原理[M].广州：中山大学出版社，2014.

[4]王跃进.机械原理[M].二版.北京：北京大学出版社，2009.

[5]朱理.机械原理[M].二版.北京：高等教育出版社，2010.

[6]濮良贵，陈国定，等.机械设计[M].九版.北京：高等教育出版社，2013.

第9篇：机械原理中构件的定义范文

关键词： 成本；教学机器人；步进电机；单片机

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0185-02

0 引言

机器人是最典型的机电一体化产品之一。在工业、国防、空间探索、医疗等领域有着越来越多的应用，代表着一个国家科技发展的水平。机器人的结构设计、电路设计及控制程序编制已经成为机械、电气、电子、控制、计算机等专业大学生必备的能力。培养大学生这些方面能力依靠的实验设备目前主要是进口的大中型工业机器人产品。由于该类产品在价格、体积和维护方面存在的问题，购置和使用成本比较高，只能用于一些演示性实验，学生缺少动手实践的条件。本文研制的基于单片机控制的步进电机驱动的小型教学机器人体积小、制造成本低，可以在专业实验室大量配置，较好地解决了机器人实验教学的难题。

1 教学机器人的整体结构

如图1所示为基于单片机控制的教学机器人整体结构图。不包括手爪自由度该机器人共有四个自由度，分别为腰转自由度、下臂俯仰自由度、上臂俯仰自由度和手腕旋转自由度。为了提高驱动力矩和减少独立配置减速机构带来的成本负担，各自由度都采用自带减速器的步进电动机来实现。手爪采用微型步进电机驱动丝杠螺母机构的方式来实现。

2 面向成本的设计

2.1 面向成本的机构部分设计 机器人的结构件有三个来源：①采用光敏树脂三维打印快速成型工艺制造的复杂结构件；②采用激光切割加工制造的不锈钢板件或硬质铝合金板件；③采用铝合金型材及其专用联结件制造的底座和支撑件。

如图2所示是采用快速成型工艺加工的机器人下臂及对该机器人下臂进行的应力分析，分析结果表明该结构在中空结构设计下仍能承受额定负载。采用光敏树脂三维打印快速成型工艺制造的复杂结构件，工件材料密度为1.3g/cm3，拉伸强度为63MPa[1]，冲击强度为58KJ/m2，邵氏硬度为92度，弹性模量为3000MPa。泊松比为0.3。因为它具有良好的机械性能、较低的密度和对复杂结构的工艺适应性，成为机器人复杂结构件制造工艺的优选。

如图3所示为采用铝合金型材及专用联结件联结的机器人底座。这种方式无需复杂加工，联结可靠、拆装方便、价格低廉，已经广泛用于小载荷设备的机架结构。

2.2 面向成本的控制部分设计 因为目前高校的单片机教学还是以51系列单片机为主，所以本机器人的控制系统采用了STC89C52单片机。驱动电路采用了适应较大功率步进电机驱动的TB6560AHQ驱动芯片。该芯片可承受峰值40V的驱动电压、峰值3.5A的电流，为电机在大力矩、高转速下持续运行提供了技术保障。该芯片可驱动42系列、57系列和部分86系列两相步进电机。考虑到各机器人关节负载的区别，本文设计的机器人的下臂俯仰关节采用86系列的两相步进电机驱动，上臂俯仰和腰转关节采用57系列两相步进电机驱动，手腕旋转关节采用的是42系列步进电机驱动。如图4所示为驱动一个步进电动机的TB6560AHQ驱动芯片的主电路。

在图4中，M0和PROTECT引脚分别为工作状态和过电流保护指示引脚[2]。通过引脚NFA和NFB定义步进电机的两相最大驱动电流。STC89C52单片机的脉冲信号、方向控制信号和使能信号通过光耦隔离连接到芯片的CLK、CW/CCW和ENABLE三个引脚。

3 结束语

应用型高等院校机械电子类专业的培养有赖于实验教学的强化。为了解决机器人教学中外购机器人成本高，底层开放性不足，不能完全满足本科生动手实践要求的问题，陆续研制了基于舵机的关节型教学机器人[3]和本文所述面向成本的基于步进电机驱动的教学机器人。由于体积小、成本低，在实践教学过程中大量使用，获得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]翟媛萍.光固化快速成型材料的研究与应用[D].南京：南京理工大学，2004：30-40.