MATLAB在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

1、MATLAB在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究摘要：論文通過(guò)atlab在減速箱傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例，討論了atlab在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法和技巧，對(duì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件完成工科機(jī)械課程設(shè)計(jì)具有較好的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)atlab應(yīng)用0引言目前，工科類的高職院校在完成機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)課程后，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)根底理論課程的深化理解,綜合檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，總要安排12周的課程設(shè)計(jì)1。而在課程設(shè)計(jì)中所進(jìn)展的課題大多是圍繞傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的構(gòu)造及強(qiáng)度設(shè)計(jì)展開(kāi)，由于時(shí)間短，工作量大，使得學(xué)消費(fèi)生畏懼感、厭倦感，東拼西湊、東抄西抄，應(yīng)付了事，失去了搞課程設(shè)計(jì)的真正意義。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅

2、速開(kāi)展及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)計(jì)越來(lái)越方便、快捷。針對(duì)高職教育的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡可能多的利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展輔助設(shè)計(jì)，一是讓學(xué)生掌握現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念，適應(yīng)新形式下的職業(yè)需求；二是通過(guò)引入相對(duì)較容易上手的軟件，引起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生自主地去學(xué)習(xí)23。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的比擬研究，筆者選擇了功能全面且界面友好、人機(jī)交互的軟件atlab4。1atlab軟件的特點(diǎn)atlab是“矩陣實(shí)驗(yàn)室atrixlabratry的縮寫(xiě)，它是一種以矩陣運(yùn)算為根底的交互式程序語(yǔ)言，是專門(mén)針對(duì)科學(xué)和工程中計(jì)算和繪圖的需求而開(kāi)發(fā)的一種科學(xué)計(jì)算軟件。與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，其特點(diǎn)是使用方便，輸入簡(jiǎn)捷，運(yùn)算高效，

3、內(nèi)容豐富，并且很容易由用戶自行擴(kuò)展。2應(yīng)用研究機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的軸類零件大局部受空間力系作用，發(fā)生彎扭組合變形，而解決彎扭組合變形的軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)，相對(duì)復(fù)雜，其原因是計(jì)算量和作圖量都極大。下面就以減速箱傳動(dòng)軸零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)問(wèn)題為例，來(lái)討論atlab在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法和技巧。2.1基于atlab分析工程實(shí)際問(wèn)題的根本步驟2.1.1根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)展建模為工程構(gòu)造或構(gòu)件選擇適宜的簡(jiǎn)化平面，畫(huà)出其平面簡(jiǎn)圖；確定研究對(duì)象，取別離體，畫(huà)其受力簡(jiǎn)圖；列平衡方程。2.1.2編寫(xiě)atlab程序atlab程序編制方式：atlab程序編制的方式有兩種方式：第一種是行命令方式，這就是在命令窗中

4、一行一行地輸入程序，計(jì)算機(jī)每次對(duì)一行命令作出反響，像計(jì)算器那樣。這只能編簡(jiǎn)單的程序，在入門(mén)時(shí)可以用這種方式。第二種是文件方式，當(dāng)程序稍復(fù)雜一些時(shí)，就把程序?qū)懗梢粋€(gè)由多行語(yǔ)句組成的文件，通過(guò)在atlab的命令窗中輸入文件名回車來(lái)執(zhí)行這個(gè)文件。atlab程序編制框架：atlab程序編制的框架分三局部：a數(shù)據(jù)輸入程序段。一般采用input函數(shù)輸入數(shù)據(jù)。其格式是zinput屏幕上顯示的提示信息。當(dāng)執(zhí)行該函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)等待從鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)后按回車鍵，輸入的數(shù)據(jù)就存入變量z中。b相關(guān)表達(dá)式編制程序段。把建模中的表達(dá)式按atlab規(guī)定格式進(jìn)展編制。此時(shí)的程序語(yǔ)句根本上與其數(shù)學(xué)表達(dá)式一致。結(jié)果數(shù)據(jù)輸出程序段。一般

5、采用fprintf函數(shù)輸出數(shù)據(jù)微。其格式是fprintf(屏幕上顯示的提示信息變量名=%數(shù)據(jù)輸出格式單位n,變量名)。在編寫(xiě)程序時(shí)，在程序開(kāi)場(chǎng)處先輸入條件給參數(shù)賦值，這樣得出的程序具有一定的普遍性，假設(shè)需要修改參數(shù)，只需修改頭幾行的數(shù)據(jù)即可。atlab程序運(yùn)行。2.2應(yīng)用舉例例：設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)減速器的輸出軸直徑。該軸傳遞功率為p=5k，轉(zhuǎn)速n=140r/in，齒輪分度圓直徑d=280，螺旋角=14，法向壓力角an=20。作用在右端聯(lián)軸器上的力f=380n，方向未定。l1=200，l2=150，載荷平穩(wěn)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理。2.2.1建模首先，根據(jù)力學(xué)概念確定軸為研究對(duì)象。其次，

6、畫(huà)出軸的空間受力圖，根據(jù)空間力系的平面解析法，畫(huà)出各平面及f支反力受力圖以及軸上作用力偶的受力圖；最后，根據(jù)各平面受力圖，通過(guò)靜力平衡方程，列出各參數(shù)的表達(dá)式。圓周力徑向力軸向力程度面支反力程度面彎矩2.2.2編程%軸的設(shè)計(jì)計(jì)算彎扭組合%輸入?yún)?shù)sigab=input(b=);%材料的強(qiáng)度極限值sigabb=input(-1bb=);%材料的對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力p=input(p=);%軸傳遞的功率k%進(jìn)展計(jì)算將前面對(duì)應(yīng)的建模表達(dá)式輸入%齒輪上作用力的計(jì)算t=9.55*106*p/n;%齒輪所受的轉(zhuǎn)矩t=9.55106ft=2*t/d;%齒輪上作用的圓周力fr=ft*tan(alpha

7、n*hd)/s(beita*hd);%齒輪上作用的徑向力fa=ft*tan(beita*hd);%齒輪上作用的軸向力%輸出計(jì)算結(jié)果fprintf(軸的直徑dd=%3.3fn,dd)%輸出軸的直徑ddfprintf(程度面彎矩y=%3.3fnn,y)%輸出軸處的程度彎矩fprintf(垂直面彎矩z1=%3.3fnn,z1)%輸出軸處左側(cè)的垂直彎矩fprintf(垂直面彎矩z2=%3.3fnn,z2)%輸出軸處右側(cè)的垂直彎矩%軸的彎扭強(qiáng)度設(shè)計(jì)作圖%畫(huà)程度彎矩圖title(程度彎矩圖)%確定圖形的標(biāo)題xlabel(x)%確定x軸的標(biāo)簽ylabel(y)%確定y軸的標(biāo)簽x=0100202250;%給出

8、x軸的坐標(biāo)值y=0y00;%給出y軸的坐標(biāo)值figure(1);%圖形排序plt(x,y,*,x,y,-b)%繪制曲線是實(shí)線，藍(lán)色hldn%保持當(dāng)前圖形2.2.3運(yùn)行結(jié)果atlab輸出的計(jì)算結(jié)果和如圖3atlab輸出的程度彎矩圖、垂直彎矩圖、f力作用下的彎矩圖、扭矩圖及合成彎矩圖。通過(guò)上述編制的程序段和相應(yīng)的程序語(yǔ)句的說(shuō)明，我們可以看出atlab編程特點(diǎn)，只要掌握的輸入輸出語(yǔ)句的固定格式，對(duì)于中間的表達(dá)式的輸入，形式根本上類似于數(shù)學(xué)符號(hào)的直接應(yīng)用。不用過(guò)多的去記憶大量程序指令，使編程易于上手完成。3結(jié)論atlab軟件具有強(qiáng)大的計(jì)算、繪圖及仿真功能，把它應(yīng)用于工科機(jī)械課程設(shè)計(jì)中，不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立考慮問(wèn)題的才能，還能真正讓學(xué)生掌握一些現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段。atlab軟件簡(jiǎn)單易學(xué)、方便快捷，希望它能在職業(yè)院校中也真正地廣泛開(kāi)展起來(lái)，促進(jìn)現(xiàn)代高職教育的教學(xué)思想和教學(xué)形式的改革創(chuàng)新。參考文獻(xiàn)：1柴鵬飛.機(jī)械設(shè)計(jì)根底.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022.203206.2朱艷英，陳月娥等.理論力學(xué)