《机械优化设计》-课程教学大纲

第一篇：《机械优化设计》-课程教学大纲

《机械优化设计》－课程教学大纲修订

—、课程名称

机械优化设计

Mechanical Optimize Design

二、学分、学时

2学分，32学时

三、预修课程

高等数学、理论力学、数值分析、机械学、计算机科学等。

四、适用学科领域

机械设计及理论、森林工程、交通工程和控制理论与控制工程等。

五、课程主要内容、重点难点及学时分配

（一）教学基本要求：

通过实用机械优化设计的教学要使专业学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握优化方法。并具备一定的将机械工程问题转化为最优化问题并求解的应用能力。

（二）培养能力与素质：

本门课程的教学目的和任务是：通过实用机械优化设计的教学使学生掌握问题转化成最优化问题的方法。并且利用最优化的方法编制计算机程序，用计算机自动寻找 最佳的设计方案。机械优化设计是一种现代设计方法。在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力，掌握实例用于解决工程实际 问题。

（三）主要内容和重点、难点

本门课程的主要内容包括：机械优化设计的基本术语和数学模型，优化设计的基本概念和理论；无约束最优化方法，约束优化设计的直接法，约束优化设计人间接解法。

第一章机械优化设计的基本术语和数学模型

通过列举一些实际的优化设计问题，对机械优化设计的数学模型及用到的基本述评作一简要叙述。对主要名词术语进行定义和作必要的解释。使学生了解模型的形式和分类初步掌握数学模型建立的方法，了解设计的一般过程用其几何解释。1．1几个机械优化设计问题的示例 1．2机械优化设计的基本术语

1．3优化设计的数学模型及其分类 1．4优化设计方法

1．5优化设计的一般过程及其几何解释

第二章 优化设计的某些概念和理论

在讲述机械优化设计方法之前,首先讲述目标函数、约束函数的基本性质。目标函数达到约束最控制的条件及迭代法求解的一般原理和收敛条件等。使得学生掌握和使用优化设计方法。

2．1 目标函数与约束函数的某些基本性质 2．2约束函数的集合及其性质

2．3机械优化设计问题最优解及其极值条件 2．4机械优化设计问题的数值解法及收敛条件

第三章机械优化设计中几种常用的无约束最优化方法

在工程实际中，尽管所有设计问题几乎都是有约束的。但约束优化设计问题可以转化为无约束问题来求解。有些约束优化方法，也可以借助于无约束优化方法的策略思 想来构造。因此，本章着重讲授几种常用的一维搜索的最优化方法和多维的无约束最优化方法。要求学生掌握一维搜索中的黄金分割法、二次插值多维搜索中的 POWELL法。3．1 一维搜索的最优化方法

3．2 一维搜索的最优化方法和POWELL法 3．3 其它多变量的无约束优化方法 3．4 多变量无约束最优化方法小结

第四章约束优化设计的直接解法

在己经学习过无约束优化设计方法的基本上，本章主要讲授约束优化设计的直接解法。要求学生掌握复合形法。4．1约束随机方向搜索法 4．2约束优化设计的复合形法 4．3约束优化设计的直接搜索方法

第五章约束优化设计的间接解法

本章着重讲授约束优化设计间接解法，要求学生掌握惩罚函数法 5.1 约束优化设计间接解法的基本思想 5.2内点惩罚函数法 5.3外点惩罚函数法 5.4混合惩罚函数法

5.5约束优化设计问题间接解法小结

第六章 实用机械的最优化设计

6.1杆件及连杆机构的最优化设计 6.2凸轮机构的最优化设计 6.3弹簧的最优化设计 6.4制动器的最优化设计

六、主要参考书目

孙靖民等主编．《机械优化设计》．机械工业出版社 Ｒ.Ｌ福克斯著．《机械优化设计》．科学出版社 何献忠，李萍等著．《机械优化设计》北京理工大学出版社

第二篇：机械创新设计课程教学大纲

《机械创新设计》课程教学大纲

课程名称：机械创新设计

英文名称：Machinery Innovation Design 课程代码：11113103

一、课程基本情况

1．学分： 2 学时： 32（理论学时： 28 实验学时： 4）2．课程类别：专业限定选修课

3．适用专业：机械设计制造及其自动化 4．适用对象：本科

5．先修课程： 机械原理 机械设计 机械制图 6．教材与参考书目

教 材：《机械创新设计》，高志 刘莹 编著，清华大学出版社，2009年。

二、课程介绍

机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发,重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍,以及创新设计的实例的引入,使学生对创新的方法有了更全面的了解.从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力.此外通过创新失误的原因了解,提高从事创新设计的实践成功率.在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。

三、课程内容、学时分配及教学基本要求

第一章（单元）绪论（共2学时）

（一）教学内容： 第一节 创新的含义

知识要点：，创新的实用性和新颖性 第二节 创新的意义

知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力 第三节 创新与设计

知识要点：创新是设计的本质属性 第四节 创新学与创新教育

知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。

第五节 设计理论与教育

知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。

第六节 本课和的教学内容和方法

知识要点：本门课程的教学内容是介绍创新机械设计的典型方法和生动的实例。教学重点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为的理解。

教学难点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系的理解。

（二）教学基本要求：

1．基本知识、基本理论方面 “了解创新的含义”，“理解创新的意义”，“懂得创新与设计的关系”，“掌握创造学的基本理论”。

2．能力、技能培养方面 “了解创新活动是人类最复杂，最高级的实践活动”，“初步掌握创新与设计的关系”，“掌握创新性对设计理论及教育的基本要求”。

第二章（单元）机械创新设计的表达方法（共4学时）

（一）教学内容：

第一节 表达在设计中的作用、知识要点：机械设计表达的三大类型 第二节

黑箱表示法

知识要点：黑箱表示法只表达功能是什么，而不表达怎么办的问题。第三节 功能草图表示法

知识要点：这种表示法只需要表达针对关键问题的所采用的技术手段 第四节 机械设计表达实例(1)、知识要点：缝纫机的主要功能和辅助功能

第五节 机械设计表达实例(2)、知识要点：针式打印机主要功能和辅助功能 第六节 机械设计表达实例(3)知识要点：硬币计数包卷机的主要功能和辅助功能 教学重点：各实例的结构组成 教学难点：各设备的功能原理

（二）教学基本要求：

1．基本知识、基本理论方面要分层次写明“了解表达在设计在的作用”，“理解人大脑对信息存储和处理过程”，“懂得黑箱表达法指的是功能是什么，而不是怎么做”，“掌握黑箱表达法的物质守恒、能量守恒以及对环境的需求与影响”，“熟练掌握功能草图表达法”。

2．能力、技能培养方面要分层次写明“了解功能草图表达真正目地”，“初步掌握功能草图法的具体应用”，“掌握缝纫机、针式打印机、硬币计数包卷机设备的结构”，“熟练掌

握掌握缝纫机、针式打印机、硬币计数包卷机的原理及构思过程”。

第三章（单元）机械创新设计的选题（共2学时）

（一）教学内容：

第一节 提出问题比解决问题更重要 知识要点：提出问题在创新实践中的作用 第二节 社会需求是创新的动力

知识要点：正确的和捕捉社会需求是机械设计选题的基本的途径 第三节

科技进步对创新设计的作用

知识要点：科学技术的发展为机械创新提供了新的手段 第四节 生产发展对创新设计的作用

知识要点：生产的各环节只有相互配合,才能达到生产能力的平衡 第五节 根据遇到的“不方便”确定选份

知识要点：在生活中发现不方便,解决这种不方便 第六节 根据遇到的“意外”便确定选题

知识要点：根据遇到的“意外”便确定选题是一种成功率效高的创新方法 第七节 根据事物的关键弱点确定选题

知识要点：发现弱点,发挥自已优势,才能有趁对性的创新

教学重点：在生活,生产和各类实践活动中,善于观察问题,去解决问题是创新的关健 教学难点：怎样在生活中发现问题,发现不方便,发现需求

（二）教学基本要求：

基本知识、基本理论及能力培养方面“了解机械创新选题中提出问题比解决问题更重要”，“理解机械设计应用的社会需求性”，“懂得科学技术对创新设计的作用”，“掌握通过不同的意外所带来的选题技巧”。

第四章（单元）功能原理创新设计（共4学时）

（一）教学内容：

第一节 功能设计的意义 知识要点：功能设计的原理与方法 第二节 工艺功能设计方法

知识要点：工艺功能设计的原理与方法 第三节 综合技术功能设计方法

知识要点：综合技术功能设计的原理与方法 第四节 功能组合设计方法

知识要点：功能组合设计的原理与方法 第五节 设计目录方法

知识要点：对设计目录方法的理解 第六节 功能元素方法

知识要点：功能元素物理解法目录的掌握 第七节 发明问题解决理论

知识要点：发明问题解决技术系统中的冲突 第八节 公理化设计方法

知识要点：公理化设计方法科学化思维过程 教学重点：各种创新方法的理解 教学难点：各种创新方法的具体应用

（二）教学基本要求：

基本知识、基本理论及能力、技能培养方面使学生了解各种创新设计方法的基本理论,懂得利用这些创新设计方法解决生活中的各类问题。

第五章（单元）机构创新设计（共4学时）

（一）教学内容： 第一节 简单动作功能机构设计

知识要点：简单动作功能机构的特点和应用 第二节 机构组合创新设计方法

知识要点：把机构进行组合是机械设计的重要方法 第三节 机构变异设计

知识要点：机构变异原理及应 第四节 机构再生运动链方法

知识要点：机构再生运动链法的创新设计流程 教学重点：机构的特点及应用 教学难点：机构的特点及应用

（二）教学基本要求：

通过本章的学习使学生能了解熟悉常用的一些创造性机构组成及原理，并有效地尝试应用这些创造性机构，去进行创新实践。

第六章（单元）结构创新设计（共4学时）

（一）教学内容： 第一节 结构设计意义及结构变异设计方法

知识要点：对创新思维在机械设计中的重要应用 第二节 结构组合创新设计方法

知识要点：结构组合已有的技术要素及特点 第三节 引入新的结构因素

知识要点：被引入的结构及性能 第四节 引入新的逻辑方法及引入新的设计理念

知识要点：应用新的逻辑方法及引入新的设计理念去巧妙解决技术难题

教学重点：对各种结构及组合基本原理及技要点的掌握 第五节 教学难点：引入的新的结构因素,新的逻辑方法新的设计理念在现实生活中的应用

（二）教学基本要求：

充分发挥学生创新结构的设计能力，进行一些新的机构,组合的原理与方案构思与设计,从而达到开阔学生思维、培养学生的创新设计能力、掌握机械创新设计的一般规律和法则、提高学生的创新设计素质，特别是创新设计理念与创新能力的培养目的，以适应我国市场经济、全球科学技术发展特别是机械工程技术发展的需要。

第七章（单元）一般创新设计技法（共4学时）

（一）教学内容：

第一节 头脑风暴法

知识要点：头脑风暴法的应用及注意事项。

第二节 变异创新方法

知识要点：变异创新方法的特点及应用。第三节 组合创新方法

知识要点：组合创新方法的特点及应用。

第四节 机遇利用法

知识要点：机遇利用法的特点及应用。

第五节 技术移植法及逆向构思法

知识要点：技术移植法及逆向构思法的特点及应用。教学重点：各种创新技法的特点 教学难点：各种创新技法的应用

（二）教学基本要求：

熟悉掌握一般创新设计技法的程序、应用及注意事项。

通过本章的学习，使学生能熟悉常用的一些创新技法，并有效地尝试应用这些创新技法，去进行创新实践。

第八章（单元）创造力开发（共2学时）

（一）教学内容： 第一节 创造力的含义与特征

知识要点：创造力的含义与特征的理解 第二节 创造力的基本属性

知识要点：创造力的基本属性的理解 第三节 创造力开发的内容,途径,一般方法

知识要点：创造力开发的内容,途径,一般方法的掌握 第四节 影响创造开发的基本要素

知识要点：影响创造开发的基本要素的掌握

教学重点：创造力开发的内容,途径,一般方法 教学难点：影响创造开发的基本要素的理解

（二）教学基本要求：

通过本章的学习，使学生对机械创新设计建立感性的认识，激发创造的激情，探索创新设计之路，以期有所创造、有所发明。

第九章（单元）创新失误分析（共2学时）

（一）教学内容：

第一节 失误的经验是宝贵的财富 知识要点：失误产生与预防

第二节 脱离社会需求导致创新失误 知识要点：脱离社会需求所造成失误的分析 第三节 违背科学原理导致创新失误 知识要点：要充分认识科学原理的重要性 第四节 过期发明导致创新失误 知识要点：创新前展性的重要意义 第五节 不合时宜导致创新失误 知识要点：对不合时宜的创新的分析 第六节 思维方式与创新失误的关系

知识要点： 思维方式与创新失误的关系理论的掌握 教学重点：各种创新失误的分析及理解 教学难点：对各种创新失误的的预防

（二）教学基本要求：

通过对前人各种创新失误的总结和分析,使学生对创新失误的各种原因有一个全新的认识,同时,更深的了解可能造成失误的各种原因,有利于在今后的生活中减少失误,提高创新的成功率.四、课内实验环节及要求

慧鱼模型创新设计实验 , 空间机构创新设计实验（共4学时）

(1)认识了解机器的一般构成原理。

(2)了解所组装的机器模型的工作原理，以及在工业中的实际用途。(3)加深对机械传动、计算机控制和机电一体化装置的感性认识。(4)锻炼动手和协作能力，培养逻辑思维和开拓创新的意识。

五、考核办法

1.考核方式：（考查）2.考核形式：（开卷）

3.成绩核定：课程成绩＝平时出勤（30％）+期末开卷考试（70％）

大纲制订人：王宇清

教学院长： 王世刚

院长（主任）：曲波

第三篇：《机械优化设计》课程实践报告.doc

《机械优化设计》课程实践

合肥工业大学 研究报告

班级：机设10-5 学号：20100523 姓名：吴亮宏 授课老师：王卫荣 日期：

2012年5月7日

一维搜索程序作业(0.618法)

a=2，b=6，d=0.00001 y=（x-4）*（x-4）-7 #include #include void main(){ float a,b,c=0.618,aa[3],y[3],d;scanf(“%f,%f,%f”,&a,&b,&d);aa[1]=b-c*(b-a);aa[2]=a+c*(b-a);

y[1]=(aa[1]-4)*(aa[1]-4)-7;

y[2]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7;

do{ if(y[1]>y[2])

{ a=aa[1];aa[1]=aa[2];y[1]=y[2];aa[2]=a+c*(b-a);

y[2]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7;

}

else

{ b=aa[2];aa[2]=aa[1];y[2]=y[1];aa[1]=b-c*(b-a);

y[1]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7;

}

}while(fabs((b-a)/b)>d);aa[0]=(a+b)/2;

y[0]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7;printf(“a*=%fn”,aa[0]);printf(“y=%fn”,y[0]);

}

2、单位矩阵程序作业

#include void main(){ inti,j,p ,n;printf(“please input a number”);

} scanf(“%d”,&n);for(i=0;i

{

if(i==j)p=1;else p=0;printf(“%2d”,p);if(j==n-1)printf(“n”);

}

3曲柄摇杆机构优化设计（约束随机法）

课本P241例8-5 1程序文本

procedure ffx;//目标函数 var

p0,q0,T,PI,QE,D,AL,BT,QI:real;

K:integer;test:string;begin with form1.hfgd do

begin

NFX:=NFX+1;

p0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])+25.0)/(10.0*(1.0+X[1])));

//φ0

q0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])-25.0)/(10.0*X[2]));

//ψ0

T:=90.0/30.0*(3.1415926/180.0);//90度分30等分

FX:=0.0;

For K:=0 To 30 do;

//30次循环计算 begin

PI:=p0+K*T;//φ曲柄转角

QE:=Q0+2.0*sqr(PI-p0)*2/(3.0*3.1415926);//理想输出角

D:=SQRT(26.0-10.0*COS(pI));

//辅助线长度

AL:=ArcCos((D*D+X[2]*X[2]-X[1]*X[1])/(2.0*D*X[2]));//α角

BT:=arccos((D*D+24.0)/(10.0*D));//β角 IF((PI>=0.0)AND(PI<3.1415926))//ψ(i)实际输出角 THEN

QI:=3.1415926-AL-BT ELSE

QI:=3.1415926-AL+BT;IF((K<>0)OR(K<>30))THEN

FX:=FX+sqr(QI-QE)*T //理想输出角与实际输出角曲线包围面积 ELSE FX:=FX+sqr(QI-QE)*T/2.0;end;end;end;procedure ggx;//约束函数 begin with form1.hfgd do

begin GX[1]:=-X[1];GX[2]:=-X[2];GX[3]:=-(X[1]+X[2])+6.0;//3,4,5为曲柄存在条件 GX[4]:=-(X[2]+4.0)+X[1];GX[5]:=-(X[1]+4.0)+X[2];GX[6]:=-(1.4142*X[1]*X[2]-X[1]*X[1]-X[2]*X[2])-16.0;//6,7为传动角条件

GX[7]:=-(X[1]*X[1]+X[2]*X[2]+1.4142*X[1]*X[2])+36.0;end;end;2输入截图

3结果

4工程实例

：制造一体积为200 m3长度不小于5m，不带上盖的箱盒，试确定箱盒的长x1，宽x2，高x3，使箱盒用料最省。（1）、设计变量的选择与目标函数的建立 设计变量为箱盒的长x1，宽x2，高x3 本设计要求箱盒用料最省，故以箱盒的表面积为目标函数 F（x）=x1x2+2(x2x3+x1x3)（2）、约束条件

根据体积要求----x1x2x3=200 根据体积要求----x1>5 x2>0

x3>0 g1（x）=-x1-5≤0 g2（x）=-x2≤0 g3（x）=-x3≤0 g4（x）=x1x2x3-200.001 g4（x）=199.999-x1x2x3

（3）、选择方法 约束随机法（4）、文本程序

procedure ffx;//目标函数 begin with form1.hfgd do

begin fx:= x[1]*x[2]+2*(x[2]*x[3]+x[1]*x[3]);end;end;procedure ggx;//约束函数 begin with form1.hfgd do

begin gx[1]:=-x[1]+5;gx[2]:=-x[2];gx[3]:=-x[3];gx[4]:=x[1]*x[2]*x[3]-200.0001;gx[5]:=199.9999-x[1]*x[2]*x[3];end;end;

{procedurehhx;begin with form1.hfgd do

begin hx[1]:=x[1]*x[2]*x[3]-200;end;end;

} End.输入截图 结果截图

5心得体会

这次对机械优化的学习，学生感受颇多。

通过上机实验，我深深的感觉到机械优化设计是一门实践性很强的课程，它考验了我们的各种能力和素质。首先我们要有一定的编程能力，这样才能把我们所要表达的以程序的形式表达出来。例如以c语言来编写单位矩阵；其次就是对机械优化设计的一些算法如惩罚函数法的了解，这样才能选择合适的算法去解决问题，得出最优解；另外这也是对我们的灵活运用优化设计方法解决工程设计问题的能力的考验。

在刚刚开始学习这门课程时，感觉这门课的数学味道好浓，感觉就是在讲数学课。因为没什么阅历，这不清楚这门课程的应用性。慢慢讲道后面，特别是听过一些例题后，对于其在工程实际中的应用才有些感受。传统的机械设计方法比较粗放，依赖于设计者的经验，往往考虑到安全性等一些原因，而不得不牺牲一些性能和经济性，这对设计产品是不利的。而优化设计将程序化的思想引入了设计工程，借助于计算机的计算，不断优化设计结果，不仅设计结果更优，效率也更高。优化设计是工程设计的发展方向，传统的依赖设计者经验的设计方法已不能适应社会发展了。努力学习这门课，对于我们以后的发展非常有用。

这是我第一次使用delphi语言来编写程序。由于自己在电脑方面的知识匮乏，所以用起来相当吃力。在调试程序的过程中，不断尝试，再用惩罚函数法处理小盒问题时，出现了四个错误，但就是不知道怎么改，于是就慢慢试，最后发现是自己的输入表达出了问题。

通过这次计算机实验，突然感觉其实程序是个挺好玩的东西。以前感觉语言啊，程序啊都是是一种很模糊的概念在我的脑海中，看到他们头皮都发麻。所以昨晚刚刚开始时感觉什么都不懂，无从下手，都不知道怎么打开程序。程序真是一种神奇的东西吧，我想这也是我第一次体会到用程序的乐趣吧。当你用排除一个个错误后，最终程序顺利运行，得出了结果。那在喜不自禁的感觉真是让人很舒服。我喜欢这种小小的成就感。

在这门课的学习中，我被老师深厚的学术功力和风趣的教学方法所折服。本来觉得这门课挺枯燥的，可是在您的课堂上，却欢声不断，这确实是老师的个人魅力。感学老师这些天来对我们的无私教诲，不仅教我们课本上的知识，还和我们交流您出国访问的心得，这扩大了我的视野。还记得您在访问日本的报告中还做了一首小诗，虽然不记得诗句，可还是被老师的人文素养所打动。在我们这些年轻人当中，已经很是见有人会作诗啦。作为一名工科学生，提高自己的人文素质也是同样重要的。这就是我在做完试验后的一些小小感想。谢谢王老师！

吴亮宏

20100523

2013 7

第四篇：机械电子工程专业设计课程教学大纲

《机械电子工程专业课程设计》指导书

学时/学分： 3周 /

3适用对象：机械工程及自动化专业

课程类型：学科专业必修课

先修课程：电工电子技术、微机原理与接口技术、测试技术、液压传动、机电传动控制、PLC控制

技术、机电一体化系统设计

机电控制方向课程设计/ Mechatronic Speciality Project

先修课程:1.机械设计；2.控制技术（1）（2）（3）3.检测技术；4.控制理论基础；

5.伺服动力元件及系统推荐修读学期:6课程简介：本课程是机械与动力工程学院机电控制专业方向本科学生的一门必修专业课，其主要任务是使学生通过一级倒立摆机电控制系统的设计，综合运用机械设计、伺服动力驱动、检测技术、控制理论、计算机软硬件等方面的知识，培养机电系统的分析与设计能力，初步掌握机电系统的设计过程和方法。本课程着重培养学生灵活运用各种理论基础和专业知识的能力，为培养机电控制系统的综合设计能力打下良好基础。It’s a compulsory course for the mechanical electronic undergraduates of in the School of Mechanical and Power Engineering.It focuses on the designing of mechanism, servo power driving, sensing and control system of inverse pendulum with the fires order, the familiarizing of the design procedure and design methods for the mechatronic system.The course emphasizes the training of the abilities of synthetic designing mechatronic control system.一、教学目的通过课程设计培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：

1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

2、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。

3、培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。

4、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

二、教学内容及基本要求：

设计内容为机电控制系统（典型机电产品）设计，其主要内容包括：1）机械传动结构设计；2）电气测控系统；

课程设计题目如下：

1． 机电传动单向数控平台设计；

2． 液压油缸的压力和速度控制；

课程设计的基本要求：

1）方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。

2）总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图（A2一张）。

3）根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电路原理图（A3图一张）。

4）课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上，每个学生应独立完成课程设计说明书一份，字数为5000字以上，设计图纸不少于两张。

5）用计算机绘图或手工绘图，打印说明书。

6）设计选题分组进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成；

三、课程设计时间安排及设计过程的相关环节

课程设计共3周，各阶段的任务和时间安排建议如下：

1．查阅资料及系统方案选择设计(5天)

根据课程设计任务的要求在搜集、归纳、分析资料的基础上，将设计要求具体实施，确定系统设计方案，并完成初步计算，具体步骤如下：

1)根据设计要求，尽可能的多构想一些原理方案，并通过技术、性能与经济合理型比较，寻求可行的设计方案；

2)对可行的设计方案进行分析计算或实验验证，考查所提原理方案能否满足设计要求，并确定最终设计方案；

2．机械系统图和电气控制原理的设计阶段（5天）

1）根据所选设计方案，通过较详细的分析计算，完成机械传动系统及主要部件的结构设计画出的图纸；

2）根据系统检测控制要求，完成电气控制部件的选型与控制电路图的设计；

3．课程设计说明书的编写（3天）

根据系统方案设计的分析、计算内容，写出设计说明，要求其内容密切结合设计课题，重点突出，用自己的语言认真书写，文字通顺流畅，要防止不加分析地长篇引用教科书，抄袭其它著作中的阐述。

说明书的具体内容由学生根据课题内容进行编写，—般应包括下列内容：

封面：（见附录）

目录：（章节）

内容（参考）：

1设计任务

1.1设计任务介绍及意义

1.2设计任务明细

2总体方案设计

2.1 设计的基本依据

2.2 可行性方案的比较

2.3 总体方案的确定

3机械传动系统设计

3.1机械传动装置的组成及原理

3.2主要部件的结构设计计算

4电气控制系统设计

4.1 控制系统的基本组成4.2 电器元件的选型计算

4.3 电气控制电路的设计

4.4 控制程序的设计及说明结论

参考书目

4．设计总结与答辩（2天）

学生在规定的时间内完成设计任务后，对设计方案的选择依据、设计内容的分析计算、主要设

计成果以及设计中存在的问题进行总结，然后申请答辩。

四、课程设计成绩的评定及考核方式

课程设计的最终成绩，是根据平时设计情况及答辩进行综合评价，评价内容为:

1、学生的出勤情况

2、学生的设计态度

3、设计方案的情况

4、图面质量

5、设计说明书论述质量

成绩的评定：平时占20％、设计完成质量及答辩占80%；最终成绩按优、良、中、及格和不及格五级评定。

五、设计题目说明

1机电传动单向数控平台设计；

1.1 电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、同步电机；

1.2 机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等；

1.3 电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；

1.4 功能控制要求：速度控制、位置控制；

1.5 主要设计参数：

单向工作行程——800、500、300 mm；

移动负载质量——100、50 kg；

负载移动阻力——50、100 N；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

控制精度要求：速度/位置均为1/1000

机械图包括：电机—（减速器）--传动部件—负载---（包括它们的安装底座+联轴器+支承部件+导向装置）；

包括以上部件的选型设计；

电气部件选型设计；流程图+程序

2气压传动两维运动机械手；

2.1 执行元件：气动气缸；

2.2 运动方式：直角坐标、圆柱坐标；

2.3 控制方式：单片微机控制、PLC控制；

2.4 控制要求：速度控制、位置控制；

2.5 主要设计参数：

气缸工作行程——400、300 mm；

移动负载质量——100、50 kg；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

3液压油缸的压力和速度控制；

3.1 执行元件：液压油缸；

3.2 传动方式：电液比例控制；

3.3 控制方式：单片微机控制、PLC控制；

3.4 控制要求：速度控制、推力控制；

3.5 主要设计参数：

油缸工作行程——600、800 mm；

额定工作油压——6.5MPa；

移动负载质量——1000、2000 kg；

负载移动阻力——5000、10000 N；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

控制精度要求：力/速度/位置均为1/100

机械图包括：电机—（减速器）--泵—阀块---（包括它们的油箱+联轴器+电液控制元件）； 包括以上部件的选型设计；

电气部件选型设计；流程图+程序

主要参考书：

1． 机械原理与机械设计； 6． PLC控制技术；

2． 微机原理与接口技术； 7． 机电一体化系统设计；

3． 测试技术； 8． 机电控制及自动化；

4． 机电传动控制； 9． 机械设计手册；

5． 液压与气压传动； 10． 机电一体化技术手册；

机械工程及自动化系

2010年12月24日

第五篇：《机械优化设计》课程实践报告

（课程实践报告封面模版）

合肥工业大学

《机械优化设计》课程实践

研究报告

班 级： 机设10-04 学 号： 20100495 姓 名： 李健 授课老师： 王卫荣 日 期： 2012年 月 日

目录

一主要内容

1、一维搜索程序作业

A.λ = 0.618的证明..........................................1 B.编写用0.618法求函数极小值的程序..........................2

2、单位矩阵程序作业............................................4

3、其他工程优化问题..................................9 4连杆机构问题.....................................12

二实践心得体会...............................15

一: 主要内容

1.一维搜索程序作业：

A.λ = 0.618的证明(y2 > y1)证明：0.618法要求插入点α

1、α2 的位置相对于区间 [a，b] 两端点具有对称性，即

已知 a1=a2 , 要求α1=α2 由于α1=b-λ(b-a)α2=a+λ(b-a)12 若使α1=α2111222211则有：b-λ(b-a)=a+λ(b-a)= a1+λ(b-a)121因此: b-a1=(λ+λ)(b-a1)1

2(b-a1)(λ+λ-1)=0 1因为: b= a1 2所以: λ+λ-1=0 则有: 取方程正数解得

1若保留下来的区间为 [α1，b]，根据插入点的对称性，也能推得同样的λ的值。其0.618法的程序框图如下:

B.编写用0.618法求函数极小值的程序 例：（1）a=0，b=2π，f（x）=cox（x）（2）a=0，b=10，f（x）=（x-2）+3（1）

#include #include void main(void){

int i;float a1,a2,aa,y1,y2,ymin,e;float a=0,b=2*3.14159,n=0.618;a1=b-n*(b-a);a2=a+n*(b-a);print(“输入精度：”)； scanf（“%f”,&e）;for(i=0;i=10000;i=i++){

y1=cos(a1);y2=cos(a2);if(y1

a=a1;a1=a2;a2=a+n*(b-a);} If(y1

b=a2;a2=a1;a1=b-n*(b-a);} if(fabs(b-a)/b

(2)

#include #include void main(void){

int i;float a1,a2,aa,y1,y2,ymin,e;float a=0,b=10,n=0.618;a1=b-n*(b-a);a2=a+n*(b-a);print(“输入精度：”)； scanf（“%f”,&e）;for(i=0;i=10000;i=i++){

y1=（a1-2）*（a1-2）+3;y2=（a2-2）*（a2-2）+3;if(y1>=y2){

a=a1;a1=a2;a2=a+n*(b-a);} If(y1

b=a2;a2=a1;a1=b-n*(b-a);} if(fabs(b-a)/b

2.单位矩阵程序作业

编写生成单位矩阵的程序

程序文本

#include void main(void){ int a[100][100];

int N,i,j;printf(“请输入所要输出矩阵的阶数（最多100阶）:”);scanf(“%d”,&N);printf(“输出的矩阵阶数为%dn”,N);printf(“ N ”);/*****制作表头*****/

for(i=0;i

printf(“%3d”,i+1);printf(“n”);

for(i=0;i

printf(“---”);/*****分割线*****/

printf(“n”);

for(i=0;i<100;i++)/*****数组赋值*****/

for(j=0;j<100;j++)

{

if(i==j)

a[i][j]=1;

else

a[i][j]=0;

}

for(i=0;i

{

printf(“%2d:”,i+1);/*****纵列序号*****/

for(j=0;j

{

printf(“%3d”,a[i][j]);

} printf(“n”);} }

结果显示

从键盘输入9，显示9阶单位矩阵，结果如下

3.其他工程优化问题

有一箱形盖板，已知长度

L=600mm，宽度b=60mm，厚度ts=0.5mm 承受最大单位载荷

4q=60N/cm，设箱形盖板的材料为铝合金，其弹性模量E710MPa，泊松比0.3，许用弯曲应力70MPa，许用剪应力45MPa，要求在满足强度、刚度和稳定性条件下，设计重量最轻的结构方案。数学模型的建立：

1）设计变量：取结构的翼板厚度tf 和高度h为设计变量，即

tfx1x

hx2 2）目标函数：取结构的总重量最轻为目标函数，计算公式为

f(x)260t20.5h120x1x2 3)约束条件：

g1(x)[]max[]7g2(x)1x1x210max457g3(x)c1x13x210max45g4(x)1.5121x1x210fmax32111x2104g5(x)x10g6(x)x204）、根据目标函数和约束条件在Delphi程序坏境下编制程序如下：

5）、利用Delphi程序解决工程优化问题

使用复合形发寻找最优点在Delphi程序下输入所需参数值：

6）、根据目标函数和约束条件以及输入的参数值使用Delphi程序进行计算找到工程优化问题的优化极值：

连杆机构问题描述

图 3-1 机构简图

设计一曲柄连杆摇杆机构，要求曲柄l1从l1从m090时，摇杆l3的转角最佳再现已知的运动规律：E0围内变化。

3.12 数学模型的建立 2(0)2且l1=1，l4=5，0为极位角，其传动角允许在45135范3lxx1x2l2l3 设计变量：这里有两个独立参数l2和3。因此设计变量为

Tt目标函数：将输入角分成30等分，并用近似公式计算，可得目标函数的表达式

fxiEiii12i130

约束条件：

GX(1)=-X(1)0 GX(2)=-X(2)0 GX(3)=-(X(1)+X(2))+6.00 GX(4)=-(X(2)+4.0)+X(1)0 GX(5)=-(4.0+X(1))+X(2)0 GX(6)=-(1.4142*X(1)*X(2)-X(1)**2-X(2)**2)-16.00 GX(7)=-(X(1)**2+X(2)**2+1.4142*X(1)*X(2))+36.00

3.13 程序编制

procedure ffx;

var

p0,q0,T,PI,QE,D,AL,BT,QI:real;

K:integer;

test:string;begin

with form1.rand do

begin

NFX:=NFX+1;

p0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])+25.0)/(10.0*(1.0+X[1])));

q0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])-25.0)/(10.0*X[2]));

T:=90.0/30.0*(3.1415926/180.0);

FX:=0.0;

For K:=0 To 30 do;

begin

PI:=p0+K*T;

QE:=Q0+2.0*sqr(PI-p0)*2/(3.0*3.1415926);

D:=SQRT(26.0-10.0*COS(pI));

AL:=ArcCos((D*D+X[2]*X[2]-X[1]*X[1])/(2.0*D*X[2]));

BT:=arccos((D*D+24.0)/(10.0*D));IF((PI>=0.0)AND(PI<3.1415926))THEN

QI:=3.1415926-AL-BT ELSE

QI:=3.1415926-AL+BT;IF((K<>0)OR(K<>30))THEN

FX:=FX+sqr(QI-QE)*T ELSE FX:=FX+sqr(QI-QE)*T/2.0;

end;

end;end;procedure ggx;begin

with form1.rand do

begin

GX[1]:=-X[1];

GX[2]:=-X[2];GX[3]:=-(X[1]+X[2])+6.0;GX[4]:=-(X[2]+4.0)+X[1];GX[5]:=-(X[1]+4.0)+X[2];GX[6]:=-(1.4142*X[1]*X[2]-X[1]*X[1]-X[2]*X[2])-16.0;GX[7]:=-(X[1]*X[1]+X[2]*X[2]+1.4142*X[1]*X[2])+36.0;

end;end;3.14使用Delphi程序验证连杆机构问题 方法：随机方向法。Delphi程序的使用：

3.15验证结果显示

二:实践心得体会

总的看来,机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的,是一门崭新的学科。它是在现代机械设计理论的基础上提出的一种更科学的设计方法,它可使机械产品的设计质量达到更高的要求。因此,在加强现代机械设计理论研究的同时,还要进一步加强最优设计数学模型的研究,以便在近代数学、力学和物理学的新成就基础上,使其更能反映客观实际。同时机械优化设计的研究还必须与工程实践、数学力学理论、计算技术和电子计算机的应用等紧密联系起来,才能具有更广阔的发展前景。

作为21世纪的大学生，要使自己适应社会需求，首先在做任何事之前都应该有正确的态度看待问题，把这些想法作为促使自己进步的动力，再去学习课本知识，效果应该很不一样，有了想法就付诸行动，随着对课本内容的学习跟老师的讲解，发现并不是像自己在学期初想的那样困难，特别是在老师介绍了一些与机械优化设计相关的计算机语言和计算机软件后，真正体会到科学优化设计的强大跟简洁明了，与传统优化设计方法相比较，大大提高了设计效率和质量。作为机械专业的一名学生，本课程，掌握最优化问题的基本解决方法，从多个可能的方案中选出最合适的、能实现预定最优目标的最优方案有着很现实的意义，为今后的工程实际提供了良好的理论储备。在学完课程之后，反思自己在学习过程中的得失，深深体会到，不论在人生的哪个阶段，都要对自己负责，做任何事都要耐心，细致，“千里之行，始于足下”，学会在物欲横流的社会大潮中，坚持踏踏实实走好人生的每一步。