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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)基礎(chǔ)理論課程的深入理解,綜合檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，總要安排1~2周的課程設(shè)計(jì)[1]。而在課程設(shè)計(jì)中所進(jìn)行的課題大多是圍繞傳動(dòng)系統(tǒng)中軸的結(jié)構(gòu)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)生產(chǎn)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)的迅速發(fā)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)行輔助設(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)[2][3]。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的比較研究，筆者選擇了功能全面且界面友好、人機(jī)交互的軟件——MATLAB[4]。

1MATLAB軟件的特點(diǎn)

MATLAB是“矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）”的縮寫(xiě)，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)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，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)中的軸類零件大部分受空間力系作用，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)探討MATLAB在機(jī)械課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法和技巧。

2.1基于Matlab分析工程實(shí)際問(wèn)題的基本步驟

2.1.1根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行建模①為工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件選擇合適的簡(jiǎn)化平面，畫(huà)出其平面簡(jiǎn)圖；②確定研究對(duì)象，取分離體，畫(huà)其受力簡(jiǎn)圖；③列平衡方程。

2.1.2編寫(xiě)Matlab程序①M(fèi)atlab程序編制方式：Matlab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)一行命令作出反應(yīng)，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M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Matlab的命令窗中輸入文件名回車(chē)來(lái)執(zhí)行這個(gè)文件。②Matlab程序編制框架：Matlab程序編制的框架分三部分：a已知數(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z＝input（’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(chē)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Matlab規(guī)定格式進(jìn)行編制。此時(shí)的程序語(yǔ)句基本上與其數(shù)學(xué)表達(dá)式一致。c結(jié)果數(shù)據(jù)輸出程序段。一般采用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)始處先輸入已知條件（給已知參數(shù)賦值），這樣得出的程序具有一定的普遍性，若需要修改參數(shù)，只需修改頭幾行的數(shù)據(jù)即可。③Matlab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。已知該軸傳遞功率為P=5kM，轉(zhuǎn)速n=140r/min，齒輪分度圓直徑d=280mm，螺旋角β=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=200mm，L2=150mm，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，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

水平面支反力

水平面彎矩

……

2.2.2編程

%軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（彎扭組合）

%輸入?yún)?shù)

sigmab=input(‘σb='''');%材料的強(qiáng)度極限值

sigmabb=input(‘[σ-1]bb='''');

%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（Kw）

……

%進(jìn)行計(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*10^6*P/n;%齒輪所受的轉(zhuǎn)矩——T=9.55×106

Ft=2*T/d;%齒輪上作用的圓周力——

Fr=Ft*tan(alphan*hd)/cos(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=%3.3fmm\n'''',dD)%輸出軸的直徑dD

fprintf(''''水平面彎矩MCy=%3.3fNmm\n'''',MCy)%輸出軸C處的水平彎矩

fprintf(''''垂直面彎矩MCz1=%3.3fNmm\n'''',MCz1)%輸出軸C處左側(cè)的垂直彎矩

fprintf(''''垂直面彎矩MCz2=%3.3fNmm\n'''',MCz2)%輸出軸C處右側(cè)的垂直彎矩

……

%軸的彎扭強(qiáng)度設(shè)計(jì)作圖

%畫(huà)水平彎矩圖

title(''''水平彎矩圖'''')%確定圖形的標(biāo)題

xlabel(''''x'''')%確定x軸的標(biāo)簽

ylabel(''''My'''')%確定y軸的標(biāo)簽

x=[0100200350];%給出x軸的坐標(biāo)值

y=[0MCy00];%給出y軸的坐標(biāo)值

figure(1);%圖形排序

plot(x,y,''''*'''',x,y,''''-b'''')%繪制曲線是實(shí)線，藍(lán)色

holdon%保持當(dāng)前圖形

……

2.2.3運(yùn)行結(jié)果matlab輸出的計(jì)算結(jié)果和如圖3matlab輸出的水平彎矩圖、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matlab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，形式基本上類似于數(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

MATLAB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)立思考問(wèn)題的能力，還能真正讓學(xué)生掌握一些現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段。MATLAB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)模式的改革創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴鵬飛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.203～206.

[2]朱艷英，陳月娥等.理論力學(xué)課程教學(xué)中的MATLAB應(yīng)用研究[J].教學(xué)研究.2006.5：258～260.

[3]梁蘭菊.MATLAB在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008年4月120～122.

[4]陳懷琛.MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2007.160～163.