创新设计机械结构论文范文-盘古文库

创新设计机械结构论文范文

来源：盘古文库

作者：开心麻花

2025-09-17

创新设计机械结构论文范文第1篇

建设“研究型”出版社是人民美术出版社的发展目标，2020年9月底对全国各地具有代表性的高等院校美术教育进行全方位的调研，以期从教学、科研、人才培养、社会影响等方面了解和总结各高校综合特色、优势资源，发掘闪光点，提炼推广教学改革成果，并将对大家关注的问题进行深入剖析，为新时代美术教育发展提供有学术价值的参考。本文为本次调研活动的成果之一。

2020年9月24日下午，我们来到韩绪院长位于南山校区的新办公室里，他刚搬来这里不久，此时距他被任命为中国美术学院新一届领导班子成员刚刚2个月。他刚结束一个会议，从楼上快步走下，将我们迎进办公室，泡上新鲜的绿茶。茶香满屋，韩绪院长开始为我们讲述位于中华文明源发地良渚的“新包豪斯”的故事。

中国美术学院是我国艺术类院校中专业建设与教学改革进行得最为前沿和深入的高校之一。面对新的时代需求，他们积极推动艺术与科技的跨界融合与互动实践，开启了艺科融合的新亮点。中国美术学院良渚校区的创新设计学院是对我国设计教育的一次大胆探索，具有深化设计教育内涵的意义。

早在2017年7月底，中国美术学院便与余杭区人民政府签订了战略合作协议，要在良渚打造一个全新的中国设计学教育的高端平台——中国美术学院创新设计学院（以下简称“国美创新学院”）。该学院以“艺术、科技、商业”高度融合的创新设计学科为主体，围绕长三角的文化资源以及产业特色和优势，着力打造大数据、智媒体时代的“新包豪斯”。这与2020年8月20日习近平总书记在安徽合肥主持召开扎实推进长三角一体化发展座谈会时强调的长三角三省一市要集合科技力量，要求长三角区域勇当我国科技和产业创新的开路先锋的思路不谋而合。

中国美术学院原是文化部直属高等艺术院校，在2000年因改制与文化部脱钩，后归教育部管理。此时的中国美术学院迎来学院发展的重要转折点，“当时摆在面前的有‘三条路’”：一是效仿中央工艺美术学院与清华大学合并成立现今的清华大学美术学院，那时浙江大学向中国美术学院伸出橄榄枝，提出合并成立美术学院。二是将整个中国美术学院搬到上海，因为学院的很多老师跟上海有着千丝万缕的联系，同时上海的发展平台很好，还有两个与我们同命相连的“兄弟”——上海音乐学院和上海戏剧学院，如果中国美术学院能够加入，就会形成“美术+音乐+戏剧”的局面，三所院校可以联合组成一所中国艺术大学。三是继续现在所走的这条路，继续走自己的路，继续孤独地前行。

第二条路其实学院一直在谋划。1995年，中国美术学院在上海建立教学实习基地，从1996年开始招生，1997年经教育部和文化部批准，成为中国美术学院二级学院——中国美术学院上海设计学院（早期称“中国美术学院上海分院”）。第一年只有视觉传达和染织与服装设计两个专业招生，第二年增加了环境艺术设计，第三、四年增设工业设计，此后一步步扩大到今天的规模。后来放弃第二条路是因为学院各方面条件不稳定等问题。

今天的上海设计学院位于张江高科技园区，虽然地理位置优越，在地资源良好，但学院的发展也面临困境：第一，上海设计学院一直是镜像式发展模式，如杭州主校区设置某专业、施行某政策，上海这边会紧随其后。长远来看，这样不利于其持续发展，学院亟须转型。第二，上海设计学院的生源属于浙江省教育厅的指标，而不属于上海市教委的指标，缺乏相应的资源、政策支持。第三，最初学院的设计规模与后期实际的学生规模有较大差異，学院运转比较吃力。由于只开展本科生教育，使学校在上海的作为不能完全发挥出来。第四，上海设计学院与杭州本校学术融通关系因地理上的距离而不密切，虽然学校方面做了很多努力，但还是无法从根源上解决这个问题。由此，上海设计学院被迫转型，不再是中国美术学院的一所分院，而是整个本校全部学科的映射。中国美术学院计划将设计类本科生的培养放在良渚校区的创新设计学院，创新设计学院不会再是镜像式的发展模式，而是一套全新的思路和体系。当下中国的设计教育面临诸多困境，而中国美术学院创新设计学院全新的教学模式，无疑是我国设计教育界的一次具有开创性的探索。

“一次改变中国设计教育的机会”

创新设计学院从2018年开始招生至今已经三年了，是中国美术学院本科生人数最大的学院。“在设定专业方向时，我们给新的学院提出了一个定位——大数据、智媒体时代的‘新包豪斯’。”

为什么要叫“新包豪斯”？因为那时候临近包豪斯成立100年，同时今天中国的文献中对包豪斯的描述还有很大的误读，它们仅仅将其描述成设计基础课程的开拓者，但实际上包豪斯还有很多“宝藏”，它有很多对社会创新，包括艺术和设计之间的相互启蒙，都没有被提及和关注。包豪斯曾做过一个基础材料实验室，其课程表实际是围绕工坊展开的设计基础课程，教师分为两类：一是艺术老师，二是工坊师傅。今天的学校都在学习当年的包豪斯设置工坊、实验室，而韩院长说他们更关注的是包豪斯选择的材料本身，这些材料有木头、石头，最珍贵的是他们选择了铁（金属）和玻璃。这两种材料以前从来没有被放到学校的实验室里研究过，“虽然今天也有金属实验室、玻璃实验室，但会发现我们小看了这些材料，而200多年前的这群人，是真的把这些材料发挥到了极致”。其实可以这样来想，正是有了包豪斯开始做这两种材料的基本研究和包括造型在内的所有的探索，才导致了世界建筑的颠覆性发展。在包豪斯之前的时代，建筑材料只有石头和木头，而所有的金属框架、玻璃幕墙结构都是从那时开始的。这一代人影响了此后的一个世纪，甚至更久，所以包豪斯的基础实验是非常有价值的。“为什么要做大数据、智媒体时代的‘新包豪斯’？我们可以把‘大数据’和‘智能媒体’想象成那时的金属和玻璃，它们就是用来装配、构建未来世界的。这个口号是我们对包豪斯的理解，也是基本初衷。”

中国美术学院历史悠久，最早的绘画系、图案系就是今天美术学和设计学的前身，年头长也容易累积不少弊端，学校通过加入新鲜的“搅局者”来刺激历史悠久的专业的发展。美术学的发展从综合艺术开始到新媒体艺术、多媒体设计，再到后来的跨媒体学院，这一条不断更新的线索就是整个国油版雕当中的“搅局者”，不断促进传统学科的自我更新，而设计学却一直没有所谓的“搅局者”出现。设计学的变迁比美术学更大，社会对它的“反制”或称“反要求”更迭得很快，需求也比较直接、清晰。比如虚拟影像、在线传播等是直接出现的，没有过渡、没有实体，这一点与美术学的情况差别很大。

改变设计教学实际是改变整个学校的教学根本，因为本科设计类专业学生占全校本科生总量的三分之二左右，这一改变的影响是巨大的，需要相当的勇气。“我们这个改变提得非常大胆，所以说这可能是‘一次改变中国设计教育的机会’。”

（一）专业设置

创新设计学院只设置了三个专业——艺术与科技、数字媒体艺术、工业设计（工科）。这里的创新与其他院校不同，其他院校属于住在房子里的同时装修房子，是整改正在进行的东西，属于西式改法，就如同在电脑上修改文本，改掉的文字没了。而我们属于中式改法，保留原本的文字，将修改后的文本标注在旁边，这得益于中国美术学院有三个设计学院，可以平行创新，经典的东西平行保留。

（1）艺术与科技

2012年，教育部将艺术与科技专业放到了艺术学门类的下面，原来国美的美术学院一直在用这个专业名称，如雕塑、公共艺术专业都有加入科技元素的雕塑。“先前跟央美的邱志杰讨论时，他也提出想做这个专业，是基于实验艺术，把‘艺术与科技’名称反过来，改为‘科学艺术’，以艺术为主。”

余杭区很特别，良渚是中华五千年文明史的起点，而余杭又有城西科创大走廊，把阿里巴巴等一系列企业和浙江大学、西湖大学等高校集合在一起。在余杭这个新场地，有很多浙江特色的数字科技或者说是有新兴科技的力量在。现在浙江省在做小镇建设，良渚就有个地方叫作工业设计小镇。国家级的中国工业设计“红星奖”在这里颁发，如果我们搬过去也会把学院的“中国制造大奖”放在这边举办。所以，这也是为什么把艺术与科技放在这个校区的原因。

（2）数字媒体艺术专业

一开始，中国美术学院没有向教育部申请数字媒体艺术专业，但却是全国做得最早的。1999年系主任赵燕提出：“韩绪你一直在教网页课（网页设计和编程课），那索性就申报一个专业方向叫多媒体设计。后来怕多媒体设计、数码设计这些名字听不懂，学生志愿填报时不敢报，所以就命名为‘多媒体与网页设计’。我作为筹备组组长经过2年筹办，到2001年开始招生，这在全国也是第一家。后教育部又增设了数字媒体艺术，这也是在我们创办多媒体与网页设计的两年后。一直到2006年，招了5年生后，我们创建了传媒动画学院（现影视与动画艺术学院），这时需要整合力量，就把多媒体与网页设计专业迁走了，成立了网络游戏专业，今天变成网络游戏、交互设计。2003年，上海校区就开始映射我们的改革，招多媒体与网页设计专业。上海校区的映射是叠加式的，有什么新专业就跟着增设一个。2007年开始，设立了多维设计工作室，这区别于传统多媒体，增加其维度，不仅仅是媒体的项目，还把商科、社会学的成分都加进来，所以叫多维设计工作室，把原来在多媒体要完成的工作也放进来。创立创新设计学院，2018年开始准备材料，2019年正式提交教育部，2020年4月份批复可以招收数字与媒体艺术专业学生。”

（3）工业设计专业

创新设计学院開设的工业设计专业是纯工科的，挑战很大，要开设高等数学、物理、自动化设计等课程。以前艺术类院校开设的工业设计主要是产品设计，属于“小工业设计”，一直缺少“大工业设计”，索性在创新设计学院就直接加入工科的工业设计。从第一年招生就打破了美院考试的先例，考生不需要考专业课，文化课分数线需要约670分。“2018年招生时，我们认为只有艺术生和工科生还不够，还需要有艺术理论（艺术设计学）的学生。”让这些学生混在一起，他们之间的差异就变得很明显了，比如文化课和专业课的差距大，对学校的认同感也不同，艺术生是因为崇拜这所学校才考进来的，而工科生往往是在填报志愿时才知道中国美术学院。

（4）实验室

良渚实验室的设计概念是全新的。象山的实验室运用的是“五行”的概念，而良渚的是“五感”的理念。“我们把基础课也做了改革，其中有一部分叫‘格物’。大家都知道‘格物致知’，我们改了一个字——‘格物致改’，比如用视觉去模拟触感，或用嗅觉模拟触感，实现通感。”这里的实验室未必像象山一样是传统实验室，仪器可能会散落在校园里的各个角落，学生可以租用。

（二）创新设计学院的革新机制

第一，院所制改革，即用院所代替院系，打破院系的壁垒。正常情况下设置一所新学院，肯定会设置系，如设置艺术科技系、数字媒体系、工业设计系等。这样便于管理，对于教育部的任务、要求也好划分，系的建设也是专业的建设。“但我们发现绘画可以这样改，但设计不能这样改。”

“为什么我们在今天重提包豪斯？”是因为包豪斯打破了很多东西。现在所说的手工生产和机械生产、艺术学和心理学、艺术和设计、建筑和城市规划等的关系在原来是完全分开的，是包豪斯让它们联系在一起。如今创新设计学院已经成立了五个研究所——社会与策略研究所、媒介与交互研究所、产业与图景研究所、技术与造物研究所、智能与系统研究所。“如果你要问工业设计在哪里？某个专业在哪里？其实在这五个研究所里都有，无非是一种排布方式。”就像文字排版一样，以前是竖排，现在是横排，但都遵循着排版的逻辑。这样的好处是所有的老师是互通的，所有的学生也是互通的。如果按照传统工业设计系的开设方式，把所有高分的优质生源放在一起，那对另外两类学生是不会产生任何影响的，没有意义，不如放回普通的工科院校。所以，在创新设计学院里不分系，只成立研究院（目前暂时称之为“研究所”），每个所下面再分工作室。实际上人是自由选择的，什么人都可能进去，想要招到一个“不一样”的人，需要有相应的机制才能实现，否则这个人就进不来。这就是我们要打破院系制的原因。相当于创新设计学院里的所有学科，不对应在某个系里，也不会为一个专业而去设置一个团体。

当初，大家也提出了很多方案，虽然在今天这些已经不稀奇了。比如危机设计研究院，它能囊括所有东西：可以设计服装或空间来应对危机，也可以进行纯粹的材料研究等。大家在头脑风暴之后，做了三种层级的方案——保守的、相对激进的和最激进的，甚至在最激进的方案名称前加个“反”，如反乌托邦研究院，但后来都被否决了。

第二，三学期制。“传统的美院都是一个学年两个学期，但我们做了第三个学期”。美国院校采用三学期制的比较多，国内也有，如厦门大学等，但对美术学院来说比较少见，国美的创新设计学院是美院里第一个实施三学期制的，也做成了。通常第二学期会在每年的7月初结束，但在三学期制的情况下到6月底就结束了，6月底到7月底的一个月就是第三学期。这样对学生来说有好处，老师会累一些。一至三学期分别设定了基本的计划（目前还在调整中）。第一年没有参照性，更多的是做一些实验性的项目；第二年，因为有两个年级要一起做，而二年级的学生已经历过一年级的“小学期”，这时候就要有所区分、有所进阶。“小学期”的好处在于这段时间全部是外籍老师来上课，本校老师只是辅助。在课程内容上，一个月偏艺术，一个月偏商科，一个月是纯技术或者纯材料等。“未来希望能把小学期丰富起来，这是我们对课程的一种更新。”

第三，学分制。学分制其实是个常态，在国外的学校更加突出，学生修完规定的学分就可以毕业。但是在国内现有体制中的学分制有两个基本瓶颈：一是弹性学制，若没有弹性学制，不管拿几分都照样读四年；二是解聘教师的权利，一旦教师开课没有学生选，要不要解聘？这两者都是制度瓶颈。所以学分制一直在提、一直在改，但这是全校行为，不可能在一个学院里完成。我们在前期把学分换算等工作都做了，为了学分制更好地实施，还完成了学生自主选课，不论是必修课还是选修课都可以选，这样学生们的主动性能调动得更充分。

疫情期间全校学生自由选择选修课，选的最疯狂的就是创新设计学院的孩子们，最多的学生选了21门。“有人担心是搞错了，或者是恶搞，但选课是需要交作业的，他选择的21门课都有成绩，这说明这位学生是真的想学这些课程，反正在家没事，选了就是赚了。”但大部分美院院系不习惯这种选课制度，普遍还是排课制。创新设计学院把很多经典的设计专业课融入到选修课和基础课当中，比如“文字与符号”“图像与图形”“图文编排”等。通常这些课程是要按顺序学的，而创新设计学院这边是同时开，始终开放，让学生随时可以选择。学生一旦自主了，就会有学习的驱动力。

其实，学分制从管理和教学组织上的操作难度很大，相当于原来的池子是给二年级的，但三年级的学生还没游够，还可以回来游一下。“这是学分制的基础，只有这样做才是真正的学分制，而现在的学分制我们算是做了一半。”

第四，学社制。比较多见的叫法是“书院制”，但经过考察发现，书院制的叫法和含义不符合创新设计学院最初的设想，所以命名为“学社制”。

这个制度的提出，跟当时校区的建筑设计也有关。张永和先生是中国美术学院创新设计学院整体建筑的总设计师，他曾说：“我不感谢中国美术学院，我是感谢你们给了我一次改变中国设计教育的机会。”中国美术学院创新设计学院不只是将建筑设计委托给他，同时还附加了一个委托——设计教学模式，也就是说，在设计建筑的同时，还要设计建筑和空间的使用方式。

中国美术学院良渚校区约30万平方米，所有工坊都连在一起，有“绵延的工坊”之称。建筑师不仅需要设计房屋的风格，分析场地的高差，进行树、水、石头等的景观设计，还要研究学生的日常起居和学习生活。建筑师设计了很多廊檐连通整个学校，下雨天的时候学生不用打伞也能安全到达任何目的地。后来又有所改进，建筑内部下层是工坊，上层是宿舍，即一、二楼是教室和实验室，上面是宿舍，楼顶露台、平台便于学生们搞社团活动等。在包豪斯时，马列维奇曾做过一个“空间探索期”的展览，在展览现场，他做了很多空间。于是张永和就在每栋建筑的顶楼做了N多个空间，那些空间看起来是扭曲的、歪的，学生们可以用来冥想、独处，等等。这样的建筑空间设计也大大推进了学院学社制的改革，它从物理空间和心理空间两个维度上改变了学生在校的生活和学习方式，所以这是“居学一体”的学社制。

辅导员们不在学院或者研究所里，而是在宿舍里。因為宿舍也是教学空间的一部分，只是楼上、楼下的距离。建筑师张永和也被师生们激发出了灵感，他除了画建筑效果图之外，还用朱德庸画漫画的方法画了几个人物，他说：“未来这个学校的学生应该穿着长袍，戴着耳机，脚下踩着风火轮（平衡车）。”这是一个综合创造的过程，不仅包括空间场地的硬件，也包括学生的生活态度。

第五，聘任制。按照艺术院校的标准，师生比通常是1：12。创新设计学院现在招收了三届学生，共有1200个学生，那就意味着需要100个老师，但实际并没有那么多。学院对老师也有要求，起初规定教师的比例为4：6，校内教师占4，另外的6不是固定的教师，可以是外校的老师、外国的老师或是某家公司的老总、总监。后来又变成5：5，就是现在的比例。这样做有许多好处，拿工业设计专业举例，创新设计学院可以聘请浙江大学的老师讲授自动化、高等物理和数学等课程。此外，学院还跟西湖大学签约，共享相关的教育资源。

创新设计学院还设定了其他外围平台，比如开办论坛，起名为“良言”，主讲人有数学家、诗人、电影导演、广告设计师等。目的是让学生们知道这个世界有很多不一样的领域，他们并不遥远，学院能够为学生们提供对话的机会。“良言”是一个非教学平台，这与专业的系列讲座泾渭分明。“良言”可能不对应任何人，甚至不对应现在，它可能对应的是以后的你。

“超级班主任”

“现在比较辛苦的是学院的老师，给他们的压力太大，他们几乎是在不停地运转、不断地自我更新当中。所以，我觉得这一口气还是跑长跑，先把四年跑完，最后再来总结到底做对了没有。”基于人员配置等的限制，国美创新设计学院进行了课程改革。整个课时从周一到周五压缩了两天，周二至周四进行密集的小班教学，周一是16个班可以一起上的大课教学。

“基础”和“分流”两个词在创新设计学院是很少被提及的。首先，没有所谓的基础教学部门，全部是通的，老师的身份也是如此。前两年老师们不进研究院所，后两年进入研究院所。研究院所里的老师同时要给一年级、二年级还有选修课上课。研究院所中的项目课，所有的老师都要同时给一至四年级的学生上。这个事异常艰难，老师的授课内容覆盖了学校所有专业。

“这群老师是学院最珍贵的‘财产’。”学院的筹备团队仔细研究了包豪斯、呼捷玛斯、制造联盟、乌尔姆等，包括其中每位教员未来的发展情况。研究发现教员们是核心，他们的一言一行都非常重要。教师们还会实行集体备课制，封闭备课。教师们先把方案写出来，然后大家统一思路，还有很多外聘老师也一起封闭。

“我们的学生也非常珍贵，我们花了太多力气去考虑他们的未来。”创新设计学院对标的是英国皇家美术学院和英国帝国理工学院两所姊妹学校，一个艺术，一个理工，一墙之隔。它们之间的很多走廊是联合实验室，携手一起培养“古怪”的人，但它们的优势是全球招生，没有本科，招收全球的精英一起“做实验”。

“对我个人来说，创新所谓的教学管理或者学科规划是从2017年8月开始的，良渚校区的地块刚签约，我们就开始在做这件事。”对于学生，韩院长也提出建议：“在三年级结束时，希望利用‘拔尖人才计划’尽量留住他们，毕竟我们的师资也需要补充新鲜血液”。“我们是‘假扮’成我们认为的具有综合能力的人在教这些学生，但我们的学生才是那些真正综合能力强的人，要让他们在这里读研、读博并继续留在学校教书。”像高士明院长所说的“留住老三届”。

“学院给每个班配备了一位班主任，我们称之为‘超级班主任’”。每周五有半天由“超级班主任”给学生上课，尤其今年疫情期间，这项措施的效果很显著，网格化管理学生每天打卡，“超级班主任”就像家长一样关注着每一位学生。

大一时不需要选课，这一学年的所有课程都浓缩为“三大基础”——造型基础、人文基础和数字基础，这是计划好的，班级关系也比较明确。二年级开始所有学生开始选课，组织关系开始变得较为混乱，原有的班级感会被削弱，但每个星期五仍要回到原来的班级里上“超级班主任”的课。周一到周四学生各上各的课，每到星期五就像回家一样，相互交流分享“分开时”的收获。

“本来想设定两年，后面的三、四年级就让研究所去做，但还是觉得不可行，因为研究所的组合跟我们预想的不一样。”因为都是学生自主选择，势必会出现学科扎堆的现象，比如理工科学生集中选择某一个研究所项目。再者，没有自然班的话遇到评奖评优的时候就比较难办，甚至学生毕业后参加校庆，想拍合影也不知道跟谁拍，这会让学生没有认同感和归属感。因此越到后面就越需要这些“超级班主任”，他们跟传统的班主任不一样，天天跟学生待在一起，身兼多职。

“你们天生就是少数派”

“假定学院培养出了理想中优秀的学生，那您觉得在中国目前的国情下，有能力消化这些人才吗？”面对我的问题，韩绪院长笃定地说：“没关系，我们就是少数派。我曾跟学生们讲‘你们要做一个特立独行的少数派’。全国开设艺术设计相关专业的院校大概有1900多所，每年毕业约50万人，在1900多所院校当中，专业院校总计约30多所，整个中国美院的本科毕业生总共也就1600个左右。面对50万人的基数，如果需要拉动大的指标，全部就业就可以了，这就是100%的就业率，但不是100%就业又会怎么样？”

2018年，在学生入学之前，老师们把艺术史、科学史上的佼佼者，如达·芬奇、赵元任、乔布斯等人的头像都打印得巨大，挂在走廊的墙壁上，也有一些其他的，如动漫、机械、传说里的人物。这也是一种暗示，学院希望通过这些途径潜移默化地影响学生们思考问题的方向和方法，看待艺术、看待未来科技的方法，甚至是看待成功的態度。

今天的设计学科会出现“工具箱老化”的现象，就是很多理念、材料和方式方法的老化、过时，所以需要用创新去触动、激活它。国美设计学科的改革相较于清华大学、同济大学等学校来说，有些方面的困难比较大，需要迈出原来的门槛，“但我一直强调作为美术学院，这是我们跟它们最大的区别”。

设计作品，需要视觉的审美，也需要视觉的逻辑，也就是“瞬间的视觉叙事”，所以“审美+逻辑”是身处美院最大的优势。如今时兴跨界，跨科技、商科、社会学、心理学等，而实际上是让它们与设计学、美术学产生联系。“我们的学生出去以后，别人最相信的就是你的美感，而不是别的。美这件事，一定是你能做到的，如果你做不到，那别人也做不到。所以，跨界的时候千万别忘了你是在美术学院长大的。”

原计划半小时的采访在持续了三个小时后才不得不因我们要赶高铁而告一段落，走出院长楼时已近黄昏。

创新设计机械结构论文范文第2篇

从机械结构动态优化设计理论出发, 其本质思想就是以产品功能需求为导向进行产品结构的设计, 或者是以及机械结构改进需求为参考构建相应的动力学模型, 通过动态性分析结果并根据功能需求目标进行机械结构的修改设计等, 最终使机械结构满足动态性设计的基本要求。

在机械结构动态优化设计优势不断显现的今天, 其在机械行业中的应用越来越广泛, 例如在汽车、航空航天、船舶行业、建筑行业等多个领域发挥着十分重要的作用。首先在汽车行业来说, 车身轻量化优化设计、车身形态仿生优化设计、车身安全性优化设计、行人下肢碰撞保护优化设计等都是机械结构动态优化设计的奠定应用, 符合了人们对汽车性能需求。其次在航空航天领域中, 机械结构动态优化设计更是获得了高度的重视, 可以说航空航天技术中的每一个产品中存在动态优化设计应用的影子。最后, 针对船舶行业, 这些年我国加大了创新研究力度, 尤其是对潜艇外部液压舱、油船剖面、潜艇结构等进行了动态优化设计, 对这些部分性能的提升具有显著的意义。另外在今天的建筑领域中, 结构动态优化设计在公路沥青混凝土结构、基床结构等方面也得到了不同程度的影响, 对提升建筑工程经济效益和社会效益具有积极的作用。综合以上分析可知, 机械结构优化设计在我国社会多个领域获得了广泛的关注和应用, 并取得了一定的成绩, 对国民经济发展具有积极的推动作用。

二、机械结构动态优化设计相关技术

单从理论方面分析, 机械结构动态优化设计内容较多, 它们分别为机械结构的拓扑优化、形状优化、系统结构动态优化等多方面的内容, 下面文章将以有限元法理论建模技术和ANSYS软件为主要内容展开论述。

1、有限元法建模技术

有限元法主要在复杂机械结构动态优化设计中运用, 以有限元法思想对机械结构进行分析就是将连续的求解域整体划分成一组有限个单元组合体, 并以模拟解析方法来使组合体近似于求解区域。从数学角度出发, 不同求解区域单元可以组合成一个整体, 而不同的单元其几何形状也是不同的, 这样一来就可以针对不同形状的求解域进行模拟。有限元法作为一种数值分析方法, 其在求解过程中就是通过一组组合体内假设的近似函数来表示整个求解域中未知场函数。同时在一个有限元中进行新未知量的解析, 实现了连续无线自由度问题向离散有限自由度问题的转换, 在求解过程中不断的对近似函数进行改进, 使得得出的结果更加趋近真实值。计有限元法在机械结构动态优化设计中的应用是基于计算机技术的发展, 同时该方法在实践应用中具有速度高、适用性强等多方面的特点, 并且加上数值模拟技术的应用, 结构动态有限元分析更加的深入, 尤其是在结构相对复杂的机械动力分析和动态设计中应用, 一方面可以根据有限元中弹性力学和有限元法来构建机械结构动力学模型, 另一方面还可以将动力响应、固有振型和频率的模态参数计算出来, 结合机械产品的需要完成结构动态设计优化。

2、ANSYS系统软件技术

机械产品的设计离不开大量数据分析, 而这一过程中必须依赖ANSYS系统分析软件的应用。作为一种通用的有限元工程分析软件ANSYS软件在机械结构动态优化设计中应用广泛, 且只需依赖计算机及其系统就可以完成。从机械产品结构动态角度分析, ANSYS系统软件在产品结构优化分析主要流程包括有限元模型建立、施加荷载处理等。在实践应用过程中, 为了弥补ANSYS系统软件应用缺陷, CAD软件的融合应用对数据交换和信息共享目标的实现具有十分重要的作用, 尤其在机械制造、汽车交通、造船以及家电等多个领域得到了广泛的应用。ANSYS系统软件分析能力较强, 即使是复杂性较高的非线性动态产品结构也都可以正确且清晰的分析出来。该系统软件具备多种功能模块, 如电磁分析、结构分析、耦合场分析、流体分析以及热分析等, 除了这些功能模块外, ANSYS系统软件在进行产品结构设计的过程中还距别估计分析、优化分析等多项额外的补充功能。通过ANSYS系统软件技术的应用可以实现多场及多场耦合分析、前后处理、求解及多场分析的统一数据库一体化建设目标, 为物理场优化功能的实现奠定了基础。另外ANSYS系统软件具有超强的非线性动态分析能力, 同时还可以为异种、异构平台上的用户构建统一的交互界面, 实现数据文件兼容, 以上这些都凸显了ANSYS系统软件的并行计算能力, 为用户后续开发创造了良好的环境。

通过对ANSYS系统软件功能模块和特点的分析可知, ANSYS系统在机械结构动态设计中的应用就是将有限元分析和优化分析进行了一定的融合, 彻底解决了复杂结构优化过程中存在的各种问题, 优化了分析过程, 为机械工程学中一些难题提供给了解决思路, 同时也为机械结构产品动态优化设计奠定了坚实的基础。

三、结论

综上所述, 以机械动力学为基础的机械结构动态设计是机械、数学、电子、信号分析等多门学科的交叉综合, 对解决复杂性机械结构问题具有十分重要的意义, 同时通过机械结构动态优化设计为我国机械工程的进步提供给了可靠的技术保障。 (

摘要：在科学技术发展带动作用下, 机械产品更新速度也在不断的提升。企业为了增强自身市场竞争实力, 提高市场占有份额, 不断的进行产品质量优化研究, 加快产品设计速度, 在这种竞争激励的背景下, 动态优化设计应运而生。所谓的机械结构动态优化设计就是将工程设计同数学理论进行一定的融合, 并以此为基础寻找最优化的设计方案。工程设计与数学理论的结合一方面加快了研发的速度, 另一方面对产品质量的提升也有积极的影响。文章将对机械结构动态优化设计的相关内容进行阐述, 并对与其相关的技术应用进行分析, 已为今后参考使用。

关键词：机械结构动态优化设计,技术,发展

参考文献

[1] 曹艳.面向动态响应优化的复杂结构参数化建模技术[J].柴油机设计与制造, 2016 (03)

创新设计机械结构论文范文第3篇

摘要：随着机器人技术的进步和发展，各种类型的机器人相继出现在大众的眼前，对实用性的搬运小车的机械结构进行设计，能够在工作中，减轻工人的工作量，并提升工作效率，本文主要阐述了一种搬运小车机械结构设计，从设计要求及参数、设计夹持机构、间距调整机构、气压系统的设计、选择和传递夹持器动力等方面阐述了，并进一步分析了搬运小车的运动控制，供相关人员参考。

关键词：搬运小车;机械结构;控制系统

1搬运小车机械结构设计

1.1设计要求及参数

考虑到具体的工作环境和设备的承载能力，对升运机构提出如下设计要求：

（1）最大升起高度≥1800mm，最小回落高度≤500mm。

（2）平台承载≥130kg，设备自重≤100kg。

（3）在剪叉机构起升过程中，推杆与剪叉臂之间不发生干涉。

（4）推杆与剪叉臂的连接位置应满足推杆行程要求。

1.2设计夹持机构

该设计选择辊轮机构作为夹持机构，设计原则为调整夹持臂圆柱截面，使之变为直角梯形，两侧斜边则以钝角 V 形槽形式存在，确保轮胎接触性能良好，以免出现损伤情况。将辅助轮设置在夹持臂末端，作为支承存在，从而使夹持臂具备较好的刚度和负载性能，当许用挠度相同时，使夹持臂的许用承载力得到提高。执行夹持操作时，两侧坡面双向夹持力会对轮胎产生影响，沿铅垂方向上移。蜗轮联动夹持臂需要完成直角回转操作，确保在各规格轮胎中的适用性[1]。蜗轮传动比具备很大范围，无论是传动精度，还是效率都非常高，而且使用周期长。青铜蜗轮具备很好的减磨性及抗胶合能力。调制钢蜗杆，对其进行磨削和抛光操作，使其具备极强的承载性能，提升许用相对滑动速度。对青铜蜗轮进行单独铸造，应用螺旋在 45 钢支撑臂上对其进行安装。将轿车重力假定为 G，每个轮胎承受的负载为轿车重力的 1/4，用两支支撑臂对各轮胎进行支撑，故而支撑臂各自对铅锤分力 F1进行克服，该背景下各轮胎承受的负载相当于铅垂分力的两倍。

假定车轮与支撑臂接触点及辅助轮的距离，以及支撑臂两个支撑点间距。杆件最大应力往往产生在 F1受力点部位。以圆柱方式处理支撑臂截面，对支撑臂最大剪力、圆柱截面杆件惯性矩、负载背景下支撑臂的挠度等指标进行计算，倘若计算结果与杆件许用挠度相符合[2]，表明支撑臂的刚度满足系统设计及使用要求。

1.3间距调整机构

通过间距调整机构设置，对前后小车间距进行调整。电机依托锥齿轮实现丝杠和螺母相对运动，继而对连杆相互位置关系进行调整，使光杠和丝杠间距发生改变，对小车前后间距进行调整[3]。将铰链构造平行四边形设置在连杆上，使车身和连杆机构中轴线保持重合，以免因车身无法固定，出现前后机构偏离情况，使机构具备较好的稳定性和协调性。

1.4气压系统的设计

气压系统是整个搬运小车的原动力，气压通过气缸作用在各个机械部件上，从而驱动各部件动作。考虑到在实际应用中，搬运小车不仅要能够大范围地回转和伸缩，也要具备手腕和手部的精细作业能力，而这两种运动形式所要求的气压在量级上是有明显区别的[4]。为了满足这一应用需求，本文采用了双气缸设计方案，分别设置了一个大气缸和一个小气缸，其中大气缸主要完成大范围的驱动任务，例如大回转、重物提升和下放等等，小气缸则主要用于精细动作的控制，例如方向的调整，物体的夹持和放开等等。双气缸的设计避免了气压系统被频繁地进行大范围调整。

1.5选择和传递夹持器动力

因轿车重量产生的负载由夹持器承担，以蜗轮蜗杆和齿轮系为载体，传至伺服电机，并对驱动所需功率予以估计。具体操作过程中，缩小传动比，优选包含减速器的伺服电机，得出较高输出扭矩。如果单级减速传动比在 2 以上，会使低速齿轮齿顶圆超过 Φ100mm，则无法满足底盘高度限制。故而选用二级齿轮传动方式。当齿轮啮合效率、轴承传动效率、联轴器效率等指标已知时，得出二级齿轮传动效率，预估传动比，并以等接触强度为依托，对高、低速级齿轮传动比予以分配[5]。确定齿数之后，对低速级小齿轮分度圆进行计算，保证其强度。齿轮齿顶圆要比轿车底盘高度小，结合材料性能，对齿轮系的弯曲疲劳强度和齿根强度进行验算，并对夹持器上蜗轮蜗杆的使用寿命具备清晰的认识。该过程中，也要借助花键对扭矩进行传递，从而满足动力系统强度要求。

2搬运小车的运动控制

2.1控制要求

搬运小车对物体的搬运，不仅要求完成位置的移动，还要具备物体位置的自动检测和跟踪，对于流水作业，还要具有精确的计数功能，并实时显示已完成的搬运数量。为了适应多种应用场合，还要求系统能够切换自动和手动两种模式。控制系统要求具有较高的控制精度、较高的可靠性和较高的灵敏度，通过编程实现不同的动作组合。

2.2 硬件设计

根据本系统的机械结构设计，其控制系统采用了主流的 PLC 控制技术，由于 PLC 模块的 I/O 口资源是有限的，因此要做好使用规划。本系统采用了17 个 I/O 口作为输入，包括 6 个控制信号、8 个限制信号、1 个压力信号和 2 个位置信号;输出 I/O 口共规划了 13 个，其中指标信号 4 个、计数信号 1 个、执行信号 8 个。为了满足上述规划，在 PLC 选型时应注意采用资源足够的产品，例如比较常用的欧姆龙CPMIA 系列。但值得注意的是，PLC 的选型并不是越贵越好，如果资源过多反而造成浪费，因此要根据应用需求和控制的具体要求来恰当地进行产品选型。

2.3 控制逻辑

搬运小车的所有运动都是通过电磁阀作为执行机构的，每一种运动方式都有一个相应的电磁阀，例如上升、下降、左移、右移、左旋、右旋、夹持、松开等等。PLC 通过指令向特定的电磁阀发送控制信号，相应的电磁阀按照指令执行，在多个控制指令的时序协调控制下，即可实现搬运小车灵活多样的运动控制。搬运小车的控制分为手动和自动两种模式，其中自动模式主要用在自动化流水线中，以固定的動作组合进行重复执行，即可源源不断地完成物体的搬运。搬运模式则用于应对一些临时的搬运工作，可以通过手动输入不同的指令，实现对搬运小车的任意动作操控。

3总结

综上所述，在设计搬运小车机械结构时，一定要注意对机械结构细节的控制和设计，为了更好的促进搬运小车机械结构的设计，还阐述分析了搬运小车的运动控制，在设计的时候，需要将升起回落高度进行控制，如最大升起高度≥1800mm，最小回落高度≤500mm;平台承载≥130kg，设备自重≤100kg;在剪叉机构起升过程中，推杆与剪叉臂之间不发生干涉;推杆与剪叉臂的连接位置应满足推杆行程要求等，满足这些要求之后，搬运小车的机械结构才能进行下一步的设计。

参考文献

[1]田会方，陈培，刘丽君，余江江.六自由度压力气瓶搬运搬运小车臂的设计与分析[J].机械设计与制造，2019，{4}（07）：234-236.

[2]王霞，彭贺.立体车库自动搬运小车机械结构及控制系统设计[J].中国设备工程，2018，{4}（23）：169-170.

[3]刘夏.基点式全方位搬运装置机械结构设计与定位系统研究[J].机械研究与应用，2018，31（04）：118-120.

[4]龙创平，陈豪.气动搬运搬运小车机械结构设计及分析[J].中国设备工程，2018，{4}（01）：133-134.

[5]赵新虎. 自动化药房搬运机器人的设计与研究[D].华北理工大学，2018.

创新设计机械结构论文范文第4篇

摘要：机械结构是机器产品的物化，也是机器功能实现的载体。本文从经验设计、理论设计和模型设计讨论了机械结构设计的方法。结合理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和目前的新物理原理，分析了机械结构设计的原理。

关键词：机械结构；设计方法；设计原理；智能化

一、引言

从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。

二、机械结构设计的方法

1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。

2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。

模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。

复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。

分级结构设计（层次化设计）。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。

载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。

变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。

3.模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。

三、机械结构设计的原理

机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。

理论力学原理。理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的刚度设计。

材料力学原理。机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径；当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。

弹性力学原理。弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。

疲劳力学原理。机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。

流体力学原理。流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压润滑滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。

热学原理。热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。

摩擦学原理。耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。

声学原理。在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。

智能原理。机械结构设计的原理将向智能化、生物化的方向发展。随着智能技术的应用，机械结构具有灵敏的智能功能。测试技术、控制理论和信息论是机械结构智能设计的基础。例如模糊智能控制的洗衣机和电冰箱的设计，控制单元具有模糊逻辑控制功能，实现对工作过程的智能控制，达到省电节能的目的。

新的物理原理应用。超导原理用于超导轴承和导轨的设计，可以提高电磁轴承和电磁导轨的性能。含有纳米颗粒的润滑剂的设计可以提高摩擦副的抗胶合能力。石墨稀等新的材料的制备也会为机械零部件的结构设计提供更多的选择，其高刚度的特性也会在机械结构设计中得到应用。今后，生物化的结构与环境和人体具有更好的相容性，例如人工关节的磷酸盐涂层结构设计，使得人工关节与人体肌肉组织具有相容性，使用寿命更长，也减轻了病人的痛苦。我们可以相信，在生物革命的浪潮中，机械结构设计的原理会极大的丰富，为智能化的机械结构设计提供新的原理。

本文从机械结构的设计方法和设计原理出发，分析了机械结构设计的基本知识和设计准则。毋庸置疑，机械结构的制造工艺性对机械结构设计有重要的决定性。笔者认为，今后的机械结构创新中仿生设计和智能化是发展的重要方向。

参考文献：

[1]陆敬严，华觉明.中国科学技术史（机械卷）[M].北京：科学技术出版社，2000.

[2]French M J.Conceptual design for engineers[M].Second edition，London：The Design Council，1985.

[3]FAG Kugelfischer.A.G.滚动轴承安装设计[M].李景贤，译.北京：机械工业出版社，2004.

[4]小粟富士雄，小粟达男.机械设计禁忌手册[M].陈祝同，刘惠臣，译.北京：机械工业出版社，2004.

[5]吴宗泽.机械设计禁忌500例[M].北京：机械工业出版社，2003.

[6]吴宗泽.机械结构设计准则与实例[M].北京：机械工业出版社，2007.

[7]于惠力，潘承怡，向敬忠，等.机械零部件设计禁[忌M].北京：机械工业出版社，2007.

[8]杜威.杜威五大讲演[M].胡适，译.合肥：安徽教育出版社，2005.

作者简介：汪久根，浙江大学机械工程学系教授、工学博士、博士生导师。

创新设计机械结构论文范文第5篇

一、汽车ABS性能检测台检测原理

(一) 汽车ABS工作过程

ABS的构成主要有四部分构成, 分别是判断车轮是否抱死的ECU控制单元、位于车轮上对车轮行驶速度进行感应的车轮转速传感器、根据ECU判断进行调节的制动压力调节装置以及一些制动控制电路 (如图1) 。

汽车在制动过程中, 车轮速度传感器会将车轮的相关速度信号传递到ABS控制单元, 经过计算分析得出汽车的滑移率, 当滑移率大于预设值时, 则判定汽车的车轮出现抱死的可能性加大, 从而在ECU的控制下, 通过调节装置减压来降低汽车的制动力, 进而降低滑移率。当滑移率降低到一定程度时, 则要预防制动力过低, 这就需要ECU通过调节装置进行增压, 从而提升汽车的制动力。可见ABS的工作原理是因车辆状况不同而不同的, 需要研究者找出最佳控制区间, 让汽车不仅可以控制车轮防抱死, 也可以实现最佳制动。

(二) 汽车ABS性能检测台检测原理

本文设计的新型ABS检测台架包括了四组滚筒, 滚筒之间用链条连接, 通过联动可以模拟路面情况, 反映汽车在不同的情况下的车速, 同时安装有速度传感器, 检测台通过增加飞轮来进行动态模拟, 并能通过调节滚筒轴距、安置角、附着系数等来模拟各种地面, 如湿滑地面、雪天路面等等, 还可模拟对接路面和对开路面, 通过模拟来测试出ABS系统在各种情况下的性能表现。

二、汽车ABS性能检测台机械结构设计

(一) 汽车ABS性能检测总体结构设计

汽车ABS性能检测台台架可以根据汽车大小进行调节, 并根据测试需要安装了各种执行装置。检测台的组成部分有机架、滚筒组、联动总成, 其中, 滚筒组包括主滚筒、副滚筒、第三滚筒、减速器、电动机、滚筒轴距调节装置、举升装置、链传动、飞轮及传感器和张紧机构, 联动总成则由T型转向箱、万向传动装置构成。检测台使用旋转飞轮的转动惯量来模拟汽车行驶动能, 滚筒组则相当于路面, 制动时, 车轮给滚筒转动形成阻力, 从而使滚筒动力不足, 通过惯性判断得出车轮制动的距离, 进而得出汽车轮胎的制动距离和制动减速度以及制动频率。

(二) 汽车ABS性能检测台主要结构设计

1. 滚筒组

滚筒组中的主滚筒是通过轴承座在支承机架上进行固定, 副滚筒则是在机架的导向滑轨上, 主副滚筒共同作用可以进行路面模拟, 在主副滚筒之间的便是第三滚筒。滚筒在检测台发挥着巨大的作用, 因此在大小、材料上有着严格的要求, 主副滚筒直径均为218mm, 主副滚筒之间的高度差应小于30mm, 附着系数应大于0.7。滚筒的表面材料有钢、金属和砂轮砂或黏结剂的粘砂, 通过比对, 本次研究选择的是粘砂式滚筒。

根据测试需要滚筒间轴距应该可以进行自动调节, 因此在设计中将副滚筒的位置调整为可变的, 滚筒轴距会根据指令进行变化, 变化区间为450mm～700mm。传感滚筒位于主副滚筒之间, 更接近于主滚筒, 它的直径较小, 轴心和主滚筒等高, 可以用来安装转速和转角传感器, 检测车轮直径和车轮转速。

2. 链传动及张紧机构

检测台滚筒之间的动力是通过链条进行传递, 链条的长度必须满足滚筒轴间距的最大值。但是, 当轴间距缩小时链条便会垂下来一部分, 从而影响检测台正常使用, 这时就需要安装一个张紧机构, 通过设计一个张紧机构来确保滚筒正常转动, 保持链条正常传动。

3. 联动机构

整体来看ABS性能检测台的台架可以看成由前后两个部分构成, 而中间就需要联动总成进行连接。检测台的联动总成有三部分, 就是离合器、T型转向箱、HA型可伸缩精密万向节。它也是可以进行调节的, 适用于不同车型检测 (如图2) 。

4. 离合器2.T型转向箱3.HA型可伸缩精密万向节

三、实车测试

对检测台进行测试时, 第一步要标定检测台, 第二步严格按照操作顺序进行检测。根据计算机搜集到的各项数据从中得出ABS的动态制动参数。

(一) 检测操作方法

1.举升器升起后, 驾驶员根据提示调整车位, 让汽车的车轮停止在主滚筒的中间, 第三滚筒压在车轮之上, 再将前台升起、下降气缸, 车轮下落到位。

2.开始检测, 车速增加到40km/h以上, 测出制动车速 (约30km/h) , 驾驶员可以微调方向确保汽车保持在适当位置。

3. 进行轮重测量。

(二) 试验结果

通过测试, 可以得出测试车辆在各个时间段的车速、轮速、制动力、滑移率, 从中分析出测试车辆的轮速在制动过程中出现了多次下账, 轮胎的滑移率增加。这时候, 汽车的ABS性能正常发挥作用, 还能从汽车的制动过程中ABS作用的次数得出其动作频率。

同时, 系统通过采集对比汽车的左右轮数据, 可以得出左轮和右轮之间的滑移率差。经过数次检测试验, 此次研究的检测台可以进行汽车ABS检测。

四、总结

汽车的ABS系统在提升汽车安全性能方面起着很大作用, 如果ABS系统存在瑕疵或是不合格, 又会给车辆带来安全隐患, 因此, 加强对ABS系统的安全检测至关重要。

出于这种考虑, 本文主要分析了汽车ABS的工作原理和工作工程, 从中分析出对应的检查需求, 并根据一些相关理论设计出来一种性能检测台, 用这种台架来检测汽车的ABS性能不仅成本低, 还可以广泛使用。当然, 检测台仍有一些不足的地方, 这就需要我们坚持不懈的探索, 进行深入的研究, 积极解决难题, 让检测台的数据报告更加快捷而且准确可靠, 也为提高汽车安全性能和促进汽车行业发展做出自身的贡献。

摘要：汽车防抱死制动系统也就是ABS (Anti-lock Braking System) 已经在现代轿车当中得到了普遍运用, 它的主要作用就是防止车轮抱死, 提高车辆安全性能, 保障车辆正常运行。ABS在提升汽车安全性能方面起着很大作用, 如果ABS存在瑕疵或是不合格, 又会给车辆带来安全隐患, 因此, 加强对ABS的安全检测至关重要。在目前, 对ABS的检测办法主要是道路试验和台架检测以及反力式滚筒制动试验台检测。本文主要针对ABS性能检测台进行研究分析, 以求提高汽车安全性能, 促进汽车行业发展。

关键词：防抱死制动系统,飞轮组,平动动能,附着系数,滚筒间轴距

参考文献

[1] Fu Q., Zhao L.J., Cai M.X.Simulation Research for Quarter VehicleABSon Complex SurfaceBased on PID Control[C].Internationa Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks (CECNet) , Yichang2012:2072-2075

[2] 吴玲, 孙宇, 孙永荣.基于Matlab/Simulink的汽车ABS系统的建模与仿真[J]传感检测及物联网, 2014 (3) :75-80.