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目前，工科類的高職院校在完成機械制圖、工程力學、機械設計等專業課程后，為了加強學生對基礎理論課程的深入理解,綜合檢測學生的學習情況，總要安排1~2周的課程設計[1]。而在課程設計中所進行的課題大多是圍繞傳動系統中軸的結構及強度設計展開，由于時間短，工作量大，使得學生產生畏懼感、厭倦感，東拼西湊、東抄西抄，應付了事，失去了搞課程設計的真正意義。

近年來，計算機技術的迅速發展及其在機械設計中的廣泛應用，使得機械設計越來越方便、快捷。針對高職教育的特點，筆者認為在機械課程設計中應該盡可能多的利用計算機進行輔助設計，一是讓學生掌握現代化的設計理念，適應新形式下的職業需求；二是通過引入相對較容易上手的軟件，引起學生的興趣，讓學生自主地去學習[2][3]。經過詳細的比較研究，筆者選擇了功能全面且界面友好、人機交互的軟件——MATLAB[4]。

1MATLAB軟件的特點

MATLAB是“矩陣實驗室（MatrixLaboratory）”的縮寫，它是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言，是專門針對科學和工程中計算和繪圖的需求而開發的一種科學計算軟件。與其它計算機語言相比，其特點是使用方便，輸入簡捷，運算高效，內容豐富，并且很容易由用戶自行擴展。

2應用研究

機械課程設計中的軸類零件大部分受空間力系作用，發生彎扭組合變形，而解決彎扭組合變形的軸強度設計問題對高職學生來說，相對復雜，其原因是計算量和作圖量都極大。下面就以減速箱傳動軸零件的強度設計問題為例，來探討MATLAB在機械課程設計中的應用方法和技巧。

2.1基于Matlab分析工程實際問題的基本步驟

2.1.1根據工程實際問題進行建模①為工程結構或構件選擇合適的簡化平面，畫出其平面簡圖；②確定研究對象，取分離體，畫其受力簡圖；③列平衡方程。

2.1.2編寫Matlab程序①Matlab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，計算機每次對一行命令作出反應，像計算器那樣。這只能編簡單的程序，在入門時可以用這種方式。第二種是M文件方式，當程序稍復雜一些時，就把程序寫成一個由多行語句組成的文件，通過在Matlab的命令窗中輸入文件名回車來執行這個文件。②Matlab程序編制框架：Matlab程序編制的框架分三部分：a已知數據輸入程序段。一般采用input函數輸入數據。其格式是z＝input（’屏幕上顯示的提示信息’）。當執行該函數時，系統等待從鍵盤輸入數據后按回車鍵，輸入的數據就存入變量z中。b相關表達式編制程序段。把建模中的表達式按Matlab規定格式進行編制。此時的程序語句基本上與其數學表達式一致。c結果數據輸出程序段。一般采用fprintf函數輸出數據微。其格式是fprintf(''''屏幕上顯示的提示信息變量名=%數據輸出格式單位\n'''',變量名)。在編寫程序時，在程序開始處先輸入已知條件（給已知參數賦值），這樣得出的程序具有一定的普遍性，若需要修改參數，只需修改頭幾行的數據即可。③Matlab程序運行。

2.2應用舉例例：設計帶式輸送機減速器的輸出軸直徑。已知該軸傳遞功率為P=5kM，轉速n=140r/min，齒輪分度圓直徑d=280mm，螺旋角β=14°，法向壓力角an=20°。作用在右端聯軸器上的力F=380N，方向未定。L1=200mm，L2=150mm，載荷平穩，單向運轉。軸的材料為45鋼調質處理。

2.2.1建模首先，根據力學概念確定軸為研究對象。其次，畫出軸的空間受力圖，根據空間力系的平面解析法，畫出各平面及F支反力受力圖以及軸上作用力偶的受力圖；最后，根據各平面受力圖，通過靜力平衡方程，列出各參數的表達式。

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

%軸的設計計算（彎扭組合）

%輸入參數

sigmab=input(‘σb='''');%材料的強度極限值

sigmabb=input(‘[σ-1]bb='''');

%材料的對稱循環狀態下的許用彎曲應力

P=input(''''P='''');%軸傳遞的功率（Kw）

……

%進行計算——將前面對應的建模表達式輸入

%齒輪上作用力的計算

T=9.55*10^6*P/n;%齒輪所受的轉矩——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——

……

%輸出計算結果

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處左側的垂直彎矩

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

……

%軸的彎扭強度設計作圖

%畫水平彎矩圖

title(''''水平彎矩圖'''')%確定圖形的標題

xlabel(''''x'''')%確定x軸的標簽

ylabel(''''My'''')%確定y軸的標簽

x=[0100200350];%給出x軸的坐標值

y=[0MCy00];%給出y軸的坐標值

figure(1);%圖形排序

plot(x,y,''''*'''',x,y,''''-b'''')%繪制曲線是實線，藍色

holdon%保持當前圖形

……

2.2.3運行結果matlab輸出的計算結果和如圖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。

通過上述編制的程序段和相應的程序語句的說明，我們可以看出matlab編程特點，只要掌握的輸入輸出語句的固定格式，對于中間的表達式的輸入，形式基本上類似于數學符號的直接應用。不用過多的去記憶大量程序指令，使編程易于上手完成。

3結論

MATLAB軟件具有強大的計算、繪圖及仿真功能，把它應用于工科機械課程設計中，不但可以激發學生的學習興趣，培養學生獨立思考問題的能力，還能真正讓學生掌握一些現代化的設計手段。MATLAB軟件簡單易學、方便快捷，希望它能在職業院校中也真正地廣泛開展起來，促進現代高職教育的教學思想和教學模式的改革創新。

參考文獻：

[1]柴鵬飛.機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2007.203～206.

[2]朱艷英，陳月娥等.理論力學課程教學中的MATLAB應用研究[J].教學研究.2006.5：258～260.

[3]梁蘭菊.MATLAB在力學教學中的應用.長春師范學院學報(自然科學版).2008年4月120～122.

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