基于adams对汽车前悬架的建模与仿真分析.docx

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基于 ADAMS 对汽车前悬架的建模与仿真分析

本文将用 ADAMS/View创建的汽车前悬架模型中包括主销(Kingpin)、上横臂(UCA)、 下横臂(LCA)、拉臂(Pull_arm)、转向拉杆(Tie_rod)、转向节(Knuckle)、车轮(Wheel)以及测试 平台(Test_Patch)等物体， 如图 1 所示， 并且将前悬架的主销长度、主销内倾角、 主销后倾角、 上横臂长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、上横臂轴水平斜置角、下横臂长度、下横臂在 汽车横向平面的倾角和下横臂轴水平斜置角等参数设置为设计变量，通过优化这些设计变量 以达到优化前悬架的目的。通过该例的介绍，重点来学习ADAMS 从创建模型、测试和验证 模型、到细化模型和迭代、以及优化设计模型的整个过程。
通过本文的学习，使读者能够掌握在ADAMS 中如何对一个复杂的机构进行分析简化， 以及如何利用ADAMS 提供的强大仿真功能分析设计模型，从而在不断优化物理模型的过程 中，找寻机构的最优解，进而加深对多体动力学分析软件ADAMS 的认识。

图 1 汽车前悬架模型

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1.1 汽车前悬架模型参数

汽车前悬架模型的主销长度为330mm，主销内倾角为10°，主销后倾角为2.5°，上横 臂长度 350mm， 上横臂在汽车横向平面的倾角为11°， 上横臂轴水平斜置角为-5°， 下横臂 长 500mm，下横臂在汽车横向平面的倾角为9.5°，下横臂轴水平斜置角为10°，车轮前束 角为 0.2°。
1.2 汽车前悬架模型创建

1.2.1 启动并设置工作环境

(1)开启

双击桌面上的ADAMS/View2010的快捷图标 ,打开 ADAMS/View，出现新建图2
对话框，在欢迎对话窗口中选择“Create a new model”，在模型名称(Model Name)栏中输 入： FRONT_SUSP,此处也可更改文件保存目录， 单位制及重力方向等， 这里先采用系统默认 设置，直接点 OK，进入 ADAMS2010 主界面，如图3 所示，图中的浮动条即是ADAMS 的 主工具箱。

图 2 创建新文件图

图 3 ADAMS 主界面

(2)设置工作环境。
在 ADAMS/View的菜单栏中， 选择 Setting 菜单中的 Units 命令， 将模型的长度单位、质 量单位、力单位、时间单位、角度单位和频率单位分别设置为毫米、千克、牛顿、秒、度和 赫兹。单位设置如图4 所示，然后点 OK 确定即可。
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(3)设置工作网格。
在 ADAMS/View的菜单栏中，选择Setting 菜单中的 Working Grid命令，将网格X 方向 和 Y 方向的大小分别设置为750 和 800，将网格的间距设置为50.设置如图 5 所示， 其中 Size 表示网格的大小，以及Spacing 表示网格的间距。

图 4 设置单位命令 图 5 设置工作网格

1.2.2 创建机构杆件

(1)创建设计点

点击 ADAMS/ View中零件库中的点(Point) ，选择“Add to Ground”和“Don’t
Attach”,如图 6 所示，它们的名称和位置见表1，可以右键点击创建的点，光标移动到Point 选项选择 Rename，然后改变创建点名称。
如果创建的设计点位置不够准确，点击Point Table可以用列表编辑器修改它们的坐标位 置，如图 7 所示。
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图 6 创建设计点
表 1 设计点的位置和名称
设计点 X 坐标 Y 坐标 Z 坐标

LCA_outer
0
0
0
UCA_outer
57.25
324.68
14.39
UCA_inner
399.51
391.21
44.90
LCA_inner
485.65
81.27
-86.82
Tie_rod_outer
-26.95
100
- 170.71
Tie_rod_inner
439.55
181.19
-252.50
Knuckle_inner
18.91
107.24
4.75
Knuckle_outer
-235.05
102.81
3.86

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图 7 列表编辑器
(2)创建主销

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 20，选择设计点“LCA_outer”和“UCA_outer”，创建主销，如图8 所示，并将其重新命名为Kingpin。

图 8 创建主销
(3)创建上横臂

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 20，选择设计点“UCA_outer”和“UCA_inner”,创建上横臂，将 其重新命名为UCA。
点击 ADAMS/ View中零件库中的球体(Sphere) ，选择“Add to Part”,定义球
体的半径(Radius)为 25，选择上横臂为参考物体，球体的位置为设计点 CA_outer”，如 图 9 所示。
(4)创建下横臂

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆

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柱体的半径(Radius)为 20，选择设计点“LCA_outer”和“LCA_inner”,创建下横臂，将其 重新命名为 LCA。
点击 ADAMS/ View中零件库中的球体(Sphere) ，选择“Add to Part”,定义球
体的半径 (Radius)为 25， 选择下横臂为参考物体， 球体的位置为设计点“LCA_outer”。 如 图 10 所示。

图 9 创建上横臂

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图 10 创建下横臂
(5)创建拉臂

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 15，选择设计点“Knuckle_inner”和“Tie_rod_outer”,创建拉臂， 将其重新命名为Pull_arm。
(6)创建转向拉杆

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 15，选择设计点“Tie_rod_inner”和“Tie_rod_outer”,创建转向拉 杆，将其重新命名为Tie_rod。

点击 ADAMS/ View中零件库中的球体(Sphere) ，选择“Add to Part”,定义球
体的半径( Radius)为 20，选择转向拉杆为参考物体，球体的位置为设计点分别为 “Tie_rod_outer”和”Tie_rod_inner”。
(7)创建转向节

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 20，选择设计点“Knuckle_inner”和“Knuckle_outer”,创建转向节， 将其重新命名为Knuckle。
这时创建的前悬架模型如图11 所示。

图 11 创建中的前悬架模型
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(8)创建车轮

点击 ADAMS/ View 中零件库中的圆柱体(Cylinder)， 选择“New Part”，定义圆
柱体的半径(Radius)为 375，定义圆柱体的长度(Length)为 215。选择设计点“Knuckle_outer” 和“Knuckle_inner”(不能把先后顺序颠倒) ,创建车轮，将其重新命名为Wheel，如图 12 所 示。
点击 ADAMS/ View中零件库中的倒圆(Fillet) ，定义倒圆半径(Radius)为 50，
选择车轮圆柱体的两条圆边，然后单击鼠标右键，完成倒圆，如图13 所示。

图 12 创建车轮

图 13 车轮倒圆
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(9)创建测试平台

点击 ADAMS/ View中零件库中的点(Point) ，选择“Add to Ground”和“Don’t
Attach”,创建设计点“POINT_9”,它的位置为(-350， -320， -200)。

单击主工具箱零件库中的 ，然后在主工具箱的下面出现拉伸体相应的操控栏，如
图 14 所示设置相应的值。选择设计点“POINT_9”，创建长方体。

点击 ADAMS/ View中零件库中的圆柱体(Cylinder) ，选择“Add toPart”，定义
圆柱体的半径(Radius)为 30，定义圆柱体的长度(Length)为 350，如图 15 所示,选择长方 体为参照物，选择长方体的质心为圆柱体的起始点，垂直向下创建圆柱体，它与长方体组合 成测试平台如图16 所示，将其重新命名为Test_Patch。

图 14 设置长方体选项 图 15 设置圆柱体选项

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(10)创建弹簧

点击 ADAMS/ View 中零件库中的点(Point)， 选择“Add to Part”和“Don’t
Attach”,在上横臂(UCA) 上,它创建设计点“Spring_lower”的位置为(174.6， 347.89，24.85)。

点击 ADAMS/ View 中零件库中的点(Point)， 选择“Add to Ground”和“Don’t
Attach”, 创建设计点“Spring_upper”的位置为(174.6， 637.89， 24.85)。
点击 ADAMS/ View中力库的弹簧(Spring)，设置弹簧的刚度(K)和阻尼(C)分别为 129.8 和 6000，如图 17 所示，选择设计点Spring_lower和 Spring_upper创建弹簧。

图 16 创建测试平台模型 图 17 创建弹簧模型

1.2.3 创建约束

(1)创建球副

点击 ADAMS/ View中约束库的球副(Spherical Joint) ，设置球副的选项如图18
所示，选择上臂杆(UCA)和主销(Kingpin)为参考物，选择设计点 UCA_outer 为球副的 位置点，创建上横臂和主销之间的约束副。

点击 ADAMS/ View中约束库的球副(Spherical Joint) ，设置球副的选项如图18
所示，选择下臂杆(LCA)和主销(Kingpin)为参考物，选择设计点LCA_outer 为球副的位 置点，创建下横臂和主销之间的约束副。

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点击 ADAMS/ View中约束库的球副(Spherical Joint) ，设置球副的选项如图18
所示，选择转向拉杆(Tie_rod)和拉臂(Pull_arm)为参考物，选择设计点Tie_rod_outer为 球副的位置点，创建转向拉杆和拉臂之间的约束副。

点击 ADAMS/ View中约束库的球副(Spherical Joint) ，设置球副的选项如图19
所示，选择设计点Tie_rod_inner为球副的位置点，创建转向拉杆和大地之间的约束副。
(2)创建固定副

点击 ADAMS/ View中约束库的固定副(Fixed Joint) ，设置固定副选项为“2 Bod- 1
Loc”和“Noemal To Grid”,如图 20 所示。选择拉臂(Pull_arm)和主销(Kingpin)为参考 物，选择设计点Knuckle_inner为固定副的位置点，创建拉臂和主销之间的约束副。

点击 ADAMS/ View中约束库的固定副(Fixed Joint) ，设置固定副选项为“2 Bod- 1
Loc”和“Noemal To Grid”,选择转向节(Knuckle)和主销(Kingpin)为参考物，选择设计 点 Knuckle_inner为固定副的位置点，创建转向节和主销之间的约束副。

点击 ADAMS/ View中约束库的固定副(Fixed Joint)，设 置固定副选项为“2 Bod- 1
Loc”和“Noemal To Grid”,选择车轮(Wheel)和转向节(Knuckle)为参考物，选择设计点 Knuckle_inner为固定副的位置点，创建拉臂和主销之间的约束副。

图 18 设置球副选项 图 19 设置球副选项 图 20 设置固定副选项
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(3)创建旋转副

首先设置视图为前视图， 这个视图方向为基准调整旋转副方向。点击 ADAMS/

View 中约束库的旋转副(Revolute Joint) , 设置旋转副的选项为“1 Location”和“Normal
to Grid”如图 21 所示。
选择设计点“UCA_inner”为旋转副的位置点，放置旋转副后直接在菜单栏中的Edit 菜 单中选择 Modify 命令，修改刚创建的旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口(2)，点击

改变位置(Changge Position) 按钮，系统弹出移动目标对话窗，如图23 所示。
在角度栏 (Rotate) 中在 Y 方向上输入一个-5， 将旋转副的方向旋转5°， 满足上横臂轴 水平斜置-5°的要求。
接着在前视图 的条件下，点击ADAMS/ View中约束库的旋转副(Revolute Joint)

,设置旋转副的选项为“1 Location”和“Normal to Grid”，选择设计点“LCA_inner”为
旋转副的位置点，放置旋转副后直接在菜单栏中的Edit 菜单中选择 Modify 命令，修改刚创

建的旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口，点击改变位置 C(hangge Position) 按钮，
系统弹出移动目标对话窗。
在角度栏(Rotate)中在 Y 方向上输入一个+10， 将旋转副的方向旋转10°， 满足下横臂轴 水平斜置 10°的要求。

图 21 设置固定副选项 图 22 修改旋转副对话框
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图 23 移动目标对话窗口
(4)创建移动副

单击主工具栏中约束库的 图标，设置如图 24 所示，选择测试平台(Test_Patch)
的质心为移动副的位置点，垂直向上创建测试平台和大地之间的约束副。
(5)创建点-面约束副

点击 ADAMS/ View中约束库的点-面约束副(In-plane Joint Primitive) ， 设置如图
25 所示，选择车轮(Wheel)和测试平台(Test_Patch)为约束的位置点(选择物体的先后顺 序不要颠倒)，垂直向上的方向为约束副方向，创建车轮和测试平台之间的约束副。

图 24 设置移动副选项 图 25 设置点—面约束副选项

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这时创建的前悬架模型如图26 所示。

图 26 完整的前悬架模型

1.2.4 检验模型

在窗口右下方的 上右点鼠标出现 ，然后单击，出现图27 所示对话框。

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图 27 验证模型

1.3 测试模型

1.3.1 添加驱动

点击 ADAMS/ View中的驱动库的直线驱动(Translational Joint Motion) 按钮，选
择测试平台和大地的移动副约束，创建直线驱动 T(RANS_MOTION_ 1)。创建直线驱动后， 直接在 Edit 菜单中选择 Modify，可以修改直线驱动，在添加驱动对话框中的“Functiom(time) = ”栏中，输入驱动的函数表达式： 100*sin (360d*time)，如图 28 所示，它表示车轮的上跳 和下跳行程均为100mm。

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在 ADAMS/ View主工具箱中，选择仿真按钮 ，设置解算参数终止时间为1，工作
步长为 100.如图 29 所示，进行仿真。观察前悬架模型的运动仿真情况。

图 28 添加驱动对话窗 图 29 仿真设置

1.3.2 测量主销内倾角

在主菜单栏中选择 Build—Mesure—Function—New，创建测量函数。在函数编辑器对话 窗口里其测量名称(Measure Name)、单位(Unit)和主销内倾角的函数表达式如图30 所 示。
具体编辑过程如下：
首先：输入反正切函数“ATAN( )”;
然后：将光标移动到括号内，在函数编辑器的函数选项中选择“ Displacement”中的 “Displacement X”,测量两点间 X 方向的距离，按Assist 键，系统弹出助理对话框，在“To Marker ”栏中输入主销设计点“UCA_outer”处的 Marker:.FRONT_SUSP.Kingpin.MARKER17, 在“From Marker ”栏中输入主销设计点“LCA_outer”处的 Marker: Kingpin.MARKER1。 如图 31 所示，系统自动生成两个点在X 方向距离表达式。
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同样：测量两点在Y 轴方向上的距离时选择“Displacement Y”,其余与 X 方向都一致 即可。
最后：一切完成后点“OK”,系统生成主销内倾角变化的测量曲线，如图32 所示。

图 30 函数编辑器

图 31 测量两点在 X 方向的距离

图 32 主销内倾角变化曲线

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1.3.3 测量主销后倾角

其编辑操作同上如图33 所示， 其中在“To Marker ”栏中输入主销设计点“UCA_outer”处 的 Marker:.FRONT_SUSP.Kingpin.MARKER17在, “From Marker ” 栏中输入主销设计点 “LCA_outer”处的Marker: Kingpin.MARKER1。
然后系统生成主销后倾角变化测量曲线，其如图34 所示。

图 33 函数编辑器

图 34 主销后倾角变化曲线

1.3.4 测量前轮外倾角

其编辑操作同上如图 35 所示，其中在 “To Marker ” 栏中输入转向节在设计点 “Knuckle_outer”处的 Marker:.FRONT_SUSP.Knuckle.MARKER10在, “From Marker ”栏中输
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入转向节在设计点 “Knuckle_inne处r”的 Marker: Knuckle.MARKER29。
然后系统生成前轮外倾角变化测量曲线，其如图36 所示。

图 35 函数编辑器

图 36 前轮外倾角变化曲线

图 37 函数编辑器
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1.3.5 测量前轮前束角

编辑同上如图37 所示，其中在“To Marker ”栏中输入转向节在设计点“Knuckle_outer” 的 Marker:.FRONT_SUSP.Knuckle.MARKER10在,“From Marker ”栏中输入转向节在设计 点“Knuckle_inner”处的 Marker: Knuckle.MARKER29。
然后系统生成前轮前束角变化测量曲线，其如图38 所示

图 38 前轮前束角变化曲线

1.3.6 测量车轮接地点侧向滑移量

首先在车轮(Wheel)上创建 Marker 为 Wheel.MAR_5,修改其位置为(- 150， -270,0)； 然后在大地上创建Marker 为 ground.MAR_6,其位置与 Wheel.MAR_5相同。
其编辑操作同上如图39 所示，其中在“To Marker ”选择 Wheel.MAR_5，“From Marker” 选择 ground.MAR_6。
然后系统生成车轮接地点侧向滑移测量曲线，其如图40 所示。

图 39 函数编辑器
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图 40 车轮接地点侧向滑移测量曲线

1.3.7 测量车轮跳动量

其编辑操作同上如图41 所示，其中在“To Marker ”选择 Wheel.MAR_5，“From Marker” 选择 ground.MAR_6。
然后系统生成车轮跳动量测量曲线，其如图42 所示。

图 41 函数编辑器
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图 42 车轮跳动测量曲线

1.4 前悬架特征曲线

在主菜单栏中选择“Review”菜单中的“Postprocessing”命令，系统进入定制曲线窗口。 选择曲线的数据来源为测量值(Measure)。
在 Independent Axis 栏中点击 Data，选择主销内倾角(Kingpin_Inclination)的测量曲 线为定制曲线的X 轴，如图 43 所示，点击“OK” .
选择车轮跳动量(Wheel_Travel)为测量曲线的Y 轴，如图44 所示，点击Add Curves 创建主销内倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图45 所示。

图 43 选择定制曲线的X 轴

图 44 选择定制曲线的Y 轴

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图 45 主销内倾角随车轮跳动的变化曲线
在 Independent Axis 栏中点击 Data，选择主销后倾角(Caster_Angle)的测量曲线为定制曲线的 X
轴，选择车轮跳动量(Wheel_Travel)为测量曲线的 Y 轴，选择 Add Curves 选项中的“One Curve Per
Plot”点击 Add Curves 创建主销后倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图46 所示。

图 46 主销后倾角随车轮跳动的变化曲线
在 Independent Axis 栏中点击 Data，选择前轮外束角(Camber_Angle)的测量曲线为定制曲线的 X 轴，选择车轮跳动量(Wheel_Travel)为测量曲线的 Y 轴，选择 Add Curves 选项中的“One Curve Per
Plot”点击 Add Curves 创建前轮外倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图47 所示。

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图 47 前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线
在 Independent Axis栏中点击 Data，选择前轮前束角(Toe_Angle)的测量曲线为定制曲线的X 轴，
选择车轮跳动量(Wheel_Travel) 为测量曲线的 Y 轴，选择 Add Curves 选项中的“One Curve Per Plot”
点击 Add Curves 创建前轮前束角相对车轮跳动量的变化曲线，如图48 所示.

图 48 前轮前束角随车轮跳动的变化曲线
在 Independent Axis栏中点击 Data，选择前轮接地点侧向滑移量(Sideways_Displacement)的测量 曲线为定制曲线的X 轴，选择车轮跳动量(Wheel_Travel)为测量曲线的Y 轴，选择 Add Curves 选项中的
“One Curve Per Plot”点击 Add Curves 创建前轮接地点侧向滑移量相对车轮跳动量的变化曲线，如
图 49 所示。

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图 49 前轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线

1.5 保存模型

点击按钮 ，返回到模块型界面，然后保存前悬架模型。

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参考：

毕业论文(设计)工作记录及成绩评定 册

题 目：

学生姓名：

学 号：

专 班

： ：
业 级

指 导 教 师：

职称：

助理指导教师：

职称：

年 月 日
实验中心制

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使 用 说 明

一、此册中各项内容为对学生毕业论文(设计)的工作和成绩评定记录，请 各环节记录人用黑色或蓝色钢笔 (签字笔) 认真填写 (建议填写前先写出相应草 稿，以避免填错)，并妥善保存。
二、 此册于学院组织对各专业题目审查完成后， 各教研室汇编选题指南， 经 学生自由选题后，由实验中心组织发给学生。
三、 学生如实填好本册封面上的各项内容和选题审批表的相应内容， 经指导 教师和学院领导小组批准后，交指导教师；指导老师填好《毕业论文(设计)任 务书》的各项内容，经教研室审核后交学生签名确认其毕业论文(设计)工作任 务。
四、 学生在指导老师的指导下填好 《毕业论文 (设计) 开题报告》 各项内容， 由指导教师和教研室审核通过后，确定其开题，并将此册交指导老师保存。
五、 指导老师原则上每周至少保证一次对学生的指导， 如实按时填好 《毕业 论文(设计)指导教师工作记录》 ，并请学生签字确认。
六、 中期检查时， 指导老师将此册交学生填写前期工作小结， 指导教师对其 任务完成情况进行评价， 学院中期检查领导小组对师生中期工作进行核查， 并对 未完成者提出整改意见，后将此册交指导老师保存。
七、毕业论文(设计)定稿后，根据学院工作安排，学生把论文(打印件) 交指导老师评阅。指导老师应认真按《毕业论文(设计)指导教师成绩评审表》 对学生的论文进行评审并写出评语，然后把论文和此册一同交教研室。
八、教研室将学生的论文和此册分别交两位评阅人评阅后交回教研室保存。
九、 学院答辩委员会审核学生答辩资格， 确定答辩学生名单， 把具有答辩资 格学生的论文连同此册交各答辩小组。
十、学生答辩后由答辩小组记录人填好《毕业论文(设计)答辩记录表》中 各项内容， 然后把学生的论文和此册一同交所在答辩小组， 答辩小组对其答辩进 行评审并填写评语后交教研室。
十一、学院答辩委员会进行成绩总评定，填好《毕业论文(设计)成绩评定 表》中各项内容，然后把论文(印刷版和电子版(另传))和此册等资料装入专 用档案袋中，教教研室后由实验中心统一保存。

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目 录

1．毕业论文(设计)选题审批表
2. 毕业论文(设计)任务书
3．毕业论文(设计)开题报告
4. 学生毕业论文(设计)题目更改申请表
5．毕业论文(设计)指导老师工作记录
6．毕业论文(设计)中期检查记录
7．毕业论文(设计)指导教师成绩评审表
8．毕业论文(设计)评阅人成绩评审表
9. 毕业论文(设计)答辩申请表
10．毕业论文(设计)答辩记录表
11．毕业论文(设计)答辩成绩评审表
12．毕业论文(设计)成绩评定表

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毕业设计(论文)选题审批表

题目名称

题目性质

基于单片机的超声波测距

□工程设计
□实验研究
□综合论文
□理