時間：2023-06-05 09:55:26
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械原理，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
機械原理課程作為機械類專業中一門重要的專業基礎課，它具有較強的工程性、實踐應用性、創新性，在整個教學體系中起著承上啟下的作用。該課程主要講述機構的結構分析、運動分析、力分析和常用機構的運動原理和應用。學過這門課以后，學生能對現有機械的組成和運動情況進行分析，具有運用所學知識，組合新的機構及創造出新產品的能力。在培養學生的機械設計能力和創新思維、創新能力所需的知識、能力和素質結構中占有十分重要的地位。
一、基于創新能力培養的機械原理課程教學體系的建立
目前，國內外高校都十分注重培養大學生的科技創新和實踐能力，德州學院結合機械原理的精品課程建設，以培養和發展機械類本科生的綜合素質和實踐動手能力為目標，以創新教育為重點，以“激發創新興趣，培養創新思維，引導自主實踐，重在創新過程”為原則，對機械原理課程進行了全面的建設。機械原理課程建設總體框架如圖1所示。
二、通過理論教學模塊培養學生的創新意識和創新思維
1.改革理論教學內容，培養學生創新意識和思維隨著企業對機械工程技術人員的設計、創新和新產品開發能力越來越重視，機械原理教學內容也應該隨之進行改革。以機構設計為核心構建課程體系和組織教學內容，加強對連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等機構的結構、應用特點的介紹，全面、系統地講授各機構的運動、動力性能。對與理論力學重復的部分如平面機構運動分析、力分析、剛性轉子平衡可適當減少課時，簡單介紹。在教學內容上適當增加一些日常生活中的實例和工程機械的結構實例。講授機構時先以生活中的應用實例導入，再以各種機加工機床的結構作為實際工程機械實例深入學習。如講解連桿機構時，先以常見的推拉門窗、太陽傘等生活實例應用引入，然后進一步介紹在牛頭刨床的傳動機構。而這些機床的結構中如牛頭刨床中包含了機械中的連桿機構、齒輪機構、間歇運動機構等，使學生能夠將感性認識和理論知識結合起來，提高學生對機構有了直觀的認識。同時在講授各個機構時應將其彼此聯系起來，如介紹凸輪機構的工作原理時，可以提問學生前面所學機構中哪些機構能夠實現主動件勻速轉動從動件移動，學生就會能夠將連桿機構中的曲柄滑塊機構聯想起來，然后可以進一步聯想起凸輪機構高副低代后就是連桿機構。接著讓學生將自己所知道的凸輪機構和兩機構聯合使用的應用實例舉出一二。這樣將前后所學內容連貫在一起，融合貫通起來，培養學生的創新思維和創新意識。
2.改革理論教學方法和手段，強化學生的創新意識和思維充分利用現代化的教學手段，增加課堂授課的信息量；在對教學內容進行深入研究的基礎上，結合機械原理的教學內容建立以圖片、動畫、錄像資料為主的素材庫。對各個機構的運動、分析及應用采用三維動畫演示，運用其形象、直觀、生動的特點，創造生動逼真的教學環境，優化課堂教學，提高學生的學習興趣和素質。而學生在學習機械原理以前已經進行三維實體軟件的學習，大部分三維動畫是由學生獨立完成的。這樣將三維實體軟件的應用與專業理論學習結合起來，不但使吸引學生的學習興趣，更培養了學生利用先進軟件工具解決具體工程問題的能力。學生拓寬了思路，進一步提高了創新意識。同時，在德州學院的教學網中建設了機械原理課程教學網站，并被學院評為優秀網站。網站內容包含教學課件、習題解答、在線復習、實驗指導、學生創新實例、師生互動平臺等內容。教師可以通過課程網站對學生進行答疑，增強了教師與學生學習的互動性。同時教學網站給學生提供一個自學的平臺，學生可根據個人興趣進行自主性學習，從而有效地化解理論課時少的矛盾。
三、通過實踐教學模塊提高學生的創新精神和創新能力
1.設計合理的課后大作業，有助于提高學生的創新思維在教學過程中，除了精選的理論基礎作業外，可以適當有針對性地布置課后大作業，規定一段時間內完成，利用課余時間分組進行評價。這些作業可以來源于實際生活，也可以來源于工程實際應用。通過完成作業達到學生對《機械原理》知識的綜合應用和提高。特別是學習到幾種常用機構時，比如講到連桿機構時，可以布置自動翻書架的設計、爬樓機器人機構設計等題目讓學生任選其一進行設計，也可以讓學生自己設計題目進行設計。既提高了學生設計自主性和創新思維，激發學生的學習興趣，又使不同程度的學生都能有所收獲。
2.積極進行實驗教學改革，提高學生的創新能力2010年的人才培養改革中，提高了機械原理實驗課時量，增加到了12學時。近幾年，學院加大了對機械專業實驗室的投入，增加了創新實驗設備的購進。目前可做機械原理課程實驗的有機械設計基礎實驗室和機械創新實驗室。目前機械課程實驗教學中已由原來的以演示性、驗證性實驗為主轉變為以綜合性和設計性實驗為主。現在的實驗教學中除保留了機械原理的認知實驗、機構運動簡圖的繪制、齒輪齒廓范成原理實驗等基本實驗外，增加了平面機構創意組合實驗、機構運動方案創新設計實驗、輪系創意組合實驗、慧魚創意組合實驗等實驗。規定了必修實驗的個數為5個，除此之外為選修實驗項目和學生自行設計實驗。為了提高學生的實踐動手能力和創新能力，我們將機械創新實驗室對外開放，學生可以根據自己的實驗設想和具體方案，用現有的儀器設備，利用業余時間去實驗室將自己的實驗設計構思進行驗證。整個過程都是由學生親力親為，不但提高了學生對各種儀器的綜合操作技能，同時也加強了他們獨立思考、分析解決問題的能力和創新精神。
3.積極進行課程設計改革，鼓勵學生大膽創新為了體現專業特色，同時又兼顧課程教學理論知識，我們對機械原理課程設計的題目、內容和考核方法進行了改革。課程設計題目避免重復，設計內容不光要有圖紙和設計說明書，還鼓勵學生要采用計算機軟件對自己所設計的方案進行三維虛擬造型，進行運動學仿真及可行性驗證。學生們對三維虛擬造型都很感興趣，學習Pro/E等三維設計軟件的積極性也較高。通過這一環節的訓練，不僅提高了學生對三維設計軟件的熟悉程度，而且還調動了他們的創新積極性，擴大了他們的思考空間，激勵他們改進設計，大膽創新。課程設計的考核還鼓勵學生做出所設計機構的實物，若方案可行并有實物模型做出的則課程設計成績評定為優秀，鼓勵學生動手實踐，提高自身的實踐能力。
4.科技創新模塊以科技設計競賽為載體，促進學生創新素質提高德州學院大力支持廣大學生參與各類科技文化競賽活動，制訂了《德州學院大學生科技文化競賽管理辦法》、《德州學院創新學分和技能學分認定辦法》等，對學生在第一課堂外實施的一系列創新和技能活動中取得的創新或技能成果給予一定的學分和物質獎勵，大大提高了學習的創新意識。而競賽都要求在符合大賽主體與內容的前提下，學生自行選擇設計題目。設計大賽一般要求提交模型或樣機，因此參賽學生不僅要構思，還要設計、制作和調試。將創新構思和實踐能力緊密結合起來。所以在競賽的具體實施過程中，從查資料、繪制圖紙、撰寫說明書到自己親手制作，以及作品的調試以及最后的競賽答辯，學生們經歷了各個環節，對創新所需的實踐能力進行了全方位的訓練。四、結論經過幾年的機械原理課程的建設，取得了較好的效果。機械原理課程被評為德州學院優秀課程。通過機械原理課程的學習，一方面，培養了學生獨立思考問題、分析問題的主動性；另一方面，也激發了學生的學習興趣，提高了他們的工程意識和創新設計能力。
關鍵詞：機械原理；機構創新設計；應用；案例
設計是把各種先進科學技術成果轉化為生產力的一種方法和手段，是人類征服自然改造世界的基本活動之一，是人們為滿足一定的需求而進行的一種創造性活動的實踐過程。就機械設計而言，它是從給定的合理的目標參數出發通過各種手段和方法創作出一個所需的優化的機器或機構的過程。機械設計理論和方法是隨著人類無止休的需求及科學技術的進步而發展和成熟的。近幾十年來電子技術、信息技術、計算機技術的突飛猛進讓機械設計發生了翻天覆地的變化，出現了有限元分析、優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計等新方法，使設計質量和速度有很大提高。作為將來的機械工程師十分有必要了解機械設計理論和方法的發展歷程、研究現狀、未來發展趨勢，熟悉和掌握現代機械設計方法，應用于實際[1]。
一、機械設計原理概述
機械設計理論與方法論是關于機械設計本質和設計方法的系統理論，目的在于揭示機械設計過程的本質規律，探索各種有效的設計方法，為實際的設計工作提供指南。現代設計理論和方法在現場生產實際中具有廣闊的應用天地，它覆蓋了所有機械產品的設計及制作過程，對于提高生產率，加快國民經濟的發展有著重要的意義。
二、機械創新設計中的機構創新
把含有3個構件以上、且不能再進行拆分的閉鏈機構稱為基本機構，其要素是閉鏈且不可拆分性。基本機構可以直接應用在機械裝置中，只有一些簡單機械中才包含一個基本機構，如空氣壓縮機中包含一個曲柄滑塊機構。若干個互不連接、單獨工作的基本機構可以組成復雜的機械系統。各基本機構之間進行運動協調設計。各基本機構通過某種連接方法組合在一起，形成一個較復雜的機械系統，這類機械是工程中應用最廣泛、也是最普遍的[2]。
1.機構的創新設計
機構組成原理：把基本桿組依次連接到原動件和機架上，可以組成新機構。機構組合原理為創新設計一系列的新機構提供了明確的途徑。機構的創新設計分為以下幾種形式：（1）機構的串聯組合與創新設計：前一個機構的輸出構件與后一個機構的輸入構件剛性連接在一起，稱之為串聯組合。前一個機構稱為前置機構，后一個機構稱為后置機構。其特征是前置機構和后置機構都是單自由度的機構。（2）機構的并聯組合與創新設計：可以將幾個單自由度的基本機構的輸入構件組合起來，保留單自由度構件的輸出運動；可以將幾個單自由度機構的輸出構件組合起來，保留單自由度構件的輸入運動；也可以將幾個單自由度基本機構的輸入構件和輸出構件分別都組合起來；均稱為并行連接。其特征是各基本機構均是單自由度機構。（3）機構的疊加組合與創新設設計：機構疊加組合是指在一個基本機構的可動構件上再安裝一個以上基本機構的組合方式。把支撐其它機構的基本機構稱為基礎機構，安裝在基礎機構可動構件上面的基本機構稱為附加機構[3]。（4）機構的封閉組合與創新設設計：一個兩自由度機構中的兩個構件用單自由度的機構連接起來，形成一個自由度的機構系統，稱為封閉式連接。其特征是基礎機構為二自由度機構，附加機構為單自由度機構。
2.基于原機構的再生創新和綜合
基于現有裝置的再生創新綜合，其設計全過程可分如下5步：（1）明確所設計機器的功能要求，并作相關調研；（2）運動鏈一般化，把原有機構通過抽象化，轉化為只含有只含轉動副和構件的運動鏈；在轉化過程中要注意不要改變自由度、轉動副和構件的鄰近關系；（3）運動鏈數綜合：通過運動鏈綜合的作用，使原有一般化的轉動副和構件綜合為新的全部可能的一般化運動鏈。在綜合過程中可以利用拓撲理論和圖論的相關理論。（4）運動鏈再生：就是根據設計要求與約束條件，選取滿足條件的一般化的運動鏈；（5）最后進行機構的結構化設計，得到機械裝置的運動簡圖[4]。
三、機構創新設計的應用
機構創新設計有多方面的應用，以凸輪控制機構的機械設計為例，講解其應用價值。要求根據機械設計的創新路徑和方法，設計一個凸輪控制機構，其能夠使一個質量為M，并在規定的路程D中作循環往復運動，并要求比原機構能獲得更大的機械效益。
首先應明確機械設計的核心問題是如果怎樣設計能夠使凸輪控制機構去驅動連接點P，并獲取最大化的機械效益，同時機構的自由度應為1。為了把復雜的問題簡單化，可以忽略次要問題僅關注驅動點P之前的傳動機構，它是F=1的凸輪搖桿機構，其對應運動鏈如圖1所示。
其次設計好運動鏈后，要進行運動鏈數綜合。由于機械設計創新設計的出發點是為了獲取較大的機械效益，可以通過增加機構桿件數來滿足上述要求，考慮的自由度不能發生變化，增加機構桿件數應不少于兩個，設計好新的裝置具有六桿運動鏈，2種獨立異構型式，即斯蒂芬森鏈與瓦特鏈。比如在進行斯蒂芬森鏈的設計過程中，需要根據結構與功能相適應的原則對斯蒂芬森鏈進行結構的改變[5]。由于該裝置是一種凸輪控制機構，需要進行運動副的更替，也就是說必然進行運動副的替代，即用一個凸輪副去替代運動鏈中的一個二元素桿與2個轉動副，故得到演化后運動鏈。
四、結論
進行機械創新設計要有兩個必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創新設計思維并能激發創新思維的設計系統。運用機構學原理進行機械設計創新，首先要學習掌握相關的機構理論與已有的結構，才能在創新思維的指導下進行創新設計。
參考文獻：
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[2]李笑，劉福利，陳明.改革機械原理課程設計注重培養創新設計能力[J].教書育人.2001（02）：79-81.
[3]李法新，王金鳳，王利紅.機械類專業大學生綜合創新能力的培養[J].河南教育（高校版）.2008（04）：89-92.
機械原理教學課件：
機械原理教案
第一章 緒論
基本要求:
1.明確機械原理課程的研究對象和內容，以及學習本課程的目的。
2.了解機械原理在培養機械類高級工程技術人才全局中的地位、任務和作用。
3.了解機械原理學科的發展趨勢。
教學內容:
1.機械原理課程的研究對象
2.機械原理課程的研究內容
3.機械原理課程的地位及學習本課程的目的
4.機械原理課程的學習方法
重點難點:
本章的學習重點是機械原理課程的研究對象和內容，機器、機構和機械的概念，機器和機構的用途以及區別；了解機械原理課程的性質和特點。
1.1機械原理課程的研究對象
機械是人類用以轉換能量和借以減輕人類勞動、提高生產率的主要工具，也是社會生產力發展水平的重要標志。機械工業是國民經濟的支柱工業之一。當今社會高度的物質文明是以近代機械工業的飛速發展為基礎建立起來的，人類生活的不斷改善也與機械工業的發展緊密相連。機械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是機器和機構理論的簡稱。它以機器和機構為研究對象，是一門研究機構和機器的運動設計和動力設計，以及機械運動方案設計的技術基礎課。 機器的種類繁多，如內燃機、汽車、機床、縫紉機、機器人、包裝機等，它們的組成、功用、性能和運動特點各不相同。機械原理是研究機器的共性理論，必須對機器進行概括和抽象 內燃機與機械手的構造、用途和性能雖不相同，但是從它們的組成、運動確定性及功能關系看，都具有一些共同特征：
（1）人為的實物（機件）的組合體。
（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運動。
（3）能完成有用機械功或轉換機械能。
凡同時具備上述3個特征的實物組合體就稱為機器
內燃機和送料機械手等機器結構較復雜，如何分析和設計這類復雜的機器呢？我們可以采取“化整為零”的思想，即首先將機器分成幾個部分，對其局部進行分析。機構是傳遞運動和動力的實物組合體。最常見的機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇運動機構、螺旋機構、開式鏈機構等。它們的共同特征是：
（1）人為的實物（機件）的組合體。
（2）組成它們的各部分之間都具有確定的相對運動。
可以看出，機構具有機器的前兩個特征。機器是由各種機構組成的，它可以完成能量的轉換或做有用的機械功；而機構則僅僅起著運動傳遞和運動形式轉換的作用。在開發設計新型機器時，我們采用“積零為整”的設計思想，根據機器要完成的工藝動作和工作性能，選擇已有機構或創新設計新機構，構造新型機器。內燃機就是由曲柄滑塊機構(由活塞、連桿、曲軸和機架組成)、凸輪機構(由凸輪、頂桿和機架組成)和齒輪機構等組成。
隨著科學技術的發展，機械概念得到了進一步的擴展：
1．某些情況下，機件不再是剛體，氣體、液體等也可參與實現預期的機械運動。我們將利用液、氣、聲、光、電、磁等工作原理的機構統稱為廣義機構。由于利用了一些新的工作介質和工作原理，較傳統機構更能方便地實現運動和動力的轉換，并能實現某些傳統機構難以完成的復雜運動。
利用液體、氣體作為工作介質，實現能量傳遞和運動轉換的機構，分別稱為液壓機構和氣動機構，它們廣泛應用于礦山、冶金、建筑、交通運輸和輕工等行業。利用光電、電磁物理效應，實現能量傳遞或運動轉換或實現動作的一類機構，應用也十分廣泛。例如，采用繼電器機構實現電路的閉合與斷開；電話機采用磁開關機構，提起受話器時，接通線路進行通話，當受話器放到原位時斷路。
2．機器內部包含了大量的控制系統和信息處理、傳遞系統。
3．機器不僅能代替人的體力勞動，還可代替人的腦力勞動。除了工業生產中廣泛使用的工業機器人，還有應用在航空航天、水下作業、清潔、醫療以及家庭服務等領域的 "服務型"機器人。例如Sony公司新近推出的SDR-3X娛樂機器人。
1.2 研究內容
機械原理課程的研究內容分為以下三部分：
（1）機構的運動設計
主要研究機構的組成原理以及各種機構的類型、特點、功用和運動設計方法。通過機構類型綜合，探索創新設計機構的途徑。主要內容包括機構的組成和機構
分析、連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和間歇運動機構等一些常用的機構及組合方式，闡述滿足預期運動和工作要求的各種機構的設計理論和方法。
（2）機械的動力設計
主要介紹機械運轉過程中所出現的若干動力學問題，以及如何通過合理設計和實驗改善機械動力性能的途徑。主要包括求解在已知力作用下機械的真實運動規律的方法、減少機械速度波動的調節問題、機械運動過程中的平衡問題、以及機械效率和摩擦問題。
（3）機械系統方案設計
主要介紹機械系統方案設計的設計內容、設計過程、設計思路和設計方法。主要內容包括機械總體方案的設計和機械執行系統的方案設計等內容。
通過對機械原理課程的學習，應掌握對已有的機械進行結構、運動和動力分析的方法，以及根據運動和動力性能方面的設計要求設計新機械的途徑和方法。
1.3 機械原理課程的地位和作用
機械原理是以高等數學、物理學及理論力學等基礎課程為基礎的，研究各種機械所具有的共性問題；它又為以后學習機械設計和有關機械工程專業課程以及掌握新的科學技術成就打好工程技術的理論基礎。因此，機械原理是機械類各專業的一門非常重要的技術基礎課，它是從基礎理論課到專業課之間的橋梁，是機械類專業學生能力培養和素質教育的最基本的課程。在教學中起著承上啟下的作用，占有非常重要的地位。
其目的在于培養學生以下幾點：
1.掌握機構運動學和機械動力學的基本理論和基本技能，并具有擬定機械運動方案、分析和設計機構的能力，為學習機械設計和機械類有關專業課及掌握新的科學技術打好工程技術的理論基礎。
2.掌握機構和機器的設計方法和分析方法，為現有機械的合理使用和革新改造打基礎。
3.掌握創新設計方法，培養創造性思維和技術創新能力，針對原理方案設計階段，為機械產品的創新設計打下良好的基礎。
1.4 機械原理課程的學習方法
1. 學習機械原理知識的同時,注重素質和能力的培養。
在學習本課程時，應把重點放在掌握研究問題的基本思路和方法上，著重于創新性思維的能力和創新意識的培養。
2．重視邏輯思維的同時,加強形象思維能力的培養。
從基礎課到技術基礎課，學習的內容變化了，學習的方法也應有所轉變；要理解和掌握本課程的一些內容，要解決工程實際問題，要進行創造性設計，單靠邏輯思維是遠遠不夠的，必須發展形象思維能力。
3．注意把理論力學的有關知識運用于本課程的學習中。
【關鍵詞】機械加工；成形原理；討論
在進行機械加工過程中，各個零件的內外輪廓都是由圓柱面、圓錐面、平面和成形面等一系列相對比較簡單的表面組成，而且他們的幾何外形和尺寸存在差異。除此之外，對于不同的金屬零件，從機械加工的原理進行分析得知，雖然他們之間存在一定的共同點，但是其運動形式和切削機床的結構存在較大的差距，所以需要根據其具體情況而定，從而得到符合要求的零件。
1.機械加工的概述
1.1機械加工的概念
機械加工通常是指運用加工機器對所要加工的材料進行加工，從而確保加工物品的性能和外形尺寸有所改變，并符合物品加工的要求。廣義上的機械加工一般是指將加工的物品直接放在機械上，或者是通過相關手段來使加工后的產品符合我們的需求。而狹義上的機械加工主要是指借助鉆床、銑床、車床、壓鑄機、沖壓機等專用的機械設備對相關零件進行加工。總的來說，機械加工是利用機械手段來實現零件加工的過程。
1.2機械加工的種類
機械加工主要包括了冷加工和熱加工兩大類，其主要是由加工零件加工過程中所處的溫度來決定。冷加工通常是指在確保加工零件的化學性質和被物理性質不變的基礎上對其進行加工，所以，冷加工需要在常溫下進行。相反，如果不在常溫下進行則屬于熱加工，其通常又被分為高溫和低溫兩種，在這兩種溫度下所進行的機械加工會導致零件的化學和物理性質發生變化。
1.3機械加工工作
在日常生活中，我們經常會遇到與機械加工有關的工作，例如在一些建筑工地上經常會看見裝修人員、焊接人員對室內進行裝修時所進行的鉆眼工作以及維修公司對設備的維修等。總的來說，機械加工主要包括了金屬拉拔、激光切割、燈絲電源繞組、金屬板材彎曲成型、重型加工、 等離子切割、金屬粘結、模鍛、水噴射切割、精密焊接等。
1.4機械加工行業的重要性
如今，經濟社會的飛速發展，機械加工行業已經逐漸成為各個行業發展的基礎，因為任何行業的發展都離不開機械加工行業。例如，一個商品的包裝環節離不開機械加工；一個產品的生產環節離不開機械加工；而且任何商品的銷售途徑、運輸途徑同樣離不開機械加工。機械加工屬于國民經濟的裝備部隊，是一個為人類提供機械產品的行業，是衡量一個國家經濟發展水平的主要標準之一。對于一些西方發達國家，其主要依靠的是機械加工行業的發展，雖然近些年來我國的機械加工得到了快速發展的機會，但是在很大程度上受到了高新技術的限制。所以，要想更好的推動我國機械加工業的發展就需要對已有的技術進行創新，并將機械加工放在經濟發展的首要地位。
2.機床零件表面的成形原理
金屬切削零件表面均表現為線性表面，其一般可以通過兩條發生線按照一定的規則進行運動而形成。這兩條線一般被定義為母線和導線，其母線是按照一定的方式和規律沿著既定的導線進行運動，從而形成了特定表面。因此，可以說線性表面圍繞導線和母線的運行而形成的，同時也被定為零件表面的發生線成形原理。總之，金屬切削機床過程中的成形運動就屬于兩條發生線的運動。
2.1表面發生線的構成方式
可以形成零件表面的導線和母線都屬于發生線，而且發生線形成的方式主要包括成形法、范成法、軌跡法、相切法等4類。不同方法之間具有不同的特點：（1）成形法：其主要特征是刀刃的形狀與發生線完全吻合在一起，所以不需要在刀具和工件之間設置成形運送就可以實現發生線。（2）范成法：其主要特點是借助齒輪嚙合的原理按照“范成運動”的形式逐漸形成的。范成法過程中所形成的發生線一般需要刀具和工件嚴格按照既定的規律進行運動，其通常需要一個由刀具和工件進行的復合運動。范成法一般需要兩個成形運動。（3）軌跡法：其主要特征是指刀具的切削刃需要與表面呈現點接觸形式，該點的接觸一般是按照發生線進行運動的，并且其運動的軌跡線就是發生線，軌跡法通常需要一個成形的運動。（4）相切法：其特點主要是刀具的柱狀或盤狀的多齒刀具中每個刀齒輪流切削過程中形成的軌跡線，與該軌跡線共同相切的線叫做包絡線，即是形成的發生線；相切法一般需要兩個成形運動，一個是刀具軸線沿著發生線等距離運動，另一個是刀具自身的旋轉運動。
2.2機械加工簡單表面的成形原理
機械加工過程中簡單表面的導線主要包括了圓、直線或簡單的成形線，其母線一般需要沿著導線進行平移運動。例如：一個平面可以通過一條直線M沿著另外一條直線N做平行運動，第一條直線M運動過程中所掃過的面積就屬于一個平面，其中M為母線，N為導線。在牛頭刨床上借助尖頭刨刀進行平面的加工過程就屬于這個原理，其一般是用刨刀刀尖在材料表面進行直線切削運動，從而逐漸形成了發生線的母線，此過程中在刨刀回程階段，工件在輪機的帶動下進行橫向運動，就好像完成了發生線的導線運動。簡單表面基本上都屬于可逆表面，其是由于母線導線具有可以交換、表面線性簡單的特點，因此簡單表面的成形方法包括了很多種類。
2.3復合表面的成形原理
復合表面的導線之間存在較大的差異，所以母線沿著導線所做的各項運動相對比較復雜，同時進行導線的所有運動并不是簡單的圓周運動或者直線運動，而屬于一種復合的運動，其一般是由兩個或者兩個以上的簡單運行結合在一起而形成的復合運動，復合運動的表面一般是不可逆的表面。下面將會對復合表面的零件給予詳細的介紹，便于對其有個充分的認識。
2.3.1圓錐面
圓錐面中的母線M屬于圓錐表面中一個比較常見的索線，該線需要被固定在某一定O，而另外一個確定點C將會圍繞著導線N，固定點O的軸線上進行移動，運動過程中所掃過的面積就是圓錐面。導線圓N的直徑和MC兩點之間的長度確定了圓錐的尺寸和外形。圓臺的側面被認為是圓錐面的一部分。
2.3.2螺紋面
通過螺紋牙型面與螺紋軸線平面的相貫線被定義為螺紋面的母線M，同時導線N是和螺紋的導線導程相同的螺旋線。一般情況下，機械加工過程中母線M和螺紋軸線將會一直處于同一平面之上，并且母線M的方向也不會發生任何改變，但是當母線M沿著螺旋導線N進行螺旋運動時，其母線所掃過的表面被定義為螺紋面。相貫線的形狀不僅由螺紋的壓型來決定，而且還與軸線的距離有關。同時，螺紋導線的導程、直徑也決定了螺紋的間距。
2.3.3斜齒圓柱齒輪的齒廓面
在斜齒圓柱齒輪輪衡端面上設置了標準的漸開線齒形，該過程中通過表面成形原理分析得知，與齒槽的相貫線和輪齒切向呈垂直的平面被定義為母線M，而齒向螺旋線被定義為導線N，所以母線M所處在的平面和輪齒的切向一直保持相互垂直的狀態，同時還與齒輪軸線保持等間距狀態，沿著螺旋導線N呈現逐漸上升的狀態。母線M所掃過的面積就是斜齒圓柱齒輪的齒廓面。
3.結束語
綜上所述，機械加工屬于國民經濟發展的基礎，世界上任何行業的發展都不可能脫離機械加工而存在，而且與國外發達國家相比，我國的機械加工技術相對比較落后，因此，為了國家的發展、國力的昌盛，縮小與發達國家之間的差距，就需要國家相關部門對其給予高度的重視，將機械加工放在國民經濟發展的首位，只有這樣，才能更好的推動我國機械加工行業的發展，使其在國際競爭中立于不敗之地。 [科]
【參考文獻】
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【關鍵詞】機械原理 自動化 機械產品
一、機械原理與自動化直接關系
（一）機械自動化的定義
機械自動化是指機器或者裝置通過機械方式實現自動化的控制，是在一種無人為干預的前提下，機械或設置本身自我完成預期的、指定的操作和控制的一個過程。機械自動化也可以稱之為機電一體化，在20世紀90年代國際機器與機構理論聯合會具體把機電一體化定義為機械設計制造及其自動化基礎上的發展。
（二）機械自動化的科學技術
機械自動化所運用的科學技術主要是以機械技術和電子技術為主，多門學科輔助，是一門新生的，復雜的新型學科。機械自動化改變了傳統機械的發展，使機械業逐步的由機械電器化向自動化轉變。機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發，把各個學科，各種技術相結合，如：機械技術、微電子技術、接口技術等，有機融合的綜合性技術，不在是單一的機械技術。機械自動化具有了智能化，區別于機械在功能選擇上的要求，更具人性化，是人的感官和頭腦的延伸，整個系統更加的優化、可靠。
二、機械自動化系統的優點和效益
機械自動化技術的不斷發展，機械自動化產品逐步的取代了傳統的機電產，它符合了社會發展的需求，能夠更大程度上為市場和用戶帶來更多的社會和經濟效益。
（一）生產能力和工作質量的提高
機械自動化是在傳統的機械原理上，實現機械自動處理和自動控制。它取代了人為的操作，在一定的范圍內能夠更為靈敏、精確的的控制和檢測問題，完成系統指定的要求。同時機械自動化取代了人為的操作，在一定程度上節約了人為操作時間，減少了操作者的自我主管意識，而是機械自身有序的自我工作。保證了最佳的工作質量和較高的產品合格率，在生產能力和工作質量上都有顯著的提高。
（二）更具有安全性和可靠性
機械自動化是由機械自動的操作，一般具有自我監控和自我防范功能，能夠及時的發現問題和自我修復問題，采取有效的自我保護措施。減少人為操作帶來的事故，提高了機械的使用率。
（三）方便操作，改善性能
機械自動化產品采用的是程序控制和數字顯示，在整體操作上簡單、易懂，能夠滿足不同用戶的需求，用戶在選擇產品特點的時候，只需要改變系統中參數的變化，保障產品的完整度和協調度。
（四）功能多、適用范圍大
機械自動化改變以往的單一的技術和功能模式，具有復合技術和復合功能，能夠適應不同的場合和領域，更具有操作性和應用性。
（五）改善勞動條件，適應現代化的發展
機械自動化以機械自動操作取代人為操作，減輕了勞動負擔，提高了我國自動化經濟和產業的發展。
（六）節約能源，減少耗材
機械自動化是高科技的產物，在一定程度上符合了我國的成產和發展的要求，實現資源的合理的優化配置，建立節約型社會。機械自動化產品逐步的向輕小型發展，減少了材料的損耗。
三、機械設計制造及其自動化的發展方向
我國機械設計制造及其自動化的發展雖然隨著經濟的發展和科技的進步都有著顯著的提高，但是與發達國家相比，仍然存在著一定的差距。在一些基礎理論方面的發展還不完善，我國實現機械設計制造及其自動化的發展方向主要表現在以下的幾個方面：
（一）實現機電一體化
機械自動化的發展和延伸就是向機電一體化轉變，改變傳統的單一模式，實現自動化、復合型的發展。
（二）實現機械智能化
機械自動化同時需要機械的智能化，它不僅僅代表著人的體力同時也要代表著人的腦力，加強機械的自我決策和自我行動能力的提高，使它自動化過程中能夠更好的調節問題和完成指定操作。
（三）模塊化和網絡化
機械模塊化能夠方便產品各個單元的操作，實現產品的標準化和系列化，便于企業能夠更好的找準自己的生產定位，提高專業化的機械自動化單位。同時提高機械的網絡化，方便用戶使用和操作，適應網絡化的發展，滿足市場的需求。
（四）微型化和綠色化
微型化是機械自動化向微觀領域發展的趨勢，提高產品的靈活性，減少了材料的損耗，提高了它的利用率。加強機械自動化的綠色化，符合社會的發展觀，保護自然環境，對于建設社會主義新型社會具有重要的意義。
四、結論
機械自動化在設計和制造上具有多功能、高質量、高可靠性和低能耗等優點，符合國家的發展需求。機械自動化技術是多個學科技術的綜合，從本質上而言機械自動化就是機電一體化系統，是機械工業發展的方向。
參考文獻：
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人才培養模式受到本國社會、經濟和科技的發展以及歷史文化背景等多種因素的制約和影響。不同的教育理念和培養模式支配著相應的教學內容的調整,教學資源的配備以及教學方法的改革。專業知識的傳授是教育的主要內容之一,而創新意識、思維和能力的開發、培養則是教育更本質,更核心的內容。創新意識、思維與能力的培養是提高人才培養質量工作中不可回避的問題,也是對教學改革的深層次研究與探索。因此在教學中,不應出現重書本輕實踐、重知識輕能力、重傳授輕創新的情況,而應是“基礎、實踐、創新”教育的和諧統一。機械原理課程屬于機械專業的學科基礎課,通過對當前社會的人才需求進行分析,結合其課程以及授課對象的特點,從教學內容、教學方法、教學手段等幾個方面對機械原理教學的創新模式進行探討和詮釋。
一、教學內容的創新
創新教育的目的就是培養和提高受教育者的創新素質和創新精神。要實現此目的,首先從改變教學內容入手,重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容,注重激勵學生的學習欲望,調動學生的積極性,讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。例如,在緒論部分的講述中,以往的內容主要是針對本課程的研究對象、基本概念、課程的地位和作用以及本課程的學習方法等展開的。但是,為了培養學生的創新意識,調動學生的創新積極性,除了經典部分的闡述外,還有必要結合現代科學技術的飛速發展,重點闡述機械原理學科的發展動向。如在機構的結構理論發展發面,可以讓學生了解:為了廣泛應用機電一體化技術,當今社會也迫切希望開展包括對液壓、電磁、光電等非機械傳動元件的廣義機構設計。在對機構的平衡問題進行介紹時,引申到機構的動力學研究,進而讓學生了解到大型機械設備的故障診斷和在線監測都是現代研究者關注的重點。有意識地將一些機械原理學科前沿的研究引入教學內容中,如微型機械的研究,它不是將傳統的機械直接微型化,而是已經遠遠超出了傳統機械的概念和范疇,是涉及多學科的綜合技術的應用,也推動了處于機械原理學科前沿的微型機構學分支的產生。結合一些相關視頻資料,學生在課堂上獲取到這些知識的同時,興趣也被調動了起來,拓寬了知識面和視野。讓學生意識到“創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達的不竭動力”,“一個沒有創新能力的民族,難以屹立于世界民族之林”[3]。
此外,在教學內容的創新改革中,還可以嘗試重心的轉移,強調創新設計能力的培養,突出計算機的應用。教師在教學過程中逐漸實現淡化圖解計算分析,強化解析法內容的教學,進一步加強學生對機械系統設計的綜合認識。這種重心轉移體現在:由圖解法為主向解析法為主轉變,使計算理論與計算機技術統一起來,提高機構設計的效率和正確性;由手動設計計算向計算機自動計算轉變,提高學生計算機應用能力;由過去重機構分析計算向重機構綜合轉變,提高學生機構方案構思與設計創新能力和綜合應用知識解決實際問題的能力。在教學中不斷地營造創新環境,大大提高了學生的創新積極性。
二、教學方法的創新
教學方法應該能夠配和教學內容的改革。創新素質就是指由知識結構、智慧品質、人格品質三種成分有機結合構成的綜合素質。創新教育就是要培養具有這種綜合創新素質的學生。在當前課堂教學中,以知識傳授為主導的教學方法并未根本改變,教與學的關系是以教師為主導、為中心的,這種方式在某種程度上制約了學生的學習主動性及其創新潛能的發揮。在機械原理課程的教學方法上,應加強與學生的互動,要將以教師為主的“灌輸式”教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變,讓學生從被動學習轉變為主動學習,真正成為教學活動的主體。以學生為本的創新教育教學方法可以通過以下幾個方面來實現:鼓勵學生不迷信書本知識、不迷信權威觀點,敢于提出問題,無論課堂內外,對于任何問題都應多問幾個為什么。如對“極位夾角”的概念解釋,大部分教材上的定義是“搖桿處于兩極限位置時,相應的曲柄位置線所夾的銳角”。在教學中可以引導學生進行思考,對這個廣泛應用的定義提出質疑———是否所有的“極位夾角”都是銳角,是否有鈍角的情況存在,而不是直接給出學生更完善的定義。在這個過程中,學生開始學會發現問題,也開始嘗試如何自己解決問題。
鼓勵學生的求異思維和發散思維,開闊學生的思路。當然,創新離不開科學的根基,引導學生要堅持科學的思維,在提出自己獨特見解的同時,也應該能用科學的理論對其進行解釋和驗證。鼓勵學生多參加親身實踐,只有親自動手驗證了創新思維的正確性,才能真正達到創新的目的。機械原理是一門既有高度的抽象性,又有很強實踐性的課程。如機構運動簡圖、機構運動分析與力分析模型等都是從實際機械中抽象出來的,許多的概念需要通過動態過程才能得到準確描述。原來的教學方法大多通過教師手工繪制或將靜態圖展示給學生,教學效果并不理想。因此,現在的教學方法中采用多媒體手段教學,課件中涵蓋了豐富的三維動畫、趣味的圖片、簡潔的文字等。通過教師講解、動態演示與板書相結合的方式,使學生在學習中可直觀地了解機構的運動過程及其所具有的特性、產生的各種現象,加快了學生對諸如“死點”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激發起學生的好奇心,強化了直覺思維,加深了學生對這些概念所表達物理意義的理解程度。
三、教學手段的創新
在教學手段上,著重培養學生對機械系統的整體認識,注重學生的參與,與機械原理課程設計、機械原理創新實驗相結合,加強學生對所學基礎理論知識的理解。培養學生應用所學過的知識,獨立解決工程實際問題的能力,培養學生的創新設計能力,使學生得到一次較完整的設計方法的基本訓練。在機械原理課程設計中,教師通過介紹創新設計的方法和展示創造發明實例,啟迪學生創新的思維,讓學生了解設計過程,掌握設計方法。在設計過程中,能在認真思考的基礎上提出自己的見解,充分發揮自己的創造性,不是簡單的抄襲或沒有根據的臆造。教師僅指明設計思路,主要啟發學生獨立思考。設計方案確定后,安排學生向小組成員介紹自己的方案,并與其他成員討論,這樣既提高了學生學習興趣,調動了學習主動性,又破除學生對創新設計的神秘感,有助于讓學生對自己的設計方案有全面的認識,使學生受益匪淺。
機械原理創新實驗是一個針對機械類或相關專業學生的開放性動手實驗。它是一個很好地培養學生主動學習能力、獨立工作能力、創造能力以及團隊協作能力的平臺。學生自己擬定、設計機構運動方案,根據機構組成原理對桿組進行拆分,再將構件正確拼裝實現機構的運動,這個過程就要求學生必須將所學的理論知識充分地運用到具體的實驗中去。例如,學生要設計并實現一個具有急回特性的送料機構,該機構就有多種搭建方案,實驗過程中學生首先提交自己根據要求擬定的設計方案,繪制該平面機構的運動簡圖,再計算所有的桿長、角度、位移等數據,然后在此基礎上將運動簡圖搭建為能夠正確運動的實驗機構。設計過程中學生將會接觸到機械原理的各大機構,也會進一步深入了解各大機構的運動特點,而搭建過程又會涉及到機械設計及零件的知識。將學生分為多組,同組學生共同擬定實驗方案、協同完成實驗,最后各自撰寫實驗報告。在設計和拼接過程中學生會遇到各種在理論學習中很少遇到的問題,在發現問題、解決問題的過程中學生各方面的能力也得到了很好的綜合培養。該創新實驗用問題法、探究式教育來培養學生的創新意識和科研能力,讓學生學習到了許多課本上學不到或曾經被忽略的知識,參加過創新實驗的學生都深有體會。
關鍵詞:機械加工成形原理分析
中圖分類號:TG659文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)09(c)-0113-01
不同零件的內外輪廓都是由圓錐面、圓柱面、平面和若干成形面等一些簡單的表面組成的,其尺寸和幾何外形各不相同,另外,對于不同類別的金屬來說,從零件表面成形的原理分析,有很多共同點,但其切削機床的結構和運動形式卻有很大的區別。零件機械加工工藝過程的完成就是使不同的機床來對不同表面的加工進行完成,最終得到要求的零件。
1機床上零件表面成形的原理
1.1 復合表面成形的原理
實現導線的運動是復合運動,并不是簡單的圓周運動或直線運動,是指由2個或2個以上的簡單運動復合而成的運動。復合表面是不可逆的表面,其導線各不相同,所以母線沿著導線的運動規律也比較復雜。下面開始分析斜齒輪齒廓面、螺紋面和圓錐面等組成零件的常見復合表面。
1.1.1 斜齒圓柱齒輪的齒廓面
從表面成形的原理來看,我們可以認為,齒向螺旋線為導線A,齒槽和輪齒切向呈垂直的平面之間的相貫線為母線B,因為斜齒圓柱齒輪輪齒的端面是標準的漸開線齒形,所以輪齒的切向和母線B所在的平面始終呈垂直狀態,同時母線B所在的平面沿螺旋導線A上升且與齒輪軸線保持相同距離,該斜齒圓柱齒輪的齒廓面就是母線B掃過的表面。
1.1.2 螺紋面
和螺紋導程相同的螺旋線就是導線A,螺紋牙型面和過螺紋軸線的平面之間的相貫線就是螺紋面的母線B。母線B的方位保持不變,同時螺紋軸線和母線B始終處于同一平面內,螺紋面就是指當母線B沿著螺旋線導線A做螺旋運動時,母線B所掃過的表面。螺紋的導程(螺距)受螺旋導線的導程決定,螺紋直徑受軸線與V形線之間的距離決定,螺紋的牙型決定了V形線的形狀。
1.1.3 圓錐面
圓錐表面的其中一條素線是圓錐面的母線,固定某一點A在該線上,而另外一個確定點B圍繞一個圓移動,則圓錐面就是該素線掃過的表面。圓臺的側面可以當作是圓錐面的一部分,圓錐的尺寸和外形要靠導線圓的直徑和AB兩點之間的長度共同來確定。
1.2 簡單表面成形的原理
簡單表面的加工方法(即成形方法)通常是多種的,因為一般而言,簡單表面都是可逆表面,其母線和導線之間可以交換,線性簡單。簡單表面的導線簡單的形成線、圓或直線,母線沿著導線做平行移動。
1.3 形成表面發生線的方法
零件表面形成的導線和母線均是發生線,形成發生線的方法共有四種,即展成法(或稱范成法)、相切法、成形法和軌跡法。
(1)展成法的特征:展成法是形成漸開線的方法,是由“展成運動”利用齒輪嚙合的原理所形成的。展成法是一個復合運動,需要由工件和刀具來共同完成,也就是說,需要工件和刀具按一定規律嚴格的做相對運動才能形成發生線(漸開線),范成運動需要兩個成形運動。
零件某一表面的兩條發生線形成的方法可以不一樣,也可以一樣。要根據所采用的具體加工方法來對某一表面的成形運動和成形原理進行具體分析,并不是由表面本身來確定。例如,對圓柱面利用尖頭車刀進行加工時,對成形圓弧溝槽利用成形圓弧車刀進行車削時,是由軌跡法形成作為導線的圓,由成形法形成和刀具圓弧刃吻合的弧線(即母線),作為導線的直線和作為母線的圓都是由軌跡法形成的。以上的這些方法不是形成表面的方法,僅僅是實現一條發生線的方法。從成形原理來看,各種表面的母線沿導線運動的規律各不相同,有的很復雜,如斜齒輪齒廓面、螺紋面和圓錐面,有的很簡單,如圓柱面和平面等。有些表面的導線和母線之間不能交換,否則無法形成表面或形成希望得到的表面,此類表面稱為不可逆表面;有些表面的導線和母線之間能夠交換,此類表面稱為可逆表面;由于傳統形成發生線的理論不夠完善,所以本文把各種表面分為復雜表面和簡單表面,并分別歸納和定義了兩類表面的發生線成形原理。
(2)相切法的特征:相切法需要兩個成形運動,一個是沿著將要形成的發生線刀具軸線進行等距離的運動,一個是旋轉刀具的運動。刀具是多齒刀具,為柱狀或盤狀,輪流用每個刀齒進行切削,形成一系列刀刃的軌跡線,包絡線就是和該軌跡線共同相切的線,即將要形成的發生線。
(3)成形法的特征:無需工件和刀具之間發生相對的成形運動就可以實現發生線,因為將要形成的發生線和刀刃的形狀是完全吻合的。
(4)軌跡法的特征:軌跡法需要一個成形運動。將要形成的表面呈點和刀具的切削刃相互接觸,此點沿著將要形成的發生線運動,所形成的軌跡線就是發生線。
2加工精度和機床表面的成形原理之間的關系
通過分析以上零件表面成形的原理能夠得出,實現兩條發生線的過程就是對零件表面的加工的完成過程,發生線的形狀誤差會在工件的表面上直接的反映出來。所以,最主要的決定零件表面精度的原因之一就是實現發生線的成形運動精度,大多情況下都需要成形運動才能形成發生線(成形法除外,不需要成形運動,由刀刃決定),提高實現發生線的精度是改進和設計機床部件的核心目標之一。把大多數機床的工件和刀具之間的相對運動分解為簡單的旋轉運動和直線運動,才能簡化機床結構,運動的勻速性和圓度是旋轉運動的精度體現,運動的勻速性和直線度是直線運動的精度體現。例如,車床上加工圓柱面,工件的旋轉精度受切削層厚度硬度的變化、主運動傳動鏈各環節的分度機構精度以及車床主軸的角度擺動和徑向跳動引起的受迫振動,還有刀架部件和主軸的剛度等;運動傳動鏈各環節由刀具剛度決定的分度機構精度、溜板導軌的剛度和直線度限制刀具的直線運動精度等,工件本身的剛度和發生線的精度之間有著很大的關系。所以,從形成工件表面的原理,能夠對提高機床加工精度的途徑和方向進行探尋。
3結語
通過對復雜表面和簡單表面的定義,從而準確的描述了斜齒圓柱齒輪齒廓面、螺紋面、圓錐面等典型的復雜表面的成形原理,對形成復雜表面的要件進行了構建,對于制造裝備的技術研發和運動分析,尤其是對設計自由度數控加工機床的運動方案而言,該成形理論有著非常重要的指導意義。通過系統的劃分和歸納機床上零件表面的成形原理,尤其是進一步探究了復雜表面的成形原理,從而對表面成形原理在機械加工中的理論進行了完善。
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四、連桿機構
平面連桿機構是典型的平面機構，圖5的（a）和（b）為其示意圖。因為平面連桿機構的運動屬于面接觸，所以它的承載能力比較強，而且能夠實現多種運動類型的轉換，各種運動軌跡的實現也容易控制，非常方便地用來增力、擴大行程和遠距離傳動。
從整體上看，人體四肢的運動方式，也可歸為連桿機構。洪式太極拳手法非常靈活復雜，雙手配合起來更是變幻莫測，這也得益于上述連桿機構的特征。
平面四連桿中有一個稱作“死點”的概念，值得我們注意。圖6中為一個曲柄搖桿機構的示意圖，搖桿CD為主動件，當C點運轉到C1或C2位置時，A、B、C三點將共線，也就是說主動件CD通過連桿作用于從動件AB的力恰好通過其回轉中心，使AB桿無法轉動，此時機構的位置便稱為“死點”。實際上，處于死點位置時，也是一種機械自鎖狀態，在平面四連桿機構設計中，一般采用安裝飛輪或兩組連桿并用的方式來使機構闖過死點，避免機械自鎖的發生。
與平面四連桿類似，人體的四肢也存在著死點位置，以手臂為例，上圖中的A、B、C三點分別對應著腕部、肘部和肩部，當手臂完全伸直或被折疊時，便是死點的位置，此時的手臂是最不靈活、最不得力的。因此，我們一方面要防止自己的四肢處于死點位置，另一方面又要誘使對方的四肢處于死點位置。洪式太極拳要求四肢不可完全伸直，要留有一定的弧度，肘部不可抬起，腕部角度不可折過，手部一般不可超過中線，弓步時膝蓋略微松垂，都是為了防止四肢處于死點的位置。
洪式太極拳在技法上對死點的運用，也是相當廣泛的。當同對方接手后，典型的技法便是一只手牽制對方的腕部，另一只手控制對方的肘部，當對方繼續向前時，我方可誘導其手臂伸直，同時施以捌法；若對方回撤，可利用對方腕、肘、肩的“三點一線”，直接將勁力打到對方身上，將對方托送出去；另外，還可折其肘部，將勁力反扣于對方身上，使對方不得運化而被發出。這些技法都充分利用了連桿機構“死點”的特殊性，這是非常科學的。
五、凸輪機構
在闡述這個話題之前，有必要明確這樣一個事實：從人體骨骼上來分析，并無可轉動的“輪子”和“球”，而只是以轉動副形式結合起來的連桿。而大家都知道，太極拳非常崇尚“圓”，正所謂“一觸一太極，無處不是圓”，在這樣的形容下，一些練家恨不得將自己修煉成一個球體，于是諸如“處處撐圓”、“處處圓”、“腋下夾球”、“雙手抱球”等要求便開始大行其道，仿佛成了太極拳通用的法則。
實際上，任何一個圓，都是由無數個點組成的，所謂的圓，也只不過是點的運動軌跡和動態表現而已。當你覺得一個圖形是圓的時候，那是因為你的視線在組成線條的點上依次掃描了一遍，使你產生了運動的錯覺。當一切都靜止的時候，“圓”根本就不會存在的，只剩下一個個靜止的“點”，兩者是辯證的。太極拳也一樣，它所崇尚的“圓”，只是一個過程，一種動態的效果。即便你真正練成了百變金剛，成為了形態上的球體，當對方的力量作用于你的時候，如果你不轉動，一樣會被打出的。所以，只有轉動，才會有圓，這才是太極拳所說的“圓”。
洪先生很早就提出了靜態的“三角”和動態的“圓”，認為圓是由無數個三角所組成，所以洪式太極拳并沒有“腋下空”、“肘不貼肋”、“雙手抱球”的規矩，提出的核心要求為“松圓”，李駐軍先生將其進一步解釋為“松開，轉圓”，松開是條件，轉圓是效果、是目的。因此，洪式太極拳的圓，是轉出來的。有了這樣的認識后，再來看這節的標題一“凸輪機構”，就應該理解，這是一種效果上的闡述，是利用人體客觀存在的運動機構模擬出來的。
凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通過其回轉或往復直線運動，將動力傳遞給從動件，這就是凸輪機構。圖7所展示的裝置，便是一個使用了凸輪機構的內燃機配氣系統，活塞在凸輪的轉動下，有規律地做著直線往復運動。
前面說到，人體并沒有這樣的輪子，但卻可以在特定的時間和空間下模擬出這樣的效果，比如說洪式太極拳的擠法，隨著手部離軀干越來越遠，同對方的接觸點所走出的曲線軌跡的半徑也越來越大，于是便產生了排擠作用（暫不考慮手臂的自轉）。機器中凸輪所產生的動力，作用于被固定在特定軌道上的從動件，其意義也僅僅是推動而已，而當這種凸輪效應被運用在洪式太極拳中時，道理可就可沒有這么簡單了。
洪式太極拳的精妙之處在于“化打合一”，這和一般拳術是不大一樣的。洪式太極拳“化打合一”的方式有三種：“一引一打”、“帶引帶打”和“即引即打”，而這三種方式又屬最后一種最為精妙，也最令對手難防。“即引即打”的特點是僅在一個接觸點上完成化勁與發勁，而且是同時的。那么洪式太極拳是怎么做到的呢？一部分奧妙就隱藏在凸輪機構的原理中。
為了簡化問題，我們還是以洪式太極拳的擠法為例，且只考慮手臂公轉的情況。如圖8（a）所示，上面的圓代表敵方，下面的橢圓代表我方，當我方貼住對方軀干向其中軸線施以擠法時，如對方抗勁，其作用力F與我方作用力G在點A處產生抵觸。這時，由于我方手臂的公轉，在摩擦力的作用下，對方的作用點A會被我的轉動帶離原來的位置，如圖8（b）所示，這時對方的作用力來不及改變方向，依然指向A點，瞬間失去了與其相平衡的作用力G，從而使自己重心失衡，而在這個過程中，我方的作用力G如同凸輪一樣做著動態調整，讓這個力始終指向對方的中軸線，在滾動中產生了新的作用點B。于是，對方在失重的狀態下，源源不斷地遭受到這個碾壓力G的作用，從而被打了出去。
從這個原理中可以看出，無論對方來力有多大，只要在恰當的時間避開A點之鋒芒，使我方作用力滾動到敵方作用力的側翼，便可產生“四兩撥千斤”的效果，而在實際運用時，這個過程也是“一轉即逝”的，因而便體現出了洪式太極拳“化打合一”的技擊理念。
那么，在明白了上述原理后，也應該能夠理解，手臂的自轉也可以產生碾壓式的凸輪效應。因為手臂是有粗度的，其橫截面近似圓形，隨著公轉產生的推動作用，手臂的自轉便成為了一個向前碾壓的輪子，上面所說的擠法，實際上是兩個凸輪的合成，一個是橫向的，一個是縱向的，從兩個維度上同時破壞對方的平衡并予以打擊，這正是洪式太極拳的精妙所在！
六、螺旋機構
纏絲勁是陳、洪二式太極拳的精華，提出“太極拳纏法也……不明此，既不明拳”的陳鑫先生，在其《陳氏太極拳圖說》一書中，畫了許多纏繞在人體上的一圈圈順逆纏絲的線條，以此來表達纏絲勁的走向。但由于古人對運動科學的了解比較有限，又引入了《河圖》、《洛書》為其論證，使纏絲勁愈發神秘，甚至有了些許的巫性，使得后學者依舊摸不著頭腦。洪先生可謂是開宗明義，用精煉的話語揭開了纏絲勁神秘的面紗：“太極是勁，動作走螺旋。”首次將纏法擺到了核心運動規律的位置上。洪式太極拳的纏絲勁，便是基于這種螺旋運動形式而產生的。
在機械領域，螺旋機構是將旋轉運動轉換為直線運動、以犧牲距離來換取動力的一種機械裝置。螺旋機構是“斜面”這一簡單機械的延伸運用，它將斜面纏繞于轉軸之上，形成螺紋，使其在旋轉中產生源源不斷的推動力。螺旋機構的運用相當廣泛，千斤頂、螺絲釘都是被人們所熟知的，但這種省力的螺旋運動的形式，又是如何體現在人體上的呢？
事實上，人體并無螺紋，所以這樣的效果其實也模擬出來的。在洪式太極拳中，有這樣一些動作要領：“出手不出肘”、“收肘不收手”、“松肩沉肘揚指”，這就保證了我的手臂形成了一個斜面，在對方與我接觸時（無論按與抓），其作用力總是作用在這個斜面上，如果此時保持這樣的角度直接向前催動，便是斜面的運用，但還不是螺旋的運用，產生螺旋運動還需要另一個條件：轉動。但是前面說到，人體并無螺紋，轉動所產生的動力無法使形成的斜面向外延展，所產生的效果也僅僅是使力點扭曲和滑脫，猶如一個沒有螺紋的滾軸。為了模擬出螺旋機構，我們還需在縱向上增加一個直線或曲線運動，使得這個斜面在旋轉中前進，這就要求手臂在梢節的引領下，使手臂向特定方向伸展，即手臂的公轉。
說到梢節的引領，在這里有必要闡述一下其中的道理。由于人體手指與腕部骨骼數量較多，其靈活性非常好。且由于尺骨與橈骨的存在，整條手臂的自由度從手指到肩部是依次遞減的，那么在催動手臂自轉時，最佳部位當然是從手指開始。另外，梢節還有一個重要作用，那就是在公轉中控制好斜面形成的角度。因為對方是動的，會千方百計破壞這種斜面的存在，所以我方對這種角度的動態控制，也必須由較為靈活梢節來承擔。
從上述中可以看到，“形成斜面”、“手臂自轉”、“手臂公轉”這三個條件必須同時具備，才可在原理上模擬出螺旋機構，這就是纏法。通過纏法，我方可將身肢的旋轉與伸展的力量融為一體，產生強大的化打合一的力道，這就是纏絲勁。因為手臂的纏法最為復雜，懂得了它也就懂得了腿部和軀干纏法的原理。軀干只有自轉，沒有公轉，而腿部也只有在變換步型和運用腿法時才會出現公轉，它們相對于手臂來說比較簡單。
螺旋運動運用在洪式太極拳中，除了省力、增力外，還有一個重要的意義，那就是產生絞力。機械傳動螺桿是極其堅硬的，在承受到強大扭絞力時也不會有疼痛感，而人則完全不同。人的肢體在這種絞力的作用下，如果不能及時化解，內部便會產生應力，而這種應力主要集中在關節韌帶處，所產生的疼痛感會令對方痛苦不堪，從而失去戰斗力。因此，洪式太極拳的擒拿，自始自終都貫徹著纏法的運用，威力巨大，精妙無比。
關鍵詞：微機原理與接口技術 機械專業 課程改革 能力培養 工程能力 創新能力
在社會經濟和科技事業不斷發展的情況下，要求有更高水平的機械類專業人才，特別要培養這些人才的工程能力和創新能力[1]。機械專業有一門非常重要的專業課就是“微機原理與接口技術”課程，學生在進行機電與控制類課程的學習時，可依據這門課程，通過這門課程的學習來搭建一個橋梁，因此要進行這一課程的教學與實踐，對于機械專業方面的專業人才的培養，尤其是對他們的工程能力與創新能力的培養都是非常有利的。
1 課程中能力培養的現狀
對“微機原理與接口技術”課程的學習，主要是為了讓學生能夠清楚的了解微型計算機的基本原理、程序設計方法及微機接口應用的基本方法，讓學生能夠更熟練的使用計算機軟、硬件技術應對一些問題，這樣，以后便能夠更好地在微型計算機系統的設計和應用上發揮他們的潛力[2-3]。這一課程中有許多知識點，軟硬件都很重要，在理論性、實踐性與應用性上都是比較出眾的。
由于“微機原理與接口技術”課程的特點，使得現在的“教”與“學”中出現“老師難教，學生難學”的情況比較普遍。造成這種現象的眾多因素中，其一是此課程內容龐雜，涉及的一些概念非常難懂[4]，實踐性很強，要具備比較高的實踐能力；其二是匯編語言要具備很強的邏輯性，對邏輯推理能力的要求比較高，學生常常會感到不知所措；其三是那些缺少對數據結構、程序算法進行系統學習的非計算機專業學生，對不少的硬件原理基本上理解不了，又不知道怎樣才能將其與自己熟悉的專業領域聯系起來，致使他們非常困惑。機械專業的學生普遍覺得不好學，因而，使學生對該門課程的學習沒有什么興趣。因此使這門課程在很難在機械專業中開展教學與實踐。同時，現在新修改的教學計劃中課時變少了，教學的內容卻大大增加了。僅僅是書本內容學生都很難理解透徹，在課程中更是缺少培養學生能力方面的要求，于是導致當前在“微機原理與接口技術”課程時只是傳授知識，跟專業的鏈接不夠，沒能很好的培養他們的能力。
2 機械專業“微機原理與接口技術”課程中能力的培養
我已教了6年的“微機原理與接口技術”課程，開始的兩年內也曾一直面對這種“老師難教，學生難學”的情況，經過與資歷較深的老師的溝通以及他們對我的指導，再加上與學生的不斷交流，對各個機械專業學生進行了認真分析后，為培養學生的工程能力，不斷開發他們的創新能力，從課堂和實踐兩個環節提出了一些課程改革的方法。
2.1 抓課堂，重基礎，培養工程能力
課堂是重點，基礎是關鍵。要把課堂時間利用好，基礎知識要講的清晰明了，講解難點時，可以結合工程中的一些實際案例，邊對這些實際案進行分析邊引導學生獨立思考，開動腦筋，尋找合適的解決問題的方法。例如講解進位標志，為了使學生更對此更有興趣，可以先對他們講述一下歷史上首部計算機——17世紀帕斯卡發明的機械式加法器，一點一點的引導學生，讓他們能夠通過自己熟悉的機械知識去理解它的工作原理，以及它是怎樣進位的等等。這些完全是機械專業的語言，學生在面對這些問題時，興趣都比較濃厚。
在有限的課堂時間內，各個方面都講得很全面是不太可能的，撒大網，要重基礎，抓重點，通過這些重點與難點讓學生深入思考工程問題，然后能夠很好的運用工程分析的思路去理解重點與難點。尋址一節要用到微機中最基本的工作方式，且與存儲器、接口的息息相關，教材涉及了尋址分類、段超越、存取操作數等很多內容。知識點比較多，涉及的方面比較雜亂，學生很難理解。課堂中可充分運用“通過地址找數據”這一點，把“地址”看成“倉庫”，把“數據”看成需要加工的“零件”。分別讓每個學生去“倉庫”取“零件”，有可能發現許多不一樣的路徑，這些不盡相同的路徑就是不同的“尋址方式”。這樣，將學生熟悉的環境合理的運用到專業領域中，不僅可以把那些看起來沒有頭緒的難點理清，同時又可以讓學生在一種輕松自如的環境中更好地把握重點與難點。
要想使學生的工程分析能力在課堂上得到明顯的改善，就要充分認識到如何將課程與專業有機的結合起來。具體來講，以課程內容為基礎，更好地學習專業知識，反之，再用專業知識來完善課程內容。下面我們來研究一下可編程定時計數器8254及其作用，學生在自身機械行業知識的指導下，以此為基礎進行思考，電動機為大部分的機械裝置帶來了能量，電動機主軸轉動的非常快，相比較而言，外部機械在運行上則不那么快，而是比較慢，怎樣讓他們很好地配合起來，大部分學生認為是減速器。實際上，定時計數器8254的作用就相當于“減速器”，就是將CPU的頻率降低到所需要的各種級別以便各種應用。
2.2 放實踐，開思維，培養創新能力
“微機原理與接口技術”算是一門專業基礎課，它的實踐性很強。若想不斷增加學生對該課程知識的理解與能力的培養，不僅要認識到理論教學的重要性，還要將實踐教學環節擺到一定的高度。通過實踐教學，讓學生獨立應對各種問題，并找到合理的解決辦法。這樣，使生的思維更活躍，可不斷提高他們的創新能力。
“微機原理與接口技術”課程在實踐教學中主要包括驗證性、設計性和綜合性三個層次。
驗證性實踐環節與教學的內容聯系的非常緊密，能使學生更好地認識編譯環境，對基本的指令能夠達到某種熟練的程度。通過這部分的練習，在熟悉了某些相關指令是如何應用的同時，還使學生的思維更活躍。
設計性實踐環節主要是組合一些簡單的單一功能程序或某些單元模塊，構成比較復雜的程序或接口電路。通過這一環節的學習，不僅可以鞏固學生的基礎知識，還能不斷挖掘學生的深層潛力。
綜合性實踐環節要充分考慮到工程實際，在系統設計、組裝與調試方面不斷培養學生具有更高的能力，讓學生能夠更好地把握系統和整機概念，最大程度的運用他們的創造力，讓學生不斷的提高創新意識。在這一環節中，充分運用機械測試技術中的熱電偶對溫度的測量，在匯編語言編譯的輔助下，操作8255A、8259A等可編程芯片，并且在這一環節中能夠充分體現接口技術的有效作用。
3 結束語
“微機原理與接口技術”課程實踐性強，理論復雜。認真做好“微機原理與接口技術”課程的教學，并在此基礎之上綜合考慮到機械專業的各個不同方面，讓學生不斷的提高工程分析能力，不斷開發他們的創新思維。兩年的課程改革后，課堂氣氛不再那么沉悶了，越來越活躍，學生更有興趣學習該課程。學生都覺得在理論和實踐上有很大的提高，不僅收獲了課本上的理論知識，而且使他們具備了更夠水平的工程分析能力，與此同時，也進一步提升了學生的創新思維。創造了高質量的課程教學。當然，要更好地通過課程改革來培養學生能力并不是件簡單的事情，需建立一個更加完善的、合理的能力培養體系。
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基金項目：湖南省“十二五”重點建設學科資助([XJF2011]76)
關鍵詞：成人教育；機械原理；精品課程；課程改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）30-0207-03
一、簡介
機械原理是以高等數學、機械制圖、理論力學及普通物理等先修課程為基礎，并為學習機械設計和有關機械類專業課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有擬定機械系統方案、分析和設計機構的能力。機械原理課程理論性較強，且各章節相對較獨立，內容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精的原則，不強調面面俱到，知識點要淺些，寬廣度需適應成人教育的特點。成人教育具有和普通高等教育不一樣的特點，主要體現在個體差異大，知識結構參差不齊，整體水平不高；一般年齡偏大，工作和家庭負擔重，工作忙碌，學習時間難保證；原有的知識結構不適應目前所從事的工作，需要提高自身的專業素質；隨著年齡的增長，成人的理解力增強，記憶力較差，但是成人學員大多為一線工作人員，實踐經驗豐富，對與現場聯系較密切的教學內容及實踐興趣極高。近年來入學的成人學生的年齡有不斷減小的趨勢，其記憶力方面較強，但在實踐經驗方面略有欠缺。國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。成人機械原理精品課程建設的目的是針對成人教育的特點，從教學隊伍建設、教學內容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結合、課程建設全面規劃等方面進行努力和發展，使成人的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。
二、課程建設方法
根據精品課程建設的要求，并結合我校自身的發展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：
1.面向工程應用的課程設置。機械原理是機械類專業的一門重要的專業基礎課，在整個專業培養和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門中間課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環節，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。隨著各高校的擴招，年輕教師越來越多，而且具有博碩士學位的比例越來越高。但目前的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經驗，工程化的師資隊伍建設成為時展的需求。結合國家級“河海大學-寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的學習經歷，在學生進駐企業的同時，各指導教師全程陪同，參與企業的項目建設。建立各學習模塊，為各模塊配備校內導師和企業教師，企業導師負責實踐教育，校內導師負責理論教育，相互學習，既提高了校內導師的實踐能力，也為企業帶去了較高的理論分析水平。而為了提高課堂教學時課程的工程應用比例，還借鑒了蚌埠學院的相關做法，如：（1）優先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業內高級技術人員做校外兼職導師；（2）集合學院乃至校區的力量，積極參與常州市及周邊地區的建設，增強校企聯合；（3）鼓勵專利、產學研結合和技術服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。
2.課程實施條件。在課程的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規劃、教學條件保障等方面進行：（1）主講教師。從機械原理的教學人員構成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上。年齡從35歲到50歲，結構合理，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在成人以及本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經驗。全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現的問題及時處理和分析。（2）教材規劃。理論課教學選用了由清華大學出版、申永勝編著的普通高等教育“十五”國家級規劃教材《機械原理教程》。該教材配有習題集可有效提供成人學生自主學習和研究性學習的資料。精品課程建設中，教材規劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網絡課程、試題庫等。該教材的建設與整個機械原理課程內容、體系的改革相結合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理的教學水平。（3）教學保障。成人的機械原理教育依托于本科教學環節，能夠使課程教學的教學條件得到充分保障。學院經過二十多年的建設，教學設備先進，教學設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、機電工程學院實驗中心和河海大學常州校區工程訓練中心，機械基礎省級實驗教學示范中心2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構運動簡圖測繪；齒輪參數測量和范成實驗；機構運動拼接實驗；機構運動參數實驗。目前實驗課程主要對本科生開設，對于成人教育正逐步開展進行。（4）網絡化教學。針對成人學生的上課時間較難保證、課時緊等問題，要鼓勵學生能夠充分利用課余時間，因此建設好機械原理課程的網絡資源是十分重要的。我校機械原理的精品課程網站內容主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網站中還有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時和老師溝通和聯系。
3.課程評價體系。課程評價圍繞課程培養目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現和出勤率等，力求評價方式的多樣化[5]。單純的期末考試不能完全反映出一個學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式如課后作業、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據我校成人教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式，使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態分布。
4.課程改革與創新。機械原理課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產和生活中實際的機構和機器，并且研究對象都是具有確定運動的機構。因此學習方法也要與之相適應，在學習過程中，尤其應注意理論知識與實踐應用相結合、機構運動簡圖與具體實物相結合、機構的靜態分析與動態分析相結合、形象思維與邏輯思維相結合。機械原理的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創新改革，探索適合成人學生學習的課程體系和教學方式，培養學生的學習興趣、創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。（1）教學內容的創新。針對成人教育中學生的理論學習時間少而又急需提高應用能力的學習特點和需求，機械原理課堂教學的主要內容為：機械運動方案選型設計、機構運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計。此外還要重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容，注重激勵學生的學習欲望，調動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創新等。如近年來國家以及省級組織的大學生創新訓練計劃，在創新競賽的過程中提高了學生的創新意識，學生得到了實踐鍛煉的機會、開闊了眼界。（2）教學方法的創新。機械原理教學方法配合教學內容的改革，加強與學生的互動，要將以教師為主的“灌輸式”教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變，讓學生從被動學習轉變為主動學習，真正成為教學活動的主體。鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程的學習。例如在很多章節中涉及到圖形法可以采用AutoCAD軟件來分析和設計，可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。如圖2所示為圖解法分析凸輪機構的相關參數。在解析法中可以結合matlab軟件教學，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構的運動學和動力學分析。如圖3所示，某曲柄搖桿機構中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度圖形。（3）教學手段的創新。在教學手段上，著重培養學生對機械系統的整體認識，課程重點突出，難點得到有效分析，課堂教學過程吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟迪學生的思考、聯想。加強學生對所學基礎理論的理解。培養學生應用所學過的知識，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，努力激發學生學習興趣和提高教學效果。多媒體課件中除了課程的文字性內容外，主要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業內各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理課程中有關結構分析、運動分析、力學分析等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。
三、總結歸納
機械原理課程在機械類成人教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強成人機械原理的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創新等方面采取不同的措施和方法，可提高成人的教育教學質量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理中的相關基礎知識和內容，為機械類的后續課程的學習打下良好的基礎。
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關鍵詞：機械原理；系統化；多樣化創新性設計；實踐性
作者簡介：張莉潔（1976-），女，河南洛陽人，洛陽理工學院機械工程系，講師。（河南 洛陽 471023）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）14-0120-02
機械系統的設計是機械設計中極其重要的一環，機械系統設計的正確合理性，對提高機械的性能和質量，降低制造成本與維護費用等影響很大，決定著機器性能的好壞。機械系統方案設計是一項極富創造性的活動，要求設計者善于運用和總結已有知識和實踐經驗，深入理解，廣泛積累，收集相關技術資料，充分發揮創造性思維和想象能力，靈活運用各種設計方法和技巧，從而設計出新穎、靈巧、高效的機械系統。
作為“機械原理”課程的一個重要實踐性教學環節，機械原理課程設計的內容正是對機器進行機械系統方案設計。它是學生將所學知識轉化為實際工作能力的橋梁，使其將所學知識系統化；使理論與工程實際相結合，提高分析解決工程實際問題的能力，樹立機構分析和設計的概念，樹立正確的工程設計觀點；通過創造意識的教育，培養學生創造、實踐能力。根據近年來對課程設計實踐教學環節的深入探索及積累的經驗，本著洛陽理工學院提出的培養工程應用型創新人才的教育理念，筆者總結了學生在進行課程設計時出現的普遍問題，針對機械原理課程設計的培養目標，本文從機械系統設計過程的系統化、實踐性及創新性這三個方面對原有教學模式存在的問題加以提出、探討和論述。
一、機械原理課程設計教學內容及存在的問題
“機械原理”課程設計的核心內容是對機械系統進行方案設計。其一般設計步驟為：擬定機械工作原理，制訂總體功能，提出設計要求；執行構件和原動機的運動設計，確定執行構件的數目、運動形式、運動參數及運動協調配合關系；機構選型，選擇滿足機械運動、動力要求的機構類型，確定機械系統結構方案，繪制系統示意圖；機構的尺寸綜合，根據執行構件和原動機的運動參數，以及各執行構件運動的協調配合要求，確定各構件的運動尺寸，繪制機構運動簡圖；方案分析，進行運動學和動力學分析，對系統方案合理性進行論證，驗證其能否滿足運動要求。機械系統設計工作是一項創造性勞動，設計過程通常不會一次性完成，經常出現反復和交叉，通過不斷論證分析的過程才能達到最終的設計目的和最優的設計要求。
根據近年來“機械原理”課程的理論教學，結合課程設計實踐環節指導經驗，筆者發現學生在機械系統設計中，普遍存在如下問題：面對復雜的機械系統，學生在初始確定機械方案的工作中不能把握全局，沒有“整體規劃”的概念，竟不考慮機械系統各部分的運動協調性和機構運動實現的可行性，設計工作呈現照貓畫虎的狀況，無法發揮自身主觀能動性和創造能力，如此“參考設計”并不利于學生真正掌握機械系統設計的精髓。另外，原有課程設計所選設計題目大都集中于傳統、經典式的機床類設計，題目過于單一，創新設計性體現不強，導致學生缺乏設計興趣。
筆者認為在課程設計過程中應積極發揮學生的主觀能動性，能夠通過思考自行提出解決方案，培養創新和實踐能力，這才是該課程設計所應達到的教學目的，針對以上培養目標和所述問題，本文分別對課程設計進行中的重要環節和應注意的問題加以探討和論述。
二、系統化、實踐性及創新性教學探索
1.總體規劃，把握正確設計方向
機械系統的正常工作是依靠各部分機構的協調運動來實現的，因此機械系統方案設計的最初工作階段應是“系統工程設計”，即應在滿足機器各執行構件的協調運動關系和運動、動力要求下，高屋建瓴地進行整體規劃，該階段應包括上節所述設計步驟的前三步。“系統工程設計”階段將為之后各設計階段提供設計目標、依據和技術參數，其重要性正如房屋的架構或是汽車的運行，決定了機械系統方案設計工作成功與否及方案的可實現性與合理性。
然而，“系統工程設計”工作正是學生在設計過程中遇到的最大困難，其不愿運用邏輯思維統籌分析各部分運動協調關系和機構運動的合理性，而是莽撞地從熟知的局部機構入手開始設計，如此毫無方向性的設計方法無異于盲人摸象，而后的工作無論進行得多細致也無法保證正確的設計結果，最終導致南轅北轍的失敗。
進行“系統工程設計”的關鍵步驟是繪制各執行機構的運動工作循環圖。運動工作循環圖使各執行部分協調運動關系明晰可見，更有助于設計者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標系中分別做出各執行構件所對應原動件在一個工作循環內的運動位移曲線以及對應的阻力曲線，該曲線將為之后的機構設計、運動和受力分析提供必要的設計技術參數。
以牛頭刨床機構舉例分析，該機器有兩個相互協調的執行端運動，其一為刨頭的往復直線運動，通過電機、減速裝置及轉動導桿和曲柄滑塊機構的組合執行機構來實現；另一個運動是工作臺的橫向進給運動，該運動由主運動通過傳動系統，而后通過曲柄連桿、棘輪機構及絲杠螺母組成的螺旋運動來實現，兩者的運動協調關系為工作臺的橫向進給運動必須在刨頭非切削時間內進行，否則被加工工件將被損壞。繪制運動循環圖時應分別畫出刨頭、工作臺對應于原動件曲柄轉角轉動一周的位移曲線圖。另外，其工作中切削阻力曲線也應相應繪出，為之后在任意位置進行受力分析時提供相應數據。
運動循環圖將對之后各階段提出一系列設計要求，如工作臺進給的間歇運動是最終通過棘輪機構實現的。若通過曲柄搖桿機構來實現主動曲柄和棘輪的運動傳遞，則應考慮如何設計曲柄連桿機構，才能保證棘輪的工作行程（撥齒使工作臺進給）位于刨頭主運動的回程段，且工作周期一致。以上運動協調性為之后進行機構尺寸綜合提出了設計要求，通過分析可將其轉化為機構設計的三大類基本問題來解決。
2.開展實踐調查研究，鍛煉自主研究能力
由于理論學習占授課的主要部分，許多學生對實際機器缺乏感性認識，只會按既定方案進行教條設計，如此閉門造車的設計狀態使學生缺乏設計興趣，且設計出來的方案也是紙上談兵，不符合實際。
優秀的機械系統設計工作依賴于設計者的豐富經驗，針對專業知識匱乏，實踐少的問題，在進行課程設計前的準備工作中應提出以下要求：開展實踐調查研究，鍛煉學生自主收集獲取相關技術資料及深入自主研究的能力。鼓勵學生廣泛閱讀，擴展知識面，了解最先進的機械構造和設計技術，對機械系統的豐富性能窺得一斑。生活中先進機械系統實例舉不勝舉，如汽車構造中實現前車輪轉向的機構、四連桿獨立懸架直線機構等等，都是極具創意且包含先進設計思想理念的設計實例。
獲得實踐的方式很多，如實地參觀考察，聽現場工人師傅講解；圖書館、網絡技術資源也能夠感受到一個豐富精彩的機械世界。通過實踐，再與所學理論知識相結合，學生再一次經過了由感性上升到理性的認識過程，掌握了課本知識與實際機器的內在聯系，在設計時更易發揮其主觀能動性。在補充專業知識的過程中，領略前輩們的智慧和創新精神，想必也一定會激發學生自主設計的欲望與熱情。
3.擬定多樣化、創新型設計題目，啟發創新思維
目前現有傳統的經典式機械系統設計題目通常是一些僅要求滿足急回特性和一定協調運動的機床類設計，這類設計題目多數較為成熟，設計難度不小，而類型過于單一，創意思考空間并不大，無法體現機械系統的豐富性。而實際機械系統的功能和設計要求是極其多樣化的，學生在進行課程設計中卻始終沒有機會接觸到這些，無法感受到機械系統設計的豐富多樣性和創新趣味性，更無法為學生帶來創新設計成功后的成就感和喜悅感，更甚者學生直接照搬照抄，比葫蘆畫瓢。
筆者認為，針對初學的學生擬定機械系統題目不宜太過復雜，而在于有思考性和設計意義。只要有創新和分析價值，能激發起學生創新設計的欲望，這樣的題目即可獲得事半功倍的效果。隨著不斷完善的教學體系發展，多樣化、創新性設計題目應有所呈現，而這些題目能使學生充分利用所學之術，鍛煉分析判斷能力和解決實際問題的能力。
舉例來說，機械系統中執行機構通常是由一些簡單而極富創意設計的四連桿機構來實現的，如從這方面選題，就應要求學生在完成設計的過程中要使設計既不過分復雜，同時又能讓人感受到機械系統的設計理念。在此舉出以下實例加以說明。
如讓學生進行汽車前車輪轉向系統的設計。首先向學生提出以下問題：兩前輪轉向時，兩車輪的轉角是否相等；然后分析問題：汽車高速行駛時首先要保證行駛的安全性，因此車輪轉向時應保證整車純滾動，否則將會出現打滑的危險。由此得到結論：前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點，由幾何分析得到兩車輪轉角具有一定的函數關系。該機構可由等腰梯形四連桿機構來實現，其設計問題可歸納為給定兩連架桿位置的函數生成問題。該問題可分別采用圖解法和解析法來進行求解。
再有，鶴式起重機的執行機構為雙搖桿機構，其末端利用連桿的運動來實現重物的移動。問題看似簡單，但其設計卻有一定的特殊功能要求。為保證起重機在左右移動時不上下起伏，避免不必要的做功浪費，應保證連桿末端軌跡為直線，該問題正歸納為連桿機構設計的難點――軌跡生成問題。設計時可首先讓學生了解經典的直線軌跡機構，可采用圖解法先進行幾何特征分析，然后再利用優化設計來建立數學模型，以與直線軌跡誤差最小作為優化目標進行針對性設計。
通過以上所舉實例可知，實際機械系統中有很多亟待解決和優化的問題都依賴于機械系統方案設計。諸如此類具有一定不確定性的設計問題，讓學生真正感受和接觸到實際問題的存在，即使在設計過程中的思考和思維過程很艱難，解決問題時會感到困苦，但收獲成果的喜悅是無法替代的。整個設計過程是伴隨著激情和設計靈感的創造性活動，而不再是一項繁瑣枯燥的事情，使機械系統創新設計理念深入人心。
三、總結
綜上所述，通過創新性、實踐性的課程設計過程，使學生對機械系統的設計理念有所感悟，使學生更好地在創造實踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉，真正達“機械原理”課程設計實踐教學的目的。同時，也對學生今后進一步深入研究并確定其研究方向和領域大有裨益，起著導向作用。期待在今后的機械原理課程設計中將出現更多豐富的創新實踐性題目和先進的設計理念，培養出優秀的應用型創新人才，以適應我國科學技術及工程創新的發展。
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關鍵詞：機械原理；創新能力；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）33-0054-02
機械原理是機械類學生的主干專業基礎課程，它具有豐富的基礎理論和一定的工程實踐知識，培養學生如何利用這些基礎理論來解決工程實際問題，培養學生的綜合設計能力和創新能力。由于該門課程的實踐性較強，需要學生具有一定的工程實踐經驗，而目前學生普遍地存在著實踐能力差，經驗少，對機械的感性認識不足的現象。這就要求采用某種手段與方法，在課堂教學中逐漸滲透，在實際應用來提高教學質量。本文主要探討應用提高機械原理教學質量和創新能力培養。
一、提高機械原理教學質量的改進方法
1.機械原理課程是研究機構的結構、組成、運動和機器動力學等內容的專業基礎課程。由于當前的大學生生活實踐能力弱，動手能力不足，對機構及機器等現代化設備缺乏足夠認識，所以對機構的運動簡圖與實際機器的理解較難，特別是機構的具體運動機組成上，對缺乏立體感的同軸都構件情況更難理解。在教學方法上，應主要采用如下激勵學生的方法：①采用啟發式教學。結合機構的三維模型講解機構組成及運動，培養學生對機構或機器的理解，提高創新意識。②采用師生互動，類比等教學方法，激發學生的創造性思維。讓學生講解生產生活中曾經遇到過的機器或機構。
2.在教學手段上采取新老教學手段相結合的方式。①采用先進的數字化教學形式。應用三維實體造型軟件，例如Solidworks、Adams、動畫編輯軟件以及實踐動作的視頻技術，使各構件的運動變化及運動形式形象地顯示出來，使原來二維的抽象問題直觀化、形象化，有利于認知深化，激發了學生的學習興趣，很生動地突破了教學重點、難點，提高了教學質量。另外，在這一階段采用與學生軟件操作上的互動的方式，使學生了解軟件建模技術，逐步掌握并運用軟件建立模型，完成部分課后作業，深刻認識機構的傳動特點。②保留傳統的板書講解。媒體講解方式固然使學生能夠形象地理解抽象問題，但在關鍵問題的講解與剖析，特別是具體方法的實現、公式的推導等方面顯示出了嚴重的不足。多媒體教學提高了教學效率，但在方法及公式的推導上講解過快，未給同學留出思考時間。所以在教學手段上，要兩手抓，兩手還要配合默契，從而達到事半功倍的效果。
二、創新意識的培養與鍛煉
“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力”。作為培養人才的基地，各高校對學生創新能力及創新意識的培養高度重視。因此，在教學中不僅要使學生具備堅實的原理基礎知識，還要重視鍛煉學生的工程實踐能力，培養學生的創新意識和創新能力。具體方法和措施如下。
1.以競賽為引導，課堂上努力聯系實際講解各種創新實踐。積極開展和承辦各種機械創新大賽，例如國家機械創新大賽、省機械創新大賽、校級機械創新大賽，使學生在競賽中鍛煉交流，有意識地更新和夯實基礎知識，培養學生的自主意識。組織教師對其設計的項目進行評價，從而活躍學術氛圍。在課堂上也要盡可能地結合創新大賽作品開展學術交流活動。結合典型的創新案例，分析創新亮點，講解創新實例，進行小組討論，培養學生的創新能力的同時，也培養學生的團隊合作精神。
2.作業形式創新，以創新意識創新能力來評判作業。努力改革作業模式，盡量不留固定模式作業，標準答案作業。留以小組調研及創新為目的的培養學生研究興趣的作業。例如，根據中央空調系統的管道污染嚴重，提出清污措施及具體機構；根據汶川地震的嚴重災害，設計機構可以減小傷害或幫助救援；等等。類似的題目不僅鍛煉了學生的設計能力，而且使學生更關注周邊環境，關注我們的社會，從而幫助學生建立起關愛社會、為社會服務的大局觀、世界觀。更可貴的是，學生可以更加清醒地認識到自己所學知識如何用，有多大用處，從而建立自信，產生興趣，使創新能力及水平逐步提高。
3.硬件措施與組織結構。在現有的開放性的機械原理實驗室的基礎上，我校建成了一個開放的機構創新設計實驗室。該實驗室具有小型加工與裝配設備，學生能夠利用簡單設備加工并裝配自己設計的簡單的機構模型，使設計更直觀化，同時也有助于后續課程的學習。組建面向學校學生的機械創新俱樂部、學生機械設計小組，充分發揮團隊作用。課堂上，教師進行創新范例講解，課后師生互動，并指導學生學習有關設計軟件并在計算機上進行創新設計。實踐證明，只有學生理解和參與了整個實踐過程，才能使創新能力有質的提高。
三、虛擬樣機技術在教學與創新中的應用
ADAMS是一款動力學仿真軟件可以快速方便地創建完全參數化的機械系統幾何模型，并進行運動和動力學仿真，而且運動真實形象，學生易于掌握，使學生有更充足的時間進行方案，培養創新能力。ADAMS軟件與機械原理課程緊密相連，給軟件注重的原理及參數分析，而不用更多的去設計零件的具體形狀，完全可以只設計出適當的構件、適當的尺寸參數，就可以建立起模型，對學生理解機構的組成、運動及動力有很大幫助。在上課過程中適當講解虛擬樣機的設計過程，而不僅僅局限在講解整個機構，逐漸讓學生掌握或初步掌握該軟件，并可以利用該軟件完成課后作業，制作動畫及設計參數。并在課程設計階段完成整體機構的設計。在大賽中應用虛擬樣機技術來設計機構方案，分析機構合成運動，通過在ADAMS軟件下的動力學仿真，可以清楚地看到各個構件運動特性及效果，便于更改設計方案，特別是尺寸綜合，在虛擬環境下模擬機構的運動，直到滿足運動要求。這樣可以在很短時間內且不浪費材料制作樣機的前提下，獲得最佳的設計方案，提高效率的同時培養了學生應用知識能力，創新能力和分析能力，提高了學生培養質量。
通過教學討論與工程實踐，在利用機械原理教學平臺及創新實驗室培養學生創新能力方面我們獲得了一些成功的經驗，取得了一定的效果。而培養學生的創新能力是一項長期的系統工程，特別是當前大學生普遍存在著實踐能力弱、動手能力差的特點，這就需要老師與學生的良好互動與配合，堅持理論聯系實際，應用現代化的教學手段方法及技術提高學生的培養質量。在教學過程中將傳統方法與新方法結合，傳統設計與虛擬樣機技術相結合，課堂教學與創新大賽相結合，創新能力培養與實踐能力訓練相結合，走一條綜合教學與培養的改革創新之路。
參考文獻：
