時間：2023-09-18 17:32:59
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(jī)械原理與設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
一、引言
從18世紀(jì)以來，機(jī)器逐步代替人力勞動，用于做功或轉(zhuǎn)換能量。做功的機(jī)器不僅大大提高了勞動生產(chǎn)率，而且很好地保證和提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。由于機(jī)器實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)換，人們發(fā)明了多種多樣的工作機(jī)械，提高了人類的生產(chǎn)水平，改善了自己的生活條件。機(jī)器的設(shè)計(jì)是由具體的機(jī)構(gòu)物化為實(shí)體的產(chǎn)品，以提供用戶所要求的使用功能。因此，機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)“勤于學(xué)習(xí)、善于思考、勇于探索、敏于創(chuàng)新”，以偉大的接納之胸懷學(xué)習(xí)前人成果，并以開拓的精神實(shí)現(xiàn)偉大的創(chuàng)造。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是具體案例的機(jī)械堆砌，而是有其內(nèi)在的知識基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)的方法和物理原理。本文擬從機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原理兩個方面，討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)在知識和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的基本途徑，但本文不討論機(jī)械制造工藝性對機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求。
二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。從現(xiàn)代科學(xué)誕生以來，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)已有300年的歷史。機(jī)械的連接結(jié)構(gòu)、傳動結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)等已經(jīng)積淀有汗牛充棟的實(shí)踐案例，但如何掌握這些案例的基本原理和設(shè)計(jì)方法，而不是記憶這些案例的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如車床，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考前人的設(shè)計(jì)圖紙，這對于提高設(shè)計(jì)效率，汲取前人經(jīng)驗(yàn)、避免犯前人的錯誤具有實(shí)際意義。通過借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，可以吸收他人的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方法，同時也拓寬了自己的設(shè)計(jì)思路。隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)和搜索方式的更新，對他人的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)將更加方便。經(jīng)驗(yàn)知識是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的寶貴財(cái)富，也是公司的知識資產(chǎn)。通過對國內(nèi)外同類型專利知識的學(xué)習(xí)，也是一條提升自己結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力的途徑。另一方面，要注意避免侵犯他人的知識產(chǎn)權(quán)。“古人傳下來的學(xué)問，就是裝在船里的貨物。現(xiàn)在的新潮流、新趨勢，就是行船的風(fēng)。”在學(xué)習(xí)他人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者應(yīng)有自己的革新與發(fā)明、自己的創(chuàng)造。
2.理論設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論方法，討論的是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理性方法，具體的有：模塊化和組合化設(shè)計(jì)、復(fù)合化設(shè)計(jì)、分級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、載荷均布性設(shè)計(jì)和變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)可靠性和概率設(shè)計(jì)等方面的發(fā)展和具體應(yīng)用，機(jī)械結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)方法也在不斷的推陳出新。模塊化和組合化設(shè)計(jì)。一臺機(jī)器總體是由提供不同功能的結(jié)構(gòu)單元有機(jī)的組合而成，因此模塊化的以及模塊之間的組合化就是早期的方法之一。在復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)和設(shè)備中，模塊化和組合化的設(shè)計(jì)理念是有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時也是機(jī)械制造的方法之一。例如，組合航空母艦的設(shè)計(jì)概念；我國的組合化機(jī)床的設(shè)計(jì)在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)取得了很大的成功。模塊化和組合化，一般是按功能單元、結(jié)構(gòu)單元來劃分模塊，然后組合起來成為一臺機(jī)器。復(fù)合化設(shè)計(jì)。復(fù)合化的基本特點(diǎn)就是將兩個或兩個以上的功能零件組合成一個部件或構(gòu)件來設(shè)計(jì)，其功能可以是運(yùn)動功能、承載功能等。例如，組合凸輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是將兩個凸輪設(shè)計(jì)成一個零件；一根連桿在組合結(jié)構(gòu)中同時作為兩個或兩個以上機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件。復(fù)合化方法可以降低機(jī)械的制造成本、減輕機(jī)器的重量、縮小機(jī)器的尺寸和降低產(chǎn)品的成本。分級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（層次化設(shè)計(jì)）。復(fù)雜的制造設(shè)備是由分級的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，大功能層次的結(jié)構(gòu)是由若干個分功能結(jié)構(gòu)組成。層次化不僅是功能樹結(jié)構(gòu)的要求，而且也是制造工藝對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。例如，床頭箱由多個輪系組成，而每個輪系又由次一層次的系統(tǒng)組成。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，例如組合挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)，集推土機(jī)和挖掘機(jī)的功能在一起，而共用一個動力系統(tǒng)，在執(zhí)行系統(tǒng)處分開。層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在構(gòu)想分級結(jié)構(gòu)階段，能夠幫助設(shè)計(jì)者厘清思路，從而找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，集中解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。載荷均布性設(shè)計(jì)。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，希望載荷分布均勻，充分發(fā)揮材料的機(jī)械力學(xué)性能或者取得降低最大載荷的目的。例如，修形齒輪的設(shè)計(jì)、對數(shù)滾子的設(shè)計(jì)，為了取得接觸應(yīng)力的均布，從而修形零件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)也體現(xiàn)了載荷均布性的設(shè)計(jì)理念，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)來看只需一只行星齒輪；然而從受力平衡、承載能力和提高齒面的抗磨損來說，三只行星齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更好。變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新常常采用變結(jié)構(gòu)的方法，變結(jié)構(gòu)可以改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能，例如，非圓連接形式的成形連接、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?yōu)檗D(zhuǎn)動導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。變結(jié)構(gòu)可以改變實(shí)現(xiàn)功能的形式，例如徑向柱塞泵和軸向柱塞泵的設(shè)計(jì)。變結(jié)構(gòu)也可以降低機(jī)器的設(shè)計(jì)成本，例如利用死點(diǎn)的桌面支承設(shè)計(jì)。
3.模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)。相似模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)。基于機(jī)器物理模型的相似，運(yùn)用相似科學(xué)理論，對于大型的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)分析，獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性、并預(yù)測機(jī)器的工作性能。模型相似的設(shè)計(jì)方法已在工程領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用，例如大型水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過制造大型水輪機(jī)組的模型，測試試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ぷ餍阅芤约捌淇煽啃缘戎笜?biāo)，優(yōu)化水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法不是一成不變的，而是隨著人們的發(fā)明和新的科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)，在日新月異地發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時對前人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行革新。
三、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理
機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必然要依據(jù)技術(shù)科學(xué)的原理，例如：理論力學(xué)原理、材料力學(xué)原理、彈性力學(xué)原理、疲勞力學(xué)原理、流體力學(xué)原理、熱力學(xué)原理、摩擦學(xué)原理、聲學(xué)原理、智能原理和一切可能的新物理原理。這里討論以上各種原理在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以期總結(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常用原理，討論機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理在今后結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的可能性。理論力學(xué)原理。理論力學(xué)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，對于機(jī)器的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，得到的結(jié)構(gòu)必然反映到機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中來。例如，軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)的設(shè)計(jì)，其動力學(xué)及其穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，要求修改軸承的設(shè)計(jì)和軸的剛度設(shè)計(jì)。材料力學(xué)原理。機(jī)械零件的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)是基于材料力學(xué)理論的，強(qiáng)度或剛度不足時，就需要修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，齒輪輪齒接觸強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，當(dāng)齒面接觸強(qiáng)度不足時就要求增大小齒輪的分度圓直徑；當(dāng)齒根彎曲強(qiáng)度不夠時就要求增大齒輪的模數(shù)。彈性力學(xué)原理。彈性力學(xué)分析是零件應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算的基礎(chǔ)，例如滾動軸承中滾子修形的設(shè)計(jì)，基于彈性力學(xué)的接觸分析，確定滾子的修形曲線和修形量。在機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，常常用到彈性力學(xué)理論。疲勞力學(xué)原理。機(jī)械零件上的機(jī)械載荷在工作過程中常常是變動的，例如汽車中的軸、軸承和齒輪上的載荷都是變化的，這種變化的載荷具有一定的統(tǒng)計(jì)特征。變載荷下軸和滾動軸承的疲勞壽命設(shè)計(jì)等工程內(nèi)容，已經(jīng)發(fā)展成機(jī)械零件的概率設(shè)計(jì)。
為了更精確地設(shè)計(jì)機(jī)械零部件，疲勞力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會得到越來越多的應(yīng)用。流體力學(xué)原理。流體傳動和動靜壓軸承等的設(shè)計(jì)是依據(jù)流體力學(xué)原理的，流體力學(xué)也是機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的基本原理之一。例如靜壓導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、動壓滑動軸承的設(shè)計(jì)，要依據(jù)流體的質(zhì)量守恒定律、平衡原理等，優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果要求修改導(dǎo)軌或軸承的結(jié)構(gòu)型式和尺寸參數(shù)。熱學(xué)原理。熱力學(xué)和傳熱學(xué)在機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)中有很廣泛的應(yīng)用，導(dǎo)軌的熱精度設(shè)計(jì)、齒輪和滾動軸承的膠合分析、隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等。摩擦學(xué)原理。耐磨或加快磨損是摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的核心，例如圓錐銷的設(shè)計(jì)、組合螺母的設(shè)計(jì)，就是為了補(bǔ)償零件的磨損，使得零件在磨損后仍能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的功能。磨削和拋光制造工藝是利用零件磨損的加工方法。聲學(xué)原理。在機(jī)械系統(tǒng)的噪聲分析和研究中，依據(jù)物理聲學(xué)的原理及其分析方法，得到噪聲的頻譜和功率譜等分析結(jié)果，以指導(dǎo)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，例如低噪聲滾動軸承的設(shè)計(jì)。今后，可以考慮利用機(jī)械噪聲來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如聲爆彈的設(shè)計(jì)、信號中噪聲信息干擾的設(shè)計(jì)等。智能原理。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理將向智能化、生物化的方向發(fā)展。隨著智能技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械結(jié)構(gòu)具有靈敏的智能功能。測試技術(shù)、控制理論和信息論是機(jī)械結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
例如模糊智能控制的洗衣機(jī)和電冰箱的設(shè)計(jì)，控制單元具有模糊邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)對工作過程的智能控制，達(dá)到省電節(jié)能的目的。新的物理原理應(yīng)用。超導(dǎo)原理用于超導(dǎo)軸承和導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，可以提高電磁軸承和電磁導(dǎo)軌的性能。含有納米顆粒的劑的設(shè)計(jì)可以提高摩擦副的抗膠合能力。石墨稀等新的材料的制備也會為機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更多的選擇，其高剛度的特性也會在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。今后，生物化的結(jié)構(gòu)與環(huán)境和人體具有更好的相容性，例如人工關(guān)節(jié)的磷酸鹽涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得人工關(guān)節(jié)與人體肌肉組織具有相容性，使用壽命更長，也減輕了病人的痛苦。我們可以相信，在生物革命的浪潮中，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理會極大的豐富，為智能化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供新的原理。
本文從機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原理出發(fā)，分析了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本知識和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。毋庸置疑，機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造工藝性對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的決定性。筆者認(rèn)為，今后的機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中仿生設(shè)計(jì)和智能化是發(fā)展的重要方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械；設(shè)計(jì)；節(jié)能；基本原理
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將會導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重和資源短缺情況的出現(xiàn)。這些問題將會反作用到經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展中。如何妥善地處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源保護(hù)之間的關(guān)系成為社會穩(wěn)定發(fā)展的重點(diǎn)。節(jié)能是環(huán)境資源保護(hù)的重要形式。加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的研究，才能夠發(fā)揮出機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，對于實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響意義。
1 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理
機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能在動能方面的影響最為明顯。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)主要考慮的是輸出功率變化，特別是設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的波動。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能對于設(shè)備加工精度與周期影響更為突出，在設(shè)備加工的時候，需要根據(jù)動能狀況及時地進(jìn)行能源回收或者轉(zhuǎn)化。并且根據(jù)節(jié)能特點(diǎn)，做好設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)動能變化，能夠在最小范圍之內(nèi)完成能源的回收。輸出力會根據(jù)節(jié)能狀況進(jìn)行調(diào)整。在不同運(yùn)行環(huán)境中，機(jī)械設(shè)備輸出力會有明顯的差異。特別是相同機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程都會涉及到節(jié)能改善。在較短的時間內(nèi)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行會產(chǎn)生較大的波動，這些波動出現(xiàn)的阻力都會影響到機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并且會隨著變化減小，節(jié)能的效果也會更加的明顯。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的時候都會涉及到摩擦等阻力，調(diào)整零件精度或者的方式都能夠提升設(shè)備的使用效率。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果上要最大限度地降低無用功的產(chǎn)生，對于節(jié)能原理要進(jìn)行充分的總結(jié)，處理好動能、輸出力以及無用功之間的關(guān)系，能夠根據(jù)設(shè)備情況進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的改進(jìn)。通過對參數(shù)變化的研究，實(shí)現(xiàn)能源的有效節(jié)約。
2 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的應(yīng)用效果
2.1 人才培養(yǎng)與新技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能涉及到很多多方面的知識，需要專業(yè)性較強(qiáng)的工作人員才能夠完成。專業(yè)人才是開展機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理研究的核心基礎(chǔ)。針對這種情況要持續(xù)進(jìn)行工作人員專業(yè)培訓(xùn)，這是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能必要條件。在實(shí)際技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行整體性突破，并且要充分地運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能水平的提升。
2.2 強(qiáng)化電子控制系統(tǒng)
電子控制系統(tǒng)對于提升機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果的準(zhǔn)確性具有重要的作用。電子控制系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，做好機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能控制工作，通過智能化系統(tǒng)對機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能狀況進(jìn)行判斷。有效地控制功率輸出，并且避免消耗的進(jìn)一步擴(kuò)大。使機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果達(dá)到最大優(yōu)勢。電子控制系統(tǒng)同時還能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其中存在的限制因素，有效地延長機(jī)械使用的壽命。
2.3 加工設(shè)備設(shè)計(jì)
工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器主軸在運(yùn)行中產(chǎn)生的波動很容易影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。為了能夠更好地解決這一個問題。需要利用機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中加入轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪，這樣能夠更好地起到調(diào)節(jié)波動的作用。能夠?qū)⒉痪鶆蛳禂?shù)都調(diào)控在合理的范圍之內(nèi)，并且保證機(jī)器能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在不均勻狀態(tài)下的輸入功率都會產(chǎn)生較大的能源消耗，并且輸出與動能變化產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會持續(xù)的疊加。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)動慣量飛輪會根據(jù)初相位不同進(jìn)行功率比較。在平衡理論下的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)差距也會變得更小。
2.4 升降機(jī)械設(shè)計(jì)
升降機(jī)在使用的過程中會消耗大量的能源。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)升降機(jī)節(jié)能環(huán)保，就要在機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理下對升降機(jī)進(jìn)行能源消耗控制。升降機(jī)械主要是大壓力容器下驅(qū)動的設(shè)備移動，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械在空中進(jìn)行作業(yè)或者維修。升降機(jī)產(chǎn)生的消耗主要是來自于貨物運(yùn)輸上升或者下降。高空機(jī)械作業(yè)都需要在實(shí)踐的過程中對動力與能量進(jìn)行高度調(diào)整。這樣才能夠進(jìn)一步地開展高空作業(yè)。但是在實(shí)際工程作業(yè)中，機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理會對升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。最終將會實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。比如，當(dāng)曳引驅(qū)動機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的升降機(jī)械以相同的速度提升質(zhì)量相等的貨物或者重物時，前者可以更加有效地實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的平衡，減少升降過程中的能源消耗，使得系統(tǒng)勢能在最小范圍內(nèi)變化甚至維持常量。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能工作的開展需要處理好材料與動力源之間的關(guān)系選擇。要將設(shè)計(jì)理念融入到升降機(jī)結(jié)構(gòu)中，特別是要注重電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用。電子控制系統(tǒng)能夠更加突出升降機(jī)的自動性，并且會實(shí)時進(jìn)行監(jiān)控，提升工作人員的安全性。
3 結(jié)束語
可持續(xù)發(fā)展成為我國經(jīng)濟(jì)與社會不斷進(jìn)步的重要載體。可持續(xù)發(fā)展道路能夠?qū)崿F(xiàn)自然、資源、人類等方面的和諧統(tǒng)一。特別是工業(yè)生產(chǎn)中融入可持續(xù)發(fā)展理念將會實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。針對這種情況要強(qiáng)化機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果，明確掌握全面的機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理，通過掌握理論知識指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)成本投入得到有效的控制，避免資源出現(xiàn)嚴(yán)重浪費(fèi)，在根本上保o環(huán)境。對于構(gòu)建和諧文明健康的社會具有重要的意義。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能在社會發(fā)展充分發(fā)揮巨大作用。保證機(jī)電產(chǎn)品消耗得到控制，實(shí)現(xiàn)降低輸入功率。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：蟻群算法；遺傳算法；元胞原理；四桿機(jī)構(gòu)
中圖分類號：tg316 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0048-02
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的不斷提高，目前在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求也越來越高，原來傳統(tǒng)的圖解法、解析法等設(shè)計(jì)方法已不能完全滿足現(xiàn)在的要求。雖然后來也出現(xiàn)了比如蟻群算法這樣的優(yōu)秀設(shè)計(jì)方法，但是其自身也存在停滯現(xiàn)象、收斂速度慢等問題，不能很有效的進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。于是基于蟻群算法、遺傳算法、元胞原理可提出兩種優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法：遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法。這兩種設(shè)計(jì)方法可以有效的克服基本蟻群算法的缺點(diǎn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)效果，使機(jī)械設(shè)計(jì)變得更加優(yōu)化。下面我們將分別根據(jù)不同的條件，然后運(yùn)用遺傳蟻群算法和元胞蟻群算法進(jìn)行平面四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)軌跡的優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，使機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題得到不同程度的解決。
1 蟻群算法
1.1 蟻群算法基本原理
蟻群算法是由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出的一種用來尋找最優(yōu)優(yōu)路徑的概率型算法。蟻群算法的基本原理和模型來源于螞蟻在找食物時選擇路線的過程。我們都知道自然界的螞蟻即使在沒有任何外界導(dǎo)向信息的情況下，螞蟻也總是能找到從巢穴到食物的最短路線。Marco Dorigo等人發(fā)現(xiàn)，自然界螞蟻尋找到從巢穴到食物的最短路線，是通過一種正反饋效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。具體表現(xiàn)為：單個的螞蟻每次會在自己行走的路線下留下一種揮發(fā)性的分泌物，我們稱其為信息激素。這樣就使最優(yōu)路徑上的激素濃度越來越大，而其它路徑上的激素濃度會隨著螞蟻的不斷運(yùn)動而逐漸減少，最終使最優(yōu)路徑被找出。
1.2 蟻群算法基本模型及其實(shí)現(xiàn)
根據(jù)Dorigo等人提出的關(guān)于蟻群算法的基本觀點(diǎn)，我們可以將蟻群算法的基本實(shí)現(xiàn)過程和原理描述以下幾個步驟：
①搜索結(jié)果不滿足預(yù)期效果時，螞蟻繼續(xù)尋找另一條路線；②搜索過程中非最優(yōu)路徑上的信息激素濃度減少，最優(yōu)路徑上的信息激素增加；③信息激素濃度等根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行實(shí)時更新；④搜索到最終結(jié)果。但是通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)這種基本蟻群算法原理在求解結(jié)果的過程中會出現(xiàn)搜索速度慢等缺點(diǎn)。因此如若將蟻群算法與遺傳算法、元胞模型等原理相結(jié)合，就出現(xiàn)了遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法，這些復(fù)合的算法就可以有效的克服簡單蟻群算法的缺點(diǎn)。
2 遺傳蟻群算法
2.1 遺傳蟻群算法原理
在上述螞蟻的轉(zhuǎn)移概率的定義式中，信息啟發(fā)式因子？鄣和期望值啟發(fā)式因子？茁，以及信息量殘留系數(shù)？籽都可以進(jìn)行用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算分析，因此，如果將？鄣、？茁和？籽這三個因素看成代表螞蟻搜索求解過程中典型的3段代碼，并將？鄣、？茁、？籽編碼為實(shí)數(shù)。然后通過遺傳算法中的遺傳算子進(jìn)行變異處理，這樣就可以在原有的算法結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。這樣就把基本的蟻群算法與遺傳算法中的遺傳變異效應(yīng)相結(jié)合起來。這樣遺傳蟻群算法原理就產(chǎn)生了。
2.2 遺傳蟻群算法模型及其實(shí)現(xiàn)（以平面四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為例）
4 結(jié) 語
蟻群算法是模擬自然界螞蟻的覓食行為的一種模型方法，雖然在機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中有一定的優(yōu)勢，但是其自身也存在一些問題，故將蟻群算法和遺傳算法、元胞模型進(jìn)行綜合運(yùn)用，克服了原有基本蟻群算法的缺點(diǎn)。為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更為簡便、優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法，并且可以根據(jù)實(shí)際情況的已知條件選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法。這樣我們在實(shí)際的設(shè)計(jì)中可以根據(jù)自身的情況選擇遺傳蟻群算法或者元胞蟻群算法，這為我們的設(shè)計(jì)提供了較大的選擇空間。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉國光.基于改進(jìn)蟻群算法的四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，37（1）：149-151.
關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)研究；課外科技活動
中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0217-02
一、引言
機(jī)械原理是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力所需的知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)中，占有十分重要的地位。其課程設(shè)計(jì)是教學(xué)過程中的一個重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，使學(xué)生更好地理解和掌握課程的基本理論和方法，進(jìn)一步提高學(xué)生查閱技術(shù)資料、繪制工程圖和應(yīng)用計(jì)算機(jī)等能力，特別是加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和分析問題、解決工程實(shí)際問題的能力。就我校而言，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是我校機(jī)械類學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段的第一門工程設(shè)計(jì)類課程設(shè)計(jì)，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力方面具有特殊的地位和作用。[1]
二、現(xiàn)狀分析
（一）機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀分析
1.我校機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是對牛頭刨床、插床等傳統(tǒng)加工設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動態(tài)靜力分析，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算其機(jī)械動力學(xué)問題。課程設(shè)計(jì)模式缺乏整體性思維，設(shè)計(jì)題目陳舊且與工程實(shí)際結(jié)合不緊密，缺少機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)等。
2.題目相同，設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)一致，只是原動件的位置不一樣。故對學(xué)生而言，缺乏創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。
3.課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案與內(nèi)容相同，學(xué)生缺乏查找資料、方案陳述與討論、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通交流等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，與當(dāng)前企業(yè)的需求脫節(jié)。
（二）學(xué)生課外科技活動開展情況分析
目前，我校十分重視學(xué)生科技活動的開展，學(xué)生科技活動的種類繁多，面向機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的科技活動有機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目、大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品競賽、機(jī)械制造綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力-數(shù)控加工大賽、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)大賽、汽車節(jié)能競技大賽、大學(xué)生方程式汽大賽等等，對提高機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力起著重要的作用。然而在實(shí)踐過程中遇到一些問題，如積極參加各種課外科技活動的學(xué)生人數(shù)有限、部分學(xué)生不知道如何開展課外科技活動、缺乏主動性等等，這些問題都是亟待解決的。
課外科技活動參與的學(xué)生人數(shù)有限，單純地為了競賽而組織的實(shí)踐活動，由于受時間和名額等因素限制，難以在學(xué)生中廣泛地組織開展，從而使受益學(xué)生的數(shù)量受到了限制。
三、教學(xué)研究思路
參與各種課外科技活動的學(xué)生有興趣和熱情，但人數(shù)有限；參與課程設(shè)計(jì)的學(xué)生人數(shù)多，但積極性不高，過程不認(rèn)真，往往抄一份報(bào)告敷衍了事。因此，如何利用學(xué)校目前課外科技活動開展良好的氛圍，將科技活動融入課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，使科技活動與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，是主要的研究內(nèi)容。
四、教學(xué)研究內(nèi)容
結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，課題從以下三個方面進(jìn)行了研究。
（一）課程設(shè)計(jì)題目研究
為達(dá)到課程設(shè)計(jì)的目的，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，課程設(shè)計(jì)的題目可借鑒課外科技活動的主題，或參考具有生產(chǎn)實(shí)踐背景的工程實(shí)際項(xiàng)目，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)械原理課程課題講授內(nèi)容設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的題目，使課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容更貼近生活，從而提高學(xué)生對課程設(shè)計(jì)的興趣。
譬如，借鑒第六屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主題“教室用設(shè)備和教具的設(shè)計(jì)與制作”，提煉出“多功能黑板的設(shè)計(jì)”、“便攜式可調(diào)折疊桌椅的設(shè)計(jì)”、“自動黑板擦的設(shè)計(jì)”等設(shè)計(jì)題目；借鑒第七屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主題“錢幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置；不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機(jī)械裝置；商品載運(yùn)及助力機(jī)械裝置”，提煉出“硬幣分揀器的設(shè)計(jì)”、“硬幣包裝機(jī)的設(shè)計(jì)”、“紙幣分類與計(jì)數(shù)裝置的設(shè)計(jì)”等設(shè)計(jì)題目。
（二）課程設(shè)計(jì)內(nèi)容研究
課程設(shè)計(jì)內(nèi)容著重于機(jī)械方案的設(shè)計(jì)與選擇、機(jī)構(gòu)運(yùn)動的分析與設(shè)計(jì)、機(jī)械動力學(xué)的分析與設(shè)計(jì)等三個方面，注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用ADAMS等軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，完成機(jī)器總體方案設(shè)計(jì)。由于將科技活動融入課程設(shè)計(jì)教學(xué)，設(shè)計(jì)題目多樣化、生活化，[2]體現(xiàn)以學(xué)生為主的理念，擴(kuò)大學(xué)生的視野，使設(shè)計(jì)內(nèi)容改為與科技活動相關(guān)的產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的完整性、系統(tǒng)性和綜合性。
此外，課程設(shè)計(jì)增加查找文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)方案陳述與討論等環(huán)節(jié)，旨在鍛煉學(xué)生資料文獻(xiàn)綜述能力，提高學(xué)生表達(dá)能力，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流，使學(xué)生熟悉產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和報(bào)告書寫格式。以往筆者在指導(dǎo)學(xué)生科技活動過程中發(fā)現(xiàn)：學(xué)生開展科技活動的第一項(xiàng)任務(wù)往往是調(diào)研，即通過查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的現(xiàn)狀與技術(shù)特點(diǎn)，歸納出開展科技活動的技術(shù)線路、研究方法等等，這時學(xué)生往往不知所措，究其原因是目前教學(xué)模式往往忽略這一項(xiàng)內(nèi)容。
為了保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，筆者對課程設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了監(jiān)控，在相應(yīng)時間節(jié)點(diǎn)安排了必要的教學(xué)活動以及詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)，如表1所示。
（三）課程設(shè)計(jì)方法研究
近幾年指導(dǎo)學(xué)生科技活動過程中發(fā)現(xiàn)，幾乎每項(xiàng)科技活動都需要應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。以往課程設(shè)計(jì)結(jié)果往往停留在幾份圖紙和書面報(bào)告，學(xué)生對自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)或機(jī)器是否可行不得而知，所以積極性不是很高。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真已輕而易舉，學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件的積極性普遍很高，且企業(yè)對應(yīng)聘者也有這方面的要求。因此，可在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。如引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用ADAMS軟件對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動學(xué)仿真，[3，4]使學(xué)生的創(chuàng)新積極性得到提高。
五、結(jié)論
將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)與學(xué)生科技活動相結(jié)合，既豐富課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，增加課程設(shè)計(jì)的實(shí)用性和針對性，還可以激發(fā)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的興趣，吸引更多的學(xué)生積極投身于科技活動，切實(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力和溝通交際能力、以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識等。
經(jīng)過教學(xué)研究與實(shí)踐，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果得到改善，使學(xué)生能學(xué)以致用。近三年，學(xué)院學(xué)生積極參加各種課外科技活動，取得了優(yōu)異成績。
參考文獻(xiàn)：
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Abstract： In order to improve teaching quality of Mechanical Principle， aimed at the characteristics of this course， this paper abstracts the generic knowledge of Mechanical Principle， grasps the continuity of the precursor and follow-up courses to apply the teaching methods in the teaching of Mechanical Principle， make classroom teaching and online education complement each other， put forward the direction and method of improving the teaching of Mechanical Principle and provide some new ideas for improving the teaching quality of Mechanical Principle.
關(guān)鍵詞： 機(jī)械原理；教學(xué)質(zhì)量；共性知識；項(xiàng)目教學(xué)；在線教育
Key words： Mechanical Principle；teaching quality；common knowledge；project teaching；online education
中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0135-03
0 引言
《機(jī)械原理》課程是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其不僅擔(dān)負(fù)著為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程奠定良好基礎(chǔ)的重要作用，而且負(fù)有培養(yǎng)機(jī)械類高級工程技術(shù)人才的機(jī)械技術(shù)工作能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的重要任務(wù)，為學(xué)生今后從事機(jī)械設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎(chǔ)。
通過這門課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，學(xué)會常用基本機(jī)構(gòu)的分析和綜合方法，初步具有進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程和新的科學(xué)技術(shù)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這門課程通常在本科二年級時開設(shè)，機(jī)械原理課程一方面較物理、理論力學(xué)等理論課程更結(jié)合工程實(shí)際，另一方面，它又與講授專業(yè)機(jī)械的課程有所不同，它不具體研究某種機(jī)械，而只是對各種機(jī)械中的一些共性問題和常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行探討。[1]目前的教材一般理論分析多，實(shí)踐應(yīng)用較少，學(xué)生在初學(xué)時普遍感到抽象難懂，難以入門，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)往往難以將所學(xué)理論知識付諸實(shí)際。因此，如何提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量一直是教研組研究的重要內(nèi)容，根據(jù)多年的教學(xué)檢驗(yàn)并結(jié)合機(jī)械原理教研成果，本文探討了提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)思考。
1 課程共性知識的提煉
機(jī)械原理教材中的一些基本的研究方法和知識點(diǎn)通常貫穿于各章節(jié)內(nèi)容中，在授課過程中將這些方法總結(jié)、歸納融會貫通形成講授體系，幫助學(xué)生找到這些章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，建立完整的理論體系，從而更好地掌握機(jī)械原理的基本的研究思路和方法。
例如貫穿機(jī)械原理課程始終的“反轉(zhuǎn)法”，在平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，無論是剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)還是函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，都可以采用“機(jī)構(gòu)倒置的方法”來設(shè)計(jì)，即通過選取不同的構(gòu)件為“機(jī)架”，把問題轉(zhuǎn)化為求解“機(jī)架”的固定鉸鏈點(diǎn)進(jìn)行解決。又如在凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)中，通過給整個機(jī)構(gòu)加上一個與凸輪角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將凸輪反轉(zhuǎn)固定，假想為“機(jī)架”，然后按照從動件與凸輪的相對運(yùn)動關(guān)系求出凸輪輪廓曲線。而在推導(dǎo)周轉(zhuǎn)輪系傳動比時，也是通過給整個機(jī)構(gòu)加上一個與行星架角速度大小相等，方向相反的公共角速度，將行星架反轉(zhuǎn)固定為“機(jī)架”，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系進(jìn)行求解。[2]上述的轉(zhuǎn)換機(jī)架法、運(yùn)動倒置法從根本原理講是一致的，都是相對運(yùn)動原理在機(jī)構(gòu)分析與綜合中的應(yīng)用。在學(xué)生第一次碰到這個概念時，就將這個原理講透徹，以后在應(yīng)用“反轉(zhuǎn)法”時又適當(dāng)重復(fù)，以加深學(xué)生對這一方法的理解應(yīng)用。
又例如在機(jī)械原理中壓力角的概念，壓力角的本質(zhì)是從動件所受的力和受力點(diǎn)速度方向的夾角，在連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中均是機(jī)構(gòu)傳力性能的一個重要指標(biāo)，[3]在每一章講到壓力角時，應(yīng)把連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中的定義聯(lián)系起來講，比較它們的共性和表述的不同，從而加深學(xué)生的理解。
此外還有機(jī)械原理課程中常用到的“當(dāng)量分析法”以及運(yùn)動分析和動力分析中的“矢量多邊形”方法等等[4]。在講解相關(guān)的內(nèi)容時，用共性知識將不同的內(nèi)容貫穿起來，使學(xué)生觸類旁通，逐漸理清思路，加深理解。
2 課程內(nèi)容之間的聯(lián)系性
機(jī)械原理與前驅(qū)課程如理論力學(xué)等的內(nèi)容關(guān)系密切，前驅(qū)課程的思維方法對機(jī)械原理課程也很有幫助，授課時把前驅(qū)課程中所學(xué)過的理論與機(jī)械原理要講述的問題和內(nèi)容聯(lián)系起來，有助于引導(dǎo)學(xué)生積極思考。例如在平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析一章中，采用矢量方程圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析時，所采用的基本原理是理論力學(xué)中的剛體平面運(yùn)動和點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動原理；而在平面機(jī)構(gòu)力分析一章中，確定運(yùn)動副中的摩擦和反力，采用的是理論力學(xué)中的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)模型，等等。[5]在這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)時，學(xué)生往往對“矢量方程圖解法”感到困惑，可以在授課之前，布置學(xué)生將理論力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)一下，課上再分別幫助學(xué)生復(fù)習(xí)一下，加深學(xué)生對于這部分知識的理解，從而更好地開展機(jī)械原理部分的學(xué)習(xí)。
此外，機(jī)械原理也是后續(xù)課程機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。例如，機(jī)構(gòu)力分析確定的運(yùn)動副中的反力，是機(jī)械設(shè)計(jì)中構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是確定軸承強(qiáng)度、剛度的理論依據(jù)。再如機(jī)械設(shè)計(jì)課程中關(guān)于蝸桿蝸輪和螺旋傳動設(shè)計(jì)時提及自鎖概念也和機(jī)械原理課程中的摩擦密切相關(guān)。另外，機(jī)械原理課程中介紹的關(guān)于斜齒輪、錐齒輪等的當(dāng)量齒輪也是后續(xù)齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)依據(jù)。[6]在授課時，將這些聯(lián)系與應(yīng)用總結(jié)、展示給學(xué)生，使學(xué)生了解各門課程之間的聯(lián)系，在應(yīng)用機(jī)械原理課程所學(xué)知識時注意融會貫通，培養(yǎng)自己運(yùn)用所學(xué)的基本理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實(shí)際問題的能力。
3 基于項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)
普通高等學(xué)校機(jī)械類各專業(yè)的《機(jī)械原理》課程，內(nèi)容通常包括三部分：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和機(jī)器動力學(xué)，從課程間的關(guān)系來看，《機(jī)械原理》課程是以《理論力學(xué)》為基礎(chǔ)的。而在《機(jī)械原理》的教學(xué)中，也較易出現(xiàn)工科教學(xué)理科化的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的機(jī)械原理教學(xué)方法容易導(dǎo)致知識僵化，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)之后不知道這個知識點(diǎn)在何種情況下使用。為了提高基礎(chǔ)知識解決實(shí)際問題的可應(yīng)用性，同時為了激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，在課程理論教學(xué)的基礎(chǔ)上增加項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，是提高課程教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。項(xiàng)目教學(xué)是通過完成一個整體的項(xiàng)目而實(shí)施的教學(xué)活動，它可以是圍繞一個大項(xiàng)目，展開一個個小項(xiàng)目，而每個小項(xiàng)目都是大項(xiàng)目中一個個內(nèi)容的分解，最后在小項(xiàng)目都完成的情況下，保證大項(xiàng)目目標(biāo)的完成。項(xiàng)目教學(xué)可以充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。
在機(jī)械原理授課過程中，以某一項(xiàng)目為主線精心設(shè)計(jì)教學(xué)，項(xiàng)目選擇時應(yīng)當(dāng)盡量涵蓋課程中涉及的多種典型機(jī)構(gòu)和知識點(diǎn)，從而有利于學(xué)生通過運(yùn)用所學(xué)知識完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。[7]授課伊始即將設(shè)計(jì)任務(wù)布置下去。通過教師對教學(xué)內(nèi)容的分析，先將教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分解，把要講授的知識蘊(yùn)含于學(xué)生所需完成的任務(wù)之中，讓學(xué)生通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)從而掌握所學(xué)知識。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)完機(jī)械原理這門課程后，也完成了一個大的項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)的過程中將各知識點(diǎn)聯(lián)系在一起，形成了一個較完整的知識體系。
教師在授課過程中，也可引入一個項(xiàng)目案例進(jìn)行講解。例如：在機(jī)械原理的學(xué)習(xí)過程中，可選擇內(nèi)燃機(jī)作為主項(xiàng)目，內(nèi)燃機(jī)中囊括了機(jī)械原理常用的三大機(jī)構(gòu)：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)，所以該項(xiàng)目又可細(xì)分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)等多個子項(xiàng)目。在講解平面機(jī)構(gòu)的動力分析時，可以內(nèi)燃機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析和配氣機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析為案例，在講解機(jī)械的平衡時，可以單缸和多缸內(nèi)燃機(jī)的曲軸的平衡為案例，等等。這樣，通過一個實(shí)際的項(xiàng)目案例，幫助學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識和技能，還可以通過案例舉一反三，拓展知識，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和知識應(yīng)用的能力。
此外，授課教師在課程講解時要緊扣實(shí)例，例如：在講解連桿機(jī)構(gòu)時，可結(jié)合日常生活中的雨傘，餐桌椅的折合裝置，汽車上的雨刮器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車門啟閉機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭裝置等進(jìn)行講解，講解齒輪系的時候，可結(jié)合鐘表講解時針、分針、秒針的設(shè)計(jì)原理，還可介紹汽車變速器的工作過程等等，這些案例貼近生活，學(xué)生容易接受和理解，也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。
4 兩種教學(xué)模式的交互
目前的機(jī)械原理課程授課形式大部分還停留在教師灌輸、學(xué)生被動接受的模式，提不起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力，而且在提倡素質(zhì)教育的形勢下，機(jī)械原理的課時不斷被壓縮，這些都對基于課堂的傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)。國家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站（即愛課程網(wǎng)）將在線課堂與面對面教學(xué)模式相結(jié)合，把學(xué)習(xí)效率低下的教師單向灌輸?shù)膫鬏斨R方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，對提高機(jī)械原理教學(xué)質(zhì)量，深化課程改革起到了積極的促進(jìn)作用。
國家精品開放課程共享系統(tǒng)中心網(wǎng)站具有友好的用戶界面，為師生用戶提供了較完整的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。任課教師可通過在線咨詢、QQ群、個人郵箱等將教學(xué)信息及時、準(zhǔn)確地傳達(dá)給學(xué)生，包括課前要求學(xué)生觀看視頻和相應(yīng)知識點(diǎn)預(yù)習(xí)，布置一些簡單練習(xí)，課后布置學(xué)生完成在學(xué)習(xí)平臺上每一個知識點(diǎn)配備的對應(yīng)在線的自測題和離線作業(yè)，另外，學(xué)生在觀看視頻、完成練習(xí)時如果遇到問題，可以在系統(tǒng)中實(shí)時咨詢老師或與同學(xué)進(jìn)行討論。[8]利用在線教學(xué)中靈活組合的豐富的功能模塊，將課堂深度教學(xué)與在線自主學(xué)習(xí)結(jié)合。一方面，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再局限于有限的課堂教學(xué)時間，可自由支配學(xué)習(xí)時間，完成基礎(chǔ)內(nèi)容的自學(xué)和自測；另一方面，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，完成一個知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生要付出更多的自主學(xué)習(xí)的時間。在線教育使學(xué)生成為教學(xué)過程的參與者，使學(xué)生從被動接受變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。
部分學(xué)生缺乏較強(qiáng)的自我約束能力，常常會在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)拖延癥。為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，規(guī)定學(xué)生需要完成一系列學(xué)習(xí)活動，才可獲得相應(yīng)的學(xué)分，比如，學(xué)生需要在截至?xí)r間之前完成系統(tǒng)中相關(guān)的預(yù)習(xí)、自測和練習(xí)，及時提交，否則當(dāng)次練習(xí)為0分，累計(jì)一定次數(shù)，則無法取得本課程的學(xué)分，同時系統(tǒng)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行實(shí)時記錄。
作為任課教師，在機(jī)械原理共享課程建設(shè)時，首先要保證教學(xué)資源的完整性，教學(xué)資源應(yīng)包括教學(xué)錄像、PPT講義，課程教案、備課筆記、教學(xué)設(shè)計(jì)及知識點(diǎn)匯總、思考題、作業(yè)參考答案、題庫或卷庫、學(xué)科前沿研究的熱點(diǎn)等。其次是教學(xué)資源的豐富性，豐富性是指盡可能增加不同種類的教學(xué)資源，不僅有文本資源、圖片和動畫、還有視頻資源等，豐富的教學(xué)資源有助于開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和興趣。
現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)對創(chuàng)造型人才的需求與日俱增，機(jī)械原理課程在培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的過程中起著不可或缺的重要作用。提高機(jī)械原理課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動學(xué)習(xí)的能力。教師的教學(xué)應(yīng)當(dāng)重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維以及知識應(yīng)用的能力，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使教與學(xué)融為一體。從多年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者體會到教師一定要深入理解教學(xué)內(nèi)容，提煉出教材的共性知識，重視課程之間的聯(lián)系性，同時授課時要緊密聯(lián)系實(shí)際案例，科學(xué)地混合運(yùn)用不同的教學(xué)媒介，多方面、多渠道地激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，真正做到有的放矢，從而提高機(jī)械原理的教學(xué)質(zhì)量。
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P鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)改革；大作業(yè)
基金項(xiàng)目：攀枝花學(xué)院教育教學(xué)研究和改革青年項(xiàng)目（JJ1364）
攀枝花學(xué)院教育教學(xué)研究和改革青年項(xiàng)目（JJ1409）
《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其包括了機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩大部分，研究的是機(jī)械的基本理論問題和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程在課程教學(xué)設(shè)置中起承上啟下的作用，是學(xué)生在學(xué)完《高數(shù)》、《工程力學(xué)》、《機(jī)械制圖》等課程后進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)前必須學(xué)習(xí)的一門課程。學(xué)好《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程對學(xué)生學(xué)好后續(xù)的專業(yè)課程起著重要作用[1]。
1 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中增加大作業(yè)環(huán)節(jié)的必要性
《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的實(shí)踐性和綜合性都極強(qiáng)，傳統(tǒng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)已很難滿足現(xiàn)在的教學(xué)要求，學(xué)生很難理解并掌握所學(xué)的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程要求及知識內(nèi)容，因此在教學(xué)過程中增加大作業(yè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生邊學(xué)邊設(shè)計(jì)計(jì)算，學(xué)的過程中理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生既能充分掌握理解理論知識，又能提高實(shí)踐能力、動手能力，并為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，有助于提高學(xué)生參加學(xué)科競賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的積極性及參與過程的能動性。
2 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程大作業(yè)的設(shè)置方案
2.1 方案設(shè)計(jì)思想
《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程分為機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩大部分，故分別在機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)部分設(shè)置2-3個大作業(yè)，以分組的形式進(jìn)行，最后以小組考核結(jié)論為每個成員的考核成績[1]，也可根據(jù)具體情況，每個學(xué)生設(shè)置不同的題目。在大作業(yè)設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)學(xué)院專業(yè)特色，大作業(yè)題目與專業(yè)特色相結(jié)合，與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合，使知識系統(tǒng)化，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。大作業(yè)題目也可根據(jù)學(xué)生情況，在難易程度上分層布置。具體大作業(yè)設(shè)置如下。
2.2 機(jī)械原理大作業(yè)設(shè)置
《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的前半部分是機(jī)械原理部分，其內(nèi)容主要包括了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析、平面機(jī)構(gòu)的力分析、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。該部分內(nèi)容比較抽象，學(xué)生如果只是通過單純的聽課、作業(yè)，不能很好的理解各種機(jī)構(gòu)的工作原理并與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合[1]。因此分別在連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)和凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)章節(jié)設(shè)置大作業(yè)環(huán)節(jié)。
連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，在工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械及汽車工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，如起重機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車門開閉系統(tǒng)等都有連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。因此選擇連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的第一個大作業(yè)題目。學(xué)生通過對題目的分析，按照課堂所學(xué)理論知識，首先對平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行分析，然后建立包含各尺度參數(shù)和運(yùn)動變量在內(nèi)的解析式，最后根據(jù)已知的運(yùn)動變量求機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)[2]。
凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動化和自動控制裝置中，常見的凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)、自動機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。因此選擇凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的第二個大作業(yè)題目。學(xué)生根據(jù)大作業(yè)題目，首先根據(jù)工作要求、結(jié)構(gòu)條件選定凸輪結(jié)構(gòu)的形式、基本尺寸、轉(zhuǎn)向及推桿的運(yùn)動規(guī)律后，就可根據(jù)凸輪設(shè)計(jì)方法對凸輪輪廓曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。
2.3 機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)設(shè)置
在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的后半部分為機(jī)械設(shè)計(jì)部分，其主要講述通用零件的工作原理和設(shè)計(jì)過程，其內(nèi)容主要包括了機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則、螺紋聯(lián)接、軸承、軸等。這部分內(nèi)容龐雜，各章節(jié)似乎獨(dú)成體系，互不關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的在課堂上進(jìn)行陳述性的知識學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)沒有系統(tǒng)性，對于零件的設(shè)計(jì)知識，只有大致的了解，知識掌握并不深入[1]。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)部分布置2-3個大作業(yè)題目。
機(jī)械設(shè)計(jì)部分主要是零件的設(shè)計(jì)，大作業(yè)題目可結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置的改進(jìn)與設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時，只是按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，很多學(xué)生對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時，鼓勵學(xué)生多思考，不按部就班的按實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)，可對實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置進(jìn)行改進(jìn)與設(shè)計(jì)，如此既使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、目的等理解透徹，同時提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α４笞鳂I(yè)題目也可設(shè)計(jì)小型的機(jī)械，設(shè)計(jì)小型機(jī)械或結(jié)合專業(yè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置的改進(jìn)與設(shè)計(jì)都可運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)法，利用師生創(chuàng)新項(xiàng)目等實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生動手能力，將有利于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高教學(xué)質(zhì)量，形成地方高校教育特色[3]。如學(xué)生參與的機(jī)械創(chuàng)興大賽，相應(yīng)的設(shè)計(jì)就可融合到大作業(yè)中，學(xué)生很好的把實(shí)際與課堂理論聯(lián)系在了一起，即可以鼓勵學(xué)生多參與創(chuàng)新項(xiàng)目，又提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性；同時指導(dǎo)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，大作業(yè)題目與項(xiàng)目內(nèi)容契合，通過科研項(xiàng)目逐步提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時提高自己的科研能力。
2.4 引入三維設(shè)計(jì)方法
為補(bǔ)充課堂教學(xué)，并聯(lián)系實(shí)際提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，在大作業(yè)過程中，鼓勵學(xué)生借助計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，引入三維設(shè)計(jì)方法補(bǔ)充課堂教學(xué)。要求學(xué)生在完成參數(shù)選擇、計(jì)算校核的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算機(jī)繪制出裝配圖和主要零件的零件圖，同時要求學(xué)生應(yīng)用Pro-E、UG等三維設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行三維實(shí)體建模，強(qiáng)化學(xué)生的三維設(shè)計(jì)能力，開拓學(xué)生就業(yè)渠道[3]。
3 結(jié)論
通過在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)過程中增加大作業(yè)的環(huán)節(jié)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中的機(jī)構(gòu)原理及設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)方法等理論知識的理解，顯著提高學(xué)生的設(shè)計(jì)水平，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生的實(shí)踐能力及其學(xué)生的科研能力，為學(xué)生增強(qiáng)就業(yè)競爭力打下基礎(chǔ)[3]。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì);高職教育;教學(xué)資源;教學(xué)法
【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)10―0076―03
引言
高等職業(yè)教育是高等教育的重要組成部分,是以培養(yǎng)具有一定理論知識和較強(qiáng)實(shí)踐能力,面向基層、生產(chǎn)、服務(wù)和管理第一線崗位的實(shí)用型、技能型人才為目的的教育[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是高職教育機(jī)械系列課程中的一門主干課程,對于培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)和解決工程實(shí)際問題的能力發(fā)揮著重要的作用[2]。同時,它也是一門綜合性很強(qiáng)的課程,涉及到力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等多門課程的知識,是這些基礎(chǔ)知識的綜合體現(xiàn)和運(yùn)用。目前,機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)方法的研究已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注,見參考文獻(xiàn)[3-9]。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是將工程力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等課程分開來講,忽視了彼此之間的聯(lián)系,學(xué)生學(xué)完后難以將所學(xué)知識融合起來應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)。高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)是重視應(yīng)用性教學(xué),強(qiáng)調(diào)知識的運(yùn)用,降低理論的深度,對于公式、公理等推導(dǎo)、證明的理解、認(rèn)知不重要。教學(xué)內(nèi)容以“必須夠用”為原則,在不影響知識理解連貫性的前提下可以減略,以便學(xué)生集中精力掌握實(shí)用的結(jié)論,以解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題[10]。針對傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題,結(jié)合高職教育的特點(diǎn),提出了基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法。以應(yīng)用為目的,本著優(yōu)化、適用、適度的原則,將工程力學(xué)、常用機(jī)構(gòu)、通用機(jī)械等教學(xué)內(nèi)容有機(jī)的融合,并開發(fā)了相應(yīng)的教學(xué)資源,運(yùn)用后取得了良好的效果。
一 教學(xué)目標(biāo)
從高等職業(yè)教育培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)型人才的總目標(biāo)出發(fā),遵循“以應(yīng)用為目的”,“以必需、夠用為度”,“以掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用、培養(yǎng)技能為教學(xué)重點(diǎn)”的原則,提出了基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法。傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)只是針對某一課程基礎(chǔ)知識的掌握,忽視了課程之間的交叉與聯(lián)系。不同的老師擔(dān)任不同的課程,學(xué)生可能在學(xué)習(xí)某一門課程時掌握得很好,但是在機(jī)械設(shè)計(jì)真正的應(yīng)用時,會感覺很迷茫,不知從哪里入手,所學(xué)的知識不能得以應(yīng)用。原因在于學(xué)生沒有從整體上把握機(jī)械設(shè)計(jì)的過程,所學(xué)的知識沒有融合在一塊,各自是孤立的。
機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過產(chǎn)品的規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。通過學(xué)習(xí),學(xué)生不僅應(yīng)掌握一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的基本理論知識,還應(yīng)對機(jī)械系統(tǒng)有一個整體的認(rèn)識,并應(yīng)掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過程。基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法打破傳統(tǒng)的工程力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程的界限。將理論力學(xué)、材料力學(xué)、常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械的知識相互融合,使力學(xué)的內(nèi)容滲透到常用機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械以及與之相關(guān)的內(nèi)容中,理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。不但使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)所必需的基礎(chǔ)知識,包括常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特性和工程力學(xué)方面的基本理論。更為重要的是使學(xué)生將所學(xué)的知識融匯貫通,對機(jī)械設(shè)計(jì)形成一個整體的認(rèn)識。超越各門課程之間界限,隨時能夠靈活熟練地運(yùn)用所學(xué)的知識進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì),具備一般通用機(jī)械的設(shè)計(jì)能力。培養(yǎng)學(xué)生建立初步的工程概念,對機(jī)械產(chǎn)品具有整體的概念和正確的設(shè)計(jì)思想,為解決實(shí)際問題打好基礎(chǔ)。
二 基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法
在有限的學(xué)時內(nèi),合理取舍課堂教學(xué)內(nèi)容,是關(guān)系到能否真正實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的關(guān)鍵。高職院校的機(jī)械設(shè)計(jì)課程應(yīng)遵循以下的原則:精選重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行詳解與指點(diǎn),避免煩瑣公式的推導(dǎo)和易于自學(xué)的內(nèi)容占用過多的學(xué)時;拓寬學(xué)生的知識面,注重工程應(yīng)用,啟發(fā)學(xué)生舉一反三;注重機(jī)械學(xué)科發(fā)展,將機(jī)械學(xué)科的科研成果融入教學(xué),讓學(xué)生了解機(jī)械學(xué)科的新技術(shù)、新方法[3]。
以機(jī)械系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)為主線,突出工程意識和創(chuàng)新精神的培養(yǎng),并將這一思想貫穿課程始終。從整體設(shè)計(jì)思想出發(fā),精簡煩瑣的公式推導(dǎo)及過時的工程方法,刪減各門課程重復(fù)交叉的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的整體優(yōu)化。多年來機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩門課程的教學(xué)內(nèi)容基本變化不大,課程內(nèi)容自成體系,相互之間缺少銜接,存在內(nèi)容交叉和重復(fù)的問題。如齒輪傳動設(shè)計(jì),歷來是機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程的重點(diǎn)內(nèi)容,由兩門課程分別講授,不但部分內(nèi)容重復(fù),且從設(shè)計(jì)的思維過程來看,有些內(nèi)容本來是緊密聯(lián)系的,卻被兩門課程所分割。基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法打破傳統(tǒng)的工程力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等課程的界限,將這些課程有機(jī)地融為一體,如圖1所示。
常用機(jī)構(gòu)及其傳動設(shè)計(jì)一般包括工作原理、運(yùn)動設(shè)計(jì)、承載能力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四個方面的內(nèi)容,將這些內(nèi)容所涉及的基本理論進(jìn)行融合。首先學(xué)習(xí)工程實(shí)際中常用機(jī)構(gòu)和機(jī)械的有關(guān)力學(xué)方面的必要知識。包括力學(xué)模型的概念,對力學(xué)模型的受力分析方法,力、力矩、力偶的概念及其基本性質(zhì),平面一般力系平衡問題的解法。四種基本變形的內(nèi)力和應(yīng)力分析、強(qiáng)度計(jì)算,減速器軸的彎扭組合變形分析及強(qiáng)度計(jì)算等。在講授力學(xué)方面的知識時,將一些機(jī)械設(shè)計(jì)中的常用的機(jī)構(gòu)融匯進(jìn)來,對后面的機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)可以起到拋磚引玉的作用。同時,也讓學(xué)生學(xué)會了如何將力學(xué)知識應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中。再接著學(xué)習(xí)機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)及通用零部件的類型、特點(diǎn)、工作原理、運(yùn)動特性、工作能力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、組合設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)零部件的選用等。在講授具體機(jī)構(gòu)及零部件設(shè)計(jì)計(jì)算時,針對具體機(jī)械的工況與技術(shù)要求,進(jìn)行力學(xué)性能的強(qiáng)度校核。又可以回顧以前所學(xué)的力學(xué)知識,真正做到知識的前后呼應(yīng),融會貫通。與目前的基于項(xiàng)目的教學(xué)法有異曲同工之妙。而原來的工程力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的課程是分開的,工程力學(xué)以受力分析為主,機(jī)械原理是以機(jī)構(gòu)的分析為主,機(jī)械設(shè)計(jì)是以零件的強(qiáng)度分析和繪制圖紙為主。各自獨(dú)立的課程配置使學(xué)生學(xué)習(xí)起來難以真正體會它們之間的聯(lián)系,相互之間的應(yīng)用就更無從談起。而機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)正是融合了多學(xué)科的知識,相互之間應(yīng)用起來更是融為一體,難以分割。
三 教學(xué)資源的開發(fā)
根據(jù)基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法,編寫了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材,制作了相應(yīng)的教學(xué)資源,如圖2所示。教材包括物體受力分析基礎(chǔ)、常用機(jī)構(gòu)、聯(lián)接、傳動件及傳動裝置、支承零部件五部分。物體受力分析基礎(chǔ)對物體所受力進(jìn)行了分析,介紹了平面力系和空間力系;常用機(jī)構(gòu)介紹了機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖和自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和其他常見機(jī)構(gòu);聯(lián)接主要介紹了聯(lián)接件的變形、螺紋連接、軸轂聯(lián)接、軸間連接和彈性聯(lián)接;傳動件及傳動裝置對齒輪傳動、蝸桿傳動、輪系、帶傳動和鏈傳動等傳動裝置的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行闡述;支承零部件介紹了常用的支承零部件軸和軸承。
多媒體教學(xué)因其具有直觀性、動態(tài)性、可重復(fù)性、針對性、圖文并茂等優(yōu)點(diǎn),為課堂教學(xué)打開了一幅別開生面的畫卷,日益受到廣大教師和學(xué)生的青睞。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程要求學(xué)生對機(jī)械傳動有較強(qiáng)的感官認(rèn)識,懂得各種機(jī)構(gòu)運(yùn)動的原理和動作的順序,而這些單憑黑板上講解是掌握不了的,必須通過實(shí)物演示或?qū)嶒?yàn)操作才能獲得。以螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受力分析為例。如圖3所示為螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受力分析,包含了預(yù)緊前、預(yù)緊和受載三個狀態(tài)。上面有正常加載、超常加載、加載和卸載四個按鈕,當(dāng)點(diǎn)擊其中的任一按鈕時,在右邊力的坐標(biāo)系中可以顯示力的變化情況,同時受載狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖中也可模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際的變化情況。如圖4所示,即為點(diǎn)擊超常加載按鈕的模擬情況,不但在力的坐標(biāo)系中顯示了此時力的大小,而且可以在螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的實(shí)際變化情況。其圖文聲像并茂等優(yōu)勢能將教學(xué)中抽象、陌生的知識直觀化、形象化,創(chuàng)建出生動的表象,增大課堂信息量,活躍氣氛,有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性,獲得較好的教學(xué)效果。
四 結(jié)論
機(jī)械設(shè)計(jì)課程有著其他課程不能替代的作用,這是由課程的性質(zhì)、任務(wù)、地位和內(nèi)容決定的。針對傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題,結(jié)合高等職業(yè)技術(shù)教育的特點(diǎn),提出了基于知識融合的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)法,以應(yīng)用為目的,本著優(yōu)化、適用、適度的原則,將多科目基礎(chǔ)課程內(nèi)容融合。完善整個機(jī)械設(shè)計(jì)過程所必要的基本知識和基本理論,增加基本設(shè)計(jì)方法和實(shí)踐性內(nèi)容。著力體現(xiàn)了高等職業(yè)教育的特色,有利于提高學(xué)生認(rèn)識問題和解決問題的能力。編寫了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材,制作了相應(yīng)的多媒體教學(xué)資源,在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用,取得了良好的效果,具有重要的實(shí)際應(yīng)用和廣闊的推廣價(jià)值。
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關(guān)鍵詞：機(jī)械原理教學(xué) 互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)格化
機(jī)械原理作為機(jī)械專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，起到承前啟后的作用。機(jī)械原理課程教與學(xué)的效果，對培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)械進(jìn)一步的興趣和動力起到至關(guān)重要的作用。因此，相關(guān)的研究和探索也層出不窮。董惠敏等提出將機(jī)械原理課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行了基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械原理自主學(xué)習(xí)模式和網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)的探索值得關(guān)注。孔建益等提出了通過機(jī)械原理理論與實(shí)踐教學(xué)所要培養(yǎng)的學(xué)生的五種基本知識與技能和機(jī)械原理教學(xué)的五個關(guān)鍵環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，構(gòu)建一個新的教學(xué)體系。朱孫科等提出了從注重培養(yǎng)激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)精神、教學(xué)內(nèi)容的合理構(gòu)建與教材選擇、注重多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)統(tǒng)一等方面進(jìn)行了探索研究。筆者也針對應(yīng)用型本科院校學(xué)生機(jī)械原理的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等進(jìn)行了探討和實(shí)踐。興趣是學(xué)習(xí)的最大動力。機(jī)械原理課程有理論計(jì)算、設(shè)計(jì)分析、實(shí)踐操作等多個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)主要以單一的教材和課堂知識傳授為中心，這種課程教學(xué)模式所培養(yǎng)出的學(xué)生能系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)知識，但主要是被動接受相關(guān)知識，視野狹窄，思維容易僵化，缺乏批判精神和創(chuàng)新能力，更為關(guān)鍵的是容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，難以適應(yīng)社會發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的要求。
人類社會每次經(jīng)歷的經(jīng)濟(jì)社會的大突破、大飛躍，最關(guān)鍵的并不是物質(zhì)催化或者技術(shù)的革命，而是思維工具的迭代。一種技術(shù)從工具屬性到社會生活，再到群體價(jià)值觀的變化，往往需要經(jīng)歷很長的過程。如珍妮紡紗機(jī)從一項(xiàng)新技術(shù)到改變紡織行業(yè)，并引發(fā)了第一次工業(yè)革命。互聯(lián)網(wǎng)也是如此。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入我們的學(xué)習(xí)、工作和生活中，如何將互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)引入課堂是我們面臨的一個課題。互聯(lián)網(wǎng)可以說正發(fā)生在當(dāng)今社會上的一次革命，顛覆了我們傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)、工作和生活的方式。學(xué)生可以不用去教室上課，卻可利用互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行自主在線學(xué)習(xí)和尋找答案。同時，現(xiàn)在大學(xué)生以90后為主，他們思維活躍、多數(shù)人不愿按部就班，而機(jī)械原理課程相對枯燥難學(xué)，這給傳統(tǒng)的教學(xué)模式提出了巨大的挑戰(zhàn)。如何結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適應(yīng)時展，改革機(jī)械原理課程教學(xué)則是本文闡述的重點(diǎn)。筆者經(jīng)過多年機(jī)械原理的教學(xué)工作，認(rèn)為可以從如下幾點(diǎn)入手。
一、擁抱互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，積極改革機(jī)械原理教學(xué)方式
傳統(tǒng)教學(xué)模式中，老師講，學(xué)生聽，由于傳統(tǒng)觀念，師生互動相對較少。同時，隨著生活節(jié)奏的加快，師生面對面交流的機(jī)會并不多。但通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，則可以彌補(bǔ)教與學(xué)的諸多不足。下面為筆者部分思考與建議。
1.利用智能手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)終端促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了不少低頭族的出現(xiàn)，學(xué)生也尤為如此。現(xiàn)在學(xué)生不聽課的時候往往是安靜地低頭看手機(jī)，網(wǎng)絡(luò)聊天。雖然很多大學(xué)禁止帶手機(jī)進(jìn)入課堂，但效果并不明顯。充分利用智能手機(jī)這個工具，讓其變?yōu)閷W(xué)生上課時的學(xué)習(xí)工具則有助于師生的課堂教學(xué)。筆者上課時曾嘗試建立微信群，加入上課的同學(xué)，并將部分重要講課錄音放在微信上。引起了學(xué)生的熱切關(guān)注，他們發(fā)現(xiàn)可以重復(fù)聽自己漏掉的知識點(diǎn)。通過不斷的微信，讓學(xué)生把關(guān)注點(diǎn)集中在課堂教學(xué)中。當(dāng)然，我們還可以利用QQ等工具，在課堂內(nèi)外與學(xué)生互動交流。課堂外，老師可以提前把課堂作業(yè)，答案，典型機(jī)構(gòu)等在網(wǎng)上，讓學(xué)生可充分利用手機(jī)學(xué)習(xí)，在群中互動，回答部分學(xué)生的問題，也可讓其他存在類似問題的學(xué)生通過群信息獲得答案。
2.建立互動型機(jī)械原理課程網(wǎng)站。課程網(wǎng)站上圖文并茂，并配上機(jī)構(gòu)動畫和部分重要的知識點(diǎn)講解錄像，可極大豐富學(xué)生的自學(xué)手段。除課程基本理論教學(xué)外，還配上常見問題解答、典型問題分析。為吸引學(xué)生的關(guān)注度，還可將學(xué)生較好的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品放在網(wǎng)上并不斷更新，讓學(xué)生有“我也行”的信心和動力。
3.教材中融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。現(xiàn)在創(chuàng)新型教材層出不窮，已有部分機(jī)械原理教材對一些典型的機(jī)構(gòu)或知識要點(diǎn)的講解設(shè)置了二維碼，學(xué)生通過二維碼掃描，即可觀看相關(guān)的機(jī)構(gòu)動作或腰帶講解，這也對教學(xué)效果有明顯的促進(jìn)作用。國內(nèi)已有類似的機(jī)械原理教科書出現(xiàn)，這對傳統(tǒng)教材和教學(xué)模式將產(chǎn)生較大影響，尤其對教師的傳統(tǒng)教學(xué)方法將產(chǎn)生一定的沖擊和調(diào)整。
4.結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)上的熱點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生有效利用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)。機(jī)械原理課程作為一門傳統(tǒng)課程，知識點(diǎn)多數(shù)在網(wǎng)上可以查到，和機(jī)械原理密切相關(guān)的機(jī)構(gòu)、機(jī)械產(chǎn)品在網(wǎng)上更容易查詢。課程講解中，如涉及軍事科技熱點(diǎn)問題，可引入炮塔、雷達(dá)等武器裝備，通過動畫講解連桿機(jī)構(gòu)。在網(wǎng)上看到一款新車，則引導(dǎo)講解內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、換擋齒輪箱、差速器工作原理，讓學(xué)生加深對齒輪機(jī)構(gòu)的感性，并讓同學(xué)課后上網(wǎng)查詢齒輪機(jī)構(gòu)的實(shí)物照片，齒輪機(jī)構(gòu)在多種機(jī)械中應(yīng)用。然后再講解齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)、術(shù)語和計(jì)算等知識。通過這種方式讓學(xué)生有感官認(rèn)識和覺得課程并不空洞，貼近實(shí)際，能學(xué)以致用，對所學(xué)知識理解相對深刻，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)習(xí)動力。
二、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，建立網(wǎng)格化的教學(xué)模式
機(jī)械原理課程主要有三大機(jī)構(gòu)，即連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。三大機(jī)構(gòu)間有聯(lián)系，但又相互獨(dú)立。機(jī)械原理教學(xué)有幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括課堂教學(xué)、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、大作業(yè)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通過這幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)又要培養(yǎng)的學(xué)生的幾種基本知識與技能，包括基礎(chǔ)理論知識、工程實(shí)踐能力、分析計(jì)算能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。如何評定學(xué)生是否達(dá)到相應(yīng)的能力，這里提出結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)化機(jī)械原理教學(xué)模式，建立一個開放性、各節(jié)點(diǎn)密切關(guān)聯(lián)的新型機(jī)械原理教學(xué)和測評模式。圖1為一個教學(xué)模式網(wǎng)格，將教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和學(xué)生的幾個能力培養(yǎng)交叉，形成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。對每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分階段教學(xué)和考核。下面加以詳述。
圖1 網(wǎng)格化教學(xué)模式初步模型的建立
1.建立機(jī)械原理課程的基礎(chǔ)理論知識體系和網(wǎng)上自測體系。圍繞機(jī)械原理三大機(jī)構(gòu)，建立機(jī)械原理教學(xué)的基礎(chǔ)知識理論體系。如建立構(gòu)件、基本桿組、機(jī)構(gòu)、機(jī)器的知識體系，以機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法為核心，拓寬知識領(lǐng)域，融入前沿知識。增加與時展相適應(yīng)的新內(nèi)容；如學(xué)校科研項(xiàng)目，或者學(xué)生設(shè)計(jì)成果等實(shí)物機(jī)構(gòu)，通過實(shí)例（實(shí)物）引入當(dāng)前機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。在機(jī)械原理教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中引入三大機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識自測題庫，包括選擇、判斷、問答、分析等過程，讓學(xué)生在課堂上通過智能手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)終端操作進(jìn)行自我測評，并及時提交。老師利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析學(xué)生對理論知識點(diǎn)的掌握情況并對教學(xué)內(nèi)容實(shí)時做出相應(yīng)的調(diào)整。
2.培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。不以單純的抽象機(jī)構(gòu)為對象，而是以生產(chǎn)實(shí)際中常用機(jī)構(gòu)為對象來說明機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動分析和設(shè)計(jì)過程。如工程訓(xùn)練中心的車床傳動系統(tǒng)、牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)及生活中常見的體育運(yùn)動器材等機(jī)構(gòu)，都可以讓學(xué)生作為測繪及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制的素材。引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目和各類機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，通過網(wǎng)絡(luò)視頻和現(xiàn)場觀看等手段讓學(xué)生參觀科研設(shè)備，引導(dǎo)部分學(xué)生參與科研項(xiàng)目。如讓學(xué)生參觀擺式波浪能裝置、振蕩浮子式波浪能裝置。筆者所在團(tuán)隊(duì)有意識指導(dǎo)學(xué)生參與水下清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過實(shí)例講解和讓部分同學(xué)直接參與設(shè)計(jì)制作等手段，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。
3.通過網(wǎng)絡(luò)培養(yǎng)分析計(jì)算能力。采用傳統(tǒng)的圖解法和解析法并重的方式培養(yǎng)學(xué)生的分析計(jì)算能力。其一，圖解法簡單直觀，學(xué)生易于掌握理解，而解析法精度相對較高，更貼近工程實(shí)際應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力。如將JYCS-Ⅱ型機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺稍加改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，讓學(xué)生不一定非得到實(shí)驗(yàn)室，直接可以用自己的電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)測試分析。這一方面減少了老師的勞動強(qiáng)度，同時又提高了實(shí)驗(yàn)軟件的利用率。
圖2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案測試分析系統(tǒng)
4.充分利用網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。課堂講授中融入基本的創(chuàng)新理論和創(chuàng)新方法，如型綜合創(chuàng)造技法、機(jī)構(gòu)的組合原理與創(chuàng)新方法、機(jī)構(gòu)的演化變異原理與創(chuàng)新方法、機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案與創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法以及創(chuàng)新機(jī)構(gòu)示例分析等。同時，讓學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)，查找網(wǎng)上豐富的奇思妙想機(jī)械設(shè)計(jì)資料，誘導(dǎo)學(xué)生展開豐富的想象，并自己動手，采用機(jī)構(gòu)拼裝試驗(yàn)臺，將創(chuàng)新理論和創(chuàng)新技法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，充分利用機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)平臺，開發(fā)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、運(yùn)動仿真分析等一系列機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。同時，將典型的創(chuàng)新案例放置課堂上講解分析，讓學(xué)生在動手中不斷培養(yǎng)自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新興趣，最終培養(yǎng)學(xué)生全面的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。
三、建立網(wǎng)絡(luò)化的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)型機(jī)械原理測評模型
圍繞齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)及凸輪機(jī)構(gòu)等主要教學(xué)內(nèi)容建立網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)化課程教學(xué)模型，針對每個環(huán)節(jié)，每個節(jié)點(diǎn)設(shè)置網(wǎng)上測評系統(tǒng)。在對一個環(huán)節(jié)講解完畢后，利用網(wǎng)絡(luò)測試題庫，讓學(xué)生進(jìn)行各個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的測評，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)果分析，綜合各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成教學(xué)的整體測評分析報(bào)告。根據(jù)結(jié)果，即可讓老師實(shí)時找出教學(xué)中哪些環(huán)或能力培養(yǎng)上的缺失或不足。對學(xué)生而言，也可以清楚自己在哪些知識節(jié)點(diǎn)還沒掌握，并加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)。這樣，通過對教學(xué)內(nèi)容的更新設(shè)計(jì)和查漏補(bǔ)缺，有效促進(jìn)機(jī)械原理的教學(xué)工作。
四、結(jié)束語
為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)生的特點(diǎn)提出了本課題探索，經(jīng)過近幾年的實(shí)踐和努力，筆者所在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初步建立了網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺，包含網(wǎng)上課件、網(wǎng)上測評題庫、相關(guān)的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈接。正在完善《機(jī)械原理》教學(xué)效果測評機(jī)制。初步教學(xué)試驗(yàn)表明，這一方面對學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新有所提高。另一方面，有助于老師實(shí)時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果并改進(jìn)自己的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度。
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[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0128-02
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在《機(jī)械原理》課程理論教學(xué)完成后進(jìn)行的一項(xiàng)重要的綜合性實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練活動。學(xué)生通過機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步鞏固、掌握并初步運(yùn)用機(jī)械原理的知識和理論，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計(jì)能力、解決實(shí)際問題的能力以及機(jī)械開發(fā)創(chuàng)新能力。在設(shè)計(jì)題目的設(shè)置時，摒棄了由授課教師獨(dú)立確定題目的“一言堂”做法，教師、學(xué)生、家長共同參與題目設(shè)定，并與實(shí)踐緊密結(jié)合。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題目由三部分組成：（1）封閉式題目――教師命題，保留多年來的經(jīng)典設(shè)計(jì)題目并作適當(dāng)擴(kuò)展；（2）半開放式題目――結(jié)合學(xué)科競賽、教師科研項(xiàng)目等實(shí)際需求，教師、學(xué)生共同提出項(xiàng)目功能目標(biāo)，設(shè)定成果方式；（3）開放式題目――主要由學(xué)生自主選題確定。學(xué)生自主選題主要考慮學(xué)生以及家庭研究淵源，學(xué)生長期感興趣、有一定研究積累的特長，家長在特定領(lǐng)域研究成果的拓展等。
將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)與大學(xué)生課外科技訓(xùn)練相結(jié)合，教師指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)興趣選題，充分調(diào)動社會、家庭參與研究訓(xùn)練的積極性，題目采用學(xué)生自選和教師指定相結(jié)合的原則，具有學(xué)生感興趣的諸多因素。如雙向管道爬行裝置的設(shè)計(jì)與制作、糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)與制作、具有逃生功能自動窗的設(shè)計(jì)與制作等。
在雙向管道爬行裝置的設(shè)計(jì)與制作中，學(xué)生首先對該裝置的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了深入的調(diào)研。發(fā)現(xiàn)工程實(shí)際中存在大量的管道或者桿狀的結(jié)構(gòu)，對于它們的維護(hù)、監(jiān)測、清潔的手段相對比較落后，基本靠人力手工完成。如能設(shè)計(jì)一種在管（桿）狀結(jié)構(gòu)上自動靈活雙向移動的裝置，實(shí)現(xiàn)方便、快捷、平穩(wěn)的爬動，將非常必要，而且可將該裝置作為一個平臺，整合在其他的裝置上完成所需的既定動作，在生產(chǎn)生活實(shí)際工作中將扮演多種運(yùn)送機(jī)械手的重要角色。
一、爬管（桿）裝置總體設(shè)計(jì)思路
為了實(shí)現(xiàn)裝置在管上自由爬動，而且運(yùn)行平穩(wěn)安全，結(jié)合機(jī)械原理已知各個運(yùn)動機(jī)構(gòu)，最終選擇變異曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為主體爬行機(jī)構(gòu)，而鎖緊機(jī)構(gòu)確定為轉(zhuǎn)動的剎車橡膠塊機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
在圖1變異曲柄滑塊主體機(jī)構(gòu)中，A為裝置工作時依附的管（桿）構(gòu)件，B為上爪，套在管A上，C為連桿，連接上爪和曲柄，D為電機(jī)驅(qū)動的曲柄，可以整周轉(zhuǎn)動，安裝在機(jī)架上。E為滑動擺桿，能在曲柄的帶動下左右擺動，F(xiàn)為機(jī)架，可套在管A上。
電機(jī)驅(qū)動曲柄D，在曲柄D驅(qū)動下，滑塊機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)裝置在管構(gòu)件上的上下爬動的要求，而鎖緊機(jī)構(gòu)則整合在上爪B和機(jī)架F上，實(shí)現(xiàn)上爪和機(jī)架的交替鎖緊，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目的。
二、變異曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所爬的管（桿）機(jī)構(gòu)直徑在50～100mm范圍內(nèi)，其余各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的尺寸均按該要求設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際裝置的尺寸，計(jì)算選擇曲柄D的長度為Ld=100mm，曲柄D與連桿C的尺寸比設(shè)計(jì)為1∶3，故連桿Lc=300mm，擺桿E設(shè)計(jì)為與連桿C等長，即搖擺LE=300mm。為確保裝置在管（桿）構(gòu)件上平穩(wěn)運(yùn)行，選擇其平均爬行速度為v=10mm / s，曲柄轉(zhuǎn)動一周裝置爬行400mm，用時40s，所以曲柄角速度ω=1.5r / min。圖2為設(shè)計(jì)完成的裝置整體三維模擬圖。
如圖2所示，工作時驅(qū)動電機(jī)安裝在機(jī)架F上，隨著電機(jī)運(yùn)動帶動曲柄D轉(zhuǎn)動，當(dāng)機(jī)架F夾緊時，曲柄D轉(zhuǎn)動帶動連桿C的上爪B移動；當(dāng)上抓B加緊時，曲柄D轉(zhuǎn)動時可帶動連桿C及機(jī)架F移動。這樣上爪B與機(jī)架F交替加緊、移動，可以完成裝置在管（桿）上的平穩(wěn)滑動。
為保證裝置能夠具有一定負(fù)重，并且在管（桿）構(gòu)件上平穩(wěn)滑動，如圖3、圖4所示，上爪B和機(jī)架F均由三個可調(diào)滑輪G壓緊在裝置依附的管道上。
三、轉(zhuǎn)動剎車塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
為保證上抓B和機(jī)架F能夠平穩(wěn)、連續(xù)交替夾緊管（桿）構(gòu)件，特別設(shè)計(jì)制作了用于夾緊的轉(zhuǎn)動剎車塊結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
如圖5所示轉(zhuǎn)動剎車塊設(shè)計(jì)成中間凹狀結(jié)構(gòu)，便于箍緊管（桿）構(gòu)件，為有效增大摩擦阻力，材料可選用橡膠等非金屬材料。作為裝置的關(guān)鍵零件，運(yùn)動時剎車塊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到一定位置時能保證在管（桿）構(gòu)件上卡緊上爪B或機(jī)架F，從而達(dá)到裝置交替爬動的目的。
結(jié)合上述討論的變異曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖6、圖7所示為轉(zhuǎn)動剎車塊結(jié)構(gòu)工作原理示意圖。在圖6中曲柄D轉(zhuǎn)動，連桿C隨之?dāng)[動，剎車塊H與連桿C固連，所以剎車塊H也能隨著連桿C轉(zhuǎn)動，此時由于轉(zhuǎn)動剎車塊結(jié)構(gòu)形狀的特殊性，其會在一定位置時帶動上爪B卡緊在管（桿）上。
同理，如圖7所示，曲柄轉(zhuǎn)動D，滑動擺桿E隨之?dāng)[動，剎車塊H與擺桿E固連，剎車塊H也隨擺桿E轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)動剎車塊結(jié)構(gòu)形狀的特殊性，其會在一定位置下帶動機(jī)架F卡緊在管（桿）上。圖8、9、10、11為剎車塊工作狀態(tài)示意圖。
以裝置上行為例，當(dāng)機(jī)架F上的滑動擺桿E帶動剎車塊轉(zhuǎn)到圖8位置時，剎車塊把機(jī)架F卡緊在管（桿）上，此時上爪B剎車塊處于松開狀態(tài)如圖9所示，由于電機(jī)轉(zhuǎn)動，連桿會推動上爪B向上移動；而當(dāng)機(jī)架F剎車塊轉(zhuǎn)到圖10位置松開時，上爪B剎車塊則轉(zhuǎn)到圖11位置卡緊狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)動此時會拉動機(jī)架F向上移動，這種周而復(fù)始的運(yùn)動，完成整個裝置沿管（桿）穩(wěn)步上行。只要改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，裝置可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)下行，裝置下行原理相同。
由于剎車塊是橡膠材料，加工方便，其工作時靠摩擦力來鎖緊上爪B或者機(jī)架F，所以其尺寸需要根據(jù)工作依附面的具體情況來選材及設(shè)計(jì)尺寸。
四、結(jié)論
雙向自動爬管（桿）裝置，主要由曲柄、連桿、滑動擺桿、上爪、機(jī)架、電機(jī)、銷釘、螺栓、螺母、剎車塊、滑輪零部件組成。電機(jī)帶動曲柄滑塊裝置運(yùn)行，并通過整合在其上的剎車塊的轉(zhuǎn)動，上爪和機(jī)架交替卡緊，從而使得裝置實(shí)現(xiàn)上爬或下爬。整個機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，構(gòu)思巧妙，能最安全便捷的實(shí)現(xiàn)在管狀物體上的平穩(wěn)移動，為工程中的管道檢測維護(hù)實(shí)現(xiàn)自動化提供了一個很好的平臺。
通過理論與實(shí)踐教學(xué)活動、課外科技活動、科學(xué)研究等途徑，在指導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)理論知識的前提下，將教學(xué)與大學(xué)生課外科技活動有機(jī)結(jié)合，通過項(xiàng)目驅(qū)動的方法貫穿始終，使學(xué)生受益匪淺。
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關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)理論；舞臺機(jī)械設(shè)備；重要性
中國的文化市場正在逐漸形成，在舞臺機(jī)械設(shè)備方面中進(jìn)入中國市場的國外的企業(yè)越來越多。中國企業(yè)要想在這種激烈市場競爭中占據(jù)有利的地位，應(yīng)該加強(qiáng)舞臺機(jī)械設(shè)備方面的技術(shù)的創(chuàng)新能力，同時在保證質(zhì)量的前提下降低設(shè)備在制造過程中的成本，以及完善在舞臺機(jī)械設(shè)備方面的售后服務(wù)。在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)中往往將一件商品的設(shè)計(jì)過程分為四個部分：產(chǎn)品前期規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和物品施工階段，其中的概念的設(shè)計(jì)階段是這四個階段中的最重要的階段。筆者通過這幾年的工作實(shí)踐，來分析概念設(shè)計(jì)的理論在舞臺機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用的重要性問題。
一、概念設(shè)計(jì)的重要性
概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，概念設(shè)計(jì)中的任務(wù)是為商品尋找最優(yōu)的工作原理方案，能夠在很大程度上決定可產(chǎn)品的性能、創(chuàng)新性、速率等問題，在商品的成本的方面決定了商品的很大的成本，因此概念設(shè)計(jì)在舞臺機(jī)械設(shè)計(jì)中具有非常重要的作用。在傳統(tǒng)的對舞臺機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中，依據(jù)設(shè)計(jì)師的平時設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)將設(shè)計(jì)中心放在了施工設(shè)計(jì)中的零部件的設(shè)計(jì)上，在概念的設(shè)計(jì)上沒有運(yùn)用科學(xué)地設(shè)計(jì)手段，在這樣的設(shè)計(jì)流程下設(shè)計(jì)出來的商品很難再商品市場中占據(jù)有利的地位。在產(chǎn)品的概念的設(shè)計(jì)階段，引進(jìn)前進(jìn)的概念的設(shè)計(jì)方法，能夠有效地激發(fā)對產(chǎn)品的創(chuàng)造的能力，能夠快速尋找出商品的設(shè)計(jì)方案，大大縮短設(shè)計(jì)的時間，減少商品的設(shè)計(jì)成本，使舞臺機(jī)械設(shè)備能夠在激烈的市場競爭中處于有利的地位。
二、概念設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容
概念設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容是根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)，來抽象化擬定概念設(shè)計(jì)的流程，之后尋求適合產(chǎn)品的最優(yōu)的解決方案。用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法中來分類，可以將舞臺機(jī)械設(shè)計(jì)的概念的設(shè)計(jì)分為以下三類：
（一）產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)
在舞臺機(jī)械設(shè)備的工作原理等未知的情況下，通過概念設(shè)計(jì)的具體的要求來為舞臺機(jī)械設(shè)備制定一份新的工作原理，在對產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)的工作原理之后，通過運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)對這種新擬定的工作原理進(jìn)行驗(yàn)證，看其在市場中是否具有可行性。概念設(shè)計(jì)的這個階段是對產(chǎn)品的一種創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出行的產(chǎn)品。
（二）產(chǎn)品適應(yīng)性設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品的質(zhì)量方面為了滿足舞臺機(jī)械設(shè)備的使用的需求，在舞臺機(jī)械設(shè)備工作原理不變的情況下，對舞臺機(jī)械設(shè)備進(jìn)行局部的變更或者創(chuàng)造不來一個新的部件。
（三）產(chǎn)品變形設(shè)計(jì)
這里產(chǎn)品的變形設(shè)計(jì)是指，在舞臺機(jī)械設(shè)備的工作原理不變的情況下，對舞臺機(jī)械設(shè)備的整體尺寸以及零部件的配置等，使其適應(yīng)概念設(shè)計(jì)的要求。
從以上三個有關(guān)舞臺機(jī)械設(shè)備概念設(shè)計(jì)的階段可以看出，在舞臺機(jī)械設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)具有重要的作用。在概念設(shè)計(jì)的核心在與對產(chǎn)品的總功能的分解，在對總共能分解為對個小功能之后，在得到設(shè)備的工作原理之后對這些小設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的細(xì)分和評估。評估的方法可以通過查找文獻(xiàn)、進(jìn)行模型設(shè)計(jì)等方法得來，也可以通^設(shè)計(jì)目錄，因?yàn)樵O(shè)計(jì)目錄是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總和，可以通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)地輔助的設(shè)計(jì)。對于設(shè)計(jì)目錄來說它承載了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)信息，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的各個設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)信息通過一定的編排和整理進(jìn)行分類，然后作為信息進(jìn)行存儲。其中目錄可以分為對象目錄，對象目錄是不針對具體的目錄信息進(jìn)行存儲；解法目錄是針對在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中針對產(chǎn)品的具體的解法的信息，它可以詳細(xì)了解產(chǎn)品在各個設(shè)計(jì)階段總的解法的具體的信息，可以推動在舞臺機(jī)械設(shè)備中的概念設(shè)計(jì)的有效進(jìn)行。
三、總結(jié)
綜上所述，可以看出概念設(shè)計(jì)在舞臺機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中的運(yùn)用具有重要的作用，概念設(shè)計(jì)可以推動舞臺機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)過程中的創(chuàng)新性，是舞臺機(jī)械設(shè)備在激烈的市場競爭中處于有利的地位。
關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；機(jī)械設(shè)計(jì)能力；培養(yǎng)模式；典型案例
機(jī)械制造業(yè)不僅是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展建設(shè)的發(fā)動機(jī)，更是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來隨著科技的進(jìn)步，“中國制造2025”正推進(jìn)制造業(yè)由傳統(tǒng)制造向現(xiàn)代制造與智能制造進(jìn)行轉(zhuǎn)型與發(fā)展。“科技強(qiáng)國，人才興國”，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展與轉(zhuǎn)型的需求，社會對具有較強(qiáng)機(jī)械工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型高級專業(yè)人才需求量增大。因此，在高校機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)中，亟須強(qiáng)化工程實(shí)踐能力與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)[1]。為提高機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，各高校在人才培養(yǎng)體系、核心課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法等方面都進(jìn)行了大量的有益探索[2-3]。但目前，相關(guān)教改研究主要集中在教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改進(jìn)與優(yōu)化以及實(shí)踐教學(xué)改革研究等方面[4]，而對深度融合多課程、多環(huán)節(jié)的全過程專業(yè)能力培養(yǎng)的研究較少。為提高畢業(yè)生的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力，開展基于典型案例的多課程、多環(huán)節(jié)、深度融合的培養(yǎng)模式研究，符合機(jī)械專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證的大潮流，具有重要的意義和推廣價(jià)值。
一、現(xiàn)狀及問題
地方院校主要為區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展服務(wù)，承擔(dān)著為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步培養(yǎng)卓越工程人才的責(zé)任。然而，一直以來部分地方院校沿襲高水平院校機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)模式，未根據(jù)自身實(shí)際情況修改導(dǎo)致所培養(yǎng)的人才與社會需求錯位，社會急需能勝任現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的研發(fā)、設(shè)計(jì)工作的專業(yè)技術(shù)人才。此外，地方院校學(xué)科專業(yè)硬件建設(shè)的投入較小，先進(jìn)儀器設(shè)備與實(shí)訓(xùn)平臺的臺套數(shù)少，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)較為薄弱。我國已廣泛開展工程教育認(rèn)證工作，基于工程認(rèn)證以成果為導(dǎo)向的教育理念，學(xué)生畢業(yè)能力是人才培養(yǎng)的核心任務(wù)，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化畢業(yè)生的核心能力。由于機(jī)械設(shè)計(jì)類課程多、教學(xué)內(nèi)容比較抽象、理論深奧且比較枯燥，學(xué)生多有畏難、厭學(xué)情緒，教師授課比較困難，導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)知識掌握不扎實(shí)、機(jī)械設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用不熟練、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與綜合設(shè)計(jì)能力較弱等現(xiàn)象，學(xué)生的專業(yè)能力與機(jī)械工程實(shí)際需要存在一定的脫節(jié)，不能滿足機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)需求，人才培養(yǎng)效果還需繼續(xù)改善。本文以哈爾濱商業(yè)大學(xué)的機(jī)械專業(yè)為例，該專業(yè)已開展工程教育認(rèn)證工作，根據(jù)培養(yǎng)方案要求畢業(yè)生須具備包括機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、機(jī)械零件制造能力、機(jī)電系統(tǒng)控制能力、特色食品包裝機(jī)械研發(fā)能力的機(jī)械工程綜合應(yīng)用能力，其中最基本、最核心的是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，專業(yè)能力形成體系如圖1所示。針對培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)方案中不僅設(shè)置了“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等理論課程，也安排了機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)、專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、CAD/CAE實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，形成了比較完整、規(guī)范的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系（如圖2所示）。通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生能比較熟練地掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法及手段。但是，由于各門課程、各個實(shí)踐環(huán)節(jié)的缺乏交流協(xié)商機(jī)制，都按各自的思路與模式開展教學(xué)，沒有形成一個統(tǒng)一、有機(jī)的全過程培養(yǎng)體系，導(dǎo)致出現(xiàn)部分基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生工程軟件應(yīng)用不熟練、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與綜合設(shè)計(jì)能力較弱等現(xiàn)象，畢業(yè)生的現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力還有待提高。
二、培養(yǎng)模式改革的具體方案與措施
在工程教育背景下，哈爾濱商業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)優(yōu)化人才培養(yǎng)途徑，研究建立了基于典型案例的深度融合的多課程、多環(huán)節(jié)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力全過程人才培養(yǎng)模式。
（一）完善機(jī)械設(shè)計(jì)能力全過程培養(yǎng)體系
為實(shí)現(xiàn)符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)生專業(yè)能力培養(yǎng)要求，機(jī)械專業(yè)修訂了人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，并整合、優(yōu)化工程案例，通過齒輪傳動及減速器設(shè)計(jì)的典型案例，將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的能力培養(yǎng)貫穿課程教學(xué)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等人才培養(yǎng)的全過程，全面夯實(shí)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，提高畢業(yè)生的工程素養(yǎng)與工作適應(yīng)性。基于學(xué)科認(rèn)知規(guī)律，從機(jī)械專業(yè)的初步認(rèn)識機(jī)械→簡單機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)→現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)→機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)→復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)→復(fù)雜產(chǎn)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及研發(fā)→實(shí)際工程應(yīng)用的人才培養(yǎng)規(guī)律，綜合分析機(jī)械專業(yè)的師資隊(duì)伍、硬件條件以及歷史傳承，建立機(jī)械專業(yè)基于典型案例的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力全過程培養(yǎng)體系，如圖3所示。
（二）充實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容
以齒輪傳動及減速器設(shè)計(jì)為案例，將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)制工藝等核心課程與課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)深度融合，經(jīng)過多輪從理論到實(shí)際、從實(shí)際到理論的循環(huán)培養(yǎng)過程，逐步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識去分析、解決機(jī)械工程問題的能力。形成規(guī)范、完整的機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系，解決了機(jī)械設(shè)計(jì)類課程追求理論體系完整、忽視工程實(shí)踐的弊端。1.第三學(xué)期。“機(jī)械原理”課程教師可通過學(xué)生感興趣的汽車及變速箱動畫，使他們了解汽車變速箱的工作原理及齒輪傳動原理，增加其對傳動機(jī)構(gòu)有感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時，著重講解齒輪傳動的工作原理及輪系設(shè)計(jì)，解決由于課程理論深奧且比較枯燥的難題。2.第四學(xué)期。首先，可通過“金工實(shí)習(xí)”讓學(xué)生近距離觀察CA6140車床主軸箱，使其對齒輪傳動有更深入的認(rèn)識和理解。其次，教師可通過“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)，重點(diǎn)講述齒輪傳動設(shè)計(jì)、齒輪校核等內(nèi)容。最后，通過齒輪減速器課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生深入理解齒輪傳動設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使他們初步了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過程。3.第五學(xué)期。教師可通過“機(jī)械CAD/CAE/CAM技術(shù)”課程，讓學(xué)生掌握三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks、二維平面設(shè)計(jì)軟件AutoCAD的使用，建立軸、齒輪、箱體等典型零件的三維模型，了解ANSYS、COSMOS等先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用；通過機(jī)械CAD/CAE實(shí)訓(xùn)，建立圓柱齒輪減速器三維模型，完成齒輪減速器的裝配圖及典型零件圖，使學(xué)生真正理解如何運(yùn)用先進(jìn)工具完成機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。4.第六學(xué)期。可通過大型機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生理解齒輪、齒輪軸等典型零件的加工工藝；通過“機(jī)械制造工藝學(xué)”課程，重點(diǎn)理解齒輪加工工藝、設(shè)計(jì)計(jì)算以及尺寸鏈等內(nèi)容；通過齒輪加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，使學(xué)生深入理解機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)及加工，形成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮機(jī)械零件加工的良好工程設(shè)計(jì)習(xí)慣。5.第七學(xué)期。通過“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)，重點(diǎn)講述有級變速傳動的設(shè)計(jì)；通過車床主軸變速箱課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)整體布局、傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，形成復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初步能力。6.第八學(xué)期。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生運(yùn)用Solidworks等工程軟件完成一個比較復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，形成復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。通過6個學(xué)期全過程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，可使學(xué)生具備熟練運(yùn)用機(jī)械專業(yè)知識和專業(yè)技能的能力，能夠運(yùn)用自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，去表述與分析復(fù)雜機(jī)械工程問題，提出解決方案，完成比較復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，提升專業(yè)能力和工程素養(yǎng)。
（三）改革教學(xué)方法，提升教學(xué)效果
為提升教學(xué)效果，教師要全過程貫徹案例式教學(xué)方法，并形成自己的課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)及課外科技活動相結(jié)合的立體化教學(xué)思路。1.采用案例驅(qū)動教學(xué)方法，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。通過齒輪傳動及減速器設(shè)計(jì)的典型案例，全過程貫徹齒輪傳動及減速器的工作原理、設(shè)計(jì)理論及工程實(shí)踐，逐步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識去分析、解決機(jī)械工程問題的能力，夯實(shí)學(xué)生的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和工作適應(yīng)性。2.采用系統(tǒng)論方法，完善機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系與課程內(nèi)容。采用系統(tǒng)論方法，將機(jī)械設(shè)計(jì)類各門課程、各個實(shí)踐環(huán)節(jié)各自為政開展教學(xué)的現(xiàn)狀，通過齒輪傳動及減速器設(shè)計(jì)的案例教學(xué)，形成一個統(tǒng)一、有機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力全過程培養(yǎng)體系，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和工作適應(yīng)性。3.采用重點(diǎn)論方法，提升學(xué)生對機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理解。教師要全過程地重點(diǎn)講解齒輪傳動及減速器的設(shè)計(jì)、加工、材料選用、總體設(shè)計(jì)以及三維建模等，通過課堂討論及習(xí)題課，讓學(xué)生舉一反三，充分調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)其對課程內(nèi)容的消化和理解。4.采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法，將教改、科研成果及學(xué)科前沿融入教學(xué)。教師可采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法，將教改、科研成果、學(xué)科前沿和高新技術(shù)信息有機(jī)地融入教學(xué)過程，不斷補(bǔ)充、更新教學(xué)內(nèi)容，深化學(xué)生對機(jī)械理論知識的理解和掌握，鍛煉其實(shí)際動手能力，并向其傳授更多、更新、更先進(jìn)的知識，激發(fā)學(xué)生的興趣。5.結(jié)合實(shí)踐教學(xué)與課外科技活動方法，提升教學(xué)效果。教師可結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)與課外科技活動，通過現(xiàn)場實(shí)物教學(xué)法，提升學(xué)生對機(jī)械的感性認(rèn)識，激發(fā)他們主動學(xué)習(xí)的積極性，提升教學(xué)效果。
三、結(jié)論
本文在對機(jī)械制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及需求的大量調(diào)研基礎(chǔ)上，分析地方商科院校的現(xiàn)實(shí)困境及現(xiàn)狀，并以哈爾濱商業(yè)大學(xué)機(jī)械專業(yè)為例，建立了基于典型案例的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力的全過程培養(yǎng)體系。通過齒輪傳動及減速器設(shè)計(jì)的典型案例，將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)貫穿課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等人才培養(yǎng)全過程，全面夯實(shí)機(jī)械專業(yè)畢業(yè)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，提高畢業(yè)生的工程素養(yǎng)與工作適應(yīng)性。通過對機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)模式的改革，將會使培養(yǎng)出的機(jī)械專業(yè)人才更符合國家發(fā)展戰(zhàn)略以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型需要。通過該項(xiàng)目的研究，也可為其他地方院校在進(jìn)行機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)模式的教育改革與實(shí)踐中提供有效的經(jīng)驗(yàn)借鑒與參考。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過程；運(yùn)動方案
0.引言
機(jī)械設(shè)計(jì)的最終的目的是運(yùn)用各種現(xiàn)有條件（計(jì)算手段、材料、理論知識以及加工能力等），設(shè)計(jì)出最優(yōu)秀的機(jī)械，或者稱為優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)通常需要綜合多方面的因素進(jìn)行考慮，通常的要求有：環(huán)境污染小、尺寸和重量小、總做性能良好、耗損率低、制造成本地等等。但是這些需求洪有一些是相互矛盾的，且機(jī)械的需求和用途也是不同的。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要綜合考慮多方面的因素，盡量滿足用戶的需求。歷史上的機(jī)械設(shè)計(jì)通常是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及理論知識進(jìn)行的，目前我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展較為迅速，設(shè)計(jì)者可根據(jù)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。機(jī)械的相關(guān)材料以及用戶的需求等進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.機(jī)械設(shè)計(jì)概念的論述
機(jī)械設(shè)計(jì)通常是指，按照客戶使用的需求對機(jī)械的方法、能量傳遞、工作原理、零件尺寸材料以及運(yùn)動方式等進(jìn)行分析和計(jì)算，作為以此制作的參考依據(jù)的工作流程。設(shè)計(jì)是為了能夠?qū)F(xiàn)有的條件進(jìn)行整合，考慮各方面的因素，通過制造最終形成產(chǎn)品，為人類服務(wù)。
1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求
機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求通常有以下幾點(diǎn)：環(huán)保方面的要求、機(jī)器用途方面的要求、經(jīng)濟(jì)適用性要求以及造型方面的要求[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對機(jī)械進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者對機(jī)械的局部進(jìn)行改造。運(yùn)用當(dāng)前較為先進(jìn)的技術(shù)，采用的新的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于機(jī)械零件的要求通常是在降低成本的情況下保證零件的工作能力。零件的工作能力通常是指在工作環(huán)境特定的情況下的承載力。在對機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要保證材料運(yùn)用合理，降低材料的成本費(fèi)用。還需對零件的工藝性做出保證，有效的減制造的費(fèi)用。除此之外，還需盡量將設(shè)計(jì)過程簡化，節(jié)約工作時間。
1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的分類
機(jī)械設(shè)計(jì)通常可分為變形設(shè)計(jì)、開發(fā)性設(shè)計(jì)以及適應(yīng)性設(shè)計(jì)。
變形性設(shè)計(jì)通常是在保證工作原理不改變的條件小，對于現(xiàn)有的產(chǎn)品的尺寸以及配置進(jìn)行優(yōu)化，或者增加一些型號[2]。擴(kuò)大機(jī)械的工作范圍，滿足更多工作的需求。
開發(fā)性通常是指對原有機(jī)械的設(shè)計(jì)方案以及工作原理進(jìn)行重新改革。
適應(yīng)性設(shè)計(jì)通常是指在機(jī)械的原理方案保持不變的情況下，對于機(jī)械的局部進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者更換新的部件，是機(jī)械產(chǎn)品更加符合工作的需求。
1.3機(jī)械設(shè)計(jì)過程
機(jī)械的設(shè)計(jì)過程通常是指從確定設(shè)計(jì)任務(wù)到編制技術(shù)的文件之間運(yùn)用的工作流程。機(jī)械設(shè)計(jì)的過程通常可分為以下四個階段：決策、評估以及改進(jìn)；產(chǎn)品的規(guī)劃；技術(shù)方案的設(shè)計(jì)以及原理方案的設(shè)計(jì)。
決策、評估以及改進(jìn)主要包括機(jī)械采用的調(diào)試、加工以及安裝制造出的樣本機(jī)器，然后對樣本機(jī)器試運(yùn)行或在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行使用，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。
產(chǎn)品的規(guī)劃主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)以及提出相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)書。
技術(shù)方案的設(shè)計(jì)主要包括將設(shè)計(jì)的而結(jié)果用工程圖或者計(jì)劃書的形式進(jìn)行展現(xiàn)。
原理方案的設(shè)計(jì)通常包括確定機(jī)械的工作原理以及機(jī)械運(yùn)動的方案，畫出關(guān)于機(jī)械運(yùn)動的簡圖。
1.4機(jī)械設(shè)計(jì)零件的設(shè)計(jì)
對于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)通常可根據(jù)工作需求繪制出較為完整零件工作圖，并且制定相關(guān)的技術(shù)要求，將計(jì)算說明書以及相關(guān)的技術(shù)文件及時的編制出來。還需對零件的參數(shù)的選擇，選定最為合適的材料，按照計(jì)算的準(zhǔn)則將零件的主要尺寸及進(jìn)行確定，要綜合各方面的因素（主要包括成本、工作原理以及結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行考慮[3]。根據(jù)機(jī)器的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及簡單的計(jì)算方案將零件的載荷進(jìn)行確定。然后對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作的過程中，對零件的工作情況進(jìn)行分析，對于零件失效的形式進(jìn)行判斷，找出正確的計(jì)算準(zhǔn)則，對零件進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)計(jì)的過程中，這個極端是不能避免的且需要反復(fù)進(jìn)行才能夠得到最佳的效果。需注意的是，在對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)時間通常要根據(jù)工作情況進(jìn)行簡化，因此計(jì)算的條件都會具有一定的假定性，需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況對零件進(jìn)行調(diào)整。
零件材料的選擇通常包括復(fù)合性材料、非金屬性材料、黑色金屬以及有色金屬等；黑色金屬通常包括鑄鋼、鋼、以及鑄鐵；非金屬材料包括橡膠、塑料以及陶瓷。有色金屬通常包括銅合金以及鋁合金。
除了對設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行及時的糾正外，對于零件失效的問題也要進(jìn)行關(guān)注。零件失效通常是指在特定的工作條件下，機(jī)械零件失去了正常的工作能力。零件的失效形式通常可分為：可靠性失效、噪聲失效、磨損失效、強(qiáng)度失效、精度失效以及剛度失效等等。零件出現(xiàn)失效的情況可能是由于震動或大或者共振、零件發(fā)生斷裂或者零件變形過大導(dǎo)致的。因此在設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)的過程中，一定要注意零件的尺寸、磨損度以及載荷力。
2.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的設(shè)計(jì)
機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)方案通常是從運(yùn)動學(xué)的角度入手，機(jī)械的系統(tǒng)的基本工程通常是機(jī)械運(yùn)動的變化、生成以及傳遞等。在機(jī)械系統(tǒng)中，動力系統(tǒng)能夠生成原始的機(jī)械運(yùn)動，經(jīng)過傳動系統(tǒng)的傳遞，通過執(zhí)行系統(tǒng)后才能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)輸出[4]。在日常工作中，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品通常是較為復(fù)雜的，不可能直接滿足總功能方案的需求，因此，需要按照系統(tǒng)分解的原理進(jìn)行功能的分解，將總體的功能分為多種功能單位，對這些較為簡單的功能單位進(jìn)行就求解，充分運(yùn)用組合的方式，由此形成多個總功能求解的功能原理方案。可通過下列幾種手段進(jìn)行，即功能合成、確定總功能以及功能分解。
功能合成主要是將分功能與基本功能相結(jié)合，形成較為明確的功能結(jié)構(gòu)，更方面操作。確定總功能主要是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需求，通過對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的形式合理的設(shè)定，體現(xiàn)出本質(zhì)功能。功能分解是指將總功能分為一個個獨(dú)立的單位，將一部分解至不可再分解的基本功能。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則通常有以下幾種形式：即保證機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)、合理安排機(jī)械效率、采用精簡的運(yùn)動鏈、合理分配轉(zhuǎn)動比等等，再設(shè)計(jì)的過程中，需要嚴(yán)格遵照這幾項(xiàng)原則對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。
3.結(jié)語
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的類比法以及經(jīng)驗(yàn)提升至系統(tǒng)的、邏輯嚴(yán)密的以及理性設(shè)計(jì)形式，在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，增加了動態(tài)多變量的最優(yōu)化[5]。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)對象看做是系統(tǒng)的，同時綜合考慮到了各方面的因素，將機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最佳狀態(tài)，更好的為生產(chǎn)服務(wù)。
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