時間：2023-10-05 15:56:28
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篇機械原理力分析，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。
機械原理是機械系一門重要的專業基礎課，它主要研究機械的設計以及力學分析，為機械設計過程中的方案設計階段服務。由于方案設計在機械設計中占據著舉足輕重的地位，所以機械原理就成為機械類學生一門十分重要的課程，也成為考研的專業課之一。
但是在幾年的教學過程中，筆者發現，機械原理的講授內容有很多已經過時，在工程設計實踐中幾乎沒有用處，而我們卻花費了大量的時間來做仔細的講解；而對于工程急需的部分內容，我們卻很少涉及；另外，我們過于強調分析而忽視了設計，導致學生學完機械原理以后，甚至簡單地以為機械原理只是理論力學的延伸，是理論力學的一種應用；最后，課程設計內容幾十年來都在做牛頭刨床的力分析。雖然我們也追加了某種機器的方案設計部分，但是因為課程設計時間少，學生實際上把大量的精力耗費在力分析上面，而對于方案設計只是匆匆帶過，這實際上混淆了機械原理的主要目的，又起到一種誤解作用。
針對上述情況，許多機械原理一線教學的老師都提出了自己的改革方案，有些老師把許多計算機軟件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn， MATLAB等引入機械原理的教學中，[1-3]有的對機械原理的內容進行重新組合分塊而加強學生的動手部分，[4]有的對于課程設計給定了多種題目，并采用先進的計算機虛擬設計手段來進行課程設計。[5]筆者在上述方法的啟發下，也進行了一些教學改革，改革的主要目的是面向工程，希望機械原理能夠真正地為工程設計服務。下文對筆者的一些改革進行簡要介紹。
一、設計與分析地位的界定
機械原理總體上分為兩塊內容：機構的設計以及力學分析。機構的設計包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和輪系的設計。而力學分析部分包括：運動分析、速度波動分析、力分析、機械效率、機構的平衡。
在工程師的實際設計中，我們發現，他們很少用到分析的內容，如果用到機械原理，主要是在進行機構的設計。所以，從工程實際應用而言，機構的設計部分應該占據主導地位。但是我們的傳統教學卻習慣于從分析開始，在介紹了機構的結構分析以后，就花費了很多時間介紹運動分析、力分析、機械效率、機械平衡、速度波動的調節，讓學生感覺好像在學習理論力學，只不過把解析法換成了圖解法；而對某些內容只是感覺比理論力學處理的對象更多一些，方法都來自于理論力學。學生要到第8周才開始進入機構的設計部分，此時學期已經過半。這給學生造成一種強烈的感覺，機械原理就是理論力學的延伸。顯然，這是一個誤區，對于學生正確地理解機械原理的核心是不利的。
傳統的教學方法對分析部分花費了太多的精力，而實際上，這些內容在實踐中用處不大。運動分析這一部分，是當機構處于某個位置時，用作圖法把構件的速度和加速度求出來。在實踐中需要面對的一般都是整個周期，需要得到整個周期內的加速度，用圖解法會相當困難，所以在工程設計中幾乎都不會用到這種方法。對于力分析更是如此，力分析要求在運動分析結束后拆分桿組，再用動靜法來進行靜力分析，過程十分繁瑣，在設計實踐中不可能使用。換一句話說，這種方法只具有理論上的意義。但這并不意味著這些內容不需要，應該盡量簡化，只闡述其思路就足夠，并不需要花費很多時間。
對于運動學花費太多的教學時間的結果，導致機構設計部分這個主體內容課時被壓縮，學時顯得相當緊張。因為沒有充足的時間來講解這部分內容，最后的方案設計部分有些老師甚至都來不及展開，就進入了課程設計階段。這樣，學生甚至都沒有弄清楚機械原理就是用來做方案設計的，這對于他們理解機械原理的作用顯然是不利的。
有鑒于此，筆者以為，從為工程服務的觀點出發，機械原理應該強調設計而適當降低分析的地位。在機構的結構分析介紹完以后，應該馬上進入機構的設計部分，以便讓學生明白機械原理就是來做機構設計的。應花費11周左右的時間后，對于力學分析部分用3周共6次課左右結束，基本上相當于一次課結束一章的內容。這樣，就有充足的時間用來講解機構的設計內容，使得機械原理的教學內容能夠真正對工程設計發揮作用。
二、機構設計部分的講解方式
機構設計包括兩塊：簡單機構的設計及機械系統的方案設計。簡單機構的設計包括：連桿機構、凸輪結構、齒輪機構的設計以及輪系傳動比的計算。對于每一塊內容，應該分成三個部分來講解：理解、設計與分析。
理解，就是迅速接受前人在這種機構設計方面所積累的經驗。比如連桿機構，第一步就是理解，弄清楚各種連桿機構的關系以及它們在工程實際中的應用；對于凸輪機構，弄清凸輪機構的類型及其應用；對于齒輪機構而言，理解占據最重要的地位，因為齒輪機構的正確嚙合條件、無側隙嚙合條件、定傳動比條件都是很重要的內容，通常老師都會花費不少精力在這一塊內容上面。
設計是主體。連桿機構的設計，是機械原理的重頭戲。傳統的設計方法是老師用粉筆+直尺+圓規進行的，這實際上很不方便。在實際工程設計中，設計人員不大可能用鉛筆、直尺來設計，而AutoCAD是他們最常用的工具軟件，所以，用AutoCAD來進行機構的結構設計是最合適的方式，這使得他們日后在需要時，很自然地就用AutoCAD來做方案設計。另一個方面，用AutoCAD進行連桿機構的設計比直尺、圓規要優越很多。如剛化反轉法是連桿機構設計的重要方法，手工操作十分麻煩，而用AutoCAD則輕而易舉。基于AutoCAD的種種優越性，筆者強烈建議，教師在上課時就直接用AutoCAD來進行連桿機構設計的教學，何況在使用多媒體以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一個細節，這都具有黑板教學不可比擬的優越性。
凸輪機構的設計，也建議以圖解法為主，此時仍舊是用AutoCAD教學。以圖解法為主的原因是，這種方法能夠清晰地說明原理。而對于凸輪機構的設計而言，弄清楚原理相當重要。至于解析法，把公式推出來后，說明其意義就可以了。齒輪機構的設計則強調是根據中心距和傳動比來設計齒輪機構的，這也是設計中最經常出現的問題。
三、課程設計的處理
課程設計通常包括兩個內容：牛頭刨床的動 力分析和飛輪的設計，以及某機構的方案設計。課程設計一般是一周的時間，前者在課程設計中通常要花費4-5天左右，由于時間關系，方案設計只能草草地做兩個機構運動示意圖。顯然，這并不符合機械原理教學的主要目的。
機械原理教學的主要目的是教會學生做方案設計。最后的課程設計內容應該強化這一點，但是現有的教學方式卻沒有突出這一點。由于把主要時間花費在牛頭刨床的動力分析上面，讓學生誤以為機械原理的主要目的是做機構分析的，這顯然并不利于學生對于機械原理主要內容的把握。另外，由于時間的限制，學生對于所做的方案設計基本上只是畫出一個示意圖，都沒有確定一些主要尺寸，這使得方案設計做得很草率。
課程設計同樣應該強化機構設計部分，對于傳統的牛頭刨床的力分析部分，建議使用ADAMS來做輔助計算，這是比較實際的方式，一般學生建模結束后，最多一天的時間就可以用ADAMS做完飛輪的設計，從而有足夠的精力來做機械系統的方案設計。至于方案設計本身如何處理，許多研究者已經提出了較為成熟的改革方案，這里不再贅述。
四、結語
機械原理作為一門重要的專業基礎課，從其根本意義上來說，是為方案設計服務的，但是傳統的教育模式并沒有突出這一點。在授課時強調設計而弱化分析，在設計時突出用AutoCAD來繪圖而少用手工繪圖，在課程設計中加強方案設計而用ADAMS來進行牛頭刨床的機構分析，這會加強設計的成分，而且所用的方法可以切實在工程設計中發揮作用。本文采用上述方法進行了機械原理的教學改革，取得了較好的效果。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 車煥文.Pro/E在《機械原理》教學中的應用[J].中國科技信息，2011（2）：185-186.
[2] 陳奇，朱家誠，公彥軍.將計算機軟件引入機械原理教學的探索與研究[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2011（1）：145-148.
[3] 肖啟明.RecurDyn在機械原理教學中的應用研究[J].重慶三峽學院學報，2011（3）：135-137.
機械原理課程設計的內容主要分為兩個階段:第一階段為機械系統的運動方案設計，要求學生通過對常用機構的組合或創新設計，實現簡單機械系統的功能需求;第二階段為機構尺度綜合，以及對機械系統中指定機構進行運動分析和動態靜力分析。目前在機械原理課程設計的教學過程中主要存在問題:
(1)設計題目類型單一，實踐過程枯燥。設計任務主要以典型加工設備為對象，擬定機械傳動方案，對其主傳動機構進行運動分析和動態靜力分析，并在此基礎上通過限定執行構件的速度波動以確定飛輪的轉動慣量，最后設計其中的齒輪機構或凸輪機構。這樣的設計題目單一且缺乏新穎性，與學生的實際生活脫節。設計過程的枯燥使得學生無法正確認識課程設計的重要性，設計興趣不強，參與積極性不高，難以達到實踐目的。另外，由于設計題目比較成熟，與之配套的設計手冊和指導書等資料較多，其設計思路和模式比較程式化，因而學生不需太多思考，僅僅只是按照指導書的要求翻書查表，按部就班地進行模仿設計，這樣的題目不利于學生創新思維和工程實踐能力的培養和訓練。
(2)設計方法陳舊，實踐重點偏移。目前，在機構運動尺寸確定、機構運動分析及力分析等基本知識和基本技能的訓練中，學生主要采用圖解法或解析法。圖解法概念清晰，形象直觀，便于學生理解與分析，但設計精度差，效率低，當學生需要分析多個瞬時的運動情況時，需要花費大量時間作圖，工作量大。解析法能獲得精確的計算結果，學生通過模型建立和程序設計可以分析任意點位置的運動情況。解析法的求解過程要求學生具備較好的數學功底和編程設計能力，但實踐證明多數學生欠缺獨立完成編程求解的能力，他們不得不把大部分精力放在程序實現上，這樣機械原理課程設計就演變成了計算機語言的訓練］，偏離了機構綜合設計與分析的實踐目的。同時，繁瑣的程序編寫，也會影響學生創新設計的積極性。
(3)設計時間緊張，實踐內容縮水。學校目前將機械原理課程設計和機械設計課程設計整合為3周的“機械綜合課程設計Ⅰ、Ⅱ”。由于從內容上設置為同一機械系統的不同階段性設計，因而從時間上兩者并沒有嚴格區分開。統計表明歷屆學生完成機械原理課程設計所需的時間約為1－1．5周，相對而言學時緊張。為了追趕進度，學生避重就輕甚至是掩蓋問題。比如在機械系統運動方案設計階段，學生普遍采用仿型設計和改型設計的方法，照搬相近的設計案例，或是僅改變某些結構和尺寸，更有甚者忽略創新構思的環節設計直接進入常規設計，整個設計過程中，機械系統的方案設計和機構的選型設計等相關內容體現不足乃至缺失，無法鍛煉學生的系統設計能力和創新設計能力。
2機械原理課程設計的教學改革與實踐
教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員機械原理課指組2009年制定了《關于深化機械原理課程實踐教學改革的建議》，明確提出了新形勢下機械原理課程設計教學改革應關注的重點問題。近年來，學校針對相關內容也開展了一系列的改革，主要集中在設計內容、設計方法及組織管理等方面。
2．1設計內容強調“理實一體”，避免紙上談兵
考慮到實踐教學環節是對前期所學知識綜合應用的階段性檢查，機械原理課程設計的內容應盡量包含各種運動形式和傳動機構的基本技能訓練，同時為了提高學生應用所學知識解決實際問題的能力，在題目的選擇上強調了“理實一體”的原則。結合專業方向，突出特色，如包裝工程專業選用石蠟疊摞包裝機構設計，機制方向選用沖床和插床的傳動機構設計，機設方向選用往復式物料運輸機構設計，模具方向選用造型機翻箱機構設計等。這樣將題目與專業有機結合起來，使設計過程充滿現實感，可以有效激發學生設計興趣，端正其設計態度;借鑒學科競賽主題，推動學賽融合，學科競賽的特點在于規定競賽主題的前提下為學生提供更大的創作空間，更符合工程設計的實際情況。因而在題目選擇時，也借鑒了學科競賽中有關無碳小車、家居機械、環保機械以及康復機械等方面的設計主題，一方面能讓更多的學生了解和參與到學科競賽中，加強其在自主設計方面的鍛煉，激發其創造力，另一方面也能發掘和培育優秀的學生和作品，為后續的學科競賽做準備;貼近實際生產生活，倡導學生自主選題，鼓勵學生個人或小組結合學習和生活中遇到的問題，自主擬定課程設計題目，通過發現問題、分析問題和解決問題這一較為系統的實踐過程，全面培養學生主動實踐能力。
2．2圍繞機械系統的運動方案設計和機構綜合，注重“虛實結合”的設計方法
對機械類學生而言，當通過機械原理學習了常用機械的工作原理、組成原理和設計原理后，為滿足工程實際需要或功能需求，首先面臨的是如何構想出一些新的機械系統，或是如何對熟知機構構造出新的集成。因此，機械原理課程設計應注重機械系統的運動方案設計和機構綜合，再輔以對主體機構的運動分析和動態靜力分析。但是由于設計方法和學時等問題，現有課程設計過程中對運動方案進行優化比較以及對運動學和動力學的變參數分析存在諸多局限性，因而將CAD/CAE技術引入課程設計中，通過“虛實結合”的方式提升學生運動方案設計能力，加強其對機構的分析和綜合訓練。當經過初步分析擬定傳動方案后，要求學生利用UG、Pro/e等軟件對傳動機構進行三維建模，并借助ADAMS等仿真軟件對主體機構進行運動或力分析，學生通過對理論分析結果和仿真分析結果進行比較，檢驗其傳動方案的合理性。接下來學生可以利用實驗平臺，自己動手對主體機構進行實際搭接并測試主要運動參數，通過分析實際測試結果進一步證明傳動方案的正確性，從而輔助機構設計。通過這樣的實踐過程，學生可以直觀地體會設計的各個環節，而CAD/CAE技術的應用也讓學生可以及時發現設計過程中的錯誤和問題，使其可以將更多地精力投入到改良設計和創新設計中去，更有利于學生設計能力和創新能力的培養。
2．3加強課程設計的組織和過程管理，強調互助學習和團隊協作
為了克服學時短、任務重的矛盾，在理論課程開始階段，就將課程設計任務書在課程網站上，使學生有充分時間熟悉設計題目，思考設計內容。同時在授課過程中，將設計內容與知識點講解結合起來，既用實例引導加強了學生對基礎知識的學習，又能讓學生提前開展方案的構思。考慮到學生學習能力存在差異，在設計過程中不能一味強調獨立完成，應引導學生互助學習，強調團隊合作。要求學生以小組的形式選定設計題目，然后根據學生的學習能力和興趣特點將設計內容任務化。在設計過程中，指導老師把控該小組的總體任務框架，負責解決團隊所遇到的共性問題，具體任務則由學生通過交流討論，利用合作與他人共同完成。而設計結束時，小組須采取答辯的形式來匯報其設計成果，老師則通過面對面的問答來檢驗學生的設計能力，了解學生對課程設計中相關問題的掌握程度。最后在成績評定環節，老師根據小組的任務難度、設計結果和水平給定該團隊成績范圍，然后各小組根據組員的工作量大小、團隊參與程度等進行自評，兩者相結合客觀地評定每個學生的課程設計成績。
3結論
[關鍵詞]機械加工；精度控制；機械裝備.
中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0215-01
1 影響機械加工精度的主要因素分析
1.1 加工原理產生的誤差
加工原理誤差是由于在加工原理上存在誤差，從而對機械加工精度造成一定影響，通常情況下，由于一定的加工工藝方法需要有較為精準的刀具及相關的運動緊密相聯，有時候這種關聯很難利用精準的加工模型原理進行加工，而不得不采用相類似的原理進行加工，采用了相似的刀具輪廓，一定程度上會存在誤差的產生。比如：在螺紋車削時，其導程中π系無理因子，根據相關的原理在進行齒輪等的選取時，往往會存在原理性誤差。對于一些復雜的曲面加工，往往會采取使用一些近似的簡單的刀具輪廓來代替，這也會產生一些加工原理上的誤差。
1.2 加工機床產生的誤差
機床是進行機械加工的重要平臺和載體，刀具與工件間的相對運動是借助于機床來實現的，因此，機床的精度決定著機械加工的精度，如果加工機床在制造過程中存在誤差，那么利用該機床進行的機械加工也存在著系統性誤差。這種誤差主要存在：主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差三種誤差形式。主軸回轉誤差主要是由于主軸進行轉動過程中，軸向、徑向等存在偏移，而導致加工誤差。導軌誤差是由于導軌基準等出現問題，從而使加工的部件出現誤差。傳動鏈是機床的重要組成機構，由于其組成元件較多，極易產生累加性系統誤差，在傳動繞路越長的情況下，這種誤差越顯著。
1.3 刀具與夾具產生的誤差
刀具和夾具的相互配合十分重要，如果一方發生位移，或者是存在磨損的情況，都會對機械零部件的加工產生重大影響，進而造成機械加工的誤差。對于一般刀具，如車刀、鏜刀及銑刀等產生的制造誤差，對機械零部件加工精度沒有直接的影響；而對于定尺寸刀具，如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等的尺寸誤差，直接影響被加工零件的尺寸精度；成形刀具，如成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等所產生的誤差，主要影響被加工面的形狀精度。同時，刀具的磨損將直接對工件與刀具的相對位置產生影響，從而造成工件尺寸誤差。另外，保證工件相對機床刀具正確位置的夾具對工件的位置精度也有比較大的影響，而其磨損現象也會直接影響著工件定位的誤差。
1.4 系統受力變形導致的誤差
在進行機械加工的過程中，工藝加工系統如果相關的指標發生改變，可能會對零部件加工精度產生一定的影響，導致誤差的產生。以切削為例，在加工過程中，當毛坯工件的形狀、尺寸及材料表面硬度等存在較大誤差時，會導致切削深度不斷發生變化，切削力也會隨之發生變化，以致工藝系統產生相應的變形，最終加工后的工件仍延續著與毛坯表面相近的尺寸誤差。系統受力變形導致的誤差最常表現在工件表面的誤差上，主要體現在表面層材料的冷作硬化、金相組織變化與殘余應力等方面。
1.5 系統受熱變形導致的誤差
機械加工的過程，由于要進行車、銑、切、刨、磨等操作，各種操作過程中，刀具、部件與加工零部件之間會有相應的接觸摩擦，都可能產生一定的熱量，這些熱量的積累，會導致一些部件產生變形，從而破壞加工件與刀具的運動關系和準確位置，最終產生誤差。系統受熱變形主要存在如：機床、刀具和工件的熱變形，這些熱變形都會對機械零部件的加工產生影響，導致誤差的產生。加工精度是一項參照性的指標，是衡量加工零部件的相關參數的實際值與理想值相符的程度，其與加工誤差是一對相反的指標，加工誤差越小則加工精度越高。實際工作中，不存在沒有誤差的加工，只要誤差在一定的范圍之內，不影響加工精度是允許的。
2 機械加工精度控制對策
2.1 做好誤差分析
為了有針對性地進行機械加工精度控制，首先要做好誤差分析，筆者曾對精鏜車床尾座孔，出現圓柱度誤差（頭大尾小）進行誤差分析，具體步驟如下：一是進行調查、取樣、測量，作直方圖和x-R圖。進一步進行分析無異常波動，但存在較大常值系統誤差。
對工藝系統幾何誤差、刀具與工件熱變形、刀具磨損、毛坯誤差等因素進行初步分析。具體結論：刀具熱伸長對精度影響較小；誤差復映也是非主要因素；導套無明顯跳動；鏜桿前端彎曲達0.1mm。
2.2 尺寸精度控制
尺寸精度控制是采取一定的措施，使零件加工表面與基準間的誤差保持在一定的范圍之內，從而減少相應的誤差產生。可以通過定尺寸精度、試切、定程和邊測量邊加工等方法來進行尺寸精度控制。通過利用刀具的相應尺寸來確保加工精度，利用鉆孔、鉸孔、拉孔等加工方法，對零部件表面尺寸進行控制。同時，可以通過試切法，先期對加工件進行小部分的試切，根據測量結果進一步調整刀具及相關工具的位置，直至加工尺寸與加工精度要求相一致后，再進行全面加工，從而避免因尺寸精度把握不當，而產生誤差，并造成材料浪費。在大批量進行加工過程中，由于受熱損、磨損等因素的影響，一批工件加工后，將會產生積累性誤差，因此，必須要進行抽樣檢驗，發現精度出現偏差及時進行調整。同時，要加大邊測量邊加工的探索，對加工工件進行逐漸接近的尺寸把握和調整，直至加工尺寸達到要求時停止加工，從而獲得較高的精度。
2.3 減少綜合誤差
針對上文分析的影響機械加工精度的主要因素，要綜合施策，盡可能減少綜合誤差。對于一些加工原理誤差，應當盡可能采用較為先進的模型進行加工。通常情況下，要先利用小塊的加工工件進行試切，根據小規模加工的工件的誤差，認真分析誤差產生的原因，針對這些原因，進行歸納分析，制定相應的修偏措施，盡可能減少原始誤差。在進行細長軸加工處理中，可以采取大走刀反向車削法，可以有效減少軸向切削力引起的彎曲變形，從而減小加工誤差。在加工過程中，可以采取反向誤差補償的方法，抵消因為設備原始誤差，從而提高加工精度。同時，可以采取轉移原始誤差的方法，轉移工藝系統的幾何誤差、受力變形和熱變形等而產生的誤差。比如對于磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不僅要靠機床主軸的回轉精度來保證，而且要靠夾具保證。當機床主軸與工件之間用浮動聯接以后，機床主軸的原始誤差就被轉移掉，從而提高了加工精度。
3 結語
機械加工過程中存在誤差是在所難免的，要認真分析可能引起誤差的原因，有針對性地做好應對之策，從而實現對機械加工精度的有效控制，有利于提升機械裝備制造的整體水平。
參考文獻
【關鍵詞】機械原理 課程 設計
機械原理課程設計的主要目的是為學生在完成課堂教學基本內容后提供一個較完整的從事機械設計初步實踐的機會。《機械原理課程設計》的編寫宗旨就是指導學生能在短時間內，將所學的機械基礎理論運用于一個簡單的機械系統，通過機械傳動方案總體設計，機構分析和綜合，進一步鞏固掌握課堂教學知識，并結合實際得到工程設計方面的初步訓練，培養學生綜合運用技術資料，提高繪圖、運算的能力。同時，注重學生創新意識的開發。
1 目前在機械原理教學中存在的一些普遍問題
1.1教學內容乏味
就現階段的機械原理教育課程來看，教學的內容非常乏味，主要原因就是因為部分老師在教學時只針對書本上的內容進行講解，從不去擴展，這樣就限制了學生的思維，使他們的思維發散不出來，限制了其想象力。但是機械原理是機械專業的一門重要的基礎課程，對于學生日后的關于機械方面學習很重要，如果只是講解書本上面的知識，涉及的內容就十分有限，這樣學生對于這一方面的理解就會被限制在了書本上，根本拓展不開。
1.2需要做的修改
長期以來，各校在“機械原理課程設計” 中嘗試了不同的教學改革。進入21世紀后，我國高校機械原理課程設計的教學改革更是進入新一輪。各校對“機械原理課程設計”的目的、內容、方法、題目、組織形式作了深入研究，探索機械原理課程設計中如何培養學生的機械運動方案設計、創新設計和解決工程實際問題能力，提出適合創新人才培養目標的機械原理課程設計實施方案。這些教學實踐為“機械原理課程設計”課程教學改革提供了理論準備。本文旨在總結各校近年“機械原理課程設計”課程教學改革成果的基礎上，探索機械原理課程設計進一步改革的方向。
1.3機械原理的重要性
在機械原理的理論教學中，盡管可以安排一些實物、模型、甚至錄相，增加學生的感性認識和實踐知識，但是光有這些是遠遠不夠的。在機械原理實踐環節教學中加強學生對機構、零件結構和機械設計等工程實踐知識的認識和對儀器設備的動手操作、機械結構的裝拆等實際動手能力的培養，是對理論課程教學不足很好的補充和完善。其次可以培養學生的創新和綜合設計能力。
2機械原理課程設計的教學改革與實踐
機械原理課程設計主要側重于機械運動方案設計而機械方案設計是機械設計乃至以后的制造和使用最關鍵的階段是決定機械產品質量好壞、性能優劣和經濟效益高低的關鍵步驟其創新特性效果如何直接影響機械產品的功能質量和使用效果。因此我院的機械原理課程設計也經歷了“機構的圖解法分析機構的解析法上機分析機構創新設計”三個發展階段。我們把培養學生設計思維能力和創新設計能力同時兼顧培養學生基本設計能力和應用計算機進行工程設計能力作為機械原理課程設計教學改革的宗旨。
2.1選題
傳統機械原理課程設計教學模式中僅僅以指導書為藍本教師的程序化指導貫穿始終。其題目一般是由教師指定幾個具有代表性的題目如半自動平壓模切機。為了充分發揮學生的主動性如今的選題原則是在不脫離機械原理課程內容的基礎上學生根據其興趣、愛好和能力自由選擇這樣就大大激發了學生的創新意識。有很多學生的創新設計題目極具研究和應用價值。創新需要基礎素材沒有豐富的基礎知識就不會有創新成果出現。因此我們將課程設計提前布置使學生在學習機械原理課程時能有的放矢的認真學習、研究相關章節內容。因為他們知道這些知識對他們學期末進行課程設計大有幫助這樣又反過來促進了學生學習機械原理課程的積極性和主動性。
2.2設計過程的控制與要求
在進行機械原理課程教學的同時，就讓學生對課程設計進行選題并說明整個設計過程的要求。這一階段為分散教學，要求學生選題并提出多個運動方案。在集中設計階段，第一天完成多個運動方案的評價與優選，確定本課程設計的運動方案；第二天，確定機械的總體尺寸，給出各執行機構與傳動機構的初選尺寸，繪制機械系統運動簡圖，編制機器運動循環圖；第三天，對所選機構進行運動分析，繪制運動線圖；第四、五天，編寫設計說明書，進行答辯。由于嚴格要求按給定的時間進度設計，所以，絕大多數學生都能按時完成任務。在機構的評價與優選過程中，采用個人、教師及學生小組的多層次的機構評價和優選方式，既發揮了學生的主動性，又加深了學生對各種運動方案的認識，同時還加強了學生的團隊協作意識。課程設計說明書作為一種技術說明書，強化其編寫工作，可以提高學生在以后的實際技術工作中，編寫技術報告、可行性論證報告和產品說明書等技術文件的基本技能。所以在課程設計過程中，對如何編寫課程設計說明書，給出了詳細的寫作要求并提供了寫作樣本。我們運用公開、透明及自評、互評及教師評分相結合的評價方式，對學生的課程設計進行評分。首先，學生對自己的設計進行說明及展示設計說明書，并對自己這的課程設計進行自我評價；然后由同學對其進行質詢與評價；最后，由老師進行講評并給出成績。這樣，使學生體驗主動參與、自由發表個人見解，并認真聽取他人意見的學術氣氛，并學會用理性與公正的態度評價自己和他人的工作。
3結束語
機械原理課程設計教學改革是進入21世紀后，面向創新人才培養，我國工科課程教學實踐環節改革的成功嘗試。全國高校圍繞機械原理課程設計所進行的教學實踐，無論對于機械原理精品課程建設，還是深入開展包括機械學科在內的工科課程體系教學改革，都富有借鑒意義。機械原理課程設計的各種教改嘗試，既有鮮明的主線，又各具特色。既有成功驗，也有需要探討、摸索之處。因此有必要總結、梳理，以利進一步改革。
參考文獻：
關鍵詞：功能原理；保守力；勢能
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0070-02
一、問題提出
文獻[1][2]對功能原理的描述是：質點系機械能的增量等于一切外力和一切內非保守力所做功的代數和，稱作質點系的功能原理，即
∑A外＋∑A內非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（1）
而文獻[3]對功能原理的描述是：質點系總機械能的增量等于一切外力非保守力和一切內非保守力所做功的代數和，稱作質點系的功能原理，即
∑A外非＋∑A內非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（2）
比較（1）（2）可知，兩表達式左方不同，應是∑A外+∑A內非還是∑A外非+∑A內非呢？也就是在功能原理中外力的功可否分為外保守力的功和外非保守力的功呢？內力存在保守力和非保守力，而外力是否也存在保守力和非保守力？只有把這些問題弄清楚，才能正確理解功能原理。從而也能正確理解好相關的物理概念。
二、探究分析
功能原理是力學中的基本原理之一，是由動能定理導出的。經典力學中的動能定理一般表述為∑A外+∑A內=∑EK-∑EK0即諸外力所作之功和諸內力所作之功的代數和等于系統（質點組）總動能的改變量。而功能原理它與動能定理并無本質的不同，它們的區別僅在于功能原理中引入了勢能，從而說明質點系機械能的變化規律的。然而不同文獻[1][2][3]對其描述形式又不一樣，應如何理解呢？
因為功是機械能變化的量度，所以機械能的變化需要通過做功來實現，∑A外反映系統和外界的能量轉換，這里視乎應該包含兩部分∑A外保和∑A外非。而∑A外保就應該和外勢能（系統和外界共有的勢能）相關，即∑A外保=-E外P。∑A內非反映系統內部機械能和其他形式能量的轉換；如系統內有滑動摩擦力時，∑A內非為負值，表明系統的一部分機械能轉換成了系統的內能。這樣功能原理就應該寫成文獻[3]的形式，并且等號右側勢能部分還蘊涵著外勢能。
勢能概念是在保守力概念的基礎上提出的，勢能屬于相互作用的物體構成的系統的。只有物體之間的相互作用力的性質滿足力對物體做功與移動路徑無關，只與物體的相對位置有關這一特點，系統才會具有與之相關的勢能。如重力――重力勢能，電場力――電勢能，分子力――分子勢能，等等，所以功能原理的應用對象應是系統。在運用功能原理時應注意：如在考慮機械能時引入了重力勢能，由于勢能屬于物體與地球共有，因此物體所受重力即為內力（保守力），在計算合外力做功時應剔除重力做功；同樣如引入彈性勢能，彈簧彈性勢能屬于彈簧和相連質點所共有，因此彈簧的彈力即為內力（保守力），計算合外力做功時就不應再考慮彈簧的彈力做功。
如果存在外勢能，就一定存在A外保，而有保守力做功時，一定有勢能參與轉化，研究的對象應是相互作用物體的全體構成的系統。這時保守力又視為內力了，如果這樣考慮，文獻[1][2]和文獻[3]也就統一了，其實文獻[1][2]中的∑A外和文獻[3]中的∑A外非是相等的。
三、實例闡述
例如，物體在水平面上移動如圖1所示。可以把物體看成是研究對象，此時物體所受的重力可以視為外力，而此時∑A外保一定是零，所∑A外也就和∑A外非保相等了，這樣文獻[1][2]和文獻[3]就相同了。
再如圖2所示，起重機將貨物向上拉起，貨物因此而獲得動能和重力勢能，這重力勢能實質是貨物和地球共同具有的重力勢能。應用功能原理時，研究對象就是貨物和地球組成的系統，貨物受到的重力即為內力（保守力），而不是外力。此時外力一定不包含保守力，即，∑A外也是和∑A外非保相等的。
四、結束語
基于以上分析，我們認為不僅存在內保守力和內非保守力，也存在外保守力和外非保守力。但對于分析一個物理問題時，最重要的是一定要明確研究的對象。對功能原理文獻[1][2]和文獻[3]雖然形式不同，但表達的物理含義是相同的，但我們認為，文獻[3]表述的更準確。
參考文獻：
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[3]漆安慎，杜嬋英.普通物理學教程力學（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005.
通訊作者：譚振江（1965-），男，教授，博士，碩士研究生導師。
關鍵詞：機械；設計；節能；基本原理
經濟的快速發展將會導致環境污染嚴重和資源短缺情況的出現。這些問題將會反作用到經濟與社會發展中。如何妥善地處理好經濟發展與環境資源保護之間的關系成為社會穩定發展的重點。節能是環境資源保護的重要形式。加強對機械設計節能基本原理的研究，才能夠發揮出機械設計節能效果。機械設計節能應用到工業生產中，對于實現國民經濟可持續發展具有重要的影響意義。
1 機械設計節能基本原理
機械設計節能在動能方面的影響最為明顯。傳統機械設計主要考慮的是輸出功率變化，特別是設備在運行過程中產生的波動。機械設計節能對于設備加工精度與周期影響更為突出，在設備加工的時候，需要根據動能狀況及時地進行能源回收或者轉化。并且根據節能特點，做好設備調節系統動能變化，能夠在最小范圍之內完成能源的回收。輸出力會根據節能狀況進行調整。在不同運行環境中，機械設備輸出力會有明顯的差異。特別是相同機械設備運行過程都會涉及到節能改善。在較短的時間內機械設備運行會產生較大的波動，這些波動出現的阻力都會影響到機械設備的運轉情況，并且會隨著變化減小，節能的效果也會更加的明顯。機械設備在運行的時候都會涉及到摩擦等阻力，調整零件精度或者的方式都能夠提升設備的使用效率。因此，在機械設計節能效果上要最大限度地降低無用功的產生，對于節能原理要進行充分的總結，處理好動能、輸出力以及無用功之間的關系，能夠根據設備情況進行機械設計節能的改進。通過對參數變化的研究，實現能源的有效節約。
2 機械設計節能的應用效果
2.1 人才培養與新技術的應用
機械設計節能涉及到很多多方面的知識，需要專業性較強的工作人員才能夠完成。專業人才是開展機械設計節能基本原理研究的核心基礎。針對這種情況要持續進行工作人員專業培訓，這是實現機械設計節能必要條件。在實際技術基礎上進行整體性突破，并且要充分地運用信息技術實現機械設計節能水平的提升。
2.2 強化電子控制系統
電子控制系統對于提升機械設計節能效果的準確性具有重要的作用。電子控制系統能夠對機械設計節能進行實時監控，做好機械設計節能控制工作，通過智能化系統對機械設計節能狀況進行判斷。有效地控制功率輸出，并且避免消耗的進一步擴大。使機械設計節能效果達到最大優勢。電子控制系統同時還能夠對自身進行檢測，發現其中存在的限制因素，有效地延長機械使用的壽命。
2.3 加工設備設計
工業生產機器主軸在運行中產生的波動很容易影響到產品的質量。為了能夠更好地解決這一個問題。需要利用機械設計節能技術在機器運轉過程中加入轉動慣量較大的飛輪，這樣能夠更好地起到調節波動的作用。能夠將不均勻系數都調控在合理的范圍之內，并且保證機器能夠正常的運轉。在不均勻狀態下的輸入功率都會產生較大的能源消耗，并且輸出與動能變化產生的數據會持續的疊加。機器運轉中的轉動慣量飛輪會根據初相位不同進行功率比較。在平衡理論下的機械運轉數據差距也會變得更小。
2.4 升降機械設計
升降機在使用的過程中會消耗大量的能源。因此，為了能夠實現升降機節能環保，就要在機械設計節能基本原理下對升降機進行能源消耗控制。升降機械主要是大壓力容器下驅動的設備移動，這樣就能夠實現機械在空中進行作業或者維修。升降機產生的消耗主要是來自于貨物運輸上升或者下降。高空機械作業都需要在實踐的過程中對動力與能量進行高度調整。這樣才能夠進一步地開展高空作業。但是在實際工程作業中，機械設計節能原理會對升降機的結構與設計進行優化。最終將會實現能源的節約。比如，當曳引驅動機構和傳統的升降機械以相同的速度提升質量相等的貨物或者重物時，前者可以更加有效地實現升降機的平衡，減少升降過程中的能源消耗，使得系統勢能在最小范圍內變化甚至維持常量。機械設計節能工作的開展需要處理好材料與動力源之間的關系選擇。要將設計理念融入到升降機結構中，特別是要注重電子控制系統的應用。電子控制系統能夠更加突出升降機的自動性，并且會實時進行監控，提升工作人員的安全性。
3 結束語
可持續發展成為我國經濟與社會不斷進步的重要載體。可持續發展道路能夠實現自然、資源、人類等方面的和諧統一。特別是工業生產中融入可持續發展理念將會實現節能減排。針對這種情況要強化機械設計節能效果，明確掌握全面的機械設計節能基本原理，通過掌握理論知識指導工業實踐生產，這樣能夠實現成本投入得到有效的控制，避免資源出現嚴重浪費，在根本上保o環境。對于構建和諧文明健康的社會具有重要的意義。機械設計節能在社會發展充分發揮巨大作用。保證機電產品消耗得到控制，實現降低輸入功率。
參考文獻
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關鍵詞 機械原理 機械設計 課程優化
機械原理與機械設計課程開設歷史悠久，兩門課程始終作為全國各工科院校機械類專業主干技術基礎課程。近年來，隨著機械學科的飛速發展、我國高等學校機械類專業人才培養實施寬口徑化、21 世紀人才綜合能力培養的需求，再次審視兩門課程的教學體系、課程內容和教學方法，認為依舊存在問題需要探究與改革。
一、存在的問題
（一）內容有交叉與重復現象。機械原理和機械設計兩門課程的教學內容基本變化不大，課程內容自成體系，相互之間缺少銜接，存在內容交叉和重復的問題。
（二）缺少系統性。兩門課程缺少對機械系統的介紹，學生學完了兩門課程，仍對機械沒有整體的認識，對機械的設計過程缺少了解，兩門課程的總體效能未能充分顯現。
（三）實踐環節不足。兩門課程的實踐環節難以適應對學生工程意識和實踐能力培養的需求，缺少主動性實踐的環境。
二、理論教學體系的整合與優化
機械產品的設計一般要經過產品的規劃、方案設計、技術設計等環節，通過機械原理和機械設計課程的學習，學生不僅應掌握一般機械產品設計所需的基本理論知識，還應對機械系統有一個整體的認識，并應了解機械產品設計的基本過程。為此筆者嘗試突破“機械原理”和“機械設計”兩課程的界線，將教學內容和教學環節進行了重組、融合及整體優化，合并為“機械設計課程。
（一）課程目標。通過本課程理論教學、實驗及課程設計等環節，實現總體教學目標：培養學生的工程意識和創新精神；使學生對機械產品具有整體的概念和正確的設計思想；掌握機械系統設計的基礎知識，初步具備一般機械方案設計和分析的能力；掌握常用機構及其傳動的運動學設計和工作能力設計的基本知識，掌握通用零部件設計計算和選用的基本知識，初步具備一般通用機械的設計能力；培養學生查閱和運用機械設計相關標準、手冊及網絡息等技術資料的能力。
（二）理論教學體系。在有限的學時內，合理取舍課堂教學內容，是關系到能否真正實現課程目標的關鍵。經過多年的仔細斟酌、反復探究，提出精、寬、新的授課原則：精——精選重點和難點的內容進行詳解與指點，避免煩瑣公式的推導和易于自學的內容占用過多的學時；寬——拓寬學生的知識面，注重工程應用，啟發學生舉一反三；新——注重機械學科發展、將機械學科的科研成果融入教學，讓學生了解機械學科的新技術、新方法。
三、實踐教學體系的構建
實踐教學體系由實驗教學、機械實例分析與設計（大作業）、典型機械設計（課程設計）三部分組成。三個模塊均以加強自學能力、研究能力、動手能力及工程意識與創新精神為培養目標。
（一）實驗教學。在實驗教學中將計算機技術和網絡技術與現代實技術相結合，加強實驗內容的綜合性與設計性，如增開了典型機器與機構分析、機構系統創意組合、機械系統創意組合等綜合性實驗，對啟迪學生的創新意識和培養學生的設計能力起到非常積極的作用。
（二）機械實例分析與設計。本課程傳統的課外作業內容雖然對一些基本概念、定義的理解起到一定的作用，但是由于各章相對獨立、就題論題、解題方法千人一面等問題，讓學生感到枯燥無味，抄襲現象嚴重。為了解決此問題，將“書本習題”大大減少，增加數個綜合性、實踐性很強的機械實例分析大作業。
（三）課程設計。課程設計是很重要的一個教學環節，課程設計的性質決定了它在對學生進行素質教育，培養學生工程意識和設計能力等方面具有獨特的優勢。原來的機械原理和機械設計的課程設計是分開的，相互之間沒有聯系，機械原理的課程設計是以機構的分析為主，機械設計是以零件的強度分析和繪制圖紙為主，教師不僅限定了設計題目和方案，還給學生提供了非常齊全的參考資料，學生的創新意識得不到發揮。將兩門課程的課程設計進行了優化整合，從題目的選擇到實施過程，更加符合現代機械的設計思路，即把過去僅進行機構和零部件的尺度綜合、運動分析和動力分析，改變為進行機械系統的綜合設計。使學生的創新潛能得到了發揮，提高了設計的能力、計算機運用能力、形象思維的能力。
四、教學方法與手段的改革
近年來，隨著兩門課程體系的改革和深化，課程內容不斷更新和增加，但教學學時相對減少，學時與內容成了突出矛盾。如何激發學生興趣、啟迪學生的潛能, 提高學習的自主性和能動性,使學生在較短的時間內掌握機械設計的基本理論與方法；如何培養學生的工程意識、創新精神和設計能力，是教學方法和教學手段研究的重要課題。
（一）從培養興趣入手。興趣是成才的起點，是成就事業的沃土。學習興趣能激勵學生充分發揮學習潛能，提高學習效率和質量。
（二）開放式教學。開放式的教學方法，一是要打破傳統的“一本書”，大力提倡課外閱讀，讓學生了解教科書之外相關領域的知識，更要讓學生了解新理論、新方法和新技術。二是打破“一言堂”，給學生適當的“自由”，鼓勵學生向老師提出問題，幫助學生樹立“不唯書、不唯師、只唯實”的實事求是精神；三是教師不要把所有的知識點得“完美無缺”，要給學生的自學留有余地和空間。
（三）倡導主動實踐。被動實踐是指實踐的對象、方法、程序等關鍵要素都是由老師制定的, 學生在老師規定的框架中, 沿著老師制定的路線去完成實踐任務。
參考文獻：
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關鍵詞：數字化仿真；卓越計劃；機械原理；創新能力
作者簡介：李杰（1979-），男，河北石家莊人，石家莊鐵道大學機械工程學院，講師；范曉珂（1972-），女，河北石家莊人，石家莊鐵道大學機械工程學院，副教授。（河北 石家莊 050043）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0083-02
“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是高等院校貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的一項重大改革項目，其目的在于培養造就一大批具有較強創新能力、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家工業的轉型升級、建設創新型國家和人才強國戰略服務。該項目的實施將促進高等教育面向社會需求培養人才，對全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用。[1]2011年，石家莊鐵道大學被教育部批準成為第二批133所“卓越工程師教育培養計劃”培養高校之一。“機械原理”課程作為機械工程類的專業基礎課程，是石家莊鐵道大學（以下簡稱“我校”）機械設計制造及其自動化專業、車輛工程專業、“茅以升”試驗班和“卓越”班的必修課程，占有重要的地位。由于學生人數的增加和新課程的開設，“機械原理”計劃學時不斷被壓縮，而教學內容卻不斷補充，傳統的教學模式很難滿足“卓越計劃”的要求，很難培養具有創新意識、創新能力的高素質人才。[2]因此，利用數字化仿真技術改善“機械原理”以往傳統的教學與實驗存在的問題，提高學生的創新能力，培養學生成為具有工程思維的實用型與創新型人才，適應“卓越計劃”的發展具有重要的意義。
一、課程教學內容與安排
“機械原理”的課程內容主要有：機械的結構分析、機構的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、各種常用機構的設計和機械系統的方案設計等內容，共64學時，講授54課時，實驗8學時，“機械原理”課程設計1周。講授的內容中，主要重點介紹機械的結構分析、機構的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、常用機構的特點及其設計，其中包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、輪系和其他的常用機構等；[3]機械系統的方案設計內容結合課程設計時完成；實驗安排主要針對一些機構的驗證、設計與綜合，旨在提高學生的動手能力和對機構進行創新設計的能力。但是，由于課時限制，該課程所設置的實驗只能完成4個，很難滿足“卓越計劃”的要求，不利于培養學生的實踐能力和創新能力。
二、教學方式的改革
數字化仿真技術是近幾年發展起來的一種先進的機械設計方法，它是指將計算機仿真技術應用于產品設計領域，利用計算機分析軟件通過建模可對該機構進行運動模擬，對機構及整機進行運動仿真。數字化仿真技術在“機械原理”教學中的應用，不僅可以使得學生對機械原理中的各種機構有感性的認識，而且通過對各種機構的仿真模擬可以使得學生對各種機構的運動與動力特性有直觀的了解，有利于培養學生的創新能力。[4]筆者將數字化仿真技術引入到“機械原理”教學中，下面以連桿機構為例，介紹在連桿機構教學中應用數字化仿真技術的一些體會。
1.理論教學的改革
在連桿機構的教學中，連桿機構的基本形式為鉸鏈四桿機構，其三種基本形式分別為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構，當一個鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構時，通過機構的倒置則可以得到雙曲柄機構和雙搖桿機構。
在教學過程中，利用數字化仿真軟件建立曲柄搖桿機構的數字化模型，按照要求對各相關參數進行設置，其中包括：各桿長度、質量、電機轉速、力矩大小等。如圖1所示，在四桿機構中各桿分別以轉動副相連，分別為A、B、C、D；各桿桿長分別為280mm、520mm、500mm、720mm，然后對桿4固定，桿1為曲柄，在轉動副A上加力矩，其數字化模型如圖1所示。通過運動仿真對曲柄搖桿機構進行相應的運動分析。[5]曲柄搖桿機構的運動分析如圖2所示。
在教學過程中，圖1能夠清晰演示四桿機構的運動畫面，其中曲柄以等角速度轉動，搖桿則在一定角度范圍內擺動。從圖2的角速度圖中可以看出曲柄轉速為30°/S，而搖桿的擺角為0°～30°。
在曲柄搖桿機構中其他參數保持不變的前提下，只改變曲柄搖桿機構的機架，取原來的桿件1為機架，桿件2為曲柄，對機構進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構變為了雙曲柄機構。雙曲柄機構的運動分析如圖3所示。
在教學過程中，利用數字化仿真技術學生能夠直觀看出此時兩個曲柄都在做整周的回轉運動。從圖3中的角速度圖中可以看出主動曲柄轉速為30°/S，而從動曲柄的轉速為不等速連續回轉，范圍在15°/S～65°/S之間。
最后，在曲柄搖桿機構中，取原來的搖桿3為機架，桿4為曲柄，在其他參數保持不變的前提下對機構進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構變為了雙搖桿機構。雙曲柄機構的運動分析如圖4所示。
圖4的動畫演示中能夠看出，兩個搖桿都不能在整周范圍內轉動，都在一定范圍內做往復擺動，從圖4中的角速度圖中可以看出主動曲柄搖桿轉速為30°/S，而從動搖桿的轉速為不等速擺動，范圍在0°/S～35°/S之間。
在課堂教學過程中，通過四桿機構的數字化仿真能夠使學生在較短的時間內對機構的倒置有清晰的認識，同時提高了學生對計算機應用的興趣和創新能力。
2.實驗教學的改革
由于課時的限制，“機械原理”課程實驗共有四次，具體安排如表1所示。
由表1看出：“卓越”班的實驗教學比較少，不能夠滿足學生創新能力和實踐能力培養的需求。在實驗教學過程中，可以利用數字化仿真技術進行有效的彌補，同時也可以對以上實驗進行虛擬驗證。在實驗2機構運動方案創新設計實驗教學過程中，可以先讓學生根據實驗臺搭建不同的機構，分析機構的運動過程，并繪制機構的運動簡圖，課下讓學生通過計算機根據所繪制的機構運動簡圖建立所搭建的機構模型，進行數字化仿真模擬，直觀形象地模擬實際搭建機構的運動過程。而對于實驗3機構運動參數測量與分析實驗，事先讓學生在計算機上對機構進行數字化仿真，測量出機構的位移、速度和加速度曲線，然后再與實驗測量的曲線進行相應的比較。對于實驗中沒有的內容，也可以通過對機構的數字化仿真來培養學生的計算機應用能力和機械創新設計的能力。
三、教學效果
通過數字化仿真技術在“機械原理”課程中的應用，在理論教學過程中對所講授知識可以實時地進行虛擬仿真，有效改變傳統理論教學加實驗教學的方法，節省課時。在實驗教學中，通過數字化仿真技術和實驗相結合大大提高了學生對實驗的興趣，提高了學生的計算機應用能力，同時也培養了學生的機械創新設計意識。
四、結束語
通過教學實踐表明，將數字化仿真技術引入到“機械原理”教學中具有較大的新穎性，促進了學生對“機械原理”課程基本理論的理解，實現了教學方法的創新。
新的教學方法能夠調動學生學習的積極性，在教學過程中學生能夠變被動接受為主動思考，通過對不同的方案進行實時仿真，能夠激發學生的創新意識，提高分析問題、解決問題的能力。
數字化仿真技術在本門課程中的應用鍛煉了學生將理論知識與實際應用相結合的能力，同時也提高了學生的創新能力。這種教學模式的探索為其他工程類專業基礎課程適應“卓越工程師培養計劃”的教學改革提供了借鑒經驗。
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關鍵詞：機械設計教學；機械設計全過程訓練；人才能力培養
大家都知道，機器是各部分之間具有確定相對運動的人為的實物組合，它能代替或減輕人類勞動來完成有用的機械功或轉換機械能。所以，機器的設計過程基本上應包含兩個階段，即運動設計和構形及工作能力設計兩個階段。前者是根據機器的預定動作要求，保證機器具有所需的確定的相對運動，其設計結果是機器運動原理圖和各組成機構的運動簡圖，它好像動物的“骨骼”，這是機械原理課程所承擔的內容。后者是在運動設計的基礎上，將抽象的運動簡圖轉換成具體的工程（結構）圖，這猶如動物的“肢體”，并能按照各種設計理論，保證機器在一定的工況條件下和規定的運轉時間內，具有正常的工作能力。其設計結果是制造單位所必需的工程圖和技術文件，這是機械設計課程所承擔的內容。只有將兩者有機地結合起來，才是一個完整的機械設計過程。只有完成這兩個過程的訓練，才能說完成了機械設計全過程的訓練。這是機械專業人才具有創新能力的最基本的條件，也是我們培養學生創新能力的最低要求，否則他們將要在今后工作中經過較長時期的磨礪、摸索，甚至以半個人生為代價，才能具有這種能力，這將大大延緩人才的成長過程。
一、我國機械設計教學現狀和存在的問題
（1）過去“機械原理”課程中存在著“重分析、輕綜合，重理論、輕實踐”的現象，課程設計為運動分析和力分析（這不能稱為設計），甚至在教材中提出機器運動方案設計無規律可循。隨著教改的不斷深入，機械原理新教材已編入機器運動設計。機械原理課程設計已開展了不同類型和題目的整機運動設計，而且與計算機輔助設計結合起來，適應了創新人才的培養要求和現代科學技術的發展。由于有些教師（尤其是老教師）沒有學習（或實踐）過機器全過程設計，因此各校發展不一，有的只做機構設計，不做整機運動設計，有的甚至至今仍只做運動及動力分析。但總的形勢是機械原理加強整機機構設計并開展計算機應用已成大勢所趨。
（2）“機械設計”課程以前被稱為“機械零件”課程，一直被公認為對學生設計能力的培養和提升具有很大的作用，尤其是減速器設計作為學生的第一個課程設計幾乎是不可取代的。在“機械零件”改名為“機械設計”的時候，曾有些學校認為機械設計若不包含機器的運動設計是片面的、不科學的。之后有些教師就把機械原理內容加了進來，統稱為“機械設計”。在極個別教材中還加進了凸輪機構的結構設計與強度計算，連桿機構的結構設計等。但在大多數“機械設計”課程中，仍堅持原來“機械零件”課程的教學內容和課程設計，即只講通用零件設計和進行減速器課程設計，而機械原理中的三大常用機構在“機械設計”課程中只有傳動機構了，其他兩大機構（即連桿機構和凸輪機構）無影消失。學生不知道怎樣去進行這些機構的結構設計和工作能力計算，也就是說在機械原理中學的連桿機構和凸輪機構學生無法應用，致使機械原理與“機械設計”課程內容脫節。這兩門課程的課程設計分別為機器方案設計和減速器設計，致使兩個課程設計脫節。使學生摸不著頭腦，搞不清兩者之間的聯系。
（3）教會學生從運動原理圖繪制工程裝配圖及其零件圖，這在我國機械設計教學中還是空白。因此畢業設計離不開參考圖，甚至提出沒有參考圖就不能搞設計。如果按此邏輯，就無法實現原創性設計。學生畢業實習時到處搜集參考圖，畢業設計基本不搞方案及其運動設計，多為抄圖加校核，而且這種畢業設計方式也為大多數畢業設計指導教師所認可，認為只要抄圖抄懂即可。這樣的畢業設計怎能培養學生的創新能力呢？
（4）我國機械設計教學沒有給學生提供一個動手實踐的機會。設計結果往往停留在圖紙或虛擬階段，無法檢驗正確與否，雖然舉辦了機械設計競賽和挑戰杯競賽，但參與的學生只占少數。
（5）我國機械專業教學改革思路有待深入探討，很多學校不知道從哪里著手，往往出去調研一遍，將收集的教學資料綜合起來取平均值即可，打不破舊的傳統，提不出新的方案。現在各門課程幾乎都在爭學時，都在進行教改，都在加強實踐環節，都在搞創新，舊的去不掉，新的要加進來，只好搞平均壓縮，缺乏整體觀念和權威，缺乏創新思維和人文素質教育。
綜上所述，我國機械設計教學現狀令人堪憂，機械類畢業生基本上不會搞創新設計（或新產品開發），只有在工作崗位上經過長時間的摸索才能具有這種能力。教育部于2010年啟動了“卓越工程師教育培養計劃”。提出了教育界與工業界聯合制訂人才培養標準；創立高校與行業企業聯合培養人才的新機制；設立“工程實踐教育中心”，學生在企業學習一年，“真刀真槍”做畢業設計；改革完善工程教師職務聘任、考核制度等措施。我們認為，若要完成上述一系列人才培養計劃，就必須重視對教學計劃及課程內容的全面分析和適當調整，否則是很難培養出具有原創性設計能力的卓越人才的。
二、機械設計教學改革的思路與建議
關鍵詞：定律；原理；守恒
【中圖分類號】G633.7
學好力學是學好物理的基礎。深入理解力學中的疑難點，學會分析解決問題的方法是學好力學的關鍵。形成疑難點的主要原因是同學們在學習物理時沒有深刻理解物理概念、規律及適用條件，常常將意義相近的概念混為一談，或者亂套公式，要通過對力學中常見疑難點的分析，糾正學生常犯典型錯誤，并給出簡明的分析和解決問題的方法。
一、動能定理和功能原理
功和能的概念及其相互聯系貫穿在高中物理教學的全部過程，它們是高中物理中最重要最基本的一些概念。
表示功的基本公式W=Fscosθ應從三個方面去理解：a式中的s是指力的作用點的位移，公式中的F為恒力。b正確理解正功和負功的概念。力對物體做正功，力的方向和位移方向一致，表示動力做功；力對物體做負功表示力的方向和位移方向相反，表示物體克服阻力做功。C分清功和做功的意義，功是狀態量，做功是過程量。
做功的過程就是物體能量發生變化的過程，合外力對物體做的功，等于物體動能的變化，這一結論叫做動能定理。
學習動能定理時，應明確下述兩點：a功和能是兩個不同概念，b動能和動量都是描述運動狀態的物理量，但動量是矢量，而動能是標量；應用范圍不同，動能是標志物體機械運動轉化為一定量的其它形式的能力的一種量度，它是力對空間的一種積累，而動量是力對時間的一種積累。
如果物體既受動力作用，又受阻力作用，物體機械能的改變量就是外力所做功的代數和。即E2-E1=W動-W阻這個結論叫功能原理。
用功能原理解題的優點是，只須確定初、末狀態機械能的變化，而不必考慮相當復雜的運動過程。
功能原理是動能定理的延伸和擴展，動能定理是功能原理中一個最簡單的特例。如果物體僅在水平方向上做機械運動，不受靜電場力和彈力作用即無勢能變化那只須用動能定理求解；若運動過程中伴有重力勢能、彈性勢能電勢能的變化，就應考慮用功能原理去求解。
三、動量守恒定律和機械能守恒定律
學習兩條守恒定律，應明確以下五個問題
1、運用動量守恒定律，解決實際問題時應注意下述三點a動量守恒定律的數學表達公式是一個矢量式，在列式之前首先要規定正方向；b定律中各速度都必須相對于同一參照系，c定律公式中等號兩邊各動量必須分別是作用前和作用后同一時刻的量。
2、掌握兩個以上的物體所構成的系統的研究方法。動量守恒定律所研究的是物體系統間的相互作用。這里所說的物體系統可以是兩個物體組成的系統，也可以是兩個以上物體所組成的系統，對于兩個以上物體所組成的系統，在弄清物理過程以后，可以用隔離法，采取先分析后綜合的方法來分別處理。
3、在深刻理解機械能守恒定律成立的條件及其物理意義的基礎之上，正確選擇研究對象。物體在發生動能和勢能的相互轉化時，機械能總量保持不變的條件是"沒有摩擦和介質阻力"其含義是，我們所選擇的研究對象，從初態變化到末態的過程中對外不做功，外界對它也不做功，這樣初末態機械能總量才能保持不變。
4、把兩條守恒定律成立條件不要混為一談
如圖（1），木塊B與水平面間無摩擦，子彈A沿小平方向射入木塊后留在木塊內，將彈簧壓縮到最短，將子彈開始射入木塊到彈簧壓縮到最短的過程中，動量不守恒，機械能不守恒，因為子彈射入木塊的過程中要克服木塊的摩擦阻力做功，轉化為熱能。即系統對外做功，故系統機械能不守恒；在彈簧被壓縮的過程中，系統又受到墻壁所施給的外力作用，故動量守恒定律也不成立。如果將圖中的子彈A和木塊B改為兩個彈性球，設A、B相碰的過程中不損失機械能，那么三者所組成的系統的機械能守恒，而動量不守恒。
綜上所述，同學們不難看出，兩條守恒定律各有其嚴格的成立的條件，它們之間相互獨立，不能互相取代，因為二者考慮問題的角度不同，動量守恒定律是從受力的角度去分析；而機械能守恒定律是從做功的角度去分析，兩條守恒定律成立的條件不能混為一談。
5、應用兩條守恒定律解題的基本思路是：①首先要弄清物理過程，弄清整個過程性質、細節和特征，把整個過程分解為幾個較簡單的子過程。②根據每一個子過程的性質、細節和特征來判斷該過程符合哪一條守恒定律成立的條件，然后列出相應的方程。③運用數學知識聯立求解，從這里我們可以看出：思維方法的特點是先分析后綜合，化整為零，各個擊破；解題能力分兩步，先把物理問題轉化為數學問題，再運用數學知識解決物理問題，解題的關鍵在于通過弄清物理過程而理出簡明的解題思路。
如圖（2），在光滑小平地面上有一輛質量為М的小車，車上裝有一個半徑為R的光滑圓環，一個質量為m的小滑塊
從跟車面等高的平臺上以速度V。滑入圓環，試問，小滑塊的初速度V。應滿足什么條件才能使它運動到環頂時恰好對環頂無壓力？
分析：小滑塊在光滑小車運動的過程中，即滑塊與車相互作用的過程中，系統的動量守恒。滑塊至圓環的最高點恰對環頂無壓力則mg=m①式中U為滑塊相對圓心O的線速度，設小車此時速度為V，并規定方向為正方向，則滑塊對地速度為-（u-v）對滑塊和小車組成系統
mV0=MV-m（u-v）②對系統而言機械能守恒 mv02=Mv2+m（u-v）2+2mgR ③
聯立 ①②③ V0=
參考文獻
【關鍵詞】機械設計 原理 節能 礦山行業 研究
現如今，低碳環保、節能減排已經成為人們時常掛在嘴邊的耳熟能詳的流行詞匯，而實際上，這樣的事情都是說起來容易做起來難，國家雖然對此情況做出了相應的規定，也頒布了一些有針對性的法律條文，也加強了這方面的監督，但是收效甚微，很多問題仍然存在。工業行業特別是礦山行業本身就是能耗較高的產業，為了社會發展和工業需求的滿足，很多重型設備機械被設計研制出來，應用到礦山的開采當中，這些設備的耗能高，如何解決該行業中的環保問題，走上節能減排的道路，還是非常值得我們深入研究的。就目前的形勢來看，節能減排已經成為世界的主題，就礦山機械行業這樣的耗能大的行業來說，將會給技術設備的研究設計提出更高的要求，礦山機械行業同時也面臨著更大的挑戰。
1 機械設計節能的背景
伴隨著社會經濟的發展，能源的利用和消耗都是空前的強盛，這也進一步使環境問題更加的惡化，給自然生態和人們正常的生活帶來了嚴重的影響。我國自改革開放以來，一直非常注重工業生產，對環境問題的重視不夠，對環境的破壞現象越來越多。所以，必須將環境問題的關注提上日程。
背景分析。我國目前所面臨的節能減排的形勢是非常嚴峻的。工業生產一方面給人們的生活做出了突出的貢獻，另一方面也增加了能源物資的消耗，破壞了生態環境，影響了人們的生活質量，阻礙了工業的可持續發展。礦山制造業在節能減排的過程中占據著重要的位置，無論是從礦山的開采、材料的冶煉、零部件的加工，還是機械的使用、報廢處理，這些都會不同程度的產生污染。礦山行業每年報廢淘汰的產品比較多，如果沒有進行合適的處理，不僅僅會造成極大的資源浪費，還將對自然環境造成極大的污染。所以，凡是從事機械制造的人員，身上都始終肩負著節能減排、降低污染、節約原料的責任，他們必須采取行之有效的措施，盡力完成這一艱巨的任務。
機械設計在節能減排的過程中作用非常大，機械生產首先從設計開始，機械的強度、壽命、制造和裝備的工藝性，材料和熱處理的選擇，使用和維修是否方便，是否具有回收和再利用的可能性等等，這些都是在機械設計階段必須進行決定和解決的。設計的過程中如果出現了錯誤或者是不足，在以后的生產和使用的過程中都將是無法進行更正的。所以，要想將節能減排落到實處，就必須重視機械的設計。設計的過程必須有合理的制度和嚴格的管理，設計師要參與到有關規定和制度的制定當中來，這樣會使制度更加的全面合理。
2 機械設計中節能原理應用的必要性
在機械設計的過程中，一般的設計單位都沒有進行統一和固定的能源消耗標準的明示，這直接導致了現代機械設計在加工的過程中，無法對優化后的生產工藝進行節能降耗的及時分析，同時由于目前采用的工藝技術和工藝流程等都相對成熟，在這樣的情況下，機械設計加工企業幾乎沒有對生產過程中的節能降耗問題進行綜合的分析和考慮，這在一定程度上提升了機械設計加工的企業在能源上的過量消耗。并且在生產的過程中，機械設計加工企業普遍都是比較關注機械加工的效率和精度，很少關注能源的消耗與浪費，因此很少有機械設計加工的企業會考慮如何提高設備的能源利用率，而進行科學合理的技術措施的采用，或者在機械設計加工的過程中，通過對整體能源消耗量進行有效控制，實現節能降耗的目的。對于組織開展機械設計加工作業的具體操作人員來說，在生產的過程中，關注的一直都是工作效率，并且企業也沒有將能源消耗納入到績效考核中來，這樣的管理模式影響和制約了節能減排的實施。
3 機械設計節能的基本原理
礦山工程機械環境的性能情況和對環境的負荷在很大程度上都是由設計部門在設計的階段事先確定好的，所以進行節能型工程機械的開發研制最應該注重的就是設計的階段。
3.1在材料和資源的選用上盡量選擇可再生利用的
在材料和資源的選擇上，各系統及部件的設計盡量選擇可回收、易分解、能再生的，同時在加工和使用的過程中對于環境的影響不大甚至是沒有污染的的材料，特別是對于結構組件的設計，盡量選用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒無害的材料，提高工程機械材料可再生的可能性。
3.2在產品的零部件設計上，遵循長壽命、低能耗和減輕重量設計的原則
工程的設計人員應該再保持主機的相關性能參數的前提下，盡可能的減少主機和附屬作業裝置或者是機具的體積和重量，提高動力傳動系統零部件的強度和耐久的性能，實現液壓系統的輕量化和高效率，進而降低對環境的負面影響。
3.3低公害、防滲漏、節能高效的發動機
在工程機械產品設計的過程中，盡量保證低公害、減震降噪、防滲漏、節能減排、高效，選用低公害的發動機，發動機是工程機械所有系統中對環境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環保型冷增壓柴油機性能大大降低對環境的負荷。
4 機械設計節能基本原理在礦山行業中的具體措施應用
伴隨著國家經濟建設的發展，我國大型工程項目逐步開工，礦山工程施工機械的品種和數量已經達到了比較可觀的程度，在全球范圍內各地的機械數量還在不斷的增加。但是，大部分的工程機械對于能源的消耗、排放產生的污染物給環境都造成了不可估量的負荷。為實現大量工程機械對環境的污染最小化，加強對我們生活的地球資源的保護，實現全球經濟環境的可持續發展，提高操作人員的工作安全性和工作的舒適性，盡可能的實現人、機、環境的高度親和統一，非常有必要根據礦山行業的環保標準進行工程機械產品的設計。但是隨著國內外環境保護意識的增強，可以預見的是開發研制環保節能型的機械產品必將是今后礦山工程機械設計的主要潮流和趨勢。
4.1將節能理念融入到機械設計中
隨著經濟的發展，人們的生活水平不斷的提高，而環保意識在人們的心目中也逐漸的增強，在這樣的形勢下，機械設計無論是企業還是管理層都一致的認識到：利用生產效率很難能夠提升和強化自身的市場競爭能力，通過節能基本原理的推廣和實施，不僅能夠幫助企業節約一定的生產成本，實現經濟效益的最大化，并且能夠在激烈的市場競爭中，確保企業的市場競爭力，增強核心技術的優勢。因此，在整個機械產品的生命周期中，機械設計加工企業必須始終做好節能基本理念的貫徹落實。機械設計加工企業需要加強設計人員的教育和培訓，協助設計人員提升自身的業務能力，也能幫助設計人員不斷的進行節能知識的豐富，這樣才能在每一個機械產品設計方案中，有效的落實節能的目標。
4.2將機械設計節能基本原理應用在礦山機械加工設備的設計中
機械加工主要是指通過一種機械設備，對工件的外形尺寸或者是性能進行改造的全過程。在礦山行業中，大多數的應用型設備都是經過機械加工而形成的。機械化的生產過程，就難免會使用沖壓、焊接等機械設備，就單單從焊接工具的方面來看，針對指定的加工對象進行加工，并且按照既定的圖紙進行改造的時候，需要電力充分的支持，這就難免會在整個加工的流程中，浪費一定的能源。因此，將機械設計的技能原理應用于礦山機械加工設備的設計中，是十分必要的，能產生很大的節能價值。
4.3將機械設計節能原理應用到礦山升降機械的設計中
升降機械主要是利用壓力容器或者是鏈條達到促進升降設備移動的目的，主要是進行高空作業或者是高空維修時進行使用。正是由于升降設備使用的情況，要完成良好的高空作業，就必須具備強大的動力能量，才能保證將設備送至指定的高度，進行現場作業的實施。所以，升降機械在能源的消耗上是比較大的，這就需要進行相應的改造。
結合節能型液壓升降機的工作情況和結構原理，對主要的技術參數進行篩選和有效的討論，設計出來的液壓系統結構相對簡單，工作比較可靠，并且工作效率較高，耗能低，在達成勢能回收的同時，又能增加液壓系統的工作平穩性，可以給設計和制造以及使用單位一定的啟示。
5 結語
現如今，受企業自身的規模和實際的技術水平等因素的影響與制約，大部分的機械設計公司特別是中小型機械設計企業，在具體的操作中，一般的生產模式都是逐一進行單件產品生產，從而導致了企業無法進行流水線式生產模式推廣，在某種程度上增加了企業生產的能耗。所以，機械設計企業需要創新模式，積極推廣使用批量生產模式，幫助企業不斷優化自身的內部資源，降低加工生產的能耗。
綜上所述，將節能基本理念融入到現代機械設計之中，能夠有效的幫助企業實現自身的可持續發展，否則在現如今激烈的市場競爭中，機械設計企業很難形成堅固的技術屏障，面對社會能源的日趨緊張的局面，市場將會淘汰能源消耗量大的企業。為此，機械設計企業必須采取相應的措施，不斷的降低能耗，實現自身的可持續發展。
參考文獻：
[1]武成，袁振中，生瑞東.機械設計節能基本原理在礦山行業應用研究[J].科學導報， 2015.
關鍵詞：機械基礎 思維方式 教學方法
隨著控制技術在機械行業中的廣泛應用，掌握機械基礎的基本概念、基本原理和基本方法已成為機械專業學生進行機電液產品設計、制造、生產管理必備的基本知識和基本技能。《機械基礎》課程具有理論性強、系統性強、邏輯性強的特點，導致學生普遍感覺這門課程學習難、作業難、實踐難。要學好這門課程，對學生提出三個基本要求：較好的數理功底、一定的機械背景、較強的邏輯分析能力。尤其是機械專業的學生，前期學習了機械制圖、機械原理、機械設計等課程，初步培養了學生的形象思維方式，然后再將抽象的內容具體化、實踐化、工程化，教學過程中應在以下幾個方面下功夫。
一 基于所學理論培養學生的邏輯分析能力
《機械基礎》是應用數學手段，基于物理學、電工電子學、力學、機械原理等知識建立系統數學模型，將機械系統抽象為數學模型的形式，進行性能分析和設計計算。因此，要求本專業的學生具有良好的數學、物理、力學、電學、機械學的基礎，有一定的機械方面的專業知識，而且具備多學科的知識積累。要想學好這門課程，如果學生之前沒有學習工程數學，這里需要有針對性地補充與本課程直接相關的知識，盡量做到教會學生怎樣應用定義、定理，而不是定理的證明過程。有些涉及到物理學、電工電子學、力學知識，學生們雖然學過相關課程，但是時間一長就印象不深刻，因此，在每次課程結束前把下次課程會用到的有關知識點給學生一一列出，讓學生課后提前復習已學過的基礎知識，在下次課堂上只需對要用到的基礎知識作些簡單的提示或回顧，在舊知識與新知識之間架起一座橋梁，新舊知識有效銜接，達到事半功倍的效果。例如：在機械建模這章中，用到"牛頓第三運動定理"、"基爾霍夫定律"等知識，在系統時域性能分析這章中用到一階微分方程和二階微分方程的求解知識。這時老師要及時提醒學生，或者點到為止地重復這部分內容，這樣學生在建立數學模型時就會很清楚地知道這些數學模型是建立在哪些理論基礎之上，并且知道如何應用原來學過的定理或定律去分析問題、解決問題，構建一個完備的知識框架，也能夠從中體會到原來各門學科之間是相互聯系、相互銜接的，只有融會才能貫通，學生自然邏輯清晰，分析能力自然提高。
二 將抽象的內容具體化、實踐化、工程化
《機械基礎》中大部分定義、理論和方法都是比較抽象的，在教學過程中如果僅限于理論的介紹和論述，學生不僅會感覺空洞乏味，而且有無本之木、無源之水的感覺。如果教師能夠結合一些具體而又形象的例子會產生事半功倍的效果。例如：在機械系統的穩定性這一章中，講到系統穩定性和不穩定性定義的時候，筆者就列舉兩個實例，一個是倒立擺試驗臺，一個是起重機的起升機構的末端部分--鋼絲繩、吊鉤和貨物組成的正擺機構。倒立擺源于火箭發射瞬間的狀態，是一種不穩定的系統通過穩定控制手段，使其穩定倒立的一個典型教學實例；而起重機貨物擺動是在受到外界干擾作用下在鉛垂方向附近擺動，最終在空氣阻力作用下恢復到鉛垂方向，這個鉛垂向下的方向就是它的平衡位置；而倒立擺的平衡位置是鉛垂向上的位置，在外界干擾作用下離開平衡位置，如果無外力作用再也無法恢復到它的平衡位置。通過這兩個機械實例形象直觀地介紹了系統穩定性與不穩定性這兩個抽象的概念，不需要太多的解釋。
三 從生活實例中發現問題、分析問題，培養學生的洞察力
減少抽象模型例題，增加生活實例和機械典型案例，同時把機械領域的前沿課題以及研究結果作為實例引入到教材之中。例如：在講解機械擺動性能分析這章中的二階振蕩環節的時域響應這部分內容時，涉及到振動頻率、系統激勵、系統響應、響應幅值的概念，將貨郎擔振動現象作為典型實例。貨郎行走就是系統激勵，貨郎擔的上下振動就是系統響應，振動的大小就是振動幅值。不同材質、不同尺寸、不同截面形狀的貨郎擔振動的頻率不同，如果貨郎行走的頻率與貨郎擔的頻率一致，這樣就發生共振，貨物按照貨郎行走的頻率，在隨著貨郎向前運動的同時，做上下振動，這樣貨郎挑著貨物就省力，這也是人們不把貨郎擔做得太硬，而是有一定彈性的原因。例如：在二階欠阻尼系統中介紹無阻尼固有頻率、有阻尼固有頻率和阻尼系數等概念時，列舉行駛在馬路上的汽車發生上下顛簸的現象。汽車底盤下都有減振彈簧和阻尼器，目的是為了降低由于路面起伏引起的車體上下振動問題。汽車的質量是m，減振彈簧剛度為k，阻尼器阻尼系數是b，則系統固有頻率，阻尼比，如果彈簧太硬、阻尼系數太小起不到減振的作用；如果彈簧太軟、阻尼系數太小消振太慢，路面沒有起伏的情況下，車體還在振動。因此，如何設計、計算汽車的減振彈簧和阻尼器參數。使汽車有合理的振動頻率和阻尼比，得到緩沖減振的效果，同時，還要避免汽車振動頻率與路面起伏頻率相一致的情況。介紹從具體生活實例或工程實例到各個環節模型，最后到數學模型的過程，培養了學生從具體實例到數學模型的建模能力。
四 培養學生用創新的思維方式解決機械實踐問題
要實現機器運動可以通過機構驅動的方式，也可以通過控制手段，還可以通過機構與控制系統相結合的方式。不同的機器具有不同的固有特性，只有在掌握了其動力學特性的基礎上，才能確定驅動方案，其中必有一種方案是最佳的。學生在機械原理課程中學習了各種機構，掌握了機構的運動規律。而本課程教會學生除了應用機構驅動機器，還可以應用控制手段實現機器更加復雜的運動，讓學生了解如何將經典控制論應用于機械實踐中，根據"時域性能分析和頻域性能分析"的知識分析系統的動態性能，根據"系統性能校正"的知識設計控制系統，改變系統的運動特性，達到期望的運動目的。
參考文獻
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