课程设计中机械设计

关键词： 牛头刨床 利用 平面 课程设计

课程设计中机械设计（精选十篇）

课程设计中机械设计 篇1

平面连杆机构是日常生活中最典型的常用机构, 很多机器都是以平面连杆机构为基础, 利用它的工作特性来实现一些简单或复杂的机械运动, 如牛头刨床的横向进给机构等都是利用它的急回特性, 一些夹具就利用它的“死点”位置来加紧工件, 为此, 了解清楚平面连杆机构的类型, 掌握好它的工作特性是非常必要的。而平面连杆机构的类型很多, 每一种的工作特性各不相同, 如何得到平面连杆机构的类型及分析对应的工作特性, 是我们这个实验所要达到的主要目的。

二、实验的理论基础

将全班同学分成6组, 每组拿一个事先做好的平面连杆机构, 每杆的长度可以调节, 每个同学先计算最短杆与最长杆的长度之和与其余两杆的长度之和的关系, 再选取不同的构件为机架, 得出平面连杆机构的类型, 将结论填入设计好的表格中。再将6个组的结果综合到一起, 学生讨论, 找出规律, 得出平面连杆机构曲柄存在的条件及判断平面连杆机构类型的结论:

1.平面连杆机构中曲柄的存在条件

平面连杆机构中必须有一个最短杆, 且最短杆为机架或连架杆;且满足最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和, 即满足杆长和定理。

2.平面连杆机构中曲柄的存在条件及类型的判断方法

在满足杆长和定理的基础上, 取不同的构件为机架, 得到的平面连杆机构的类型都不相同。以最短杆为机架, 得到的是双曲柄机构;以最短杆为连架杆, 得到的是曲柄摇杆机构;以最短杆为连杆, 得到的是双摇杆机构。如果不满足杆长和定理, 则平面连杆机构中无曲柄存在, 只能构成双摇杆机构。

三、平面连杆机构的组装设计

1.实验前的准备工作

(1) 预习实验内容, 了解本实验机构的使用方法及注意事项, 并完成平面连杆机构引导文中的任务。

(2) 本次提供了10个工程实践设计题目, 各组初步选择并拟定机构系统运动方案, 正确拆分杆组。

(3) 每组要相互配合协调, 注意拼装过程中的安全及工具的正确使用方法。

(4) 教师简述工作原理, 再示范拆分平面连杆机构。

2.实验步骤

第一步, 学生分组, 选择课题, 咨询、分析运动简图。第二步, 讨论拆分方案, 确定将不同的杆件如何分类摆放。第三步, 讨论、选择最优化的组装方案。第四步, 组装:各组按确定的组装方案组装。第五步, 检验。第六步, 展示组装成果。

拓展试验:在完成以上机构拼装的基础上, 对基础好的同学提出更高的要求, 利用课余时间, 再利用其他不同的杆组进行机构创新设计并组装。

3.实验总结与思考

(1) 学生讨论积极, 发表自己的设计思路, 集思广益, 共同探讨设计方案, 再优先选择。

(2) 我们组装的机构, 其零部件都是一些杆件, 和实际工程中的具体零部件的结构形状、尺寸大小、材料等都不相同, 机器不同, 结构各异, 学生很难与实物对接, 联系不上, 很难将理论与实践有机地融合到一起, 出现理论与实践脱节的情况, 理论基础课程学习枯燥。

(3) 学生的理论基础不够深厚, 在组装时, 思想受到局限, 只知道将杆件相连, 而不知道灵活运用所学机构来实现运动的传递和变换, 从而不能解决实际问题, 通过老师的指导才恍然大悟。学生创新思维和组装设计的能力有待提高。

总之, 教师在指导学生方面、学生在组装和设计方面, 以及老师以后在理论教学与实践操作间的衔接方面都存在很多的不足与缺陷, 需要我们师生共同努力, 不断提高自己的业务水平, 提高教学质量, 改善教学效果。

四、结束语

本次实验课是以做、教、学融为一体, 学生在做中学, 学中做的教学过程, 改变了以往“灌输式”的教学方法, 大大激发了学生的学习兴趣, 加强了理论联系实践的综合运用, 锻炼了学生实际动手操作能力, 培养了学生独立思考和设计能力, 填补了纯理论教学的空白, 得到了同学们的一致认可。

参考文献

[1]焦泽昌, 李艳.项目教学法在高职教学中的实施研究[J].黑龙江林业职业技术学院学报, 2002 (01) .

机械设计课程教学中的探索论文 篇2

摘要：

本文针对高校现今环境下机械设计课程教学的需求和学习目标，探讨在对分课堂教学模式下，将传统讲授式教学模式与讨论式教学模式相结合，使学生成为课堂的主体，更好的激发学生学习的积极性和主动性，通过高效的师生互动、生生互动，培养学生的批判性思维，然后增强教师教学的吸引力，达到良好的教学效果，提高机械设计课程课堂质量和满足学生自我学习的需求。

关键词：对分课堂；机械设计；教学模式；交互式学习

在高等工科教育教学中，机械设计课程具有举足轻重的地位，它是面向机械类本科生开设的一门重要的技术基础课程，包括理论与实践两个教学环节，对培养学生的机械设计能力与实践创新能力具有十分重要的作用。但近年来随着我国高等教育快速发展，出现了教育质量显著降低的问题，课堂缺课率高，低头族普遍；学生学习趋功利化，相当一部分学生对教学内容不闻不问，不学不思；而在网络和新媒体的冲击下，传统满堂灌式的教学方式也面临着课堂教学质量不高，课程教学效果不佳的困境。以上种种问题，都使得现在的机械设计教学已很难实现现阶段对学生的培养目标。为了解决本课程在教学中面临的困境，促进课程的良好发展，实现教学的内涵式发展目标，探索并实践新的教学模式迫在眉睫。

一对分课堂教学模式的提出和内涵

在机械设计课程的教学方法上，教师仍以传统讲授式教学方式为主，这种教学方式以教师讲授为主导，包括教师课堂讲授，学生课后学习两个分离的过程，面临着学生与学生之间交流沟通少，教师和学生之间缺少互动，学生参与度很低，学习积极性和主动性都十分不足的困境，很难培养学生的思维能力和探索精神。为了应对这一困境，在机械设计课程的教学方法上，我们不断地进行改革和创新探索，尝试采用了讨论式、启发式、参与式教学方法等一些新的授课方式，但都未能达到预定的教学目标。如讨论式教学，虽能通过课堂讨论引发学生主动学习的能力，加强了学生与学生之间的交流，但也带来了一系列的问题，如讨论的开放性特点极易造成学生的思路偏离教学内容的要求，影响学习的系统性[1-2]；学生每学期开课门数多，每门课程分配时间有限，如果课下未能花费大量时间进行预习则不能展开有效讨论，达不到预定的学习效果；讨论式教学需要教师深度参与，时时引导和监督学生，然后不适合大班教学。结合传统课堂和讨论式课堂的优势，取舍折中，复旦大学张学新教授于2014年提出了一种新的课堂教学模式——对分课堂，其核心理念是把一半课堂时间分配给教师进行讲授，另一半分配给学生以讨论的形式进行交互式学习。对分课堂在先教后学的基础上，强调师生互动、生生有效交流沟通，鼓励学生自主性学习，关键创新在于把讲授和讨论的时间错开，让学生在课后有一周时间安排自主学习，进行个性化的内化吸收。对分课堂把教学分为在时间上清晰分离的三个过程，分别为讲授（Presentation）、内化吸收（Assimilation）、讨论(Discussion)，因此对分课堂也称为PAD课堂[1]。

二对分课堂在机械设计课程教学中的探索和实践

（一）课程设计与教学组织

2016年秋季学期，在机械设计制造及其自动化、能源与动力工程专业的机械设计课程中首次实践对分课堂。课程班级为2个自然班，共计65人。每周两次课，每次2学时，实际上课15周。然后为让学生对新的教学模式有充分的了解，并能尽快接受，在学期开始时，就将教学大纲、教学规划上传到网络教学平台，以便学生对对分课堂教学模式有所了解，并在上第一节课时向学生详细解释该教学模式、关键点、注意事项和具体要求。在课程教学规划的整体安排上，根据本门课程实践性强、内容多而杂的特点和学生的具体情况，安排讲授和讨论时间为课堂讲授占总学时数的70%，学生讨论占30%，可根据授课的具体情况做调整。授课过程为教师课堂讲授在前，学生课后内化吸收在中，生生课堂讨论在后。课程教学内容按章节划分，每个章节所需学时由教学内容决定，包括讲授时间和讨论时间，学生课后内化吸收时间由自己的学习情况决定，不占用总学时数。教师课堂讲授环节，主要是搭建学习内容的大框架，梳理知识点，结合课程本身的特点，对重难点内容进行较详细的讲授。学生在课后的内化吸收环节中，通过阅读教材，复习ppt课件，整理随堂笔记，写出完整的读书笔记，并根据老师在课堂上留下的作业、问题，复习巩固课上所学知识，并结合实际，进行知识拓展，为随后的课堂讨论做准备，这个过程是学生以个体为单位自主学习的过程。为了使随后的课堂讨论达到好的效果，老师在作业的布置上提出了具体的要求：（1）完成对知识的温习和巩固：复习老师上课讲过的重难点，完成读书笔记；（2）对所学知识进行拓展：本门课程实践性较强，要求学生在理论学习的基础上，加强和实际应用的联系，找到1-2个应用实例；（3）问题总结：根据所学章节的相关内容，要求每个学生提出2—3个问题，多提不限。问题可是学习内容、课后习题中未解决的问题，也可是课本外相关知识，问题可用来考教同组成员，也可向同组或外组同学寻求帮助，以最终解决问题为主要目的。在课堂讨论环节中，学生以3-5人为一组，组内成员自己指定组长、记录员和发言人，进行组内、组间和班级内讨论。学生通过互相交流，互相讨论，解决疑难问题，再次获取知识，最后由老师做讨论总结。

（二）教学效果实施

对分课堂教学模式后，取得了较为显著的教学效果，也大大提高了学生学习的积极性和主动性，主要表现在：

1.学生学习的主动性明显提高，课堂主动参与意识增强。对分课堂改革了机械设计课程在传统纯讲授式教学模式下，以教师为主体，学生被动接受的局面，而以学生为主体，教师引导[2]。在课堂讲授环节，教师主要搭建知识点的基本框架，在学习内容上留给学生进一步主动探索的空间，提高学生的求知欲和学习的主动性。讨论环节时，学生能够按照要求完成作业，带着问题到课堂上进行讨论。为了讨论能得高分，再加上小组成员的相互制约、帮助与鼓励，学生基本都能主动参与讨论，积极的表现自己，课堂参与意识明显增强。

2.增加了师生、生生之间的互动交流，提高了学生的表达能力。在传统课堂教学模式下，教师讲授力求完整详尽，常常采用满堂灌式的授课方式，解决问题时，教师往往是自问自答，学生参与度低，倾听的意愿不高，师生交流少。课后学生互动学习的环境很难保证，生生之间的交流少。对分课堂教学模式把互动交流作为课堂生活的一个重要环节，学生带着问题来参与课堂讨论，很大程度上靠自主、协作的方式学习。在组内、组间、班级内的讨论中锻炼了表达能力，学会借鉴他人的视角，加强了团队合作意识，提高了个人素质。同时教师也可以随时参与讨论，老师有更多的机会和学生交流，及时掌握学生的学习动态。

3.学习效果和教学质量显著提升。在对分课堂模式下，学生经过课堂讲授——课后内化吸收——课堂讨论三个相互联系的学习过程，对同一内容进行了三次有效的学习，及时解决学习过程中遇到的问题，稳固记忆，避免考前临时抱佛脚的情况，学习效果显著提升。通过问题拓展，提升了学生考虑问题的深度和广度，教师加强了过程性监控，及时发现问题，及时解决问题，提高了教学质量。在学期末所做的问卷调查中，80%的学生对对分课堂持肯定态度，认为在该模式下，学习兴趣提高，学习目标明确。在期末考试中，该班的平均成绩、及格率远高于其他班级。对分课堂教学模式得到了学生和教师的认可，不仅对提高学生的学习成绩和学习主动性有很大帮助，也是对教师讲授模式的新探索的肯定，对其他课的教学有一定的指导作用。

三结语

在机械设计课程的教学中，本人尝试采用对分课堂教学模式，取得了良好的教学效果。在该模式下，学生从知识的被动“接收者”逐渐转变为知识的“发现者”和“交流者”，教师由知识的机械“灌输者”逐渐转变为学习的“引导者”[3-4]。对分课堂在机械设计课程教学中的尝试，很大程度上弥补了现今该课程教学的不足，值得在所有机械设计基础类课程中推荐。

参考文献

课程设计中机械设计 篇3

关键词：现代学徒制 机械设计 课程设计

中图分类号：G712；TH-4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0118-02

2014年8月教育部提出在高职院校中开展“现代学徒制”的教学改革，深化产教融合、校企合作，进一步完善校企合作育人机制，创新技术技能人才培养模式。[1]“学徒制”指以师傅带徒工为主要形式，以某行业或职业的知识技能学习为内容，徒工可因劳动获得某种形式回报的职业教育形态，[2]是企业本位、基于工作进行学习的职业教育制度，它综合了学历职业教育和在职职业培训的优点，是一种理想的职业教育形式。[3]该校《机械设计》教学团队在这方面做了积极的探索，并进行了初步的应用。

1 “现代学徒制”在《机械设计》课程设计的研究和探索

该校经过充分的调研提出了“岗位教学”的模式，该模式是指学生在进行课程设计阶段时，按照设计工程师的岗位职责将整个课程设计分为3个阶段：方案论证、样机设计、试制。

方案论证阶段：《机械设计》教学团队聘请合作企业的设计工程师一起进行指导。

在设计开始前，学校的教师和来自企业的设计工程师，一起同学生开展讨论会议，帮助学生了解目前市场对某些产品的需求，引入“头脑风暴”展开充分讨论，对其设计难度进行整体把握。引导学生自己提出合理的、可实行的设计目标，并初步确定设计方案，学生提交方案设计文稿。

样机设计阶段：在上一段阶段所确定的设计方案基础上，根据校内教师和来自企业的设计工程师的特点，对指导的内容进行分工。校内教师指导学生资料准备、资料查询和理论计算方面的内容，来自企业的设计工程师因其对市场的了解和丰富的设计经验，主要指导学生在设计过程中的标准件、紧固件选型以及对设计方案中零、部件的结构工艺性优化等方面的内容。

学生在校内教师和设计工程师的指导下根据实际设计情况，调整和完善设计方案并完成设计，提交三维设计模型、平面加工CAD图纸和设计计算书三项资料。

试制阶段：在该阶段充分利用学校的“逆向工程实验室”的3D打印机-FDM成型机，根据三维模型在校内教师的指导下对上阶段所建立的三维模型进行打印制造，为后续装配做好准备。设计工程师在装配环节中充分指导学生对产品进行装配，并对在装配过程中出现的各种问题，指导学生进行手工修锉或者重新制造，直至完成整个产品装配。校内教师和设计工程师一起指导学生检验该设计方案是否达到预期的目标，并提出后续改进的意见和建议。

完成该阶段内容后学生需提交完整的产品、产品设计图（三维模型和平面加工图）、使用说明书、后续改进方案和总结报告5项资料。

2 “现代学徒制”在《机械设计》课程设计中的应用

根据《机械设计》教学团队所提出的“岗位教学”模式，在该学期“机制专业”的《机械设计》课程设计中应用了该模式，制定出了适合于“岗位教学”模式的教学课时分配（表1）。

按照上述课时分配，教学团队根据此次全国创新设计大赛的题目，提出了“手持式封口胶带装置”“多功能手机保护壳”等题目供实训学生参考，并指导学生查阅资料。分析现有类似产品的优、缺点，学生提出对该产品的理解和分析。针对学生的理解和分析，提出产品功能性想法和设计方案。

学生在教师的指导下，学生手绘总体方案草图，然后利用SOLIDWORKS、CATIA或UG等三维造型软件对零件进行建模、装配和投影平面图，利用AUTOCAD软件绘制加工用平面图，并与指导教师一起进行交叉校核、图纸标准化检查和审查。学生设计过程中的零件如图1所示。

通过检查的设计方案，将其三维模型导出为STL文件格式后，利用3D打印设备，打印零件，并进行装配。（如图2、图3）。

3 结语

通过现代学徒制的“岗位教学”模式，在整个课程设计过程中，充分借助了来自企业的人力资源和经验，调动起学生的积极性和主动性。使学生亲身经历整个设计过程，给学生留下深刻印象，并帮助学生将理论知识和实际操作进行良好的衔接。取得了较好的教学效果和学生的好评，同时对现代学徒制在实践教学环节中进行了初步的探索和应用。

参考文献

[1]教育部关于开展现代學徒制试点工作的意见[EB/OL].教育部网站，2014.

[2]倪丹，张俊国.现代学徒制：内涵、问题与对策[J].淮海工学院学报，2015，13（8）：137-140.

课程设计中机械设计 篇4

一、常规设计理念下机械设计课程设计教学的不足

常规设计方法通常是在调查分析的基础上, 参照同类产品, 通过计算、经验类比或试验等方法来确定产品的初设计。然后对产品的设计参数进行强度、刚度和稳定性等性能分析计算, 检查各项性能是否满足设计指标要求。如果不能满足要求, 则根据经验或直观判断对设计参数进行修改。整个常规设计的过程是人工式凑合定性分析比较的过程。实践证明, 按照常规方法得到的设计方案, 可能存在较大的改进余地。虽然在常规设计中也存在“优选”的思想, 设计人员可以在有限的几种方案中, 按照一定的设计指标进行分析评价, 选出较好的合格方案。但是由于常规设计方法受到经验、计算方法和手段等条件的限制, 得到的可能不是最佳的设计方案。而学生也正因为经验的不足, 碰到要对设计参数进行修改时就一筹莫展, 只能凭感觉试凑数据来达到设计要求。对于设计最终是否可行毫不考虑, 设计过程过于依赖设计手册或设计指导书, 缺乏主动思考和判断, 感觉课程设计枯燥乏味。另外, 传统课程设计题目陈旧也是个问题。当前很多高校机械设计课程设计选题都是几年前的老题或类似题目, 题目的一成不变直接导致学生普遍抄袭或套用, 有的学生甚至直接拿上届学生做的课程设计报告再改一些数据就作为自己的课程设计报告了。

二、基于Matlab优化设计理念的机械设计课程设计的优点

机械最优化设计, 是将具体工程设计问题转化成优化设计问题, 并以数学模型的形式来描述。然后, 选择合适的优化设计方法, 应用计算机进行迭代计算、比较、判别和评价的程序运算过程, 从满足各种设计要求的全部可行方案中, 自动寻求出最优的设计方案。目前, 能从事最优化设计的软件很多, Matlab以其容易, 调试方便, 扩展交互性好, 特别是附带优化工具箱 (Optimization Toolb ox) 等特点, 优越性明显。

Ma tla b优化设计, 因其目标函数建立的评价准则和优化设计方法的多样化, 在机械设计课程设计中, 即使是同一个设计产品, 也可根据设计指标的不同, 轻松派生出许多不同设计题目来。例如, 在设计齿轮传动时, 可以采用齿轮最小体积、最小齿宽、齿轮副最小中心距等结构指标, 或最大传动效率、最大承载力、使用寿命等性能指标, 甚至可以采用成本、利润、工时等经济指标来丰富课程设计题目, 这样就避免了题目一成不变的问题。学生在设计过程中为建立合适的数学模型, 也更需要开动脑筋、勤于思考。在设计前期调研时, 对于学生不懂的方面, 可以运用各种手段收集资料, 如通过互联网、图书馆, 有的甚至可以讨教亲朋好友, 不仅增长了知识, 而且提高了能力。

在培养学生独立思考能力的同时, Matlab优化设计也因其开放性和更贴近实际, 更适合学生积极发挥他们的创新能力, 学生在设计过程中通过全面分析设计准则, 可以将某一最重要准则作为设计目标, 其余准则处理成约束条件。例如以产品成本最低为目标, 其余性能指标作为约束条件;或几个设计准则都同样重要, 如齿轮最小体积和齿轮最小中心距的设计准则都一样重要, 则可构成多目标函数。目标函数越多, 设计越趋于完善, 但是设计难度也随之增大。设计中需根据实际情况选取适宜的目标函数数量。

三、应用实例——螺栓组联接的优化设计

如图所示的压力容器的螺栓联接, 已知被联接件厚E=H=20mm, 气缸内径D1=500mm, 螺栓分布圆直径D=650mm, 缸内压力p=0~1.6Mpa, 最大压力波动偏差±15%, 要求联接可靠度R>0.999, 以成本最低为目标设计紧固螺栓尺寸及个数。

因为设计目标是成本最低, 所以应该将螺栓组重量作为目标函数, 其余性能指标作为约束条件。又因为螺栓组联接的强度条件和螺栓间距范围都是非线性函数, 所以这属于约束非线性规划问题。求解约束非线性规划问题的Matlab函数是fmincon。

1. 确定设计变量

由于螺栓组的成本取决于螺栓直径d和个数n, 因此设计变量为:

2. 确定目标函数

以螺栓组重量为优化目标, 因为螺栓组个数越少直径越小, 成本就越低。

式中:p为螺栓材料比重, 取p=7800kg/m3, L可认为是常量, 因此螺栓组的目标函数为:

3. 确定约束条件

(1) 螺栓间距上限。为了保证螺栓之间的密封压力均匀, 防止局部漏气, 根据经验, 当p≤1.6Mpa时, 螺栓间距不能大于7d, 于是得约束条件:

(2) 螺栓间距下限。为了保证螺栓联接的装配工艺性 (如扳手空间要求) , 螺栓之间间隔不能小于3d, 于是得约束条件:

(3) 螺栓疲劳强度可靠性约束。根据承受变载荷的螺栓组联接主要失效形式是螺栓杆部的疲劳断裂, 可知应力幅和应力集中是导致螺栓疲劳断裂的主要原因。

(1) 螺栓极限应力幅均值为:

式中, σal为应力幅均值, Mpa;σ-1l为光滑试件的抗拉疲劳强度均值, Mpa, km为制造工艺系数, ku为螺纹牙受力不均系数, ε为尺寸系数, k为螺纹应力集中系数。

(2) 螺栓极限应力幅的标准离差为:

式中:Sσal为极限应力幅的标准离差, Mpa;Cal为极限应力幅变异系数。

(3) 螺栓工作应力幅均值的计算:

当螺栓工作载荷在0~F之间变化, 螺栓杆部拉力将在F′~F0之间变化, 故螺栓拉力的变化幅为:

式中:F0为单个螺栓拉力, N;F′为单个螺栓预紧力, N;F为单个螺栓工作载荷, 为螺栓相对刚度。

相应的螺栓工作应力幅均值为:

式中:σa为螺栓工作应力幅均值, Mpa;d1为螺栓小径, mm。

(4) 螺栓工作应力幅标准离差为:

式中:Cσa为工作应力幅变异系数。

(5) 根据文献, 可靠性指数的计算:

若设计要求的可靠度为R, 与此相关的可靠性指数为ZR, 其值可由正态分布表查得, 于是便得约束条件:

4. 应用Matlab编程求解

(1) 编写目标函数M文件, 并以文件名lszyh_f保存在Matla b目录下的work文件夹中。

(2) 编写约束函数M文件, 并以文件名lszyh_g保存在Matla b目录下的work文件夹中。

(3) 编写优化函数M文件。

运行结果如下:

经圆整, 标准化为n=18, d=18mm, F=2.5008kg。

结束语:通过实例我们发现, 与常规设计结果相比较 (n=16、d=24, 根据目标函数计算得:F=3.9518 kg) , 基于Ma tla b优化设计的课程设计优点明显, 不仅可以建立起以往工科教育中缺乏的工程价值观, 激发起学生的学习兴趣, 还可以培养学生的创新能力, 这使得以往理论实践相脱离的问题得以改善, 学生的综合能力得以加强, 进而更加适应当今社会对工科人才的要求。

参考文献

[1]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M]:北京:高等教育出版社, 2001.

[2]郭仁生.基于MATLAB和Pro/ENGINEER优化设计实例解析[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]叶元烈.机械优化理论与设计[M].北京:中国计量出版社, 2001.

机械设计课程设计 篇5

一、传动方案的分析和拟定

机器通常是由原动机、传动系统和工作机三个部分所组成的。

传动系统是将原动机的运动和动力传递给工作机的中间装置。它常具有减速（或增减）、变更运动形式或运动方向，以及将运动和动力进行传递与分配的作用。可见，传动系统是机器的重要组成部分。传动系统的质量和成本在整台机器中占有很大的比重。因此，在机器中传动系统设计的好坏，对整部机器的性能、成本以及整体尺寸的影响都是很大的。所以合理的设计传动系统是机械设计工作的一个重要组成部分。

传动方案通常可以用机构简图来表示，它反映运动和动力传递路线与各部件的组成和联接关系。

合理的传动方案首先应满足工作机的性能要求，其次要满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺性和经济性好等要求。

由题意，选择二级圆柱齿轮减速器，这种方案结构尺寸小，传动效率高，适用于较差环境下长期工作。

二、电动机的选择

选择电动机包括选择电动机的类型、结构形式、功率、转速和型号。

1.选择电动机的类型和结构形式

电动机的类型和结构形式应根据电源种类（电流或交流）、工作条件（环境、温度等）。工作时间的长短（连续或间歇）及载荷的性质、大小、起动性能和过载情况等条件来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等优点，故其应用最广。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机。在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合（如起重机械和冶金设备等），要求电动机的转动惯量小和过载能力大，因此，应选用起重及冶金用的YZ和YZR系列三相异步电动机。

2、确定电动机的转速

课程设计中机械设计 篇6

[关键词]研究性学习 探究 创新

一、研究性学习概述

根据教育部[2001]6号文件印发了《普通高中“研究性学习”实施指南（试行）》，其中将研究性学习定义为：“学生在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题产学习活动。”它给出了研究性学习的4大类型，即课题探究类、项目设计性学习类、体验性学习类和实践性学习类；3种主要组织形式，即小组合作研究、个人独立研究、个人研究与全班集体讨论相结合；4个主要步骤，即指导确定选题、制订研究计划、实施研究、处理撰写研究成果；5个主要性，即整体性、实践性、开放性、生成性、自主性；6个主要目标，即培养发现问题和解决问题的能力、获得亲身参与研究探索的体验、学会分享与合作、培养科学态度和科学道德、培养对社会的责任心和使命感、培养激活各科学习中的知识储存，尝试相关知识的综合运用。毫无疑问，实施研究性学习对于改变学生的学习方式、促进教师教学方式的变化、培养学生的团体、创新精神和实践能力具有重要的作用。

二、研究性学习策略

在中等职业学校课程教学中实施研究性学习是新课程改革中的一个亮点，是极富生机活力的课程形态和学习方式。我在机械设计基础课程教学过程中尝试了研究性学习，取得了一定的成效。

1.结合学科特点，发掘研究性学习的课题，有利于学生获得亲身参与研究探索的体验。研究性学习围绕的问题一般来源于学生的学习和生活实际，来源于学生生活的现实世界。它远比学生在课堂和课本中所面临的世界更广阔、深远而且更生动。具有较强的现实性，有助于开阔学生的视野，积累知识。机械设计基础是基于实验（训）基础上的一门专业技能基础性学科，很多概念、机构都与实验（训）、实例有关。课堂教学中若能正确、适时地组织学生进行实验（训）探究，不仅能极大调动学生的学习积极性，还能化解难点、理清思路，更好地掌握概念和规律。通过这种方式的教学，并且能长期坚持下去，则可以充分培养学生的动手操作能力、实验观察能力、科学探究能力，获取信息、传递信息、处理信息的能力，分析和判断的能力及团结协作的能力。

2.研究性学习是以学生的自主性、实践性、探索性学习为基础，从而培养学生收集、分析、处理及利用信息的能力的学习方式。研究性学习一改传统被动的接受式教学模式，强调对所学知识、技能的实际应用，注重学习的过程和学生的实践与体验，特别强调学生的自主探究学习。当学生选定研究课题后，自己收集并处理信息，自己动手实验，自己分析、归纳。同时讨论、交流、辩论，既可以在学生间进行，也可以在师生间进行。在机械设计基础课程教学中，由于课程的综合性特点，教师可鼓励学生进行学科综合。如在学习绘制极位夹角、机构运动简图时，学生就需要运用机械制图中的作图法来完成;减速器中轴传动图也需要机械制图中的识图知识，这将会进一步培养了学生收集、分析、处理及信息的能力。

3.研究性学习实现了学生学习方式的改变，激发了学生探索、创新的欲望。传统教育中评价学生好坏的唯一标准就是期中、期末考试，即考试分数高，被称为好学生，否则就是差生。而研究性学习，在传统教材学习理解的基础上，注重过程考核，通过学生平时的积累和综合职业能力的体现来综合评价学生。我是通过学生参加研究性学习活动时记录下每一位学生自己在研究性学习过程中的操作步骤、与他人合作和交流的过程、就某课题在实施过程中的成败得失以及进行这项活动的心得体会、有待改进和提高的方方面面或提出自己的一些看法等来综合评价学生的。

每一次研究性学习课题中，学生在完成老师布置的学习任务时，会把社会、图书馆、阅览室、互联网当作主要渠道寻找信息，进行广泛的阅读，参与社会实践，他们主动地提出问题，敏锐地发现问题，不断地寻求解决问题的方法，获得研究探索的亲身体验，逐步形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、努力求知的思维品质，对在研究性学习中突现的“灵感”或“创新”的想法或做法，也可以提出来与其他同学进行探讨和延伸，从而产生积极的情感，激发起探索、创新的欲望。

4.注重学生探究学习的过程，培养学生对社会的责任心和使命感，使学生学会分享与合作。在机械设计基础中开展研究性学习，是一个参与社会实践活动的过程，在课程教学研究中，创设有利于人际沟通与合作的教育环境，使学生学会交流和分享研究成果，尊重他人的想法，发展乐于合作的团队精神，加强了学生对社会市场的了解和认识，增进了学生与本专业、行业的交流。培养了学生的对社会的责任感和使命感。

“授之以鱼，不如授之以渔。”单靠传统教师给予知识的传授，学生得到的知识是有限的，我们还需要通过在职业学校各类课程教学中实施研究性学习的方式，充分发挥学生的主体地位，培养学生的动手能力、科学探究能力、观察实验能力、获取信息、传递信息、处理信息的能力、分析和判断的能力及团结协作的能力。

参考文献

课程设计中机械设计 篇7

一、学习情境的设置

1. 学习情境设置思路

(1) 对学生的现有知识、能力和态度水平进行分析, 针对企业对学生三个方面水平的要求, 确定本课程要完成的学习目标。

(2) 学习情境来自生产实际, 与学生的专业方向一致, 与其工作岗位衔接。让学生明确毕业后的工作任务是什么, 在学习时更有目的性。

(3) 学习情境要具有可操作性。要符合教学条件和教学实际。

(4) 学习情境的排序要符合认知规律。坚持由简单到复杂, 由单一到综合的规律。

2. 学习情境的载体

学习情境要选择恰当的载体, 它可以是工程项目、工作任务、案例、问题等。《机械设计》课程以设计任务为载体, 根据工作岗位选择了机床、起重机、运输设备的传动装置作为情境主体。

3. 学习情境的设置方法

(1) 本专业学生的工作岗位分析

本专业学生的工作岗位包括以下几种: (1) 机械CAD绘图员; (2) 机床操作员; (3) 设备安装技术员; (4) 设备巡检员; (5) 设备维修员。

(2) 工作岗位对学生能力的需求分析

企业对高职学生的技能要求各不相同, 针对《机械设计》学习领域课程, 总体上可以归结为以下几个方面。

(1) 学生要有熟练的机械识图能力。

(2) 学生要具备利用Auto CAD熟练绘图的能力。

(3) 能够根据机械零件的材料性能正确选择材料。

(4) 能够确定常用零部件的公差和配合。

(5) 熟悉常用零部件和机构的结构、特点、类型和工作原理。

(6) 学生要有一定的设计能力。

(7) 能够正确确定机器及其零部件的润滑方案。

4.《机械设计》学习领域情境设置结果

通过以上分析, 确定了起重机等设备的平面连杆机构设计、起重机等设备的凸轮机构设计、牛头刨床等设备的步进机构设计、牛头刨床等设备的螺旋机构设计、带式输送机的带传动设计、带式输送机的链传动设计、减速器设计7个学习情境。通过以上情境的设置, 将职业岗位需要的专业知识融入其中, 通过情境实施培养相应的职业能力。

二、情境教学的实施

1. 教学组织形式

情境教学的教学组织形式为分组教学, 每个小组就是一个独立工作的团队, 每个小组成员都会找到自己在团队中的位置, 共同完成工作任务。在《机械设计》课程中, 每6人为一小组, 每个小组都有组名、组呼、组歌, 小组成员有明确分工, 如资料采集员、设计计算员、绘图员、综合协调员等, 用以增强情境氛围。

2. 教学方法

教学以行动为导向, 把教学内容融入到工作情境之中, 学生在工作过程中理解、掌握知识内容, 充分体现了做中学。在学习中以学生为主体, 教师为主导。《机械设计》课程的设计任务完成过程, 包括制定工作计划、知识准备、任务实施、检查评价四个环节。整个过程都由学生独立完成, 教师只起到指导作用。每个成员在重点完成本职工作的同时, 都要达到能够独立完成设计任务的程度。

3. 过程考核

教学采用过程考核, 制作了课堂评价表、情境实施评价表、情境学习评价汇总表, 课堂评价表, 随时记录学生课堂的问题发表、讨论发言、回答问题等情况, 及时进行评价, 培养学生的组织能力、表达能力等;情境实施评价表包括学生个人评价、小组评价和教师评价三个部分, 考核学生在本情境的学习纪律情况、任务参与情况、任务完成情况等。

三、情境教学实施效果分析

1. 学生学习的积极性有很大提高

传统的教学方法是老师讲, 学生听, 教师处于主体地位, 学生被动地学习, 所以学生学习的主动性和积极性都不高, 老师讲什么就听什么;在情境教学中, 学生由被动变为主动, 地位发生了变化, 他们可以自主组织学习过程, 充分发挥创造性思维空间和实践空间。另外, 教学采用过程考核, 也使学生的竞争意识和成就感得到加强, 学生通过自评和互评对学习的各个方面都提高了重视程度, 同时对任务完成过程中存在的问题有了很清醒的认识, 起到了自我提高和相互促进的作用;通过过程考核使学生不断产生兴奋点, 进一步提高了学生学习的积极性和主动性。

黑龙江金桂霞

2. 培养了学生分析问题解决问题能的能力

比较传统的填鸭式教学方式, 情境教学通过学生完成工作任务来实现, 可以激发他们的联想思维, 将自己的经验和方法应用到工作任务中去, 更能培养学生分析问题和解决问题的能力。

3. 加强了学生对工作任务的完成能力

传统的教学方法从理论到例题, 与实践的距离很大, 学生只会在书本上作文章;新的课程体系通过引导文教学法实施过程的重复进行, 学生对实际工作程序已经了如指掌, 从任务发布开始, 可以独立完成工作任务, 实现了学校与企业的零距离。

4. 培养了学生的团队精神和协调能力

分组教学营造了一个团队氛围, 每个学生都是团队中的一员, 在工作中分工协作, 相互交流、不断沟通, 共同完成工作任务, 充分培养了团队观念和协调能力。

四、情境教学的几点体会

1. 在教学中教师要投入情感。

在情境教学中, 教师有时像主持人, 教师的情感会感染学生, 带动整个课堂气氛, 带动学生的情感投入。这种情感不仅仅作为手段, 而且是教学本身的任务, 是目的。

2. 情境教学必须做好课前预习。

教师要在前一次课布置工作任务, 让学生有充分的时间进行知识准备, 另外长期的传统教学使学生养成了依赖老师的习惯, 往往不能自觉完成老师布置的准备任务, 导致了课堂成为学生看书的时间, 使工作任务不能按时完成, 那么教师在布置任务的时候要有针对性地留一些思考题, 在任务实施的课堂上先让学生解决这些问题, 并将结果记入过程考核。这样既便于学生消化理解知识内容, 又对其完成知识准备起到督促作用, 保证任务的顺利实施。

3. 在教学中, 学生的主体地位是逐步提高

的, 不能在课程开始就把任务完全交给学生来完成。一是学生对行动导向的教学方法要有一个适应的过程, 二是学生分析问题解决问题的能力是随着情境实施的过程逐步提高的。

4. 在教学过程中教师要深入到学生中去, 不能一味观望、置身事外。

要及时发现问题, 进行指导, 避免学生走过多的弯路, 无法完成任务。

5. 过程考核要贯穿每一堂课。

要在每一堂课设置学习任务, 在任务完成过程中设置相关问题, 并通过问题讨论、分析、解答、应用等方式进行考核, 让学生始终找到兴奋点, 热情地学习。

摘要：为更好地实现高等职业教育的社会性、职业性, 培养学生的职业岗位能力, 各高等职业院校纷纷探索行动导向的教学方法, 通过基于工作过程的学习领域课程创设学习情境, 并通过情境教学的实施完成学生专业知识的学习和专业能力的培养。本文通过黑龙江建筑职业技术学院“机械制造与自动化”专业的《机械设计》课程情境教学实践, 介绍了学习情境的设置、情境教学的实施、情境教学的效果以及教学实践的体会。

课程设计中机械设计 篇8

一、引入合作学习的动因

合作学习 (cooperative learning) 是20世纪70年代初兴起于美国, 并在70年代中期至80年代中期取得实质性进展的一种富有创新和实效的教学理论和策略。由于它在改善课堂内的社会心理气氛, 大面积提高学生的学业成绩等效果, 很快引起了世界各国的关注。

在引入合作学习的过程中, 我们更应该从实际情况出发, 达到完美的结合, 不能囫囵吞枣。我们要明白合作学理的理念, 对它在深入理解的同时, 运用到我们的实际的教学中来。改变我们当下在《机械系统设计》实际的教学中那些理论知识不能联系实际生活, 生硬的书本知识不能满足当下社会发展, 枯燥滞后的教学模式不能适应学生需求诸多矛盾。

二、合作学习对《机械系统设计》教学的实际运用

1.书本知识的划分和学生的划分。

首先, 根据我们的教学大纲, 需要学生掌握的科学知识进行科学的划分。只有那些不能适应社会发展需求的部分进行剔除, 拿更多的时间给学生, 让他们了解该学科的前言科技发生的日新月异的变化和这门学科研究方向, 才能让学生树立正确的奋斗目标。其次, 就是学生人员划分。按照通用的划分标准:兴趣爱好分组;按感情友谊分组;按特长搭配分组。

2.具体的合作学习环境设定。

首先, 课前, 针对即将展开的知识点, 预先需要学生准备的关于知识点的扩展知识告之每个学生小组。让他们根据得到的综合信息, 在根据自己小组的组员特长进行科学的分工, 最后把每个组员得到的信息汇总。其次, 课后, 各个组员把自己负责的知识点和扩展知识的解答, 通过其他小组的合议后完成的论文或者小报告, 汇总交给教师作为评价的依据。

3.评价。

评价应该包括教师的评价和学生的自我评价。首先, 教师根据学生对个知识点和扩展知识解答的报告或者小论文进行评价打分, 该部分应该占总分的比例为65%;其次, 是教师对每个学生在实际学习过程中进行打分, 比例应该占总分的5%;再次, 就是每个学生组的组长根据组员对该组的贡献进行打分, 该分占总分的20%;最后, 每个组员根据合作学习对知识的掌握程度给彼此打分, 占总分的10%。

4.效果分析。

为了检验将合作学习教学模式引入到实际教学中对学生知识点的掌握和能力的培养方面是否起到提升作用, 将该引入合作学习的教学模式引入到 2004 级 (1) 班机械工程及自动化学生的《机械系统设计》的课堂实践中并追踪问卷调查, 问卷调查表显示, 将合作学习引入该课程的教学过程是有效的, 它在很大程度上激发了学生学习的积极性, 提高了学生在整个教学过程中的参与性。

对未将合作学习教学模式引入《机械系统设计》教学的 2004 (2) 班机械工程及自动化学生和将合作学习教学模式引入教学的2004级机械工程及自动化学生共 100 名学生进行了问卷调查, 问卷1主要测试学生的学习积极性, 合作意识, 创新意识。问卷 2 主要测试学生对该课程几个重要知识点的掌握程度。

从图一中可清晰得出这样的结论, 在将合作学习引入《机械系统设计》课堂教学后, 学生各方面能力都有较为明显的提高, 尤其在合作意识、学习积极性和创新意识方面有了大幅度提高。

从图二说明了将合作学习引入课堂教学后, 学生对本门课的几个重要的知识点掌握程度有所提高, 但其中对操作系统设计和润滑冷却系统设计知识点提高相比较而言较小, 还应在该知识点多思考教学模式的改进, 而传动系统设计和控制系统设计, 由于学生有先学课程《机械设计》的基础, 所以掌握程度较前提高较大。通过课堂实践证明, 将合作学习教学模式引入机械专业课《机械系统设计》, 有助于调动学生学习的积极性, 有助于培养学生的合作意识和创新意识, 更有益于学生对知识的掌握。

三、在引入合作学习过程中我们应该注意的问题

在引入合作学习《机械系统设计》教学中, 虽然解决了目前我们在固定模式教育的弊端, 但是有很多问题值得我们思考和重视。

怎么样在分组上做到科学化, 避免有的个人主义较强的学生的反感情绪尤其重要。如果在实际操作运用中, 教师一旦把握不好就会有这样那样的矛盾产生, 是课堂不和谐因素存在的可能。

其次合作学识原本主旨是打破学生与学生不能充分交流, 积极发挥团体的力量解决一系列问题。这中间教师怎么样去保护个体的积极性, 怎么样去发现对学科有独到理解的学生, 并加以培养。教师还是科学地掌握团体与个人的矛盾, 不去回避。

参考文献

[1]王坦.论合作学习的基本理念[D].教育研究, 2002, (02) .

[2]庞思勤.中美机械专业课程设置与人才培养模式比较研究[J].全国高等学校教学研究中心, 2007, (10) .

课程设计中机械设计 篇9

机构创新设计的方法有机构变异、机构组合、机构再生、广义机构方法等,其中,机构变异、机构再生、广义机构方法,仅使原来的基本机构具有不同的功能或性能改进,没有创造出新的机构,属于机构的应用创新范畴。在工程实际中,单一的基本机构应用较少而基本机构的组合系统却应用于绝大部分的机械装置中。因此,机构的组合是机械创新设计的重要途径。本文以机械创新设计课程中的机构组合为例,介绍了机构组合创新设计中的概念、教学手段及实验配套设施。

1 机构组合的概念

1.1 基本机构

把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。如各类四杆机构、五杆机构、3构件高副机构(凸轮机构、齿轮机构、摩擦轮机构、瞬心线机构)、3构件间歇运动机构和螺旋机构、3构件的带传动机构和链传动机构等都是基本机构。如图1所示的单自由度四杆机构和二自由度五杆机构都是基本机构,它们都是闭链且具有不可拆分性。

在机械原理中,常把连杆、齿轮、凸轮机构列为常用机构,把间歇运动机构、螺旋机构、万向机构列为其他常用机构。常用机构的概念较模糊,统称为基本机构较合适。基本机构的概念定义清晰也很重要,因为任何复杂的机构系统都是由基本机构组合而成的。

1.2 机构组合方式

机构的组合是指将几个基本机构按照一定的原则或规律组合成一个理想的机构,目的是改善基本机构的缺点,更好地完成工程实际中运动和动作的要求。

机构的组合方式一般分为4种:串联组合、并联组合、封闭组合、叠加组合。

1.2.1 串联组合

前一个基本机构的输出构件与后一个基本机构的输入构件刚性连接在一起,称为串联组合。前一个机构称为前置机构,后一个机构称为后置机构,结构形式如图2所示。

示例:在图3中,前置机构ABCD中输出构件DC与后置机构DEF中输入构件DE固结,形成串联机构。合理进行机构尺度综合后,可获得滑块的特定运动规律。

1.2.2 并联组合

两个或多个基本机构并联布置,运动并行传递,称为并联组合。有3种形式,如图4所示。

示例:如图5所示为Ⅱ型并联机构,4个主动滑块的移动共同驱动一个曲柄的输出,以实现运动的合成,这类组合方式是设计多缸发动机的理论依据。

1.2.3 封闭组合

封闭组合是指以二自由度的机构为基础机构,单自由度的机构为附加机构,再将两个机构中某些构件并接,组成一个单自由度的组合机构。有2种形式,如图6所示。

示例:如图7所示,蜗杆机构为两个自由度的基础机构,蜗杆轴与机架组成空间圆柱副,蜗轮与机架组成转动副;凸轮机构为附加机构,凸轮与蜗轮固连,蜗杆轴主动,在输入转动的同时,因受凸轮轮廓线的影响而产生轴向移动。这样传输给蜗轮的运动是转动与移动两个运动的合成。这种机构常用于机床,作为运动误差的补偿。

1.2.4 叠加组合

叠加组合是指在一个基本机构的可动构件上再安装1个以上基本机构的组合方式。支撑机构称为基础机构,安装在基础机构可动构件上的机构称为附加机构。有2种形式,如图8所示。

示例:如图9所示,摄影车,平行四边形机构ABCD为基础机构,由液压缸1驱动BC杆运动;安装在基础机构AD杆上的液压缸2驱动附加机构的DF杆,使附加机构相对基础机构运动,平台的运动为叠加机构的复合运动。

在工程实际中,经常联合使用上述组合方式,称为混合组合法。但多次组合将使机构的运动链加长,运动副增多,积累的误差也增大,并且机械的效率也会降低。所以在进行机构组合创新时,应考虑这一问题。

2 教学手段和实验配套设施

机械创新设计与传统课程的区别在于:基于学科交叉,把握知识更新,重在能力培养。使学生建立创新设计的知识基础,养成创新设计的思维习惯,提高创新设计的动手能力。

机械创新设计课程包括课堂教学、实验教学与课外兴趣小组3个部分。在课堂教学中要注重创新理论与方法的传授,不断更新创新实例,使教学内容与机械学科的发展紧密结合;实验教学除了让学生动手装拆、组合外,更重要的是在创新过程中,认识更多的机构组合创新的特点;课外兴趣小组,作为理论教学的实践环节,成为最受学生欢迎的教学方式。

2.1 课堂教学

在机械原理的基础上,阐述机构常见组合方式及其特点,要求学生能运用这些方法,按照机构运动和动作要求进行机构组合创新。为提高教学效果,在课堂教学时应尽可能多地使用CAI教学,对每种机构组合方式及相关创新实例,制作三维视频模拟课件,模拟机构的运动,使学生加深对机构创新理论知识的理解。图10所示为机构三维模拟视频图。

2.2 实验教学

我校建立了机械创新设计实验室,配置了先进的机构创意组合实验台(如图11所示)。学生做实验时,应用所学的机构创新设计知识,进行创意构思,拼装出各种机构模型,然后利用实验台的可视化参数分析功能进行模拟演示,分析构件的运动规律并利用计算机显示相关运动曲线,据此修正、完善自己的设计。通过机构创新拼装实验,可大大提高学生的创新意识和实践动手能力。

2.3 课外兴趣小组

机械创新实验室为学生提供了进行机械创新设计的研制场所,并添置了计算机设备和相关软件。我校成立了学生机械创新兴趣小组,充分发挥团队作用进行创新实践活动,参加各种机械设计大赛。通过这些活动理论知识与实践应用得到了完美结合,学生们的创新能力、动手能力、团队协作能力、科技论文写作能力都得到了很大的锻炼和提高。

3 结束语

机械产品的核心是机构,机械创新的实质就是机构的创新。因此,机构组合设计与创新在机械创新设计课程中具有很重要的地位。通过课堂教学、实验教学,使学生建立了机构创新设计的知识基础,养成了创新设计的思维习惯,结合课外兴趣小组的实践提高了创新设计的能力。

参考文献

[1]吕庸厚,沈爱红.组合机构设计与应用创新[M].北京:机械工业出版社,2008

[2]张春林,苏伟.机构创新设计中的几个术语[J].机械设计与研究,2006(专刊):89～91,342

[3]朱理.机械原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2010

[4]张美麟,张有忱,张莉彦.机械创新设计(第2版)[M].北京:化学工业出版社,2010

课程设计中机械设计 篇10

在《机械设计基础》课程的教学中,碰到很多公式和函数图形、碰到很多实际的机械运动过程、还会碰到很多复杂的机械结构需要想象。要正确理解这些机械现象,需要学习者有丰富的实践经验、足够的见识和丰富的想象力来构造这些现象的平面或者空间模型。作者在教学中通过采用动画技术,收到了良好的教学效果。特别是对于非机械类学生,他们的制图水平比不上机械类学生;对机械现象的认知能力也比不上机械类学生。因而在教学中,通过采用动画技术实现以下三大功能,收到良好的教学效果:

(1)、逐步有序地演示教学内容。(2)、演示事件的变化过程。(3)、演示三维物体的不同侧面,以展示机构(或机器)的全貌,揭示其本质特征。

通过做到以上几点,学生们反映普遍良好,认为对教学内容理解得更快更透彻。

1. 演示力学公式的变化规律和物理量之间的关系

在讲述螺纹连接一章中关于单个承受预紧力和工作拉力联合作用的紧螺栓连接的受力分析时,涉及螺栓和被连接件的弹性变形,以及在变形条件下预紧力、工作拉力、残余预紧力等多个物理量及其变化规律。以前,为了讲清楚这些变量的物理意义及其相互之间的关系,老师在黑板上反复写反复擦,复杂的线图始终难以表达清楚。在作者的学习经历中,发现很多老师把这一部分内容简单地一带而过。

如果现在采用动画技术,就能很方便地解决这一难题。以单个紧螺栓联结[1,2,3]为例:

(1)、在图1中,首先分别建立螺栓和被连接件的受力变形线图(分别见图1中的子图1.1和1.2)。

(2)、然后,寻找两图中的公共量,即预紧力F0。并按预紧力F0相等这一条件将图1.1和图1.2)合二为一,见图1.3。至此为止,完成演示动画1、2、3、4、5、6步(见图1.8),形成基本的刚度坐标图线,演示结果形成图1.3所示结构。

(3)、其次,在图1.3的基础上,按连接所承受的工作载荷F生成x轴的垂直线CD。直线CD与直线ObA相交于C点;与直线OmA相交于D点;与x轴相交于E点,在图1.8)中完成第7步动画,演示结果见图1.4所示结构。正因为引入了这样一根关键的垂线,后面的动画就可以逐步有序地演示出来了。通过演示图1.4即出现F (工作载荷)线及其尺寸界线。

(4)、再次,生成F2 (螺栓所受的总拉力)线,但是它的尺寸界限不再重复。相应螺栓的总伸长量为λb+Δλ。从而完成图1.8中第8步动画,演示结果如图1.5所示结构。

(5)、接着,生成F1(被连接件的残余预紧力)线。同样地,它的尺寸界限不再重复。相应地,被连接件的总压缩量为λ·Δλ。从而完成图1.8中第9步动画,m演示结果见图1.6所示。

(6)、最后,完成对整个刚度图的分析。即生成ΔF线,及其尺寸界线,从而完成图1.8中第10步动画。演示结果见图1.7所示。

通过上面的演示,各个物理量及其相互之间的关系一目了然。展示了一种连贯性的思维过程。在图1中:

(1)、Cb和Cm分别为螺栓的刚度和被连接件的刚度。

(2)、λb和λm分别为在预紧力作用下,螺栓的变形量和被连接件的变形量。

(3)、A和B分别为预紧力作用点及其在x轴上的投影点。

(4)、Ob和Om分别为两个坐标原点。从图1.7和图1.8上很直观地就可以得出以下关系

通过分析上式中螺栓上的总拉力F2,可以得出螺栓的刚度与被连接件的刚度对连接的承载能力的影响。

上述这一组关系正是本章关于单个螺栓连接受力分析所需要推导的结论。

2. 演示事件的变化过程

在讲述渐开线齿轮机构[4]中齿廓啮合过程时,有些学生对啮合线(即啮合点的轨迹)始终有误解。认为啮合点的轨迹就是齿廓上给定点的运动轨迹。为了给学生讲清正确的啮合线概念,在课件中采用了动画形式来演示齿廓啮合的全过程。用动画的形式把一对齿廓从开始啮合到脱离啮合的全过程用Flash软件制作成一组连续的动画。见图2所示。

图2中选择了一对渐开线齿廓啮合过程中4个有代表性的位置。分别见图2.1中的A点、图2.2中的B点、图2.3中的C点和图2.4中的D点。图2中的子图2.1显示了一对齿轮在啮合的起始点处,主动轮的齿根部分与从动轮齿顶部分首先进入啮合。在主动轮和从动轮转动过程中,主动轮上的啮合点逐渐向齿顶部分转移,而从动轮上的啮合点则逐渐向齿根部分转移,移动过程见图2.1中的点A转移至图2.2中的点B;然后转移至图2.3中的点C;最后在图2.4中的点D处两齿廓脱离啮合。

学生在认真观看这一组动画后,恍然大悟:原来啮合线N1N2是齿廓瞬时啮合点的包络线,而不是某个点的运动轨迹。这一过程通过图2所代表的动画表现得清清楚楚。

3. 演示三维物体的不同侧面,揭示物体的全貌

在讲述平面机构的自由度一章时,需要学生能根据机器实物画出该机器的机构运动简图。这是一件困难相当大的工作。因为非机械类学生,留心观察的机械现象比较少,理论知识也不够丰富,因而对机器的内部结构认识不充分,对机器的空间结构也缺乏想象力。所以,在教学中需要仔细讲解机器的内部结构和布置方案。关键的时候需要制作模型,甚至需要带领学生下工厂看实物。

在采用动画技术后,这些困难迎刃而解。比如,要求学生绘制图3中的子图3.1所示缝纫机下针机构的机构运动简图时,起初学生面对图3.1无从下手。因为在图3.1中,曲柄1 (对照图3和图4)布置在竖直方向,与缝纫针的导路3重合,看不清机构的内部结构,画不出正确的机构运动简图。按照图3.1计算机构自由度时,很多学生将活动构件数数成2个。这是不正确的。显然,图3.1不是一个好的观察角度。

接下来,让曲柄1顺时针方向转过90度,成为图3.2所示的布置形式。这时,曲柄与滑块的导路又重合。按照图3.2计算机构自由度时,在机构运动简图中不能分清曲柄1、滑块2和滑块导路3的空间位置关系。因此有的学生将该机构的活动构件数错误地数成2;有的学生将滑块错误地判断成局部自由度。显然,图3.2也不是一个好的观察角度。

最后,采用了缝纫机下针机构的三维动画进行教学。让曲柄1作连续的回转运动,使学生对机构的整个运动过程有一个比较全面的认识。在此基础上,学生选取了曲柄1在图3中子图3.3所示的角度位置作为基础,来绘制该机构的机构运动简图。结果如图4所示。从图4中可以看出,各个构件的位置、构件之间的空间关系都表达得相当清楚。学生在数活动构件数、运动副数,和判断各个运动副的类型时再也没有出现错误。

在图4中:1为曲柄;2为滑块;3为导路;4为机架。

4. 动画演示功能的使用技巧

当前,在课堂上通常使用PowerPoint软件制作课件。PowerPoint软件具有强大的集成功能。可以用它制作幻灯片、制作动画、制作图表等丰富的演示性媒体文件;也可以调用多种其它软件制作的文本、图表和动画等。比如:

(1)、可以直接在PowerPoint软件上制作动画。用动画的形式来演示图形图像,并适时地插入文字说明。在这类动画中,常常以线条图形为主,通过自定义动画的方式来排列图形元素的播放次序。比如本文图1的子图1.8中所定义的播放次序就属于这一类。

(2)、可以事先利用Flash、3DSMAX、UG、PRO/ENGINEER或MasterCAM等多种图形图像软件制作课程所需要的动画或者动画片段。通过文件或者对象的方式直接插入到PowerPoint软件指定的幻灯片中,在演示该幻灯片页面时,经过响应鼠标敲击,直接演示相应的动画。比如本文中图2所示示例,就是在课件中插入动画文件“齿轮传动啮合过程.avi”实现的。

(3)、利用Flash、3DSMAX、PRO/ENGINEER、UG或MasterCAM等多种图形图像软件制作动画文件,然后在PowerPoint课件上插入动作按钮,并为该动作按钮指定超链接,指向已经制作好的动画文件。在演示课件时,通过鼠标敲击该动作按钮就可以调用暴风影音等媒体软件来播放已经制作好的动画。比如本文中图3所示示例,就是在课件中通过超链接调用文件“缝纫机下针机构.avi”实现的。

(4)、如果课件中的某些重要概念或例证需要用动画来加深理解,可以在该概念或例证的文字说明与相应动画之间建立超链接。演示课件时,只须在建有超链接的文字上敲击鼠标。通过超链接功能,课件就能自动播放已经制作好的动画。这种功能在各种应用软件的帮助系统中常常使用。这里就不再一一举例说明其用途了。

5. 小结

要使课堂活泼生动,在用PowerPoint软件演播动画时,需要掌握几项重要技术。

(1)、要学会使用PowerPoint软件的各项功能,特别要学会运用PowerPoint软件直接制作动画。

(2)、要掌握2到3种平面或者三维动画软件的使用方法。然后将自己制作的动画通过超链接等形式链入PowerPoint课件中,使课件的表现形式多种多样。

(3)、有可能的话,可以为动画配上解说词和音乐。尽可能地发挥多媒体的各项功能。

摘要：《机械设计基础》是针对非机械类学生开设的一门课程。根据教学对象对机械现象的感性不丰富，理论欠缺等特点。在教学过程中尽可能采用各种动画软件和技术，将书本上难以理解的内容制作成多种直观形象的动画，帮助和加深学生对教学内容的理解。同时将丰富的示例也作成各种形式的动画，帮助学生加深对机械现象的认识。教学收到良好效果。

关键词：动画,教学研究,机械设计基础

参考文献

[1]杨可桢，程光蕴，李仲生．机械设计基础[M]．北京：高等教育出版社》．2006．5

[2]濮良贵，纪名刚．机械设计[M]．北京：高等教育出版社．2006．5

[3]Robert L.M..Machine Elements in Mechanical Design[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry.2007.5