机械原理和理论力学范文

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关键词：机械原理课程综合实验；凸轮机构；机构动态测试实验台

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）10-0225-03

一、前言

《机械原理》是机械类工科学生必修的一门专业基础课，具有很深厚的工程背景。所以在《机械原理》教学中，更需注重对学生进行理论与实践相结合的教学方式。课堂教学中在强化常用机构基本原理、结构和设计方法的同时，还需对机构在工程实际中的设计与应用有所渗透，使学生对常用机构有更全面的理解和把握。为了实现以上教学目的，本文引入了凸轮机构动态测试实验台作为平台，设计了一项《机械原理》课程综合性实验。通过本项综合实验对凸轮机构的设计和动态测试，使学生将理论课程中所学的各章内容串联起来，掌握各章内容在机构设计中的内在联系和工程意义，加深了对所学内容的理解，它是《机械原理》课程教学中一个必不可少的重要教学环节。本文引入凸轮机构动态测试实验台作为《机械原理》综合实验的平台，使学生着重掌握凸轮具体的结构参数对凸轮机构动态特性的影响。该实验台在《机械原理》课程教学中的应用，可以加深对凸轮机构设计的全面理解，很好的培养学生的动手能力和创新意识。

学生通过本项综合实验，所需达到的具体要求有：

1.利用计算机对凸轮机构动态参数进行采集、处理，作出实测的动态参数曲线，并通过计算机对该机构的运动进行数模仿真，作出相应的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。

2.利用计算机对凸轮机构结构参数进行优化设计，然后，通过计算机对凸轮机构的运动进行仿真和测试分析，从而实现计算机辅助设计与计算机仿真和测试分析有效的结合，培养学生的创新意识。

3.利用计算机的人机交互性能，使学生可在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的动手能力。

二、机械原理教学内容

在完成本项综合实验前，应要求学生对综合实验所涉及到的《机械原理》理论课中所学的各章知识进行复习。在进行本次综合实验前，指导教师需对相关理论知识做简单的提示和讲解。具体内容包括：

（一）凸轮机构从动件运动规律及基本尺寸

凸轮机构常用的从动件运动规律有四种：等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律。其中等速运动规律在运动的起始和终了点加速度有无限量的突变，存在刚性冲击。对于等加速等减速运动规律和余弦加速度运动规律，从动件在运动的起始和终了点处加速度存在有限量的突变，所以有柔性冲击。而对于正弦加速度运动规律的加速度方程是整周期的正弦曲线，加速度曲线连续从动件运动无冲击。特别对于余弦加速度运动规律而言，如果从动件运动形式采用升-降型，并均采用余弦加速度运动规律，加速度曲线也是连续从动件运动也是无冲击的。具体选择时，应根据具体工况的运动特点和要求，合理的选择从动件运动规律。

在确定凸轮机构基本尺寸时，在偏心距e一定、从动件运动规律已知的条件下，加大基圆半径r0，可以减少压力角α，从而改善机构的传力特性。但同时，会增大凸轮机构的尺寸。所以凸轮基圆半径r0确定的原则是：应在满足αmax≤[α]的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径r0，使凸轮机构的尺寸不至过大。一般，先按满足推程压力角αmax≤[α]的条件来确定基圆半径r0。

（二）机械运转及速度波动调节

机械在稳定运转阶段，当等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内，当驱动功等于阻抗功时，等效构件的角速度在此公共周期内将呈现周期性的波动，从而机械会产生周期性的速度波动。为了对这种机械的周期性速度波动进行描述和分析，提出了平均角速度ωm和速度不均匀系数δ。机械运转的速度波动对机械的工作不利，它不仅将影响机械的工作质量，而且会影响到机械的效率和寿命。所以必须对周期性速度波动加以控制和调节，将其限制在许可的范围内。具体方法是在机械中设计安装具有大转动惯量的旋转构件――飞轮。

三、实验台及操作软件界面简介

本项机械原理综合实验采用凸轮机构动态测试实验台，如图1所示。该实验台可以分别对两种结构形式的凸轮机构―盘型凸轮机构和圆柱凸轮机构进行动态测试。

该综合实验台具有的功能特点有：（1）可测量凸轮、推杆的运动学参数，并通过计算机多媒体虚拟仪表显示其速度、加速度波形图；（2）可通过计算机多媒体数据、仿真软件计算凸轮，推杆的真实运动规律，并显示其速度，加速度波形图，可与实测曲线比较分析；（3）配有专用的多媒体教学软件，学生可在软件前面说明文件的指导下，独立自主地进行实验；（4）盘形凸轮机构可拆装为圆柱凸轮机构，因而可作两种凸轮机构的实验；（5）盘形凸轮机构配有四个（共包含八种运动规律）凸轮，一种推杆，圆柱凸轮机构配一个凸轮；（6）盘形凸轮机构的偏距可调节，飞轮质量可调节，使机构运动特性达到最佳。图2为实验台软件操作界面的切换流程图。

软件操作界面由盘型凸轮机构综合实验模块和圆柱凸轮机构综合实验模块两部分组成。

两部分实验模块依据综合实验的内容和步骤，均是由凸轮机构动画演示界面（图3）、凸轮机构原始参数输入界面（图4）、凸轮运动仿真与测试分析界面（图5）和推杆运动仿真与测试分析界面组成（图6）。此部分，要求学生在实验过程中熟悉掌握。

四、实验内容

1.凸轮运动仿真和实测。能通过数模计算得出凸轮的真实运动规律，作出凸轮角速度线图和角加速度线图，并进行速度波动调节计算。通过凸轮上的角位移传感器和A/D转换器进行采集，转换和处理，并输入计算机显示出实测的凸轮角速度图和角加速度线图。通过分析比较，使学生了解机构结构对凸轮的速度波动的影响。

2.推杆运动仿真和实测。通过数模计算得出推杆的真实运动规律，作出推杆相对凸轮转角和速度线图，加速度线图。通过推杆上的位移传感器，凸轮上的同步转角传感器和A/D转换板进行数据采集，转换和处理，输入计算机，显示出实测的推杆相对凸轮转角的速度线图和加速度线图。通过分析比较，使学生了解机构结构及加工质量对推杆的速度波动的影响。

五、实验步骤

1.打开计算机，单击“凸轮机构”图标，进入凸轮机构运动测试设计仿真综合试验台软件系统的封面。单击左键，进入盘形（圆柱）凸轮机构动画演示界面。

2.在盘形（圆柱）凸轮机构动画演示界面左下方单击“盘形（圆柱）凸轮机构”键，进入盘形（圆柱）凸轮机构原始参数输入界面。

3.在盘形（圆柱）凸轮机构原始参数输入界面的左下方单击“凸轮机构设计”键，弹出凸轮机构设计对话框；输入必要的原始参数，单击“设计”键，弹出一个“选择运动规律”对话框；选定推程和回程运动规律，在该界面上，单击“确定”键，返回凸轮机构设计对话框；待计算结果出来后，在该界面上，单击“确定”键，计算机自动将设计好的盘形（圆柱）凸轮机构的尺寸填写在参数输入界面的对应的参数框内。也可以自行设计，然后按设计的尺寸调整推杆偏距。

4.启动实验台的电动机，待盘形（圆柱）凸轮机构运转平稳后，测定电动机的功率，填入参数输入界面的对应参数框内。

5.在盘形（圆柱）凸轮机构原始参数输入界面左下方单击选定的实验内容（凸轮运动仿真，推杆运动仿真），进入选定实验的界面。

6.在选定的实验内容的界面左下方单击“仿真”，动态显示机构即时位置和动态的速度，加速度曲线图。单击“实测”，进行数据采集和传输，显示实测的速度，加速度曲线图。若动态参数不满足要求或速度波动过大，有关实验界面均会弹出提示“不满足！”及有关参数的修正值。

7.如果要打印仿真和实测的速度，加速度曲线图，在选定的实验内容的界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出仿真和实测的速度，加速度曲线图。

8.如果要做其他实验，或动态参数不满足要求，在选定的实验内容的界面下方单击“返回”，返回盘形（圆柱）凸轮机构原始参数输入面，校对所有参数并修改有关参数，单击选定的实验内容键，进入有关实验界面。以下步骤同前。

9.如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。

六、结语

综上所述，学生通过本次机械原理综合实验，以凸轮机构动态测试实验台作为载体，有效的将机械原理课程中凸轮机构及其设计和机械运转及速度波动调节两个章节的内容串联起来。在掌握常用的凸轮从动件运动规律和凸轮廓线设计的基础上，重点了解凸轮结构参数对从动件及凸轮速度波动的影响规律。该实验台在综合实验教学中的应用，可以有效激发学生的学习兴趣和潜能，变被动学习为主动学习，学生通过亲自动手操作实践可以系统学习和掌握相关的机械原理知识，开拓学生的思路，激发学生的创造力，进一步提高学生的综合素质和综合创新能力，满足现代工业企业对综合技能人才需求。

参考文献：

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关键词：机械专业；分析力学；教学内容；授课方法

中图分类号：O342 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0174-02

一、分析力学课程特点和内容

分析力学是经典力学的一个分支，其严格定义目前尚未有一致性结论[1]。一般认为分析力学是以广义坐标为手段，虚位移原理和动力学普遍方程为理论基础，运用数学分析的方法研究力学问题的一门学科[2]。1788年，拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版，标志着分析力学的初步形成。之后在各国学者的推动下，分析力学取得了长足的发展，并且有了更丰富的内涵和外延。

分析力学学科具有以下特点：（1）以标量的“能量”以及广义坐标、广义力为中心；（2）不考虑理想约束力，因此比起牛顿力学，更适于处理约束系统；（3）高度数学化，有理论深度；（4）应用广泛，已超出经典力学范畴。

分析力学学科包含如下内容：拉格朗日力学、哈密顿力学、动力学变分原理、微振动理论、刚体动力学、天体力学、稳定性理论、Noether定理、Birkhoff系统、几何力学等。其中，传统工科分析力学的授课内容一般为前三部分，而理科分析力学的内容要更为广泛一些。

二、机械专业分析力学课程存在的问题

对于机械专业来讲，其研究对象为受约束的机构，研究内容为机械振动和机构动力学等。对于机械振动，分析力学可使其建模方法更加规范化；对于机构动力学，由于其存在大量的约束，采用分析力学方法建模更加便捷。因此，机械专业分析力学课程的开展是非常必要的。

目前对于机械专业的分析力学课程，还存在一些值得探讨的问题。首先，这门课程一般只作为选修课，课时有限，授课时必须有所取舍和侧重；其次，工科学生的数学基础相对理科学生略显薄弱，但课程中存在一些数学背景深厚的概念，因此需要在课程的严谨性和易懂性之间取得一定的平衡；最后，分析力学即使在力学课程中也是一门基础学科，因此在授课时应注意将其知识与其他力学课程中的知识串联在一起，而不是孤立地讲授。

下文针对这些问题，讨论了机械专业分析力学课程内容的设置，并阐述了笔者在讲解一些重要内容和知识点时相比传统的授课方法进行的具体改进。

三、机械专业分析力学课程的内容设置和讲授方法

上文提到，机械专业分析力学的应用领域主要在结构和机构动力学，因此，课程的设置应偏重于拉格朗日力学，尤其是第二类拉格朗日方程。

（一）第一章 绪论

讲述近代力学发展史、分析力学的大致定义、分析力学的特点。在近代力学发展史讲授中，要突出分析力学尤其是拉格朗日力学的地位，提高学生对课程的重视性。讲述分析力学特点时，要明确指出其最大特点是适合处理约束系统，以区别理论力学所学的知识。

（二）第二章 分析运动学

这部分属于基础知识，授课内容灵活性不大，讲授内容包括：约束、等时变分、虚位移和自由度、广义坐标、运动学问题的分析法。

对于第一部分约束，笔者相比其他一些传统教材，加入了判断微分约束是否可积的方法。因为学生在接触到微分约束不一定是非完整约束这个结论的时候，很自然地会产生一个问题：究竟哪些微分约束才是可积的？该部分的内容填补了这个空白。

第二部分内容等时变分实际上在这里讲授显得较早，但是该部分内容作为基础，可以使得下一部分内容虚位移中变分符号的出现不显得太过突兀。另外通过学习变分的运算法则，学生才能够从坐标的约束方程得到各虚位移之间的约束方程。

第三部分内容与传统授课相比，笔者主要针对自由度这个概念将学生所学知识横向比较。对于自由度的概念，学生在许多课程中都有学习，但不同课程由于研究对象不同，对其定义也会有所偏差。例如，振动力学由于不涉及非完整约束，就可以把自由度定义为描述系统位形的最少坐标数。另外还要对学生强调，自由度数与所研究的问题侧重点有关，例如四连杆机构有一个自由度，但如果考虑连杆的弹性振动，则有无限个自由度。

第五部分内容运动学问题的分析法是大部分传统教材所没有的，内容主要参考了教材[3]。通过学习这部分内容可以基于坐标之间的关系得到速度之间的关系，避免了采用理论力学的基点法。这样一来，即使学生理论力学基础较差，也不会太过影响这门课程的学习。

（三）第三章分析静力学

这部分内容设置灵活性同样不大，讲授内容包括：广义力、虚位移原理、拉格朗日-狄里克雷定理。

第二部分虚位移原理的使用范围本应是“理想约束、双面约束、实位移是虚位移中的一个”。但是学生对于“实位移是虚位移中的一个”这个表述一般不易理解。因此可以放宽为“理想约束、双面约束、定常约束”，这样并不影响学生应用该原理。对于例题的设置，可以选用一些材料力学和结构力学求解梁支座约束力的题目，以体现分析力学的基础性。

第三部分拉格朗日-狄里克雷定理是虚位移原理在保守系统中的具体应用。对于平衡稳定性的概念，可以引入材料力学的压杆稳定性和流体力学中绕流物体的稳定性进行类比，使学生认识到这是一个具有普遍意义的概念。

（四）第四章分析动力学

传统分析动力学需要讲授哈密顿正则方程及相关概念，但是哈密顿正则方程主要优势在于研究物理领域，对于机械振动和机构动力学，正则方程用处较小。而正则方程延伸出的诸多概念如正则变换、泊松括号等，学生学习起来太过抽象。因此笔者认为机械专业可以不讲授哈密顿正则方程相关内容。因此这一章的讲授内容包括：动力学普遍方程、第二类拉格朗日方程、动能的结构、微振动、初次积分、第一类拉格朗日方程、Routh方程。

本章第二部分第二类拉格朗日方程是分析力学课程最重要的内容。第二类拉格朗日方程的推导过程较为烦琐，学生会感到枯燥，但仍然不可或缺。因为这部分公式的推导为接下来的内容如动能的结构、初次积分等打下了基础，同时对学生的逻辑思维能力也是一个提升。在例题方面，笔者建议设置一些电路系统和机电耦合系统，这样可以使学生意识到该方程的普适性。另外，学生在学习这部分内容时，常犯的一类错误就是眼高手低，尤其是求导、正负号等很容易出错。因此一定要让学生独立完成一定量的课堂练习。

第三部分内容动能的结构虽然略显抽象，但考虑到旋转机械动力学是机械领域的一个重要研究方向，仍然有必要进行讲授。这部分内容也为第四和第五部分内容打下了基础。

第四部分内容微振动主要讲授如何得到非线性振动的线性化方程。笔者发现在许多工科的振动力学教材中，虽然都提到了把动能写成速度的二次型，势能展开为坐标的二次型，就可以得到线性化的振动方程，但并没有给出一种规范的方法，因此添加了这部分内容。这部分内容主要参考了理科教材[4]。

第五部分内容是分析力学求解动力学方程的古典方法。虽然目前求解动力学方程往往采用数值方法，但并不代表该部分内容就不重要了，因为初次积分代表系统存在守恒量，在一些特殊条件下代表具体的力学量的守恒，如能量守恒、角动量守恒等，具有明确的物理意义，而不仅仅是数学上的抽象概念。另外需要对学生强调初次积分和约束的区别，虽然形式相似，但前者是由动力学方程得到的，而后者是纯粹的运动学概念。

（四）第五章动力学变分原理

动力学存在多种形式的变分原理，笔者在授课时只选择了工程中常用的两个变分原理，一是高斯最小拘束原理，二是哈密顿原理。前者在机构分析中应用较多，而后者在弹性振动中应用广泛。这一章的讲授内容包括：高斯原理、泛函与变分法、哈密顿原理。

第二部分泛函与变分法的讲授主要是为哈密顿原理打基础。虽然学生只需记住公式便可运用哈密顿原理，但实际上对于接触最多的有限自由度系统，直接使用第二类拉格朗日方程会比哈密顿原理方便得多，因此哈密顿原理主要是讲述一种思想而非具体方法，所以一定要讲授泛函和变分法的概念。对于哈密顿原理，其泛函的宗量较为抽象，可以引入简支梁的应变能（宗量为挠度）作为类比，便于学生理解。

第三部分的哈密顿原理与第二类拉格朗日方程等价，但使用起来需要分部积分，没有直接采用后者方便，学生往往会有一种印象，认为哈密顿原理用处不大。因此笔者授课时引入了简支梁的振动方程作为例题，虽然推导过程比较烦琐，但可以使学生了解到，哈密顿原理可以处理第二类拉格朗日方程不能处理的问题，而不仅仅是数学形式上更简洁。

四、结论

分析力学作为一门古老的学科，内涵外延非常丰富，针对不同本科专业的授课内容应具有不同的侧重点，授课方式也应有所不同。本文针对机械专业分析力学课程存在的一些问题，阐述了教学内容和方法上的具体改进。在教学内容中，充分考虑机械专业工科特点，删减了一些偏理科专业的内容。在教学方法上，一方面注重与其他课程的联系，突出分析力学的基础性。另一方面兼顾了课程的严谨性和学生的理解能力。实践证明收到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]梅凤翔.分析力学的定义和内容――分析力学札记之二十五[J].力学与实践，2015，37（2）：238-242.

[2]力学词典编辑部.力学词典[M].北京：中国大百科全书出版社，1990.

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关键词：矿物加工机械；三维模型图；辅助教学

作者简介：王新文（1961-），男，河北唐山人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，副教授；孙海洋（1988-），男，河南禹州人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院硕士研究生。（北京 100083）

中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0139-02

“矿物加工机械”是矿物加工专业的必修课，内容主要是矿物加工过程涉及的机械设备的用途、结构、原理和理论，这些机械设备是矿物加工过程中矿物的载体，对其加工产品的质和量有着非常重要的影响。

近年来，随着我国国民经济的飞速发展，作为我国第一大能源，煤炭的消耗量大幅增加，选煤行业也经历了一个快速发展时期，大型选煤厂不断出现，国产选煤设备远不能满足要求，不得不从国外进口大型、可靠、高性能设备。中国矿业大学（北京）的教材来不及更新和充实，这方面内容相对落后。

再者，随着我现代化企业的建立，安全生产和环保意识的不断加强，选煤厂的安全防护和防尘等级不断提高，有关措施得到有效落实，运动部件都安装了安全防护罩，物料的转接点等起尘处都装有防尘密封或集尘罩，学生参观实习只是表观印象，对内部结构认识模糊不清，近些年，学生的现场实习收获有下降的趋势。[1，2]

为了确保学生掌握矿物加工机械的专业知识和新设备、新技术，在教学中，采用SolidWorks软件，将多种设备绘制成三维模型，采用动画演示和模拟等辅助教学手段，收到了很好的效果。

一、内部结构的多视角展示

矿物加工机械的学习，主要是三个方面的内容：一是设备的用途，二是设备的结构，三是设备的工作原理和相关理论。以前的教学主要以口述、文字、平面视图和视频资料等方式来授课，要搞清楚设备的内部结构和配合关系，只能靠复杂的平面视图反复研究。在有限的课时内教师很难讲明白，学生也很难听明白，这一点师生们都深有体会。

由于立体模型图具有的直观实体特性，适合于不同层次的人群之间相互交流，所以，越来越多地受到人们的关注。[3]对于机械设备的结构授课来说，教师演示学生观看，几乎不要求学生机械（工程）平面制图的视图功底，人人都能看懂。利用3600旋转模型图，比在车间内用吊车翻转观看还随意、快速，弥补了学生在选煤厂只能看到设备的上部外观，不能看到设备底面的不足；无论在选煤厂还是设备制造厂，设备是不可能切开观看的，利用三维模型教学，可以任意处剖分视图，显示设备内部结构，零部件之间的配合关系一目了然；学生自己动手“拆装设备”，在选煤厂，设备是不会让学生拆装的，即使在制造厂的装配车间，设备的装配是既费时又费力的过程，不可能装完拆，拆完再装。利用三维模型图，可以反复进行零部件的拆装和配合演示，具有省时省力、多视角和重复性观看等优点，能够加深学生对设备结构的印象，给学生认识设备的原理和理论打下坚实的结构基础。

二、机械传动的模块动画演示

矿物加工机械中，有些设备的部件传动原理比较复杂，教师不易讲清楚，学生也难以理解。例如，煤泥脱水设备的刮刀离心机，其关键传动部件是摆线差速器，利用该差速器分别带动筛篮和螺旋刮刀，把筛篮中的已脱水的煤炭输送出来。但是，学生的基础课中没有接触过差速器的概念，传统的教学方式是利用周转轮系讲解差速器。周转轮系是机械原理中比较复杂的部分，矿物加工专业的学生一般不讲。所以，学生中能够听懂的寥寥无几，大部分学生反应似懂非懂，理解起来非常抽象，完全理解差速器的计算公式更无从谈起。多年来，一直在寻找一种让学生容易理解的教学方法。

将摆线差速器绘制成三维实体模块图，剖分其内部结构，利用软件功能将针齿与摆线配合，给输入轴和壳体施加不同转速，学生不仅能够观察到针齿和摆线的啮合运动，还能观察到壳体、输入轴和输出轴之间的转动关系，并与针齿齿数联系起来，很容易理解差速比的计算公式。利用差速器传动模块的演示，使抽象公式变成了具体的运动，不仅帮助学生理解差速原理及公式，而且对加强知识的记忆有很强的感官刺激。

三、力学模型的振动模拟

振动机械在矿物加工机械中举足轻重，有很多作业是在振动床面上完成的。人们普遍认为，振动设备无论是设计、制造和振动理论都比较复杂，学生应该掌握以下几个方面的重要知识点：

第一，振动利用与隔离振动的矛盾统一。在工程实际中，一方面要利用振动来完成某种作业，另一方面振动对基础和附近人们生活会带来不利，应使振动对外传递尽量小，必须采取隔离的方式。在实际工作中，振动与隔振是对立统一、相互并存的一对矛盾，振动机械的利用就是要解决这一矛盾。

第二，搞清内部结构联系，找出弹性元件和质量归属范围，建立正确的力学模型。振动设备的一个重要知识点是力学模型的建立，而力学模型的建立必须搞清设备的内部结构，理顺各个零部件之间的关系，找出弹性元件并以此划分质量归属范围，确定振动系统的质体数量。

第三，模拟设备振动的幅度，为实际工程作业服务。振动幅度的大小是振动设备最重要的指标之一，直接影响振动床上物料的运动，进而决定产品的质和量，是学生学习的重点。例如，工程中广泛应用的振动筛，振幅太小物料活跃程度不够，就不能完成好筛分作业，振幅太大物料跳跃过高过远，也会使筛分质量恶化，过大的振幅有时会使振动筛造成严重破坏，致使筛分作业不能进行。所以，合理利用振动筛的振幅，使其既能满足作业要求，又能可靠地运行是非常必要的。

在课堂上，利用已建立的力学模型——弹簧质量系统，在质量块上施加正弦激振力，该质量块就会振动起来，并可观测到振动幅度的大小；激振力大小不变，改变激励频率时，振幅会随之而变化，使同学们清楚地看到近共振、共振和远共振的振动情形。这样再讲解振动的幅频特性曲线，学生就能够深刻领会其物理含义。

四、课堂上模拟拉力试验机

有些机械设备常常要进行薄弱环节的强度校核，以确定设备运行是否安全可靠。例如，刮板输送机是用于煤炭的运输设备，其薄弱环节是圆环链，为了防止断链造成事故，必须对刮板链的强度进行演算，常规的校核方法是：计算链条的运行阻力，确定最大张力点，计算圆环链的破断力是最大张力的多少倍——安全系数。当安全系数大于3时，即为可靠。学生对链轮轮齿和圆环链哪个相对更薄弱？为什么不验算链轮的轮齿的强度？安全系数大于3时，链条的安全程度又如何？学生理解起来感觉是表面，没有从根本上理解。

建立了刮板输送机的三维立体模型后，将链条和链轮配合，尾轮约束固定，头轮由小到大施加扭矩，可以看出，链条的应力比链轮轮齿的应力大的多，进一步增加扭矩，会发现链条首先达到强度极限。因此，学生清楚地看到链条是该运输系统的薄弱环节，这就是只校核链条强度的理由。

另一方面，将链条的一端固定，在另一端由小到大施加拉力，当链条应力达到强度极限时，该拉力即为链条的破断拉力，这样学生们在课堂上就进行了在拉力试验机上的实验，对圆环链的破断力以及圆环的那个部位应力最大有了具体认识和深刻印象。

将链条的实际拉力降低到破断力的1/3以下，同学们看到了实际链条应力的大小变化，使学生对安全系数的理解，经过了从抽象到具体、从感性到理性的认识过程。

五、激发学生学习热情，在学习中提高建模和运算能力

现代大学生愿意和容易接受新事物，尤其是计算机方面的新知识，具有强烈的渴望和求知欲，并有着独特的敏感和接纳意识。课堂上以三维立体模型教学，形式生动新颖，增强学生对本专业学习兴趣。同时，组织学生利用课余时间，学习、交流和提高三维建模及利用开发的能力，培养学生现代化计算机绘图的时代意识，为以后实际工作打下一定的新时代技术基础。

第一，根据学生的爱好，联系矿物加工实际，组织建模比赛，激发学生的学习兴趣。利用SolidWorks、UG等三维制图软件，制作专项设计模型，在比赛中，交流学习心得体会，互帮互学，学生们在完成设计目标的同时，又锻炼了自己的制图技能。

第二，利用软件模拟功能，培养学生模拟创新意识。现代大学生，思维活跃、敏捷、宽阔，有很强烈的创新意识，利用三维制图技术，建立创新性模型，可进行反复修改优化和运动模拟，学生们的创新意识得以实现，不仅省时省力，还节省创新成本。

第三，以模型作为媒介，促进机械设计相互交流。矿物加工专业的学生，比起机械类学科的学生，平面制图和视图基础较差，与工厂技术人员用平面视图的交流，有时会出现工程语言偏差，导致制造出的产品与本人设计思想不一致的情况。现在，学生首先用三维模型进行交流，再由立体图转化为平面图，就避免了工程语言的交流错误，准确表达设计者的意图。

六、总结

随着社会科学技术的进步，尤其是计算机绘图的普及和发展，课堂教学手段和方式也要与时俱进。作为教学手段的补充，“矿物加工机械”采用了三维模型及动画模拟辅助教学，使学生能够多视角观看设备内部结构和配合关系、动态认识设备的运动规律和实时模拟零部件的力学特性，对学生学习本课程有关设备的用途、结构、原理和理论均有很大帮助，深受广大师生的欢迎。

参考文献：

[1]邹光华，张凤岩，刘开南.影响高校毕业实习质量的问题分析及相应对策探讨[J].煤炭高等教育，2009，（4）.

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关键词：卓越教育；机械原理；机械设计；精品课程；课程改革

作者简介：张洪双（1976-），男，吉林梅河口人，河海大学机电工程学院，讲师；楼力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大学机电工程学院，副教授。（江苏 常州 213022）

基金项目：本文系2013年江苏省高等教育教改研究立项课题（课题编号：2013JSJG121）、面向“卓越计划“的机械设计课程教学改革研究和实践（项目编号：XZX/13A001-25）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0067-03

我国提出的“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。河海大学是首批卓越计划的试点高校，同批的高校包括清华、北航、浙大、南大等重点高校，目前国内各高校在机械原理和设计课程上主要从课程的教学体系、课程内容、教学方法、课程的配套教材、课程的师资队伍建设、教学管理等方面进行努力和尝试，提高学生的创新意识和能力，提高学生的工程实践能力。[1]国外和国内“卓越计划”相近的工程教育模式为CDIO：[2]构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。该工程教育模式由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学自2000年起，经过四年的探索研究后提出的，是近年来国际工程教育改革的最新成果。

机械原理及机械设计是以高等数学、机械制图、理论力学、普通物理、材料力学和工程材料等先修课程为基础的，并为学习有关机械类专业课程奠定必要基础的一门课程。通过课程的学习，学生需要掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能；初步具有拟定机械系统方案、分析和设计机构的能力；掌握通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计通用机械零件和简单的机械装置的能力；具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力等。因此本课程具有从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。机械原理及设计课程理论性较强和实践结合紧密，且各章节相对较独立，内容多，因此在其教学过程中应注重贯彻少而精原则，不强调面面俱到，知识点要突出，适当增加宽广度，注重机械发展的新概念和新方向。

国家提倡的精品课程建设是以一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等为特点的示范性课程。面向卓越工程师的机械原理及设计精品课程建设的目的是针对卓越教育的特点，从教学队伍建设、教学内容和课程体系改革、先进的教学方法和手段、教材建设、理论与实践结合、课程建设全面规划等方面进行努力和发展，使卓越教育的机械原理课程教育教学在各方面符合国家示范性课程的要求。[3]

一、课程建设方法

根据精品课程建设的要求，并结合河海大学（以下简称“我校”）自身的发展和基础条件，从以下几个角度进行了相关工作：

1.面向工程应用的课程设置

机械原理及设计是机械类专业的一门重要的专业基础课，在整个专业培养和课程体系中具有十分突出的地位，是从基础课过渡到专业课、从理论性分析为主过渡到工程实践为主的一门课程。该课程是学生接触工程化的第一个实践环节，因此如何深化工程化的概念对于机械原理的教学十分重要。

随着各高校的扩招，年轻教师的数量越来越多，而且具有博、硕士学位的比例越来越高。目前各校新引入的年轻教师主要是从学校到学校，缺少工程经验；企业导师具有丰富的工程实践经验，但在理论高度和课程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的师资队伍建设成为时展的需求。结合国家级“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”的建设，为增加年轻教师的工程实践经历，在学生进驻企业的同时，各专业指导教师需要全程陪同，参与到企业的实践项目建设中。建立企业内实践的各学习模块，为各模块配备校内教师和企业导师，采用双导师制，企业导师负责实践教育，校内教师负责理论教育，相互学习，既提高了校内教师的实践能力，也为企业带来了较新的理论分析方法。而为了提高课堂教学时课程中工程应用的比例，进一步借鉴了蚌埠学院的相关做法：[4]优先引进同时具有高学历和工程实践背景的师资人才，聘请企业内高级技术人员做校外兼职导师；集合学院乃至校区的力量，积极参与常州市及周边地区的建设，增强校企联合；鼓励专利、产学研结合和技术服务，而不仅仅是理论研究和科技论文。

2.课程实施条件

在课程建设的具体实施过程中，主要从教师队伍建设、教材规划、教学条件保障等方面入手。

（1）主讲教师：从机械原理及设计的教学人员构成来看，任课教师中有1名教授、1名副教授、3名讲师，学历均在硕士以上，年龄从35岁到50岁，结构合理、年富力强，形成了一个教师梯队。课程的主讲教师在本科教育教学、教改研究等方面具有十分丰富的经验。为了提高教育教学效果，全体任课教师定期召开教学例会、集中备课、针对教学过程中出现的问题及时处理和分析，不断总结经验。

（2）教材规划：理论课教学选用了由东南大学出版、吴克坚编著的《机械设计》教材。该书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程和普通高等教育“十五”国家级规划教材。该教材以机械系统设计为主线，将机械原理和机械设计内容进行有效的整合。精品课程建设中，教材规划参考天水师范学院的立体化教材建设方法。[5]立体化教材包括主教材、教师参考书、学习指导书、电子教案、CAI课件、网络课程、试题库等。该教材的建设与机械原理和机械设计的课程内容、改革体系相结合，电子教案和课件能够及时反映教学改革的要求，网络课程建设促进教学改革的尝试，逐步提高机械原理及机械设计的教学水平。

（3）教学保障：卓越机械原理及机械设计的教育依托于本科教学平台，能够充分保障课程教学的教学要求。20多年来，学校不断加大投资力度，完善建设，学院的教学设备先进、设施齐全。学院设有本科教学的机械基础省级实验教学示范中心、河海大学常州校区工程训练中心、机械基础省级实验教学示范中心，其中省级实验教学中心在2007年立项建设，2010年顺利通过江苏省验收；专用与通用仪器和设备价值达2000余万元；学院实验室占地4000余平方米，拥有实验设备仪器1200余台套。目前实验室开设的实验课程主要包括：机构运动简图测绘、齿轮参数测量和范成、机构运动参数、螺栓连接、轴系零件组合、减速器拆装和自行车拆装等基础实验，以及机构运动拼接和机构组合实验等多个创新型实验环节。通过基础实验环节，学生能够加深对课程内容的理解和把握；通过创新型实验环节可以进一步提供学生的创新实践能力。除了校内的实验环节，还依托“河海大学—宝菱重工卓越工程实践中心”，对企业内部的设备、设计、工艺和检验等环节进行跟踪学习，让学生深入到车间生产一线，切身体会和了解企业内生产流程，为更好地适应企业环境打下良好的基础。

（4）网络化教学：为了提供一个自主的学习平台，提高教师对学生的教学管理能力，增强学生全方位的素质，完善了网络化教学模式。[6]我校机械原理及机械设计的精品课程网站内容（图1）主要包括课程简介、教学管理、教师队伍介绍、教学资源等。其中教学资源主要包括助学式课件、思考题、练习题、习题答案、课程重点及难点解析等。网站中设有留言信箱，方便同学对于课程的疑问和问题能够及时与老师沟通、联系。

3.课程评价体系

课程评价围绕课程培养目标，不仅要评价学生掌握的知识与技能，而且还要评价学生课堂的表现、出勤率和学习过程。评价时以课程考试为主要的评价方式，并辅助以课堂表现和出勤率等，力求评价方式的多样化。[6]单纯的期末考试不能完全反映学生对课程的掌握程度，目前各高校大多都采用多种方式，如课后作业、报告、实验、小测验、考试等进行考核，表1所示为根据我校卓越教育的特点采用的评分标准和比例。多样化的考核方式使学生必须注重平时的学习积累，不能通过突击的方式完成课程考试，学生有了积极学习的压力和动力，更能均衡地反映学生学习的实际水平和学习效果，符合正态分布。

表1 多样化的考核方法

考核项目

作业 实验 随堂测验 企业实践 期末测试

20% 15% 20% 15% 30%

4.课程改革与创新

机械原理及设计课程具有较强的实践性和可动性的特点。即课程研究的所有问题都来源于生产和生活中实际的机构与机器。因此学习方法要注意课程的特点，在学习过程中尤其应注意理论知识与实践应用的相结合、机构运动简图与具体实物的结合、机构的静态分析与动态分析相结合、形象思维与逻辑思维相结合，将理论分析内容和工程软件的应用相结合。

机械原理及设计的课堂教学、教学方法与手段等方面力求创新改革，探索适合卓越计划学生学习的课程体系和教学方式，培养学生的学习兴趣、创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。

（1）教学内容的创新：针对卓越计划教育中学生的理论学习时间压缩而需要提高实际应用能力的学习特点和需求，在机械原理及机械设计课堂教学中的主要内容为：机械运动方案选型设计、机构运动分析与尺寸综合、机械动力学分析和设计、常用零部件的选择、常用机构选择及设计、机械系统设计等。此外还要重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容，注重激励学生的学习欲望，调动学生的积极性，让学生了解更多更新的理论、技术与方法。实践教学方面主要包括小项目和专题、实验教学、课程设计、课外创新等。[7]近年来国家以及江苏省组织了大学生创新训练计划、机械创新大赛等，在创新竞赛的过程中提高了学生的创新意识，使学生得到了实践锻炼的机会，开阔了眼界。

（2）教学方法的创新：机械原理及设计教学方法配合教学内容的改革，加强与学生的互动，将以教师为主的‘灌输式’教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变，让学生从被动学习转变为主动学习，真正成为教学活动的主体。

鼓励学生应用成熟的工程软件进行相关课程内容的学习中。例如在原理部分章节中涉及到的图形法采用AutoCAD软件来分析和设计，既可以得到比手工绘图精确得多的解，又可以锻炼利用AutoCAD软件绘图的能力。在解析法中可以结合matlab软件教学，既可以直接利用matlab编程的方法，具有丰富的库函数、编程简单、可视化功能强，又可以采用simulink和simMechanics进行机构的运动学和动力学分析。[8]如图2所示，某曲柄摇杆机构中，各杆件长度分别为l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄运动角速度250rad/s，利用simulink分析得到杆件BC和CD的角速度曲线。零件的强度分析是机械设计中的一个重要内容，应用有限元软件可以得到非常直观的应力及位移图形。[9]如图3所示为应用ANSYS 13.0对某齿轮进行强度分析的应力和位移图，其中齿轮模数mn为2mm，齿数z为24，螺旋角β为10°，材料45钢，在轮齿上受到20Mpa的力。对于这类专业软件有时学习起来比较困难，耗时间，可以采用一些其他三维造型软件自带的一些插件进行近似的分析，如Solidworks Simulation等，虽然结果上有一定的差异，但对于受力的整体变形趋势的分析仍然有很大的参考价值。

（3）教学手段的创新：在教学手段上，着重培养学生对机械系统的整体认识，突出课程重点，有效分析课程难点，课堂教学过程能够吸引学生的注意力，注重学生的参与，启发学生的思考和联想，加深学生对课程基础理论的理解。培养学生主动应用课程所学内容，锻炼其独立解决工程实际问题的能力。教学方法得当，充分利用多媒体教学，激发学生学习兴趣，提高教学效果。[10]多媒体课件中除了课程的文字性内容外，还要包括自制的动画课件和机械相关的视频信息，如企业内各种设备、工具和零部件及加工录像等。此外，在机械原理及设计课程中有关结构分析、运动分析、常用零部件选型、强度分析和计算等方面的教学还应该注意多媒体和板书的综合利用。

二、总结归纳

机械原理及设计课程在“卓越计划”教育的课程体系中处于承上启下的地位，因此加强卓越班级机械原理及设计的精品课程建设具有非常重要的意义和作用。在课程建设过程中，从面向工程化、保证课程实施、课程评价体系以及课程改革和创新等方面采取不同的措施和方法，可进一步提高卓越计划的教育教学质量，提高学生的学习兴趣和自主性，提高学生的实践能力和创新能力，使学生能够牢固掌握机械原理及设计中的相关基础知识和内容，为机械类后续课程的学习打下良好基础。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[2]王刚.CDIO 工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，

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[3]Zhang H S，Liao H，Liu B，Zhou J.Discussion on Education of Innovation and Practice Talents [J].Education and Education Management 2012，（3）：349-353.

[4]李大胜，张辉，吕明，等.“工程化”背景下《机械原理》实践教学体系改革的探索[J].赤峰学院学报（自然科学版），2013，（29）：222-225.

[5]罗海玉，李琴兰，郑丽.机械原理课程的立体化教材建设研究[J].天水师范学院学报，2007，（27）：75-77.

[6]董惠敏，钱峰，高媛，等.基于网络的机械原理自主学习模式[J].实验技术与管理，2011，（28）：133-136.

[7]赵世田，周海，刘道标.“机械原理”双语教学实践与探索[J].中国电力教育，2012，（31）：31.

[8]王俊峰，田丽萍.Matlab运动仿真在机械原理课程设计中的应用[J].机电产品开发与创新，2009，（4）：187-188.

篇5

关键词：机械原理 平面机构 运动分析

中图分类号：TH112.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0238-02

《机械原理》是机械类各专业中研究机械共性的一门专业基础课程。它的主要任务是使学生掌握各种基本机构及由其所组成的机械系统的基础理论、基本知识、分析和设计方法，并具备进行机械系统运动方案设计的初步能力。它的知识结构承前启后，是学习相关专业课的基础。在《机械原理》教学中，平面机构的运动分析是必不可少的教学内容，无论是设计新机械还是对现有机构进行分析，都要用到机构的运动分析知识。而平面机构运动分析中的矢量方程图解法是运动分析教学的一个重点难点内容。在多年的教学实践过程中，笔者发现通用的《机械原理》教材中对矢量方程图解法的一些说法有语焉不详或不准确的地方，现提出问题的所在并对问题进行分析、更正和解法补充，与大家探讨。

1 矢量方程图解法的基本原理和作法

矢量方程图解法是平面机构运动分析的一种常用方法，可同时进行机构的速度、加速度分析，其基本原理是理论力学的运动学理论：“刚体的平面运动是随基点的牵连运动和绕基点的相对运动的合成”及“重合点的绝对运动是牵连运动和相对运动的合成”。

在用矢量方程图解法对机构进行速度和加速度分析时，首先是根据相对运动原理，建立点与点之间的速度和加速度矢量方程，然后根据矢量方程图解条件作图求解，按比例绘出机构的速度多边形和加速度多边形，求得未知的运动参数。

机构运动分析可为分两种情况：

1）同一构件上两点间速度及加速度的关系；

2）两构件重合点间的速度和加速度的关系。

2 引例及其传统的求解方法

在图1（a）所示的曲柄滑块机构中，设已知各构件尺寸和原动件1以角速度ω1匀速转动，则A点的运动已知。如果要求B点的速度，分析可知，其属于机构运动分析的第一种情况，即同一构件上两点间的速度关系。由刚体平面运动的运动合成原理可知，连杆2上任一点（如点B）的运动可认为是随基点A的平动（牵连平动）和绕基点转动（相对运动）的合成，故点B的速度为

上式为一矢量方程，只有vB及vBA的大小两个未知量，故可根据该式作矢量多边形求解。为此，选定速度比例尺μv（m・s-1/mm），并任选点p作为起始点（代表机构中绝对速度为零的点），作矢量线pa表示vA（图5-5（b）），过点a作直线ab代表vBA的方向线，与代表vB的方向线的直线pb交于点b，则pb表示vB，ab表示vBA，且构件2的角速度大小为ω2=vBA/lAB=abμv/AB，通过将vBA平移到点B可确定其转向为逆时针方向。

在连杆2上A、B两点的速度已知后，如何求构件2上任一点C的速度呢？

这种在已知构件上A、B两点的速度，求构件上任一点C的速度的问题，《机械原理》教材中传统的解法有两种：一是利用点C与点A和点C与点B间的速度关系，列出矢量方程，再用图解法求解；二是利用速度影像法，即图1中ABC∽abc，图形abc称为构件图形ABC的速度影像，并且两者的方位关系为速度影像是相应机构图形沿ω2方向转过90°所得。当已知构件上两点的速度时，则构件上其他任一点的速度便可利用速度影像关系求得，而不需再列矢量方程求解，是一种简洁的求解方法。本实例速度影像法的应用如图1b）所示。

3 问题的提出及新解

上述解法是经典机械原理教材对已知构件上两点的速度后，求其上其他任一点速度的两种方法。在求C的速度时，几乎所以教材都没有提及其他方法，甚至有的教材书上明确写到：因为C点的大小方向均未知，vCA和vCB大小也未知，故方程和无法求解。即

上述两个方程均含三个未知要素，故都无法作图求解。

通过联立方程，即

上述方程只有vCA和vCB两个未知量，可解。

在多年教学实践过程中，笔者发现，这种说法是不妥当的。在已知构件上两点的速度（即vA和vB）后，不可认为vCA和vCB还是未知量，因为此时构件2的角速度已经求得，即ω2=vBA/lAB=abμv/AB，vCA和vCB的大小和方向也就已经知道，则有

上述两个方程均只含有两个未知要素，故都可作图求解，图解分别如图2b）、2c）所示。

为什么如此经典的问题及解法会出现这样的疏忽，笔者分析如下：首先传统的两种解法已经能满足我们的求解要求，并且在实际操作过程中也很方便，尤其是速度影像法，尤为推崇，从而导致了大家对其他方法的探索。其次，因为机械原理课程是一门技术基础课，相比力学等基础课程，其理论分析不太被强调而更多地考虑了实用，即只要满足应用需求，能解决问题就行，而没有全面地分析考虑 该问题的所有可能解。因为教材中只提了这两种解法，长此以往，就引起误解，许多人以为只能这样求解，甚至有些教材书上也给出了武断错误的结论。

这里对C点运动速度的求解方法做出详细解释和补充说明，目的有二：一是更正不妥的说法，二是对求解方法做出补充，提出新的解法，即除了传统的两种解法之外，还可利用和这两个矢量方程分别进行求解。

4 结语

平面机构的运动分析是《机械原理》课程的重点教学内容，矢量方程图解法是其教学难点，对于其基本原理和求解方法，应做到概念明确和思路清晰。新补充的解法不仅仅是对原有求解方法的补充和完善，更是对原有求解方法的更正，避免错误的长期存在。尤其是作为教材，更不能起到误导的作用。

引例所述问题的具体求解方法总结如下：已知构件上两点的速度（如图1中构件2）后，求其上其他任一点速度的求解方法有四种，即传统的联立方程求解和利用速度影像法求解；还可以利用本文提出的和这两个矢量方程分别进行求解。

参考文献

[1] 孙桓.机械原理[M].7版.高等教育出版社，2006.

[2] 魏兵.机械原理[M].华中科技大学出版社，2007.

[3] 江帆.机械原理[M].机械工业出版社，2013.

篇6

1）要满足该机械零件所应有的使用要求：首先，其设计的结果应能使该机械零件达到预期的使用目的；其次，被设计出的机械零件能够长期可靠地运行。综上所述，结构设计所制作的机械零件应该满足基本的功能、寿命、精确度、稳定性等要求。

2）要考虑最大经济性的原则：经济性原则是人类生产生活中一成不变的原则，其涉及到产品的诸多细节方面，在设计、生产、使用的整个过程中才能综合体现出经济性的指标。即结构设计的结果应能使产品满足制造成本较低、使用高效率、维护费用较低等特性。

3）要考虑到机械零件的使用者的劳动需求：机械零件的安全性能必须要严格把握，以保证劳动者及周边人员的人身安全；另外，还应该尽可能地改善劳动者的劳动条件，为劳动者创造安全轻松、省时省力的劳动环境；最后，对于机械零件的外观设计上也应最求一定的美观要求。

4）要满足机械零件其他的环境、功能等上的特殊要求：如大型的机械产品应设计上便于运输的要求，机械机床精度长期保证和保持的要求等。

2机械零件结构的设计方法

设计是在正确的基本原理和已有的实践经验基础上来创造和发展新事物或者改造旧事物。对于机械零件的设计，也应与该概念相合，从知识上的理论原理到实践中的经验总结都应该体现出来，因此，从理论到实践的结构设计，可有以下的几种结构设计的设计方法：

2.1理论设计

理论设计是日常生活中已掌握的合乎客观实际规律的理论和实践知识的基础上，与现代的各种物理力学理论、机械与金属的知识原理和规律相结合，来实现对机械零件的最理论的结构设计。根据零件的整体载荷情况、材料性能、零件工作情况和应力分布规律等方面的条件，运用理论知识下的简单的数学计算公式来确定该机械零件的几何尺寸、设计要求等。运用数学计算公式初步建立机械零件的形状尺寸后，下一步则是进行校核计算。校核计算是指运用理论的校核计算方法对计算出的机械零件的危险剖面的安全系数数值进行比对校核。该设计步骤多应用于机械内应力分布规律比较复杂，但该规律又能通过材料力学公式表达出来的机械零件结构设计。同时，它也适用于在已知零件尺寸的基础上而又应力分布规律相对简单的结构设计情况，如轴和弹簧的设计。一些实践经验丰富的设计工作者为了简化计算过程，常在进行机械零件制造的结构设计时，在相关资料数据的基础上先进行粗略估算，直接实施结构设计，然后再进行校核计算。理论设计是一种比较科学和现代化的设计方法，随着科技的发展，该方法正在不断进步和改善，它阐明了机械零件的材料性能及应力分布规律，是在大量的感性知识的基础上总结出来的一种设计规律，可广泛适用于绝大部分的机械零件的结构设计。

2.2经验设计

经验设计是指根据设计者本人的设计经验，再结合零件已有的设计使用经验，采用类比的方法来进行的结构设计就叫做经验设计。在理论设计非常困难或者理论欠缺等不适用的情况下，可考虑使用经验设计的的方法。经验设计与理论设计相比，虽然没有足够多的理论科学分析作为设计的基础，但是根据设计经验本身形成的公式与理论就已具备有一定的科学参考价值和理论统计性，所以经得起实践过程中的考验，具有很大的实用性的价值。并且一般来说，理论设计和经验设计在某种意义上是相辅相成的，可以相互应用。经验设计适合应用于载荷情况不明、无法用理论分析且外形复杂的机械零件的结构设计中，多在机架、变速箱体的设计中得到应用，也多应用在一些价值不高的机械零件结构设计中。2.3模型实验设计模型实验设计是指在对机械零件作出已有的初步设计的基础上，再做整体和局部的非特殊处理，形成一体上的模型，并对提出的模型进行反复试验，结合实验经验加以修正完善。该设计方法要能制定出复杂机械零件的工作应力分布和极限承受能力，相对于经验设计更加合理，更加完善。这也是一种使经验设计顺利转化为理论设计的重要途径。模型实验的设计方法与实验相结合，能改善理论设计指导上的不足，同时也弥补了经验设计中不够科学的地方。对于一些理论知识不够完备的大型的、结构复杂的机械零件的结构设计，模型实验设计是一项不错的选择。

3机械零件的结构设计需要有创新意识

创新精神是一个国家和民族进步的前提和不断源泉，同时，为了与国际现代化科技的创新发展理念相接轨，每一个机械零件制造的结构设计者都应当尽力附上自己的创新设计，以促进产业发展，并能提高产品的竞争力，实现经济效益。以上的设计方法和原有的理论设计步骤上设计者都可以做出自我的创新改变。如在进行机械零件内部结构分类时除了按各部分的功能进行分类外，还可以根据不同结构的不同价值，进行成本优化，做出结构评价再分类。

4结语

篇7

关键字：有限元；教学改革；实践

一、有限元课程在机械专业中的背景和重要性

有限元法（FEM）是根据变分原理求解数学物理问题的数学计算方法，已广泛应用在机械、建筑和航空航天等行业。有限元分析可为各类结构设计和工程分析提供可靠依据，已经成为工程科学中处理难题的重要手段。当前，有限元法理论体系已经成熟，常用的有限元软件包括MSC Nastran、Ansys、Abaqus等。

随着计算技术的发展，也极大促进了有限元技术在机械设计中的应用。特别对于结构复杂的机械产品的研发中，有限元分析已经成为设计者的重要依据。涉及有限元法相关的机械方面的科研论文众多，已经成为科研人员重要的工具。

根据机械专业性质和知识要求，机械工程师必须具备必要的有限元分析计算能力。机械专业培养的大多数学生要求能够独立运用有限元法从事机械设计、研发能力，这就要求学生要成为基础扎实、专业知识广阔、具有创新精神和实践能力的复合人才。在机械发展水平不断提高的情况下，必须进一步调高人才的培养质量，提高学生独立运用有限元从事机械设计的能力，必须对有限元课程进行改革。

二、有限元课程在机械专业教学中存在的问题

1. 重理论轻实验

有限元理论复杂，涉及到结构力学、弹性力学、数值方法等方面的知识，不容易讲也不容理解，老师往往花大量的时间灌输基本理论。实践环节仅仅利用计算软件按照例子进行模拟分析，至于计算结果的准确性没有进行分析，导致学生对有限元分析的准确性产生怀疑。有限元分析结果一方面可以参照解析解，没有解析解的话可以做实验进一步确认。很多本科院校根本忽略有限元相关验证的实验，根本原因是实验验证需要投入人力、物力和财力。学校和老师都应加大这方面的投入。

2.前瞻性不足

有限技术虽然已经成熟，但可供研究的内容还有很多，很多老师讲课的内容只讲教材，根本不讲解研究前沿。只有有限元的教学和科研有机结合，才能全面掌握有限元技术。在教学时，我们既要重视基础理论，又要重视科技前沿。要求老师对有限技术相关国内外文献认真阅读，将有限元前沿的知识合理灌输给学生，让学生实时了解有限技术的发展现状。

3.学生学习动力不足

根据经验，很多学生听说有限元很难学，心里有惧怕情绪。再加上有限元课程通常是选修课，令很多学生避而言之。当然，这里有老师的因素，更多的是学生自身的因素。很多学生没有意识到有限法对机械专业的重要性，老师也要引导学生提高学习热情。

4.理论和实践脱节

理论与实际工程结合才能体现有限元法的重要作用。教学过程中，老师常常拿梁、杆等简单例子进行练习，限制了学生对有限元法对机械设计重要作用的认知。做到理论联系实践，需要老师要掌握利用有限元法机械设计的经验，这给老师提出更高的要求。老师应当多参与企业实际的机械项目，不断积累经验。

三、教学方法改革

根据有限元课程在授课过程中存在一些问题，应从以下方面进行改革。学生只有系统掌握有限元技术的知识，才能在机械设计中合理准确地使用。

1.加强基础知识和实践环节的训练

有限元法涉及的基础学科包括结构力学、弹性力学以及数值方法相关的知识。掌握弹性力学的基本方程和弹性力学平衡问题的基本求解方法。能够推导平面杆系、梁结构和壳单元的解析和数值解的推导方法。并利用通用的有限元软件进行基本训练锻炼，加深学生对有限元基本原理和流程的理解。在编写讲义时，应着重对基础知识系统化为侧重点。

加强教师工程背景的培养，特别加大与企业的合作力度，着重从工程的实际角度深刻理解有限元法的应用。教师应从自身情况出发，对企业进行考察、调研，了解企业在产品设计中的一些难点，特别是机械设计中涉及分析计算内容。争取将这些项目与学生的培养结合起来，培养学生实际应用的能力。学生既得到了锻炼，又帮企业解决一些计算问题。

2.教学与研究结合

从国内外高水平的大学办学理念来看，研究和教学相互结合才能让学生进入高水平。国内的大多数高校关于有限元的教学不是很深入，导致学生不能深刻地消化有限元技术的精髓。从机械专业的角度来看，利用有限元相关的科研提高学生运用有限元和机械设计能力是一种很好的途径。

有限元方面的研究文献很多，通过研读专业文献，着重体会有限元建模、边界条件简化、求解、后处理等细节内容。特别是利用实验验证有限元计算结果的准确性具有的重要作用。掌握装置的固有频率、阵型测量实验方法与过程。

教学改革的关键是教学理念的更新，实践新的教学理念，针对有限元在机械专业中这门课程，教师应不断将新的研究成果融入到教学内容中，采用有效地教学手段，最大限度地激发学生的学习兴趣，提高学生机械设计能力。

参考文献：

[1]王文静.“有限元方法及软件应用”课程教学改革实践探索.科学教育论坛.2005.

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关键词：苎麻茎秆；机械分离；剥麻辊齿；结构参数；正交试验；剥净率

中图分类号：TS122.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0348-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.035

苎麻纤维是一种天然的纺织纤维，可大量用于纺织行业[1]，苎麻茎秆分离技术一直是苎麻原麻生产的关键环节，在现有各种形式的机械分离设备中，直喂式剥麻机和反拉式剥麻机是主要的剥麻机械，其关键部位剥离装置是剥麻辊齿结构。目前许多研究者通过改变剥离设备结构对苎麻茎秆分离设备进行研究分析[2-5]。其中龙超海等[2]对4BM-260型苎麻剥麻机通过正交试验，分析了剥麻机滚筒直径、滚筒转速、剥麻间隙等主要技术参数对剥麻效率的影响，认为剥麻滚筒的最优技术参数为啮合深度5 mm、滚筒转速900 r/min、喂入角度20°、滚简直径260 mm。苏工兵等[3]采用速差分离原理研制出了全自动苎麻茎秆分离机，通过不同速差的匹配，分析了苎麻尾部剥离过程。吕江南等[4]对研制的双滚筒反拉式苎麻剥麻机在正交试验和性能分析基础上，确定了主要技术参数，样机初步性能试验结果表明，鲜茎出麻率为5%左右，苎麻含杂率≤1.5%，苎麻含胶率为30%左右，苎麻单纤维强力为51～54 cN。张龙云等[5]研制的FL-235型复刮式苎麻剥麻机试制了双滚轧刀互向可调式齿轮装置，并通过反复试验和结构技术参数优化，达到了整机设计合理、运行效果良好、无故障、生产效率高的目的。不过国内外相关领域对苎麻剥麻机的研究主要集中于苎麻机械剥离机结构设计和试验研究方面[6-12]，尚未从机械设备与苎麻纤维剥离相互作用上建立力学方程来分析苎麻茎秆分离机理。现有研究表明[13-15]，苎麻茎秆在冲击载荷作用下，木质部冲击断裂韧性较小，最先破裂，韧皮纤维却有较好的韧性，这种结构力学性能的差异是苎麻茎秆机械剥离的力学基础。为此，试验采用刚体动力学和结构动力学及正交试验分析方法，建立了苎麻茎秆分离过程的力学方程，研究了机械设备辊齿结构与苎麻茎秆相互作用之间的关系，这对于揭示苎麻茎秆机械分离机理和研究设计剥离机械具有重要的指导意义。

1 茎秆分离台架结构及工作原理

按照现有苎麻茎秆剥离辊齿结构原理，试验设计并试制了新型茎秆分离试验台架，其工艺流程为苎麻茎秆喂入压麻辊压碎高速辊齿剥离分离辊齿拉麻辊高速拉出麻皮。试验台架结构见图1，其工作原理是苎麻茎秆从2个压麻辊的啮合口喂入，压碎的茎秆以压麻辊切向速度进入剥麻辊，在剥麻辊的高速旋转下，被压扁的麻骨折断并从麻皮中剥离打飞，大部分的麻骨与麻皮分离；去掉大部分麻骨的麻秆以麻皮顺序进入分离辊齿和拉麻辊，其中拉麻辊的转速大于分离辊齿的转速，在拉麻辊的作用下，剩余麻骨强行与麻皮分开，从而实现麻秆尾端的麻骨与麻皮分离，该设计解决了茎秆尾端分离不清的问题。根据试制的新型分离台架以及现有的机械分离设备（包括直喂式剥麻机和反拉式剥麻机）研究可知，其关键剥离装置是剥麻辊齿结构。为此，试验以剥麻辊齿结构为研究对象，分析了茎秆分离过程中剥麻辊齿结构与苎麻纤维剥离之间的相互作用机理，从而优化剥麻技术有关参数。

2 茎秆分离过程的力学分析

2.1 建立茎秆折断过程力学方程

在新型茎秆分离试验台架上，被压扁的麻秆以缓慢的速度进入2个剥麻辊之间后，受到高速旋转的剥麻齿瞬时冲击而迅速折弯，麻骨因质硬而脆被折断，麻皮因柔韧性好而未断。为了研究分析茎秆分离机理，选取苎麻茎秆在辊齿剥离某一时刻静止状态进行受力分析，其受力情况见图2。在图2中，F为辊齿齿端力，该力以茎秆受力点为坐标点，沿着茎秆折断方向和与之垂直方向分解，其中沿茎秆垂直方向力为N，沿茎秆运动方向力为Q；N的作用使茎秆折断，Q则剥离茎秆，γ为2个剥麻辊齿之间的夹角，？琢为辊齿对茎秆的剥离角。为了分析苎麻受力变化过程，假设取2次碰撞之间的长度为麻秆研究对象，其质量为m秆。则苎麻茎秆的受力为：

式中，N为辊齿对茎秆的折断力，Q为辊齿对茎秆的剥离力。设辊齿数为Z，则2个辊齿对辊筒轴心的夹角为：

由此可知，苎麻茎秆剥离过程主要与剥麻辊和压麻辊转动速度、剥麻辊半径及剥麻辊齿数有关， v剥与v喂的差值越大，剥麻辊半径R越小及剥麻辊齿数Z越大，则剥离能E0越大，剥离效果越好。

通过上述研究苎麻茎秆与辊齿结构作用分离过程，建立了茎秆分离过程中折断能量和剥离能量的关系表达式，由表达式（14）、（19）可知，茎秆分离效果不仅与苎麻自身材料属性（弹性系数、阻尼系数、固有角频率）有关，还与茎秆分离台架的结构参数（剥麻辊半径、齿数、啮合深度）及各对辊齿转速大小有关。根据以上理论研究结果，并结合试验台架结构部分参数，进行茎秆分离与辊齿结构参数的正交试验。

3 茎秆分离与辊齿结构参数的L9（34）正交试验

3.1 因素、指标选择

剥麻辊是苎麻剥麻机的最主要部件，通过上述力学分析可知：①剥麻齿对麻秆的冲击力F越大，则麻秆瞬时变形也越大，使折断效果越好，而剥麻辊的转速直接影响冲击力F，所以提高剥麻辊的转速可使麻秆折断效果更好；但考虑到能耗的影响，还是应选择合适的转速。为此，以剥麻辊转速700、800、900 r/min为3个水平进行正交试验。②增大啮合深度b或减小剥麻齿半径R可以提高麻秆折断效果，但啮合过深会损伤麻皮纤维，同时受到结构制约。因此分别以剥麻辊半径120、140、160 mm以及啮合深度3、5、7 mm为正交试验的3个水平进行正交试验。③由试验可知，增多剥麻辊齿数Z，折断麻秆长度变短，可减少剥离麻骨所需能量Q；但过多会损伤纤维，同时受到结构的限制。因此以剥麻辊齿数16、20、24个为3个水平进行正交试验。

3.2 试验设计

试验用麻于2016年6月中旬取自湖北省咸宁市苎麻试验站试验田种植的华苎4号头麻，每组试验重复5次，结果取平均值，其试验台架工作状态见图3。脱净率Y的计算公式为：

式中，Y为样品中剥掉麻骨后的百分率，w是剥麻后麻皮与残余麻骨的总重量，W是剥麻后麻皮的重量。试验里各因素、水平构成见表1，正交试验方案见表2。

3.3 结果与分析

苎麻茎秆分离L9（34）正交试验结果见表3。从表3可见，通过对剥麻辊正交试验结果运算分析，各因素对脱净率的影响高低排序为剥麻辊转速、啮合深度、剥麻辊齿数、剥麻辊半径；较优组合为剥麻辊转速900 r/min、啮合深度5 mm、剥麻辊齿数20个、剥麻辊半径120 mm，此时剥净率为98.42%。

3.4 其他参数分析

苎麻茎秆分离过程分为麻秆破裂折断过程和麻骨剥离飞出过程，这2个过程所需要的能量都是由转动的剥麻辊提供的，由此按照麻秆冲击断裂能与麻秆冲击剥离能之和，粗略估算出剥麻辊单次传递给单根苎麻茎秆的最小能量W0。假设一次性喂入麻秆数量为10根，而剥麻辊能量由电机提供，依据正交试验分析结果，取最优条件剥麻辊转速900 r/mi4 讨论

1）苎麻茎秆分离过程由折断和分离瞬时同步完成，试验对2个过程分别进行力学分析，描述了辊齿对茎秆分离的影响。其中采用静态动力学和动态瞬时响应理论的分析方法，建立了折断能的关系表达式，该关系式表明茎秆分离效果不仅与苎麻自身材料属性（弹性系数、阻尼系数、固有角频率）有关，还与茎秆分离台架的结构参数（剥麻辊半径、齿数、啮合深度）及电机转速有关。各因素对分离效果的影响为较复杂的函数关系，所以在满足茎秆分离要求的前提下，应选择合适的参数大小，以达到能耗低、效率高的效果；试验采用能量守恒原理和冲量定理的理论方法，建立了分离能的关系表达式，该关系式表明，剥麻辊和压麻辊转动速度、剥麻辊半径及剥麻齿齿数是主要影响因素，v剥与v喂的差值越大，剥麻辊半径R越小及剥麻齿齿数Z越多，剥离能E0越大，剥离效果越好。验通过建立辊齿对麻秆作用的折断能和分离能的关系表达式，揭示了机械辊齿与茎秆分离的机理，为苎麻分离机械设计参数的选择提供了技术指导。

2）采用L9（34）正交试验方法分析了影响茎秆分离效果的主要因素，即苎麻茎秆分离台架的最主要部件剥麻辊，结果表明，对茎秆分离效果的影响高低排序为剥麻辊转速，啮合深度，剥麻辊齿数，剥麻辊半径。苎麻茎秆分离较优组合为剥麻辊转速900 r/min、啮合深度5 mm，剥麻辊齿数20个、剥麻辊半径120 mm，此时剥净率为98.42%，同时粗略估计电机所需最小功率为2.2 kW。

3）除此之外，苎麻茎秆的含水量影响较为显著。当含水量过高时，剥离开的麻皮容易缠绕在剥麻辊上；而含水量过低时，麻秆逐渐干枯，韧皮部与木质部粘连程度提高，剥麻效果不佳。另外麻秆粗细均匀度也有一定的影响，茎秆粗细差异过大的最好分级，这有利于各对辊齿牵引，否则细者牵拉不住，清不掉麻骨。同时一次性喂入麻秆数量要固定，喂入时要求尽量均匀排列，以易于清骨。

参考文献：

[1] 国家麻类产业技术体系产业经济研究室.2009年度麻类产业经济分析报告[M].长沙：湖南大学出版社，2009.18-24.

[2] 龙超海，吕江南，马 兰，等.4BM-260型苎麻剥麻机的研制[J].中国麻业科学，2011，33（2）：76-80.

[3] 苏工兵，陈海英，郭翔翔，等.全自动苎麻茎秆分离机设计与实验[J].中国农机化学报，2013，34（5）：119-122，149.

[4] 吕江南，龙超海，马 兰，等.双滚筒苎麻剥麻机的研究[J].中国麻业科学，2009，31（6）：352-357.

[5] 张龙云，李富民，陈 文，等.“FL-235型复刮式苎麻剥麻机”的研制初报[J].中国麻业科学，2007，29（2）：84-85，110.

[6] 马 兰，龙超海，吕江南，等.苎麻剥麻机主要工作部件的参数优化[J].中国农机化，2011（3）：73-76.

[7] 吕江南，龙超海，赵 举，等.横向喂入式苎麻剥麻机的设计与试验[J].农业工程学报，2013，29（16）：16-21.

[8] 阳尧端，邓剑锋.苎麻机械剥制试验与工艺参数优化[J].农业工程学报，2009，25（8）：93-98.

[9] 龙超海，何宏彬，.苎麻剥制加工机械的研究与推广应用[J].湖南农机（学术版），2011（1）：1-4.

[10] 赵 玫，周海亭，陈光冶，等.机械振动与噪声学[M].北京：科学出版社，2004.

[11] 时 玲，唐风平，罗显东，等.小型复合直喂剥麻机的研制[J]. 安徽农业科学，2011，39（8）：5028-5030，5032.

[12] 吕江南，龙超海，何宏彬，等.苎麻纤维剥制技术及剥制加工机械研究与展望[J].中国农机化，2008（5）：63-69.

[13] 苏工兵，刘俭英，王树才，等.苎麻茎秆木质部力学性能试验[J].农业机械学报，2007，38（5）：62-65.

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1．1提升教师素质

教师是学生的领路人，在学生获取知识的过程中扮演非常重要的角色。一名专业课教师，必须有扎实的基本功和过硬的专业素养。农业机械学是一门多学科交叉的专业课程，讲授该课程的教师，不仅要掌握机械制图、机械原理、机械设计、理论力学、电工电路基础等专业基础课程，还需要掌握农学概论、农机新技术、农业机械化管理学、汽车拖拉机学和生物工程等相关专业课程。同时，还要熟悉农机实验与农机生产实习的各项基本技能与操作规程。为使教学内容更具前沿性与时代性，任课教师需要经常参加国内外相关的学术会议与各种农机博览会，把握专业最新发展动态，多渠道拓宽学术视野。

1．2精选教材

优秀教材对提高课程教学质量有事半功倍的效果。目前常见的农业机械学教材主要有2个版本：一是北京农业工程大学主编的《农业机械学》，分为上下两册，上册主要介绍农机轮子、拖拉机牵引力学、耕整地机械、水稻插秧机、植物保护机械的相关内容；下册主要以收获机械、播种机械、分选机械，以及干燥机械为主。教材内容比较全面，信息量较多，但篇幅较长。二是李宝筏先生主编的《农业机械学》，此书前半部分主要介绍基本农业机械的结构、原理与工作过程等；后半部分主要讲授农业机械的设计构思、计算方法、试验数据处理等。教材内容循序渐进，对学生创新思维的开发有较好的促进作用。另外，李洪文教授主编的《农业机械化生产学》和丁为民教授主编的《农业机械与设施》也具有较好的参考价值。综合考虑教材的内容信息量以及授课的实际需要，海南大学农机专业确定以李宝筏先生主编的教材为主讲教材，其他3本教材作为主要参考读物。同时，考虑到内容的完整性与地域要求，还选择一些学报期刊和海南特色作物种植与收获方面的专著作为辅助参考资料，让学生在全方位接触农机知识的同时，能时刻了解行业研究动态。

1．3取舍教学内容

在教学课时不断缩减的情况下，让学生掌握《农业机械学》课程所有内容是比较困难的。从教学经验看，力学理论推导与数学建模是学生弱项，如农机轮子受力分析、拖拉机牵引曳物线方程、风机理论等，而铧式犁、圆盘耙、旋耕机等实际应用相对容易；播种机械、收获机械、移栽机械以及现代农机新技术等章节容易引起学生的兴趣。农业机械学课堂教学一般采取如下做法：抽象的理论分析少讲；传统的耕作机械铧式犁、圆盘耙和旋耕机等内容略讲；收获机械、播种机械、农机的应用，以及GPS定位的精确农业、节能环保的喷滴灌技术、蔬菜移栽机械和农业机器人技术等现代农业机械新技术精讲。另外，还增加橡胶、香蕉、甘蔗、木薯、剑麻和胡椒等海南地方特色农业装备的内容。这样既不失课程教学内容的完整性，也体现出教学内容匹配的合理性，有助于减轻学生的学习压力。

1．4教学方法的革新

目前，农业机械学课程的教学主要包括理论授课、实验教学与农机生产实习3个部分，其中理论授课为56学时，实验教学为8学时，生产实习3个星期。

1．4．1理论教学

理论课教学摒弃传统的满堂灌输教学方式，采用提问式与启发式相结合的教学方法，在教学过程中根据教学任务和学习的客观规律，从学生的实际出发，以启发学生的思维为核心，调动学生学习的主动性和积极性。具体为：在课堂上老师先进行问题设置，在学生预习相关内容后再有针对性地进行授课，鼓励学生发表看法，积极参与课堂讨论，体现师生平等。同时要求学生对农机工作原理能够做到举一反三，由此及彼。这种授课方式深受学生欢迎，既拉近了师生间的距离，又提高了学习效率。对那些没有实物参考的农机具，通过三维造型、动画制作、拍摄相关视频进行教学，也能起到异曲同工的教学效果。借鉴其他院校的专题教学方式，安排学院农机专业的老师进行专题讲座，并定期举办农机行业内知名专家学术交流，利用榜样力量培养学生自信心，提高学生学习兴趣，让学生了解更多的行业发展动态。

1．4．2实验教学

在实验教学方面，利用机械原理和机械设计创新实验室现有的实验仪器进行机器构造和原理部分的教学，如混合物分离原理；利用农机具结合测试仪器进行农业机械的性能参数测试，如犁曲面参数测量；利用废弃农机具进行拆装锻炼学生的动手能力，如小型联合收获机的拆装实验与柴油发动机的拆装实验等。由于实验教学主要根据实物进行讲解，比较直观，简单易懂，教学效果明显。

1．4．3生产实习

生产实习是为了进一步巩固农机理论知识，在锻炼学生实际操作能力的同时开发学生的创新思维能力。实习的第1个星期主要对动力拖拉机的构造和工作原理进行讲解，同时进行拖拉机驾驶训练；第2个星期主要进行铧式犁、圆盘耙、旋耕机、稻麦联合收获机、水稻插秧机以及海南特色农业机械的操作技能实践；最后一个星期安排学生在校外农机生产实习基地参观实习。这样既能培养学生的操作能力，锻炼学生吃苦耐劳的实干精神，也能拓宽学生的知识面，提升相互协作的团队精神。

1．4．4考试形式

以往农业机械学课程考试，期末考试成绩占70％，平时成绩占30％（包括实验操作与实验报告等）。这样的考察方式无法反映学生对该课程的综合掌握程度，往往是期末考试决定该课程的最终成绩，在一定程度上影响学生参加实验与实践操作的积极性。从2008年开始，课题教学团队通过讨论并结合实际情况，采取期末成绩占50％，平时课堂讨论表现占20％，实验操作、实验报告占30％的分配方式进行期末综合评定，农机生产实习单独记成绩。采用此种计分方法后，学生参与课堂讨论和实践的积极性明显提高，实验报告和课程论文的质量也得到较大改善。

2学生学习方法

教学效果不仅跟老师自身水平以及教学方式相关，也与学生的学习态度和方法有关。作为一名农机专业的学生，学好农业机械学课程，扎实掌握农业机械的相关理论知识和基本操作技能，应从以下几个方面入手。

2．1明确学习目的

农业机械学课程是农机专业的主干专业课程，在培养体系中占有重要位置。首先，要正确对待自己的专业，端正态度，摒弃对农机专业的误解和偏见，努力培养学习专业课程的兴趣。其次，要有明确的学习目的。对农机学生而言，农业机械学是立足农机行业和从事相关研究工作的基础，掌握并学以致用是根本要求。

2．2合理选取参考资料

农业机械学是综合性很强的课程，涉及面广。在学习该课程之前，要学好机械制图、机械原理、机械设计、液压与气动等专业基础课。另外，还需要掌握农业机械化管理学、生物工程、人机工程学基础、农学概论等方面的内容。由于农业机械的发展具有多样性，因此，要通过阅读与农机行业有关的期刊杂志等途径了解农业工程学科发展的最新动态。2．3重视课堂学习在开课初期，要重点复习机械设计、机械原理等相关专业基础课，这样可以在课堂上更好地理解各种农业机械的工作特点。同时，学习过程中要做到课前预习，课上做笔记，多思考问题，对不了解的内容要积极提问，大胆发表自己的看法。同时，课后多阅读相关的参考资料。

2．4优化实践与实习

农机生产实习与实验可以巩固学生的专业理论知识，是检验学生对课堂教学内容掌握程度的有效方法之一。在实习或实验课上，学生要认真听老师讲解，仔细观察老师的操作，熟悉实验程序。在操作过程中要严格遵守操作规程，把安全意识放在首位，不要擅自做主，不明白的地方多与老师沟通。同时，要做到推陈出新、举一反三，在实习与实验中提升创新能力。

3结语

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关键词：液压传动；教学方法；多媒体教学；理论联系实际

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0128-02

《液压传动》是机械类专业必修的专业基础课，它融合了机械电子及自动控制等技术，解决液压元件、系统分析及应用问题，在工业、农业、国防以及航空航天等领域都得到了广泛的应用[1]。液压传动课程理论较深且实践性强，通过课程学习学生应掌握液压基础知识，了解各类液压元件的工作原理、特点应用及选用方法，熟悉各类液压基本回路的功用、组成及应用场合，还应了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。该课程相对于学生而言属于专业性较强的陌生领域，学习起来有一定难度，对教学也提出了更高的要求。只有在教学实践中不断寻找、总结适当的教学方法、采用更新的教学手段，才能适应教学需求，获得更好的教学效果。

一、课程特点及教学实践中存在的主要问题

《液压传动》课程具有较深的理论性和较强的实践性等特点，体现为专业性强、涉及学科多、概念原理较抽象、较难理解掌握等。该课程理论基础源于流体力学及自控原理，而常用元件结构工作原理和性能部分实践性较强，故此要求理论环节与实践环节的紧密结合。

但由于课堂教学学时有限、学生实践机会少、实践知识缺乏等问题，同时传统教学模式及知识体系中以抽象的理论为主，过分强调理论深度，忽视理论知识的应用与实践，致使学生缺乏感性认识和实践经验，理论知识与实践应用环节严重脱节。

作为一门实践性较强的课程，在传授理论知识的同时，更为重要的是培养学生分析问题和解决问题的能力。为此需要不断总结教学实践中存在的问题，有针对性地调整教学内容，吸取先进的现代教学手段，丰富、改善教学方法，着重理论环节与实践环节的紧密结合，以促进教学效果及质量的提高。

二、合理调整教学内容

面向应用型人才培养目标，基于实用技术角度合理调整《液压传动》课程教学内容。实际教学中，应适当降低理论的难度和深度，教学内容要加强与工程实际相联系，并能及时反映最新技术的发展和应用。

本课程教学任务是掌握液压传动技术的基础理论知识，为确保学生同时具有一定的调整、使用分析及检测能力，将整个课程教学内容的重点调整为注重理论的应用，突出学生能够接受的应用型内容，侧重实用。对于教学内容中过繁过深的理论推导、分析和计算部分进行压缩，以突出重点。对于液压流体力学基础知识例如流体力学中的四大基本方程、能量损失及小孔流量公式等，要求学生掌握理论概念和主要公式的运用，删减冗长烦琐的公式推导及计算过程，过多的理论阐述和公式推导会占据大量课时，容易导致理论和实践的比例失调。重点要求掌握元件的工作原理和主要特性，强调其影响因素及实际应用，加强对元件的认识、拆装、使用和液压系统的调试等实践性教学。

同时，对于课程中重点教学内容着重进行详细分析及讲解，增加典型液压系统实例分析，通过大量实例分析将零散的液压知识有机联系起来，并灵活应用，确保学生真正理解并熟练掌握。例如讲授液压传动各元件工作原理、应用及液压传动基本回路等内容时，严格遵循每一教学环节，通过后续的作业练习和实验等环节来巩固加深对相关理论知识的理解与掌握。

此外，着重加强实践教学环节，改进实验内容和方法，推行多组分批次实验教学，保证学生有足够充分的实验时间及机会。根据现有条件可适当增加液压回路分析，进行设计性和综合性实验，鼓励学生尝试创新及开放性[2-4]。将自动控制原理、机电一体化、数控技术及电气控制等课程贯穿为系统教学，有利于学生创新能力和工程观念培养，促进基础理论教学及教学与科研相结合。

三、现代教学手段与传统教学形式有机结合