机械设计的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇机械设计的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词] 机械设计；节能；基本原理；措施

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 054

[中图分类号] F273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）01- 0091- 01

0 引 言

环境与经济从来都是群众重点关注的问题，特别是在社会经济快速发展的今天，人们对环境和资源保护逐渐重视起来，人们逐步发现，正确处理经济与资源环境的关系，对社会的稳定发展和进步有着重要作用。其中，节能减排是促进社会可持续发展的基本要求之一，机械设计应该遵循节能减排，促进社会发展。

1 机械设计节能基本理论

在机械设计中，机械设计人员对机械改革结构的组成形式进行优化，以降低能源损耗为目的，努力达到节能指标要求。在此过程中，机械设计人员努力将各个零件设施的配合优化为最理想模式，减轻机械使用间的磨损，延长机械设备使用手柄，进一步达到节能需求。此外，机械设计人员，在设计时，借助机械制图软件优化机械结构，同时利用一系列的公式计算，对机械使用后的节能指标进行计算分析，将大部分能源提供到机械设备运行阶段，将个零件受力形式进行科学安排，进一步将科学节能落到实处。

2 导致机械设计产生能源浪费的主要原因

（1）节能理念欠缺。受到传统机械设计观念的影响，大部分机械设计人员还是以提高机械设备生产力为主要目的，因此，设计人员在进行机械设备设计的过程中，首先主要考虑如何提高机械设备的运转速度和承载量，其次也是对机械设备的运行稳定性和可靠性进行考虑，对机械设备的节能设计考虑少之又少，有些设计人员甚至直接忽略了机械设备的节能性能。甚至，为了提高机械的生产力，有些设计人员枉顾设计的节能性能，反而将设计能耗提高，这对于社会的发展和进步有着消极作用。

（2）专业水平不高。由于大部分机械设计工作有专门设计人员进行操作，如果设计人员在只是理论方面故步自封，不愿与更随时代的发展，与时俱进，与先进的设计方式和设计理念相脱节，甚至抵触新的设计知识，导致机械设计滞后，无法实现节能。另外，还有很多设计人员忙于设计工作，没有对设备的使用情况进行深入了解，导致设计理论与实践相脱节，所设计出的机械设备无法与实际使用相符合，造成了大量的资源浪费。

（3）设计水平过低。由于受到现有技术水平的限制，有很多设计思想无法实现，及时进行勉强实现设计思想，也会造成机械设计成本增加，因此，受限于经济效益，大部分机械制造商并不会完全按照设计要求进行节能技术的引用。这就导致节能技术和节能理念只停留于表面，并没有真正的落到实处。

3 做好机械设计节能工作的措施

（1）采用环保材料，使用环保设备。为了明显减轻机械设备的整体重量，并以节能设计的方法高校应用于设备使用环节中，设计人员应该再用环保材料。首先，在设计前期，设计人员要充分应用节能环保材料，即材料应该具有绿色无污染、可回收等性能，从本质上保证设备的节能性能。①对电子系统进行精确化的控制。在机械设备中进行电子控制芯片植入，利用程序编写控制对设备各项数据进行控制，且通过电子技术，可以保证参数的情趣恶性，有助于帮助设备实现更理想的节能目的。同时，如果在芯片植入使用过程中，有设备需要进行控制功能的改变，通过电子系统可以优化解决该问题，使问题得到高效快速的解决。②注意对液压系统进行维护保养。液压系统在运行过程中，主要为设备提供运行所需压力。由于传统设计理念中，液压系统结构之间优化型欠缺，导致使用期间的液压系统容易产生泄漏问题，是设备所得到的压力不够，降低了使用效率。因此，设计人员应该重视这一问题，针对液压系统进行加密处理，将防渗漏问题作为解决重点，是定合理的清洁维修周期，对液压系统进行周期性周密检查。另外，对于液压系统中内存的杂质也要进行及时清洁。

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关键词：机械设计；节能；环保；原理

随着时代的发展，生态问题与能源危机日益严峻，极大影响了人们生活与生产，在这种时代背景下，节约能源、保护环境已成为全球共识。机械生产作为社会发展中不可或缺的产业，节能环保问题不容忽视。机械设计作为机械工程领域的第一工序，其在产品设计中除了考虑产品性能、质量外，更要注重设备的节能型，尽可能的节省资源浪费，避免因为设备不具备节能性能而造成大量材料的浪费。文章从机械设计节能的原理入手，从实际出发通过能量分析提出了机械设计的节能方法。

1机械设计节能的重要性

我国工业产业与西方国家相比，有着起步晚、起点低的特征，但伴随改革开放以来国内经济的迅速发展，机械生产行业也得到了前所未有的发展，在国家经济中占有重要地位。机械设计作为机械工程领域的重要组成部分，其对机械工程有着很大影响，近几年来，受到国家节能减排、保护环境政策的影响，机械设计节能工作的开展已成为不可逆的趋势，在这种时代背景下，要求机械设计人员充分考虑各种因素，除了保证机械产品的最初性能外，更要做好节能环保及经济性要求，我们首先要对这些内容分析和整理，正确认识这些环节的工作要求。因此，在机械设计的时候，我们要对设备的配合及应用更加注意，力求机械设计在保持正常运转的时候，尽可能的降低能量损耗，从而让机械设计达到当前可持续发展战略的要求。

2机械设计的节能原理

在机械设计工作中，需要遵守的原则很多，但是在不同时代、不同环境下，机械设计原则也需要随之变化。近些年来，随着国家可持续发展战略的实施和节能环保理念的提出，机械设计中加入节能要求已刻不容缓。在机械设计工作中，节能策略不仅要从机械消耗功率入手，更是要对机械设计的各个环节分析。在机械设计中，其原理包含了机械系统的动能、势能、输出作用力以及机械系统所消耗的功率等。我们首先要对这些内容分析和整理，正确认识这些环节的工作要求。

2.1机械设计在动能方面的节能

在以前的机械设计工作中，工作人员通常都将工作重点只放在机械动能的变化以及输入输出功率的控制上，通过调节机械波动、提高机械周期以及机械工作精度等方式来保证机械产品的设计质量，很少主动的去分析动能变化对机械产品造成的影响，以致机械产品设计质量往往得不到有效的保证。另外，在传统的机械设计中，动能一直没有得到有效的发挥，究其原因是机械在工作中动能并没有得到有效的转换，机械设计中基本工作原理还沿用传统模式，只要机械系统中的动能能够保持在很小的范围，那么机械设计的目的已经达到了。

2.1.1机械设计在其他输出力方面的节能

不同的机械设备在工作过程中所表现的输出力是不一样的，而且相同的一款机械设备在不同的工作过程中其输出力也不尽相同，所以机械的输出力在不同的工作阶段形式也是不一样的。在机械工作过程中造成输出力消耗过高的主要原因是在比较短的时间内输出力变化较大，如果把周期函数形式的输出力消耗保持在比较小的范围内变化就能达节能到节能的目的。

2.1.2在机械设计时要尽量降低无用功的损耗

任何机器在运转过程中，由于阻力、摩擦、形变等原因一定会产生无用功的损耗，这与机械在设计中考虑到的精度、程度等都有莫大的关系，无用功的损耗大大地降低了机械设备的使用效率，所以在机械设计时我们要以节能的基本原理为基础，尽量减少无用功，以期提高机械的节能性。

2.1.3对机械设计节能原理的基本归纳和整理

本文主要是在动能的机械设计节能、减少无用功功率方面以及减少其他输出力功率方面对机械设计节能基本原理进行了简单的介绍，工程师们在进行机械设计时，只要考虑到将机械系统里面的一些参数常量等保持在很小的变化范围内，就能极大地增加机械节能性，但是想要做到这一点，其实还是有一定的难度的，这就需要我们广大的机械工程师们更加努力的进行设计了。

2.2机械设计节能基本原理的应用范围

机械设计节能基本原理在工程设计方面的应用：

2.2.1机械节能原理在升降机械设计中的应用

升降机械在工作中消耗的功率是比较大的，为此我们需要对其进行节能设计改善，那么我们要从哪方面开始着手呢，首先我们要分析主要消耗功率的原因，其主要消耗功率的是机械在提升或下降货物的过程中消耗功率比较大，经过试验我们得出按照电梯标准进行设计的机械要比传统的机械消耗功率要小的多。要想在升降机械上进行节能设计就要参考电梯的设计方案。把机械设计原理应用在升降机的节能上。我们主要应用的公式即为：Q(t)r1=Pr2其中：r1表示货物卷筒半径，r2表示配重卷筒半径，P表示衡量的配重，Q（t）表示可以提升的物体的质量。

2.2.2机械节能原理在加工设备设计中的应用

机械设计节能基本原理在加工设备中的应用可以说最为广泛，加工设备在我们日常生活中是必备的产品，可见其节能性对我们是多么重要。以下我们就针对生产加工中的设备牛头刨床进行应用。牛头刨床其机械内有一个惯性很大的主轴，它能够保证机械的正常稳定运转，但是为了考虑其输入功率的降低等因素，我们要根据机械原理在原来设备的基础上再加设一组牛头刨床装置，使新牛头刨床功率是原来的二倍，这就达了提高功率的目的。

2.2.3机械节能原理在大型冲击压路机设计中的应用

大型冲击压路机其冲击轮表面特征并不是以周期函数进行体现的，它的变化幅度是比较大的，因此这就给我们的节能设计带来一定的难度，所以要想达到我们预期的目的，我们必须得要把冲击轮系统的势能在重心最低时其势能能够在最大范围内进行变化，只要能够达到以上要求，就能够达到节能目的。

机械设计节能是可持续发展观念下对机械领域提出的新要求，更是符合我国社会主义特色社会建设的发展理念，只有在工作中将节能理念深入到底，落实到每一个工作人员的心中，强化设计人员自身专业技术，提高设计人员素质，才能够真正的做到节能设计。

作者:张宇 单位:中车长春轨道客车股份有限公司

参考文献

[1]方永锋，陈建军，曹鸿钧.多次随机作用下可修复的k/n表决系统动态可靠性分析[J].西安电子科技大学学报，2014（5）.

[2]开依沙尔热合曼买买提明艾尼.基于骨骼重建机理的连续体结构仿生拓扑优化方法[J].农业机械学报，2014（5）.

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关键词：机械工程基础；实验教学；教学质量

中图分类号：G648.4 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2015）21-0057-01

21世纪要求高等工科院校培养更多高素质、高能力、有开拓进取精神的创新型人才，而实验教学是不可或缺的重要手段之一。实验教学不仅仅是学生获得知识的重要途径，而且对培养学生的学风、实际工作能力、科学研究能力和创新能力及工程师应具备的基本素质都具有十分重要的作用。

一、机械工程基础课程特点及内容

机械工程基础是普及机械和机械工程的基本知识、基本概念和基本内容的课程。对文科类、管理类、计算机类、艺术设计类等专业具有开拓学生的视野、增加知识面、拓宽专业、提高学生的工程能力的作用；其任务是培养学生认识机械和机械工程的能力，是工科类非机械类专业具有工程特色，适应高新科学技术社会发展的需要。机械工程基础的内容选择是根据机械工程的基本内容确定的。主要讲授机械发展与人类社会进步的关系及机械工程发展的趋势，介绍工程力学、工程材料、工程制图的基本知识，简述机械的组成原理与工作原理、常用机械零件强度、刚度的概念、机械产品的制造技术、液压传动和气动技术的概念、现代设计方法等等内容。学生通过对各部分内容的学习，了解机械及其产品从设计、制造到使用过程中需要哪些知识及其在机械产品中的地位和作用。

二、机械工程基础实验内容分析

机械工程基础实验按照实验课教学体系分为设计与制造工艺、检测与分析、材料与性能三个部分。机械工程基础实验是一门独立的实验课程，所有实验都在机械基础课实验教学示范中心进行。本实验课与工程力学、工程制图、机械原理、机械设计、工程材料及成型技术基础、互换性与技术测量基础等课程的理论教学相衔接。

1. 实验理论

（1）韧、脆性材料在受拉、受压和扭转时力学性能测试的原理和方法；电测法基本原理，单向、平面应力状态的静态应变测量与应力计算的原理和方法；冲击动荷系数测定的原理和方法；现代光弹测量的基本概念。（2）组合体模型的测量和组合体视图及剖视图的绘制方法和尺寸标注方法，机械零件功能和结构分析方法以及机械零件测绘方法和步骤，部件功能和结构分析方法以及部件测绘方法和步骤。（3）机构运动简图测绘与结构分析，机械运动分析方法，渐开线齿轮范成加工原理，刚性转子的动平衡原理，机械动力学，典型机械零件状态测试，滑动轴承性能测试与分析的原理和方法，减速器结构分析方法和步骤，各种典型机构及典型机械的综合分析方法。（4）金相显微分析的原理和方法；试样制备方法，Fe-C状态图、C-曲线；表面强化原理和方法；焊接接头显微组织分析的原理和方法；力学性能（布氏硬度、洛氏硬度、显微硬度、摩擦性能）测试的原理和方法。（5）机械加工完成后零件的尺寸误差、形位误差、表面粗糙度、螺纹几何参数误差的基本原理和方法；零件互换性所进行的必要的精密技术测量的原理和方法；测量数据的处理技术的原理和方法。

2. 实验教学

着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。

3. 对学生能力培养的要求

（1）培养学生运用实验原理和方法进行科学实验的能力，即如何从实验目的出发，根据什么原理，选择何种实验方案，配套哪些仪器设备，确定实验程序从而获得准确的数据并得出正确的结论。（2）通过实验熟悉常用仪器、设备的基本原理、结构、性能；学会调试仪器和排除故障。同时，要培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生的实验技能进一步得到训练和提高。（3）通过本课程的学习，加深对相关理论课程教学内容的理解，加固理论知识。（4）通过实验过程以及完成实验报告，培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和一丝不苟的工作作风。

三、实验项目的设置

1. 机构运动参数测定与分析实验

基本教学要求：初步了解电测机构运动参数的基本原理，利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理、实测、仿真比较优化设计，分析机构参数对机构动态参数的影响。

2. 机构运动简图测绘与分析实验

基本教学要求：掌握根据机械实物模型绘制机构运动简图的技能；计算自由度、验证机构运动确定性；了解正确选择长度比例尺方法。

3. 轴系结构设计实验

基本教学要求：熟悉和掌握轴的结构与设计，轴上零件的常用定位与固定的技术方法，轴系结构设计的要求与常用轴系结构，为后续机械设计打下良好的基础。

4. 金相显微分析法实验（铁碳合金平衡组织显微分析）

基本教学要求：研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织；分析含碳量对组织和性能的影响，初步掌握用组织相对量来估计碳钢的大致含碳量；进一步熟悉显微镜的使用方法及组织示意图的描绘技能。

通过对机械工程基础实验实验项目的分析和开发，有利于促进学生的思考能力、动手能力、创新能力等各方面能力提高，提高了教学质量，调动了学生的学习积极性和求知欲望，达到本课程的实验教学目的。

参考文献：

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【关键词】机械设计基础 教学 改革

机械设计基础包含机械原理和机械设计两门课程，是机械类各专业重要的技术基础课，起着从基础课过渡到专业课的桥梁作用。机械设计基础是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程。因此，课程教学内容和体系改革的基本思想是既要让学生能够较扎实地掌握从事工程技术常规工作所需要的基本理论、基本技能，还要让学生了解新知识及本学科的新发展，拓宽知识面，开阔学生的思路，从而更有利于学生工程实践能力和创新能力的培养。

1 理论教学环节

理论教学环节是机械设计基础教学改革的一个重要方面，我们主要从教学内容、教学方法及教学手段三方面进行了新的尝试。

1.1 教学内容

目前高校都提出了“厚基础、宽口径、重能力”的人才培养模式，因此，理论课程的课时压缩严重。而《机械设计基础》由于融合了《机械原理》和《机械设计》两门课程，故涉及的内容多，理论性、实践性都比较强，如果面面俱到，老师讲解起来感觉力不从心，学生听课时如听天书。因此，为了适应新的人才培养模式，必须对教学内容做相应的调整。

1.1.1 对与先修课程重复的内容进行必要的精简。比如在平面机构的运动分析和力分析这两章中，很多知识都是理论力学中的重点内容。以往在讲授图解法分析机构的运动时，会花费大量学时讲有关理论力学的知识，严重影响了其他内容的讲解。可以考虑先让学生预习有关理论力学的知识，然后着重对方法进行介绍和讲解，既节约了学时，也收到了预期的教学效果。

1.1.2 在机构分析中，增加了解析法内容。以往在机构分析和设计中，因图解法形象、直观，有利于学生对问题的理解，有助于数学模型的建立，同时对某些简单的问题比解析法更有效，因此在学时安排上占有较大的比重。为了适应人才培养的需要，增加了解析法讲解的力度。

1.2 教学方法

《机械设计基础》课程主要研究常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法，由于大多数学生缺乏实践知识，他们在学习过程中普遍感到抽象、枯燥、难学，尤其是机械原理这部分知识，认为机构运动简图与实际机器相差甚远，很难将两者统一起来。因此有必要对教学方法进行改革。

1.2.1 采用启发式教学，培养创新意识，提高教学质量。如在讲授“铰链四杆机构的演化”内容时，我们就地取材，用雨伞作教具。采用学生熟悉的生活工具模拟学习内容，不仅取材简单，而且生动形象，容易与实际的机器相结合，克服结构运动简图抽象的特点。

1.2.2 采用师生互动、类比等教学方式，激发学生创造性思维。教师可将自己的工作实践及创新经历介绍给学生，这对培养学生的创新意识、提高综合素质有很大作用。并且鼓励学生自由选题开展小发明制作、软件开发和教学论文撰写等多种形式的创新活动。这种创新环境和氛围几乎能够适应每一名同学，因而有利于学生脱颖而出，做出较好的创新业绩。

1.3 教学手段

传统的教学系统是由老师、学生和教材这三个要素构成的，以教师为中心的传统教学模式，它的特点就是由教师通过讲授、板书，把教学内容传递给学生。随着机械原理教学改革地深入，教学手段也必须进行改革，否则难以完成相应的教学内容，也达不到相应的教学效果。机械原理部分有一些机构的原理比较抽象，无法用语言形象地表达清晰，学生认知困难，很难在学生中形成深刻的印象。运用计算机的动画制作技术，可将一些难以想象和无法用语言表达的机械运动过程和工作原理制成多媒体课件，在讲授相关内容时巧妙的将现有教具与多媒体课件结合使用，将那些难以想象的机械运动过程和工作原理演示出来。

2 实践教学环节

《机械设计基础课程》教学的另一重要部分是实践性教学环节，它包括实验教学和课程设计。

2.1 实验教学

实验教学也是机械设计基础课程的一个重要的实践性环节，是培养学生动手能力和工程意识、检验知识的重要手段。对机械设计基础课程实验教学的改革，应从以下几个方面进行：一是将某些验证性的实验通过电教片播放，为学生增加一些感性认识即可。二是新增设设计型机构方案构思组装实验，要求学生自己设计实验，自己动手完成，不再依赖于教师。三是设计综合性的实验，通过对实际机器的综合研究，培养学生的整体意识和工程意识。

2.2 课程设计

机械设计基础课程设计是机械设计基础课程教学的最后一个环节，其目的是培养学生综合运用基础理论知识的能力、工程分析能力和运用资料等基本设计能力。对于学生中普遍存在的工艺知识和公差知识的不足，应在设计中逐步给予讲解和补充，使学生通过设计全面掌握和巩固机械设计的相关知识。

3 结束语

总之，机械设计基础课堂教学的改革是一个系统工程，涉及课程教学的各个环节，全面推进教学改革措施，才能取得良好的效果。必须删掉陈旧或重复的教学内容，增加新发展的内容，拓宽学生的知识面；在教学方法上，充分利用计算机的辅助教学作用，使计算机贯穿于整个教学环节，使教学方法上一个台阶，为学生学习专业课和走向工作岗位打下坚实的机械设计基础。

【参考文献】

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关键词： 高职高专数控技术专业 《机械设计基础》 教学方法 课程教学设计 教学改革

《机械设计基础》是高职高专数控技术专业必修的一门主干职业基础课。数控技术专业学生就业领域主要面向制造业，主要就业岗位（群）是数控机床的操作、编程、工艺规程编制与实施；相近就业岗位（群）是生产管理等。本课程的先修职业基础课程为机械制图、计算机绘图、工程力学、金属材料与成型工艺，并进行了金工实习。后续课程为有机械制造技术、液压与气动技术等职业技术课程。本课程为学生毕业后从事上述工作岗位打下坚实的基础，对学生完成整个专业的学习，起到承上启下的重要作用，是学生获得职业基础能力的桥梁与纽带，因此教好本课程具有十分重要的意义。

1.课程教学目标

本课程使学生掌握常用机构与通用零件的基本原理、性能特点、使用、维护的基础知识和设计方法，培养学生具备选用、维护和改造简单传动装置及零部件的初步能力，培养学生正确的设计思想与严谨的工作作风。《机械设计基础》课程与实践联系非常紧密，学生毕业后走向工作岗位做实际工作，参与设备的论证、预研制、改造或维修的工作，难免做设计一类的工作，接触到各式各样的运动机构或各种通用零部件，课程的学习为将来的职业发展奠定了基础。

2.课程内容分析和课时分配

2.1本课程主要包括两方面的内容。

在机械设计的基本知识和机械中常用的机构包括平面连杆机构、凸轮机构、间隙运动机构、齿轮系；机械传动包括螺纹连接与螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动。通用零部件包括轴和轴毂连接、轴承、其他常用零部件，并简要介绍了国家标准。

2.2课时分配。

根据教学大纲，本课程总共70个教学课时，其中机械设计的基本知识部分占12个课时，在机械中常用机构部分占22课时，机械传动部分占23课时，通用零部件部分占13课时。

教师在制订具体的教学进度计划时，须安排四次观察与认知实验配合教学，每次实验占用2课时，共8个课时。第一次为综合性认知实验，第二次重点是常用机构的认知实验，第三次重点是机械传动的认知实验，第四次重点是通用零部件的认知实验。

3.教学设计与实施

3.1学情分析。

3.1.1不利条件

目前高职高专学生入学分数较低，理论基础较差，学习的积极性、主动性不强，缺乏抽象思维，自律性差。

3.1.2有利条件

根据数控技术专业教学计划，本课程开在第三学期，在学完了《机械制图》、《计算机绘图》、《工程力学》、《金属材料与成型工艺》，并进行了金工实习和数控机床认识实习之后，学生已经具备了比较扎实的力学、制图、金工、材料等先修课程的良好基础，具备了一定的识图、计算能力，对生产实践有了初步的了解，为本课程的学习奠定了一定的基础，且学生好奇心强，容易被新鲜事物吸引。

3.2课程特点。

在本课程中各章相对独立性较强，学生一接触本课程，就会产生“没有系统性”、“逻辑性差”等错觉，因此为本课程的教学带来一定的难度。然而在本课程中，虽然不同的研究对象涉及的理论基础不同，相互没有多大的联系，但最终的研究目的只有一个，即设计出能够应用的机构、零件等。

根据以上分析，本课程的教学中心为机构和零件的原理及选择，教学的重点和难点是培养学生的独立思考和设计能力。

3.3教学模式、教法选择和师资条件。

3.3.1教学模式

本课程教学可采用“文字教材、多媒体教材、机械原理与机械零件的实物观察实验和学习指导”四位一体模式。

文字教材是本课程教学的基本指南，教学内容符合本课程教学大纲的要求，但其内容不能代替多媒体一体化全部教学内容，特别是涉及生产实际、感性认知、形象思维等方面，必须有多媒体教材补充。

多媒体教材内容包括各章节基本内容的讲解、归纳，重难点内容的专题讲解，现场录像教学，动画及图表、图形的形象演绎等。借助于计算机图形学技术和多媒体技术，加强直观性教学，做到教学内容直观形象。

机械原理与机械零件的实物观察实验：通过机械中常用机构与通用零部件的实物或模型展示，并借助电脑控制技术系统形象地解说，增强真实感，身临其境，提高学习兴趣、降低学习难度。

学习指导主要包括各章节的基本要求、学习指导、典型例题、习题提示和自我测验。

3.3.2教法选择

教师在本课程的教学过程中，供选择的教学方法有很多种，可以灵活地加以串用或并用。

3.3.2.1讲授法教学。对于机械设计的基本知识、涉及设计计算部分的教学主要采用讲授法。例如对于“定轴轮系传动比”计算公式的推导，以讲授为主，课件感知引导为辅。讲授法可使学生在有限时间内尽快地掌握新知识，加深理解。

3.3.2.2演示法教学。对于常用机构、机械传动和通用零部件的基本原理、基本知识部分的教学，以演示法教学为主，讲授引导为辅。在多媒体演示和实物模型演示的过程中，通过提问和讨论的方式让学生主动、思考，在直接观察中分析问题，增强感性认识，从而突破难点。

3.3.2.3压力教学法。对于应知应会的基本知识、重点内容，通过课堂提问和让学生上黑板做题等方式，人为地给学生制造一些学习压力，有利于知识的掌握、消化和吸收。

例如：在讲《螺纹连接和螺旋传动》这一章中，螺纹的类型、特点和参数，常用螺纹连接（螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和坚定螺钉连接）的基本特点和选用等基本知识可用提问的方式加以巩固；在平面机构自由度的计算、标准直齿圆柱齿轮外形尺寸的计算、齿轮系传动比的计算等教学过程中，在公式和典型例题讲解之后，出几道典型习题，让学生集体思考，并让几名学生上黑板计算，再让其他学生纠错，最后老师讲解。这样可提高学生的注意力，增强教学效果，也可作为对学生考核的一部分。

3.3.2.4讨论法。积极开展师生的双向互动活动，调动学生的学习主动性和积极性，培养学生举一反三和综合运用所学知识的能力。例如：在机械传动的设计常用机构和通用零部件的选用的教学中，老师提出问题，让大家开展讨论，可大大增强学生的学习兴趣。

3.3.3教学条件和师资力量

3.3.3.1我院拥有充足的供教学使用的多媒体教室，主教学楼28间，实训楼10间，信息大楼计算机教室10间。

3.3.3.2可供数控技术专业学生实训的实训室有钳工实训室、车工实训室、数控实训室、数控仿真实训室、机械基础实训室等。

3.3.3.3机械设计基础课程教学团队有专任教师4人、兼课教师2人、外聘教师4人，其中高级职称1人，中级职称9人，均具有丰富的实践和教学经验。

3.4课程教学设计的做法

3.4.1在课堂教学中，可以观看在生活中常见机构和工程运用较广机构的录像片及动画，使学生对该课程萌发浓厚的兴趣，认识其重要性，使他们感觉到机械设计并非遥不可及，通过努力学习就能达到。

3.4.2在教学组织上，根据高职教学的特点，“必需、够用”的原则，强调应用性，可以简化公式的数学推导过程，避免知识内容过深过细。有些推导过程只是为了加深对本概念的记忆，不做掌握要求。把重点放在结论具体应用上，一般性的内容在广度方面适可而止，节约课时用于实践性环节。

3.4.3在每章内容讲解时，不仅要讲清内容和基本原理，而且要通过举例、多媒体教学手段、实物或模型观察实验，讲清其在工作中的用途。

3.4.4每次课后均有思考题和习题，并有课外作业，课后教师定期辅导和答疑，有助于学生抓住课程重点，加深对课程难点内容的复习和理解。

3.4.5在每章或每个单元内容教学完毕后，及时进行阶段性小结，承前启后，让学生对课程的诸多内容有整体认识和系统化意识。

3.4.6为加强重难点的消化吸收，在整个教学过程中阶段性地安排习题课，以学生为主体，以习题为平台，积极开展分组讨论活动。在练习过程中，结合生产实践中的实例，增强学生“举一反三”、“灵活运用”的能力，讲清具体应用的方法，培养学生的实际工作能力，激发学习热情。

3.4.7在教学实践中，应遵循以教师为主导，学生为主体的教学原则，注重对学生能力的培养，采用鼓励式教育，让学生在宽松、愉快的气氛中吸收知识、获取营养。

3.5考核方式和教学效果。

3.5.1考核方式

根据我院“2+1”教学改革和数控技术专业中本课程教学大纲要求，本课程考核类型为“考试”课。平时成绩占50%，包括出勤及课堂纪律占20%、课堂回答问题、作业、平时测验和期中考试占30%；期末考试成绩占50%，主要以闭卷考试的形式进行。

3.5.2教学效果评价

通过学生网上评教、教师评学、学院教学督导员抽查、系部或教研室主任听课、教师相互听课等形式反馈，提出教学建议。通过上课提问、作业批阅、平时测验、期中考试等形式，教师掌握教学效果，适时改进教学的方式、方法。

4.课程教学特色描述

4.1基本思路。

以课程目标为主线，打破传统的课程界限，从实现各专项能力的需要出发，以“必需、够用”为原则组织相应的课程内容并进行必要的教学内容整合，使课程内容服务于目标能力，注重人的思维方式，重点培养创新思维，使学生在学习过程中学习目的明确，学习兴趣浓厚。

4.2教学手段。

本课程在教学中都采用了先进的多媒体教学手段，表现方式上体现了多元化的现代教育技术方法与手段，充分利用现代化教学设备和PPT教学课件，将CAI课件、录像插播片、实物模型及现场参观等多种手段科学组合，使教学形象、生动、高效、学生喜闻乐见。计算机辅助教学的形象化特点和生动性、趣味性大大激发了学生主动学习的积极性，加深了对所学内容的理解，从而提高了整体教学质量和水平，也增加了教学信息量，提高了教学效益。我们的感受是现代教育技术最能在本课程的教学中发挥作用，多媒体手段的采用为教师的教和学生的学大大提供了方便。

4.3教材建设。

从高职教育的特点出发，选用贴合高职院校学生实际的教材，更加突出理论联系实际，有利于学生应用所学知识分析问题、解决实际问题的综合能力，将传统教学方法与现代多媒体教学手段有机结合，扬长避短。

4.4实验和现场参观实习。

以机械设计基础课程教学内容为背景，继金工实习和数控机床的认知实习之后，加强培养学生理论与实际联系和动手能力，开设实验课，并利用业余时间组织学生去工厂现场参观。此外，我们结合课程，积极开展机械设计兴趣小组活动，为学生的创新设计提供了施展才华的舞台。

5.教学改革

5.1在教学上。

5.1.1在课堂讲授之后，创造条件组织学生到工厂参观，观看、分析、讨论各种机器上的各种常用机构和零件。

5.1.2组织学生开展简单典型机构、机器和零部件的设计大赛或开展兴趣小组活动，激发学生的学习热情、培养学习的应用能力和设计兴趣。

5.1.3利用现有的机械原理与机械零件实验室，在学生认知、观察、听取讲解之后，结合实训中的机器和学生日常生活中的机械，理解和掌握课堂内容。

5.2在考核上。

在考核方式上，实行学习阶段的全程性考核制，改变过去的一次性终结考试，成为将阶段性的考核与期末综合考试相结合的办法。

这样有利于教师及时发现教学中的不足并加以改进，减少学生学习的功利性，有利于加强教师对学生的日常学习管理，引导学生掌握良好的学习方法，从根本上改变应试教育制约学风、考风的状况，促进学生良好品质的形成，全方位多角度地准确反映出一个学生的真实成绩和综合能力。

参考文献：

［1］陈立德.机械设计基础.高等教育出版社，2007.8.

篇6

有限元法是一种高效能常用的计算方法。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛的应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中。有限元法的应用最早出现在1969年，当时早就有学者利用加权法则得到了有限元法的应用方程，而且，将其广泛的应用在了各种物理场中，得到了很多重要的结论。说到其原理，有限元法的应用原理也十分简单易懂。主要可以理解为函数求导，举个例子，比如说给了一个比较复杂的未知场函数需要求解，这时可以将整个场函数离散成若干个可以求解的函数进行求解，另外也可以将这个未知场函数在已知空间里大致画出简图，并且利用函数的节点标注出来数值，例如比较有用的最大值，最小值等，这时就会把一个未知的场函数变成多个已知的离散形函数，这就是有限元法最简单的应用原理。

2.有限元法的基本应用步骤

有限元法的基本原理和概念已经了解，以后应该了解的就是有限元法的基本步骤，掌握了基本的步骤才能够更快速的掌握工作原理。首先进行剖分，顾名思义，就是对需要求解的未知数进行离解，将未知数离解成多个元素的集合，并且，每个元素都是每一处离解过方程的解，之后通过剖分的方法得到函数的最大值和最小值，这里可以叫其节点。第二个步骤是单元分析，单元分析听起来十分的简单，但是依然是要考虑细节的一个步骤。要进行分片插值，即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网络点上的函数值展开，即建立一个线性插值函数。第三个步骤是对变分方程进行求解，在整个方程的求解过程中可以看出，有些方程的解并不是用简单的方法就可以计算出来，通常情况下要有很大的逻辑思维，要能够将多种方法在一起分析计算。用有限元法对已知的单元进行离散，然后将每一个数据和不同的问题进行结合求解，这是物理学上解决问题常用的方法。离散，顾名思义，就是指对待一个比较复杂的方程，要有能够将其分解计算的能力。有限元法把连续体离散成有限个单元。

3.有限元法在机械设计中的应用

有限元法在日常的生产生活中都有很广泛的应用。如今在机械设计中也有很广泛的应用。机械设计在机械制造过程中起到至关重要的作用，因为机械设计是整体工程的第一步。机械设计，顾名思义，首先要考虑的是设计，就是根据整体的零件大小，程度，应用高度和范围和整个工程的施工特点来制造最适合的方案和图纸，不错，机械设计对产品的尺寸大小，相对位置的计算等方面都有很大的要求，这时运用有限元法大大的加快了运算的速率，得到需要的数据。

4.有限元法的在机械设计中的具体应用

传统的机械设计方法为何会在如今的时代越来越被淘汰，究其原因可以发现，传统的机械设计方法比较笨重，耗费的人力物力较大，不能够快速的完成工程项目，所以造成的工作效率不会很高，进而大大的减少利润增大了成本的消耗，而且，在成本上也会有很大的消耗，如果设计质量不高，甚至会有赔本的可能。造成这种结果的原因是传统设计一般都是采用对比分析法，简单来说，就是在几个比较合理的方案中选择一个最优方案进行设计，这样看来设计具有很大的盲目性。同时选择的方案也没有一个十分精确的评价标准来衡量其优劣情况。如何通过比较来进行选择呢，这就需要不断地对比，修改，之后再重新确认设计方案，由此可见，传统的机械设计方法太过浪费时间，而且在设计方案上不能做到别具一格，引人入胜。而这时就要引入有限元法，在机械设计中将有限元法融汇贯通。这样的办法可以大大优化产品生产的效率，可以准确的得到数据，也可以在得到数据的同时通过整体的调控分析来确定设计的合理性。另外，因为在传统设计方案中往往忽略了机器设备自重性这个因素，所以对人力物力的损失很大。目前，在机械设计中有限元法应用在如下几个方面，首先是静力学分析，顾名思义，可以说是在静态下的应用。当整体的受力情况并不明显的时候，可以说物体处于静止或匀速运动的时候，内部存在的载荷不动或运动的浮动特别小的时候，此时就可以用有限元法进行静态分析。其次是模态分析。模态分析，其实就是指载荷有位移之后的分析。当物体处于运动状态时，而且内部两个接触物体会有一定的接触受力时，这时可以作用模态的动态分析和应用有限分析法，这样也可以准确的得到数据，进而完成机械设计。之后，在机械设计中还要在热应力方面上应用有限元法。主要考虑到在机械设计中温度的不同改变了内部的应力，所以需要有限元法进行分析调整。

5.结语

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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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1.树立研究型教学理念

树立研究型教学理念是实施机械设计课程研究型教学模式的前提。教师要改变传统的以“教师为中心”的课堂“灌输式”教学模式，将研究性学习理念融入到教学中，突出学生自主学习和研究的主体地位。教师作为教学过程的参与者，要加强师生间的互动交流，引导和推动学生主动学习，突出研究性学习在教学中的重要作用，强调知识的创新性和实践性，通过研究和实践使学生自主建构知识和发展知识，能对现有知识进行思考、判断、质疑、改造、灵活运用以及创造新知识。研究型教学理念不是为了传授知识，而是积累知识、发展能力和提高素质并进。树立研究型教学理念，明确了教师课程教学实施和改革的方向，拓展教师的教学方法和教学手段，可提高学生的学习兴趣，开阔学生的专业视野，培养学生的科研能力，使学生在学习知识的同时，学会发现问题，提出问题，并在分析和解决问题的过程中，培养研究能力，弘扬科学精神。

2.提炼研究型教学内容

教学内容是教学之本，研究型教学内容的提炼是机械设计课程教学过程中培养学生批判性和创造性思维的重要环节。机械设计课程内容涉及基本原理和设计理论的推导、设计标准和规范的选用以及工程设计应用，可根据学生的智力层次和学习能力的差异，将教学内容分成多个层次，即基础理论知识的学习、工程实践能力的运用和研究性自主学习的提高等，使学生明确各层次的培养目标以及要掌握的基本知识和能力，激活学习思维能力，强化知识的生成过程和应用过程，重视科学方法、科学态度、思维能力、实践能力、创新能力的培养。教师要提炼研究性教学内容，将理论性强的公式推导、原理证明内容改为学生自主学习，把教学重点放在概念、理论和方法的理解、归纳和应用上，突出层次化教学目标。还要丰富扩充学习资料，扩大教学信息量，引导学生充分利用图书馆馆藏图书、电子期刊、互联网网络资源查找和阅读文献，拓展视野，跟踪本专业的学科前沿和工程技术的最新发展，学会自主学习、发现问题和解决问题。

3.探索研究型教学方法

研究性教学是一种开放式教学，不能只局限于一种教学方法，而是多种教学方法的综合合理的运用，比如启发式、问题发现式、研究式、案例式、引导式等，要遵循以“教师为主导、学生为主体”的教学理念，充分调动学生自主学习的主动性、积极性、创造性。还要改革教学手段，将计算机辅助设计软件、运动仿真软件等现代机械设计新技术用于研究型教学中，可充分调动学生的学习兴趣。研究性教学还可通过开设讨论课等形式，增加教师和学生的互动，培养学生的发散思维，主动获取知识的能力。

4.构建机械设计网络教学与自主学习平台

机械设计研究性教学不能只局限于课堂、课本和实验室，还要引导和鼓励学生积极参与课外机械创新设计实践活动，比如机械创新设计大赛、三维实体建模大赛等。而机械设计网络教学平台正是连接课内与课外学习的桥梁。教师通过网络教学平台，可以把课堂教学内容延伸到某一工程应用案例或科学研究热点问题，引导学生利用批判性和创造性思维来解决工程实际问题和开展研究性学习；同时把机械设计课程教学资源、学习方法指导、机械设计实例等上传到网络平台，积极开展网上答疑，给学生创造可以自主研究性学习和自主解决工程实际问题的空间。学生可通过网络平台，复习和巩固所学知识，了解课程发展的动向，激发自主学习的兴趣，还可通过网络交互空间，与老师探讨科学问题，促进师生相互交流。

二、机械设计课程研究型教学的实践

1.以学生为主体，教师为主导，开展互动式教学

机械设计研究型教学以项目式教学为主，通过具体的设计任务驱动学生利用批判性和创造性思维开展探索性学习与合作研究。笔者要求学生课前必须预习下次课的内容，利用互联网查找与课程有关的工程实例和应用，并提出自己感兴趣或有疑问的工程性问题。这让学生由从属地位转变为“场上队员”，教师不再是讲台上的圣人，而是发挥“场外教练”的作用。教师作为一个倾听者和交往者，采用启发式教学引导学生探索问题，学生把自己的想法转化为解决问题的思路。

2.坚持教学和科研相结合，将科研融入教学

开展研究型教学必须突破教室和课本限制，将课内与课外、课本与工程实际融为一体。机械设计课程教师都承担了大量科研任务，其科研成果多数都与所承担的课程内容相关。因此，在教学工作中将教师所获得的最新研究成果在讲课内容中体现出来，更能激发学生的学习兴趣，学生也比较容易接受。教师也可以将承担的科研中的一部分内容作为大学生科技创新训练计划项目，学生通过课外创新实践活动丰富和深化了课堂教学、实验、课程设计和实习等教学活动，创新能力也得到了提高。

3.加强实践教学环节，强化产学研相结合

笔者通过开放实验室，充实和完善综合性、设计性和研究性实验项目，要求学生必须撰写实验预习报告，自主拟定实验放案，自主安排实验时间。教师主要是提供实验原理讲解和方法指导，对实验结果与报告开展分析讨论，找出不足和改进意见。笔者建立了产学研结合、课内外结合、校企结合的大学生科技活动中心，积极开展大学生机械创新设计综合训练活动，使研究型教学落实到机械设计课程教学的各个环节。还注重组织和引导学生在校内开展创新活动和竞赛，鼓励学生积极参加省、市乃至全国性的各类竞赛，如机械创新设计大赛、挑战杯赛、机器人大赛等。

三、结论

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关键词:机械设计基础;课程体系;课程教学

《机械设计基础》是新疆交通职业技术学院汽车制造与装配技术专业的一门介于基础课和专业课之间的重要的设计性技术基础课程,通过本课程的学习,可为学生学习后续专业课程提供必要的基础知识;为学生将来从事产品设计、开发提供必要的理论基础;为将来从事工艺、运行、管理工作时,能对所使用机械传动原理有正确的了解,获得对设备正确使用、维护和故障分析的能力;使学生具有运用标准、规范、手册和图册查阅有关技术资料及编写说明书的能力。《机械设计基础》是理论知识和实践知识综合运用的课程,在整个课程体系中从理论性课程过渡到结合工程实际的设计课程,起到桥梁作用。该课程体系目前仍延续过去的模式,新体系尚处于探索之中。为了突出高职高专的教学特点,提高教学质量,本文就该课程在课程体系、教学内容、教学方法和教学手段、实践环节等方面的问题,提出一些探讨意见。

一、《机械设计基础》传统教学模式存在的突出问题

(一)教学方法单一落后

《机械设计基础》是机械原理和机械零件的综合,主要讨论机械设计的常用方法和一般过程。传统教学方法,授课内容多,而实际教学课时安排不足;讲述原理多,结合实际偏少;纵向论述多,横向比较较少;讲述常规原理多,介绍行业最新技术成果不够;课堂讲授多,课堂课外讨论少。实践教学,仍以劳动性操作为主,对学生独立获取知识能力和自主学习、创新思维能力培养不够。教学手段也不尽如人意,课堂教学仍沿袭粉笔板书、挂图和简单的教具,很难取得好的教学效果。

(二)课程没有针对专业要求合理设置

《机械设计基础》课的知识点非常丰富、繁杂,如不精心组织、把握重点,全部灌输给学生,将适得其反。因此,教学前,教师要对所教的内容加以精选与提炼,把握教学重点,丰富教学内容,以激发学生的学习兴趣。例如,在组织齿轮传动教学时,并不是把教材上所有内容都教给学生,而是根据高职学生的特点和各专业不同的要求,选择不同的侧重点进行教学。工程机械运用与维护专业的学生,就业岗位是销售及维修,因而对他们的教学注重的是应用方面,如齿轮传动的原理、分类、特点、失效形式、齿轮参数的测量及齿轮传动的、密封等;而对于机电一体化专业和汽车制造与装配技术专业的学生,就业岗位主要是机械加工操作、机械加工工艺编制及机床设备的维护等工作,因而对他们的教学重点,除了齿轮传动的原理、分类、特点、失效形式、齿轮参数的测量及齿轮传动的、密封外,还要把齿轮的切齿原理作为重点,同时应了解变位齿轮的基本概念。只有针对不同专业组织教学内容,才能有的放矢,取得好的教学效果。

(三)实验教学比重偏低,学生动手能力的培养欠缺

实验及实践教学是帮助高职学生理解课堂理论教学内容的必要手段,也是提高他们动手能力的重要途径。传统的实验课在实验室中进行,由于实验器材陈旧、缺少,不能保证每位学生的动手操作机会,为此,可将实验与生产实践结合起来。在课余时间可至校办工厂和校外实习基地进行有关实践,如参与维修设备、加工简单的零件等。

二、《机械设计基础》课程体系的设计

(一)改革内容

1.改革思路

本课程组以企业需求为基本依据,按照生产一线实际需要,结合高职教育的特点,强调基本知识,注重实际应用,从机械的组成及特性出发,形成工程力学――材料及热处理――公差与配合――常用机构――联接――机械传动――支承零部件――机械系统设计综述这一新课程体系。该体系将以往的理论力学、材料力学、公差与配合、机械原理和机械零件几门单列的技术基础课程有机地融为一体,理论分析以适度够用为限,突出了针对性和实用性。

2.整合教学内容

在教学内容整合上,删除繁琐的公式推导、理论证明,注重如何运用这些公式、定理、方法等来解决实际设计问题。例如将齿轮、轴、滚动轴承等工程实践性很强、并对工程设计与应用能力有很大帮助的章节作为教学重点内容;将与磨损、螺纹连接、弹簧等章节安排作为学生自学的内容,通过答疑的方式对学生进行辅导;将教材中介绍很简略,但与生产第一线联系很紧密的一些工程知识比如轴承的安装、拆卸、、组合设计以及失效形式、齿轮加工、蜗轮蜗杆加工等知识内容进行补充。

3.结合专业培养目标取舍教学内容

由于各专业的培养目标不同,所安排的课程和教学要求也不同。因此《机械设计基础》课应根据工程机械运用与维护专业、机电一体化专业和汽车制造与装配技术专业课的学习要求,对各专业毕业生就业岗位的要求选取适合的教学内容,使学生能把有限的时间和精力花在学习掌握有用的知识上。

4.增加创新设计内容

《机械设计基础》课程需适应现代科技发展的要求,牢牢把握住本学科的发展脉络,及时补充新型机构、传动零件知识,介绍新的设计理论、方法、技术、计算机辅助设计等内容,以拓宽视野,培养创新设计的思路和方法。在课程设计实训中加强对学生在课程中应用计算机CAD/CAM主流软件(如MATLAB、AutocAD、UG和Pr∥Engineer)的工程实训。专周设计实训的课题主要包括从动件、轴、滚动轴承和联接件等的设计计算、三维造型装配、二维工程图和设计说明书等内容,使学生能够综合运用多门专业课程的知识和技能,在计算机辅助下完成,提高了专业素质和工程应用能力。

5.通过设计培养学生的自学能力和独立工作能力

《机械设计基础》教学中常用机构的设计、通用零件的选择和设计是教学中的重要内容。在教学中可以通过设计作业,如“凸轮机构设计”、“齿轮机构设计”及“轴系部件设计”等,使学生对常用机构和通用零件设计获得必要的工程实战训练,培养学生严谨的学习态度。“机械零件课程设计”是《机械设计基础》课程教学的重要环节。课程设计要让学生一方面加深对已学知识的掌握,培养自身综合运用所学知识和技能独立、灵活地分析问题和解决问题的能力,另一方面,课程设计也要让学生掌握使用工具书的方法和使用技术资料的技能,培养自身的设计能力和独立工作能力。此外,课程设计还要有利于学生形成良好读书习惯和自学能力,以满足自身的终身教育的需要。

(二)课程体系设计思路

1.整体教学设计

按照典型减速器设计的流程所必须的知识和能力结构,归纳《机械设计基础》课程学习领域的主要工作任务,选择一级直齿圆柱齿轮减速器设计作为载体,构建主体学习单元(学习情境),按照资讯、决策、计划、实施、检查与评估六步法,工学交替、任务驱动、项目导向,将真实生产过程和产品融入教学全过程,设计学习情境。并根据行业、企业标准建立《机械设计基础》课程教学体系,选定合适的载体,设计教学单元,完成教学设计。

本课程遵循学生职业能力培养的基本规律,以真实工作任务及其工作过程为依据整合、序化教学内容,设计了4个学习主情境,分别以减速器机械联结的设计、减速器机械传动的设计、减速器轴系的设计和减速器的与密封为载体。4个学习情境包含17个学习性工作任务,把理论学习和实践训练贯穿其中。

2.单元教学设计

学习情境1:减速器机械联结的设计通过螺纹联结、键联接、销联结的设计计算,让学生熟悉机械零件的受力分析,熟悉杆件拉压变形、剪切变形、挤压变形的强度计算,熟悉螺纹联结、键联接、销联结的选用方法和工作原理,并掌握相应联结的设计与安装方法和工艺要求。

学习情境2:减速器机械传动的设计通过圆柱齿轮的设计计算,让学生熟悉齿轮失效形式、材料选择、热处理方法、各类齿轮受力分析和设计准则,并掌握相应的齿轮的选用方法。通过带传动的设计计算,让学生熟悉带传动的组成、工作原理、特点、类型和应用;V带传动;V带轮的常用材料和结构;带传动的安装、张紧和维护;了解同步齿形带传动简介。

学习情境3:减速器轴系的设计计算通过减速器轴的设计计算,让学生熟悉轴的材料及选择;轴的结构设计;轴强度的粗略计算;按扭转强度计算;按弯扭合成强度计算。通过减速器轴承的设计选择,让学生熟悉轴承功用、类型;滑动轴承类型、结构;轴瓦的结构及材料;液体与非液体摩擦轴承简介;滚动轴承类型、特点、精度及代号;滚动轴承失效形式;滚动轴承组合设计。通过减速器输出端的联轴器的设计选择,让学生熟悉联轴器的功用,类型、结构、特点和选择;离合器主要类型及其结构。

学习情境4:减速器的与密封通过减速器的与密封的设计,了解机械中有关与密封的基本知识。

减速器专用周:通过对减速器整体的设计,让学生掌握整个机械设计过程。教、学、做有机融合,把理论学习和实践训练贯穿其中。

三、教学方法和教学手段的改革

(一)启发引导式

机械设计基础是一门理论性和实践性很强的课程,我们在讲授理论知识的同时非常重视联系工程实际,重结论,重应用。例如在讲述摩擦的自锁概念时,列举大量常见的实例,启发学生去思考,并同时从反面提出问题,请学生回答并解释,以此来培养和提高学生独立思考的能力。

(二)多种教学方法进行组合

采用理论教学、多媒体教学、现场教学、实验教学、课堂讨论、做学合一及综合能力训练等教学手段相结合,常用机构讲解改变过去罗列式的教法,从创新的角度用大量的应用实例让学生对生产和生活中的机械装置有更广泛的了解,开阔眼界,学以致用。

《机械设计基础》课程实验是高职学生职业技能培养的重要环节,学生通过实验,可直接接触到生产一线的技术问题和操作技能问题。因此,该课程实验具有很强的针对性。如通过渐开线直齿圆柱齿轮参数测定实验和减速器的结构分析和装配实验等,使学生学习和掌握具体的测试技术,测量方法,从而接触和熟悉测量工具与设备。

采用课堂讨论方法调动学生的主观能动性,教与学融为一体,使学生成为课堂的主体。例如在讲授轴的设计时,先给出各种轴的结构,由学生从加工、装配、承载上讨论分析轴的特点,给出条件然后组织学生讨论,在教师的引导下,得出正确、合理的结论。使学生真正参与到教学中来,课堂气氛活跃,教学效果明显。

《机械设计基础》是与工程实际联系紧密的课程,在教学过程中应特别注重理论联系实际。例如,在讲解机构时,列举了实际机器(汽车、内燃机等)和日常生活中(客车上的折叠椅、缝纫机的踏板机构等)的应用实例,又特别介绍了与专业有关的金属切削机床(车床、铣床、牛头刨床等)应用实例,因而增强了基础课与专业课之间的联系。

(三)利用现代教学手段,激发学生学习兴趣

将多媒体教学手段引进课堂教学。在遵循教学基本规律和学生认识规律的基础上,恰当地制作CAI课件可以将传统教学手段难以表现的内容、教材中的重点和难点表达清楚。

利用生产现场拍摄的录像,再现范成法加工齿轮的过程及根切现象;利用多媒体动画片展现带传动中的弹性滑动现象、展现四杆机构的演化、展现各种间歇运动机构的原理、展示行星轮系与差动轮系的区别、齿轮的失效机理等等。通过多媒体课件直观而形象的展示出来。

如在齿轮一章授课过程中,学生对渐开线的形成等内容的理解较困难,若利用相关软件,编制并演示渐开线的形成过程,然后对渐开线上各点进行齿形角和受力分析,学生很快就理解了什么是渐开线,为什么通常采用基圆附近的一段渐开线作为齿廓。同样通过两齿廓的啮合、啮合线和啮合角的动态显示、中心距的变化等又能使学生对渐开线齿轮的啮合特性有更深刻的理解,从而大大提高了课堂教学的效率和效果。

四、搞好课程设计,培养学生的综合技能

《机械设计基础》课程设计是综合本课程以及相关课程的理论知识、基本技能,独立完成机械传动装置或简单机械设计任务的一种途径,具有较强的实践性、综合性,是一次提升和整合知识的过程。通过课程设计培养学生分析问题和解决机械设计问题的能力,同时教会学生查阅和使用各种资料和手册,熟悉国家有关标准和规范,掌握常用的设计方法和手段(如计算机绘图和计算机辅助设计等)。在选题上,仍以单级或两级直(斜)齿圆柱齿轮减速器设计为主。在课程后期,组织学生对该传动装置进行拆卸、安装和到减速器生产厂家现场参观,提前下发设计任务书,让学生进行一些前期的计算工作,最后通过编写设计计算说明书和答辩,提高学生对设计的论证能力和可行性分析能力。

课程结构决定课程功能。课程能否体现出它的创新价值,在一定程度上取决于课程结构是否有利于师生创造性的发挥和培养,能否为学生的创新提供宽松适宜的时空条件和环境,使学生积极、主动地创造性地学习和发展。教师应在教学中注重提高学生处理实践中具体问题的能力,形成课程知识与实践的连贯沟通,使学生逐步具备适应社会的能力,尽快成为国家需要的高技能应用型专业人才。

参考文献:

[1] 史新民,高飞.高职《机械设计基础》课程教改与研究[J].常州信息职业技术学院学报,2005,(3).

[2] 程帆,王洪飞.机械设计教学中的改革与实践[J].杭州电子工业学院学报,2003,(5).

[3] 王世辉,韦林.高职《机械设计基础》课程教学改革[J].高教论坛,2007,(3):

[4] 陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,2004.

[5] 姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究[M].北京:清华大学出版社,2007.

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一般情况下，创新设计先后经过抽象思维、逻辑思维、全面分析和最后决策四个环节。抽象思维主要是是通过设计人员充分发挥创新思维和智慧，提出新颖的有可能实施的想法，是创新设计必备过程。有了抽象思维过后再将想法具体化，考察其逻辑性和可行性，结合有关的科学理论知识、原理进行进一步的新颖的、可行的、具体化的机械设计。而全面分析则包含了创新设计过程中所涉及的所有可能性，综合考虑技术的可行性、成本与性价比，最后设计出新的可以满足人们生活和生产需要的机器或者其他产品。

1.1我国机械创新设计过程

机械创新设计的目的在于改善机械本身的功能、性能或者以更低的经济成本制造满足生产生活需求的机械。目前，我国技术专家认可的机械创新设计过程一般可分为四个部分，一是根据具体需求确定机械设计的基本原理，二是机械结构的优化和改进，三是机械尺寸设计和参数优化，四是机械运动性能及动力参数优化。机械创新设计与普通的机械设计并没有实质性的差异，主要的区别在于机械创新性设计注重发挥人的主观能动性和创新能力的突破，在充分的调动人的积极性的同时创造出更加符合使用者需求的机械工具。

1.2我国机械创新设计的特点

机械创新设计主要包括四个特点：一是多学科知识交叉运用，互相融合，互相渗透；二是机械创新设计中，数字并非主要思考因素，而是应该充分结合过往经验和相关的理论知识，合理判断和提出可行的新的设计方案；三是机械创新设计不仅需要理论知识和经验，同时也十分注重灵感、想象力、创造力的作用，因此应该最大程度发挥四者的作用；四是凡是设计创造类等实践活动都需要不断重复、尝试，从中吸取经验，多级选择最佳方案。在机械创新设计过程中，只有完全领略和充分展现以上四个特点，才能做出优秀的创新设计。

2.我国机械创新设计思维

机械创新设计思维对于机械创新设计来说意义重大，只有通过不断的改革创新和开拓进取，勇于突破现有的固定模式和局限，采取新的方法、体制、设计才能使自身在飞速发展的时代中保持领先，走在时代的前沿。

2.1机械创新设计思维的涵义

创新设计思维就是指在原有的科学理论知识、原理以及过往的设计和经验中设想出新颖的、更能满足审美或者实用需求的设计方案。而对于机械设计人员来说，创新无疑是自身最核心的竞争力，通过提高产品的性能、降低产品的成本以及缩短生产时间来提高机械设计的性价比。在机械创新设计过程中，首先应该有创造性思维，在前人的基础上提出更加优化的观念，并将这些优化的观念付诸实践，从而创造出新的不一样的机械设计。创造性思维具有多维多向性的特点，强调联想、灵感和感觉，并不是依靠固定的逻辑思维推理出来的，而是激发于机械创新设计人员的大脑。

2.2机械创造性思维的三大特征

2.2.1自由性

机械创造性思维最大的特征在于自由，创新是自由的，思想是自由的。机械创新设计人员可以在结合有关客观科学理论的基础上完全自由凭借自己的想象、灵感、直觉设计出新的机械，而不必有太多的思想束缚。在当今变化赶不上计划的经济时代，思维的自由符合现代社会发展的需要。而在机械设计工作中，要不断地有新的进步的成果，就必须突破原有的事物，消除固定思维的束缚，自由地翱翔在创新设计的天空中，只有不断突破和创新才能设计出更令人满意的成果。

2.2.2多向性

每个人的思维方式都不一样，具有多向性的特点。而在机械创造性思维中，同样具有多向性的特点，设计人员可以从不同角度去观察和判断问题，并且设想出完全不同视角的方案。设计的美妙恰巧在于它的多样性和多向性，没有固定的设想方向，任意一个方向都可以是设计者们延伸的目标。多向性思维与创造力是相辅相成、密不可分的，一个机械产品的设计过程中一定有过多向性的设想，从中择优进行实践得出最后产品。因此，多向性思维是机械设计中十分重要的一点。

2.2.3独创性

独创性即设计出跟别人不一样的产品，提出不一样的理念，突破原有的固定模式，创造出新颖的进步的成果。独创性是机械创新设计的目标，创新的目的在于独创，拥有别人没有的想法和成果。因此，在机械创新设计过程中，要学会从新的切入点思考问题，掌握不同的设计方法，敢于向原有的观点提出新的看法，从而设计出具有独创性、新颖的机械产品，更好满足生活和生产的需求。