机械设计步骤和方法范文

导语：如何才能写好一篇机械设计步骤和方法，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】动态优化方法;农业机械设计;应用

1前言

农业是我国的支柱性产业。结合我国实际情况可知，虽然相关政策及城市改造等措施提升了农民的就业率，但仍然存在许多以农业为主要经济来源的农民。为了促进我国农业的良性发展，帮助农民获得更多的经济利润，可以应用动态优化方法提升农业机械设计的质量。

2动态优化方法

2．1动态优化方法的概念

动态优化方法建立在优化遗传算法、计算机辅助技术等相关技术或技能的基础上［1］。这种方法是指，根据设计要求确定相应的参数或模型之后，通过动力学建模的方式，对所得参数或模型进行动态分析，将参数或模型中存在的不合理问题识别出来，进而提升参数或模型的设计质量。

2．2动态优化方法的应用优势

就农业机械设计而言，动态优化方法的应用优势主要包含以下几种:第一，可修正优势。在基于动态优化方法的农业机械设计工作中，设计人员可以通过遗传算法、动态控制等技术，将农业机械模型中存在的问题找出来，并通过修正措施的利用，提升农业机械的设计质量。第二，使用优势。动态优化方法以农业生产对农业机械产品的实际使用要求为参考依据。相对于其他设计方法而言，基于动态优化法的农业机械产品性能更加完美。

2．3动态优化方法的应用流程

就农业机械设计工作而言，动态优化方法的应用流程主要包含以下几个步骤:第一，项目确立步骤。根据农民的实际要求或相关部门的指示等依据，将农业机械设计项目确定下来。第二，建模步骤。当项目确立之后，设计人员需要结合自身的设计经验和相关数据信息，构建出符合实际农业生产要求的农业机械设计模型。第三，优化步骤。在该步骤中，设计师需要根据实际的农业机械模型特点或性能，利用适宜的动态优化方法(如优化遗传算法或计算机辅助技术等)，对第二步骤中所得模型进行优化设计。第四，农业机械数字虚拟样机建模步骤。在解决原始数字模型中存在的不合理问题之后，需要以优化后的农业机械模型为参考依据，建立农业机械的数字虚拟样机模型［2］。第五，动态控制步骤。在该步骤中，设计师需要利用模糊控制和动态控制对所得农业机械数字虚拟样机模型进行检验。第六，实物模型。农业数字虚拟样机模型经过动态控制、模糊控制检验合格(或已对不合格部分进行调整)后，应该利用其得出农业机械的实物模型。

3动态优化方法在农业机械设计中的应用

这里主要从以下几方面入手，对动态优化方法在农业机械设计中的应用进行分析和研究:

3．1数字变量方面

就数字变量方面而言，利用动态优化方法进行设计的过程将会受到相关标准的要求、农业机械产品的规格参数、强度系数等因素的影响。通过对农业机械的实际农业生产应用过程可知，在所有的农业机械中，处于连续振动状态的农业机械占比约为83%左右［3］。这种特点为农业机械的设计工作带来了一定的困难:设计人员既要分析有害振动对农业机械设备性能产生的损害作用，同时还应该利用有利振动，提升农业机械的设计质量。在数字变量确定环节中，动态优化方法的应用流程主要包含以下几个步骤:第一，根据相关要求设计数字变量参数;第二，以上述参数为参考依据，进行动力学建模;第三，利用农业机械的动力学模型进行动态分析，将模型中存在的不合理数字变量识别出来［4］;第四，通过修改问题数字变量的方式，提升农业机械动力学模型数字变量设计的合理性。

3．2约束条件方面

就约束条件方面而言，基于动态优化方法的优化方式主要包含以下几种:第一，能量平衡及模态柔度优化方式。这种优化方式的约束条件为农业机械本身的刚度参数和质量参数。由于大多数农业机械都需要在连续振动状态下完成农业生产任务，因此，这里以农业机械的抗振化设计为例，对能量平衡与模态柔度优化方式进行分析:从本质角度来讲，农业机械的抗震性能是基于各类组成零件产生的。为了防止连续振动损害农业机械的零件，应该通过增加模态阻尼参数、降低各阶模态柔度的方式，避免2个或2个以上零件在使用过程中出现共振现象。第二，变分方式。这种优化方式以泛函数作为农业机械约束条件优化的目标函数。约束条件的优化原理为:在符合约束条件的范围内，将农业机械所对应泛函数的极值参数计算出来。第三，极小值方式。这种约束方式是指，根据以往的农业机械使用经验或设计经验，从众多能够影响农业机械结构动态性能的因素，将该因素的形状函数确定出来。然后以形状函数为依据，将满足约束条件要求的，农业机械的最佳形状计算出来。

3．3农业机械模型确定方面

当数字变量及约束条件等基础工作完成之后，设计人员可以利用几何定位点法将农业机械模型的相关参数确定出来。结合以往的农业机械建模经验可知，建模的难点问题在于农业机械的转动惯量和运动质心。为了保证农业机械模型的可靠性，设计人员可以将UG软件作为该过程的辅助工具，在保证农业机械充分契合农业生产要求的基础上，利用UG软件将农业机械转动惯量、运动质心的相关参数准确确定下来。

3．4农业机械模型检验方面

农业机械模型的检验可以利用View或者ADAMS等工具完成。在试验台的检验过程中，上述工具可以利用性能检测模块及数据采集卡发挥检测功能，判断基于动态优化法的农业机械模型是否存在不合理问题。当发现存在问题之后，设计人员需要根据具体的问题，再次利用动态优化法对农业机械模型进行优化处理，最终获得性能符合实际农业生产要求的农业机械模型产品。

4结论

为了提升农业生产效率，促进农民增收，可以将动态优化方法应用在农业机械设计中，利用数字变量计算、约束条件确定、模型确定、模型检验等步骤，设计出符合实际农业生产要求的农业机械设计产品。

参考文献:

［1］佟童，赵宇，王丽娟，孙鹏，陈武东．动态优化方法在农业机械设计中的应用［J］．农机使用与维修，2014(12):70～73．

［2］孙岐，杨文斌．以液压缸为执行元件机构优化设计在农业机械中的应用与分析［J］．农村牧区机械化，2016(02):20～22．

［3］王玮，张卫波，韩云芳．混合离散变量优化方法在机械设计中的应用［J］．吉林工学院学报(自然科学版)，2015(02):22～24．

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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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1 现代机械设计方法的发展过程及其面临的形势

1.1 现代机械设计方式的发展历程

迎合科学技术的发展是现在机械设计理念的重要要求，实现机械设计工作的现代化标准。同时要求机械设计的产品质量得到保障，进一步加快机械设计产业链条的生产速度，逐步摸索出了对现代机械设计的方法，形成了相关的理论与实践基础。将这样的理论实践基础与传统的机械设计向结合，形成了当前的设计方法，也即现代机械设计方法。由于机械设备的设计和设计方法存在已久，对于机械设计的形成，可以分为传统设计方法和传统设计理论，它的存在仅有100多年的历史。由于传统的机械设计方法存在着诸多的局限性，导致其已经逐渐的推出了机械设计的历史舞台。随着社会经济环境的不断发展，人们的生活水平也得到了显著提升计算机科学也得到了广泛地普及和应用，以致人们对设计的要求更加的严格，这使得人们对现代机械设计理念的产生了巨大的转变。传统的经验设计方法向现代化的设计理念发展，全面利用优化设计、计算机辅助设计和机械仿真模拟等方法进行更加精确的计算和图形显示进而使机械设计更加的人性化合理化。

1.2 现代机械设计所面临的形势

对于现代机械设计来说它所面临的主要形势为：设计领域逐渐由单一性趋向于多元化发展，机械领域多学科渗透，机械设备的设计由单机转向系统，从业人员由原来的单人扩大到群体合作分工明确，产品的更新速度加快，出产的设计更加稳定，面对当今先进的科技技术发展有进一步对现代化机械设计理念提出了全新的设计要求。

2 现代机械设计方法的特征

2.1 与传统机械设计方法的对比

对于传统的机械设计过程我们可以把它分为：分析和方案优化、评价修改、绘制图样和撰写文件、问题综述、产品需求调查、问题归纳定义。传统的机械设计依赖于设计人员或者行业经验以及类比，而当今的机械设计则上升到理性逻辑以及系统的方式。由于传统的机械设计方法存在着很多的局限性：利用经验类比进行数据的分析，致使机械设计的水平低下；人员通过试凑的方式得到参数以致设计的指标不准；采取静态假设为基础，致使机械的设计成功率低，花费较大，而且对于信息的反馈周期较长效率差。对于现代机械设计来说是以传统的机械设计为基础进行继承和发展的，期间现代设计又将系统科学引入机械设计，这使得机械设计的技术水准更加准确，技术水平更为先进。所需要设计的产品被视为一个总的系统，在CAD的基础上使得从事设计的人员、计算机和现场工况等有充分的互相促进；也就是把一个设计产品划分为几个部分，在当今的设计理念和方法基础上，在各部分独自设计基础上，最终协调配合，完成整个系统的设计。就目前而言，我们可以看出现代机械设计技术是一门综合性强、多学科交叉渗透的基础科学，它将信息技术、机械技术、设计方式、控制技术等通过系统的工程设计把它们更加有效的结合，最终通过系统的结合实现整个机械设计技术的最有配置。

2.2 现代机械设计方法分类

现代机械设计的方法可从多层面多角度进行划分。

2.2.1.从机械的工程学角度分类：机械模具设计方法、机械材料设计方法等。

2.2.2.从其是否成熟得到应用分类：应用计算机数据设计、模型一优化设计、机电一体化设计等：

2.2.3.从其涵盖范围的角度对现代机械设计方法进行分类：可分为狭义设计类和广义设计类。

2.3.机械设计的两类现代机械设计方法

2.3.1.专业的现代机械设计方法

随着现代科技技术的不断进步和高速发展，由计算机系统专业从业人员和专业的机械设计人员共同协作开发设计的计算机应用软件，使的该应用软件可以快速准确的反应机械产品在工况中的损伤、失效以及破坏机理，根据这些数据定量出针对各零件和机械的动态行为的分析，形成稳定的机械设计程序，即专业的现代机械设计方法。例如：摩擦学设计、强度设计和温度场分析等。

2.3.2.通用的现代设计方法

伴随着计算机技术的应用与普及，为了进一步使产品的设计满足机械性能的需求，厂家在进行机械设计时需要应用计算机技术进行数据分析和机械的辅助设计，这被称为通用的现代机械设计方法。传统的设计停留在静态设计的水平上，基本依靠机械设计人员的经验，对于设计产品的定量分析比较困难，对于产品完成后的工况不能有动态的反应。而计算机辅助设计的产品是在随机动态条件下完成的，定量设计是机械设计的发展方向。这些主要包括的内容有可靠性、最优化、专家系统、仿真和CAD图形分析。

3.计算机辅助机械设计方法

CAD（ComputerAidedDesign，即计算机辅助设计）是计算机技术运用于工程设计的产物，这项技术既发挥了计算机的快速运算能力，也节省了工程制图的时间成本，很大程度上使得工业设计的周期得到缩短，同时绘图的精度也得到了很好的改善。使得工程设计人员有更多的精力放在相关的创意上，很好地解放了工程人员的大脑。考虑所设计产品整个生命周期的运行工况，考虑其裁量强度以及各机械部分的损伤，通过有限元法以及数学规划的方法来达到整个产品设计的目标，既极大地降低了设计时间，又保证了产品设计的可靠性。CAD作为一项计算机基础上的新兴技术，必然要以硬件系统和软件系统为基础，软件则需要有系统软件，支撑软件和应用软件三部分；其中系统软件为了很大的统筹管理计算机资源，完成管理控制和数据通信的功能，支撑软件则是为了便于软件开发者开发应用软件，或者用户依据自身需求对软件进行二次开发；应用软件是用户或者开发者为了所确定的需求开研制的具有特定功能的程序。

而对于计算机辅助设计的机械设计来说，一般过程为：a）建立数学模型，常用的机械零件都有比较成熟的数学模型，对于没有的，则首先要建立其模型；b）设计程序框图，程序框图则是人工设计及计算的步骤来实现；c）使用相应的高级语言编程；d）调试，在经过上一个步骤之后，还需要使程序进行检验性计算，甚至是边界、转折点的计算，要就与手算结果基本相符。

4.现代机械设计的发展趋势

4.1.智能化

随着人工智能的快速发展，计算机辅助设计也随之有了很大的进步。基于范例推理和约束满足的工程设计新方法使得CAD软件有了一定程度的智能性。而专家系统可以对于在设计周期中进行方案综合与设计评价。计算机技术在不断地发展，而现代机械设计也在变得智能化、集成化。计算机正在变得日渐通用，不但可以用来进行对于工程零件的机械设计，还可以经由模型来描述机械产品的各种工况，在智能化的基础上，为设计的工程零件的整个生命周期都有很好地把握。

4.2.注重环保

当前，随着环境问题正在变得日益严峻，人们的环保观念也在变得越来越强。反映在工程设计行业中，人们开始逐步推行了绿色设计的环保理念，也即在整个工程设计周期中，注重所设计产品的环境属性，在达到环保目标后，尽量追求产品的功能可靠、质量稳定以及性价比等目标。环保设计出的产品既要有所需功能，又要使得对人与环境的危害降至最低。环保设计理念是人与自然和谐相处，改造自然同时注意保护环境，这是科技发展的必然，这样既能很好地控制企业的风险，又能迎合消费者的需求，增强市场竞争力。

5.结语

随着计算机技术运用于机械设计的不断进步，机械设计有了质的变化，很好地结合了计算机技术的强大运算能力与图形处理技术，节省了人力，提高了工程设计的产品质量，很好地减少设计时间，开发成本也得到了有效控制，在一定程度上使得产品的竞争力得到提高。计算机辅助设计的发展趋势也变得智能化、注重环保、系统和量化；而随着更深一步与计算机技术的结合，机械设计的内容正在变得更加丰富，而得到的产品也会更加的富有解放人力后的富有新意和精确。

参考文献：

[1]王举群，王海伟.现代机械设计方法支撑理论及相关问题研究[J].科技和产业，2012，01：157 162+170.

[2]李龙，李国新.机械设计中对现代设计技术应用的分析[J].机电信息，2012，21：103104.

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【关键词】机械设计理论；设计方法；发展趋势

自从我国加入WTO以来，我国制造业也开始向国际化水准靠拢，市场竞争不断升级，市场对机械产品的质量、结构、功能、性价比以及外形的多样化和个性化提出了更高的要求，同时由于环境资源的制约，要求市场上有更多资源节约型、可持续发展的机械产品不断涌现。这代表我们在新的市场形态中面临着新的机遇，同时又存在着极大的危机。因此，提高我国制造业的生产水平，提高产品的质量，满足国际化、动态化、环保化的高性能高质量产品要求，成为时下我国制造业的一大重要任务。加强现代机械设计理论方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。

1.我国现代机械设计理论和方法的现状

据2010 年统计，我国制造业的工业增加值已居世界第二位，这说明中国已经成为世界制造大国，但远不是世界制造强国。 这是因为我国的机械产品不仅缺乏自主知识产权，缺乏自主创新产品，而且在产品的性能和质量上与发达国家的差距较大。改革开放后，我国的机械设计水平虽然有较大的进步，但与发达的美德日等工业化强国相比，仍然相当于他们六七十年代的水平。我国机械制造业的落后说明了我国在机械产品设计理论、方法和技术领域的落后，这也说明了加快发展我国机械产品现代设计理论方法研究的重要性和紧迫性。

二十世纪八九十年代，我国机械行业为了打造“数字化”和“信息化”工厂，许多企业花巨资购买了世界高端的CAD/CAM/CAE 软件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS 等，并培训了一大批机械设计人员。但很多企业在CAD 应用的深度和广度仍有很大局限性，他们仅仅是利用CAD 进行工程绘图，只实现了机械设计的“甩图板”目的，而三维CAD/CAM/CAE、仿真设计等应用却很少。采用先进的CAD 软件进行工程绘图或做产品结构优化计算，确实能减轻设计人员的工作强度，提高机械设计效率，但机械设计不等于计算，也不等于机械制图加计算，它并不能从根本上解决中国目前机械设计水平低下的问题。在机械产品生命全周期中，由于设计成本只占制造总成本的3%左右，而设计阶段决定了产品的结构、功能、质量、成本、可制造性、可维修性等主要性能指标，所以设计阶段决定了产品整个成本的70%左右，制造阶段及后续其他相关阶段只决定约30%的总成本。因此大力开展现代设计理论方法的研究，并把现代设计理论方法在我国制造业中推广使用显得非常有必要。

2.现代机械设计方法理论的范畴

现代机械设计理论和方法是对传统设计方法的继承、创新和发展，它是将机械技术、信息技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和管理科学等有机地加以综合，形成的一门多学科、多专业相互交融的系统设计科学。如果从系统的观点分析，现代机械设计理论和方法又是一个由时间维、逻辑维、方法维组成的三维系统。时间维反映了产品规划、方案设计、技术设计和加工设计流程的时间顺序；逻辑维是指解决问题的逻辑步骤，现代机械设计采取先分析、再综合、然后评价、最后决策的步骤；方法维是指机械设计设计过程中的各种思维方法和工作方法。现代机械设计采用各种先进的设计理论方法，使机械设计进入优质、高效和创新的新时代。现代机械设计具有的范畴如下：（1）信息论方法。如信息分析法，技术预测等。（2）系统论法。如系统分析法，人机工程等。（3）控制论法。如动态分析法等。（4）优化论法。它是现代设计法的目标。（5）对应论方法。如相似设计、反求工程设计等。（6）智能论方法。如CAD，计算机辅助分析等，它是现代设计方法的核心。（7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。（8）离散论方法。如有限元和边界元方法。（9）模糊论方法。如模糊评价和决策等。（10）突变论方法。如创造性设计等，它是现代设计方法的基础。（11）艺术论方法。如艺术造型等。

3.现代机械设计方法理论的特点

传统机械设计方法设计者是根据机械设计的任务和目标，以生产经验数据作为设计依据，运用一些基本的设计计算理论，采用模拟、类比、试凑等方法进行设计。由于试验和测试条件差、技术水平低，整机的性能分析也难以深入，因此新产品的研发往往需要经多次试验和修改，从而造成产品设计时间长、耗费大、所谓满意往往带有很大的主观性等问题。而现代机械设计理论与方法是在多学科（思维科学、信息科学、系统工程、计算机技术等学科）支持下，研究机械设计规律、设计技术和工具、设计实施方法的工程技术科学，它具有下列特点：

（1）创新性。创新是一个国家和民族的灵魂，是生存、发展壮大的前提。现代机械设计依托的是先进设计理论和设计工具，它能使设计者的创造性思维能力得到充分发挥，使设计者灵活运用各种创造性的手法，开发出高质量、低成本、服务优且符合环保概念的产创新品。

（2）系统性。 现代机械设计注重用系统的观点来看待设计问题它既考虑产品本身，还考虑对系统和环境的影响，即注重人-机-环境的大系统关系。

（3）动态性。传统机械设计只考虑产品的的静态特性，而现代机械设计需要同时考虑产品的静态和动态特性。

（4）前瞻性。在产品设计初期，现代机械设计不仅考虑产品生命周期的全过程和各个阶段的性能要求，同时还考虑系统和环境的影响。这种具有前瞻性的设计可以让人们及早发现产品的潜在缺陷，将可能发生的机械故障减小到最低程度，它能保证自然生态资源的平衡，实现人类的可持续发展。例如，电动汽车的出现就是一个反映现代机械设计具有前瞻性的例证，在电动汽车设计过程中，设计人员既考虑了有关电动汽车的技术问题，又考虑了驾驶操作方便、乘客安全舒适以及动力燃料供应、城市布局、道路发展规划等社会问题。

（5）多学科理论和技术的交融性。 现代设计理论方法是一门新兴的综合叉学科，它交叉与融合了现代设计方法学、可靠性设计技术、有限元方法、计算机辅助设计技术、工业造型设计等多种学科。例如，可靠性设计涉及产品设计、生产、使用、管理、贮存、运输等各个环节，它是将概率与统计理论、失效物理和机械学等多种学科有机相结合起来的一门综合性很强的科学。由于现代机械设计理论方法具有多学科理论和技术的交融性，因此现代机械设计减小了传统设计中经验设计的盲目性和随意性，提高了设计的主动性、科学性和准确性。

（6）并行化、自动化、计算机化。传统设计方式是由许多部门用串行工作方法参与设计，由于信息是串行的，采用人工检索资料、手工计算和绘图，因此易造成大量返工，且质量难保证，设计过程漫长。现代设计方法是新理论与计算机应用相结合的产物，采用计算机化后可进行并行设计，可把人们的经验、智慧和创造力与计算机高速运算的功能有机地结合起来。随着计算机软硬件的发展以及工程数据库、网络技术的广泛应用，机械设计数据的准确性、稳定性大大提高，提高了工程技术人员的设计效率，设计手段也更加精确，设计方法更加现代化。

4.我国现代机械设计理论和方法的发展方向

随着市场需求的多元化与产品质量标准的不断提高，我国现代机械设计理论方法的发展也在不断的发生变化。总体来说，我国现代机械设计理论方法将在以下几个方向进行发展：（1）在性能上向高精度、高效率、智能化的方向发展；（2）在功能上向小型、轻型、多功能化方向发展；3）在层次上向集成化方向发展。具体来说，我国现代机械设计理论方法的发展机械设计对象由单机走向系统，设计要求由单目标走向多目标，产品设计周期缩短；设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；产品设计由自由发展走向有计划的发展；设计工作的人员从单人走向小组；设计的发展要适应科学技术的发展；绿色设计思想。

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关键词：机械设计基础；实验教学；教学改革

引言

高职教育主要是为生产、建设、管理、服务第一线培养输送高等技术应用性人才。为此，学校的一切教学活动都必须围绕实现“高等技术应用性”人才培养目标进行。高职实验课教学是高职实践教学体系中重要组成部分，是培养高等技术应用性人才的前沿阵地。 “机械设计基础”作为机械类各专业教学计划中的主干课程，在培养合格机械工程人才方面起着极其重要的作用，，是一门实践性很强的课程。因此，其相应的实验环节，不仅对学生巩固所学知识、培养实践和动手能力，而且对培养学生分析问题和解决问题的能力都具有很重要的意义。

1.存在的问题

1.1教师方面

很多教师依旧采用陈旧的教学模式。在实验课的教学中，只是枯燥地演示。虽然有些教师很认真、详细、具体的编写实验指导书，但是学生有依赖性，学生根据老师提供的操作步骤和方法，操作出大致相同的结果，编写出步骤相同的实验报告。教师在编写实验指导书时，没能将最新的技术动态通过操作技能训练体现在实验教材上，使学生跟不上需求的发展步伐，远离生产实践。

1.2学生方面

大部分学生对实验不够重视，在操作实验的实践过程中，大部分学生的动手操作积极性、主动性不高，只草率地按要求完成实验指导书给的步骤，对于实验过程中出现的提示或结果正确与否，为什么会出现这样的结果想都不想，甚至有些学生等实验课快结束时，拿同学的实验报告来抄抄改改了事。

1.3学校方面

学校对实验教学缺乏全程的监督检查，实验课的质量，也只是简单地表现在实验报告的上交。如果实验报告仅仅是抄抄实验步骤和实验数据，那就完全失去为了上实验课的意义。 所以，必须改革以往监管手段，形成有全面考查学生综合素质能力培养的实验教学模式。

2.改革措施

2.1加强师资队伍的建设

（1）构建一支具有高职特色的“双师型”教师队伍。引进有丰富企业工作经历的师资，对现有师资进行培训，鼓励专业教师到企业顶岗实践，积累现场的工作经历，从而提高实践教学能力。

（2）提高教师的实验指导水平。实验课教师也要经常集体备课，而且，实验课的备课比理论课要求更加细致，要合理地设计实验，使用启发式教学方法来引导学生完成实验，而不是让学生按照我们制定好的操作步骤完成实验。

2.2实验教学内容改革

高职实验课教学内容改革，是高职实践教学改革的核心，实验内容的改革必须坚持“三个基本原则”做到 “三个有利”。“三个基本原则”即实验课教学内容必须反映当今科学技术发展水平，促进生产发展，反映“高等技术应用性”人才培养目标和人才培养规格的需要“实际、实用、实践、实效”。“三个有利”即有利于培养学生的创新精神，有利于全面提高学生分析问题和解决问题的能力，利于增强学生实际操作和实践动手能力。开设具有应用性、设计性、综合性强的、体现现代先进实验技术的教学实验项目，削减以验证理论为主的、内容单一的实验。实现实验内容由“单一型”向“综合型”转变。

“机械设计基础”课程的任务是培养学生掌握常用机构和通用零件的基本知识、设计基本理论和方法，具有设计机械传动装置和简单机械的能力，掌握运用标准、规范、手册、图册和查阅有关设计资料的能力。为使实验教学与课程教学的有机结合，强化学生实验环节的综合技能训练，培养创造性思维能力可以着重进行下列综合性、设计性实验。

（1）机构运动方案创新设计实验。在课程讲授完各种机构的运动特性和设计方法之后，给学生提供的一个创新设计环节。其目的在于加深学生对机构组成原理的认识，进一步掌握机构系统的运动特性和创新设计方法。

（2）机械传动方案实验。学生通过实验，了解传动方案设计的多样性及机械设计中常见测试方法，并通过多种方案的比较，择其较好的方案。

（3）计算机辅助工程分析实验。加深学生对理论力学中静力学、运动学、动力学分析以及机械原理机构等概念的理解，并初步了解机械动力学仿真软件的应用范围及使用方法和动力学仿真的过程，开阔学生的视野。

2.3实验教学方法改革

实验方法由“示范型”、“验证型”向“参与型”、“设计型”、“创新型”转变。

（1）不同层次的学生，设计不同的实验内容。要建立一种以能力培养型的实验教学体系。一方面，以学生为主体，采用“自主教学”教学法。教师必须根据不同学生的学习状况来设计不同的实验教学内容。

（2）实验前精讲实验过程和方法。在实验教学过程中，改变以前那种教师讲述一遍、操作一遍，让学生按部就班地做一次的旧模式。采用实验前精讲实验过程和方法，在上实验课时，把课上所有的时间留给学生，让学生自己动手实践所学的理论知识，并使学生掌握的理论知识升华为操作技能。让学生真正地体会到实验的过程、目的和效果，最终达到做实验的目的。

（3）重视教师的指导作用。一次成功的实验是与教师的工程实践能力和悉心的指导是分不开的，为此应改变以前“集中指导的方式”为“集中与分段相结合式指导”，实验前针对具体的实验任务如何入手去做，通过教师的实践经验引导学生解决初期入手难的问题。

2.4加强实验室建设，创立机械创新实验室

加强实验室建设，使其具有职业岗位场景特征、实用技术强化特征、行业及地域经济突出特征、体现能力本位特征等。充分发挥实验室的职能，在原有机械原理、机械设计陈列室的基础上，补充一些新型的机械和典型的机械模型和实物，在一些工矿企业收集各种典型的失效零部件和各种机械，为学生认知零件的失效情况和学生亲自动手装拆机器，认识和掌握各种传动方式提供条件，实验室全天开放，便于学生参观学习。创立“机械创新实验室”，组织学生参加开外科技活动，培养学生的创新能力及动手能力，为学生以后能适应工作岗位提供条件。

高职教育的最终目标就是培养应用技能型人才，院校实验室是实现教育与社会实践相结合的发生器、整合机，反映高职院校办学方向、教学资源和核心能力的本质特征，意义十分重要。实验室要不断充实与改进培训内容，改革培训方法，培养学生职业技术技能、独立解决实际问题的能力和创新能力。

参考文献：

[1]庞珊.《机械设计基础课程教学改革探讨》

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[关键词]现代 机械设计 创新 特点 发展 研究

中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0338-01

随着社会发展的迅速，且传统的机械设计存在很多弊端，因此传统的机械设计已经无法在当今社会继续发展，被现代机械设计所取代。为了能够对我国的机械制造业做出巨大的贡献，促进我国社会主义现代化建设事业的发展，必须不断加强现代机械设计的创新力度。

1 传统机械与现代机械的特点分析

1.1 传统机械设计特点

机械设计经过漫长的发展时期进行了不断变化与完善，直至今日我国的机械设计已形成了一个健全的设计体系，其广泛应用在社会各个领域。以往我国的机械设计由于受社会发展速度与生产力水平等诸多因素的影响，使得其发展速度只能靠长期以来的经验来支持，所以导致其发展速度非常缓慢。为了避免这些错误的产生，常常依赖于从业人员的设计经验，所以人们往往按部就班，从而忽略了创新意识的重要性，阻碍了机械设计创新的步伐。传统的机械设计存在很多问题，在实际投产后收到的回报较少。并且传统的机械设计严重降低了工程的施工效率，其操作过程非常烦琐，耗时、耗力，给工作人员带来了诸多的困难。

1.2 现代机械以及现代机械设计的特点

第一，高性能，结构简单。传统机械要想在功能上做出改变，采取的办法比较单一，只能将装置与设备进行改变才能实现。对比传统机械发现，现代机械在革新方法这一方面显得非常灵活，可以综合使用结合后的技术，也可以从其他的方面入手，从而使结构满足科学化的特点。第二，效率高，降低了成本。现代机械的工作时间与传统机械相比较要节省许多，工作成果能够被直观看出，产品质量也得到了充分的保证。第三，现代机械功能多，柔性高。现代机械发展前景十分广阔，涉及对象也较为广泛，且机械方式也较为多元，例如在进行机械操作的过程中，合理应用电子通讯技术就可以有效弥补传统操作过程中所表现出来的不足。对比以往的机械设计而言，现代机械设计的思路与理念都较为新颖独特，由于现代机械设计具有多元化的特点，其本身所涉及的学科也非常多，并且关系到许多的行业，涵盖了很多领域的研究成果，如思维科学、智能科学、哲学以及心理学等，不局限于机械专业的技术和理论知识，现代物理学与应用数学等基础科学的重要理论也包含于现代机械设计之中。另外机械电子学与检测技术等相关技术在自动化领域的研究成果中也发挥了至关重要的作用，为现代机械设计提供了有利依据$而对于现代机械设计创新而言，更加富有特色，这是传统机械设计所无法相比的。

2 机械设计创新思维的特点介绍

创新思维，突出的就是一个“新”字，创新思维要求人们的思想活跃并富有创造力。在社会生产的各个环节中，创新思维是必不可少的，它是一个被人们所广泛接受和推崇的思维进步过程。创新思维侧重于思维的创新，具有一定的推理性#创造性、综合性和多向性特点。重在打破传统陈旧模式的限制，得出具有创造性价值的全新理论。然而在创新的过程中必须要注意一点，那就是创新不是臆造，不是凭空的想象，创新必须要以丰富的知识和经验为前提，在实际操作的过程中，要求机械设计人员本身必须具备扎实的设计经验和设计理论，要能够整合现有资源逐步推进创新的发展，要能够从不同的角度和层面去进行深度的思考，总结归纳出完整的机械设计的设计理念与技术方案。

3 完成现代化机械设计的措施

其一，加强数据库的管理。当前，管理数据库的软件种类非常多，并且做好数据库管理的工作对机械设计来说具有重要的意义$针对眼前的设计形式，需要一个能够储存大量数据并且管理方便的数据库管理系统，所以对数据库的管理进行不断创新显得极其重要，在建立数据库的过程中，应该按照机械设计的实际需求来进行设计，最终创建出理想的数据库管理系统。其二，充分运用计算机技术开展机械设计是大势所趋，在设计过程中有很多步骤都可以借助计算机制图软件来实现。在计算#画图以及设计等方面，CAD软件是非常得力的助手。在软件使用的过程中，设计人员可以自由地施展才华，设计的效率和精准度也得到了全面的提高。CAD软件主要包括系统软件、支撑软件和应用软件3个部分。而人是CAD软件应用的主体，需要注意的是，在运用CAD软件的过程中，必须要具备扎实的专业知识与设计经验，不能够完全依赖软件而不去调动思维，只有做到人脑与电脑的结合，才能灵活地运用计算机设计出完美的作品。

4 实现现代化机械设计的具体措施

4.1 加强数据库的管理

当前的数据库管理软件种类繁多，在机械设计方面，数据库管理发挥着非常重要的作用。为了满足实际设计的需求，通常需要一个便于管理并且储存量较大的数据库管理系统，因此必须加强数据库管理的创新，根据机械设计的实际需建立与之匹配的数据库，以方便、准确、科学地进行数据分析，从而达到理想的管理效果。设计人员在机械设计过程中，必须要经常性地查找有关的文献与数据，如果说按照传统方法逐一排查所消耗的时间过多，那么充分运用计算机软件所建立的庞大数据库，则能够快速搜索出想要的内容，设计者只需将机械设计资料输入到数据库中就能够建立起一个数据的存储空间，并能迅速地分析和查找出所需要的资料，从而大大节省了时间。

4.2 充分运用CAD软件

充分运用计算机技术开展机械设计是大势所趋，在设计过程中有很多步骤都可以借助计算机制图软件来实现。在计算、画图以及设计等方面，CAD软件是非常得力的助手。在软件使用的过程中，设计人员可以随心所欲地施展才华，设计的效率和精准度也得到了全面的提高。CAD软件主要包括系统软件、支撑软件和应用软件3个部分。而人是CAD软件应用的主体，要注意的是，在运用CAD软件的过程中，必须要具备扎实的专业知识与设计经验，不能够完全依赖软件而不去调动思维，只有做到人脑与电脑的结合，才能灵活地运用计算机设计出完美的作品。

5 结语

随着新时期的到来，在这种新形势下加强现代机械设计的创新与特点研究显得至关重要，其不仅影响着企业的自身发展，还关系到社会的发展，在很大程度上决定着社会经济的繁荣。对于创新而言，它是现代化机械中不可替代的重要组成部分，合理的创新能够有效地提高机械性能。因此必须着眼于现在与未来的发展，找到当前机械设计的不足，加以创新与完善，拓展工作人员的思维，最终提高机械设计的发展速度，促进我国社会经济的快速发展。

参考文献

[1] 张前森.浅析现代机械设计方法及研究进展[J].科技资讯，2011（18）.

[2] 刘宗镒.浅析现代机械设计的思想与方法研究[J].科教新报（教育科研）. 2011（26）.

[3] 杨春辉，张洪申.创新思维在现代机械设计中的体现[J]. 广西工学院学报，2011（02）.

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关键词：有限元法；机械设计；实际应用

有限单元法有着模型精确以及便于工程软件进行处理等很多的优势，在机械结构分析与设计中得到了广泛的认可。在掌握弹性力学等机械结构力学分析的基本原理的基础上，可以应用有限元法的相关原理解决相关问题，因为有限元法采用的组装方法，使得每一个步骤都能够容易的实现计算机软件的模块化，有利于计算机软件的实现，使得相关的机械设计成果得到了优化，还能够维持机械机构良好的运行性能，而且在此基础上不断发展，能够使得自己的能力得到大幅提高。

1 有限元法的基本内容及其平面应用

1.1 有限元技术特点

因为有限元技术的实用与通用的能力，其相关联应用越来越广泛的被应用，与此同时，有限元技术整体也比较的成熟，它的计算能力以及相关的处理能力都比较的杰出，也更加造成了人们对该技术的热爱。虽然在很多的设计中都有所应用，但是其特点并不复杂，一般是以下几点：第一，在机械产品上，对械产品进行多场耦和以及机构等分析，并能够合理处理复合材料、土壤物质、岩石甚至是金属材料，具有非常杰出的适用性；第二，可以针对数据的修正需求，做好相关工作，因为它可以自动化的进行自检网络求解精度以及单元形态，为机械设计保持完整的开发环境，使得操作人员可以依据自己的需要，利用自定义功能，进行灵活多变的设计、扩充软件；第三，有限元技术和多个CAD软件实现“互联互通”，也就是有着非常紧密的连接，通过CAD软件制作的相应配件或机构配合有限元软件集成使用，能够将该配件或机构合理划分有限元网格进行合理的分析与设计，与此同时，还要注意相关的调整工作。

1.2 板壳问题的有限元法

作为弹性力学别经典的问题之一的板壳问题，是利用有限元法的一个小的铺垫，他主要包括两个问题，即薄板弯曲问题以及壳体问题，之所以没有厚板问题，是因为对于厚板，目前为止还没有便于解决工程问题的分析方法，而薄板，已经通过一些计算，进行了假定，建立了一套完整的理论，在壳体问题上要特别的注意设置的计算假定。在了解了相关方法后，列出相关问题进行求解，这里不再赘述。

1.3 平面问题有限元法的实施步骤

对于平面问题使用有限元法时的主要步骤，主要按照以下的顺序进行：首先将结构离散化，也就是要将计算对象进行离散化，即把结构划分为许多三角形单元，并对节点进行编号，最后确定全部节点的坐标值是多少；其次是选择单元位移模式，这里需要对单元进行编号，并列出各单元三个节点的节点号；第三个步骤是，对单元刚度进行分析，计算外载荷的等效节点力，列写结构节点载荷列阵，这是很关键的一部，否则数据将出现大面积的错误，不利修改；第四步是将等效节点力计算出来，具体做法是计算各单元的常数b1、c1、b2、C2、b3、c3及行列式2，计算单元刚度矩阵；第五部署进行整体结构平衡方程的建立，对结构整体刚度矩阵进行组集；第六步要引入边界的约束条件，与此同时，处理约束，消除刚移；第七步需要特别的细心，它需要一定程度上的求解，要求解未知的节点位移以及单元应力，利用求解线性方程组，得到节点位移；最后一步也是非常关键的一步，整理计算结果，利用计算应力矩阵，求得单元应力，并根据需要计算主应力和主方向。

2 机械结构动力学分析的有限元法

2.1 机械结构固有的特性的有限元分析

机械结构的固有频率和固有振型求解是模态分析的关键。求解固有频率和振型的方法主要有振型截断法、矩阵逆迭代法、里茨法、广义雅可比法等。对于一个连续体结构，其固有频率有无萌限多阶。在有限元中，结构被离散成小的单元，固有频率的阶次就是有限的。但是，对于大型复杂结构，单元的数目可能数以万计，由这些单元形成的动力学方程组的规模很庞大，其特征方程的阶次通常会很高。在有限元中，经常只求解结构的低阶模态。另外，同样规模的特征值问题，其计算量比静力问题的计算量要高出几倍。因此，如何降低特征值问题的计算规模、减少计算量是一个重要的课题。如下介绍求解特征值问题的振型截断法（即Guvan缩聚原理）。对于一个机械结构，设其静力学问题的整体刚度方程为K×q=P

2.2 有限元技术在机械设计中的优化工作

在机械设计中应用有限元法，需要优化多方面的工作，下面总结出以下的方面进行详细分析：在机械设计中应用有限元技术需要简化设计模型，将一些不影响整体力学分析的部分在机械设计的过程中去掉，并按照机械工程材料相关要求，对工程材料进行相关定义，从应变、杨氏模量等多个方面进行思考后选择；再根据力学性质，确定接触条件，使用高副运动还是低副运动等；再根据受载荷状况确定收敛方法。这样一系列的工作完成之后，可以确定材料的主要参数，再根据前文介绍的选择单元类型，进行相关的工作，例如对主要的机械设计结构进行结合有限元技术的分析等，要注意在以上的工作当中还要注意机械精度设计与相应的监测与检测，确保机械设计成果与机械精度有着合理的关系，最后对载荷进行有限元法的处理。

2.3 机械结构动力学有限元案例举例

机械结构动力学有限元分析主要有两种方法，即固有频率求解以及动响应求解，其中在富有频率求解时，利用有限元分析软件ANSYS进行求解，分为以下几个步骤：首先选单元，并创建有限元模型，之后对相应地点引入约束，进行相应的求解，对计算结果进行结果后处理；当动响应求解时，要利用ANSYS的瞬B响应分析求解程序可以确定结构在承受任意的随时间变化荷载的结构动力学响应，具体做法是，首先选中单元，对有限元模型进行创建，之后引入约束，进行相应的计算求解，最后利用上面的到的数据，绘制好响应曲线。

3 结语

实际应用中要根据机械结构有限元分析的需求，合理选取弹性力学的基本理论、覆盖弹性力学的基本方程和典型结构的弹性力学基本解法。根据机械动力学与振动分析的需求，利用机械动力学基本原理，分析动力学有限元；要想利用好在有限元法原理，应该由浅入深，从三角形单元入手，直至复杂的等参数单元。同时还对有限元形函数理论进行了了归纳梳理，将单元形函数构造的基本原理掌握，并快速扩展有限元中的单元特性知识。利用板壳有限元、动力学有限元等相关技术，全面地掌握并提高结构分析的主要单元类型的能力，还要学会ANSYS等程序。有限元分析方法，优化和改进机械设计，使其满足刚度、强度和应力要求，并把产品应用到各行各业中。

参考文献

[1] 李树臣.机械设计技术的现状与数字化智能化的发展趋势研究[J].通讯世界，2015（15）：208-209.

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计算机辅助设计在机械设计教学中的应用，有利于提升学生的空间想象能力，加深学生对机械设计知识的掌握程度，并且还能丰富学生的资料收集内容。

（1）提升学生的空间想象能力。随着计算机辅助设计技术的发展，目前市面上已经出现了多种三维CAD设计软件，利用这些软件对机械零件进行建模并展示给学生，可以使学生在头脑中形成对机械零件结构的空间认识，这是传统二维工程图所无法比拟的。

（2）加深学生对机械设计知识的掌握程度。传统的机械设计教学模式一般是老师在讲台上讲，学生拿着课本坐在下面学，即使借助了一些多媒体教学课件，也没有从根本上改变学生被动学习的模式。利用计算机辅助设计技术，老师可以将典型零件结构的设计步骤一步步地展示给学生，在这个过程中，还可以通过渗透，让学生通过对老师步骤的模仿来提高他们的设计能力。以笔者所在的高职院校为例，上课时老师将自己的电脑桌面投影到大屏幕上，然后通过实例操作对三维CAD设计软件的功能应用进行了演示，例如，如何创建草图、如何对草图执行拉伸和旋转操作等，通过老师的实例演示，学生对三维设计软件的掌握水平明显提高。

（3）丰富学生的资料收集内容。以往的机械设计资料都是一些二维工程图纸，不仅难以收集，而且不利于保存。在应用了计算机辅助设计后，学生可以对一些典型机械零件和结构的设计资料、模型和数据进行保存，从而为学生后续的机械设计学习奠定良好的基础。

2.计算机辅助设计在机械设计教学中的应用实践

在当前机械相关专业的教学过程中，通常都会涵盖一些典型机械产品及零部件的设计过程教学，如齿轮变速箱、剪切机等，我们可以在结合传统教学模式优点的基础上，通过对计算机辅助设计的应用，切实提高教学质量和效率。下面以剪切机的设计过程教学为例进行详细说明。第一，可以参考“工程力学”中剪切机的简化模型进行初步的计算机辅助设计训练，通过对简化模型的学习，学生可以初步掌握剪切机的工作原理及其中各部件的连接关系。第二，学生在充分掌握剪切机简化模型的基础上，就可以通过应用三维CAD设计软件对各部件分别进行建模。

第三，学生可以进一步在三维CAD软件中建立一个装配环境，然后将第二步所建立的各部件模型导入进来，最后再根据剪切机模型中各部件间的连接关系进行虚拟装配，并定义好部件之间的连接传动副。第四，在装配模型已建立好的基础上，可以应用软件对其运动进行仿真和分析。第五，还可以借助一些CAE软件对所建模型进行应力和应变的分析，学生通过本步骤的学习，能够对连杆各部位的应力、应变情况有一个清晰的理解，这比传统设计教学中的受力分析更直观易懂，同时也可通过对分析结果的解析，让学生直观地认识到各个设计参数变化对剪切机受力变化情况的影响，从而为后续进行的优化设计打下坚实的基础。因为剪切机模型可以简化为一个典型的连杆传动机械装置，其传动关系也比较简单，再加上实物模型的辅助，学生易于接受和学习，从而可以使学生由易到难、由简到繁，实现计算机辅助设计技能的逐步提高。

3.结束语

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1.1积极引导中职生快速切人设计主题在讲授《机械设计基础》课程的设计时,要想确保中职生可以快速地领会设计教学的内容和思想,就要求教师要以最快的速度切人到设计课的主题上来,而在布置给中职生学习任务的时候,教师要尽可能对这些任务进行细化,如有可能,应量化成为中职生每天完成的工作程度和详细步骤。举例说明:对于减速器的课程设计,教师可以通过分组形式让中职生先参观减速器,以对它形成一个直观的了解,在此基础上再将设计的思路、方法以及步骤进行反复地讲解,同时充分地运用着课程的设计指导书这一辅助材料来帮助中职生逐步地完成前期化的设计工作,进人到设计的主题中来。中职生要严格地按照设计任务书当中的规定任务按时地完成。在后期的设计过程中,尽量确保时间的充裕,避免出现时间分配不合理的现象,更要防止因时间紧迫而出现剿窃、抄袭的情况,从而使设计质量得到全面保证。

1.2全面提高中职生的综合设计能力在《机械设计基础》课程的整体设计过程当中,教师要因材施教地针对不同中职生的具体情况采取分组设计的模式,在各个小组内部认定一名组长,这名组长组织本组学生相互讨论和学习,如果遇到困难的时候可以先通过小组讨论的方式给予解决,这种模式的优点就在于可以提升中职生的思考能力和合作能力,并且能够将自我观念和认知全面融进到整个的设计当中,取长补短。小组当中无法得以解决的问题可以拿到最后的大讨论当中来给予解决。这样,虽然学生人数多,但是在小组讨论中就能解决很多问题,教师指导起来针对性就会加强。在设计过程中,学生的思考问题能力和综合设计能力都会得到很大的锻炼和提高,为以后的机械设计打下良好的基础。

1.3鼓励创新,大胆设计中职生在进行设计的过程中,教师要随时激励他们进行大胆的想象,不怕想象错误,只怕中职生没有想法。教师在对中职生设计的评价过程中,时刻对于那些有着创新思想的学生给予积极性的鼓励,这些都是为了确保中职生能够真正地形成独立创新的能力,这些能力的养成对于他们未来的生存、工作和发展都具有实际化的帮助和意义。

2小结

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[关键词] 课程设计；三维模型设计；UG软件

[作者简介] 梁永江，柳州职业技术学院机电工程讲师，工学硕士，研究方向：机械设计与制造教学和设计，广西 柳州，545006

[中图分类号] G42 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）03-0079-0002

《机械设计基础课程设计》是高职院校机械专业设置的一项实训环节，是学生首次运用机械设计基础及其他先修课程的理论知识解决工程实际问题的实践。通过课程设计，学生可初步掌握简单机械装置的设计方法和步骤，可以了解机械设计的一般程序，熟悉和掌握机械设计的基本方法及步骤，学会查找和运用有关技术信息及资料，逐步培养创造性思维能力和增强独立、全面、科学的工程设计能力。

一、高职高专机械设计课程设计的现状

目前，高职院校机械类及近机械类专业课程设计一般采用减速器为设计对象，设计题目一般为单级直齿圆柱齿轮减速器。设计内容包括电动机选型、传动方案选择、v带传动设计、传动零件设计、强度校核、减速器箱体设计、螺栓连接选型、键连接选型、方式设计、附件设计等。设计的工作量为减速器装配图一张、齿轮和轴类零件工作图各一张、设计计算说明书一份。以往的教学方式也一直沿用传统的机械设计方法：计算、查资料、图板或Autocad绘图。整个过程要求学生思路清晰，基础知识尤其是二维制图读图基本功扎实，但由于高职高专的学生理论基础与综合能力相对较薄弱，设计计算、分析、绘图能力相对较差，很多学生在绘图的过程当中对基本的三视图关系解读困难，在工程制图时对设计中零部件内容，装配关系不了解，导致信心不足及后面的胡编乱造、抄袭、敷衍了事，达不到课程设计的最终目的。

二、在课程设计中使用三维设计软件的可行性和必要性

随着CAD/CAM 技术的飞速发展和日益普及，基于三维模型的设计已日益发展和成熟，高职高专近机类的专业，在开设机械设计课程及计算机辅助绘图的同时，也开设了三维软件如Pro/E、UG、Catia等课程。笔者多年来从事机械设计基础及三维设计软件教学，从多年的教学反馈来看，由于基于三维模型的设计相对直观，解决了令很大一部分学生读图识图的困难，学生学习的兴趣很高。从教学的效果来看，学生用三维软件进行课程设计是完全可行的。但由于课程设置和学时编排困难等原因造成机械设计与三维设计软件课程的教学始终没有有效地结合起来。一方面，学生在做课程设计时普遍感觉抽象，很多学生感觉困难甚至放弃，从而出现设计抄袭现象严重，教学效果甚微的情况。另一方面，学生学完三维软件后也没有有效地加以实践。因此，应将三维软件应用于机械设计的课程设计甚至是后期的毕业设计，可以在很大程度上提高高职高专学生对课程设计的积极性，实现课程设计的最终目的，也能将三维设计软件有效应用于机械设计，培养出能适应CAD/CAM 技术的飞速发展、适应企业新技术快速发展的高技能人才。

三、UG软件为机械设计基础课程设计提供的功能

（一）三维实体建模与修改

机械设计基础课程设计强调边计算、边修改、边画图的三边设计过程，画图与计算修改是互相补充，交叉进行的，一些零件的尺寸可以通过经验公式获得，但有一些零件的尺寸则需要通过画图、即装配后根据结构才能确定。如减速器箱体的结构设计中，因为箱体中大部分尺寸的确定都是和其他零件尤其是轴系零件安装定位的整体设计要求相关联的，很容易出现严重的设计错误却难以发现的情况，发现后修改也相当困难，有时甚至需要重新画图。

UG软件的装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。即在装配过程中可以直接建立和编缉组件，一边装配一边建立组件，可以及时发现设计中的问题并进行修改，所有修改直接反映到组件部件文件；也可以独立创建单个组件部件，然后添加到装配体中，一旦对组件部件进行了修改，所有引用该组件的装配体自动更新。这就为机械设计的边画图边修改的交叉进行提供了技术便利。

（二）装配与拆装动画

UG软件的装配爆炸图能将装配体中的组件沿指定的方向和距离偏离原来的实际装配位置，用来表达装配体中各组件的装配关系。此外，UG软件提供的装配序列可以使用户控制一个装配体的装配和拆卸顺序，并可以创建动画模拟组件的安装和拆卸过程。教师可以在指导设计过程当中应用装配爆炸图对减速器箱体中的零件装配关系进行很轻松的讲解，学生做完设计后也可以对成果进行装配演示，极大程度改变了传统的二维设计中学生不理解，教师不知如何教的现状。

（三）出具装配及零件的二维工程图

课程设计的难点是在装配图的绘制上，学生由于空间与平面的思维转换能力不足，不管是手工绘图还是Autocad绘图，常出现读图制图困难的情况。而UG软件的二维工程图纸可以由三维模型自动生成，且图纸严格地与三维模型相关，设计的三维模型有修改会及时反映到二维工程图中，辅助学生进行三维与二维之间的转换，从而也巩固和提高了学生的二维平面图的读图制图能力。

四、运用UG软件进行机械设计基础课程设计的实施办法和建议

教师在课程设计中所起的作用主要是引导，引导学生综合利用所学知识进行设计，教会学生查资料的方法，培养学生独立解决问题的能力及与其他小组成员协同合作的能力。减速器的零件设计中，很多零件是标准件，教师可以引导学生运用设计软件的外挂建立如螺栓螺母齿轮的三维模型，以减轻学生建立零件的负担，从而将更多的精力放在结构设计上。

机械设计基础课程设计最终要以一定的设计结果表现出来，传统的机械设计课程设计要求学生最终上交的设计结果材料包括设计说明书、一张减速器装配图和若干张零件图，设计成绩的评定多数是以只看图纸的方式，而运用UG软件辅助进行的课程设计最大的弊端与多数应用计算机辅助绘图一样，很容易发生学生之间互相抄袭的现象。所以，在设计时应适当进行分组，每组学生给定不同的数据。此外，设计成绩的评定方式，采用成果汇报及答辩、平时设计表现相结合的方式。答辩过程中师生间的相互交流是教师评定设计质量高低最有效的手段。通过答辩老师能够发现总结设计过程中所存在的问题，同时也是学生自我检验的最有效的方式，通过答辩锻炼了学生的语言组织和表达能力，有利于培养学生宏观地看待问题的能力和总结能力。

五、结 语

在CAD/CAM技术迅猛发展的形势下，高职高专的机械设计教学方式也要相应地进行改革与创新，在课程设计中运用现代设计方法，进一步开阔学生工程设计思路，提高学生工程设计水平与设计创新能力，能够很大程度地激发高职高专学生学习机械设计的兴趣，全方位提高机械设计课程设计的教学质量，培养出真正意义上的高技能技术人才。

[参考文献]

[1] 段成燕，刘喜平，等.基于应用型本科人才培养模式下机械设计基础课程设计教学的探讨[J].价值工程，2010，（29）.