机械设计原理范文

导语：如何才能写好一篇机械设计原理，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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随着素质教育的全面发展，很多学校对学生的动手能力、操作能力的考核越来越严格，机械专业是一门实践性很强的专业，各种机械原理知识深奥复杂，为了提高学生对机械原理的理解，同时提高学生的机械设计水平，则必须要积极加强实验教学力度。当前部分院校的机械原理与机械设计教学脱离了实践教育的根本目的，使机械原理与机械设计实验教学模式无法满足发展的要求，多年的教学经验与事实证明，在机械原理与机械设计教学过程中，使用传统的课堂理论教学与教法已经不再适用。在素质教育时代，机械原理与机械设计教学应该更注重实践教育，以实验教学为核心，对学生的动手能力进行培养。

一、机械原理与机械设计实验教学常见问题

1.实验教学理念陈旧

当前很多教师在机械原理与机械设计教学过程中虽然开始重视实验教学，将实验课程当做机械原理与机械设计教学的重要环节，但是在教学过程中没有正确地认识到机械原理与机械设计实验教学的目标，对实验教育目标的理解也不是很清晰，因此导致机械原理与机械设计实验教育水平不高。

2.实验教学方法比较陈旧

教学方法受到教学理念的影响，机械原理与机械设计实验教学受到传统教育观念的束缚，在实际教学过程中教学方法比较陈旧，有的教师只是按照大纲教材对实验内容进行讲解，忽视了对学生的主体性和积极性的激发，从而导致很多学生虽然完成了实验学习，但是并没有掌握真正的实践技巧，从实验中学习到的内容不多。

3.硬件设施不足

实验教学离不开各种实验设施设备，在教育教学过程中，学校没有积极加强实验基地的建设，导致机械原理与机械设计实验教学过程中的硬件设施设备不能满足教学要求，对机械专业教学水平产生影响。

二、机械原理与机械设计实验教学创新策略

1.改变教学理念

在机械专业教育中，机械原理与机械设计是重要的、基础的内容，实验教学是提高学生对这门工科专业的理解能力的重要途径，机械原理知识比较抽象、复杂，机械设计要求较高，很多学生仅凭教材上的理论知识，并不能掌握其深意。对此，必须要加强对实验教学的重视，要对机械原理与机械设计实验教学的目的进行明确，将实验教学纳入机械原理与机械设计教学任务中，以培养学生的动手能力、自主思考能力、分析能力为主要目标，在机械原理与机械设计课程设置、教学评价、教学活动开展的过程中重视实践性，并且考虑学生的学习基础情况，循序渐进地设计实验项目，促进学生学习水平的提升。

2.对实验教学模式进行改进

2.1加强分组合作实验教学。教学过程是对学生的综合能力水平进行锻炼的最好过程，在教学过程中也可以通过改变教学方法使得学生接受更好的实践锻炼。分组合作教学是素质教育过程中比较常见的一种教学模式，其根本目的是为了锻炼学生的团结协作能力，可以激发学生的自主学习兴趣，在机械原理与机械设计实验教学过程中应该要引导学生进行分组讨论，对各种实验项目进行分析，例如在机械设计过程中，要完成机械传动装置的设计，教师不予讲解，让学生自己根据所学内容对传动装置原理、?C械组成、设计结构等进行讨论，并且对设计方案进行验证，然后通过小组合作完成实验项目，再由老师对学生的实验设计结果进行评判。通过这种方式可以激发学生的学习积极性和热情，并且促使学生学会自主思考，对各种问题进行解决，减少依赖心理。

2.2从验证型实验到设计型和创新型实验转变

在机械原理与机械设计实验教学过程中，应该要注重启发，学生要养成思考的习惯，在机械原理与机械设计教学过程中，应该要从传统的示范型实验转变为参与型实验，从传统的验证型实验转变为设计型实验，传统的实验教学是教师讲解、学生操作，按部就班地对各种实验内容进行完成。在现代教育过程中，应该要引导学生积极参与到实验设计和验证过程中，可以设计不同难度层次的实验项目，让不同层次的学生根据自己的实际情况对实验项目进行选择，从实验过程中学习各种知识。

3.加强硬件设施设备的完善

在机械原理与机械设计实验教学过程中，应该要积极加强实验室建设，补充一些新型机械以及典型的机械模型和实物，可以将一些企业的失效零件或者机械设备收集起来，用于学生对机械元件、机械原理等加强认知，并且通过对机械进行实践操作，加深对机械工作原理的理解，从而有助于学生进行实验设计，完成机械设计任务。

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（龙岩学院 机电工程学院，福建 龙岩 364012）

摘 要：本文分析了机械专业实验室建设的背景与现状，然后对机械原理、机械设计实验室建设创新的预期目标进行概括，最后提出了提高实验室建设水平的几点对策.

关键词 ：机械原理；机械设计；实验室建设

中图分类号：G48；G64文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0215-02

在高校教学改革的背景之下，实验室在整个教育教学活动的重要意义得到了进一步的凸显.甚至可以说，高校各个专业实验室的建设情况将直接决定着本专业的教学能力以及高校综合教育实力.加强有关机械原理以及机械设计实验室建设工作是逐步实现创新教育目标，培养高素质、复合型人才的重要内容，也是突出当前实验教学工作全新要求与特点的重要手段.本文即围绕机械原理、机械设计实验室建设方面的关键问题进行分析与探讨.

1 机械原理、机械设计实验室建设背景及现状

以前的机械设计课程实验大多是验证性的试验，只偏重于一些几何参数、运动参数、动力参数的测定和分析.这些实验对学生掌握课堂中所学的基本概念，加深理解一些基本原理具有显著的效果，但这些实验作为课程教学的一部分，在培养学生初步具有拟定机械运动方案，分析和设计新机构的能力，以及培养学生的创新与动手能力方面还远远不够.具体而言，当前机械原理、机械设计实验室建设方面还存在以下几个方面的问题：

1.1 实验设备相对缺乏，无法开展系统性的实验训练

当前，高校所配备的机械专业实验室与国际一流水平高校机械专业实验室之间的差距仍然是非常大的.由于在实验设备的配置上存在局限性，因此导致机械专业的学生丧失了部分动手训练与实践的机会.很多实验都纯粹以教学教材所涉及到的理论知识要求进行配置，实验主要内容围绕着课堂中所学的基本概念开展，属于验证性试验，虽然能够帮助学生认识相关概念与理论，但在提高学生分析思考能力，启发创新、发散思维能力方面缺乏促进作用，不利于学生创造性思维的培养.

1.2 实验类型过于单一，较少涉及到综合性知识实践

目前高校机械原理以及机械设计实验室中虽然围绕教学需求配置了一定数量的实验装置与设备，但设备配套比较局限，能够开展的实验内容以及类型过于单一，无法帮助学生灵活应用机械原理以及机械设计方面的相关知识.

2 机械原理、机械设计实验室建设预期目标

在机械原理以及机械设计实验室的建设创新过程当中，必须针对当前实验室建设中存在的问题，采取一系列有针对性的创新建设策略与方法，克服机械专业实验室中存在的缺点与局限性，使机械原理、机械设计课程理论知识能够更好的与实验实践相结合，激发学生参与机械原理、机械设计相关知识学习的主动性，由被动的学习、实验模式转变为主动、创新的实验实践模式.

因此，在有关机械原理以及机械设计实验室建设创新的过程当中，预期目标应当设置为：从实验室操作环节入手，以机械专业基础、经典理论为依托，促进实践性知识的合理应用，展示本专业领域最新的设计方法，实现分析、综合、转化的数学模型与程序.从机械原理与机械设计课程教学内容的安排上来说，实验室建设中的具体目标如下表所示（见表1）.

3 机械原理、机械设计实验室建设水平的提高策略

高校机械原理以及机械设计实验室需要同时负担各个年级段本科生的实验教学任务，同时也需要为学生毕业论文的研究提供基础支持，当然也是高校教师进行科研活动的主要场所.因此，实验室建设中，设备配置必须在满足常规教学需求的基础上，适当增加实验台台数以及实验设备的专业性，促进学生综合实践能力的提升.具体措施有：

3.1 构建分层机械原理、机械设计实验室体系

根据高校在机械原理以及机械设计教学开展中的实际内容与实验要求，构建三层实验室体系，不同层次实验室满足不同实验需求.

第一实验室设置机械零件、机械原理和机械创新展示柜，每组展示柜至少需要配备10个或以上的单体陈列柜.展柜中的模型可实现点动或顺序控制运动演示，并配有录音讲解及运动简图和文字说明，具有形象直观的特点.组建该实验室的目的是将部分基本教学内容利用实物模型进行教学.通过对该实验室资源的应用，能够为本专业学生提供认知依据，同时也是课外科技创新活动开展的知识基础.

第二实验室设置机构模型、齿轮范成仪、齿轮减速器和插齿机模型4种设备或器材，可完成机构运动简图的绘制、齿轮范成、减速器的装拆3个基础性必选实验项目和为学员演示齿轮的插齿过程.本实验室的主要功能是为本专业学生的实操作与理论验证、分析提供支持，使学生能够通过实验加深对机构组成原理的认识，对机构运动特性有一个全面的把握.

第三实验室是具有现代化水平的实验室，滑动轴承、皮带传动、螺栓连接、动平衡和波动调速5类实验台均安装测试卡，可以对实验数据进行自动记录、实验结果进行结算分析，在发展学生创新能力方面有重要价值.

3.2 具体建设策略

第一，满足平面机构及其可视化实验的创新建设：在有关平面机构及其可视化的实验过程当中，实验室需要配备4台同型号的PC电脑，8套同等规格的实验台，每个实验台上需要配备1套完整的机构模型.以上配置标准下，可以通过设计与并接的方式使平面机构传感系统实现不同类型以及不同方式的运动.同时，实验台在建设过程当中可以于主要构件中设置出安装传感器的对应位置，同时添加与之相对应的数据处理软件以及数据监测系统.通过对以上模块的综合应用，分析在平面机构运动过程当中参数变化所对应的系列曲线，进而分析数据，掌握不同类别机构在特定条件下运动所产生的规律.依照上述方式所建设的实验室还能够通过分析加速度、位移，以及速度等基本要素的方式，掌握运动构件的主要特点，帮助学生更好的认识机械原理，掌握机械设计要点.

第二，有关运动方案组合实验的创新建设：在有关运动方案的组合实验过程当中，实验室可以尝试引入已经获得国家专利的产品，如创新机构组合实验台等，至少配置2台，实验台中包括低副杆组以及高副杆组，同时也包括组成以上杆组的各种机架、构件等.通过这些设置，能够使曲柄滑块机构与连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、以及间歇运动机构等相互拼接，除此以外还能够使由涡轮蜗杆、带传动、以及链传动所形成的传统平面有机、交叉组合，构成一个完整的机械传动系统以及组织结构，在与齿轮齿条传动箱结合的基础之上，通过连接电机以及带传统的方式使拼接机构能够有效、且及时的响应动作指令，执行可靠动作.在这种配置方案下，学生能够更好清楚的掌握运动机构组成这一部分知识的了解程度，通过对实际的机构组成方案的观察，进行学习与标识，同时通过实验的方式培养学生在工程实训方面的动手能力，促进学生设计思维的提高以及综合实践设计能力的提升.教师也可以按照以上操作方法完成拼接实验，并对实验台整个运动机构的运动情况进行观察，从而对运动机构方案的科学性以及可行性进行及时检验.

第三，针对轴系结构设计实验的创新建设：在实验室建设过程当中可以配置具有创意组合特点的轴系结构设计试验箱，通过引入轴系结构设计试验箱的方式，使学生能够更加直观与准确的掌握轴系方面的知识结构.一般来说，一套完整的轴系结构试验箱包含八类，百余个零件.若能够在实验室建设过程当中满足以上标准，则能够使实验室的配置完全满足机械原理以及机械设计教学的具体要求.教师可以根据教学需求，利用不同类型的零件进行自由组合，形成多种轴系结构，利用这些轴系结构解决在教学过程当中存在的回转零件轴向固定，受伤零件拆卸安装，以及轴承轴向位置固定等内容，为学生机械原理以及机械创新设计相关知识的学习打好基础.

4 结束语

有关研究中认为，机械原理以及机械设计专业覆盖面占到了工科专业的4/5左右，在提高学生对机械技术工作适应能力方面发挥着非常重要的作用.机械设计课程实验课是机械设计课中重要的实践环节.针对当前机械专业实验室在建设、应用过程中存在的各类问题，尽全力提高机械原理、机械设计实验室建设水平，已成为本专业教研人员最为关注的问题之一.本文在认识机械专业实验室建设现状的基础之上，对机械原理、机械设计实验室建设的基本面进行分析，最后重点从满足平面机构及其可视化实验的创新建设、有关运动方案组合实验的创新建设、对机械设计创新陈列实验展示的建设、针对轴系结构设计实验的创新建设、围绕常用构件制作加工的实验建设等方面入手，探讨了提高机械原理、机械设计实验室建设水平的主要策略.

参考文献：

〔1〕李志尊,王克印,刘红宁，等.虚拟实验室在机械设计基础教学中的应用[J].实验室科学,2014,17(1):50-53.

〔2〕李光雷.案例教学法在高职院校《机械设计基础》课程的应用研究[J].南京工业职业技术学院学报,2014(4):85-87,90.

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关键词：机械设计；节能；基本原理；应用

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

1、基于动能的机械设计节能方法证明

人们以往对系统动能变化率对输入功率的影响研究，主要对机器工作过程中经过“起动-工作(匀速)-减速”3个阶段中的第1和第3阶段进行分析。虽然也对不匀速的第2阶段进行分析研究，但主要是针对机器周期性速度波动和非周期性速度波动的如何调节，为提高使用寿命、工作精度进行研究，很少涉及到功率问题。所以，还应对系统动能的变化率对输入功率的影响进行分析研究。

机器系统结构复杂，在其内部所有运动件均按设计要求作各自的运动(平动、转动和平面运动等)，故该系统动能T可表示为：

(1)

式中：Ici为转动惯量；ωi为角速度；mi为质量；vci为速度。

对式(1)求导，可得系统动能变化率为：

(2)

式中：εi为角加速度；αci为加速度。分析式(1)可得出如下结论：

短时间内，系统动能在最大范围内变化，或系统动能在制动过程中没有得到回收或转换而白白浪费等，均是系统动能变化率引起输入的功率较高和能量没有得到充分利用的原因；若系统动能为常量，则系统动能的变化率所需输入的功率为0，与速度的大小无关。

为了便于分析，将系统动能表示为由多个用周期函数表示的动能的叠加组合，计算式为：

(3)

则系统动能变化率又可表示为

(4)

式中：ω为基频；b0为待定常数；t为时间；Bji为幅值；φjib为相位角。

分析可得如下结论：系统动能的变化率的大小取决于系统动能变化的最大幅值B和变化时间t，在相同时间内最大幅值B越小，则系统动能的变化率越小；系统动能变化的最大幅值由机器内各部件的动能的初相位决定；当系统动能的变化率呈周期性变化，在设计时既要满足提高使用寿命、工作精度，还要达到节能要求，此时，可配置一个相同系统动能的变化率呈周期性变化机构，2个系统动能的初相位相差π角度。

综上所述，归纳如下：①引起系统动能变化率较高和没有得到充分利用的原因为，短时间内系统动能在最大范围内变化；②系统动能在整个工作过程中没有得到回收或转换。基于动能的机械设计节能方法，在设计机械系统时，只要使系统的动能为常量，或在最小范围内变化；若机器系统动能的变化率呈周期性变化，还可再设计一个与原周期变化相同的机构，使2个系统动能的初相位相差π角度；对于制动频繁的机器或工作装置，应设计一套将能量(动能、势能)储存或转换系统；则维持系统正常工作所需输入的功率将会降低和能量得到充分利用。系统的动能为常量和在最小范围内变化的必充条件是，各动能2个相邻的初始相位角的之差为π或在π附近。

2、降低其他输出力消耗功率NSF措施的论证

机器在工作过程中的输出力，针对不同的工作对象便以不同的形式表示，如车辆的输出力，包括行驶阻力、坡道阻力、惯性阻力等；刨床的输出力为刨刀的削力；振动机械的输出力还包括激振力；液压机械的输出力为推力或扭矩(与油压和流量有关)等。由此分析可得出，机器输出力是由不同形式的力组成的。

除了重力外，其他输出力在少数情况为常量，在多数工作状态为变量，若将其中某一输出力Fsi与其速度vsi的乘积可表示为某输出力消耗功率NSFi，或将其输出扭矩Msi与其角速度ωsi的乘积可表示为某输出力消耗功率NSF。则输出力消耗功率NSF可表示为：

(5)

根据机器检测的数据结果，式(5)中每个输出力Fsi、Msi的工作速度，仍然以周期性的变化显示。根据周期函数的性质，周期函数无论是与常数还是其他任意函数的乘积，其结果为周期函数和非周期函数2种。所以机器系统其他输出力消耗功率NSF可以看作为多个周期函数和非周期函数的合成。现将其以多个周期函数合成表示为：

(6)

式中：ω为基频；c0为待定常数；Cji为幅值；φjic为相位角。

分析结果可得：以周期函数和非周期函数表示的其他输出力消耗功率在较大范围内变化时所需匹配的平均功率较大；其他输出力消耗功率的变化与每个输出力Fsi、Msi和其工作速度vsi、ωsi有关；当其他输出力消耗功率在较大范围内变化，则每个输出力Fsi、Msi或系统动能必然在较大范围内变化。若要将其他输出力消耗功率降低，则以周期函数和非周期函数表示的其他输出力消耗功率应在较小范围内变化，其充分必要条件是每个输出力Fsi、Msi的工作速度vsi、ωsi的乘积所表示的周期函数或非周期函数的相位应相差π。

综上所述，归纳如下：①引起其他输出力消耗功率较高的原因为，短时间内输出力Fsi、Msi或系统动能在最大范围内变化；②降低其他输出力消耗功率NSF的措施，在设计机械系统时，只要使以周期函数和非周期函数表示的其他输出力消耗功率应在较小范围内变化，则维持系统正常工作所需输入其他输出力消耗功率将会降低；在最小范围内变化的充要条件是每个周期函数相邻的初始相位角之差为π或在πrad附近；针对某输出力和工作速度的乘积所表示的周期函数就是机器系统的周期函数，还想取得更佳的节能效果，应再附加一个相同周期函数机构，2个相同周期函数机构初相位应相差π。

3、降低无用功率NR措施的论证

机器在将能量传送到工作装置和作用，并与工作对象(或介质)在工作过程中，由于摩擦发热、发声、以及弹性、塑性变形等，要损耗掉一部分功率，即无用功率。虽然其量与机器的传动方式、制造精度、条件等有关，但对损耗功率的发声、弹性、塑性变形现象进行动力学分析，可知产生该现象的主要原因是，部件运动过程中的惯性作用使其受力不均匀、变化较大。从能量分析可得出，部件受力不均匀、变化较大的原因是，系统的动能或势能在较大范围内变化。

动摩擦因数不仅与接触物体的材料和表面有关，而且与接触物体间相对滑动的速度大小有关，动摩擦因数随相对滑动速度的增大而减小；若系统的动能或势能在较大范围内变化，即使部件的接触表面的摩擦因数不变，但接触表面的正压力则呈周期变化，所以摩擦力与摩擦力损耗功率呈周期变化。同时鉴于机器发声、弹性变形也基本都是周期性的，故无用功率NR可用周期函数表示为：

(7)

式中：ω为基频；d0为待定常数；t为时间；Dji为幅值；φj为相位角。

分析以周期函数和非周期函数表示的无用功率，可得：当以周期函数表示的无用功率在较大范围内变化时，所需匹配的平均功率较大；当无用功率的变化主要与每个无用输出力Fsi、Msi的工作速度vsi、ωsi有关，若其他输出力消耗功率在较大范围内变化，则无用输出力Fsi、Msi或系统动能必然在较大范围内变化。

引起无用功率较高的原因是，短时间内以周期函数表示的无用功率在较大范围内变化。降低无用功率NR措施：在设计机械系统时，只要使以周期函数表示的无用功率在较小范围内变化，则维持系统正常工作所需输入无用功率将会降低。

4、机械设计节能基本原理的归纳整理

将基于动能的机械设计节能方法，降低其他输出力消耗功率的措施，降低无用功率的措施归纳为机械设计节能基本原理。在设计机械系统时，只要使系统动能为常量，或使其能量在最小范围内变化；只要使以周期函数和非周期函数表示的其他输出力消耗功率、无用功率在较小范围内变化；调整系统动能变化率、其他输出力消耗功率、无用功率3个函数初相位，使输入功率函数幅值在最小范围内变化；若机器或工作装置使输入功率函数幅值在较大范围内变化，应再配置一个与输入功率相同周期函数的工作装置，使新的合成输入功率函数幅值在较小范围内变化，或直接配置一套能量储存或转换系统；则维持系统正常工作所需输入功率将会降低，系统能量将得到充分利用。

结束语

总之，在机械设计中，遵循节能的基本原理，将其应用到其中，才能够真正的促进我国机械设计的不断发展与进步，保证我国机械制造业在技术上不断获得新的突破。

参考文献

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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；教学改革；机械创新设计

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1674-9324（2018）02-0128-02

一、引言

“机械原理”是机械工科专业的一门技术基础课，主要研究各种机构的共性问题[1，2]，机械原理课程理论抽象，研究内容宽泛，并对前期的基础课程有较高的要求，因此導致很多学生产生畏惧心理，觉得机械原理课程深奥，内容枯燥、课程索然无味。

与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学是利用机械创新设计大赛，通过创新设计大赛作品的制造，促进学生对课程内容的学习，督促学生自己提出问题、分析问题、解决问题，最后最大化地激发学生的机械创新能力[3，4]。目前，湖南文理学院有效地将机械创新设计大赛与机械原理课程相结合，并取得了卓有成效的成果。

二、与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学的实施过程

通过多年来参与机械创新设计大赛，我校对机械创新设计大赛与机械原理课程教学相结合积累了大量的经验，下面对其实施过程予以介绍。

（一）主办机械创新设计大赛的主题解析会

委派骨干老师参加历届的机械创新设计大赛主题解析会，对每一年的机械创新设计大赛的比赛主题有一个正确和深刻的理解，避免以后的作品出现跑题现象。骨干老师参加完主题解析会后，召集所有的学生和全院的老师，在学院内部把主题解析清楚，并以自由提问和临场解答的方式，尽量让学生理解每一届的主题。另外还邀请2名在往届机械创新设计大赛中取得优秀成绩的学生介绍经验，一方面让学生了解机械创新设计大赛的整个流程，另一方面提高学生参与机械创新设计大赛的积极性。

（二）开展与机械创新设计大赛主题相一致的工程创新三维设计大赛

为了提高全体学生的学习积极性，并进一步认识机械原理课程对于机械产品设计的重要性，我校在全体大二学生中主办工程创新三维设计大赛，并要求全体学生自发成立三人协同小组，为各个协同小组配备一名指导老师。在此阶段，学生在小组内充分讨论和互相学习，并阶段性地与指导老师探讨设计方案，通过反复查找资料和充分的方案论证，最终完成产品三维图形的绘制。完成此过程，学生需要自发学习机械原理的相关知识，并与指导老师充分交流。为了完成三维图形的绘制，学生还需要自学三维制图软件。通过2个月左右时间的训练，各个小组基本都能拿出一个合理的方案。学院组织三维设计大赛评比，由学校挑选的5名专业老师作评委，评选出优秀作品15件参加下一阶段的实物制作，并为期间表现优秀的小组和作品颁发奖状，一方面是对学生工作的肯定，另一方面也是对他们的鼓励，提高他们学习的积极性。

（三）实物作品的制作

进入实物作品的制作阶段，首先要解决的就是经费的来源。我校历来就重视学科竞赛，教务处有专用的用以支持学科竞赛的经费，学院内部也为实物制作预留了一定的经费。因此，此阶段所需费用得到彻底解决。更为重要的是，为了让学生尽早尽好地完成作品的制作，我们对所属的机械厂和加工中心作了硬性要求，学生提出作品加工要求后必须在3个工作日内得以满足，并要求学生自己完成作品的机械加工，这样做的目的也是为了提高学生的生产实践能力，让学生能够掌握产品的制作流程，也为机械制造基础课程的学习打下良好的基础。

三、近几年学生的机械创新设计大赛成果

自从学院将机械原理教学与机械创新设计大赛相结合后，老师和学生在思想上都更加重视学科竞赛，学校也加大了机械创新设计大赛作品的经费投入，近几年涌现出大量高质量的机械创新设计作品，在省内竞赛中也取得了显著的成绩。以下为湖南文理学院机械工程学院在近两届机械创新设计大赛获得的一等奖和二等奖的作品汇总表。

实践证明：在课程在近三年的考试中，2006届学生机械原理课程及格率只有56.5%，2007届学生机械原理课程及格率提高到81.2%，说明了机械创新设计大赛促进了机械原理课程的学习，这为学生今后从事机械设计、研究和产品的开发创新奠定了重要的基础。与机械创新大赛相结合的“机械原理”实践教学极大地提高了学生分析问题和解决问题的能力，提高了学生学习知识的兴趣。通过与传统教学法的结合，使学生掌握了机械原理课程的基本概念和核心能力，提高了其机械创新设计能力。

四、结束语

机械原理是机械工科专业一门重要的专业基础课，为了增强学生对机械原理课程的适应能力和挖掘其开发创新能力，通过与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学改革，可以显著提高学生的机械原理知识和机械创新设计能力。

参考文献： 

[1]赵永杰，程西云.机械原理课程探究式教学改革与探索[J].大学教育，2014，（9）：141-143. 

[2]施火结.机械原理教学内容及课程体系的改革[J].教育教学论坛，2012，（s5）：69-71. 

[3]周永清.机械原理创新教具学具进课堂[J].实验技术与管理，2016，33（2）：11-13. 

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关键词：机械原理教学；现状；问题；考核制度

我国在1952年正式实行高考政策，满足了中国学生迈入更

高学府学习知识的梦想，当时正值我国建设的新时期，对有着专业知识的文化人需求很大。我国作为生产大国，大学很早就开设了机械方面的专业，以满足社会的需求。现如今，我们已经迈入了21世纪，在这个依靠科技创新的社会，应用型人才越来越缺乏。就我国的教育来说，大学的门槛越来越低，我国大部分学生都能够上大学，大学的生源素质参差不齐，严重缺乏自主创新能力。针对此现状，我国也在不断实行教育改革，大力发展职业教育，把职业教育摆到更加突出、更加重要的位置。这样做有利于缓解当前技能型、应用型人才紧缺的矛盾，也有利于农村劳动力转移和扩大社会就业，但这些做法也只停留在表面，不能从根本上解决问题。

一、机械原理课程包含的内容

在职业学校机电类专业中，机械原理课程贯穿整个机电专业的学习，是专业学习的基础。针对机械原理的定义来说，机械原理是研究机器的机构组成、运动方式、质量的一门基础性学科，在整个机械行业中，由于人类已从手工时期迈入了工业时代，对机械的要求越来越多，机械的种类也随之多样化，每种机械都有自己独特的用途，但组成的结构大体相同。在机械原理教学中主要包括对机械动力学和机构学的教学。从理论知识面上来说，机械是由机器和机构两个大方面组成，而机构是用来

改变或传递运动形式的装置。在机械原理理论课中详细地介绍了机构的分类以及具体的分析。

二、机械原理与创新设计相结合在教学中出现的问题

根据对部分五年制高职教育院校的课程进行调查可以发现，许多学校的机电工程系相关的机械专业，机械原理教学中对于课本知识普遍只注重“教”，老师在课堂上对于机械理论知识讲解得非常仔细，但学生缺乏自主学习能力，又因为课本知识比较抽象，往往不能够及时掌握，导致课堂效率出现问题。在机械原理教学中主要有以下几个问题：

1.理论知识与实践严重脱节

现阶段，职业学校的课程模式造成了理论与实践的分离，针

对性与应用性较差，学习内容交叉重复，职业技能培养缺乏，不能彰显职教特色，在教学中普遍理论性偏强，导致学生难以理解。在机电专业中，机械原理课程也不例外，学生在课堂上对老师传授的知识理解得不透彻，久而久之就很难将这门课程学好。理论课上完之后集中进行实验，学生都已经忘记前面的知识，实验课的效果很不理想，而且知识不能得到巩固，导致学生考试挂科，最主要的是不能学到专业知识。同时实验课的实验器材配备也往往不能满足学生的要求，实验设备比较老套，不适合现行的机械教育。

2.在课堂教学中不能很好地与创新设计相结合，缺少对学生创新能力的培养

教师在课堂上依然喜欢用自己的一套方式教学生，在学校，

大部分担任机械类专业课程的老师年龄普遍较高，不能将课程与创新设计完美地结合在一起，课堂授课无法提起学生的兴趣，导

致学生在课堂上昏昏欲睡，同时不注重学生创新能力的培养。学生的自主创新能力是机械原理教学的重点培育部分，而老师在教学中往往会忽视对学生创新能力的培训，总是认为学生会在休息时间组成科研小分队，对机械进行科研，从而来培养创新能力。然而，根据调查得出，如今的职业学校的学生更多的是在课外打打游戏，对知识的求知欲望不高，且自主创新能力方面的技能相对缺乏。

3.考核制度不完善

机械原理课程的考核制度不够完善，在机械原理课程的考核中对理论知识的考核比重非常大。从客观上来看，更使学生只注重理论知识。学生在课堂教学中对于理论知识的学习兴趣不大，因此，往往在考试时喜欢临时抱佛脚，更有甚者，在考试中抄袭别人的试卷。这样的因果循环就会导致在课堂上认真听课的人因为某些原因挂科，而经常不学习的，在考试中抄袭却过了，造成不良影响。同时也会导致学生认为自己课程过了就代表自己学会了，但事实并非如此。

三、机械原理教学与创新设计相结合的实践和策略

上述在机械原理教学与创新设计中出现的种种问题表明，我们在这门课程中确实存在着许许多多的不足，需要努力去改正，经过仔细推敲，可以得出以下几点策略：

1.理论知识与实验紧密结合

有理论而无相对应的实验是不能使理论知识得到巩固的，在现阶段的职业学校五年制高职教学中，应该将理论知识与实验课紧密地连接在一起。机械设计原理是一门理论性较强的课程，在课程中往往会对连杆机构进行详细的介绍，因此，必须在此理论课结束后通过实验课对课堂上所学的知识进行巩固加深，这样既能够提高学生对理论知识的认识度，也能够提高学生的动手能力，从而奠定培养学生自主创新能力的基础。

2.提高学生的创新能力，将创新设计与教学结合在一起

学生是否有很强的创新能力决定着以后工作的成功与否。在当代五年制高职学生中，特别是机械专业的学生，更应该注重创新能力的培养。任课老师应该将创新设计的思维能力融入教学中，对教学中的难点问题列举实例给学生进行讲解，例如：曲柄连杆机构，生活中的门和窗很多都是利用了连杆机构的原理，这样学生一目了然，也能激发学生的学习兴趣。尽可能地开发学生的自主学习能力，在实验课上，要求学生对机械的零部件进行深入了解，弄清机械由哪几部分组成，在课余时间开展机械原理方面的创新知识竞赛，对学生的创新设计进行详细的辅导，对学生设计的作品的优点给予鼓励，对不足点加以更正，使学生的创新意识能够得到极大地提高。

3.完善考核制度

完善考核制度，不能只注重理论知识，还要对机械原理的实验课及创新设计加强考核，使学生注重对自己动手能力和创新意识的培养，为以后的工作打下坚实的基础。

总而言之，将创新设计的理念与机械原理相结合进行教学有利于提高学生的创新能力，不断地完善机械原理教学中的不合理因素，也让学生能够真正学到知识，为国家培养技术型人才。

参考文献：

[1]段巍.机械原理课程改革实践与创新能力的培养.中国电力教育，2008.

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关键词：机械工程训练中心；规模；功能定位；规划发展

中图分类号：G648.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）04-0041-02

一、建设的背景

1.以市场为导向，就业工作促进改革。随着高等教育的发展，学生必须满足市场对人才的需要，毕业生的就业成了高校的生命线。我院作为全国317所独立学院（2011年初统计）之一，也正把学院的重中之重由招生转为就业。学院以市场为导向，兼顾招生与就业良性循环，2009年学院决定新增专业，以机械系为龙头，逐步把我院转为以工科为主的理工类学校。

2.人才培养目标的定位，促使工程训练中心的建设成为必然。学院坚持走“改革创新、质量第一、特色兴校”之路，以培养“奉献与创新精神强，专业技能与基础能力强”的“两强”学生为目标，办教育特色和教学特色校。把学院办学理念精髓定位为学生的“成人、成才、成功”。为实现培养目标，建设一个规范的、具有规模的、设备先进的、功能合理的教学体系平台至关重要。学院再度加大办学基础设施的资金投入，建设占地6000多平方米的机械工程训练中心，强化学生专业技能的培养，力争教学设备更加现代化。它是实践教学活动的基本前提和有力保证。

二、训练中心建设规模的确定

1.规模的确定坚持三条原则：①实用性原则，满足实践教学。在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010~2020年）》中，提出2020年要实现高校入学率达到40%，但教育部发展规划司司长韩进对此做出澄请：“1.5%-1.6%是一个非常低的增长速度，它肯定不是一个高等教育快速扩张期，应该是一个平稳的增长期。”学院规模不会扩大、学院将机械系学生的招生规模定位为每年招收8个班级，因此，我校的训练中心的建设规模按照满足机械8个班级学生实践教学的基本要求设定。②经济性原则，节省资金。2006年学院发表了《关于资产所有权归属问题的声明》――将学校及学校全部资产2.8亿元全部归公，学院性质转变为“民办公有”，但作为独立学院仍然是自筹资金，自谋发展。在训练中心的建设上，做到既有一定的规模，又考虑学院自负盈亏的经济状况，经过充分调研论证，达到把训练中心建设好，形成规模，设备档次要中等偏上的总体原则。坚持即符合培养目标的要求，又节省的指导思想开展训练中心的建设。③可创新原则，有可扩空间。中心预留安置新设备空间，为训练中心将来发展预留出了7台机床安装位置及几个预留实验室。无论软件还是硬件，都给师生提供较大的自主创新空间，便于培养学生的创新精神和创新能力。所需设备具体情况见表1，表2。

2.设备数量的确定。训练中心建设的指导思想是突出重要工种的建设，不盲目投资。主要依据《普通高校工程训练中心建设规范和验收标准》，并结合我校对人才培养目标和现有实际条件来确定设备的数量和型号。根据建设规范和验收标准中提出的人机比要求和每次接收120名学生实习，来确定机床数量。

为了更好地发挥现代多媒体和网络技术的优势作用，与数控车和数控铣工种配套的建有两个微机室，可以完成各种创新设计和创作，还建有多媒体教室。将工程实训教学中零件的创新设计、工艺、编程、生产制造等合为一体，满足现代化教学手段的要求，形成教学与实训一体的网络实训平台。

3.功能模块的确定。学院坚持“德育为先，教学中心，质量第一，特色兴校”的办学思想，教学上采取应用性、多样性和开放性的“三性”教学。应用性即以培养学生应用能力为核心来开展教学工作；多样性即分层教育，因材施教，采取多样化的教学模式；开放性即走产、学、研结合培养人才之路。在培养学生专业技能方面，学院充分利用专业实验室―工程训练中心―校外实习基地，加强学生专业技能培养，逐步实现与市场“零距离”对接。训练中心设有多个训练模块：八个教学区：普车教学区、普铣教学区、数控车教学区、数控铣雕铣加工中心教学区、焊接教学区、多项加工教学区、特种加工教学区、力学教学区。七个实验室：机械设计实验室、机械原理实验室、数控技术实验室、机械制造实验室、机械设备拆装实验室、机械检测实验室、液压与气动实验室。

三、训练中心功能定位

这里的‘定位’是指根据学院发展目标和人才培养目标以及“大德育、大工程、大实践”的教育理念，依据学院自身资源状况和发展战略等确定的发展取向和建设类型。独立学院要实现良性运转和可持续发展，必须做到两点：一是定位准确，找准正确的发展方向；二是我们要走特色的发展之路，自主办学与依靠社会力量辅助办学相结合，就是董事长提出的学、研、产一体化之路。“产学研培用”是一种合作系统工程，即“生产、教学、科学研究、培训服务、实践运用”的系统合作。训练中心应定位为：培养既具有一定的科学理论知识，又具有实践技能和一定的技术积累，并在此基础上有所创新的复合型、应用型人才，做到“以教学为主体，以科研提升教学，以生产促进教学，以实践运用和培训服务社会”，我校把工程训练中心的功能定位为“学、研、产一体，学、研、产培用相结合”。

四、发展与规划

1.中心现状：训练中心的建设，体现了学院以工科为主的决心和对“两强”人才培养的重视。中心改变了传统金工实习的陈旧的教学体系。建成了集工程基础训练、先进制造技术训练、创新实践训练和综合素质训练为一体，以模块式选课为主要特征、并适度采用现代教育技术的崭新的实践教学体系[1]。

2.发展规划：①发挥优势，强化服务理念。独立学院在办学自和个性化发展方面有广阔空间。要与市场接轨，确立“三服务”的理念。即教学服务：把为学生提供全方位的实践教学服务作为工程训练中心的主要任务，也符合教学中心的办学理念。科研服务：充分利用中心的各种资源，为学院的科研提供服务。社会服务：社会服务包括生产服务和培训服务。生产服务是利用训练中心的设备优势，建立校企合作，同时强化与促进中心师资及学生各种能力的提升；培训服务即为在校学生提供考级培训服务又为社会举办多层次的培训服务，打造中心的培训品牌，积极为地方经济建设服务。②立足训练中心，深化教学改革。训练中心是培养应用型人才的校内基地。我们把深化教学改革融入到训练中心的建设定位中，调整教学计划，增加实训环节，转化实习理念，以实践教学改革为核心，以实践资源开放共享为基础，以高素质实践教学队伍和完备的实践教学条件为资源，深化教学改革，创新运行机制，全面提升训练中心的实践教学水平。③全面塑造“两强”教师是关键。为建设特色校，培养“两强”学生，建设一支与“两强”要求相适应的教师队伍非常关键。虽然学院现已拥有一批“双师型”教师队伍。但是，教师要掌握最前沿的知识和最新的科研技术，以加强创新性教学，实践教师的培养、提升至关重要。中心在“双师型”基础上开展“内培外引”，积极培养及引进“三师型”教师。同时，学院对训练中心教师提出要求：理论教师至少带一门实践课，实践教师也要提升理论，定期对各训练模块进行教改。

五、建设和发展中存在的问题

训练中心在各方面的定位与建设中，仍然会有一些不足：

1.设备的投入问题，将不断增加现代技术实践训练项目，如电火花成型加工、快速成型加工、激光加工、超声波加工，数控冲床等。

2.开放训练问题，将逐步办成开放式的实践教学体系。

3.创新训练和教学模式问题，将精心设计综合训练、创新训练项目。

4.师资队伍问题，将制订岗位职责，考评办法，安全与保护、质量保证体系等制度与规定。

5.完成实训教学任务的同时，加大校企合作以及校内相关院系的密切联系与合作，为中心的可持续发展创造良好的环境。

这些问题需在后期的建设和发展中不断探索，以“敢于创新、敢于改革、敢于超越”的精神为指导，逐步研究解决，合理建设，在学生培养中，因人施教，以保证我院训练中心的可持续发展。

参考文献：

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关键词:机械原理;课程设计;教学模式;创新

机械原理是机械类课程中的专业基础课程，是培养学生运用所学理论知识、综合分析能力、解决工程实际问题能力的重要课程，是学生获取工程技术训练的实践教学环节。机械原理课程设计通过实践训练使学生更好的掌握理论知道，进一步提高收集技术资料和绘图、设计的能力，特别是对提高学生的创新意识和解决工程实际问题具有非常重要的作用。

一、课程设计教学现状和存在的问题

传统的《机械原理课程设计》在设计过程中，设计的题目各类过于单一，而且实践过程较为死板枯燥，缺少对学生创新性、综合能力进行培养的问题。比如题目往局限于机床刀架传动系统、牛头刨床等几个题目，训练内容大体上都是围绕系统方案的设计、绘制机构运动简图、设计运动循环图、对凸轮或连杆机构进行设计等。方案设计完成后，缺少验证环节，学生无论方案正确与否，只要完成任务就可以了，学生的积极性不仅没有得到调动。由于课程设计题目种类单一，往往出现全班或者半个班级的学生同时做同一个课程设计，这样导致部分同学自己并没有拟定机构或系统的运动方案，甚至有部分学生自己根本没有动脑而是直接抄袭，缺少主动参与的热情，更不用说通过机械原理的课程设计能培养学生创新能力。

二、课程设计教学的改革思路

针对传统教学的优点和不足，拟从机械原理课程设计的选题、设计过程以及鼓励学生大胆创新等方面探讨教学改革，引导创新设计，应用现代设计方法及设计手段去解决实际问题，逐渐形成以创新意识和实践能力培养为目标的开放式机械原理课程设计模式及方法。

(一)选题的多样化与生活化

选题是课程设计教学环节的核心部分，不仅需要满足教学的基本要求，而且要在有限的时间内使设计得以顺利完成。在《机械原理课程设计》的教学改革中，我们需要改变以往学生的设计题目均由教师给定的方式，采取教师引导部分能力较强的学生自主选题，培养学生独立思考和积极创新的能力。另外，教师可以根据指导书上的一般方法，规定几个大的方向，引导学生如何来进行选题。学生最熟悉的就是日常生活中的一些机械装置，可以适当的举些例子如来源于生活又能使生活更便捷的一些小的机械装置。比如为了解决城市或小区中家用车停车难的问题，设计一套节约场地、低投入、免维护等小型停车机械装置，达到空间利用率高、安全、便捷的目的。考虑农产品或水果采摘过程中存在劳动工作量大、作业范围广、触碰的力度控制要求高等一系列问题，可以展开辅助人工采摘草莓、菠萝、桔子等水果的小型机械装置的创新设计。这样不仅能提高水果的采摘效率而且可以降低作业人员的劳动强度与采摘的投入成本。教师抛砖引玉，提高学生的想象力与创造力。当然教师需要规定机构选型需要涉及几类机构。限制一定的时间，如一天内需要选好题目并制定初级运动方案，经过学生分组讨论后交由老师修改确认。对于没有选好题的学生不能打消学生的积极性，而且由指导老师为其给定一个题目，确保每位学生都可以积极参与到课程设计，课程教学中的基本技能能得到一定的训练与进一步巩固一些基本专业知识。

(二)以小组或团队形式共同完成课题

要完成《机械原理课程设计》的全部目标与要求，总的工作量是非常大的，如果规定某位学生在一周内独立完成，这挑战无疑是非常严峻的。此外，现代制造企业对员工的团队协作能力日益看重，一个项目的完成住往是一个大团队全体员工的共同努力，所以锻炼学生的团队协作能力也迎合了现在制造企业的需求。因此，在课程设计的过程管理中，不再强调独立完成任务。我们的设计方式为:根据自愿原则将学生分为4-5人一组的设计团队，每组确定一个设计题目。选题结束后，每一个组员都必须独立完成几项任务，各自完成的任务最终作为学生成绩考核的主要依据。指导老师对其题目、方案以及任务分配的合理性进行审核。从资料收集、选题、运用创新方法设计以及报告提交和电子版设计、计算机绘制图纸、PPT答辩每位学生需要各自发挥自己的长处。

(三)鼓励学生积极创新

为了更好的的发扬学生的创新积极性，肯定其创新成果，对创新较好的课程设计进一步进行跟踪指导与完善，逐步引导学生形成作品并可以参加比赛。对创新较好的方案可以申报实用或发明专利，学校或学院可以进行适当的奖励，如果经费充足可以将实物制作出来参赛或展览等。学生的创新性想法或思维老师要大力支持，引导学生注意平时积累，学以致用，如此将理论与实践相结合，学生的收获更大。此外，通过课程设计的训练也将为我院参加一年一度的“机械创新设计大赛”、“无碳小车比赛”或其它类型的比赛奠定一定的基础。

三、总结

《机械原理课程设计》一改以往设计统一题目的模式，鼓励学生从日常生活中广泛搜集合适的课程设计题目，将实际生活中的问题引入到课程设计中，既迎合学生的好奇心理又有利于引导学生结合创新设计思维解决实际问题。倡导学生自主选题，通过发现问题、分析问题、解决问题全面培养学生的主动实践能力。以小组为单位的分工合作、共同完成方式培养了学生的“团队合作”精神，满足现在企业需求。对创新好的方案鼓励学生动手加工出实物，使学生对机械制图、机械加工、互换性公差与配合有更深入的认识，书本上的知识得以巩固，学生收获巨大。

参考文献:

［1］孙桓，陈作模，葛文杰．机械原理［M］．第八版．北京:高等教育出版社，2013．

［2］邹慧君．机械原理课程设计手册［M］．北京:高等教育出版社，1998．

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    关键词:综掘机;综采设备;型号选择;技术改造

    随着机械工业的不断进步,我国综合机械化掘进设备不断地产生、改进并升级,而且综掘设备的适应范围也不断扩展,但是还没有任何一款综掘机械敢于“吹嘘”说自己能适应所有的地质条件。

    综合机械化掘进工作面内相关设备选择必须合理选择才能达到综掘工作面应有的效果。如果选型的结果是“大马拉小车”,会造成机械设备生产能力的浪费;如果是“小马拉大车”,综掘工作面的掘进速度肯定达不到期望值。

    因此,根据各煤矿、各采区,乃至各工作面的实际情况,合理选用大中小型煤巷、岩巷、半煤岩巷综掘设备,才能保证航道的掘进速度,进而保证整个矿井的接替需要。

    一、综掘机械的选型

    综掘机是综合机械化掘进工作面内最重要的机械设备。综掘机的高效运转时是实现工作面掘进目标的根本基础。根据矿井的地质条件,选择合理的综掘机,才能发挥综掘工作面的最大生产能力及实现安全生产。于综掘机相配套的的相关设备,如二运系统是综掘工作面高产高效的重要保证。

    1.1选型原则

    1.1.1综掘机械各配套设备的生产能力应不小于工作面设计生产能力的1.2倍。选型时必须参照国内外高产高效工作面辅助系统生产能力的设计,所选设备要能够满足快速掘进的需要,综掘设备的协调性以保证工作面快速推进的需求。

    1.1.2综掘机械的研制与选型,应特别注意设备的可行性,但也要注意其技术的先进性。

    1.1.3总体设备应考虑与已有设备的配合,尽量不要造成已有设备的闲置。

    1.1.4综掘机械成套设备应满足快速掘进施工工艺的要求。

    1.2掘进机的技术要求

    1.2.1掘进设备的“破、装、运”三大功能与支护系统的支护功能互不干涉,刮扳机与装载机构分开控制,避免装载机构和刮扳运输负荷过大造成死机现象。

    1.2.2掘进机的检修方面,液压系统必须密封,以防止液压油的污染,给液压系统造成堵塞、泄露。掘进机加油方式应尽量采用自吸式。装载机构如果采用三爪转盘,每个转盘都应用单独的马达驱动。

    为解决液压油的过热现象,掘进机的冷却系统必须实时运转,而且掘进的油箱内必须加装冷却器。各油缸的外露部分及液压件应加防护装置。可实现各油缸动作速度及行走速度的手工元级调速。在重载情况(如遇到硬岩)时可通过慢速进给降低切割载荷,以切断硬岩,减少停机。截割头采用国际一流技术,设计单刀力大,截齿布置合理,破岩过断层能力强。

    1.2.3电器方面,电器回路的控制容量要大,维护要简单。保护和显示融为一体,全自动故障诊断和动作检测、过流、过载、断相、互不平衡、漏电、闭锁、过压和先导误动作的控制系统,可显示控制电机负载、运行状态、故障情况、启动器系统自控和主控制箱温度等,便于检测和查找处理问题。

    1.2.4掘进机的使用,最好选用具备伸缩性能的切割头,便于挑顶、刷帮和挖柱窝,并且在同样的条件下可以多进一个循环,整个动机器的灵活性也能得以提高。

    1.2.5安全方面,必须有预警报装置和照明照明装置,及机载式瓦斯断电仪。另外综掘机上还必须具备内外喷雾装置,掘进机两侧必须有急停按钮等安全保护设施。

    1.3综掘机效率

    1.3.1根据以上分析,综掘机械的“二运系统”如能采用双面运输胶带机,可以减少工人的劳动强度,支护材料也可以实现机械化运输。购置半煤岩掘进机,可以实现支护、掘进一体化,一次性全断面快速掘进,提高工效。

    1.3.2实现掘进机械钻进、截割、装运、降尘、支护一体化,就能够提高掘进效率,实现快速掘进的目的,以达到矿井安全生产的需要,确全矿各项经济指标的完成,进而保证整个矿井的高产高效。

    1.3.3可选配独立的锚杆动力接口单元,为锚杆钻机提供动力,提高锚固作业效率。

    二、综采设备配套使用中出现的问题及改进建议

    2.1设备使用情况综采设备的采煤效率是炮采和普采所无法比拟的,但由于设计和使用操作不当,可能出现的问题也很多,例如:①液压支架护帮板开焊;②护帮板与液压支架主体连接构件开焊;③液压支架调向困难,支架与刮板输送机互为依托移动困难;④采煤滚筒进刀困难,三角煤不能尽采;⑤液压支架的前梁与收回护帮后的整体厚度与采煤机行星头相互干涉;⑥采煤机行星头与刮板运输机铲煤板相互干涉。

    2.2原因分析

    2.2.1设计方面运输机:运输机的机头架与过渡槽采用螺栓连接,形成不了一个钢性整体。运输机的中部槽与底板有一定的空隙。

    液压支架:液压支架的工作阻力均是较大,但是没有底侧护,前梁和护帮的总厚度太厚,护帮板、伸缩前梁与推移千斤顶没有实现连动。

    采煤机:采煤机的行星头太大,煤机的加油方式是人工加油。

    2.2.2机械设备配套方面液压支架的前梁与采煤机行星头相互干涉,滞后支架不能实现超前移架。

    采煤机配套的原运输机的中部槽宽度是750mm,该设备与运输机配套,煤机行星头与运输机的铲煤板间隙过小,跟机推溜时,煤机的行星头与运输机的铲煤板相互干涉,造成煤机行星头磨损和割铲煤板。

    2.2.3机械设备使用方面采煤机用的是镐型截齿(U92)割底板,底板很容易出现凸凹状态,铲煤板和挡煤板将整个采煤机抬起,铲煤板扎底,中部槽变形。

    液压支架进回液高压胶管过长,移架时常挤断。

    煤机的加油、检修不力,抗磨液压油污染,操纵阀堵塞,牵引系统常出故障。

    支架工操作时,经常不按照正规程序操作。移加过程中支护之大忌,如高射炮、拉弓等。更有甚者,前梁顶梁与顶板不能保持平行支护,整架受力不均,而各千斤顶安全阀的开启压力是一样的,由此造成液压支柱窜液、结构件从局部开始疲劳,进而造成整个液压支架的损毁。

    2.3改进措施

    2.3.1加装一套自吸泵,将采煤机的加油方式改为自吸式。

    2.3.2移架时,护帮板、伸缩前梁收回;推溜时,护帮板、伸缩梁打开。护帮板、伸缩前梁与推移千斤顶实现互动。

    2.3.3重新核定液压支架护帮千斤顶安全阀开启压力,支架与互帮办的连杆销轴更换为刚度更大的连接件。

    2.3.4运输机的过渡槽采用哑铃销一节连接。

    2.3.5液压支架四联杆底部增加一套侧推装置,防止液压支架侧滑。

    2.3.6在煤机的加油布棚增加滤网。

    2.3.7煤机滚筒尽量少割底板,以减轻铲煤板的负荷。如果因此而造成刮板输送机推进困难,立即停止工作查看原因,解决问题后再推溜。

    2.3.8将液压支架的进回液高压胶管吊起并绑缚在固定位置加以保护。

    2.3.9移架时,无特殊情况采取滞后支护。

    2.3.10三架液压支架联合作用保证同步推溜。

    2.3.11加强现场班队长及操作工人的培训,煤机司机、支护操作工及检修工都必须熟悉操作规程,做到“四懂四会”。

篇10

与单片机或其他模拟产品不同,电源管理器件的布板通常需要考虑合理的散热和噪声控制。已经开发出具有电源管理功能的高度集成内核处理器/芯片,能最大程度降低电路板面积,减少元器件总数量,从而降低系统总成本。但是,工程师们在遇到引脚数很多的集成电路时,布板和散热仍然是要面对的主要问题。因此,选择适当的元件和布局事关产品的成败。分立式控制器在保持器件外形小巧和成本低廉的同时,能帮助设计师灵活开发智能的电池和电源管理系统。

在设计便携式电子设备时,设计师在整个产品规划环节中往往优先考虑大小(外形因子)、功能、性能和用户界面,而最后考虑电源系统。可是,便携式电源系统的选择往往决定了一款产品的成败。便携式电源系统一般包括但不限于电池系统、线性稳压器、DC-DC 转换器、系统监管和保护电路。图1显示了典型手持设备系统级框图的两个示例。在设计电池供电系统时有许多功率传递结构可供选择。在为应用选择最适合的结构时,需要综合考虑系统负载电流(平均、峰值和待机电流)、电压要求、印制电路板(PCB)可用空间、所需功能及系统总成本等因素。虽然一些高度集成的电源管理解决方案具有某些功能,可以让设计师减少外部元件、提高性能、缩短设计时间并降低相关成本。但是,仍然会有一些困难迫使设计师选择集成度较低的解决方案来开发便携式产品。

1原电池技术

选用的电池技术将决定便携式电子设备的复杂性、成本、尺寸和性能。电池可以大致分为两类 ―― 原电池和蓄电池。原电池的电化学反应不可逆,所以不能充电,使用后必须丢弃。原电池通常设计用于长时间处于待机状态、使用时只消耗少量电能的应用,如电视机或娱乐系统的遥控器。原电池也可用于每次消耗电能不多的小型家用医疗仪器。

在便携式电子设备中,如果使用不可充电电池作为主要电源,电池寿命就至关重要。为延长电池寿命,设计师通常会让系统或设备进入待机模式,只有极少数功能模块在轻载状态下运行。有时,设计师还会采用关机模式,仅在必要时唤醒器件。如今,半导体已提供了许多让功耗最小化的功能。系统需要的静态电流越小,其待机或休眠模式保持时间就越长。

图 2 显示了两种不同类型的低压差(LDO)稳压器。第一种的典型静态电流为 1.6 μA,第二种为 53μA。当输入电压为 3.3 V、输出电压为 2.5 V 时,LDO 在较高负载电流下的效率为 75.75%,此时 LDO 的静态电流较低。不过,在 1 mA 或更低的输出电流负载条件下,LDO 的静态电流开始增大而无法忽略不计,而且这两种 LDO 的效率也开始出现变化。

在 LDO 输出电压必须始终保持有效、但大多数时间内都必须处于极低负载甚至无负载状态的情况下,低静态电流 LDO 是便携式电源系统的绝佳选择。公式1说明了 LDO 效率的计算方法。当静态电流远低于输出电流时,可以忽略不计。

如图 2a 所示,在负载极低或无负载条件下,低静态电流 LDO 的效率更高。虽然如此,高静态电流 LDO 在性能方面仍然有用武之地。和许多性能参数一样,获得低静态电流的代价不菲。图 2b 比较了相同器件的负载阶跃性能。两个 LDO 的负载阶跃均为100 mA。与要求高电流的 LDO 相比,低静态电流 LDO 需要的运行电流更低,对负载和线路瞬变的响应更慢,且电源噪声抑制更低。

由于成本低、使用方便且不会造成任何开关电磁干扰问题,LDO 已广泛应用于便携式设备中。当输入和输出电压之间的压差增大时,LDO 的效率会下降。公式 1 说明了这种效率变化。因为 LDO 的耗散功率值为压降(输入电压-输出电压)与输出电流之积,在压差增大时功耗也会随之增加。当输入电压和输出电压之间压差较大时,降压开关稳压器能提供更高的效率和更好的性能。通过增加开关频率,体型较小的便携式设备内部可选用更小的电感。稳压器可在不同负载条件下采用不同工作模式使自身性能得到改进。

为达到理想电压,升压(增压)控制器通常需要设计使用多节原电池,如碱性电池。单节碱性电池的典型工作电压为 1.5 V 到 1 V。大多数化学电池的实际工作电压都与负载有关,并因制造商的不同而有所差异,碱性电池也不例外。在轻载条件下,单节碱性电池的截止电压可达到 0.9 V 或更低。因此,一些小型应用会尝试充分利用单节电池实现更长的运行时间。当增压控制器用于此类应用时,能为不需要重负载的系统提供非常低的最小输入电压。

2蓄电池技术

蓄电池可以充电,每次使用后能重新储存电能。可充电电池通常设计用于需要频繁更换电池的便携式电子设备中。可充电电池经济环保,能减少因更换电池而产生的废物量,并能与可再生能源储存系统结合使用。设计可充电电池的放电性能时要考虑的因素与原电池相似,但必须考虑增加充电电路用于恢复电池的电能。

镍镉(Ni-Cd)、镍氢(Ni-MH)和锂离子(Li-Ion)电池都是广泛应用于便携式电子设备的可充电化学电池。虽然镍镉电池并不环保,但因其成本低、寿命长和内阻低,已成为电动工具的绝佳之选。为混合动力汽车或电动自行车新近研发的磷酸锂铁(LiFePO4)电池能提供较高的放电电流。随着技术的日趋成熟和电池的批量生产,磷酸锂铁电池有望成为镍镉电池的完美替代品。目前镍氢电池是镍镉和碱性电池的环保替代品。AA 和 AAA 型(5 号和 7 号)镍镉和镍氢电池的标称电压为 1.2 V,与碱性电池的标称电压相近,因而可轻松替代碱性电池。

锂离子电池是在便携式设备中应用最广的可充电电池。锂离子电池具有电池电压高、自放电率低和能量密度高的特点,手持产品设计人员可利用它开发出火柴盒大小的器件,运行时间可达数小时,而待机时间则可达数天。典型的锂离子电池不能过度充电。锂离子电池过度充电很容易造成电池退化,并可能引起极大的安全隐患。锂离子电池一般都自带保护电路,防止过度放电和过度充电。在为可充电电池充电时,应小心谨慎。

最近几起媒体播放器在充电时发生爆炸的事故以及以前发生的笔记本电脑电池召回事件再次给工程师们敲响了警钟,在设计和生产过程中应时刻保持警惕。传统的锂离子电池充电管理控制器需要大量的外部元件,如电容、电阻、MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管)和二极管等。高度集成的系统负载均衡和电池管理控制器能让便携式电子产品设计师开发出由锂离子电池供电的系统,延长锂离子电池的使用寿命。