机械原理范文

导语：如何才能写好一篇机械原理，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 机械原理 机械设计 课程优化

机械原理与机械设计课程开设历史悠久，两门课程始终作为全国各工科院校机械类专业主干技术基础课程。近年来，随着机械学科的飞速发展、我国高等学校机械类专业人才培养实施宽口径化、21 世纪人才综合能力培养的需求，再次审视两门课程的教学体系、课程内容和教学方法，认为依旧存在问题需要探究与改革。

一、存在的问题

（一）内容有交叉与重复现象。机械原理和机械设计两门课程的教学内容基本变化不大，课程内容自成体系，相互之间缺少衔接，存在内容交叉和重复的问题。

（二）缺少系统性。两门课程缺少对机械系统的介绍，学生学完了两门课程，仍对机械没有整体的认识，对机械的设计过程缺少了解，两门课程的总体效能未能充分显现。

（三）实践环节不足。两门课程的实践环节难以适应对学生工程意识和实践能力培养的需求，缺少主动性实践的环境。

二、理论教学体系的整合与优化

机械产品的设计一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计等环节，通过机械原理和机械设计课程的学习，学生不仅应掌握一般机械产品设计所需的基本理论知识，还应对机械系统有一个整体的认识，并应了解机械产品设计的基本过程。为此笔者尝试突破“机械原理”和“机械设计”两课程的界线，将教学内容和教学环节进行了重组、融合及整体优化，合并为“机械设计课程。

（一）课程目标。通过本课程理论教学、实验及课程设计等环节，实现总体教学目标：培养学生的工程意识和创新精神；使学生对机械产品具有整体的概念和正确的设计思想；掌握机械系统设计的基础知识，初步具备一般机械方案设计和分析的能力；掌握常用机构及其传动的运动学设计和工作能力设计的基本知识，掌握通用零部件设计计算和选用的基本知识，初步具备一般通用机械的设计能力；培养学生查阅和运用机械设计相关标准、手册及网络息等技术资料的能力。

（二）理论教学体系。在有限的学时内，合理取舍课堂教学内容，是关系到能否真正实现课程目标的关键。经过多年的仔细斟酌、反复探究，提出精、宽、新的授课原则：精——精选重点和难点的内容进行详解与指点，避免烦琐公式的推导和易于自学的内容占用过多的学时；宽——拓宽学生的知识面，注重工程应用，启发学生举一反三；新——注重机械学科发展、将机械学科的科研成果融入教学，让学生了解机械学科的新技术、新方法。

三、实践教学体系的构建

实践教学体系由实验教学、机械实例分析与设计（大作业）、典型机械设计（课程设计）三部分组成。三个模块均以加强自学能力、研究能力、动手能力及工程意识与创新精神为培养目标。

（一）实验教学。在实验教学中将计算机技术和网络技术与现代实技术相结合，加强实验内容的综合性与设计性，如增开了典型机器与机构分析、机构系统创意组合、机械系统创意组合等综合性实验，对启迪学生的创新意识和培养学生的设计能力起到非常积极的作用。

（二）机械实例分析与设计。本课程传统的课外作业内容虽然对一些基本概念、定义的理解起到一定的作用，但是由于各章相对独立、就题论题、解题方法千人一面等问题，让学生感到枯燥无味，抄袭现象严重。为了解决此问题，将“书本习题”大大减少，增加数个综合性、实践性很强的机械实例分析大作业。

（三）课程设计。课程设计是很重要的一个教学环节，课程设计的性质决定了它在对学生进行素质教育，培养学生工程意识和设计能力等方面具有独特的优势。原来的机械原理和机械设计的课程设计是分开的，相互之间没有联系，机械原理的课程设计是以机构的分析为主，机械设计是以零件的强度分析和绘制图纸为主，教师不仅限定了设计题目和方案，还给学生提供了非常齐全的参考资料，学生的创新意识得不到发挥。将两门课程的课程设计进行了优化整合，从题目的选择到实施过程，更加符合现代机械的设计思路，即把过去仅进行机构和零部件的尺度综合、运动分析和动力分析，改变为进行机械系统的综合设计。使学生的创新潜能得到了发挥，提高了设计的能力、计算机运用能力、形象思维的能力。

四、教学方法与手段的改革

近年来，随着两门课程体系的改革和深化，课程内容不断更新和增加，但教学学时相对减少，学时与内容成了突出矛盾。如何激发学生兴趣、启迪学生的潜能, 提高学习的自主性和能动性,使学生在较短的时间内掌握机械设计的基本理论与方法；如何培养学生的工程意识、创新精神和设计能力，是教学方法和教学手段研究的重要课题。

（一）从培养兴趣入手。兴趣是成才的起点，是成就事业的沃土。学习兴趣能激励学生充分发挥学习潜能，提高学习效率和质量。

（二）开放式教学。开放式的教学方法，一是要打破传统的“一本书”，大力提倡课外阅读，让学生了解教科书之外相关领域的知识，更要让学生了解新理论、新方法和新技术。二是打破“一言堂”，给学生适当的“自由”，鼓励学生向老师提出问题，帮助学生树立“不唯书、不唯师、只唯实”的实事求是精神；三是教师不要把所有的知识点得“完美无缺”，要给学生的自学留有余地和空间。

（三）倡导主动实践。被动实践是指实践的对象、方法、程序等关键要素都是由老师制定的, 学生在老师规定的框架中, 沿着老师制定的路线去完成实践任务。

参考文献：

[1]濮良贵,纪明刚.机械设计（第八版）[M].高等教育出版社TH122.2006.5.

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[关键词]实践创新;机械原理;教学方法

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0111-03

机械原理是一门介绍机械中常用机构和一般工作条件下常用参数范围内的通用零部件设计的基本知识、基本理论和基本方法的重要的专业基础课，是机械类及相关工程类专业的必修课程。在机械原理这门课程中，学生要掌握“三大机构”和“三大分析”。“三大分析”即机构结构分析、机构的运动学分析和机构的动力学分析的基本知识;“三大机构”即连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的设计与综合。机械原理课程的培养目标是使学生具有创新机构运动方案的设计能力，即针对不同的设计任务，综合运用多学科的相关知识，提出多种机构运动方案，并进行综合评价确定最优方案。因此，它又是一门多学科、实践性很强的学科。[1]

一、机械原理教学中存在的问题

当今世界，科技发展日新月异，技术快速发展，而我们的教材一直是经典教材，课程的内容跟不上科学研究的发展，也跟不上技术的实际应用，甚至存在有些知识点是实际应用中多年弃之不用的技术等问题。结合这几年授课经验，笔者发现，机械原理教学中存在如下几点不足：

第一，缺少实践教学环节，缺少学生创造性思维能力和实际设计能力的培养。

第二，重理论知识系统性而轻工程应用背景的介绍。如连杆机构中转动副（铰链），学生从书本上见到的只是杆是直线和铰链是圆组成的机构运动简图，对于现实生活的机械产品难有较好的感性认识。特别是在大四做毕业设计结构设计的时候，构件与构件之间的实际的铰链的装配关系容易出错。

第三，缺少对机械设计新技术、新发展和新成果介绍，以及机构解析法设计的内容。

第四，与其他课程联系少，往往是就机构分析而机构分析，可通过设立综合性强的课题，将机械原理与工程力学、机械设计结合进行综合性设计，或结合设计比赛进行串接。

第五，在实践环节，每年都做同一个题目“减速器的课程设计”，只是每个学生的数据不同而已，没有体现“以学生为中心”的教育理念，使得该环节程序化，制约了学生的创新能力。

以上问题的存在，使得本来是创新性强、思维发散灵活、创作激情澎湃的机械原理教学，有可能变成理论实际脱节、教学过程枯燥、学习目标盲目、学习激情减退、教学质量下降的灌输式教学。[1]

二、要善于提出问题，引导学生主动思考

在教学过程中，需要将学生的地位至于教学的核心。让学生参与到教学活动里，在进行教学之前可以设置多重问题，让学生在问题的引导下层层深入，自主进行深入学习，提高学习的兴趣和效率。

机构自由度计算是机械原理教学中的重点内容之一，教师要做到深入浅出地讲授构件和运动副产生约束作用，由此自然给出平面机构自由度计算公式。不仅加入了理论知识，还使用一些简短视频和动态图，让学生了解各个运动副之间的关系，便于理解和识别复合铰链、虚约束等特殊情况。增加一些趣味性和实际生活中常见并且熟悉的机构进行分析，或者对看起来复杂的机构进行简化。引领学生在计算自由度的时候建立对机械原理的最初理解以及兴趣。鼓励学生将学到的机构进行应用。建立简化机构和对机构原动件到从动件进行顺序分析的解题思路。提出机构，让学生自由分析和进行计算，再进行讲解。培养学生分析和解决问题的能力。

齿轮机构在各种机器中应用广泛，在讲授这部分知识时，利用在实验室不同类型齿轮机构的模型和视频、联系实际进行理论知识的讲解，可以加强学生知识的理解。首先要建立对一般齿轮类型的认知。了解齿轮传动在实际应用中的重要性，再提取最普通的直齿圆柱齿轮进行分析。可以让学生自己探索分度圆，齿根圆，模数等的意义。通过对齿廓的研究了解渐开线各个参数的意义，了解为什么渐开线是最常用的齿廓，从而了解渐开线的优点。再通过实际啮合状态，提出啮合相关的问题，包括啮合规律、传动比、重合度等疑问。在研究斜齿轮、蜗轮蜗杆传动时，让学生类比齿轮的公式，进行公式的推断，从而了解其与渐开线直齿圆柱齿轮的异同。通过让学生研究对不同齿轮加工方法的异同，了解齿轮的加工过程。按照从实际到理论，从设计到制造的顺序，提出不同阶段的问题，引领学生建立系统的齿轮方面的知识。了解不同阶段不同的公式以及公式的来源。[2]

三、注重实践创新

我校教师带领学生连续参加第四、五、六、七届全国大学生机械创新设计大赛（慧鱼组）。2014年我校学子一举斩获一等奖，不仅取得了我校在此项赛事中的最好成绩，还实现了我校在该赛事一等奖奖项的零的突破，为学校赢得了荣誉。还带领学生参加了江苏省第五届机械创新设计大赛暨第六届全国大学生机械创新设计大赛获省二等奖，不仅要求学生设计出作品，并且要做出实物，进行现场模拟。据悉，全省独立学院获得的最高奖项为二等奖，且只有三项，我校即占其中之一。今年我们争取再接再厉取得好名次。

第七届（2016年）全国大学生机械创新设计大赛的主题为“服务社会――高效、便利、个性化”;内容为“钱币的分类、清点、整理机械装置;不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置;商品载运及助力机械装置”。我们选择关于钱币的分类、清点、整理机械装置的设计。

在当今的社会生活中，人们越发注重绿色出行，因此公交车出行越来越成为人们优先选择的公共交通设备。然而，现如今公交车上钱币分类主要依靠人工或者简易的投币装置，这样的方式成本高并且效率低下。这都预示着新型的多功能投币机械将会被人们广泛使用，其需求量将会越来越大。作品一设计的是新型公交车投币箱。利用简单的滑道及杠杆机构进行纸币及硬币的分离，再以简单的滑道机置对不同面值的硬币进行分类，如图1所示。由两个滑道构成主要结构，上面一个滑道两点固定，主要是给硬币和纸币一个下落的初速度，下面的滑道是一个杠杆结构，硬币的质量完全可以压下杠杆落入硬币箱，人们把硬币从投币口投入，经过一系列物理反应，达到分离的目的。此结构简单，不需要能源输入，只需要小小的改动就能更便利。主要创新点：1.没有科幻元素，处处体现实用化。简单的机械结构容易制造，并且出现故障容易修理。2.无须通电和供能，因此投币机十分安全并且节能、受到的使用限制也会大大缩小。3.设计制造成本低，可批量生产，便于推广。此设计不仅功能齐全、可靠性高，并且机械装置简单，大大降低了公交公司的生产成本，价格的低廉也将会赢得广泛的客户群。由于成本低，可以批量生产，具有广泛的市场性和实用性。

作品二是根据公交车上的投币特点（需要人们一个一个投）设计了该产品，如图2所示。我们根据硬币的直径不同，给它们在轨道上安排了不同的出币口，使得不同面额的硬币进入不同的空间内。由于目前我国新版人民币有三种圆形硬币，其直径依次为：一元硬币25mm、5角硬币22.5mm、1角硬币20.5mm。所以我们将第一个出口处的挡板与轨道的间距设置为21mm（先将一角钱分出），将第二个出口处的间距设置为23mm（再将五角钱分离），最后的出口的间距设置为26mm。这样，不同的硬币就会不同的出口处落出，原理如图3所示。我们在每一个出币口搭建了一个容器，使它的开口直径不超过它所盛装的硬币的直径（装一元的容器直径为40mm，五角的为40mm，一角的为30mm）的两倍;我们又测量出每一种硬币的厚度（一元为1.85mm，五角为1.65mm，一角为1.67mm），然后根据计算，在容器外表面标出刻度（不同的高度对应不同的数量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，画一刻度线，标出数字十;在五角容器外，每隔16.5mm，画一刻度线，标出数字十;在一角容器外，每隔16.7mm，画一刻度线，标出数字十）。主要创新点： 1.可进行硬币的分类。2.可计数根据测量硬币堆积的厚度，从而计算出硬币的数量。3.将轨道分段衔接。4.原理简单，结构简单。5.系统还具备升级和扩展的潜能。本作品结构简单，可后续添加其他功能，较好地满足了硬币发展的需求。

作品制作历时四个月，经过多次改造。从刚开始产品设计的构思到最后整个作品的制作完成都充分发挥了学生的创新意识，培养了学生综合设计能力与团队协作能力，提高了学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践能力。[3]

四、总结

通过这次研究课题的实践，不仅让学生学到了许多了专业知识，而且培养了其解决问题的能力。其次，团队管理也是很重要的，一个团队核心就是通过合作去开展工作，这样才能发挥最大的效益。合作就需要良好的管理，对于不同的问题需要设立讨论小组，对问题进行研究，集众人之力去解决问题。最后笔者认为，本次研究关键就是不断反思问题，从反思中取得突破。研究是个连续的过程，在每个阶段发现问题才能确定接下来工作的方向，这样不断进行反思总结，才能取得突破，取得最后的胜利。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 孙亮波.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].机械，2010（12）：21-23，33.

[2] 殷勇辉，高志，章兰珠.提高机械原理课程教学质量的思考与实践[J].中国大学教学，2014（6）：57-59.

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关键词：新工科；实验教学；创新

一引言

为进一步促进我国工程教育的深化改革，加快建设我国向工程教育强国的转变，更好地推进我国经济转型的升级，2017年，教育部提出了新工科建设[1]。建设与发展新工科成为我国由制造强国向创造强国发展的必然要求，高校培养新工科人才对当今社会新经济发展有重要战略意义。大学生是实施创新发展战略的人才储备，新工科人才的培养是当今社会对高等学校的迫切要求，也是高校义不容辞的职责[2]。

二机械原理课程地位

机械原理课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基本课程，其知识面更宽、适用性更广、更接近工程实际，在培养新工科人才中将起到不可或缺的重要作用。本课程研究的内容主要包括机构结构分析的基本知识、机构的运动分析、机器动力学、常用机构的分析与设计和机械系统的方案设计等问题[3]。通过本课程的学习，使学生掌握各种机构中的一些共性问题，理解基本原理，并初步具有设计机械系统方案的能力。本课程的学习为学生后续专业课程的学习打好理论基础，为机械产品的创新设计打下良好基础，为机械的合理使用和革新改造打下良好基础。本课程在创新机械所需的知识结构中占有核心地位，在高层次的人才培养中具有提升学生对机械新产品的开发和创新能力的作用[4]。

三实验教学现状

机械原理实验教学是机械原理课程整个教学过程中的一个重要部分，是学生将机械的理论知识与工程实际相结合的必要手段，对培养学生的创新能力和综合素质起着关键作用[5]。但是，目前的实验教学存在一定的问题，具体表现在以下几个方面。

（一）考核方式不完善

传统的机械原理实验教学一般是作为理论教学的辅助手段，大多依托于相应的理论课程。对实验教学的考核也是依托于课程成绩，没有单独的考核成绩，只是作为最终课程考核成绩的一小部分，一般占10%左右。实验考核大多以实验报告完成情况作为评分依据，很难体现出学生对知识的掌握程度。因此教师更加注重学生对课堂理论知识的掌握和理解，对实验教学的重视程度不够；学生为了应对课程考试，也仅仅是注重对理论知识的学习，对实验课程学习的重视程度也不够。这严重阻滞了学生工程实践能力的培养，对学生的培养极为不利。

（二）实验教学模式滞后

传统的机械原理实验缺乏系统性，没有形成一个完整的实验教学体系[6]。实验教学的基本要求仅仅停留在学生加深对理论知识的理解以及对课堂上所学理论知识的验证，没有发挥实验教学的真正作用。在实验的开设过程中，往往以教师的讲解为主，学生很少思考，对实验的原理和仪器的测试方法处于一知半解，甚至完全不懂的状态，不主动参与实验，做实验的积极性不高，只是照本宣科的按照实验指导书的步骤和方法进行，不能充分发挥学生作为实验课堂的主体作用。这种实验的开设对学生自身的锻炼意义不大，学生只是为了完成任务，不能真正参与其中，实践动手能力差，不能满足当今社会对人才培养的要求。这些实验的开设没有体现实验课程对学生创新能力发展的价值，只是加深了对理论知识的理解。

（三）实验手段简单

传统的机械原理实验中，实验手段比较简单，主要以认知性和验证性试验为主，综合设计性实验没有发挥作用[7]。例如机构结构创新设计实验，学生没有设计思路，为了应付实验，搭建的机构过于简单，而且完全按照书上已有的模型进行搭建，没有自己的思考。这种实验由于学时有限，没有获得充分的重视。但这种实验恰恰是最能锻炼学生的，培养学生如何根据所学知识解决现实生活中遇到问题的能力，能够充分发挥学生的主观作用，有理论教学不可替代的作用。

四实验教学改进措施

新工科背景下对大学生的创新设计能力提出了更高的要求，传统实验教学显然已经不能满足对人才培养的需求。针对传统实验教学中存在的不足，提出以下改进措施。

（一）加强实验教学的考核

加强机械原理实验教学的考核，可以增加本实验课程在整个机械原理课程成绩中的比重；也可以单独开设机械原理实验，单独考核，单独计入学分。实验教学的考核可以根据学生出勤、实验完成度、实验创新性、实验报告等综合情况进行评分。这样学生对实验课程的重视程度也会提高，可以大大提高学生对于实验课程学习的自主性和积极性。

（二）构建实验教学体系

根据机械原理教学模式的改革，结合我校机械原理实验教学现状及实验室实际情况，采用逐层递进的方式构建新的实验教学体系。1.认知性实验。这是第一阶段实验，带领学生走进机械的世界，学生可以根据机械原理陈列柜中的语音讲解以及动画演示，对课堂上所学的理论知识有一定的感性认知。2.验证性实验，包括机械运动简图的测绘，渐开线齿轮参数测量实验，齿轮范成实验，转子动平衡实验。这是第二阶段实验，此类实验的开设可以增加学生对机械原理课程中理论知识的掌握，实验学时不必过长。3.综合设计性实验，包括平面（空间）机构创意组合实验、机械系统装配训练实验、机械运转速度波动调节实验。这是第三阶段实验，此类实验的开设目的是培养学生的动手能力以及让学生掌握现代化的实验测试手段和方法，适当增加实验学时。

（三）增加综合设计性实验

综合设计性实验是当前实验教学的趋势。在保留传统实验课程内容的同时，应大大增加综合设计性实验的开设比例，以此增强学生综合认识问题和解决问题的意识和能力，培养学生的设计能力和创新能力。如平面机构创意组合实验，教师可以根据实际生活中存在的一些问题，让学生们思考如何运用所学知识设计一个方案来解决这些实际问题。学生可以分小组完成也可以独立完成，运用所学的平面机构的知识，提出设计方案，画出机构运动简图，计算自由度，验证设计方案的可行性，在试验机构上进行机构的搭接训练。在搭接过程中，学生可以加深对机构组成原理的认识。同时还可以利用试验机构上配套的计算机仿真软件对搭建的机构运动参数进行测试，掌握测试方法，提高动手实践能力。在此基础上，还可以增加空间机构创意组合测试分析实验。学生在解决生活中实际问题的同时，会大大增加其自信感和成就感，激发学生的热情和兴趣，营造良好的学习氛围。这类实验的开设，能够充分调动学生学习的积极性，对学生的创新设计能力有很大的提高。

（四）营造开放式实验环境

机械原理课程是大学生接触的与工程实际联系最紧密的第一门专业基础课程，其教学内容丰富且抽象，这对实验教学提出了颇为严苛的要求。学生对机械的认知完全借助于实验室。就我校目前的机械原理实验室而言，仅在开设实验课时对学生开放，而且个别实验设备出现了闲置的现状。这就要求学校对实验室的开放时间进行合理安排，每个工作日定期对实验室进行开放，这样可以保证有需求的学生能随时接触到实验设备，为学生搭建一个良好的实验环境。同时还可以提高实验设备的有效利用程度，减少实验设备的闲置时间，合理利用资源。开放性的实验环境可以增加学生的学习积极性，给予学生更多自由发挥的空间，引导鼓励学生参加机械类的学科竞赛，有利于培养学生的创新精神。

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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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一、改进教学方法，提高学生的思维能力

1.利用课程综合性知识较强的特点，采用引导法

本课程涉及许多先修课的基础、相关学科的知识及一些贴近学生生活经验的实例，教师可以充分利用这些知识内容，进行引导法教学。教师在全面分析教材的基础上，明确每课时内容中涉及的已学过知识，并估计了解学生对这些知识的掌握情况，从旧知识中寻找突破口，引导学生用已有知识领悟新知识，达到对新知识的学习，即以旧引新。还可以利用学生容易感悟的生活经验引导学生学习本课内容，更能加深对本课内容的理解、掌握。此外根据对所学内容的扩展和延伸提出一些问题，引导学生深入思考，达到对知识的巩固。总之，学生从接受知识―掌握知识―巩固知识―扩展知识面到为下一课内容打基础都是在教师的逐渐深入引导下进行的。在讲机械原理部分时，利用这种方法效果尤为明显。引导法不仅提高了学生综合运用知识的能力，更重要的是拓宽学生的视野，开发创造性思维。

2.利用本课程教学内容可比性的特点，采用比较法

零件课除本身知识的科学性，在教学内容上还有其规律，即具有可比性特点，教材中把零件按用途分单元，比如，分成传动零件、连接零件、轴系零件等，这样每讲完一单元，教师可与其他单元进行比较，也可把本单元的同一性能的不同零件进行比较，找出各自的优缺点，化繁为简，在讲机械零件部分时，采用比较法更为适合，用比较法教授零件部分时，从零件的分类、功用结构、材料、失效形式及设计方法等，把同种零件的不同个性加以比较，把握共性、突出个性，如：讲连接件时，要把握住它们的共同特性是连接作用，

同时又要突出各连接件有各自不同的应用特点。这样即克服零件课内容的繁杂零碎、易混难记的弊端，又给学生选用零件时以准确无误的知识，使学生建立“择优”选用的观念。同时鼓励学生思考如何克服、如何改进、从中培养创新意识，提高学生的思维能力。

二、讲练结合、提高动手能力

《机械原理及零件》是一门工程设计课程，根据这一特点，我们采用“讲练结合”方法，提高学生的动手能力。

以往许多学生反映，老师讲课听得明白，轮到自己做时就难了，采用讲练结合的办法就能及时克服这方面的不足。教师对每一章所讲内容制订出学习目标，并着重加强动手能力，结合所讲内容附之相应的训练题，及时让学生动手运用本章或本节知识解决一些问题。如：齿轮设计一章，我们及时地搞了大型作业练习，学生们很快就掌握了齿轮设计方法，同时制图技能，设计计算能力方面也有很大地提高，并为以后的课程设计和学习后继专业课打下一定的基础，通过这种讲练结合，能够把远期的能力培养变成近期的具体要求，达到提高动手能力的目的。

三、带着问题实习，培养实践能力

本课程是一门直接用于生产实际的设计课程，培养实践能力，为生产实践服务是学习本课程的重要目的。

在学生下厂实习过程中，我们根据实习车间现有的生产情况，编写了一些思考题，一方面，因势利导地要求学生运用已学过的相关知识，观察分析并解决一些实际问题，如：利用车间检修的机会进一步了解各种机构的传动性能、工作原理、齿轮的修复等。另一方面，零件课有些内容包含了大量的经验知识，靠理论教学很难掌握，如：轴的结构和滚动轴承的组合设计是轴和轴承两章的重点，对于缺乏生产实际感性知识的学生来说，也是学习的难点，我们把这些问题安排到实习中去解决，带着问题实习见效较快，增强了对学生实践能力的培养。

篇6

【关键词】机械原理 自动化 机械产品

一、机械原理与自动化直接关系

（一）机械自动化的定义

机械自动化是指机器或者装置通过机械方式实现自动化的控制，是在一种无人为干预的前提下，机械或设置本身自我完成预期的、指定的操作和控制的一个过程。机械自动化也可以称之为机电一体化，在20世纪90年代国际机器与机构理论联合会具体把机电一体化定义为机械设计制造及其自动化基础上的发展。

（二）机械自动化的科学技术

机械自动化所运用的科学技术主要是以机械技术和电子技术为主，多门学科辅助，是一门新生的，复杂的新型学科。机械自动化改变了传统机械的发展，使机械业逐步的由机械电器化向自动化转变。机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，把各个学科，各种技术相结合，如：机械技术、微电子技术、接口技术等，有机融合的综合性技术，不在是单一的机械技术。机械自动化具有了智能化，区别于机械在功能选择上的要求，更具人性化，是人的感官和头脑的延伸，整个系统更加的优化、可靠。

二、机械自动化系统的优点和效益

机械自动化技术的不断发展，机械自动化产品逐步的取代了传统的机电产，它符合了社会发展的需求，能够更大程度上为市场和用户带来更多的社会和经济效益。

（一）生产能力和工作质量的提高

机械自动化是在传统的机械原理上，实现机械自动处理和自动控制。它取代了人为的操作，在一定的范围内能够更为灵敏、精确的的控制和检测问题，完成系统指定的要求。同时机械自动化取代了人为的操作，在一定程度上节约了人为操作时间，减少了操作者的自我主管意识，而是机械自身有序的自我工作。保证了最佳的工作质量和较高的产品合格率，在生产能力和工作质量上都有显著的提高。

（二）更具有安全性和可靠性

机械自动化是由机械自动的操作，一般具有自我监控和自我防范功能，能够及时的发现问题和自我修复问题，采取有效的自我保护措施。减少人为操作带来的事故，提高了机械的使用率。

（三）方便操作，改善性能

机械自动化产品采用的是程序控制和数字显示，在整体操作上简单、易懂，能够满足不同用户的需求，用户在选择产品特点的时候，只需要改变系统中参数的变化，保障产品的完整度和协调度。

（四）功能多、适用范围大

机械自动化改变以往的单一的技术和功能模式，具有复合技术和复合功能，能够适应不同的场合和领域，更具有操作性和应用性。

（五）改善劳动条件，适应现代化的发展

机械自动化以机械自动操作取代人为操作，减轻了劳动负担，提高了我国自动化经济和产业的发展。

（六）节约能源，减少耗材

机械自动化是高科技的产物，在一定程度上符合了我国的成产和发展的要求，实现资源的合理的优化配置，建立节约型社会。机械自动化产品逐步的向轻小型发展，减少了材料的损耗。

三、机械设计制造及其自动化的发展方向

我国机械设计制造及其自动化的发展虽然随着经济的发展和科技的进步都有着显著的提高，但是与发达国家相比，仍然存在着一定的差距。在一些基础理论方面的发展还不完善，我国实现机械设计制造及其自动化的发展方向主要表现在以下的几个方面：

（一）实现机电一体化

机械自动化的发展和延伸就是向机电一体化转变，改变传统的单一模式，实现自动化、复合型的发展。

（二）实现机械智能化

机械自动化同时需要机械的智能化，它不仅仅代表着人的体力同时也要代表着人的脑力，加强机械的自我决策和自我行动能力的提高，使它自动化过程中能够更好的调节问题和完成指定操作。

（三）模块化和网络化

机械模块化能够方便产品各个单元的操作，实现产品的标准化和系列化，便于企业能够更好的找准自己的生产定位，提高专业化的机械自动化单位。同时提高机械的网络化，方便用户使用和操作，适应网络化的发展，满足市场的需求。

（四）微型化和绿色化

微型化是机械自动化向微观领域发展的趋势，提高产品的灵活性，减少了材料的损耗，提高了它的利用率。加强机械自动化的绿色化，符合社会的发展观，保护自然环境，对于建设社会主义新型社会具有重要的意义。

四、结论

机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性和低能耗等优点，符合国家的发展需求。机械自动化技术是多个学科技术的综合，从本质上而言机械自动化就是机电一体化系统，是机械工业发展的方向。

参考文献：

[1]杨世明，腾献银，赵镇宏，段巍.《机械设计》.电子工业出版社出版.2007.3.

[2]刘武发，刘德平.《机电一体化设计基础》.北京化学工业出版社.2007.5.

[3]赵松平，张奇鹏.机电一体化机械系统设计.北京.机械工业出版社.1996.

[4]刘仁志.《机械工程与制动化》 MGTY200/500电牵引采煤机液压系统工作原理及故障分析.2003.

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【关键词】项目驱动法；机械原理；项目设计；项目评价

一、前言

“机械原理”是一门概念多、公式多，内容复杂庞大，对先修课程要求高，理论性、实践性强的课程。在当前“机械原理”课程教学中，还是以知识传授为主，这种以教师为主导的方式在某种程度上制约了学生的学习主动性及其创新潜能的发挥，同时以知识传授为主导的教学方法的另一个弊端是学生提出问题、分析问题和解决问题的能力没有得到有效地锻炼与提高。在“机械原理课程设计”和后续的“毕业设计”中，学生在具体项目中碰到问题时往往就不知所措，无法独立分析问题并解决问题。因此，在“机械原理”课程教学中培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生自觉参与教学的积极性、主动性，是该课程教学急待解决的问题。

“项目驱动法” 教学是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。师生通过共同实施一个完整的“项目”工作来进行教学活动，学生在教师的主持下以小组合作的形式自行组织完成项目学习过程，成为一个人人参与的创造实践活动。项目的实施过程，成为学生分析问题和解决问题的能力充分锻炼与提高的过程。“项目驱动法”正好是一种能契合“机械原理”课程教学要求的方法。

二、“项目驱动法”在“机械原理”课程教学中的实施

（一）“机械原理”课程的项目设计

在 “项目驱动法 ”教学模式中，教学项目的设计是关键，直接影响到教学效果。因此教师应该紧扣教学内容，根据学生的特点，核心知识，并联系实际应用，制定可行的具有实际意义的综合性项目。教学项目既要涵盖基本的教学知识点，能服务于教学，体现教学目标，又能激发学生的学习兴趣，达到预期的教学效果。根据机械原理的教学内容将其分解成四大项课题，每一大项课题中包含若干子课题。在完成上述四项课题所需的知识点和实验实训的内容后，最后完成第五项综合性课题，具体如表1所示。

（二）“机械原理”课程项目教学法的实施方式

“项目”导向，“任务”驱动是机械原理课程教学的主要教学模式，课堂上围绕“项目”通过多种教学手段、方法（采取案例教学、现场教学、课堂讨论、多媒体教学）最大化课堂教学效果，并通过实验实训等实践性环节帮助各项任务的顺利完成，在课外，“项目”也激发学生必须查阅大量的资料，学生的自主学习能力得到了提高。

（三）机械原理课程项目教学法的项目评价

针对项目的完成情况，设计结果考核评价表。其中考核的内容主要包括：完成项目（或任务）的态度（10%）、项目的质量（40%）、分析能力（5%）、选择能力（5%）、资料查阅汇总分析能力（5%）、知识应用能力（5%）、对问题的判断能力（5%）、回答问题的质量（5%）、应变能力（2%）、语言表达能力（3%）、辩解技巧（3%）、自学能力（5%）、与人合作（2%）、遵守纪律（5%）等。每考核条目的得分等级按优 （90～100 分）、良（80～89 分）、中（70 ～79分）、及格（60～69 分）、不及格（59 分以下）五个等级处理，评定时，先确定每条目的等级，再用该条目的等级分数乘以权重得出该条目的实得分，最后将所有条目的实得分进行求和即得该项目的总成绩。课程的总成绩由各项目的成绩求和后再计算平均值。

总之，项目教学效果的考核评价不同于传统课程的考核评价，传统课程的考核只能考核学生对知识点的理解与部分应用，对学生能力形成、素质渗透等内容不能很好考核评价；项目教学的考核评价特点是将能力、素质、知识的考核评价融合于项目（或任务）的完成过程之中；传统课程的效果受教师控制程度大，而项目化教学的效果由学生自己控制。

（四）机械原理课程项目驱动教学法的保障措施

1.编写规范的教学大纲。由于项目驱动教学法颠覆了以理论教学、知识传授为重的传统串联式教学模式，因此现行的教学大纲已不适合项目驱动法教学的需要，必须根据机械专业培养方案及培养目标，编写符合项目驱动教学法的教学大纲，经专业指导委员会研究批准后执行。

2.编写包含有项目驱动内容的教材。现有的教材有适合理论教学的，也有适合实践教学的，但是很难找到适合项目教学的，因此需要重新编写讲义或者教材。由于项目教学法是以各个项目为模块来组织实施教学的，在教学形式上也包含了课堂讲授、实验、实训等，因而在内容的取舍、编排上都要周密考虑、系统安排。编写的基本原则：理论知识以够用为度，重点突出基本设计能力、创新能力的培养，坚持科学性、严整性、系统性原则。

3.建设规范的专业实验、实训室。根据项目驱动教学法的内容和特点，配备足够的实验、实训室，结合学院承担的重点学科、高地建设，不断建设、完善实验、实训基地，主要完成下列实验：（1）基础实验：如齿轮参数测定、范成法加工齿轮（验证性实验）；机构简图绘制（提高运用知识实验）等基础实验。（2）综合性、创新性实验：如选用“组合式可调平面连杆机构模型”，通过组装、修改和演示设计结果的实物模型 ，进行机构的创意设计。（3）机构、机器设计实训：配备计算机及机构设计的相关软件，为项目驱动教学的顺利进行提供良好的硬件条件。（4）机构、机器陈列：为学生展示丰富的机器机构模型和实物。

4.配备精良的教师队伍。在项目驱动教学实施过程中，教师既要讲授理论知识，又要指导学生实验、实训项目，因此对教师提出了更高的要求，教师不仅需要深厚全面的理论功底，同时要有扎实的实践经验和丰富的教学经验。

三、结语

项目教学由于其授课方式不同于传统的课堂教学，学生自主学习的空间大一些，客观上容易诱发学生的松懈，影响项目教学的效果。由于项目驱动教学法与现行的本科教育系列规范不尽一致，不应以理论考试作为评定学生成绩好坏的主要手段，而应通过对学生项目的过程考评来决定学生的最终成绩，那么评定标准是否科学，教学过程监控是否严格等因素都会影响学生的最后成绩，不断优化成绩评定标准及驾驭项目驱动教学控制的能力，还有很长的路要走。项目教学法要求是“新鲜”的，需要对项目的大小、难易程度和课程的相符程度进行综合考虑后选择，而且必须与时俱进，在教学中还要不断的更新项目选题，这对开展项目教学的教师来讲提出了前所未有的挑战。从目前来看 项目驱动教学法是一种比较适合应用型本科的教学方法 将项目驱动教学法应用在机械类专业中尚不多见，许多细节仍有待于作进一步的研究和挖掘。使用项目驱动法主要是使学生得到新知识和新技能，使其在完成具体项目的过程中发展自己的综合能力。

参考文献：

[1]李立.机械原理课实施研究型教学的探讨[J].西南交通大学学报，2003（3）.

[2]张峻珲.发挥项目教学法在“工科”职业教育中的作用[J].高职高专教育，2008（12）.

[3]王知行.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者简介：

姚敏娟：（1970-），女，上海电机学院机械学院，讲师，硕士，研究方向机械设计及理论。

辛绍杰：（1963-），男，上海电机学院机械学院，教授，博士，研究方向机械设计及理论。

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关键词：液压冲击机械 变行程调节机构 工作参数 高速开关

一、前言

液压冲击机械在过去的30多年里得到了迅速发展和广泛应用。随着全球经济的巨大发展，资源开发和基础设施的建设显得尤为重要，世界市场特别是中国市场对液压冲击设备的需求量日益扩大，对其性能的要求也越来越高，故新产品不断涌现。因此，在某一工作压力下，液压冲击机械的冲击频率与工作流量可以作为测试的重要项目。评价液压冲击机械工作性能的好坏，主要是考核其冲击能和冲击频率，但目前国内外尚无统一的测试标准。液压冲击机械冲击性能测试方法主要有应力波法、末速度法和间接测试法（气压法）。[1]

二、液压冲击机械性能测试方法

液压冲击机械的工作性能包括冲击性能和回转性能，其中冲击性能是衡量设备水平的一个重要方面，其主要参数必须由科学试验手段进行测量，并以数据、曲线或图形表示出结果。对冲击性能的检测，必须测定额定条件的冲击能、冲击频率，并由此计算冲击功率、能量利用率，必要时还需测试活塞与换向控制阀的运动规律。由于油液的压缩性很小，冲击器活塞运动行程确定后，冲击频率能反映出冲击性能的优劣；系统工作压力和流量是保证活塞具有一定的冲击能与冲击频率的基本条件。因此，在某一工作压力的冲击器冲击频率与工作流量可以作为测试的重要项目。[2]

1.应力波法测试系统

应力波法是靠测定冲击活塞冲击钎杆时钎杆上产生的应力波形的方法来测定冲击能。由波动力学理论知，活塞冲击钎尾时，冲击能量以应力脉冲的形式自钎尾向钎杆-钎头-岩石界面传递，活塞冲击能量是钎杆中应力波最大振幅平方的函数。应力波法测试系统的优点是测试简单，只需超动态应变仪和光线示波器等少数仪器便可进行工作，也可采用计算机（带A/D）进行数据计算。但由于液压冲击机械的工作条件恶劣，冲击能大，冲击频率高，振动强烈，电阻应变片的粘贴技术难以承受较高的冲击能，标定与实际测试条件不能完全保持一致，因此测试误差较大。[3]

2.末速度法测试系统

根据测试系统原理与方法的不同，一般有感应式传感器法、电容式传感器法、光电位移微分法和活塞端面反射法四种测试系统。其中感应式传感器法测试系统和光电位移微分法测试系统较为常用。

3.间接法（气压法）测试系统

对于某些类型的液压冲击机械，如气液联合式液压碎石器、氮爆式液压碎石器等，活塞尾部有一个密闭的氮气腔，活塞不可能暴露在外，因此，不能采用末速度法和光电位移微分法测试系统进行设备性能测试，中南大学杨襄璧教授等人提出了一种全新的冲击器测试系统―气压法测试系统。

三、液压冲击机械综合测试系统设计

1.工作原理介绍

YYG145型液压凿岩机是一种无级调节控制液压冲击机械。当液压凿岩机工作时，整个系统处于回程开始状态，此时配流阀的推阀腔d通过油孔K3、K4与回油相通，阀芯12在高压平衡腔h高压油作用下处于图示的左端位置，高压油经阀体高压腔e、油孔K1与活塞前腔a相通，而后腔c则通过油孔K5经阀体的变压腔f、低压腔g与回油连通，故活塞8在前腔压力油的作用下开始向右回程动作，同时，高压蓄能器13开始充油。当活塞端面A越过回程反馈信号孔K2时，活塞前腔a与回程反馈信号孔K2相通，经油路把高压油引入配流阀的推阀腔d，由于d腔的作用面积大于h腔的作用面积，故阀芯在压力差的作用下迅速向右做回程换向运动，阀体的控制变压腔f与高压腔e连通，这样，活塞的前后腔均与高压油相通，形成差动连接，活塞回程加速阶段结束。[4]

2.综合测试方法实例

该系统具有以下基本功能：①可对液压冲击系统工作状态参数（压力、流量）进行闭环控制；②可对各类传感器进行在线校准和非线性修正；③可进行特性曲线拟合、特性参数计算、检测误差分析等；④可进行试验结果的显示、打印、绘图、存档、查询等。

测控软件采用模块化设计，主要模块包括系统维护、项目测试、结果处理等。系统维护模块主要包括硬件设置、系统自检、传感器在线校准等；项目测试模块是测控程序的核心，主要负责各测试项目工况状态的建立、测试参数的采集、测试数据的处理等内容，并提供单项测试、自动检测等不同的测试方法；结果处理模块负责各测试项目的测试结果规范化和报表生成、打印、存档及查询，并为用户提供方便的联机帮助等。

3.测试结果分析

（1）在某一推进力Ft（即推进压力pt）工况下，计算机输出不同调制率给高速开关电磁阀，即通过调节阀的先导控制压力pk来控制冲击系统工作压力pd，测试此时的凿岩机输出工作参数）））冲击能（冲击末速度）、冲击频率与系统供油流量的变化情况。

（2）在系统冲击压力pd保持不变的工况下，计算机输出不同调制率给高速开关电磁阀4、5，即通过调节阀的输出控制压力来控制推进系统推进缸的压力pt，测试此时的凿岩机输出工作参数）））冲击能（冲击末速度）、冲击频率与系统供油流量的变化情况。

试验结果表明，该液压冲击综合测控系统将计算机控制、检测技术与液压控制系统有机结合，不仅可对液压凿岩机各有关参量进行实时测控，而且可对液压凿岩机各项性能参数进行巡回跟踪检测。该系统克服了传统测试系统只能单个测量性能参数而不能测量工作参数的缺陷，测量点多而面广，测试方法简单易行。[5]

四、结束语

需要指出的是，建立液压冲击机械系统理论体系与控制策略是当前的研究着眼点，随着计算机信息技术的发展，推动该产业向着信息化方向发展是作者今后努力的目标。

参考文献

[1]王艳荣.新型液压冲击机械设计理论及控制策略[J].科技创新与应用，2012，21：117.

[2]朱法龙，杨国平.液压冲击器的研究现状及技术发展[J].矿山机械，2013，04：6-10.

[3]朱萍玉.冲击机械动态反演设计方法研究[D].中南大学，2003.

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一概述

随着现代教育技术的出现和迅速发展，人们逐渐认识到教学手段作为教学活动的一种重要要素的地位、功能和作用。对于教学方法的多样化和分类，国内外有不少版本，不同的分类方式衍生出不同的教学方法，主要有讲授法、演示法、讨论法、引导法、启示法、实验法、提问法，还有情境模拟法和项目导向法等，其中，讲授法是传统教学方法的主体，其余教学方法则被称为新式教学法或创新教学法。这些教学方法可以独立体现，也可以组合运用，由此产生了更多的应用可能。对于不同的课程，不同的对象应该有不同的教学方法的选择，没有孰优孰劣，应“以适用为据，以效果为度”。机械原理课程的教学对象是九年义务教育的初中毕业生，他们绝大多数来自农村，文化基础较好，学习相对主动，思维灵活，但缺少自信心，对机械方面的知识缺少感性认识。要让他们较容易地接受本课程内容，运用传统的教学方法效果不会很理想，因此，教学活动的创新和寻求合适的教学方法势在必行。下面笔者就以其中的一节内容“铰链四杆机构的组成、分类和判定方法”为例，介绍几种教学方法的应用。

二创新教学方法的应用

1．问题引导启示法

在判定铰链四杆机构的类型时，许多同学想不通为什么要先判断“四杆机构是否满足杆长之和”条件，再通过机架的位置或最短杆的状态来判定其基本类型。这时候用提问题的方式来引导启发学生，是一个非常有效的措施。提问时，需要先从简单的能直接从已知条件得出结论的问题开始，再逐步过渡到相对复杂的需要逻辑推理的问题，直至解决所有疑问。首先，引导学生从概念入手，分析铰链四杆机构的类型判定过程中，决定性的要素是有无曲柄以及曲柄的数目。然后，启发学生的思维，既然曲柄的存在决定了判定结果，那么，什么情况下才会有曲柄产生？也就是说，在铰链四杆机构中，曲柄存在的必要条件是什么？最后，通过曲柄的性质（能绕其回转中心做整周转动），学生可以发现，曲柄的存在是以能做整周回转的转动副（即整转副）为前提，再加上一个状态性质（整转副为固定铰链）即可。那么，问题就又转化为机构存在整转副的必要条件是什么？而铰链四杆机构存在整转副的必要条件就是四杆的相对长度必需“满足杆长之和条件”。因此，本来想不通的问题就通过这几个相互关联的提问解决了。在实际的教学活动中，这个过程出奇地顺利，虽然不是每个学生都能及时地对提问进行反馈，但是都会有思考和推理的过程，而且几乎整个教学过程就是学生在问问题和回答问题，教师只是引导和启发，完全体现出了教学活动中学生的主动性和主体性。

2．分组实验讨论法

考虑到本节内容中铰链四杆机构的三个基本类型虽然有共同的组成，但是具有不同的运动形式和特点，对比性很强，所以，通过实验来获取相关数据，对实验过程和实验数据进行对比，应该会取得可喜的教学效果。笔者教学设计如下：设计两个实验，将学生进行分组，每组完成两个实验。实验一：每组发下长度为40mm、70mm、90mm、100mm且两端有孔的竹片、螺栓、螺母各一套，让学生用螺栓、螺母将竹片连接，并在连接点标好A、B、C、D。然后以不同的长度杆作为机架，使其他杆作运动，观察运动状态，并做好记录。实验二：每组发下长度为50mm、60mm、70mm、100mm且两端有孔的竹片各一套，让学生用螺栓、螺母将竹片连接，并在连接点标好A、B、C、D。然后以不同的长度杆作为机架，使其他杆作运动，观察运动状态，并做好记录。实验要求：找出有曲柄存在的一套竹片，说明曲柄存在的组合情况，并在实验中找出铰链四杆机构曲柄存在的条件，根据记录内容（以AB杆为机架是什么机构，BC杆为机架是什么机构，CD杆为机架是什么机构，以DA杆为机架是什么机构），推论判断出三种基本类型的方法。

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UG 基础 传统 兴趣 平面连杆机构 仿真 教学模式

一、引言

《机械原理》是机械类专业的一门必修基础课，是学生学习相关专业课的基础课程，也是学生解决生产实际问题的专业核心课程。但这门课程涉及面广，理论性强，各章节又相对独立。传统的课堂教学令才刚刚接触机械类学科的学生，听着枯燥，学着费力，无法理解和掌握所学内容。教师课堂教学效果也不佳，事倍功半。

时至今日，先进的CAD/CAM技术在机械设计和制造领域得到广泛应用。Unigraphics(简称UG)软件是美国UGS公司开发的三维参数化软件，是当前最为先进的面向制造业的计算机辅助设计、分析和制造高端软件之一。是一种CAD／CAE／CAM一体化的机械工程计算机软件。三维CAD进入课堂，辅助教学，可以改变传统的教学模式，用动态直观的教学手段，调动学生的学习兴趣，提高学生的学习能动性。笔者通过长期的教学实践，利用近年来在机械设计和模具设计中常用的UG软件，在《机械原理》课程教学中，利用UG软件，对教学内容进行模拟分析与演示，加强学生的直观认识及参与，提高课堂教学效果。笔者以教学中的一些实践为例，加以说明。

二、在平面连杆机构中的应用

在平面连杆机构讲解中，重点是铰链四杆机构的判别，学生初学时，对于曲柄连杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构等机构类型不容易分析和掌握，如果仅仅依靠课堂讲解，很难把运动的变化及相互关系表达清楚。笔者在教学中，通过UG三维模拟，动态仿真演示机构变化情况，有非常直观的效果，令学生一目了然。讲解中，根据参数，创建四杆机构模型，装配如图1所示，动态拖动连杆观察运动方式，一连杆能做整圈转动为曲柄，另一连杆只能绕机架在小于360度范围内作往复摆动，此为曲柄连杆机构，由仿真演示学生直观看到运动过程，理解机构的运动变化。修改各连杆的长度参数，拖动连杆再来观察运动方式，左右两边连杆都可进行整圈转动，即为双曲柄机构，同理，重新调整参数，还可得到双摇杆机构、曲柄滑块机构等。

教学中，还可通过学生自已对参数的修改观察机构的变化，让学生参与到设计中来，提高学生的学习兴趣，同时，结合实际案例，理论联系实际，如碎石机、雷达天线机构为曲柄连杆机构，缝纫机踏板为双曲柄机构等案例分析来帮助学生学习相关知识。

三、在离合器工作原理中的应用

离合器、联轴器、制动器在《机械原理》课程中，是较难掌握的教学内容，主要难点在于工作原理的理解，学生平时对机器、机构接触较少，对零部件没有直观印象，无法真正理解其工作过程和工作原理。而利用UG软件能很好地体现其工作过程及各自特点。以摩擦式离合器为例。如果学生仅依赖于教材中的工作原理图学习离合器的工作过程和原理，很难真正理解离合器的工作情况，而利用UG建模，创建摩擦式离合器运动仿真图，在讲解中，动态仿真演示离合器的工作过程，并进行工作原理分析，可以使学生尽快掌握离合器的工作原理，理解主动、从动盘产生的摩擦力如何来传递转矩的过程。将枯燥的理论原理学习用直观的三维CAD完成，这在学习中，对学生也是一种促进和提高。同时使学生建立现代设计的理念，全面熟悉设计的技能，了解计算机辅助分析制造的效果，为学生后续专业课的学习打下坚实的基础。

四、在其他方面的应用

UG在教学中的应用很广，在教学中可随时利用该软件辅助课堂教学，比如在讲授“受力图”时，可利用UG软件进行受力分析和受力图的绘制，直观明了。教材中，“零件的变形及强度计算”也是教学内容的难点，应力分析、强度校核部分理论性非常强，学生缺乏实践基础，不容易理解零件的受力形式和破坏情况。教学时，可利用UG软件，完成零件受力分析的模拟，直观观察零件的受力和变形破坏情况，从而更易学习掌握强度计算。

UG软件其他方面的应用很多，这里不作叙述。

五、结束语

将UG软件应用于《机械原理》教学，是对传统的教学模式进行了较大的改革，使学生从被动的灌输式记忆学习到培养学生现代设计的意识，有利于培养学生的创新思维，也适应现代人才培养模式的要求。

让学生学有所得，学有所获，促进学生持续自主学习、提高学习效率和学习兴趣。教师只有深入钻研教材，在教学中不断变换教学模式，激发当代学生极强的表现欲和成就感。保持学生学习的浓厚兴趣，让他们不断提高注意力，从而才能真正掌握高效的学习方法。教师也才能在课堂教学中收到事半功倍的教学效果。

参考文献：

[1]陈长生，霍振生.机械原理.北京：机械工业出版社，2004.

[2]吕海鸥，陈丽华.机械原理.北京：中国电力出版社，2009.

[3]曹岩，UC NX4数控加工（实例精解).机械工业出版社，2007，2．