机械革新人才培育研究

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引言

机械创新设计课程是机械类专业的一门重要专业课程。机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思[1]、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。培养学生的机械创新能力和工程意识，拓宽学生的知识面，开阔技术视野，积累机械创新经验和实用性新结构的技术资料通过对机械创新设计课程教学的改革,取得了一定成效。

1、采用多媒体教学

通过制作电子课件，介绍机械创新设计的基础知识、基本理论和基本方法，使学生了解创新设计的概念及过程，了解创新与人类进步的关系，明确实现技术进步的途径，了解本课程的学习目的[1]、研究内容。提高了教学质量。

2．把全国机械创新设计比赛获奖作品

介绍给学生通过对机械学科的“原理创新”、“机构创新”、“结构创新”和“产品外观创新”等四大创新的介绍与实例展示，使学生掌握机械创新设计基本内容，增强机械创新设计意识和创新能力[2]。还通过介绍全国机械创新设计比赛获奖作品，大大地激发了学生的学习兴趣。这是2010年全国机械创新设计比赛广西区一等奖作品，危急现场无人探测小车。

3．抓住关键点

机械的创新过程要经历功能——机构——结构的思维过程[3]。机械结构设计就是将机构系统转化为机械实体系统。是机械创新设计成败关键之一。在讲述机械结构创新设计这一章时，抓住重点难点。重点是机械结构设计的概念与基本要求，构件的结构与创新设计。难点是机械结构的组合创新设计。通过实例突破难点。

4．通过讲解剖析目前的创造成果等具体实例，开阔同学的设计思路，扩大技术视野实例：可升降省力便携式轮椅设计

4.1设计思想及基本内容基于人性化设计思想，力求克服市面上产品的一些缺陷，对驱动方式进行了创新设计，同时设计出具有能够自我调节高度的轮椅座位。驱动方式从人机工程方面考虑，采用推杆形式使用户用力比较舒适、方便，同时利用杠杆原理，具有省力的功能。对于升降机构，其目的主要在于提高残疾人的自理能力，使其坐在轮椅上的上升后的高度约等于人正常站立的高度。同时要求轮椅尽可能的简单、方便、成本低廉，更具人性化。使残疾人的生活自理能力加强，同时享受到更加舒服，更具人性化的助残机械，也满足性能、成本方面的要求，使他们使用方便，携带方便，购买便宜。

4.2升降机构的设计

4.2.1升降机构的类型及比较(1)液压或气压驱动机构——通过液压缸或气缸来实现升降。(2)螺杆副机构——通过旋转螺母或螺杆来调节高度[4]。(3)叉杆机构——通过改变叉杆之间的角度来实现高度的调节。

4.2.2升降机构的方案确定通过对前三种方案的综合比较，在第三种方案的基础上，综合所需达到的简单、轻便、成本低的目标，设计了下述升降机构的方案，如图3所示。该机构中滑轮能够在滑道上滑动，使叉杆之间的角度可自由改变，通过转动摇臂2，使丝杆转动，从而调节a、b两点之间的距离以改变叉杆角度，实现高度调节。

4.3驱动方式的设计

4.3.1省力机构的方案比较与选择(1)曲柄滑块机构——结构较简单，但没有省力功能，效率较低，且不可实现前后运动的自由切换[5]。(2)棘轮机构——可实现将间歇往复运动转换为转动，但无法实现前后运动的自由调节。(3)摩擦棘轮机构——结构简单，可实现将间歇的往复运动转化为转动，但间歇运动机构运动时只有一个行程做功，另一个行程为无用功，即为间歇驱动，效率低。本设计采用两套摩擦棘轮机构，一套机构能够实现轮椅前进、后退、空挡、制动的切换；另一套机构实现间歇运动的连续驱动。

4.4本例设计特点：（1)升降机构可实现预定的升程，驱动摇臂所需力较小，驱动方式简单，舒适。（2)驱动摇杆使驱动轮前进的力很小，用力方式非常方便、舒适，采用棘轮机构可圆满实现前进、后退、空挡、制动，并且操作方便，可满足使用要求。同时主辅棘轮能够协调工作，使驱动摇杆能够连续驱动，达到提高效率与速度的目的。（3)轮椅可达到预期折叠功能，携带、储存方便。（4)轮椅制造成本低，可满足广大客户的需求。

5．创新实践实例：电动大门的设计

5.1电动大门的功能目标：实现大门的自动启闭

5.2设计要求：门宽为4!6米，门高为1.5!2米启闭时间为10秒左右。

5.3设计方案的构思：电动大门可分为平开门、推拉门和升降门。平开门可分为双扇平开门和四扇平开门；腿拉门可分为整体推拉门和伸缩推拉门；升降门可分为整体升降门和卷闸门。从评分情况看，单扇推拉门和伸缩门得分较高，实际情况也是这两种门应用最广泛。但从美观情况看，近期不锈钢制作的伸缩门应用的最广泛。

六．教改成果

《机械创新设计CAI课件》荣获梧州学院第三届高等教育教学软件大赛评比一等奖。组织学生参加大学生机械创新设计比赛获2011广西机械创新设计比赛一等奖。这是我院2011广西机械创新设计比赛一等奖作品：遥控式玻璃幕墙清洁车（如图4所示）。通过组织学生参加大学生机械创新设计比赛，培养学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求通过创新思维，进行机械设计和工艺制作等实际工作能力。