机械设计课程设计创新探索

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摘要：针对机械设计课程设计的普遍程式化，缺少创新意识的培养，我们对课程设计进行了基于实践项目的新方法探索。在课程设计过程中，基于一系列给定主题的实践项目，以学生为主体，对题目设置与教学过程做出了讨论与创新改良探索。以两位三档变速器的设计为例，说明了课程设计的过程和新方法。课程设计以项目为依托，以课程知识为基础，培养了学生的创新能力。

关键词：机械设计课程设计；项目；学生主体；创新性探索

一、前言

在《机械设计课程设计》教学实践环节中，大部分院校以圆柱齿轮减速器为课程设计题目。减速器是一种典型并广泛应用的机械传动装置，作为课程设计内容有其适用性。在课程设计安排上，一般安排在理论教学之后，由教师统一布置，再要求学生用两周左右完成设计。但是程式化过程缺少创新意识培养，学生极易敷衍了事。朱玉[1]提出结合企业、科研、兴趣、大赛等课程设计题目的新设想。唐锐[2]等提出开发购置有关生产实际的计算机软件开展电化教学。郝秀红[3]等提出不同专业不同题目的因材施教新思路，培养专业特色工程设计。张日红[4]提出改革内容，接近实际，调动学生积极性，培养整体设计意识和创新意识；加强计算机能力。蔡晓君[5]等在变桨距机构设计和建模过程中对机械设计课程设计的新视角做出了探索。本文针对课程设计的教学内容进行了新方法的探索，加入了创新课题设置与三维软件教学等，促进了学生创新能力和专业技能的培养。

二、机械设计课程新方法

1.课设选题。机械设计课程设计探索的方针为：“学生主体、教师辅助；规范指导、创新目的”。在课程设计的创新探索中，由教师制定实践项目题目，例如：机械原理创新教具、管道维抢修机器人装备设计、管道检测机器人装备设计等。设计以《机械设计手册》为依据，学生3人一组，任选一个主题。由教师给予技术指导，鼓励新想法、新创意，开展实践项目的设计。2.课设方法。机械设计课程设计创新探索过程中，增加的教学环节与方法如下：（1）项目技术背景拓展。教师增加对技术背景特别是石油装备的讲解，让学生明确技术现状与优缺点。（2）三维软件教学。课程设计除了AutoCAD软件，鼓励使用Solidworks、PROE等三维软件。（3）先进制造方法。教师增加对3D打印机、激光切割机的介绍，学生亲手制作零部件，组装中反思设计不足。让学生体会机械加工过程，加深理解。

三、两位三档变速器的设计

下面以两位三档变速器为例，说明课程设计探索新方法。1.题目设置。如图1所示，该两位三档变速器教具使用铝制材料，重量大且不宜携带。在课程设计中，以此为项目，由学生设计制作轻量化三档齿轮变速箱。2.三维模型设计。课程设计之初，教师讲授了Solidworks软件的使用，新型三档齿轮变速箱通过该软件进行结构设计。通过装配对尺寸、外形、装配、外观进行修改，装配图如下页图2所示。3.加工制作。利用3D打印机、激光切割机进行制作和装配。加工后的实物图如图3所示，可视化的变速箱体利于展示齿轮机构，亚克力板和PLA材料轻便易携。4.传动原理分析。教具中的齿轮通过激光切割制作，模数1.5mm，面宽3mm，压力角20°，齿数为Z2=Z3=Z6=20、Z1=Z4=Z5=40。设手摇杆输入转速为ni、变速轴转速nc、输出轴转速n0。设输入轴转速ni不变，通过改变齿比来改变输出轴转速。变速轴的转速：nc=niiic=ni•Z1Z2=2ni（1）滑动变速手柄，得到三种不同传动比，即：i′co=Z4Z3=2i″co=Z6Z5=12i苁co=!#######"#######$0（2）得到三种转速：no1=nci′coni———低速档位no2=nci″co=4ni———高速档位no3=0———空档!#######"#######$位（3）因此，输出轴具有三种转速，实现了变速功能。5.测试。在测试过程中，新型三档齿轮变速机构具有以下特点：（1）再现变速箱的变速功能。（2）透明化，便于观察内部结构。（3）轻量化，解决了传统教具重量大的不便。

四、结论

机械设计课程设计创新探索中，学生选题踊跃，完成出色。同时熟练掌握了3D建模软件操作、3D打印、激光切割操作，锻炼了三维绘图和动手能力。项目作品可用于后续机械原理、机械设计课程教学，提供轻便美观的课程教具，具有现实意义。课程设计创新探索，依托项目，以课程知识为基础，培养学生动手能力，提升创新思维。

作者:王文明 马可 彭鹤 宋强 单位:中国石油大学

参考文献：

[1]朱玉.CDIO工程教育模式下“机械设计课程设计”教改的探讨[J].中国电力教育,2010,(19):98-99.

[2]唐锐,党玉春.机械设计课程设计的教改探索[J].攀枝花学院学报:自然科学研究,2004,21(6):112-120.

[3]郝秀红,邱雪松,王琼,白文普.机械设计课程设计教学改革初探[J].教学研究,2011,34(3):51-54.

[4]张日红,朱立学,韦鸿钰.机械设计课程设计教学改革初探[J].黑龙江科技信息:文化教育,2008,(29):184.

[5]蔡晓君,廖建泉,董建业,郭居易,陈嘉伟.机械设计课程设计中运用Solidworks进行变桨距机构设计及建模[J].化工高等教育:实验与实践教学,2015,(2):38-42.