機械設(shè)計專業(yè)課程體系設(shè)計研究范文
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我校以前的機械設(shè)計課程設(shè)計的題目主要是齒輪減速器的設(shè)計，在教學(xué)上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗型手工設(shè)計為目標，老師逐步講解，學(xué)生機械僵硬地模仿，課程設(shè)計被誤解為僅僅是翻手冊、套公式，甚至有的學(xué)生一味參看其他的減速器設(shè)計，采用的方法主要是圖解法。設(shè)計說明書照葫蘆畫瓢，對自己所設(shè)計的東西具體由哪些零部件組成，這些零部件的參數(shù)和形狀如何，這些零部件之間的裝配關(guān)系、運動關(guān)系如何等了解很少，知其然而不知其所以然［3］。同時，在課程設(shè)計期間，往往是很多班級同時或相繼展開，造成設(shè)計教室、手冊緊張，不僅嚴重影響了設(shè)計進程，而且影響了設(shè)計效果，甚至有的學(xué)生為趕進度，胡編設(shè)計數(shù)據(jù)。這些現(xiàn)狀與當今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很不適應(yīng)，與當前市場需求也不相適應(yīng)。知識要更新，設(shè)計手段要先進，因此，機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計的傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的改革勢在必行。
將機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計內(nèi)容進行整合，探索機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計中如何培養(yǎng)學(xué)生的機械運動方案設(shè)計、機械創(chuàng)新設(shè)計和解決工程實際問題的能力，提出適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計實施方案，并完成2008級機制班機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計教學(xué)實踐。同時，考慮機制、模具、汽車、機電方向的不同，選擇適合不同方向的綜合設(shè)計題目，以設(shè)計對象為主線，嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機構(gòu)運動演示，要求學(xué)生用計算機仿真驗證機構(gòu)運動設(shè)計的合理性［4］，嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機械方案創(chuàng)意設(shè)計模擬實驗，要求學(xué)生利用運動方案進行模型拼裝創(chuàng)新實驗，驗證機構(gòu)運動設(shè)計的科學(xué)性、合理性。通過機械基礎(chǔ)設(shè)計課程改革，加強學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。把機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計時間由原來的分開設(shè)計整合為一，機械原理、機械設(shè)計兩門課程的課程設(shè)計題目選擇范圍加大，同時增加設(shè)計時間，激勵學(xué)生對這類題目產(chǎn)生較大的興趣，每一位學(xué)生都積極思考，差不多每人都提出一到幾種運動方案，然后通過小組討論，挑出最佳方案后，由各組確定自己的最終機械系統(tǒng)運動方案。通過這些創(chuàng)意設(shè)計活動，可大提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，改革課程體系綜合設(shè)計手段，加強CAD、CAM、CAE等技術(shù)應(yīng)用［5］。運用虛擬樣機技術(shù)，可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因而受到了制造廠商、科研機構(gòu)、大學(xué)、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發(fā)的非常著名的虛擬樣機分析軟件。嘗試以ADAMS為工具，讓學(xué)生對自己設(shè)計出的機構(gòu)進行建模與仿真，真實地仿真機構(gòu)的運動過程。改革設(shè)計手段，將給課程設(shè)計賦予新的活力。
課程體系綜合設(shè)計的實踐及應(yīng)用
1改革設(shè)計題目，注重學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)
機械CAD能力、綜合應(yīng)用與設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力是新世紀高素質(zhì)機械工程技術(shù)人才的重要素質(zhì)。因此，機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計訓(xùn)練主線則是以典型機械系統(tǒng)設(shè)計為內(nèi)容，并將機械原理和機械設(shè)計的兩課程設(shè)計貫通，由根據(jù)設(shè)計要求到機械運動方案及其運動與動力設(shè)計(即機械運動簡圖設(shè)計)，再到機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力設(shè)計(即裝配圖及零件工程圖的設(shè)計)，從而形成一條加強機械系統(tǒng)設(shè)計和綜合設(shè)計能力訓(xùn)練的設(shè)計訓(xùn)練主線［6］。使學(xué)生經(jīng)過原理方案的設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、傳動方案的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程，加深對機械系統(tǒng)的整體認識，加強設(shè)計中的工程意識，培養(yǎng)綜合創(chuàng)新設(shè)計的能力。目前各高校都在進行課程設(shè)計改革實踐，但兩門課程設(shè)計合在一起的課程設(shè)計指導(dǎo)書還很少見［7］。因此，根據(jù)我校實際情況，編寫了適合于本科機械類的機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計指導(dǎo)書，指導(dǎo)老師可根據(jù)不同方向教學(xué)班次選用設(shè)計題目。
2機械傳動方案設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
機械傳動方案設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的指導(dǎo)思想。教師在指導(dǎo)時，應(yīng)因材施教、因人施教，對不同層次的同學(xué)要有所區(qū)別。在選題方面，提倡設(shè)計能力較強的同學(xué)選擇指導(dǎo)書以外的題目。在指導(dǎo)方面，對這些同學(xué)應(yīng)適當增加設(shè)計的難度和深度。方案設(shè)計時重點是要把握創(chuàng)新點［8］。在方案分析過程中，為了實現(xiàn)一個確定的設(shè)計目標，要求學(xué)生至少提出3種可行的方案，并對方案進行分析、比較，總結(jié)出其優(yōu)點與不足。然后確定出設(shè)計者認為最優(yōu)方案作為本次課程設(shè)計方案。最后對此方案進行詳細設(shè)計，包括其運動過程和運動尺寸的確定，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度設(shè)計直至計算。
3引入虛擬樣機技術(shù)進行機構(gòu)分析
虛擬樣機技術(shù)又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術(shù)。運用虛擬樣機技術(shù)，可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，受到了制造廠商、科研機構(gòu)、大學(xué)、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發(fā)的非常著名的虛擬樣機分析軟件。基于貫徹實施培養(yǎng)卓越工程師思想，在機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計中引入ADAMS軟件對插床導(dǎo)桿機構(gòu)、沖壓機構(gòu)、擺動式運輸機機構(gòu)、牛頭刨床擺動導(dǎo)桿機構(gòu)等進行運動學(xué)和動力學(xué)分析，自動繪制刀具的位移、速度、加速度曲線，自動繪制曲柄受到的平衡力矩曲線圖等，能通過后期處理繪制最大動態(tài)剩余功曲線圖，使曲線結(jié)果清晰、精確。導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)仿真時，觀察在各位置時所對應(yīng)曲線含義，加深對課本關(guān)于機構(gòu)有關(guān)運動學(xué)、動力學(xué)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的理解。ADAMS軟件還能對機構(gòu)采取參數(shù)化建模，學(xué)生可以通過輸入機構(gòu)不同原始參數(shù)，進一步比較不同結(jié)果。與過去用圖解法或自編程序法進行機械原理課程設(shè)計相比，利用計算機對機械進行輔助設(shè)計，實現(xiàn)了教學(xué)創(chuàng)新，學(xué)生普遍反映用ADAMS軟件進行課程設(shè)計快捷、方便、直觀，課程設(shè)計能達到滿意效果。
4理論聯(lián)系實際，修改設(shè)計對象
在實際工程應(yīng)用領(lǐng)域中，推薦采用的大多數(shù)齒輪減速器都是采用硬齒面。隨著工業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)新工藝不斷涌現(xiàn)，在齒輪行業(yè)，特別是隨著硬齒面齒輪加工技術(shù)的成熟，加工設(shè)備的完善，硬齒面齒輪減速器已經(jīng)成為齒輪減速裝置的主流，得到了廣泛的實際工程應(yīng)用，而軟齒面齒輪減速裝置有被逐步淘汰的趨勢。因此，應(yīng)結(jié)合實際，采用硬齒面齒輪減速器設(shè)計的題目來進行實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。由于硬齒面齒輪減速器的設(shè)計與實際結(jié)合緊密，學(xué)生的自覺性與積極性得到了很大提高［9］。與此同時，有關(guān)硬齒面齒輪設(shè)計的資料無法從現(xiàn)有資料中直接利用，這迫使學(xué)生主動查找相關(guān)資料，詢問老師，學(xué)生的實際設(shè)計能力得到了更大的提高。從改用硬齒面齒輪減速器設(shè)計結(jié)果來看，整機的重量減輕、體積縮小，使用材料大幅減少，相應(yīng)的造價也隨之下降。這使學(xué)生認識到科技的進步給生產(chǎn)實際應(yīng)用帶來的巨大影響。
5學(xué)生的模仿型設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)樗伎夹驮O(shè)計
以往的課程設(shè)計以教授傳統(tǒng)的經(jīng)驗型設(shè)計為目的，學(xué)生總習(xí)慣于照搬指導(dǎo)書，一般是教師逐步講解，學(xué)生機械模仿，知其然而不知其所以然。現(xiàn)在的設(shè)計中，教師應(yīng)只給學(xué)生以必要的提示，并列出參考書目，鼓勵學(xué)生去查資料、翻手冊，培養(yǎng)他們對信息及數(shù)據(jù)的歸納和整理能力。在課程設(shè)計中，草圖設(shè)計和裝配圖設(shè)計即機構(gòu)設(shè)計階段是重點，也是學(xué)生感到困難，失誤較多的階段。在《機械設(shè)計》課堂上重點講解的都是基礎(chǔ)理論，很少涉及結(jié)構(gòu)方面的知識，而影響結(jié)構(gòu)的因素很多。所以在此階段，指導(dǎo)教師應(yīng)悉心指導(dǎo)，多進行正確和錯誤結(jié)構(gòu)的分析比較，另外要引導(dǎo)學(xué)生抓重點，培養(yǎng)學(xué)生樹立整體設(shè)計的概念。（本文作者：王立存、張國進、徐元、王旭東、杜力單位：重慶工商大學(xué)機械工程學(xué)院、重慶理工大學(xué)重慶汽車學(xué)院）
