《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐*

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（三明學(xué)院 福建 三明 365004）

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐*

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（三明學(xué)院 福建 三明 365004）

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程是機(jī)械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是機(jī)械專業(yè)的主干課程。其中課程設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)及形成創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力具有重要的作用。本文基于對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)的改革實(shí)踐進(jìn)行了探索，并對(duì)今后的教學(xué)改革作了展望。

機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代化大規(guī)模的機(jī)器的產(chǎn)生，都是生產(chǎn)力高度發(fā)展的重要標(biāo)志。適應(yīng)這一趨勢(shì)的基本條件就是培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的機(jī)械工程師，作為高校機(jī)械專業(yè)就要培養(yǎng)出專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、綜合能力強(qiáng)的學(xué)生，向社會(huì)輸送這些人才。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)中，綜合性的課程設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力起到了舉足輕重的作用，同時(shí)也是學(xué)生進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程是一門多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，綜合了理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械原理、金屬工藝學(xué)及熱處理等系列機(jī)械基礎(chǔ)課程的知識(shí)，解決通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)問題，因而具有綜合性、設(shè)計(jì)性，是學(xué)生對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)原理分析、結(jié)構(gòu)制造、強(qiáng)度綜合的一次實(shí)踐性訓(xùn)練。在技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課程以及市場(chǎng)需求上，課程設(shè)計(jì)起到了承上啟下的作用，為培養(yǎng)具有工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和綜合設(shè)計(jì)能力的機(jī)械人才打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

課程設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是輔助機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)可使學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程及有關(guān)先修課程的知識(shí)，起到鞏固、深化、融會(huì)貫通及擴(kuò)展相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面知識(shí)的作用，樹立正確的設(shè)計(jì)思想。

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及研究分析 長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)各個(gè)院校所采用的設(shè)計(jì)題目為“減速器的設(shè)計(jì)”。它涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)中所有基本通用零件的設(shè)計(jì)，而且體現(xiàn)了通用典型部件設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念及方法，是所學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程的總結(jié)，綜合性較強(qiáng)，課程題目已經(jīng)很成熟，與之相配套的圖冊(cè)、手冊(cè)及課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)書也很全面，對(duì)于第一次接觸課程設(shè)計(jì)以及自己動(dòng)手進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，都有很大的幫助。對(duì)于提高學(xué)生自身的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力，也是一次很好的實(shí)踐機(jī)會(huì)。依據(jù)我校機(jī)械專業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合其他高校的課程設(shè)計(jì)，教師將題目確定為“減速器設(shè)計(jì)”，其中涉及的主要內(nèi)容為：A、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)；B、電動(dòng)機(jī)選擇；C、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算；D、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算；E、聯(lián)軸器的選擇計(jì)算；F、減速器附件的選擇計(jì)算；G、潤(rùn)滑與密封方式的選擇計(jì)算?！笆爻墒健钡慕虒W(xué)是讓學(xué)生按照課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的范例一步一步地進(jìn)行設(shè)計(jì)，教師定期檢查進(jìn)度，最后根據(jù)學(xué)生繪制的圖紙以及答辯來確定得分。這樣學(xué)生的基本知識(shí)能力可以得到訓(xùn)練，模仿課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，但缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。為了改變這種教學(xué)模式，應(yīng)對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方案進(jìn)行改造，其目標(biāo)就是將學(xué)生專業(yè)知識(shí)與相關(guān)專業(yè)知識(shí)并重，基本專業(yè)能力與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力并重。

課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐 在有關(guān)減速器的課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生把各種基本常用的機(jī)械零件加以綜合，使學(xué)生初步掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法，了解設(shè)計(jì)的計(jì)算過程。在《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生完成裝配圖、常用零件的零件圖以及整個(gè)設(shè)計(jì)中所涉及的計(jì)算，編寫出設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。最后，通過教師與學(xué)生一對(duì)一的答辯形式，對(duì)設(shè)計(jì)過程中學(xué)生的設(shè)計(jì)思路和繪制的圖紙進(jìn)行綜合，對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行最終評(píng)分。在教學(xué)課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)要達(dá)到的目標(biāo)，制定了具體的實(shí)施方法。

1.將以往的二級(jí)斜齒（或直齒）變速器設(shè)計(jì)改為單級(jí)變速器設(shè)計(jì)。從本質(zhì)上來說，單級(jí)變速器的設(shè)計(jì)與二級(jí)變速器設(shè)計(jì)無區(qū)別，設(shè)計(jì)方法和思路都相同。二級(jí)減速器只是比單級(jí)減速器多了一級(jí)齒輪傳動(dòng)，考慮到課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)的安排，題目改為單級(jí)齒輪減速器，更符合實(shí)際情況，安排更為合理緊湊。

2.將模仿式的設(shè)計(jì)變成思考式設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間為期兩周，其中包括總體思路設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖繪制、典型零件圖繪制以及編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。設(shè)計(jì)的題目共為10項(xiàng)，每4～5人為一個(gè)小組，對(duì)所分到的題目方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇“減速器”作為課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，通常是以計(jì)算聯(lián)接、傳動(dòng)及軸系零件為主，以加強(qiáng)基礎(chǔ)機(jī)械工程能力的培養(yǎng)，但對(duì)機(jī)械系統(tǒng)總體方案的分析、選擇，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定都考慮不多。為使學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)有一個(gè)較為清晰的思路，了解機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，可考慮要求學(xué)生從實(shí)現(xiàn)某一功能原理出發(fā)，擬定產(chǎn)品的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案，完成運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪出所擬機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、裝配總圖、零件工作圖(計(jì)算機(jī)繪圖和手工繪圖)，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。學(xué)生依據(jù)提供的參數(shù)，經(jīng)過方案論證、總體設(shè)計(jì)、零部件強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列環(huán)節(jié)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、解決工程實(shí)際問題的能力。每個(gè)學(xué)生可自行擬定設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行小組討論。特別在設(shè)計(jì)方案確定和關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可辯論，闡明理由，以確立最佳可行方案。這樣可提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)素養(yǎng)和理論思維能力，使學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)起對(duì)課程的興趣，能更主動(dòng)地去尋找解決實(shí)際問題的方法。

3.將課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容分散到平時(shí)教學(xué)中進(jìn)行。以往的課程設(shè)計(jì)只是集中在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，并未在平時(shí)教學(xué)中體現(xiàn)出來。改革后的課程設(shè)計(jì)，將減速器的相關(guān)內(nèi)容及時(shí)穿插在平時(shí)的課程教學(xué)中，讓學(xué)生逐漸掌握需要設(shè)計(jì)的機(jī)器功能原理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況等。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，提前把設(shè)計(jì)要用到的數(shù)據(jù)參數(shù)分發(fā)給大家，讓學(xué)生有充足的時(shí)間準(zhǔn)備設(shè)計(jì)，搜集相關(guān)的資料進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。這種漸進(jìn)式的教學(xué)，可以使學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的題目了解得更為深入，前期工作準(zhǔn)備得更加充分，對(duì)所設(shè)計(jì)的題目搜集的資料更加充足。這樣就不會(huì)在課程設(shè)計(jì)已經(jīng)開始的情況下還不知道第一步該怎么進(jìn)行。將課程設(shè)計(jì)穿插到教學(xué)中，可以大大改善《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程內(nèi)容時(shí)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)問題，從而活學(xué)活用，避免理論與實(shí)際脫離的現(xiàn)象。

4.電腦軟件的應(yīng)用。在課程設(shè)計(jì)中，要求學(xué)生對(duì)圖紙進(jìn)行手工繪制，若學(xué)生對(duì)軟件AutoCAD繪圖較熟悉，可以采用電腦繪圖。早在大一時(shí)期，本專業(yè)便已經(jīng)將計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件應(yīng)用于教學(xué)中，要求學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行手工繪制，可以強(qiáng)化學(xué)生基本繪圖功底。現(xiàn)代企業(yè)（公司）也開始逐步使用軟件進(jìn)行繪圖，因此，讓學(xué)生采用AutoCAD軟件，不僅可以鍛煉學(xué)生操作軟件的能力，提高繪圖速度，而且可以為學(xué)生今后進(jìn)入企業(yè)工作打下應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。

5.建立有關(guān)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)課堂，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)課堂上分析三維減速器的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)上附有的減速器的拆分和組裝過程，可使學(xué)生更加深入地了解減速器的原理以及每個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，有助于設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

改革中遇到的問題 在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的過程中，存在這樣一些問題。首先，要求學(xué)生會(huì)使用工具手冊(cè)。在設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生在查找相關(guān)的資料及參數(shù)時(shí)，不知如何對(duì)參數(shù)進(jìn)行選取。選用參數(shù)后，只經(jīng)過計(jì)算，并未對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行校核和檢驗(yàn)。其次，整體教學(xué)的學(xué)時(shí)數(shù)較少，課堂理論教學(xué)后，對(duì)于實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)所安排的時(shí)間更加緊促，在短時(shí)間內(nèi)，要求學(xué)生完成復(fù)雜的課程設(shè)計(jì)題目，相對(duì)來說難度較大。再次，課程設(shè)計(jì)中，以往的設(shè)計(jì)要求學(xué)生手工繪圖，目前的教學(xué)中均要求采用軟件進(jìn)行圖紙繪制，目的在于繪圖過程中掌握應(yīng)用軟件能力，但很容易在學(xué)生之間產(chǎn)生拷貝圖紙的現(xiàn)象。應(yīng)用軟件進(jìn)行輔助繪圖，主要目的還是要完成機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，而不是軟件的具體操作，有些學(xué)生很容易將重點(diǎn)放在軟件學(xué)習(xí)上，偏離了課程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。

改革成效 依據(jù)教學(xué)改革方案，對(duì)我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)2006級(jí)和2007級(jí)學(xué)生進(jìn)行了實(shí)踐。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生去圖書館查找相關(guān)資料，搜集、討論、設(shè)計(jì)、計(jì)算等都十分認(rèn)真。從圖書館到設(shè)計(jì)教室，從食堂到教室，學(xué)生們很少休息，全身心地投入到設(shè)計(jì)之中。最后在答辯過程中，學(xué)生帶著自己設(shè)計(jì)的圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，有明顯的成就感。

課程設(shè)計(jì)期望

結(jié)合我院機(jī)械專業(yè)的現(xiàn)狀，目前還是以“減速器”為課程設(shè)計(jì)的主要題目，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)已經(jīng)在課程設(shè)計(jì)題目上進(jìn)行了創(chuàng)新，引入了綜合性更強(qiáng)的課題，與其他學(xué)科比如自動(dòng)化、電子技術(shù)等結(jié)合。將題目綜合化，也就要求在相應(yīng)的學(xué)科范圍內(nèi)添加理論學(xué)習(xí)的課程，能夠在理論教學(xué)中引入新的課程，比如《機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等課程，這對(duì)課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新有很大的幫助。

在軟件應(yīng)用上，希望逐步加入二維、三維軟件的使用。目前，我院機(jī)械專業(yè)已經(jīng)將繪圖輔助工具AutoCAD添加進(jìn)平時(shí)的課程教學(xué)，但要學(xué)生熟練掌握還有一定的距離。三維軟件的應(yīng)用作為選修課程也應(yīng)讓學(xué)生有所學(xué)習(xí)，逐漸引入三維軟件，可以有助于學(xué)生加深理解。雖然對(duì)本科階段的學(xué)生不做硬性要求，但對(duì)于拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力，還是有很大的幫助，也是軟件應(yīng)用多元化的需要。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界機(jī)械制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化設(shè)計(jì)與分析制造的新時(shí)代，先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)及其制造方式正在全面地開展。所以，在平時(shí)的機(jī)械教學(xué)中，應(yīng)該將三維軟件設(shè)計(jì)、分析與制造的理論與實(shí)踐引入 《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)當(dāng)中。針對(duì)現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)不斷應(yīng)用熟練的三維軟件，我院機(jī)械專業(yè)早在2007～2008學(xué)年就開設(shè)了有關(guān)三維軟件的教學(xué)，如UG、Soliedge、ProE等軟件，通過讓學(xué)生選修這些課程，及早了解和掌握軟件的應(yīng)用，并應(yīng)用這些軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械零部件繪制。三維軟件的應(yīng)用可以將二維圖紙表達(dá)的信息轉(zhuǎn)換為感官上更能直接接受的立體模式，可以讓學(xué)生更加清晰地了解機(jī)械產(chǎn)品或者零部件，再將三維模型轉(zhuǎn)化為二維投影圖，更加符合一般人的思維習(xí)慣。加強(qiáng)機(jī)械專業(yè)學(xué)生軟件應(yīng)用的能力，不僅可以加深對(duì)機(jī)器的認(rèn)識(shí)，而且有了應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，今后才能更加深入地分析零部件的機(jī)構(gòu)情況、受力分析等。

現(xiàn)在，三明市將冶金及金屬壓延、機(jī)械及汽車零配件、林產(chǎn)加工業(yè)和生物醫(yī)藥等列為重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，同時(shí)，我院與永安車輛廠的技術(shù)合作也將作為福建省重點(diǎn)項(xiàng)目的產(chǎn)學(xué)研基地，這對(duì)于機(jī)械專業(yè)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)無疑提供了很好的機(jī)遇以及外部環(huán)境。在進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用軟件技術(shù)有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析機(jī)構(gòu)設(shè)備的能力，但在主次上不能偏頗，才能提高學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合能力。

[1]于惠力，向敬忠，張春宜，等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[2]程帆，王洪飛.機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（5）：43-45.

[3]王春潔，李曉利.機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”的改革與實(shí)踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) （社會(huì)科學(xué)版），2002，15(4)：60-62.

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）

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1672-5727（2010）10-0077-02

*本文系三明學(xué)院教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目《機(jī)械類專業(yè)課程設(shè)計(jì)的改革研究與實(shí)踐》（項(xiàng)目編號(hào)：L0805/Q）的部分成果

張?chǎng)┚辏?980—），女，甘肅蘭州人，碩士，福建三明學(xué)院物理與機(jī)電工程系講師，研究方向?yàn)镃AD/CAE/CAM仿真技術(shù)，模具設(shè)計(jì)，板料塑性成形技術(shù)，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)。