創新型機械設計實驗教學研究

摘 要:針對機械設計實驗教學中存在的不足，該文以蝸桿設計創新實踐為例，引導學生積極參與到實驗教學內容和實驗過程的設計中來，償試建立一種新的教學模式。通過實踐，可使學生的觀察能力、綜合設計與創新能力、實踐動手能力及分析和解決問題的能力得到明顯改進和提高。

關鍵詞:機械設計創新實驗二次開發

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0191-01

機械設計課程是一門專業基礎課，由于機械設計課程具有實踐性強，與工程實際結合緊密的特點，不僅需要學生有一定的實踐感知，而且在學習中還要牢固樹立工程設計計算的思想。這些都需要實驗教學來輔助完成。加強實驗教學環節，完善機械設計實驗，最大限度地發揮機械設計實驗教學的作用，對提高機械設計課的課堂教學效果，培養機械工程專業學生的創新能力和綜合素質起著關鍵的作用，具有重要的意義。

1 機械設計實驗教學中存在的弊端

通過對我院學生的問卷調查，學生對機械設計實驗提出的問題主要有以下幾個方面:(1)驗證性、單一性、簡單化的實驗項目多，而設計性、綜合性的實驗項目少。開發學生創新意識、鍛煉創新能力的實驗項目則更少;(2)學生親自動手做的實驗少，實驗效果不理想;(3)實驗學時少;(4)應加強實驗教學的管理。以上問卷調查結果表明，在實際教學中，教師傳統的“教”與學生的“學”之間有著很大的障礙，學生在實驗教學中往往只是按照給定的實驗內容和實驗步驟來操作，很少主動參與到實驗過程的設計中來，激發不了學生的學習熱情，從而導致教學的效果與質量不高。

2 機械設計創新實驗探索

機械設計課程對于機械類專業是一門設計性的主干技術基礎課程，它綜合應用理論力學、機械原理、公差技術測量等先修課程的知識，解決機械的設計問題。通過本課程的教學使學生初步受到有關機械設計的基礎理論、設計方法和設計技能的系統訓練，也為學生進一步學習有關專業課和今后從事機械技術工作打下基礎。機械設計實驗在該門課程的教學中起著重要的作用，必須通過實驗教學來加強學生對課堂講授內容的理解，加強學生進行動手能力的培養，從而提高學生分析和解決問題的能力是非常必要的。

針對學生反映出實驗中存在的問題，對機械設計的實驗教學進行了深入的探索，主要體現為以自主創新和能力培養為核心，構建“多層次+開放式”的《機械設計》實驗教學模式。

2.1 “多層次”，即精心選擇、設計實驗內容

(1)保留傳統實驗項目，掌握基本技能。(2)增設分析與綜合性實驗項目，提高動手能力。(3)開設實踐性、創新設計性實驗項目，提高學生的自主創新能力。(4)開設虛擬設計實驗項目，培養學生創新思維能力。

2.2 “開放式”，即改變學生圍著老師轉的傳統教學模式，開展積極的開放式實驗教學模式

(1)實驗資源的開放。(2)教學組織的開放。(3)教學評價的開放

3 一種創新實驗設計

減速器是機械加工業的常用裝備之一，具有品種多，批量小，更新換代快的特點。而蝸輪蝸桿則是蝸輪蝸桿減速器設計中重要的一環。利用計算機輔助設計技術，運用CAD二次開發，主要計算通過編寫程序上機完成，可以解決過去設計計算繁，繪圖量大，周期長，效率低等一系列問題。

《蝸桿設計實驗》可以作為實踐性、創新設計性實驗項目，同時也可以作為開放式實驗項目開設。下面將學生的實驗過程和實驗結果總結如下。

3.1 實驗目的

(1)熟悉蝸桿的主要技術參數，了解蝸桿設計的常用方法;(2)運用計算機作為輔助手段，設計基于CAD二次開發的蝸桿設計實驗過程。(3)激發學生的學習興趣，增強學生的動手能力，培養學生創新精神、創新能力和創新素質。

3.2 實驗內容

本文以蝸桿設計作為實驗內容，在實驗過程中，要求學生運用計算機作為輔助手段，設計出一種蝸桿設計的方法，并最終完成蝸桿的設計。

3.3 實驗設備

(1)蝸桿傳動組件;游標卡尺一把;三角板，繪圖紙，鉛筆;(2)計算機及相關硬件:CPU Celeron 2.4GHz;內存1GB;硬盤40GB;(3)計算機軟件:WINXP系統軟件;AutoCAD 2006應用軟件。

3.4 實驗過程

3.4.1 確定蝸桿設計的一般步驟

(1)繪制蝸桿的幾何關系圖;(2)分析幾何參數之間的關系，建立數學模型;(3)選用編程語言，確定程序的整體框架結構;(4)確定繪圖程序中工件毛壞的生成方法(函數)，為生成曲面做好準備;(5)編制各個子程序;(6)調試，運行程序。

3.4.2 確定蝸桿零件的主要技術參數

普通梯形齒的圓柱蝸桿主要幾何參數有:蝸桿的端面模數，蝸桿在頭數，蝸桿螺旋方向Fx，蝸桿軸向齒形角，蝸桿特性系數，蝸桿螺牙部分長度L，頸部長度等。

3.4.3 編制蝸桿設計CAD二次開發程序

VBA(Visual Basic for Application)是一種完全面向對象體系結構的編程語言，由于其在開發方面的易用性和具有強大的功能，許多應用程序均嵌入該語言作為開發工具。實驗中運用VBA語言編制蝸桿設計CAD二次開發程序，完成蝸桿參數對話框的設計及整體程序的編程，最后對程序進行調試、運行。

1)對話框設計

(1)打開資源管理器，將所完成的“繪制蝸桿VBA工程”復制到另一個文件“繪制蝸桿VBA對話框工程”中;

(2)打開AUTOCAD繪圖界面，與資源管理器同時顯示再屏幕上，從資源管理器窗口將工程文件“繪制蝸桿VBA對話框工程”拖動到AUTOCAD的圖形窗口中;……

2)總體程序設計

(1)聲明公用變量及模塊級變量

(2)打開ThisDrawing模塊代碼窗口首先聲明公用變量及模塊級變量

(3)獲取蝸桿參數子過程

5 實驗結果

通過演示使程序調用的具體過程:加載工程到啟用宏、運行宏到彈出對話框最終生成圖形整個過程更加清楚直觀的展現了出來。

6 結語

創新的根本在于實踐，在實驗教學過程中，充分發揮學生的積極性，引導學生積極參與到實驗教學內容和實驗過程的設計中來。本實驗教學方法已應用于機械設計的實驗教學當中，結果證明，它對于增強學生的學習興趣，提高教學質量及培養學生的綜合運用和創新能力有著相當明顯的改進和提高。

參考文獻

[1] 部海波，何競飛.機械基礎實臉教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2005.

[2]蔣學華，韓虎.機械設計實驗教學創新模式探索[J].實驗室研究與探索，2008.