《機械設計課程設計》課程案例教學研究

賈華坡 付家林

摘 要 《機械設計課程設計》是機械類專業學生的實踐課程，學生們在學習《機械設計》課程后需要進行的一項實踐性環節。以往大部分學校的課程設計主要是老師給學生下發機械設計課程設計任務書和相關的設計資料，然后由學生自己完成任務書里要求的相關設計內容，再由老師進行修改，評分。但是，由于涉及到大量的計算，老師往往沒有時間和精力去一一驗證學生們計算和選取設計參數的正確性，而這也一直是困擾高校機械類教師的一個問題。在本案例中，設計了一種基于機械傳動系統的軟件，該軟件可實現機械設計參數的自動計算，同時可以實現設計過程中部分零件的自動繪圖功能。

關鍵詞 機械設計 課程設計 案例

傳統的機械設計課程設計任務主要是完成減速器的設計計算，常見的傳動形式有帶傳動、圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、鏈傳動和蝸輪蝸桿傳動。在本案例中軟件可以選取五種傳動中的任意一種或兩種組合作為一個機械傳動系統來進行設計。現就本軟件可以實現的功能作簡單的介紹。

機械設計課程設計傳統的計算過程可以參考《機械設計》和《機械設計課程設計》課本，這里就不再做詳細的介紹，主要介紹通過計算機軟件進行課程設計的操作過程，具體操作步驟如下：

（1）打開軟件，進入操作系統的主輸入界面如圖1所示。

（2）用戶按照自己的設計要求將相關數據輸入系統中，點擊“繼續”按鈕，系統進入傳動比分配界面，如圖2所示。

（3）將計算數據輸入系統界面對應項中，點擊“設計開始”按鈕，系統自動進入第一級減速傳動的計算界面，如圖3所示。

（4）選擇載荷情況并點擊“確認”按鈕，系統自動進入選擇帶型、小帶輪直徑、中心距的界面，如圖4所示。

圖4：帶型、小帶輪直徑和中心距設計界面

（5）選擇好帶型后，輸入小帶輪直徑和中心距的值，點擊“確認”，系統自動進入V帶計算的結果顯示界面，如圖5所示。

（6）點擊“保存/打印結果”按鈕，系統可以自動保存計算的結果，點擊“生成帶輪工作圖”按鈕，系統可以自動調用autoCAD軟件，生成帶輪的二維圖，生成的帶輪工作圖如下圖6所示。

作圖完成后，點擊“結束”按鈕，系統自動進入第二級減速傳動的設計計算界面，按要求輸入相應的參數系統就可以自動計算得到相應的設計結果數據和繪制齒輪零件圖，這里不再贅述。

在本次的《機械設計課程設計》教學改革案例中，首次將計算機和傳統的教學方法進行結合，實現了以下幾個方面的突破：

（1）首次將計算機軟件使用在機械設計課程設計的教學當中。為計算機軟件使用在其他的課堂教學中起到了一個很好的示范作用。

（2）利用計算機軟件，學生可以在自己設計完成后將參數輸入計算機軟件之中，驗證自己的設計計算的正確性。由于大部分老師給學生課程設計的原始數據是不同的，學生在自己設計完成之后并不確定自己的設計是否一定正確，通過這一計算軟件，學生可以驗證自己的設計計算是否正確，有利于學生及時發現自己在設計中的錯誤。

（3）通過本案例可以大大減少教師的工作量，以往由于機械設計課程設計的計算量很大，而每個學生的原始數據又不相同，那么老師要想知道學生設計計算的正確性，就必須自己親自進行計算。由于老師帶學生多，老師要想自己完成這一工作幾乎是不可能的，但是有了這一軟件之后，學生在提交自己的課程設計資料時，老師只需要讓學生自己也提交一下通過軟件的驗算結果，通過對比，老師可以很容易地發現那個學生的設計計算是錯誤的。

（4）可以指導學生進行繪圖工作。大部分學生在進行機械設計的計算后需要進行繪制圖紙，但在繪圖的時候卻無從下手，在本案例中就很好地解決了這一問題。由于軟件可以實現機械設計的自動繪圖功能，學生可以根據軟件自動生成的圖形作為參考進行繪圖，同時這可以解決老師需要一一指導學生進行繪圖的問題，這也大大地減少了老師指導機械設計課程設計的工作量。

本次教學改革以鄭州科技學院2016級機械設計制造及其自動化中的兩個班為實驗對象，其中一個班采用本案例中介紹的方案，另一個班采用以往傳統的方法進行教學。通過比較課程設計的成績和學生的反應可以得出，采用本案例中介紹的方法可以大大提高學生的積極性，改善學生的學習效果，減輕教師工作的教學壓力，為學校的應用型本科教學改革起到了很好的示范作用。