基于賽教融合的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程實踐

摘要：機械設(shè)計課程是高職院校大一學生機械類專業(yè)的基礎(chǔ)課，學好機械設(shè)計基礎(chǔ)課程對后續(xù)至關(guān)重要。通過i入機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，旨在培養(yǎng)學生的實踐動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高職院校;機械設(shè)計;慧魚模型

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程是理論和實踐都較強的課程，高職學生由于自身學習積極性等原因使得學生學不進，學生對抽象的理論、概念不感興趣，而更傾向于具體的操作。因而，在機械設(shè)計課程教學中引入機械創(chuàng)新設(shè)計大賽（慧魚組），學生通過搭建各種各樣的模型，使得學生的參與感和獲得感都增強了，有助于培養(yǎng)學生的實踐能力，提高教學效果。

1機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學現(xiàn)狀

在高職院校機械設(shè)計基礎(chǔ)教學中，老師大多是講授式為主，學生被動地接受知識。而高職學生本身基礎(chǔ)薄弱，學習積極性不高，學習態(tài)度不夠端正，使得教學效果欠佳。為了提高教學質(zhì)量，引入機械創(chuàng)新設(shè)計大賽（慧魚組），學生能夠組裝各種各樣的模型，學生有了動手的機會，學生的綜合能力得到較大的提高。通過學生不斷的打磨、組裝、調(diào)試到最后出成品，然后參加大賽，如果能獲獎，對學生來說也是一個莫大的榮譽。在組裝模型的過程中，通過這一系列的實踐過程，學生在理論與實踐的結(jié)合中，體會到了機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的意義。

2機械創(chuàng)新設(shè)計大賽產(chǎn)品展示

2.1烘存一體智能升降衣櫥模塊

如今，隨著人口老齡化的加劇，老年人在家中的生活能否自理成為當下的熱點，為了更好地幫助老年人的正常起居，尤其是年齡較高的記憶力較差、身體不便的老年人，設(shè)計了一款烘存一體智能衣柜。

烘存一體智能升降衣櫥模塊有兩大部分組成：升降折疊儲物模塊和烘存一體功能模塊，主要的功能是輔助老人起居，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，升降折疊儲物模塊上面存放的是被褥、換季衣物等不經(jīng)常使用的物品，而它的右下兩儲物格存放的是經(jīng)常存取的衣物。左下方是梳妝臺，方便化妝打理。并且對頂層的每個儲物格都單獨通過控制面板進行處理，需要找什么衣物只需按下按鈕即可，如圖2所示。當頂層儲物格下降時，下面的兩儲物格會往里收縮。

對于頂層儲物格下降動作，采用的是齒輪齒條機構(gòu)來實現(xiàn)，特點是傳動平穩(wěn)，動作可靠。對于頂層儲物格下降之后，每個小儲物格要彈出才能存取衣物，這個動作是靠氣動活塞缸來實現(xiàn)，動作靈活可靠。

在升降折疊儲物模塊中，考慮到房屋空間的合理布局和生活的便捷，設(shè)計了一款折疊式梳妝臺。如圖3所示，它具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單實用等優(yōu)點。

此外，在升降折疊儲物模塊上部，附帶有智能穿衣提醒功能，它使用了一款安裝在室外的傳感器，傳感器將探測的溫度數(shù)據(jù)反饋給衣櫥控制系統(tǒng)，程序就會點亮對應衣物的指示燈，提醒穿衣者穿合適的衣服，如圖4所示。

第二大模塊就是烘存一體模塊，該模塊可以對衣物在一定的溫度范圍內(nèi)進行烘干，烘干后通過絲杠傳動把衣物存入衣櫥內(nèi)。圖5是烘存一體模塊整體圖，左邊是存儲區(qū)域，用于儲存烘干好的衣物，右邊是烘干區(qū)域，用于對未干的衣物烘干，烘干機采用電加熱方式，烘干機內(nèi)置溫度傳感器實時監(jiān)控烘干機內(nèi)溫度，保證烘干機在合適的溫度范圍。圖6是回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)臺烘干機，它能把懸掛在回轉(zhuǎn)臺兩邊的衣物通過旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，從而對衣物加熱。為了將烘干機內(nèi)的衣物自動收進衣櫥內(nèi)，設(shè)計了四活節(jié)鏈抓取機構(gòu)，如圖7所示，對衣物抓取存放，此種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、動作可靠。

2.2智能分揀包裝集成庫

隨著現(xiàn)代物流企業(yè)的發(fā)展，倉庫中堆積的貨物越來越多，對貨物的管理已成為物流企業(yè)的一個難題。本項目設(shè)計了一款智能分揀包裝集成庫模型，它可以實現(xiàn)貨物的分類、篩檢、包裝和入庫于一體。

智能分揀包裝集成庫模型主要包括貨物輸送線、包裝盒輸送線、機械抓取臂、入庫臺、入庫巷道堆垛機、高架倉、微機控制器等幾個部分組成。整體結(jié)構(gòu)圖如下圖8所示。

貨物輸送線主要由電機、履帶光敏傳感器和攝像頭等組成。電機旋轉(zhuǎn)帶動履帶運轉(zhuǎn)，物料被運送至履帶末端，當被光敏傳感器識別到時，履帶停止轉(zhuǎn)動，如圖9所示。履帶上方裝有攝像頭，用來識別物料的顏色，對物料進行分類。如下圖10所示。在側(cè)面裝有一剔除裝置，用于對不合尺寸要求的貨物進行剔除，以達到篩選貨物的目的，剔除裝置時由一個直流電機帶動剛性齒條來實現(xiàn)的。最終把需要包裝的貨物運送到指定位置。

在傳送帶的另一側(cè)有一包裝盒輸送線，主要由電機、光敏傳感器、氣缸和斜坡組成。當物料在運輸傳送帶上被識別時，控制器控制氣缸中的推桿推動物料盒下滑到運輸臺，同時電機工作將空置的物料盒運送到指定的區(qū)域，等待下一步的工作。其結(jié)構(gòu)如圖12所示。

機械抓取臂主要由機械抓手和入庫臺組成。機械抓手由三個電機和一個齒輪齒條等機構(gòu)組成，能實現(xiàn)機械抓手90°旋轉(zhuǎn)。當物料停止在傳送帶時，攝像頭識別到物料，機械抓手旋轉(zhuǎn)到物料上方，抓手下降夾取物料，然后旋轉(zhuǎn)放置到空物料盒中。其結(jié)構(gòu)如圖13所示。

入庫臺是由一個平板和一個推手機構(gòu)等組成，當機械抓手抓取裝有物料的包裝盒放入到入庫臺時，電機工作驅(qū)使機械推手工作，使貨物運輸?shù)较锏蓝讯鈾C上。其結(jié)構(gòu)如圖14所示。

入庫巷道堆垛機主要由蝸輪蝸桿機構(gòu)和電動機等結(jié)構(gòu)組成，入庫巷道堆垛機通過水平和豎直的蝸輪蝸桿機構(gòu)來進行左右和上下移動，從而進行存取貨物，具有作業(yè)方便、工作效率高等優(yōu)點。入庫巷道堆垛機分取貨模塊和存貨模塊，入庫巷道機上的微動開關(guān)在編碼電機運轉(zhuǎn)時發(fā)送信號至微機控制器，以此來精確控制電機工作的時間。其結(jié)構(gòu)如圖15所示。

高架倉是用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)單元格，在單元格內(nèi)存放托盤。把高架倉設(shè)計成可以隨需求拓展存儲空間，每個倉位縱向設(shè)計成V字形，可以有效增加入庫位置的容錯率。每一列倉位所存儲的貨物種類都是相同的，并且設(shè)有指示系統(tǒng)，方便人員觀測貨物存取狀態(tài)。

以上兩個模塊是學生通過在實驗室拼搭而來的，通過這樣的拼搭，學生能更好地理解機械機構(gòu)和機械原理，提高課堂教學效果。

3課程反思

通過機械創(chuàng)新設(shè)計（慧魚組）平臺，學生搭建各種模型，對機械設(shè)計課程中的一些常見機構(gòu)（齒輪機構(gòu)、蝸桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、帶傳動等）有了更加深入的理解，可以運用知識，學生不再只是被動地接受知識，這樣學生對這門課的掌握會更好。

此外，學生把做出的作品拿去參賽，在這個參賽過程中，學生的動手能力、信息收集能力、語言表達能力、文字書寫能力、理解能力、綜合素質(zhì)等得到全面提升。

4結(jié)論

（1）通過參加機械創(chuàng)新設(shè)計比賽，增強學生的學習積極性，鍛煉他們的動手能力，有助于激發(fā)他們的學習興趣。

（2）通過參加各類競賽，有助于培養(yǎng)學生的競爭意識和憂患意識，使學生更好地適應社會和對人才的要求。

作者簡介：羅浩林（1988— ），男，碩士，初級，主要從事機械基礎(chǔ)課程教學工作。