轮机工程专业机械设计课程设计教学探讨

，丁天明，王伟军，龚雅萍，卢金树，张志斌

(浙江海洋学院 海运学院，浙江 舟山 316000)

机械设计课程设计是工科院校机械类、近机械类以及轮机工程、船电等非机械类专业的学生在学完机械设计基础课程后进行的一个重要的实践环节，也是大多数学生第一次接受较全面的设计能力的训练。机械设计课程设计能为学生今后的专业课学习、专业课程设计、毕业设计以及毕业论文等奠定基础，同时能够对今后从事技术工作产生极其重要的意义和深远的影响。

一、机械设计课程设计教学中存在的问题

1.“机械设计基础”课程学时分配少

“机械设计基础”课程一般约为100学时，其主要内容是介绍一般机械中常用机构和通用零部件的结构、运动特性、工作原理及有关的设计计算，并概述机械动力学的一些基本知识。随着教学结构的调整，教学内容有增无减，学时却逐渐减少。浙江海洋学院的“机械设计基础”课程现已调整为52+4学时(理论52学时，实验4学时)，教学时间短，难以保证课程设计的质量。

2.课程设计时间安排不合理

按照教学计划，课程设计安排在第四学期的期末考试和短学期阶段。完成课程设计的时间一般为3周，在这么短的时间内，学生要完成20～30页的设计计算说明书2份(纸质稿、电子稿各一份)、减速器装配图1张、零件工作图2张，同时还需要学习AutoCAD完成绘图，难度可想而知。在期末考试阶段学生还要应付很多课程考试，在短学期又安排了轮机工程专业的两精通(精通艇筏与精通急救)、高级消防的理论学习与实操训练，多方面原因造成课程设计没有起到真正的理论联系实际的实践环节的作用，同时也会造成期末考试成绩、两精通和高级消防成绩不理想。

3.课程设计选题面过窄

课程设计选题一般为带式运输机传动装置设计，用于带式运输机的减速器有直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及蜗杆蜗轮减速器。在给定运输带工作拉力(/N)、运输带工作速度(m/s)、卷筒直径(/mm)一组数据以及工作条件、使用寿命、生产批量、动力来源、允许运输带速度误差范围等的情况下，每个学生独立完成设计。由于是3个班级共100多人同时进行课程设计，这样有可能出现一些学生的题目相同或非常相近，这也是客观上造成抄袭现象严重的原因之一。

4.综合运用知识能力不强

在机械设计课程设计的过程中，需要综合运用到前面学到的机械制图、轮机工程材料、工程力学、公差等先修课程以及刚学到的机械设计基础课程。在设计计算说明书撰写过程中，需要用到轮机工程材料里的材料选型、热处理等内容以及工程力学的弯矩、扭矩的计算及绘图等知识，在减速器装配图、零件工作图中需要运用机械制图的三视图、剖视图、尺寸标注、技术要求等。从课程设计完成效果来看，学生对于这些先修课程的掌握程度不是很好，结果造成课程设计质量不高。

5.“甩图板”工程在课程设计中存在不足

传统的课程设计采用丁字尺、图板、三角板等工具，而现在绝大多数都是采用二维或三维CAD软件进行课程设计。“甩图板”工程的出现也是为了适应现代社会的新知识、新技术、新工艺以及现代市场经济的需要。在设计过程中，二维或三维CAD软件具有无纸化、高效、快捷、经济、易保存等优点，解决了传统手工设计修改难、修改费时、修改次数多图纸不清晰等缺点。但是二维或三维CAD中易保存、易拷贝的特点客观上也是造成一些学生的课程设计质量不高的原因之一。

6.课程设计内容陈旧

一直以来，大部分工科院校机械类、近机械类等专业课程设计都是带式运输机的传动装置设计，且题目多年不变。不同专业的定位与培养目标各不相同，如果都是进行减速器装置设计，就不能很好地反映专业特点。如轮机工程专业的毕业生一般从事现代船机修造、监造、检验、修造经营及机务管理等工作，而带式运输机的传动装置的设计不能很好地反映轮机工程的专业特点。

二、机械设计课程设计教学改革的建议

1.设计模式：“先分散后集中”

在课时较少的情况下，为了达到较高的课程设计质量，需采用“先分散后集中”的模式。即先把设计计算说明书的撰写分散安排到机械设计基础课程教学中，然后再把装配图及零件工作图的绘制集中安排在短学期中的3～4周集中完成。

2.时间安排：第四、第五或第六学期的短学期

如进行带式运输机传动装置的课程设计，则可以安排在第四学期的短学期；如进行专业方面的课程设计，则需要安排在第五或第六学期的短学期，因为专业知识的学习是在第五学期才开始。课程设计是一项重要的理论联系实践的教学环节，时间安排应该固定成为一种制度，尤其不能与其他重要课程的学习相冲突。具体时间分配为：二维或三维CAD软件学习2周，装配图、零件工作图2周。

3.选题：密切联系轮机工程专业

课程设计的题目应多样化并密切联系轮机工程实践。可以由老师确定，也可以由学生按照自己的学习兴趣来确定，以下几种题目可以作为参考。

(1)变“带式输送机的传动装置设计”为“零部件或系统测绘与分析”。这类题目主要是针对成绩或基础较差的学生而设定的，研究对象为船舶柴油机的活塞、气缸、曲轴等重要零部件以及淡水、海水、燃油、滑油等管路系统图的测绘与分析，主要从运动、结构强度、工作能力、精度、材料、工艺等方面进行综合分析[1]，既达到了课程设计的目的，也增加了对专业的了解与认识。

(2)零部件的三维虚拟设计。运用三维CAD软件进行减速器箱体以及活塞、连杆、曲轴等船舶柴油机重要零部件的虚拟设计。现阶段应用较多的三维CAD软件有国产的CAXA，国外的Pro-E、UG、Solidworks等。采用这些软件进行课程设计有很多优点，如通过直观的三维模型，增强学生的感性认识；通过干涉检查，验证学生的设计计算说明书是否正确；通过三维虚拟模型输出二维投影图，符合思维习惯,有利于建立创新形象思维。[2]

(3)采用三维CAD进行运动学、动力学及振动分析。活塞、连杆、曲轴等零部件的三维虚拟模型建立后，可以继续对这些零部件进行后续分析，如采用机械系统动力学分析软件ADAMS进行运动学和动力学分析，具体步骤为：几何建模—建立约束—设置初始状态—进行仿真—测量仿真结果。

(4)应用有限元进行强度分析。有限元分析已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径。有限元分析也可以作为三维虚拟设计的后续研究内容，常用的软件有ANSYS、SolidWorks、Unigraphics NX及Pro-E等，如利用ANSYS进行船舶柴油机曲轴的有限元分析，为曲轴设计和工作可靠性分析提供重要的理论与数据支持。

(5)液压元件、系统的动态性能仿真。如采用EASY5、matlab/simulink等软件进行液压泵、液压马达等其他液压元件或液压系统动态性能仿真分析，不但巩固了液压知识，而且加强了液压工程实践的认识。

4.先修课程内容穿插到机械设计基础教学中

课程设计需要运用到机械制图、轮机工程材料、工程力学、公差等先修课程的相关内容。指导老师把相关先修课程的内容有机穿插到机械设计基础课程的相关部分讲解，使学生在学习新知识的同时复习、巩固、运用已有知识。例如,在讲授齿轮传动的承载能力时,要紧紧抓住先修课程(理论力学和材料力学) 中有关力的三要素、力的合成与分解及强度理论等内容,结合具体零件进行分析和比较,使学生能很快地掌握这部分内容。[3]

三、结 语

在机械设计课程设计的教学过程中，经过课题组成员的不断摸索和实践，总结出加强课程设计与轮机工程专业的密切联系、提高机械设计课程设计质量的一些措施与方法。实践证明，能够较好地提高课程设计的质量。

[1]曹 燕，曹秀洪.浅析高职《机械设计基础》课程设计改革[J].泰州职业技术学院学报，2008(2)：62-63，76.

[2]胡昌军.《机械设计基础》课程教学改革的探索[J].池州学院学报，2007(5)：129-132.

[3]郑阿路.提高机械设计基础课程教学质量的探讨[J].集美航海学院学报，1997(1)：71-75.