机械原理课程设计教学的探讨与实践

谢忠东+武立波+刁有明+马先英+丁晓非

摘要：本文针对机械原理课程设计具有很强实践性和创新性的特点，从设计内容、计算机应用和考核方法等几方面探讨了提高机械原理课程设计教学质量的方法。通过课程设计的训练，学生初步具有了综合运用知识分析问题、解决问题的能力，有效地激发了学生的创新意识，提高了学生的创新能力。

关键词：机械原理；课程设计；教学内容；考核方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）15-0092-02

一、引言

机械原理在机械设计系列课程中占有非常重要的地位，其课程设计是学生较全面地进行机械传动系统运动学、动力学分析的重要实践教学环节。具体来说，它就是根据给定机械的工作要求，确定机械的工作原理，拟定工艺动作和执行构件的运动形式，绘制工作循环图，进行执行机构的选型与组合，对各种运动方案进行分析、比较和选择，绘制机构运动简图，进行机械动力性能分析与综合。通过对该课程的设计，学生具有了初步的设计机械运动方案的能力，增强了对机械设计中有关运动学、动力学的分析与设计的完整概念的理解，提高了学生综合运用知识的能力，使学生具备计算、制图和使用技术资料的能力。

二、传统课程设计中存在的问题

传统的机械原理课程设计教学中多以机构的分析为主，这并不利于学生设计能力和创新能力的训练与提高。该课程设计一般使用两种类型的题目：一类题目是选用对典型机构进行运动分析和动力分析；一类题目是根据某些功能，要求对确定的机械运动系统进行方案设计，并对机械中某一机构进行设计，两类题目的侧重点不同，前者偏于分析，后者注重设计。

如图1所示为一插齿机构，设计内容包括导杆机构的设计；两个指定位置的图解法机构运动分析；图解法的让刀凸轮机构设计。

图2所示为颗粒糖果包装的三种形式，即扭结式包装（图2a）、折叠式包装（图2b）和接缝式包装（图2c）。显然，实现各种包装型式的工艺动作不同，因此机械运动的方案也有所不同。这类课程的设计一般集中安排在两周内完成，时间比较短，设计过程中学生很难一次性圆满完成，一般需进行修改，甚至修改多次，所以手工书写、手工绘图图面质量都将难以保证。

三、课程设计内容的充实与合理编排

如何有机整合分析与设计内容是提高该实践教学质量的关键所在。它应以培养学生的创新设计能力为主，机构分析为辅而开展的一次实践性教学，如果以机构的分析为主，将会削弱学生在方案设计方面的训练。机械系统的方案设计是整个机械设计的第一步，也是最具创新性的一个环节，方案设计的好坏将直接影响到机械设计产品的性能优劣及其在市场上的竞争力。机械系统方案设计主要包括执行系统和传动系统的方案设计。其中执行系统的方案设计是机械系统方案设计的核心，其重点是执行系统的功能原理的设计，执行构件的运动规律设计以及执行系统的协调设计，根据设计结果可绘制出机械工作循环图。如图3所示，图3a为某一金属片冲制机的工艺动作分解（分别为送料、冲制、退回等），可得出其工作循环图如图3b所示，它以主轴为定标件，冲头和送料以主轴的转动角度为基准绘制而成。为提高生产率，各执行构件的工作行程允许局部重叠。

在课程设计教学中，为了使所有的学生都能基本完成设计任务，题目难度应具有一定的开放性和伸缩性。在内容上可以扩展，进一步延伸至后续教学的机械设计课程设计，凸显出教学的连续性，使学生得到更系统，更完整的实践训练。学生通过收集资料、方案设计和课堂讨论等方法，能够得到一次较为全面的创新设计的初步训练。如设计题目可以只给出机器需实现的功能要求，老师可以提供一种实现该功能的典型机构，让学生对此机构进行分析。在此基础上，要求每个（组）学生再提供一种新的方案，可以是执行系统的方案，也可以是传动系统的方案，以此激发学生，充分发挥其主观能动性，使其认真查阅资料，独立思考，积极创新。最后汇总方案，评选出几种较好的方案，通过讨论与比较方案的优与劣，达到提升学生分析与创新能力的目标。如在牛头刨床中实现刨头的慢进快退功能可采用连杆机构、凸轮机构。连杆机构中可采用各式各样的滑块机构，凸轮机构可以采用平面或空间凸轮机构，还可以采用组合机构。由此将衍生出很多传动机构，再从实现功能的难易、传动性能的好坏、结构的合理性以及经济性等方面给予评价。

四、合理利用计算机技术

在当前的教学中，课程设计环节一般要求手工书写计算说明书和手工绘图。但是，现代机械设计根本离不开计算机技术的应用，所以在课程设计中，应用计算机辅助分析与设计技术也是将计算机理论知识得以实际应用的一次实践活动。因此，要积极鼓励学生努力将计算机技术应用到课程学习当中，提高其学习兴趣，同时避免手工书写、绘图慢且不容易保证质量的弊端。在上述方案确定之后，机构的尺寸参数、机构的运动分析、工作循环图绘制、飞轮设计及绘图等应用计算机技术之后，可以得到精确的计算结果，分析或设计修改较为方便，可以较快地得到修改后的结果。如改变某一机构尺寸参数，此改变参数对机构运动性能和动力性能的影响可以通过计算机技术分析快速获得。同时，还可以进一步利用计算机仿真对整个机械系统的运动规律进行演示和研究。当然，做到这一步是需要较为扎实的计算机功底，所以应用计算机完成工作量的比例应给予认真考虑，因材施教，避免造成以计算机应用为主的实践性教学。

五、考核方法

一般理论考试每题每个步骤都有得分计算，但是课程设计没有，最终成绩也几乎都是五分制计，即优秀、良好、中等、及格和不及格等五个档。这就使成绩的评定容易带有一定的主观性和随意性，从而失去可信度，这将在学生中产生很不好的影响，一定程度上打击了认真学生的积极性，又助长了不主动学习学生的惰性。所以考核要有其合理性、科学性。考核分教学过程和课程设计成果两部分进行。教学过程是指从学生拿到设计题目开始，到整个设计过程结束，指导教师应掌握每个学生的具体进行情况，并作简略的记录，做到评定有据可查。课程设计成果是指学生最后上交的材料，可组织2～3名教师组成的答辩小组进行答辩，这样可以检验学生学习的扎实度，也可一定程度上检查出学生是否有抄袭行为，同时还可以作为学生毕业设计答辩的一次简单训练。

六、结束语

提高机械原理课程设计的教学质量可以从很多个环节着手，由于课程设计既是实践性较强同时又具有一定创新性的教学活动，编排课程和设计题目应都能使学生基本完成，同时又要给学习能力较强、基础知识较扎实的学生一个提升设计创新能力的空间。通过课程设计的训练，可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

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