工学机械_机械工学

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1.背景介绍

国家的“十一五”规划中明确指出：必须提高国家的自主创新能力，争取在2010年将我国建设成为创新型国家。而创新型国家需要创新型的人才。所以如何注重学生创新能力的培养、激发学生的创新兴趣和创新积极性是目前人才培养机构所面临的具有挑战性的任务。

《机械原理课程设计》是紧随《机械原理》这门机械专业重要技术基础课之后的实践性教学环节，是《机械原理》课程的延伸，其目的是通过设计实践，使学生更好地掌握和加深理解《机械原理》课程的基本理论和方法，以培养学生综合运用所学知识，来分析和解决工程实际问题的能力，如查阅科技资料、计算机运算、机械制图、以及机械设计能力，对于培养学生理论联系实际的实践动手能力以及创新设计能力起到十分重要的作用,。

2.改革思路及方法

传统的《机械原理课程设计》教学环节中，题目品种较少，局限于诸如蜂窝煤制作机、多工位机床刀架传动系统等有限几个题目，训练内容基本上是围绕系统的方案设计、机构运动简图绘制、运动循环图的设计、对凸轮/连杆机构进行作图法或解析法设计等。由于缺少对设计方案可行性的验证环节，学生往往不管方案的正确与否，只要完成以上内容就万事大吉了，也觉得这一训练环节枯燥无味，所以学生的创造积极性未能得到充分发挥，“设计也是一种创新”的理念得不到体现。

针对这一弊端，我们近两年对《机械原理课程设计》的指导方法和训练内容进行了一系列改革，以提高学生的创新能力为目标，扩大题目的类型和数量，在利用虚拟设计手段对方案进行快速验证、加强团队合作精神、提高文字组织能力及语言表达能力、提高多媒体计算机软件使用能力等多方面对学生进行全面的训练，并初见成效。

2.1 题目多样化、生活化，提高同学的设计兴趣

首先，课程设计体现以人为本，以学生为主的理念，一改以往所有学生的设计题目千篇1律的传统。我们从日常生活、工程实际中广泛搜集合适的课程设计题目，也鼓励学生自选课题开展研究（难度、工作量通过教师审核），如自动剥豆机、自动制饼机、自动棉签卷棉机等，不仅扩大了题目的数量和类型（见表1），而且学生觉得既有趣又不陌生，从而提高同学的兴趣，也给学生以充分的想象和发挥的空间，使他们学会独立思考、积极创新。特别是前期调研过程中，他们运用各种手段收集资料，如通过互联网、图书馆，有的还讨教自己的亲朋好友，不仅增长了知识，而且提高了能力。表1 机械原理课程设计题目（部分）题目名称

1.自动打印机2.巧克力包装机

3.冲压式蜂窝煤成型机的设计4.医用棉签卷棉机 5.洗瓶机6.自动制饼机

7.一次性套鞋加工机8.糕点切片机 9.薄壁零件冲压机10.螺钉头冷镦机 11.模拟行走健身康复仪12.自动链条编结机 13.表链装配机14.平压印刷机 15.硬制胶囊分离装填系统16.铅笔打包机 17.压片成型机18.自动送煤机

19.半自动平压模切机20.电瓷帽坯件成型机 21.碾压式切管机22.旋转型灌装机

23.腿部肌肉恢复机24.步进板材冲孔机构 25.电机转子嵌绝缘纸机26.纸杯加工机 27.剥豆机28.自动打印机 29.自动制钉机30.玻璃切割机

31.一次性纸杯加工机32.健身球检验分类机

2.2 采用先进的计算机虚拟设计手段，加快创新进程、提高学生创新积极性

以往的课程设计结果，往往停留在几份图纸和书面报告，学生对自己设计出的机构或机器是否可行不得而知，所以积极性不是很高。随着计算机三维虚拟设计技术的发展，运用三维运动仿真软件对机构进行三维虚拟造型，并对机构进行运动学仿真及可行性验证已经轻而易举了，而且目前学生学习计算机软件的积极性都很高，社会上对应聘者这方面也有要求。所以，我们在课程设计的环节中，要求学生运用所掌握的三维设计软件（如Solid Works、ADAMS、UG等）对机构设计方案进行虚拟设计和运动学仿真，并验证方案的正确与否。虚拟技术的运用加快了机构设计和可行性验证的进程，同学通过这个环节的训练，不仅巩固了对三维设计软件的掌握程度，而且，当他们看到经过自己辛勤工作设计的虚拟机器能够运动起来，都很有成就感, 这大大提高了学生创新的积极性，他们的设计结果往往出乎意料。图1为学生设计的一次性纸杯加工机的三维造型，图2 为冲压式蜂窝煤成形机的三维造型。

图2 冲压式蜂窝煤成形机

图1 一次性纸杯加工机

2.3

注重综合素质的训练

一个人的力量是有限的，随着科学技术的发展，团队合作在设计制造中起到越来越关键的作用。所以，课程设计的组织形式不再采用“单打独斗”的模式，而是以小组为单位进行设计，我们让同学自行组队，每个小组(3-4人)一个设计题目，小组成员分工协作，共同完成设计任务。遇到问题时他们可以相互讨论甚至争论，再也不是单枪匹马、孤军奋战。当然，我们在工作量方面也提出了更高的要求，在完成传统的设计内容之外，又要求每组提交电子版设计报告、计算机绘制的图纸、机构的三维运动仿真结果、以及PPT讲稿，并最后参加现场答辩。平分标准也增加了，由以下几部分组成： 表2 机械原理课程设计最终考核指标 考核内容所占比例

1.答辩时，叙述条理清楚、明确10% 2.方案设计能够充分运用所学的机械原理知识，最终方案的合理和可行20% 3.运动循环图正确，运动分配合理10% 4.三维运动仿真效果能够真实地反应出所设计机构的运动情况20% 5.运动分析结果合理、正确，本课题组对最终方案具有客观评价10% 6.设计说明书撰写格式标准、内容安排得当20% 7.设计小组具有较好的团队合作精神，分工明确、合作愉快，每个成员都能够担当一定的工作量。10%

通过这些内容的训练，学生不仅体会到团队协作对事业成功的作用，同时，在运用Microsoft Word、PowerPoint等软件进行文档、讲稿的编辑方面也加强了训练。他们觉得收获更大的是，每个人通过在答辩现场的讲解，对个人的自信心、表现力也得到锻炼。这些都为日后的毕业答辩、工作应聘等进行了一次演练。

2.4采取各种措施鼓励同学的创新积极性

为了更好地保护和发扬同学的创新积极性，肯定他们的创新成果，对创新性较好的方案，我们首先引导学生申请国家发明专利，同时学院适当投资，鼓励他们将实物模型加工制作出来。通过自己动手加工制作，同学们对机械制图、公差与配合、机械加工和装配等知识有了更深入的认识，也体会到书本与实际、虚拟与现实的差异，他们学到了许多书本上、课堂上学不到的东西，都感到收获很大。

我们还创造机会，鼓励学生参加各种比赛，在06年上海市首届工程问题挑战赛上，我们从课程设计作品中选送了三件参加比赛，其中一个获得一等奖、一个获得三等奖，一个获得优胜奖。一等奖作品“残障人士辅助汽车驾驶装置”又代表上海 市大学生参加全国第二届机械创新设计大赛并荣获一等奖。

图3是作品的三维造型。

参加比赛，对同学也是一个锻炼机会，他们从材料准备、展台布置到现场答辩，每一个环节都亲自参加，虽然辛苦和紧张，但他们从中得到了的锻炼，收获很大，学生的能力和综合素质明显提高。

3、总结

每次课程设计结束，读着同学们的设计说明书，看着他们设计出来的“虚拟样机”，我都有很大的成就感，我为他们而骄傲和自豪。在指导过程中，看到同学们那样强烈求知欲、创造力、和责任心，我都为之感动。我觉得，同学们的潜力是无穷的。

虽然同学们的设计还有些幼稚，方案的实用性还有待研究，设计中还存在许多错误和不足，但通过课程设计环节的训练，他们从不知道如何运用课本中的知识到熟练进行机构选型和分析，从对三维设计软件的一知半解到成为软件使用高手，从拿到题目时的不知所措到最后展现出一个个逼真的三维虚拟样机，从一个个害羞腼腆的书生到站在讲台上对着全班同学慷慨陈词地讲解自己的“杰作”，短短的时间里他们的进步是那样的惊人，我认为，这已经达到实践教学环节的训练目的，也更加坚定了我们教师进行机械原理课程设计这一实践环节教学改革的信心。参考文献：

[1] 孙桓.《机械原理》.北京：高等教育出版社，2001 [2] JBZ Series Paper Cup Making Machines，http:// [3] 邹慧君主编.机械设计原理.上海:上海交通大学出版社, 1995 [4] 姜琪主编.机械运动方案及机构设计 — 机械原理课程设计体例及指导.北京: 高等教育出版社, 1991 [5] 裘建新.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社.2005 [6] 邹慧君.机械原理课程设计手册.北京：高等教育出版社.1998 [7] 孟宪源，姜琪编著.机构造型与应用.北京：机械工业出版社.2004

作者简介：

孙志宏，女，汉族,1968年3月出生，上海市人，教授，工学博士。主要研究方向：机械设计及理论方向。

主要成果：多年来一直从事机械原理、机械设计课程的教学工作，主持和参加国家级、上海市级和校级教改项目6项，先后荣获上海市优秀教学成果三等奖，香港桑麻奖教金，上海市优秀青年教师等荣誉。