主頁 > 技術文章 > 機械設計專業(yè)課程體系設計研究 2024-10-18

機械設計專業(yè)課程體系設計研究

大專院校的機械設計課程設計的題目主要是齒輪減速器的設計,在教學上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗型手工設計為目標,老師逐步講解,學生機械僵硬地模仿,課程設計被誤解為僅僅是翻手冊、套公式,甚至有的學生一味參看其他的減速器設計,采用的方法主要是圖解法。設計說明書照葫蘆畫瓢,對自己所設計的東西具體由哪些零部件組成,這些零部件的參數(shù)和形狀如何,這些零部件之間的裝配關系、運動關系如何等了解很少,知其然而不知其所以然。同時,在課程設計期間,往往是很多班級同時或相繼展開,造成設計教室、手冊緊張,不僅嚴重影響了設計進程,而且影響了設計效果,甚至有的學生為趕進度,胡編設計數(shù)據(jù)。這些現(xiàn)狀與當今的科學技術發(fā)展很不適應,與當前市場需求也不相適應。知識要更新,設計手段要先進,因此,機械原理、機械設計課程設計的傳統(tǒng)教學模式已不能適應科學技術發(fā)展的需要,機械設計基礎課程設計的改革勢在必行。
    課程體系綜合設計研究：
    將機械原理、機械設計課程設計內(nèi)容進行整合,探索機械原理、機械設計課程設計中如何培養(yǎng)學生的機械運動方案設計、機械創(chuàng)新設計和解決工程實際問題的能力,提出適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的機械原理、機械設計課程設計實施方案,并完成機械基礎課程綜合設計教學實踐。同時,考慮機制、模具、汽車、機電方向的不同,選擇適合不同方向的綜合設計題目,以設計對象為主線,嘗試在綜合課程設計中引入機構運動演示,要求學生用計算機仿真驗證機構運動設計的合理性,嘗試在綜合課程設計中引入機械方案創(chuàng)意設計模擬實驗,要求學生利用運動方案進行模型拼裝創(chuàng)新實驗,驗證機構運動設計的科學性、合理性。通過機械基礎設計課程改革,加強學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。把機械原理、機械設計課程設計時間由原來的分開設計整合為一,機械原理、機械設計兩門課程的課程設計題目選擇范圍加大,同時增加設計時間,激勵學生對這類題目產(chǎn)生較大的興趣,每一位學生都積極思考,差不多每人都提出一到幾種運動方案,然后通過小組討論,挑出最佳方案后,由各組確定自己的最終機械系統(tǒng)運動方案。通過這些創(chuàng)意設計活動,可大提高學生的創(chuàng)新設計能力,改革課程體系綜合設計手段,加強CAD、CAM、CAE等技術應用[5]。運用虛擬樣機技術,可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,因而受到了制造廠商、科研機構、大學、公司的極大重視。嘗試以ADAMS為工具,讓學生對自己設計出的機構進行建模與仿真,真實地仿真機構的運動過程。改革設計手段,將給課程設計賦予新的活力。
    課程體系綜合設計的實踐及應用
    1、改革設計題目,注重學生素質(zhì)的培養(yǎng)
    機械CAD能力、綜合應用與設計能力和創(chuàng)新設計能力是新世紀高素質(zhì)機械工程技術人才的重要素質(zhì)。因此,機械基礎課程綜合設計訓練主線則是以典型機械系統(tǒng)設計為內(nèi)容,并將機械原理和機械設計的兩課程設計貫通,由根據(jù)設計要求到機械運動方案及其運動與動力設計(即機械運動簡圖設計),再到機械系統(tǒng)結構設計和工作能力設計(即裝配圖及零件工程圖的設計),從而形成一條加強機械系統(tǒng)設計和綜合設計能力訓練的設計訓練主線。使學生經(jīng)過原理方案的設計、執(zhí)行機構的設計、傳動方案的設計、結構設計等過程,加深對機械系統(tǒng)的整體認識,加強設計中的工程意識,培養(yǎng)綜合創(chuàng)新設計的能力。目前各高校都在進行課程設計改革實踐,但兩門課程設計合在一起的課程設計指導書還很少見。因此,根據(jù)我校實際情況,編寫了適合于本科機械類的機械基礎課程綜合設計指導書,指導老師可根據(jù)不同方向教學班次選用設計題目。
    2、機械傳動方案設計,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力：
    機械傳動方案設計是一個重要的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中應充分體現(xiàn)以學生為主體,以教師為主導的指導思想。教師在指導時,應因材施教、因人施教,對不同層次的同學要有所區(qū)別。在選題方面,提倡設計能力較強的同學選擇指導書以外的題目。在指導方面,對這些同學應適當增加設計的難度和深度。方案設計時重點是要把握創(chuàng)新點。在方案分析過程中,為了實現(xiàn)一個確定的設計目標,要求學生至少提出3種可行的方案,并對方案進行分析、比較,總結出其優(yōu)點與不足。然后確定出設計者認為最優(yōu)方案作為本次課程設計方案。最后對此方案進行詳細設計,包括其運動過程和運動尺寸的確定,進行結構設計和強度設計直至計算。
    3、引入虛擬樣機技術進行機構分析：
    虛擬樣機技術又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術,是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術。運用虛擬樣機技術,可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,受到了制造廠商、科研機構、大學、公司的極大重視�；谪瀼貙嵤┡囵B(yǎng)卓越工程師思想,在機械基礎課程綜合設計中引入ADAMS軟件對插床導桿機構、沖壓機構、擺動式運輸機機構、牛頭刨床擺動導桿機構等進行運動學和動力學分析,自動繪制刀具的位移、速度、加速度曲線,自動繪制曲柄受到的平衡力矩曲線圖等,能通過后期處理繪制最大動態(tài)剩余功曲線圖,使曲線結果清晰、精確。導桿機構動態(tài)仿真時,觀察在各位置時所對應曲線含義,加深對課本關于機構有關運動學、動力學相關參數(shù)優(yōu)化設計的理解。ADAMS軟件還能對機構采取參數(shù)化建模,學生可以通過輸入機構不同原始參數(shù),進一步比較不同結果。與過去用圖解法或自編程序法進行機械原理課程設計相比,利用計算機對機械進行輔助設計,實現(xiàn)了教學創(chuàng)新,學生普遍反映用ADAMS軟件進行課程設計快捷、方便、直觀,課程設計能達到滿意效果。
    4、理論聯(lián)系實際,修改設計對象：
    在實際工程應用領域中,推薦采用的大多數(shù)齒輪減速器都是采用硬齒面。隨著工業(yè)的發(fā)展,新技術新工藝不斷涌現(xiàn),在齒輪行業(yè),特別是隨著硬齒面齒輪加工技術的成熟,加工設備的完善,硬齒面齒輪減速器已經(jīng)成為齒輪減速裝置的主流,得到了廣泛的實際工程應用,而軟齒面齒輪減速裝置有被逐步淘汰的趨勢。因此,應結合實際,采用硬齒面齒輪減速器設計的題目來進行實踐環(huán)節(jié)的訓練。由于硬齒面齒輪減速器的設計與實際結合緊密,學生的自覺性與積極性得到了很大提高。與此同時,有關硬齒面齒輪設計的資料無法從現(xiàn)有資料中直接利用,這迫使學生主動查找相關資料,詢問老師,學生的實際設計能力得到了更大的提高。從改用硬齒面齒輪減速器設計結果來看,整機的重量減輕、體積縮小,使用材料大幅減少,相應的造價也隨之下降。這使學生認識到科技的進步給生產(chǎn)實際應用帶來的巨大影響。
    5、學生的模仿型設計轉(zhuǎn)變?yōu)樗伎夹驮O計：
以往的課程設計以教授傳統(tǒng)的經(jīng)驗型設計為目的,學生總習慣于照搬指導書,一般是教師逐步講解,學生機械模仿,知其然而不知其所以然�，F(xiàn)在的設計中,教師應只給學生以必要的提示,并列出參考書目,鼓勵學生去查資料、翻手冊,培養(yǎng)他們對信息及數(shù)據(jù)的歸納和整理能力。在課程設計中,草圖設計和裝配圖設計即機構設計階段是重點,也是學生感到困難,失誤較多的階段。在《機械設計》課堂上重點講解的都是基礎理論,很少涉及結構方面的知識,而影響結構的因素很多。所以在此階段,指導教師應悉心指導,多進行正確和錯誤結構的分析比較,另外要引導學生抓重點,培養(yǎng)學生樹立整體設計的概念。

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