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

機械設(shè)計專業(yè)課程體系設(shè)計研究

大專院校的機械設(shè)計課程設(shè)計的題目主要是齒輪減速器的設(shè)計,在教學(xué)上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗型手工設(shè)計為目標,老師逐步講解,學(xué)生機械僵硬地模仿,課程設(shè)計被誤解為僅僅是翻手冊、套公式,甚至有的學(xué)生一味參看其他的減速器設(shè)計,采用的方法主要是圖解法。設(shè)計說明書照葫蘆畫瓢,對自己所設(shè)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(guān)系、運動關(guān)系如何等了解很少,知其然而不知其所以然。同時,在課程設(shè)計期間,往往是很多班級同時或相繼展開,造成設(shè)計教室、手冊緊張,不僅嚴重影響了設(shè)計進程,而且影響了設(shè)計效果,甚至有的學(xué)生為趕進度,胡編設(shè)計數(shù)據(jù)。這些現(xiàn)狀與當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很不適應(yīng),與當(dāng)前市場需求也不相適應(yīng)。知識要更新,設(shè)計手段要先進,因此,機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計的傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的改革勢在必行。
    課程體系綜合設(shè)計研究：
    將機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計內(nèi)容進行整合,探索機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計中如何培養(yǎng)學(xué)生的機械運動方案設(shè)計、機械創(chuàng)新設(shè)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(shè)計課程設(shè)計實施方案,并完成機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計教學(xué)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(shè)計題目,以設(shè)計對象為主線,嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機構(gòu)運動演示,要求學(xué)生用計算機仿真驗證機構(gòu)運動設(shè)計的合理性,嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機械方案創(chuàng)意設(shè)計模擬實驗,要求學(xué)生利用運動方案進行模型拼裝創(chuàng)新實驗,驗證機構(gòu)運動設(shè)計的科學(xué)性、合理性。通過機械基礎(chǔ)設(shè)計課程改革,加強學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。把機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計時間由原來的分開設(shè)計整合為一,機械原理、機械設(shè)計兩門課程的課程設(shè)計題目選擇范圍加大,同時增加設(shè)計時間,激勵學(xué)生對這類題目產(chǎn)生較大的興趣,每一位學(xué)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(shè)計活動,可大提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,改革課程體系綜合設(shè)計手段,加強CAD、CAM、CAE等技術(shù)應(yīng)用[5]。運用虛擬樣機技術(shù),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(gòu)、大學(xué)、公司的極大重視。嘗試以ADAMS為工具,讓學(xué)生對自己設(shè)計出的機構(gòu)進行建模與仿真,真實地仿真機構(gòu)的運動過程。改革設(shè)計手段,將給課程設(shè)計賦予新的活力。
    課程體系綜合設(shè)計的實踐及應(yīng)用
    1、改革設(shè)計題目,注重學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)
    機械CAD能力、綜合應(yīng)用與設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力是新世紀高素質(zhì)機械工程技術(shù)人才的重要素質(zhì)。因此,機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計訓(xùn)練主線則是以典型機械系統(tǒng)設(shè)計為內(nèi)容,并將機械原理和機械設(shè)計的兩課程設(shè)計貫通,由根據(jù)設(shè)計要求到機械運動方案及其運動與動力設(shè)計(即機械運動簡圖設(shè)計),再到機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力設(shè)計(即裝配圖及零件工程圖的設(shè)計),從而形成一條加強機械系統(tǒng)設(shè)計和綜合設(shè)計能力訓(xùn)練的設(shè)計訓(xùn)練主線。使學(xué)生經(jīng)過原理方案的設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、傳動方案的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程,加深對機械系統(tǒng)的整體認識,加強設(shè)計中的工程意識,培養(yǎng)綜合創(chuàng)新設(shè)計的能力。目前各高校都在進行課程設(shè)計改革實踐,但兩門課程設(shè)計合在一起的課程設(shè)計指導(dǎo)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(chǔ)課程綜合設(shè)計指導(dǎo)書,指導(dǎo)老師可根據(jù)不同方向教學(xué)班次選用設(shè)計題目。
    2、機械傳動方案設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力：
    機械傳動方案設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)的指導(dǎo)思想。教師在指導(dǎo)時,應(yīng)因材施教、因人施教,對不同層次的同學(xué)要有所區(qū)別。在選題方面,提倡設(shè)計能力較強的同學(xué)選擇指導(dǎo)書以外的題目。在指導(dǎo)方面,對這些同學(xué)應(yīng)適當(dāng)增加設(shè)計的難度和深度。方案設(shè)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(shè)計目標,要求學(xué)生至少提出3種可行的方案,并對方案進行分析、比較,總結(jié)出其優(yōu)點與不足。然后確定出設(shè)計者認為最優(yōu)方案作為本次課程設(shè)計方案。最后對此方案進行詳細設(shè)計,包括其運動過程和運動尺寸的確定,進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度設(shè)計直至計算。
    3、引入虛擬樣機技術(shù)進行機構(gòu)分析：
    虛擬樣機技術(shù)又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù),是國際上20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術(shù)。運用虛擬樣機技術(shù),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(gòu)、大學(xué)、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(chǔ)課程綜合設(shè)計中引入ADAMS軟件對插床導(dǎo)桿機構(gòu)、沖壓機構(gòu)、擺動式運輸機機構(gòu)、牛頭刨床擺動導(dǎo)桿機構(gòu)等進行運動學(xué)和動力學(xué)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(jié)果清晰、精確。導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)仿真時,觀察在各位置時所對應(yīng)曲線含義,加深對課本關(guān)于機構(gòu)有關(guān)運動學(xué)、動力學(xué)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的理解。ADAMS軟件還能對機構(gòu)采取參數(shù)化建模,學(xué)生可以通過輸入機構(gòu)不同原始參數(shù),進一步比較不同結(jié)果。與過去用圖解法或自編程序法進行機械原理課程設(shè)計相比,利用計算機對機械進行輔助設(shè)計,實現(xiàn)了教學(xué)創(chuàng)新,學(xué)生普遍反映用ADAMS軟件進行課程設(shè)計快捷、方便、直觀,課程設(shè)計能達到滿意效果。
    4、理論聯(lián)系實際,修改設(shè)計對象：
    在實際工程應(yīng)用領(lǐng)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(shù)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(shù)的成熟,加工設(shè)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(yīng)用,而軟齒面齒輪減速裝置有被逐步淘汰的趨勢。因此,應(yīng)結(jié)合實際,采用硬齒面齒輪減速器設(shè)計的題目來進行實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。由于硬齒面齒輪減速器的設(shè)計與實際結(jié)合緊密,學(xué)生的自覺性與積極性得到了很大提高。與此同時,有關(guān)硬齒面齒輪設(shè)計的資料無法從現(xiàn)有資料中直接利用,這迫使學(xué)生主動查找相關(guān)資料,詢問老師,學(xué)生的實際設(shè)計能力得到了更大的提高。從改用硬齒面齒輪減速器設(shè)計結(jié)果來看,整機的重量減輕、體積縮小,使用材料大幅減少,相應(yīng)的造價也隨之下降。這使學(xué)生認識到科技的進步給生產(chǎn)實際應(yīng)用帶來的巨大影響。
    5、學(xué)生的模仿型設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)樗伎夹驮O(shè)計：
以往的課程設(shè)計以教授傳統(tǒng)的經(jīng)驗型設(shè)計為目的,學(xué)生總習(xí)慣于照搬指導(dǎo)書,一般是教師逐步講解,學(xué)生機械模仿,知其然而不知其所以然�，F(xiàn)在的設(shè)計中,教師應(yīng)只給學(xué)生以必要的提示,并列出參考書目,鼓勵學(xué)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(shè)計中,草圖設(shè)計和裝配圖設(shè)計即機構(gòu)設(shè)計階段是重點,也是學(xué)生感到困難,失誤較多的階段。在《機械設(shè)計》課堂上重點講解的都是基礎(chǔ)理論,很少涉及結(jié)構(gòu)方面的知識,而影響結(jié)構(gòu)的因素很多。所以在此階段,指導(dǎo)教師應(yīng)悉心指導(dǎo),多進行正確和錯誤結(jié)構(gòu)的分析比較,另外要引導(dǎo)學(xué)生抓重點,培養(yǎng)學(xué)生樹立整體設(shè)計的概念。

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