張雯娟

（三明學院 福建 三明 365004）

《機械設計》課程設計的研究與實踐*

張雯娟

（三明學院 福建 三明 365004）

《機械設計》課程是機械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎課，是機械專業(yè)的主干課程。其中課程設計對于培養(yǎng)學生掌握專業(yè)知識及形成創(chuàng)新設計能力具有重要的作用。本文基于對《機械設計》課程設計的改革實踐進行了探索，并對今后的教學改革作了展望。

機械設計；課程設計；教學改革

機械工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代化大規(guī)模的機器的產(chǎn)生，都是生產(chǎn)力高度發(fā)展的重要標志。適應這一趨勢的基本條件就是培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的機械工程師，作為高校機械專業(yè)就要培養(yǎng)出專業(yè)基礎知識扎實、綜合能力強的學生，向社會輸送這些人才。在機械設計制造及其自動化專業(yè)的教學中，綜合性的課程設計對于培養(yǎng)學生的設計能力和創(chuàng)新能力起到了舉足輕重的作用，同時也是學生進行實際設計的實踐性環(huán)節(jié)。

《機械設計》課程是一門多學科知識的綜合運用，綜合了理論力學、材料力學、機械制圖、機械原理、金屬工藝學及熱處理等系列機械基礎課程的知識，解決通用機械零部件的設計問題，因而具有綜合性、設計性，是學生對機械工程產(chǎn)品的運動原理分析、結(jié)構(gòu)制造、強度綜合的一次實踐性訓練。在技術(shù)基礎課、專業(yè)課程以及市場需求上，課程設計起到了承上啟下的作用，為培養(yǎng)具有工程意識、創(chuàng)新意識和綜合設計能力的機械人才打下了扎實的基礎。

課程設計的研究與實踐

《機械設計》課程設計是輔助機械設計課程教學的一個重要實踐環(huán)節(jié)。通過課程設計可使學生綜合運用機械設計基礎課程及有關(guān)先修課程的知識，起到鞏固、深化、融會貫通及擴展相關(guān)機械設計方面知識的作用，樹立正確的設計思想。

課程設計內(nèi)容及研究分析 長期以來，國內(nèi)各個院校所采用的設計題目為“減速器的設計”。它涵蓋了機械設計中所有基本通用零件的設計，而且體現(xiàn)了通用典型部件設計計算、機械系統(tǒng)設計概念及方法，是所學機械基礎系列課程的總結(jié)，綜合性較強，課程題目已經(jīng)很成熟，與之相配套的圖冊、手冊及課程設計的指導書也很全面，對于第一次接觸課程設計以及自己動手進行具體設計的學生來說，都有很大的幫助。對于提高學生自身的系統(tǒng)學習能力，也是一次很好的實踐機會。依據(jù)我校機械專業(yè)的實際情況，結(jié)合其他高校的課程設計，教師將題目確定為“減速器設計”，其中涉及的主要內(nèi)容為：A、傳動方案設計；B、電動機選擇；C、傳動裝置設計計算；D、軸的設計計算；E、聯(lián)軸器的選擇計算；F、減速器附件的選擇計算；G、潤滑與密封方式的選擇計算。“守成式”的教學是讓學生按照課程設計指導書的范例一步一步地進行設計，教師定期檢查進度，最后根據(jù)學生繪制的圖紙以及答辯來確定得分。這樣學生的基本知識能力可以得到訓練，模仿課程設計指導書，但缺少對學生創(chuàng)新設計的訓練。為了改變這種教學模式，應對《機械設計》課程設計的教學方案進行改造，其目標就是將學生專業(yè)知識與相關(guān)專業(yè)知識并重，基本專業(yè)能力與創(chuàng)新設計能力并重。

課程設計的改革與實踐 在有關(guān)減速器的課程設計中，要求學生把各種基本常用的機械零件加以綜合，使學生初步掌握機械設計的方法，了解設計的計算過程。在《機械設計》課程設計中，要求學生完成裝配圖、常用零件的零件圖以及整個設計中所涉及的計算，編寫出設計計算說明書。最后，通過教師與學生一對一的答辯形式，對設計過程中學生的設計思路和繪制的圖紙進行綜合，對學生的成績進行最終評分。在教學課程設計中，根據(jù)要達到的目標，制定了具體的實施方法。

1.將以往的二級斜齒（或直齒）變速器設計改為單級變速器設計。從本質(zhì)上來說，單級變速器的設計與二級變速器設計無區(qū)別，設計方法和思路都相同。二級減速器只是比單級減速器多了一級齒輪傳動，考慮到課程設計學時的安排，題目改為單級齒輪減速器，更符合實際情況，安排更為合理緊湊。

2.將模仿式的設計變成思考式設計。本次課程設計時間為期兩周，其中包括總體思路設計、傳動零件設計計算、裝配圖繪制、典型零件圖繪制以及編寫設計計算說明書。設計的題目共為10項，每4～5人為一個小組，對所分到的題目方案進行設計。選擇“減速器”作為課程設計的主要內(nèi)容，通常是以計算聯(lián)接、傳動及軸系零件為主，以加強基礎機械工程能力的培養(yǎng)，但對機械系統(tǒng)總體方案的分析、選擇，包括執(zhí)行機構(gòu)的確定都考慮不多。為使學生對機械系統(tǒng)整體設計有一個較為清晰的思路，了解機械系統(tǒng)設計的一般規(guī)律，可考慮要求學生從實現(xiàn)某一功能原理出發(fā)，擬定產(chǎn)品的機械運動方案，完成運動方案設計、結(jié)構(gòu)設計以及相關(guān)的設計計算，并繪出所擬機械系統(tǒng)的運動簡圖、裝配總圖、零件工作圖(計算機繪圖和手工繪圖)，編寫設計計算說明書。學生依據(jù)提供的參數(shù)，經(jīng)過方案論證、總體設計、零部件強度計算、結(jié)構(gòu)設計等一系列環(huán)節(jié)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、解決工程實際問題的能力。每個學生可自行擬定設計方案，然后進行小組討論。特別在設計方案確定和關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設計時，可辯論，闡明理由，以確立最佳可行方案。這樣可提高學生的機械設計素養(yǎng)和理論思維能力，使學生學以致用，激發(fā)起對課程的興趣，能更主動地去尋找解決實際問題的方法。

3.將課程設計的主要內(nèi)容分散到平時教學中進行。以往的課程設計只是集中在規(guī)定時間內(nèi)完成，并未在平時教學中體現(xiàn)出來。改革后的課程設計，將減速器的相關(guān)內(nèi)容及時穿插在平時的課程教學中，讓學生逐漸掌握需要設計的機器功能原理、機構(gòu)運動情況等。在進行設計前，提前把設計要用到的數(shù)據(jù)參數(shù)分發(fā)給大家，讓學生有充足的時間準備設計，搜集相關(guān)的資料進行課程設計。這種漸進式的教學，可以使學生對設計的題目了解得更為深入，前期工作準備得更加充分，對所設計的題目搜集的資料更加充足。這樣就不會在課程設計已經(jīng)開始的情況下還不知道第一步該怎么進行。將課程設計穿插到教學中，可以大大改善《機械設計》課程的教學質(zhì)量，使學生在學習理論課程內(nèi)容時結(jié)合實際設計問題，從而活學活用，避免理論與實際脫離的現(xiàn)象。

4.電腦軟件的應用。在課程設計中，要求學生對圖紙進行手工繪制，若學生對軟件AutoCAD繪圖較熟悉，可以采用電腦繪圖。早在大一時期，本專業(yè)便已經(jīng)將計算機輔助繪圖軟件應用于教學中，要求學生在課程設計時進行手工繪制，可以強化學生基本繪圖功底?，F(xiàn)代企業(yè)（公司）也開始逐步使用軟件進行繪圖，因此，讓學生采用AutoCAD軟件，不僅可以鍛煉學生操作軟件的能力，提高繪圖速度，而且可以為學生今后進入企業(yè)工作打下應用軟件的基礎。

5.建立有關(guān)《機械設計》課程設計的網(wǎng)絡課堂，學生可以在網(wǎng)絡課堂上分析三維減速器的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)上附有的減速器的拆分和組裝過程，可使學生更加深入地了解減速器的原理以及每個傳動機構(gòu)的運動，有助于設計的順利進行。

改革中遇到的問題 在進行課程設計的過程中，存在這樣一些問題。首先，要求學生會使用工具手冊。在設計時，學生在查找相關(guān)的資料及參數(shù)時，不知如何對參數(shù)進行選取。選用參數(shù)后，只經(jīng)過計算，并未對機械零部件進行校核和檢驗。其次，整體教學的學時數(shù)較少，課堂理論教學后，對于實踐的課程設計所安排的時間更加緊促，在短時間內(nèi)，要求學生完成復雜的課程設計題目，相對來說難度較大。再次，課程設計中，以往的設計要求學生手工繪圖，目前的教學中均要求采用軟件進行圖紙繪制，目的在于繪圖過程中掌握應用軟件能力，但很容易在學生之間產(chǎn)生拷貝圖紙的現(xiàn)象。應用軟件進行輔助繪圖，主要目的還是要完成機械零部件的設計，而不是軟件的具體操作，有些學生很容易將重點放在軟件學習上，偏離了課程設計的主要目標。

改革成效 依據(jù)教學改革方案，對我校機械設計制造及其自動化專業(yè)2006級和2007級學生進行了實踐。在整個課程設計過程中，學生去圖書館查找相關(guān)資料，搜集、討論、設計、計算等都十分認真。從圖書館到設計教室，從食堂到教室，學生們很少休息，全身心地投入到設計之中。最后在答辯過程中，學生帶著自己設計的圖紙和設計計算說明書，有明顯的成就感。

課程設計期望

結(jié)合我院機械專業(yè)的現(xiàn)狀，目前還是以“減速器”為課程設計的主要題目，現(xiàn)在國內(nèi)的一些大學已經(jīng)在課程設計題目上進行了創(chuàng)新，引入了綜合性更強的課題，與其他學科比如自動化、電子技術(shù)等結(jié)合。將題目綜合化，也就要求在相應的學科范圍內(nèi)添加理論學習的課程，能夠在理論教學中引入新的課程，比如《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計》、《機械系統(tǒng)設計》等課程，這對課程設計創(chuàng)新有很大的幫助。

在軟件應用上，希望逐步加入二維、三維軟件的使用。目前，我院機械專業(yè)已經(jīng)將繪圖輔助工具AutoCAD添加進平時的課程教學，但要學生熟練掌握還有一定的距離。三維軟件的應用作為選修課程也應讓學生有所學習，逐漸引入三維軟件，可以有助于學生加深理解。雖然對本科階段的學生不做硬性要求，但對于拓寬學生的設計分析能力，還是有很大的幫助，也是軟件應用多元化的需要。

隨著計算機科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界機械制造業(yè)已經(jīng)進入數(shù)字化設計與分析制造的新時代，先進的三維設計及其制造方式正在全面地開展。所以，在平時的機械教學中，應該將三維軟件設計、分析與制造的理論與實踐引入 《機械設計》課程設計當中。針對現(xiàn)在機械行業(yè)不斷應用熟練的三維軟件，我院機械專業(yè)早在2007～2008學年就開設了有關(guān)三維軟件的教學，如UG、Soliedge、ProE等軟件，通過讓學生選修這些課程，及早了解和掌握軟件的應用，并應用這些軟件進行簡單的機械零部件繪制。三維軟件的應用可以將二維圖紙表達的信息轉(zhuǎn)換為感官上更能直接接受的立體模式，可以讓學生更加清晰地了解機械產(chǎn)品或者零部件，再將三維模型轉(zhuǎn)化為二維投影圖，更加符合一般人的思維習慣。加強機械專業(yè)學生軟件應用的能力，不僅可以加深對機器的認識，而且有了應用軟件的基礎，今后才能更加深入地分析零部件的機構(gòu)情況、受力分析等。

現(xiàn)在，三明市將冶金及金屬壓延、機械及汽車零配件、林產(chǎn)加工業(yè)和生物醫(yī)藥等列為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，同時，我院與永安車輛廠的技術(shù)合作也將作為福建省重點項目的產(chǎn)學研基地，這對于機械專業(yè)進行課程設計無疑提供了很好的機遇以及外部環(huán)境。在進行《機械設計》課程設計過程中，應用軟件技術(shù)有助于培養(yǎng)學生綜合分析機構(gòu)設備的能力，但在主次上不能偏頗，才能提高學生進行機械設計的綜合能力。

[1]于惠力，向敬忠，張春宜，等.機械設計[M].北京：科學出版社，2007.

[2]程帆，王洪飛.機械設計教學中課程設計的改革與實踐[J].杭州電子工業(yè)學院學報，2003，23（5）：43-45.

[3]王春潔，李曉利.機械設計與自動化“專業(yè)課程設計”的改革與實踐[J].北京航空航天大學學報 （社會科學版），2002，15(4)：60-62.

（本文責任編輯：尚傳梅）

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1672-5727（2010）10-0077-02

*本文系三明學院教育教學改革工程項目《機械類專業(yè)課程設計的改革研究與實踐》（項目編號：L0805/Q）的部分成果

張雯娟（1980—），女，甘肅蘭州人，碩士，福建三明學院物理與機電工程系講師，研究方向為CAD/CAE/CAM仿真技術(shù)，模具設計，板料塑性成形技術(shù)，主要從事機械設計教學。