机械基础原理范文10篇

机械基础原理范文篇1

关键词：机械原理课程；教学质量；思考

将机械原理课程与其他课程进行对比可知，其不仅对学生的实践性要求较高，而且还需要学生具备较强的逻辑能力。因此，在针对这一课程进行学习时，学生必须主动地参与到实践和操作过程中，而就教师来讲，则需要为学生提供更多、更丰富的实践操作机会。

1机械原理课程概述

机械原理课程是机械设计制造及自动化专业中不可或缺的基础课程内容，具有应用性强和工程性强等特征[1]。在学习此课程时，一方面要求学生对机构结构、机构运动学和机构动力学等理论知识有充分地了解与掌握，另一方面还需要借助实践这一载体促进其理论分析能力和水平的提升。以微观角度来讲，机械原理课程将对学生创新机构运动方案设计能力进行培养作为立足点，以多样化设计目的和设计任务为中心进行深入研究与分析，并依托多样化方案的综合比对和评价从中挑选出最优方案，因此，从这个角度来讲，机械原理课程也具有较强的实践性特征。

2提高机械原理课程教学质量的具体措施

2.1对绪论课设计予以重视。绪论课是机械原理设计的第一节课，具有至关重要的作用。良好的绪论课教学既可以使学生对机械原理课程及重要性有较为深刻的认识与了解，又可以为学生更好地学习机械原理课程提供了重要的方法与辅助。在绪论课教学环节设计这一依托下，机械原理课程将更具丰富性和感染力，对提升学生学习积极性、培养学生创新能力、提高教学质量等大有裨益。在绪论课教学过程中可以将多媒体教学手段应用到其中，以此达到活跃课堂氛围，吸引学生学习兴趣的目的。一般来讲，机械专业学生中男生数量较多，其对于汽车有着较强的好奇心和兴趣，而机械原理课程中机构的结构分析和运动分析又是围绕汽车发动机展开论述的，因此，借助多媒体方式将世界名车的发动机工作过程进行生动化展示，不仅可以使学生直观、生动地学习汽车发动机工作原理，而且对提高学生学习兴趣和教学质量也具有重要作用。就绪论课教学内容来讲，不仅仅要对机械原理课程中的研究对象、内容、性质、学习目的和方法等予以明确，还要将重难点知识进行整合和梳理，同时，各个章节学习内容所花费的课时时间也要进行详细地梳理，从而确保后续学生安排学习时间时的合理性。教师还要根据以往教学经验总结出学生课程学习过程中容易遇到的困难和问题，并在后续教学过程中有针对性地进行侧重与解决。例如机械原理课程的学习是基于学生对理论力学方面知识有一定掌握下来开展的，所以学生在面对机构各点位移、速度等进行分析时，通常会借助理论力学为手段来解决相关问题。但是，机械原理和理论力学在运动层面来讲，无论是其表达方式还是求解方法等都会存在明显不同，如果对其二者间的相同点和不同点不能明确，不仅会制约学生知识迁移能力和举一反三能力，而且对概念理解也会不够清晰甚至混淆，增加了后续学习的难度。在解决移动副两个构件重合点间的速度这一问题时，学生对于动点动系选择和牵连角速度求解过程中会存在疑惑，同时，在针对相对运动原理予以描述时，机械原理和理论力学两者间的描述方法会存在显著的差异，因此无论是动点选择还是动系选择时都会不同，而受到运动件关系不同的影响，列出的矢量方程也会存在显著差异。在开展绪论课教学过程中，将机械原理课程和先驱课程间具有的联系和差异向学生明确，对学习效率的提升具有积极意义。此外，对绪论课中的内容进行剖析可知，其中也囊括了多个重要的概念解释，例如机械、机器、运动链等，且上述概念间也是相互联系又相互区分的。只有对这一内容予以明确，才能更好地掌握此课程学习的本质目的和根本任务，是后续机械系统方案分析与设计的重要基础。2.2借助问题引发学生主动思考。想要使教学质量得到有效地提高，那么还要对学生在课堂教学中的参与度给予重视，推动学生由以往被动学习向主动学习的转变。这就需要教师对机械原理课程教学内容有较高的熟悉度，并将其中的重难点问题予以整合，在问题这一主线引导下拉开教学序幕，学生在试图解决教师提出的问题时，思维就会活跃起来，并积极参与到课堂学习当中，教学质量和效果也由此提升。以机构自由度计算这一部分内容为例，由于此部分内容是需要学生重点掌握的知识内容，对此，教师要遵循深入浅出的原则，对构件和运动副概念予以讲述，并在分析其作用的同时引出平面机构自由度计算的公式。在给出相关计算例题后，教师还要故意展示出解答的误区，引导学生发现其中存在的问题，并借助这一契机，将复合铰链、局部自由度和虚约束等三个需要注意的因素向学生明确，同时还要注重对其的整合与归纳，为学生的理解与掌握奠定良好的基础[2]。就此部分内容来讲，每一小节内容间都存在较强的内在联系，同时逻辑性较强，对于其中涉及到的概念和公式等都需要借助自由度这一主线进行清晰表述。在讲解过程中还可以向学生提出以下问题，如：“在得出公式表达时我们的推理过程是怎样的？我们得出的结构对机构运动具有哪些重要意义呢？”从而使学生以问题为引导，深化对课程重难点知识的理解与掌握，课堂内容的系统性也得到了充分地强化，无论对学生分析和解决问题能力的提升还是教学质量的提升都具有不可忽视的作用。2.3提升实验课程内容的完善性。机械原理实验与理论教学息息相关，是机械理论课程学习过程中的重要实践环节。在实验课开展下，学生的感性认识得以强化，对概念的掌握和理解得到更深层次的巩固，对基本原理掌握更加牢固，机构分析和综合设计的基本方法也得以掌握。机械原理实验课程将学生动手能力和独立分析问题能力以及解决能力作为了着重培养的内容，因此，对学生创新思维的培养和综合素质的提升也具有重要意义。对此，在开展实验课程时，还要根据实际情况增加其在课程中所占比重，并基于现有的验证性实验下将参观实验和综合性、设计性的创新实验纳入到其中。通过实践教学笔者发现，当前许多学生对常用机构掌握不熟练，针对机械感性认识不足，这就使得在面对教材中二维图像时，不能根据机构特性和构成形成具有立体性的直观画面。而通过参观实验室等内容的增加，学生不仅可以亲眼看到丰富的各类型的机构模型、真实机械和一体化设备，而且也是学生获取对抽象运动全面化、清晰性认识的重要辅助。依托新增的组合机构创新设计实验，在实际机构应用设计和搭接依托下也能帮助学生深化对各类机构运动特性的理解与掌握。同时，在典型机构组装这一载体下，无论是活动连接还是固定连接的结构和特征都能得到更好地掌握，学生动手能力和随机应变能力也能得到同步地培养。另外，实验多样化方案的设计也是促进学生发散思维和创新设计能力提升的重要路径[3]。除了上述提到的外，机构仿真设计综合实验的增设也具有突出意义。教师可以在现有实验教学基础上将ADAMS软件应用到实验教学过程中，使学生在软件辅助下建构机构模型，并以预设边界条件和仿真分析为依托，以此获取机构特定点基于运动状态下的位移、速度和加速度等多个变化曲线，其运动特性也能得以确立。之后，还要以此为基础，以仿真结果为依据和参考，实现对机构运动设计方案的调整与优化，借助实验室现有资源整合完成实物搭接和动画演示，通过相关仪器，围绕机构特定点运动曲线实施准确测量，并将最终得出的测量结果与仿真结果进行比对。在这一过程中，学生不仅能够深刻体会到学习具有的乐趣，激发其求知欲，而且学生创新设计意识和能力也得到了潜移默化地培养。此外，依托ADAMS软件对机构运动规律进行设计与分析，一方面使原本复杂、繁琐的计算过程得到了有效地简化，另一方面也是对以往图解法等方法的有效弥补，避免了以往学生掌握不透彻等问题。2.4推动教学团队作用的充分发挥。在信息迅猛发展的今天，如果仅仅依靠教师个人力量进行学习与探索是远远不够的，这时，需要对教学团队的重要性给予充分重视，从而为教学质量的提升及教学水平的提高奠定良好的基础。对此，学校可以建立一支高质量的教学团队，从而使团队中的每一位教师的知识和技能都能得到有效地互补，更好地服务于教学活动。同时，在高质量教师团队的建立下，教师们的教学经验沟通和交流以及知识共享等获得了重要平台。对于青年教师来讲，可以在助课等方式依托下向经验丰富的老教师学习教学经验，并以老教师指导为方向，促进自身教学技能的持续提升[4]；而对于老教师来讲，可以加大与青年教师的沟通与交流，并从中获得当前学科最新资讯与动态，确保自身观念和知识的与时俱进。此外，在建设教学团队过程中，还要保证每个教师研究方向的个性化，并在了解和学习其他教师研究课题基础上，实现其与课程章节内容的匹配与整合，将教材中讲述的理论知识与工程实践进行结合，这样不仅可以使学生学习到的理论知识得以灵活运用，体会到学以致用具有的成就感和乐趣，而且在丰富的研究课题支撑下对科研和教学两者间的整合也具有重要辅助作用。

3结束语

总而言之，机械原理课程教学质量的提升需要依赖于新型的、切实可行的教学手段和方式。对此，除了本文提到的几点提高其教学质量的措施外，教师还要加大在此方面的探索力度，注重反思和经验的总结，从而使机械原理课程的教学质量迈向更高的台阶。

参考文献：

[1]刘雨薇.提高机械原理课程教学质量的教学改革探索[J].学理论，2019（01）：139-140.

[2]倪陈强，唐伟，陈艳，高扬.工程教育认证背景下的机械原理课程教学探索[J].科技经济导刊，2018，26（20）：164.

[3]尹桂敏，方涛，贺长生.提高机械原理课程教学质量的思考与实践[J].南方农机，2018，49（18）：210，227.

机械基础原理范文篇2

为进一步促进我国工程教育的深化改革，加快建设我国向工程教育强国的转变，更好地推进我国经济转型的升级，2017年，教育部提出了新工科建设[1]。建设与发展新工科成为我国由制造强国向创造强国发展的必然要求，高校培养新工科人才对当今社会新经济发展有重要战略意义。大学生是实施创新发展战略的人才储备，新工科人才的培养是当今社会对高等学校的迫切要求，也是高校义不容辞的职责[2]。

二机械原理课程地位

机械原理课程是机械类各专业必修的一门重要的技术基本课程，其知识面更宽、适用性更广、更接近工程实际，在培养新工科人才中将起到不可或缺的重要作用。本课程研究的内容主要包括机构结构分析的基本知识、机构的运动分析、机器动力学、常用机构的分析与设计和机械系统的方案设计等问题[3]。通过本课程的学习，使学生掌握各种机构中的一些共性问题，理解基本原理，并初步具有设计机械系统方案的能力。本课程的学习为学生后续专业课程的学习打好理论基础，为机械产品的创新设计打下良好基础，为机械的合理使用和革新改造打下良好基础。本课程在创新机械所需的知识结构中占有核心地位，在高层次的人才培养中具有提升学生对机械新产品的开发和创新能力的作用[4]。

三实验教学现状

机械原理实验教学是机械原理课程整个教学过程中的一个重要部分，是学生将机械的理论知识与工程实际相结合的必要手段，对培养学生的创新能力和综合素质起着关键作用[5]。但是，目前的实验教学存在一定的问题，具体表现在以下几个方面。（一）考核方式不完善。传统的机械原理实验教学一般是作为理论教学的辅助手段，大多依托于相应的理论课程。对实验教学的考核也是依托于课程成绩，没有单独的考核成绩，只是作为最终课程考核成绩的一小部分，一般占10%左右。实验考核大多以实验报告完成情况作为评分依据，很难体现出学生对知识的掌握程度。因此教师更加注重学生对课堂理论知识的掌握和理解，对实验教学的重视程度不够；学生为了应对课程考试，也仅仅是注重对理论知识的学习，对实验课程学习的重视程度也不够。这严重阻滞了学生工程实践能力的培养，对学生的培养极为不利。（二）实验教学模式滞后。传统的机械原理实验缺乏系统性，没有形成一个完整的实验教学体系[6]。实验教学的基本要求仅仅停留在学生加深对理论知识的理解以及对课堂上所学理论知识的验证，没有发挥实验教学的真正作用。在实验的开设过程中，往往以教师的讲解为主，学生很少思考，对实验的原理和仪器的测试方法处于一知半解，甚至完全不懂的状态，不主动参与实验，做实验的积极性不高，只是照本宣科的按照实验指导书的步骤和方法进行，不能充分发挥学生作为实验课堂的主体作用。这种实验的开设对学生自身的锻炼意义不大，学生只是为了完成任务，不能真正参与其中，实践动手能力差，不能满足当今社会对人才培养的要求。这些实验的开设没有体现实验课程对学生创新能力发展的价值，只是加深了对理论知识的理解。（三）实验手段简单。传统的机械原理实验中，实验手段比较简单，主要以认知性和验证性试验为主，综合设计性实验没有发挥作用[7]。例如机构结构创新设计实验，学生没有设计思路，为了应付实验，搭建的机构过于简单，而且完全按照书上已有的模型进行搭建，没有自己的思考。这种实验由于学时有限，没有获得充分的重视。但这种实验恰恰是最能锻炼学生的，培养学生如何根据所学知识解决现实生活中遇到问题的能力，能够充分发挥学生的主观作用，有理论教学不可替代的作用。

四实验教学改进措施

新工科背景下对大学生的创新设计能力提出了更高的要求，传统实验教学显然已经不能满足对人才培养的需求。针对传统实验教学中存在的不足，提出以下改进措施。（一）加强实验教学的考核。加强机械原理实验教学的考核，可以增加本实验课程在整个机械原理课程成绩中的比重；也可以单独开设机械原理实验，单独考核，单独计入学分。实验教学的考核可以根据学生出勤、实验完成度、实验创新性、实验报告等综合情况进行评分。这样学生对实验课程的重视程度也会提高，可以大大提高学生对于实验课程学习的自主性和积极性。（二）构建实验教学体系。根据机械原理教学模式的改革，结合我校机械原理实验教学现状及实验室实际情况，采用逐层递进的方式构建新的实验教学体系。1.认知性实验。这是第一阶段实验，带领学生走进机械的世界，学生可以根据机械原理陈列柜中的语音讲解以及动画演示，对课堂上所学的理论知识有一定的感性认知。2.验证性实验，包括机械运动简图的测绘，渐开线齿轮参数测量实验，齿轮范成实验，转子动平衡实验。这是第二阶段实验，此类实验的开设可以增加学生对机械原理课程中理论知识的掌握，实验学时不必过长。3.综合设计性实验，包括平面（空间）机构创意组合实验、机械系统装配训练实验、机械运转速度波动调节实验。这是第三阶段实验，此类实验的开设目的是培养学生的动手能力以及让学生掌握现代化的实验测试手段和方法，适当增加实验学时。（三）增加综合设计性实验。综合设计性实验是当前实验教学的趋势。在保留传统实验课程内容的同时，应大大增加综合设计性实验的开设比例，以此增强学生综合认识问题和解决问题的意识和能力，培养学生的设计能力和创新能力。如平面机构创意组合实验，教师可以根据实际生活中存在的一些问题，让学生们思考如何运用所学知识设计一个方案来解决这些实际问题。学生可以分小组完成也可以独立完成，运用所学的平面机构的知识，提出设计方案，画出机构运动简图，计算自由度，验证设计方案的可行性，在试验机构上进行机构的搭接训练。在搭接过程中，学生可以加深对机构组成原理的认识。同时还可以利用试验机构上配套的计算机仿真软件对搭建的机构运动参数进行测试，掌握测试方法，提高动手实践能力。在此基础上，还可以增加空间机构创意组合测试分析实验。学生在解决生活中实际问题的同时，会大大增加其自信感和成就感，激发学生的热情和兴趣，营造良好的学习氛围。这类实验的开设，能够充分调动学生学习的积极性，对学生的创新设计能力有很大的提高。（四）营造开放式实验环境。机械原理课程是大学生接触的与工程实际联系最紧密的第一门专业基础课程，其教学内容丰富且抽象，这对实验教学提出了颇为严苛的要求。学生对机械的认知完全借助于实验室。就我校目前的机械原理实验室而言，仅在开设实验课时对学生开放，而且个别实验设备出现了闲置的现状。这就要求学校对实验室的开放时间进行合理安排，每个工作日定期对实验室进行开放，这样可以保证有需求的学生能随时接触到实验设备，为学生搭建一个良好的实验环境。同时还可以提高实验设备的有效利用程度，减少实验设备的闲置时间，合理利用资源。开放性的实验环境可以增加学生的学习积极性，给予学生更多自由发挥的空间，引导鼓励学生参加机械类的学科竞赛，有利于培养学生的创新精神。

五结语

新工科对机械工业中创新型人才的渴求与日俱增。然而，传统的实验教学对学生综合能力的培养显然是不够重视的，无法达到教学大纲的要求，无法满足新工科对机械原理课程实验教学的要求。通过加强实验教学的考核，构建实验教学体系，增加综合设计性实验，营造开放性实验环境等措施，提升学生的动手能力和独立思考的能力，这对培养基础扎实，实践能力强，综合素质高，具有创新精神的创造型人才具有重要的现实意义。未来社会最重要的是人才的培养，而创新能力的培养是人才培养的重中之重。只有重视创新人才的培养，才能更好地服务未来的产业。

参考文献

[1]陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索[J].中国大学教学，2017，（5）：38-41.

[2]孙瑛，程文韬，蒋国璋.研究生创新与实践能力提升途径的研究[J].教育教学论坛，2018（7）：41-43.

[3]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

[4]李秀红，李文辉.新工科背景下机械类专业基础课程改革研究[J].教育理论与实践，2019（3）：36-38.

[5]徐春明，周艳.机械原理实验教学改革与实践[J].大学教育，2018，（11）：89-91.

[6]张超.机械设计基础实验教学模式的探究[J].课程教育研究，2013，（26）：254.

机械基础原理范文篇3

机械设计具有自身的程序，图1为设计的基本程序。图1机械设计的基本程序目前，机械设计教学中主要存在以下问题。

1.1教学内容过于防范

目前，机械设计这门课程包含的内容较多，有机械原理和机械设计。机械设计包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容，所涉及的知识层面较广，教学内容较散，且与其他课程有着很多重复，如机械设计学科中有一项螺纹连接的相关教学内容。可见，教学范围与机械设计这门学科的学习原则不相符合。又如，减速器的类型、样式和设计参数要求，和机械制图中的减速器设计相关知识存在较高重复率，不仅在学科的学习层次上造成混乱，还浪费了学生的学习精力。

1.2与时俱进能力不强

机械设计这门学科的实用性较强，同时其教学内容随着科技的不断发展而不断变化。所以，传统的教学内容如果不进行更新，很难满足现代社会的需求。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求，同时也应当具备系统性。因此，现代机械设计学科紧随时代的变化而改变，将传统的设计技术进行时代元素的融入。如今，很多相关院校对机械设计教学中的设备结构、设备强度和运动学等技术的教学比较注重，教学力度也较大，使能源问题、环境问题的教学很少涉及。尤其是安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素，导致机械设计教学无法满足现代人们的生产需求。

1.3教学方式落后

很多相关院校对机械设计的教学仍然采用讲学通用的原则，对于教学中的重点知识，让学生采取理论知识记忆的灌输性传统学习方法，而对这门学科的实际应用教学涉及较少，仅仅加深了学生的相关知识或原理的理解。同时，缺乏案例式教学、现场教学以及讨论启发式教学，在学生的学习过程中没有充足的时间进行自主探索，严重阻碍学生对知识的理解与掌握，同时一定程度上阻碍了学生运用所学知识解决实际工程问题能力的发展。因此，应当对机械设计教学体系进行创新。

2创新机械设计教学体系措施

2.1调整教学内容

机械设计的学科教学内容应从实际出发，注重教学的整体性、实践性以及创新性。如今，很多学生对于机械设计的基础知识掌握不明确。所以，机械设计教学中应当遵循适度够用的理论知识学习原则，可采取重点学习、部分理解等方式。首先，教学内容要清晰精简，要精简机械设计这门课程的教学内容，避免学生在相关知识的学习中产生知识重复。同时，在学生的实际应用教学中，如实验、实习、课程设计、社会调查、毕业论文以及课外科技活动等注重实践运用的教学环节，不但要适度融入相关基础知识，还要增加其课程。其次，要注重知识的整合。在机械设计的实际教学中，将其中关联性与联系性较大的知识急性整合学习。最后，在机械设计的教学过程中应当注重知识点的增设。不仅要注重知识的重点性，还要考虑知识的完整性，可以增设以电、液为动力的机构组合，结合实际的典型机械等新内容，使学生全面认识现代机械，以适当前生产实际需要，方便计算机辅助设计的应用和推广。

2.2加强学生能力培养

机械设计是一门极具实践性的课程，过程中应当注重学生设计技能和创新能力的培养，以培养学生技术应用能力为主要教学目的，同时注重学生工程意识、工程实践能力、创新意识以及社会实践能力的培养。实际教学过程中，教师应当彻底摒弃传统的灌输式教学模式，在讲解相关理论知识或原理时，注重培养学生总结结论的能力。同时，在相关知识或原理的讲解时，融入其在实践中的应用，坚持产、学、研相结合，体现机械设计教学的基础性、系统性、实践性以及现代性。

2.3创新教学方法

目前，相关院校的招生多是面向全国，导致各种学生的机械设计学习基础不一。因此，要不断创新如今的机械设计教学。教学过程中，应当加强直观教学，在学生学习相关理论知识或原理的同时，让学生接触各类种机械、机构、零件、部件、图纸，提高学生相关知识或原理的实践性。同时，教师也可以利用多媒体、电子教案、CAI课件以及录像等现代教学技术，借助计算机和互联网，利用虚拟现实技术和仿真软件系统，开展机械设计的现代化、立体式教学。此外，教师在机械设计的实际教学中，应当尽量减少相关知识或原理的理论推导，运用例证讲清思路，加深学生对相关理论知识或原理理解，提高课堂教学效率。

2.4增加教学实践

机械设计是一门较注重实践运用的学科，教学时教师不能仅仅注重学生的知识学习，要更加重视学生的知识运用，如绘制机构运动简图。图2为机构简图的绘制步骤。以四杆机构为例，结合日常见到的筛东西、磨豆腐等，布置设计任务。在四杆机构的讲解过程中，不断提醒双曲柄机构、曲柄摇杆、双摇杆机构分别有什么运动特性，能转化为什么样的运动形式，现实生活中有哪些物品用到了这些机构，不断启发引导学生思考设计任务。一个机器少不了动力，因此课程中增加电动机的选用环节。学生设定自己运动机构的各种参数后，按部就班选用电动机，由此掌握效率等概念，并对整体的机器建立一个大概的认识。电动机选好后，考虑减速的问题。这时，可以引进齿轮机构（包括蜗轮蜗杆）、带传动、链传动。齿轮机构重点讲传动比的分配、计算及选用，对于渐开线的形成等和现场应用联系不密切的内容可忽略不讲。带传动、链传动重点讲传动特点和应用。此外，学习过程中要加入查手册选材料环节，把时间用到应用实践上。

3结语

目前，我国机械设计教学体系仍然存在教学内容过于庞杂、无法适应时代的快速发展以及教学方式过于陈旧和落后等问题。因此，在机械设计实际教学过程中，应当调整教学内容，加强学生能力培养，同时不断创新教学方法，以期为国家培养更多机械设计创新性人才。

作者:李爱军 徐红芹 王红梅 单位:山东理工大学机械学院

参考文献

[1]金京，罗声.基于创新能力培养的机械设计类课程教学改革与实践[J].纺织服装教育，2012，27（6）：534-536，539.

[2]钱抗抗.创新教育模式的理论研究与改革实践——浅谈机械设计基础的微课开发与实践应用[J].职业，2016，（11）：45.

机械基础原理范文篇4

关键词：工程教育专业认证；课程设计；陶瓷机械；教学改革

工程教育专业认证是针对高等学校工科专业实施的专门性认证，也是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础[1]。高等教育质量问题成为社会关注重点，为进一步提高工科专业教学质量，对标国际标准，教育部于2006年启动了工程教育专业认证试点工作，2013年，中国成为《华盛顿协议》预备会员，2016年正式加入国际工程教育组织[2]。“机械原理与机械设计课程设计”是机械类专业培养学生综合机械设计能力和创新能力的重要实践教学环节[3]。课程主要任务为简单结构运动分析，简单的机械设计，旨在引导学生整合机械原理和机械设计的所学知识：机构运动简图、基本零部件设计校核、传动方案设计等，以期培养学生工科思维。如何对“机械原理”和“机械设计”课程设计教学进行改革，以适应新时代工程教育认证的新要求，是摆在各工科院校面前的一大挑战。

1对“机械原理”和“机械设计”课程设计现状的分析

“机械原理”和“机械设计”作为机械专业学科非常重要的专业基础课程，其课程设计大纲明确了常用机械零部件、机械传动系统、联系实际设计过程、正确的设计思想、分析和解决问题能力等要求指标。但传统的课程设计难以满足新时代工程教育专业认证标准。本校目前仍存在以下问题：①机械课程设计的选题较为单一。“机械原理”课程设计只是对典型机构、四杆机构或凸轮机构运动分析。“机械设计”课程设计一直以来都是以二级圆柱齿轮减速器作为设计题目。题目传统单一，学生抄袭现象严重，不求甚解风气较重。与工程教育专业认证标准的符合学校定位、适应经济发展需要的培养目标尚有差距。机械作为一门工科，理应与实际接轨，应与生产实践相结合，与社会发展需要契合，充分体现出各地区高校的机械专业特色。②机械课程设计的相关性不足。虽然机械原理中的执行机构和机械设计中的零部件设计都得到了训练，但学生学完机械基础系列课程后，缺乏对整体机械的认识，“机械原理”课程设计着重于运动分析，“机械设计”课程设计着重于机构零部件性能参数，二者甚至不在同一机构中，两门课程没有建立必要的对接点，使学生没有形成一个有机的整体系统工程的认识以及掌握机器设计的完整过程。

2课程设计改革探索

[4]景德镇陶瓷大学于2019年全面启动工程教育专业认证工作，“机械原理”和“机械设计”课程设计正是培养机械电子工程学院学生创新及实践能力的关键教学环节之一。对照工程教育专业认证标准，考虑将“机械原理”和“机械设计”课程设计在选题和内容上加以融合，实行统一题目，并且结合立足于本校特色的陶瓷机械，以期满足工程教育专业认证标准的培养目标、课程体系、毕业要求等要求。对照标准，在教学内容、教学目标和组织实施上提升对机械课程设计的改革。2.1教学内容的改革。对照工程教育专业认证标准的培养目标标准：突出学校特色、学校课程特色。根据本校培养方案和要求指标，教研组对课程设计大纲进行探讨，将课程设计的选题立足于极具本校的陶瓷机械特色。从实际陶瓷机械中提炼难度适中又符合机构运动和传动教学重点来自陶瓷生产中实际的设计题目，如颚式破碎机、高压注浆机、厢式压滤机、真空练泥机等。并且带学生进入现场参观陶瓷生产过程，讲解陶瓷机械的内部结构和动作。例如讲解颚式破碎机连杆机构的粉碎黏土材料过程，辊压机的电机到辊轴上的传动过程，在学习专业知识的同时还与实际结合、与陶瓷特色相融合。另一方面，结合教师的科研项目拟定合适的课程设计题目，允许并鼓励学生根据经验和兴趣自己拟定课程设计选题。2.2教学目标的改革。工程教育专业认证标准的课程体系标准为工程类专业课程要体现整体系统设计和实现能力的培养。本课题课程设计的选题需具有综合性，全面培养学生的机械设计能力，所选的设计题目所需的机构应覆盖“机械原理”课程中所学的主要机构和“机械设计”重点讲授的带传动系统。在工程教育专业认证理念指导下，将“机械原理”课程设计和“机械设计”课程设计结合起来，统一题目，完成设计的全过程训练。使学生将“机械原理”和“机械设计”的课程设计为相同机构的不同题目，例如高压注浆机机构及传动装置设计、厢式压滤机机构设计及传动装置设计、真空练泥机机构设计及传动装置设计、颚式破碎机机构及传动装置设计，如图1所示。内容之间逐步递进，深入完成课程设计，并且题目贯穿两个课程，由浅而深引导学生自主思考，完成综合性的课程设计。2.3组织实施的改革。工程教育专业认证标准的工程能力和工程要求标准：能否解决简单的实际工程问题，能否就复杂工程问题和同行、其他专业人士及社会公众有效沟通。考核的标准重点分别放置在如下方面：①学生的工程实践性。学生查阅资料的能力、观察分析问题的能力和设计计算的能力，学生对设计课题的理解程度，传动方案和执行机构是否可行。特别关注受力分析、材料选择、工作能力计算、主要参数及尺寸确定、结构设计、设计资料和标准的运用等。鼓励利用计算机二维CAD或者等三维软件进行课程设计。培养学生的创新精神，应对未来工程挑战。②学生撰写报告、文稿设计和发言表达能力，答辩时学生的语言表达能力和对问题的论述能力。并全面分析所设计的机构的优缺点。剖析整个设计计算过程，对设计资料和标准的运用情况的表述，提出今后在设计中应注意的问题，并设想出改进方案。通过这个综合课程设计掌握机械设计的方法和步骤，培养学生发现和分析、解决工程实际问题的能力。

3课程设计具体实施

工程教育专业认证标准提倡的是“做中学”的教学模式和“以工程为导向”的教学方法，以期培养学生的工程设计能力与实践操作能力，有效地提高教学效果。以“化整为零”的教学方式进行课程设计改革，结束“机械原理”和“机械设计”课程学习后再将相关课程设计的集中式设计模式，变为先分散再集中的设计模式，使课程设计所进行的理论设计计算与结构分析设计与理论教学同步进行。具体措施如下。在开始学习“机械原理”课程时，介绍“机械原理”和“机械设计”课程设计的相关内容和设计要求，让学生按自愿组合的方式组成研究学习小组，一般为3～5人，并要求学生优先选择从陶瓷机械中广泛搜集的合适的综合性课程设计题目。在“机械原理”课程教学结束后，进入综合设计的第一阶段，时间为1周。此阶段包含两方面的内容：方案设计，典型机构的分析与综合。方案设计阶段以小组为单位，组织学生参观讨论，在分析机器的结构、传动方式、工作原理以及各部件的功能顺序的基础上，绘制机器运动循环图，确定最佳设计方案；机构的分析与综合阶段主要是从设计方案中选取最具代表性的机构，进行机构的尺寸综合、机构运动分析和力分析，并初步确定其传动方案，编写机构设计说明书，准备第一阶段答辩。“机械设计”课程教学结束后，进入综合课程设计的第二阶段——机械设计课程设计部分，时间为3周。针对第一阶段确定的最佳设计方案中的执行机构及其传动方案，在理论教学中，以课外作业形式要求学生完成挠性传动、齿轮传动、键、轴、轴承等零件的设计计算和选用；在“机械设计”课程教学结束后的集中设计阶段，学生利用所学的零件设计的相关知识，评价在第一阶段初定的传动方案的合理性，并加以优化改进。传动方案确定后，进行传动装置的设计计算、零件的结构设计和强度校核，然后绘制装配图和零件图，编写此阶段的设计说明书，准备第二阶段答辩。明确有目的性的考核。增大课程设计在总分中的比例，以还原工科课程实际工作时的能力要求。考核的标准重点放置在学生的实践性和创新性上，主要考察学生观察分析能力和机械设计计算能力。其中课程期末考试占40%，课程设计占40%，平时成绩占20%。鼓励学生学习并且利用CAD完成课程设计，或者用ADAMS、UG等三维软件进行三维建模或仿真设计，对做出正确仿真的学生给与一定加分。全面准确地反映学生学习能力，刻意地引导学生解决可提升实际运用能力的问题[5]。

4结束语

传统机械课程设计已然无法满足新时期的工程要求，对机械设计及其自动化专业学生的课程设计进行改革迫在眉睫。工程教育专业认证作为推进工程教育改革的主要手段，是增强工程教育人才培养对产业发展的重要保障，是促进工程教育的竞争力的关键因素。实现工程教育标准对学生能力的要求，在学习中走向实践，在实践中把知识反馈给社会，还需不断探索。

参考文献：

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机械基础原理范文篇5

关键词：数控机床；基础部件；实践原理

数控机床技术应用广泛普及，对于提高社会生产力及社会生产水平起到关键性作用。未来阶段，智能化技术与万物互联技术普及，将对数控机床技术发展产生新的影响。做好对数控机床基础部件实践原理分析，对于更好完善数控机床技术应用体系及提高技术应用水平具有重要意义。

1数控机床技术应用特点及优势

数控机床技术应用起源于美国。但由于美国数控机床技术应用成本较高，核心技术主要应用于科研实践，使20世纪90年代美国数控机床技术发展一度被德国、日本赶超。我国数控机床技术研究起步相对较晚，但截止20世纪80年代，已然形成数控机床技术开发初步技术积累。随着近年来机械加工技术及计算机技术发展水平的进一步提高，数控机床技术应用高效化、高稳定性及高精准性的基础优势逐渐凸显，为数控机床技术应用发展夯实基础[1]。

1.1数控机床加工精确性及运行稳定性较高

早期阶段机械加工，采用单一传感器控制刀具的走刀轨迹，由于不同传感器参数及操作人员技术水平存在差异，使机械加工精度存在一定误差值，需要后续阶段进行重新加工校正。数控机床所采用数字信号控制方式，极大降低机械加工基础构件的误差，提高构件加工处理精度。从现有的技术来看，数控机床构件加工可以将误差控制在0.1mm范围内，满足大部分机械构件生产需求。由于数控机床采用一体化设计结构，部分模组基于模块化设计进行对接，使数控机床具有较高的运行稳定性，不仅在构件生产方面不容易产生误差。同时，在调整构件加工参数方面也具有良好稳定性，降低结构稳定性因素对构件加工精确性产生的影响，实现对当前机械构件加工水平的充分提高[2]。

1.2数控机床加工生产效率较高

数控机床采用数字控制模块与机械加工模块双向融合设计逻辑。针对机械构件的加工进行设定固定数据参数即可实现自动化生产，无需在中间环节对机械构件生产进行人工校对或人工打磨，有效提升数控机床机械加工基础生产效率。除此之外，数控机床一体化设计，解决机械加工设备内部模组兼容性不足问题，降低数控机床产生结构性故障的可能性，避免因数控机床频繁产生故障问题对机械构件生产产生影响。综合来看，数控机床技术应用发展，一定程度提升机械构件加工、生产时效性，满足对不同形态、不同结构参数及不同用途机械构件加工需求，真正意义实现机械生产的自动化发展，提升现阶段机械构件加工、生产总体水平[3]。

1.3数控机床结构集成度较高

目前，现阶段主流的数控机床结构设计，采用微型计算机与机械结构进行衔接的设计方案。早期阶段数控机床设备设计，则采用微处理器数字控制与机械自动化控制相结合设计模式。由于早期阶段计算机技术发展普及成本相对较高，使数控机床结构集成度较低，虽然在一定程度实现机械自动化及数字化生产，但仍然需要在生产前、生产过程中及完成生产后进行频繁的人工干预。集成微型计算机设备的现代数控机床设备，则有效解决以上问题，进一步提高数控机床设计的内部结构密度，强化数控机床设备结构集成度，使数控机床设备及生产、控制、管理及维护等各个方面，均能在较短时间内完成，无需进行繁琐的人工管理、维护，切实提升数控机床设备生产效率及生产成本控制能力。

2数控机床基础部件的主要构成

数控机床基础部件数量较多，但大部分部件均集成于数控系统、传统系统、测量反馈系统与机床加工系统四个主要模块。因此，数控机床设备正常运行及系统运转，必须依赖于各个系统之间协调递进，通过发挥各个系统技术优势，实现对数控机床技术应用水平的提高。针对数控机床基础部件实践原理的分析，应充分掌握数控机床内部各个部件系统功能，了解不同部件系统特点，以便做好数控机床基础部件实践原理的逻辑性分析。

2.1数控系统

现阶段数控机床设计，大部分采用CNC设计方案，该设计方案实现对多个微处理器信息数据有效汇总，使数控设备能系统化实现对各个部件进行控制，简化单一部件手动控制流程。数控机床的数控系统，主要负责参数设置及设备调整，根据机械构架加工生产要求对数控机床生产加工方式及刀具走向参数进行配置。数控系统集成显示器、键盘、控制杆及磁盘等多个计算机部件。显示器主要负责显示数据参数，结合操作人员对键盘信息录入，将信息数据存储于磁盘设备，使数控机床加工生产能按照标准化流程推进。

2.2传动系统

传动系统亦可称之为机械动力系统。传动系统囊括变速齿轮、同步齿轮传送带及主轴电机等多个基础设备。早期阶段，由于传统系统的设计大部分依赖主轴设备进行控制，使数控系统与传动系统之间连接需要基于传感器进行数据传输。随着现代计算机技术发展对信号脉冲技术充分普及，现代数控机床传统系统可以直接由数控系统进行控制管理，进一步解决数控系统对传统系统控制延迟问题，强化数控机床机械构件加工、生产精度。

2.3测量反馈系统

由于数控机床采用数字化控制方案，保证数据测算经济及数据信息采集的精确性，则成为提升数控机床机械构件加工质量的重中之重。测量反馈系统正是保证数控机床机械构件切削精确度的主要部件之一。在数控机床技术普及之前，机械切割机床采用机械测量方式进行数据采集，通过标注标尺数据参数，利用传感器与数据测量标尺数据分析，对机床切削精度进行控制。但由于测量标尺标注精度难以达到0.5mm以下，使其无法满足高精度机械构件加工需求。数控机床所采用的测量反馈系统，则是集成伺服电动机、步进电动机、直流伺服电动机等电器元件数控装置，通过固定机床切削设备坐标与实时坐标定位，实现对机械构件加工误差控制，提高数控机床实际加工生产精确性。

2.4机床切削加工系统

机床切削加工系统是机床设备主要构件。该系统包括底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱及刀架等多个部分。该系统主要负责对机械构件进行加工处理，并针对机械构件加工需求，控制机床设备抗震强度，降低机床震动对切削刀设备的影响，保证机械构件切削精度。机床切削加工系统的设计，需要考虑不同环境对数控机床各类使用需求。所以，在床身、立柱、横梁及滑座等部件设计方案，要选用耐高温及耐腐蚀采用进行结构优化，降低外部环境对机床加工作业影响，使数控机床能按照机械构件加工要求正常进行加工生产作业。

3数控机床基础部件的实践原理及技术逻辑

数控机床基础部件的构成主要是数控设备及机床加工设备两个部分组成。数控设备，是由微处理器、中央处理器、传感器与程序控制模块等多个部分组成。其中，数控设备实际运行需要传感器对数控机床内部各个部件运行状态与数据参数进行采集，对数据信息汇总后由微处理器对数据信息进行计算。在完成数据汇总与数据测算之后，再通过传感器设备对微处理器数据信息及数据指令进行传输，由终端设备中央处理器与显示器设备将数据参数呈现到显示器。技术人员可以根据现有数据参与对机床各个部件的运行状态进行调整。这其中，光电编码器、温度传感器、压力传感器、感应同步器、速度床干起及电流传感器等各类不同传感器设备，需要实现系统功能有效串联，通过系统程序控制实现传感器系统功能。所以，数控机床的数控设备，主要针对数控机床设备参数分析、设备管理及设备控制功能加以实现，从而有效简化数控机床设备操控流程。数控机床的机床加工设备，则需要具备铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种功能，根据机械构件加工要求，调整构件形态与设备姿态。其中，伺服进给系统与主轴电机等设备，是数控机床形成机械动力的主要部件。在针对机械构件的切削与加工处理过程中，需要根据对机床刀具运动结构调整，做好对运动轨迹的控制，对于需要进行二次加工的机械构件，则需要做好对滑动导轨、滚动导轨的有效控制，从而提高数控机床机械构件加工时效性与精确性。

4结语

数控机床内部结构较为复杂，针对数控机床基础部件实践原理分析，需要在充分了解数控机床技术特点的同时，做好对数控机床系统运行内在逻辑的掌握，从而更好地分析数控机床不同基础部件之间内在联系，提升数控机床理论研究与分析能力。

参考文献

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[2]杜新宇.与机械制造技术基础专业课相结合的金工实训模式探讨与实践[J].中国科教创新导刊，2011（29）：191-193.

机械基础原理范文篇6

矿山固定机械及运输设备是一门实践性和实用性较强的课程，课程内容所涉及的知识面广，包括机械原理、流体力学、矿井通风学、地下工程设计等，着重培养学生分析解决实际工程问题的能力，由于其对学生的知识储备体系要求较高，一定程度上影响了学生学习的积极性，难以达到预期的教学效果。目前，矿山固定机械及运输设备课程在教学过程中存在的问题如下：（一）学生缺乏对采矿工程的感性认识。该课程主要的授课对象为机电学院的机设专业，学生在掌握机械设计、机械原理、流体力学等课程内容的基础之上，对掌握设备的结构原理具有一定的理论基础。但是，矿山机电设备是在特定的工作环境下运行，其选型、设计、场地布置均与采矿作业的实际工作环境、地下工程设计、开采地层的地质条件直接相关。由于缺乏对采矿工程的感性认识，学生无法较好地结合设备的工作环境，领悟每种设备的设计主旨和设计要点。例如：在矿井排水设备的章节中，学生不能结合地质方面的知识，清晰地意识到一味利用水泵将区域的地下水排空可能造成的矿区地层塌陷，地下水位下降等危害；在空气压缩设备的章节中，尚不能主动结合井底采矿工作面中实际工作环境，意识到气动工具相比于电动工具在安全方面具备的优势，等。此外，本课程在面向采矿专业的本科生讲授时，由于学生机械相关的专业基础知识相比机设专业较弱，在理解设备工作原理方面相对较慢。（二）部分学生缺乏对课程的足够兴趣。产生的原因主要有以下两方面：一方面，本课程学时短（32学时）、内容广（共8章介绍近10种不同设备的工作原理）、无实验和认识实习，少部分基础较差的学生，无法有效跟上教学进度，在课程后半段缺乏足够信心学好该课程内容；另一方面，随着能源矿产行业近年来的资源整合和去产能改革进程的深入，以及现阶段大学生就业形式的多样性，大部分机设专业的毕业生并不会首选进入矿山行业从业，在心中形成了本课程的学习内容和就业无关，内容在以后的生活中用不到的片面认识，一定程度上降低了学习的主动性。（三）传统教学模式难以满足教学需要。本课程专业性极强，其目标是让学生通过课程的学习了解矿山固定机械及运输设备的基本结构特点、工作原理与用途，提高学生综合分析和解决具体实际工程问题的能力。目前，本课程的教学模式是结合教材和配套的结构图，以教师讲授为主，然而具体设备的工作原理仅利用结构简图很难直观地给学生展示和阐述清楚，使得学生在学习过程中往往比较迷惑。目前尚未建立与矿山固定机械及运输设备课程实践教学相匹配的教学环境，难以提高学生在相关设备方面的实践能力。由于在现有教学模式下讲授内容较抽象，相关知识无法吸引学生的注意力，学生学习积极性下降，教师和学生之间有效互动减少，难以达成理想的教学效果。（四）教材内容不能紧跟时代要求。矿山固定机械及运输设备作为一门综合应用课程，所授设备随着新技术的应用不断地更新和发展。但是在实际的教学过程中，教材更新较慢，无法紧跟科技发展，使得课程教学不能满足科技进步发展的需求。同时现有教材普遍存在内容陈旧、章节内容不够精炼、难以满足本科短学时教学的要求，亦不能很好地与实际相结合。

二、矿山固定机械及运输设备课程教学改革探索

通过广泛调研，结合矿山固定机械及运输设备课程教学过程中所展现的特点与现状，可以从教学方法、教材改革、课程考评机制、团队建设等方面进行改进，以便学生更好地掌握和理解该课程的讲授内容。（一）加强学生对本课程的感性认识。对于机设专业的学生由于其并未学习过采矿学、矿山安全工程等采矿专业的基础课程，并不清楚相关机械在煤矿井下的具体运行状况，因此在第一次授课的课程综述中宜增加适当学时并结合矿山施工安全、矿井救援等相关视频，增加学生对所授设备工况环境的感性认识，了解矿山设备对安全、可靠性的严格要求。在整个课程的章节讲授中以如何确保设备安全、可靠为主线，结合矿山施工的实际工况针对性地讲解设备的运行原理和结构特征。随着国家现阶段煤炭钢铁行业去产能的宏观结构调整，针对学生就业并不定会首选矿山行业的现况，授课教师应在授课之初对学生加强正确引导，强调本课程的重要性，应经常与学生交流，解决学生的疑问。本课程所授的设备例如提升机、矿用水泵、矿用通风机、矿井空压机等设备其工作原理与生活中的电梯、市政工程中的排水泵、大型地下公共场所及大型购物广场的通风系统具有相似之处，在生活中随处可见。此外，设备的机械原理具有融汇贯通性，以矿山环境为应用载体掌握本课程所授设备的工作原理，能够为以后掌握其他类似设备工作原理打下坚实基础。此外，在相关课程设置安排上宜首先开设采掘机械等课程，为本课程提供基础，不宜两门课程同时进行。（二）教学方法改进。在教学的过程中采用案例教学法，以案例为背景环境，针对性介绍课程相关设备的工作原理及不同设备对矿山正常生产的影响，引导学生理解、掌握并实际运用教材中所述的知识点。1．理论教学可以采用讨论式、启发式、师生互动式等方法。每章节课程讲授时选择合适的知识切入点，激发学生主动思考问题。通过教师提问，让学生运用已掌握的知识点分析思考、解答并帮助学生归纳总结；或者在讲授的过程中着重讲解其中一部分，让学生运用已有的知识自学领悟另一部分，同时要求其他学生给予评价与补充等。采用这些教学方法，能够提升课堂的师生互动性，提高学生学习的积极性，活跃课堂气氛。2．实践教学是巩固理论知识、培养动手能力、提升创新意识的重要环节。受课程学时的限制以及目前煤矿企业从安全因素和生产效率等方面的考虑，学生井下实习认知的机会较少。因此，宜加强配套实验室的建设，可配备一些矿用水泵、矿井空气压缩机、离心式通风机等小型的矿山固定机械的模型或样机供学生拆装，提高学生的动手能力和感性认识，组织学生参观矿井三维立体动态模型了解采矿工程的整体工作流程，形成更加深刻的直观印象。（三）课程考评方法改进。合理的课程考核评价机制是激发学生学习兴趣和提高学习主动性的重要因素。矿山固定机械及运输设备的课程具有章节内容相对独立的特点，可从以下几方面对课程考评方式进行改进。一是在每章节授课结束后增加阶段性评价环节，对整个章节教学目标的实现程度进行评估，考查学生对本章节知识点的掌握程度，及时根据学生特点对后续章节的教学方式进行修正和完善。在进行阶段性评价之前，教师将提纲下发给学生，学生在学习过程中对照提纲有目的地学习，考核时采用内容抽考的方式进行并计入平时成绩。二是在授课后期，结合实际的工程案例，串讲课程所授设备在案例中所发挥的作用，帮助学生再一次梳理总结课程内容，必要时可增加一次综合讨论课时，根据学生的作答情况作为平时成绩考核依据。三是期末的考评试卷拟以讨论题、分析应用题为主，重点考察学生的综合实际运用能力。该考核评价方法重在考察和激励学生的学习主动性和自主学习能力，体现以育人为本的教育理念。（四）加强教材建设。紧跟行业发展现状编制适用于本科短学时教学的专业教材显得尤为必要和迫切。在广泛调研国内外矿山设备的基础之上，以阐明矿山固定机械核心设备的工作原理为主旨，从典型设备的典型结构原理着手随着教学的深入适当引入介绍时下相关设备与技术的发展趋势，有利于帮助学生建立矿山固定机械的整体概念，丰富学生的视野和学习兴趣。此外，受教学学时的限制，教材编写应适当凝练章节内容，注重总结归纳，增加直观原理图数量，简化公式推导过程，精简文字介绍部分，强调适用性和实用性并注意课程内容的整合，避免有关内容的重复和脱节。（五）强化教学团队建设。目前讲授该课程的教师基本上以高校毕业的年轻博士为主，实践工作经验相对较少，虽具备相关理论基础，但实际应用和操作的能力相对较弱，在教学过程中，尚不能较好地结合生产应用领域的实际情况介绍相关技术最新发展状况，使得课堂教学与实际应用存在一定差距。因此在师资队伍的组成方面应加强年龄梯度建设，形成老中青教师的合理搭配，促进经验丰富的老教师帮助青年教师教学能力的提升。此外，积极利用相关课程的网络与现场培训不断提升教师的教学能力，通过对矿山固定机械相关企事业单位的调研和生产实践进一步提高青年教师的实践应用能力。

三、结语

矿山固定机械及运输设备课程具有多学科交叉的特点，现有教学模式下不能完全达到满意的教学效果。根据目前矿山固定机械及运输设备课程在本科教学中存在的问题，本文从教学手段、教学方法、考评机制、教材建设、教学团队组建等方面提出了一系列改进措施与方法，以期提高课程教学效果，满足教学改革的新要求培养更多高素质的工程技术人才。

参考文献：

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机械基础原理范文篇7

【关键词】机械原理与机械设计；实验教学改革；成效分析

随着现代职业技术的快速发展和社会、行业对技术技能型人才的需求不断提升，机械原理与机械设计课程的实验教学改革面临着诸多挑战。课程涉及的实验设备、教学内容、评量方式以及学生积极性都对教学效果有着显著的影响，如何全面提升教学效果、调动学生积极性，是机械原理与机械设计课程的实验教学改革致力于解决的主要问题。

1课程改革背景

1.1实验教学概况。教研室遵循人才培养方案要求，在机械制造与自动化、机械设计与制造两个专业中开设机械原理与机械设计课程，共计48学时教学外加36学时（两周）课程设计，课程涵盖的实验主要包括以下三类：1.1.1演示类实验。包含机构运动演示和机构运动简图测绘，前者目的是使学生了解构件间运动关系及主动件、从动件概念，并深化机构及其组成概念；后者主要要求学生掌握比例尺运用、视图选取、运动副符号及自由度计算等方面。1.1.2验证类实验。包括齿轮范成原理实验和齿轮参数测绘实验，前者要求学生使用范成仪绘制正、负变位齿轮和标准齿轮，通过观察、分析和比较，了解标准齿轮与变位齿轮的区别；后者要求学生使用游标卡尺测量奇、偶数齿轮基本参数，了解齿数、模数、分度圆、齿顶圆、齿根圆、齿距等参数和尺寸计算基本知识。1.1.3减速机拆装试验。该实验为演示性试验，10-20人一组，部分同学拆装，部分同学观看，主要了解减速机的结构、轴上零件的装配关系、窥视孔、放油塞、油标尺、放气孔、及吊钩等附件的位置、尺寸大小等，为减速机设计奠定基础。1.2教学改革前存在问题。1.2.1部分实验设备老化，无法满足实验要求。由于实验室搬迁和设备自身老化，部分实验设备准确性、稳定性和可靠性不足，此前开设的相当一部分演示与测绘实验已无法开出，教学效果受到了较大影响。课程相关实验在一段时间里主要是减速机拆装实验，但由于设备有限，分组时每组学生较多，限制了学生实践能力的提高。1.2.2教学方法较为模式化。多数实验教学模式较为固定，学生严格按照步骤详细、易于操作的实验指导书完成实验，教师主要指出原则性错误并负责学生安全。该模式在培养学生严谨细致、精益求精的素养方面具有积极意义，但与激发学生求知欲、树立其创新精神并最终解决实际工程问题的目标具有一定的矛盾。1.2.3个性化考核方式有待实现。目前考核内容主要包括实验完成度和按时到课情况。实验内容的设定方面未能充分反映学生的水平差异，学生完成的实验项目以及实验报告内容基本相似，而考勤情况相同的学生基本会取得相同的实验成绩。评量方式与因材施教、个性化评估的初衷存在冲突。1.2.4学生的学习重视度有限。由于上述原因，外加本课程实验为课内实验，并未单独设置考核学分，学生对实验环节的重视程度有限，直接导致日后进行课程设计和毕业设计时毫无头绪，也对学生参与各级各类机械创新设计大赛和学历提升方面产生了一定的负面影响。

2课程实验教学的改革思路

基于上述问题，在学校和分院的支持下，我们从软硬件建设、实验教学运行制度、教师素质方面推进课程的实验教学改革，力求使学生在理实一体、个人素质、团队协作和不断创新思维、创新设计方面得到切实提升。2.1整合提升软硬件建设。2.1.1整合实验教学设备，开设各类综合实验。在认知类实验中，购置现代化的机械原理演示设备和贴合行业企业应用的机械机构模型，提升学生对行业企业发展状况与趋势的认知度；引入信息化教学手段和相关软硬件资源，起到辅助教学和增强实验直观度的作用；充分利用实验室现有的小型车床、铣床、钻床等加工设备加工构件，将教学软件应用和实践动手环节充分结合。在此基础之上，开设机构创新设计、机构组合方案设计和机构运动分析及参数测量等实验，学生根据指导书搭建基本机构后，能够自主进行模组拆分、简图绘制、参数测量和误差分析等实验环节。2.1.2结合网络在线资源，开发虚拟仿真实验。引导学生在学习时利用网络平台上教师上传的理论知识、实验指导书、实验课件和实验设备资料，做好预习复习，同时引入一定数量切合实验内容的精品在线开放课程内容，丰富学习素材。同时，利用计算机虚拟仿真技术，开发虚拟实验项目，如机构运动分析及参数测量虚拟实验，机构组合方案和机构创新设计虚拟实验，V带传动与链条传动仿真实验，齿轮的加工方法及参数测量仿真实验等。将实体设备与仪器上运行的实验与信息化手段充分融合，丰富学生的学习方式与手段，提升学生的学习兴趣与学习接受度。2.2改革实验教学运行制度。2.2.1实验类别从验证型向研究创新和综合设计型转化。综合设计实验内容，从以往的验证型实验向研究创新型实验转化，例如将机构创新设计，机构组合方案设计和机构运动分析及参数测量转化为研究性实验；将齿轮范成原理与齿轮参数测绘实验转化为综合设计性实验；将减速机拆装实验纳入到减速机设计当中，引导学生结合现有减速机设备修正优化手工绘制的减速机设计图纸。转化后的实验主要采用开放方式，学生在其中通过自行设计机构、改变构件的结构尺寸、运动副形式和机架并最终调试成功，在强化基本概念、掌握机构基本组成和各种演化手段的基础上，建立机构运动简图和工程实际结构的联系，不断提升自身在实践过程中的研究创新能力。2.2.2推进科研、创新成果转化，有机结合课内外实验。推动最新的教科研成果和各类大赛优秀学生作品向教学资源转化，相比于成果内容介绍，更注重成果获取过程中值得借鉴的思维方式、创新精神和设计灵感，拓展学生在机构制作创新方面的视野，激发学习兴趣。以此结合虚拟试验和网络平台，将部分开放性实验和优秀教学资源的学习任务放在课外完成，使学生不必完全在固定的时间和地点进行实验及学习。在课程结束之前，学生能够充分利用图书馆、实验室和计算机房等设施完成各类实验任务。2.2.3机械原理与机械设计实验正式纳入课程设计考。机械原理方案的实现是机械设计的关键，通过将实验项目纳入课程设计考核提升学生对实验环节的重视。教师参考学生在运动分析、结构设计、受力分析、强度和自由度计算环节后于实验室拼装的机构，结合其运动特性重点考核学生在机构设计合理性、经济型和实用性方面的优秀程度。实验指导教师通过针对性的意见建业以及公开量化的评分标准，一方面提升学生对于自身作品的理解程度，另一方面将优秀机械设计的标准以较为直观的方式传递给学生。2.3实现理论实验教师“双师化”。实验教学由专职实验人员负责向实验员与“双师型”教师共同负责转化。机械原理与机械设计课程的实验内容除了综合性实验之外，还包含开课前由理论授课教师在机械原理实验室开展的“认知实验”，主要目的是增强学生的工程意识和对机构的感性认识；根据理论授课的进度安排，也会统一安排学生前往校内机械类相关的实验室和加工中心进行参观学习，主要目的是提升学生对先进机械设备在总体设计和操作规范方面的直观认识。上述教学过程对于教师的综合素质有着较高的要求，教师要在掌握课程理论知识的同时熟悉各类行业企业先进设备，并将其原理和相关知识深入浅出地传授给学生。这就需要更多教师“双师化”，在实验教学场所由专职实验人员和“双师型”教师共同完成教学内容，提升学生的学习兴趣与成效。

3改革取得的初步成效分析

经过课程组教师的不懈努力，在学校和学院的大力支持之下，课程的教学改革在诸多方面取得了较好的效果。实验设备和教学环境方面，通过充分发挥演示陈列室功能，全面整合新老设备，目前开出的实验项目能够充分实现实验教学目标，外加新配备的投影仪等多媒体设备，实验教学环境得到了较大改善。实验教学方法方面，新增的各类综合实验内容较为开放，教师在教学环节中主要进行方向引导、兴趣激发和工程问题情境创设等方面的工作，学生在方案设计、软件应用和设备操作方面具有较高的自主性，有利于培养学生创新精神并提高其解决实际问题的能力。相应的成绩考核方面，由于自主性高的实验过程具有众多潜在的评分细节，同时采用2-3人的小组人数，指导教师能够全面细致地评价每一名学生在实验过程中的表现情况，最终给出充分体现学生个人水平的考核成绩。最后实验室全开放制度持续推行，目前已有10名学生长期参与实验室管理工作，并结合工作经验和理论知识在职业院校技能大赛、“互联网+”大赛等项目中得到了良好的锻炼并获得各类奖励。这些成果起到了一定示范辐射作用，大部分学生的主动性和积极性随着实验室的全面开放不断改善，整体教学效果逐渐提升。

4结语

机械原理与机械设计的实验教学改革不仅需要充分认识课程的教学概况和存在问题，还需要有科学清晰的教学改革思路，将软硬件条件、实验教学运行制度和教师素质等多方面综合考虑、整体设计。但整个教学改革过程中最重要的是学校为实验教学创造了良好的教学环境，培养了学生们积极学习的良好作风；课程组教师用先进知识武装自己，不断提升自身“双师”素质；全体学生主动学习、重视创新，不断探索新知、锐意进取。

总之，教学改革任重而道远，培养高素质军工特质技术技能人才，服务地方经济发展将是我们不懈追求的目标。

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机械基础原理范文篇8

关键词：机械设计；节能；环保；原理

随着时代的发展，生态问题与能源危机日益严峻，极大影响了人们生活与生产，在这种时代背景下，节约能源、保护环境已成为全球共识。机械生产作为社会发展中不可或缺的产业，节能环保问题不容忽视。机械设计作为机械工程领域的第一工序，其在产品设计中除了考虑产品性能、质量外，更要注重设备的节能型，尽可能的节省资源浪费，避免因为设备不具备节能性能而造成大量材料的浪费。文章从机械设计节能的原理入手，从实际出发通过能量分析提出了机械设计的节能方法。

1机械设计节能的重要性

我国工业产业与西方国家相比，有着起步晚、起点低的特征，但伴随改革开放以来国内经济的迅速发展，机械生产行业也得到了前所未有的发展，在国家经济中占有重要地位。机械设计作为机械工程领域的重要组成部分，其对机械工程有着很大影响，近几年来，受到国家节能减排、保护环境政策的影响，机械设计节能工作的开展已成为不可逆的趋势，在这种时代背景下，要求机械设计人员充分考虑各种因素，除了保证机械产品的最初性能外，更要做好节能环保及经济性要求，我们首先要对这些内容分析和整理，正确认识这些环节的工作要求。因此，在机械设计的时候，我们要对设备的配合及应用更加注意，力求机械设计在保持正常运转的时候，尽可能的降低能量损耗，从而让机械设计达到当前可持续发展战略的要求。

2机械设计的节能原理

在机械设计工作中，需要遵守的原则很多，但是在不同时代、不同环境下，机械设计原则也需要随之变化。近些年来，随着国家可持续发展战略的实施和节能环保理念的提出，机械设计中加入节能要求已刻不容缓。在机械设计工作中，节能策略不仅要从机械消耗功率入手，更是要对机械设计的各个环节分析。在机械设计中，其原理包含了机械系统的动能、势能、输出作用力以及机械系统所消耗的功率等。我们首先要对这些内容分析和整理，正确认识这些环节的工作要求。

2.1机械设计在动能方面的节能

在以前的机械设计工作中，工作人员通常都将工作重点只放在机械动能的变化以及输入输出功率的控制上，通过调节机械波动、提高机械周期以及机械工作精度等方式来保证机械产品的设计质量，很少主动的去分析动能变化对机械产品造成的影响，以致机械产品设计质量往往得不到有效的保证。另外，在传统的机械设计中，动能一直没有得到有效的发挥，究其原因是机械在工作中动能并没有得到有效的转换，机械设计中基本工作原理还沿用传统模式，只要机械系统中的动能能够保持在很小的范围，那么机械设计的目的已经达到了。

2.1.1机械设计在其他输出力方面的节能

不同的机械设备在工作过程中所表现的输出力是不一样的，而且相同的一款机械设备在不同的工作过程中其输出力也不尽相同，所以机械的输出力在不同的工作阶段形式也是不一样的。在机械工作过程中造成输出力消耗过高的主要原因是在比较短的时间内输出力变化较大，如果把周期函数形式的输出力消耗保持在比较小的范围内变化就能达节能到节能的目的。

2.1.2在机械设计时要尽量降低无用功的损耗

任何机器在运转过程中，由于阻力、摩擦、形变等原因一定会产生无用功的损耗，这与机械在设计中考虑到的精度、润滑程度等都有莫大的关系，无用功的损耗大大地降低了机械设备的使用效率，所以在机械设计时我们要以节能的基本原理为基础，尽量减少无用功，以期提高机械的节能性。

2.1.3对机械设计节能原理的基本归纳和整理

本文主要是在动能的机械设计节能、减少无用功功率方面以及减少其他输出力功率方面对机械设计节能基本原理进行了简单的介绍，工程师们在进行机械设计时，只要考虑到将机械系统里面的一些参数常量等保持在很小的变化范围内，就能极大地增加机械节能性，但是想要做到这一点，其实还是有一定的难度的，这就需要我们广大的机械工程师们更加努力的进行设计了。

2.2机械设计节能基本原理的应用范围

机械设计节能基本原理在工程设计方面的应用：

2.2.1机械节能原理在升降机械设计中的应用

升降机械在工作中消耗的功率是比较大的，为此我们需要对其进行节能设计改善，那么我们要从哪方面开始着手呢，首先我们要分析主要消耗功率的原因，其主要消耗功率的是机械在提升或下降货物的过程中消耗功率比较大，经过试验我们得出按照电梯标准进行设计的机械要比传统的机械消耗功率要小的多。要想在升降机械上进行节能设计就要参考电梯的设计方案。把机械设计原理应用在升降机的节能上。我们主要应用的公式即为：Q(t)r1=Pr2其中：r1表示货物卷筒半径，r2表示配重卷筒半径，P表示衡量的配重，Q（t）表示可以提升的物体的质量。

2.2.2机械节能原理在加工设备设计中的应用

机械设计节能基本原理在加工设备中的应用可以说最为广泛，加工设备在我们日常生活中是必备的产品，可见其节能性对我们是多么重要。以下我们就针对生产加工中的设备牛头刨床进行应用。牛头刨床其机械内有一个惯性很大的主轴，它能够保证机械的正常稳定运转，但是为了考虑其输入功率的降低等因素，我们要根据机械原理在原来设备的基础上再加设一组牛头刨床装置，使新牛头刨床功率是原来的二倍，这就达了提高功率的目的。

2.2.3机械节能原理在大型冲击压路机设计中的应用

大型冲击压路机其冲击轮表面特征并不是以周期函数进行体现的，它的变化幅度是比较大的，因此这就给我们的节能设计带来一定的难度，所以要想达到我们预期的目的，我们必须得要把冲击轮系统的势能在重心最低时其势能能够在最大范围内进行变化，只要能够达到以上要求，就能够达到节能目的。

机械设计节能是可持续发展观念下对机械领域提出的新要求，更是符合我国社会主义特色社会建设的发展理念，只有在工作中将节能理念深入到底，落实到每一个工作人员的心中，强化设计人员自身专业技术，提高设计人员素质，才能够真正的做到节能设计。

作者:张宇 单位:中车长春轨道客车股份有限公司

参考文献

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[2]开依沙尔热合曼买买提明艾尼.基于骨骼重建机理的连续体结构仿生拓扑优化方法[J].农业机械学报，2014（5）.

机械基础原理范文篇9

这种从理论到实训实践的传统教学方法的最大弊端是课程理论性太强。由于学生专业基础，工程基础和知识基础都不扎实，再加上现在高职学生的学习积极性普遍不高，造成学习起来很吃力。即使听懂了也不知道怎样才能应用到工程实践上，怎样去解决实际问题。为了提高学生的学习积极性，让学生更能够听懂，达到更好的教学效果，很多人都在《机械设计基础》课程原体系的基础之上进行了教学改革研究。其课程改革综合起来包括：整合课程内容，拓宽知识面，增加信息量的改革1；采用精讲多练、加强自学、分析讨论三环节相结合，以启发式教育为主的教学方法改革2；利用现代教学手段，增强教学的直观性的改革3；重视实验教学，使学生学有所用的改革4；搞好课程设计，培养学生的综合技能的改革等等5。通过这些教学改革，教学效果得到了较大的提高。但并没有摆脱从理论到实践的框框，理论性太强，应用理论解决问题太少，学生学起来还是很吃力。

2.本教学改革的教学模式

本教学改革的基本要求是将从理论到实践的传统的《机械设计基础》课程教学模式，转变成以学生的设计项目做引导，整个教学过程都围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行教学。其教学过程，就是一个学生要完成自己的设计项目，老师要通过教学，指导学生完成其设计项目的过程。而学生的设计项目的内容就包含《机械设计基础》教学目标的内容。老师根据设计项目理论性的问题进行讲解，对方法性的问题进行指导。学生通过自己的努力，去完成自己的设计项目，以这种方式最大程度地去完成《机械设计基础》的教学任务和目标。具体来说学生的设计项目要包含有《机械设计基础》课程中大多数的内容。包括各种简单运动机构，如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法及设计过程；包括各种传动机构，如带传动、链传动、齿轮传动等传动机构的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括机械中的轴、轴承、联轴器、离合器、弹簧、连接件等常见通用零件的结构、种类、工作原理、设计计算方法和设计过程；包括有机械系统总体设计的设计原理和方法，如传动方案的确定、原动机的选择、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算。虽然这个项目不可能把所有的机构和零件都包括进去，但可通过老师的介绍，掌握大多数的设计原理和方法后，学生可根据自己的设计项目去选择具体设计内容。这种项目引导化的教学模式具体以以下步骤来完成：

3.教学模式的实施

（1）学生的设计项目我们给学生的设计项目就是设计一个简单的将产品从一个地方转到另一个地方的产品运送机。其结构简图如图二所示。图二设计项目简图这个设计项目几乎包括了《机械设计基础》课程中的大多数内容，包括机械系统总体设计、带传动设计、齿轮设计、离合器设计、轴设计、工作机的机构设计、连接的键设计、轴承选择设计、螺钉选择设计等。学生把这个项目设计出来后，《机械设计基础》中要掌握的内容都掌握了。我们不主张分组进行设计，而是每个学生都给这样的机器产品项目设计，但每个学生工作机的运动参数，如功率、转速、工作机工作的方式不一样。这样每个学生都要去完成自己的设计项目，都学到了机械设计的原理和方法，避免了吃大锅饭的现象。（2）学生的知识储备学生拿到设计项目后，开初由于没有知识储备是不能完成设计项目的，需要老师进行教学，使学生有足够的知识储备后才能进行相关的设计。如学生获得的设计项目，都含有工作机的机构设计，传动设计中的带传动设计、齿轮设计，输入和输出轴的设计，轴轮连接的键设计，离合器设计等等设计。老师在进行教学时，先进行各种类型设计的知识介绍，让学生先进行知识的铺垫，理解和掌握了这些知识后，才进行后续相关设计。比如，在完成工作机的设计时，老师先围绕学生要完成的工作机的机构设计，介绍各种机构的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，以进行自己的机构设计。再比如，在完成带传动和齿轮传动的设计时，老师也先围绕学生要完成的带传动和齿轮传动，介绍各种带传动和齿轮传动的组成、材料、分类、工作原理、设计原理、设计方法和设计过程，让学生了解和掌握了这方面的知识后，学生也才能进行自己的传动设计。其他的设计内容的知识储备也按照这种方法来完成。这样学生就可以知道自己的设计内容用什么原理和方法去完成，学的知识究竟用来干啥，用来怎样解决具体问题。（3）学生设计内容的选择学生通过老师对项目中的每个内容进行讲解后，就掌握了这方面的知识，就可以选择这方面的知识去解决自己的问题。比如老师讲解了机械系统总体设计的设计原理和方法后，学生就可以进行总的传动方案的设计、原动机的选择设计、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算，确定出该项目机器的各基本参数。又比如老师讲解了带传动的工作原理、设计原理和设计方法后，学生根据自己项目的要求选择自己所需要的带传动的种类，进而进行具体的带传动设计。再比如，老师讲解完了机构的种类、工作原理和设计原理后，学生就可以根据自己的设计项目的工作方式和特点，选择符合自己工作机要求的运动机构，进而进行相应的运动机构的设计。（4）学生完成自己的设计项目学生选择出了符合自己项目工作特点的设计原理和方法后，就可以进行自己的具体设计。包括系统总体设计、带传动设计，齿轮设计、各轴设计、连接键设计、轴承选择设计、离合器设计等等的设计。主要是要完成其设计过程，计算出各零件相应的尺寸参数，进行各尺寸的校核，画出相应的设计零件的零件图，最后写出一部完整的、符合要求的设计说明书。学生在完成设计过程中，可以按照老师介绍的方法和过程来完成，也可以通过查阅资料，用不同的方法来完成，也可以相互讨论来完成，但最终要独立完成自己的设计说明书。（5）学生对自己的设计进行阐述、答辩学生的设计说明书完成后，可以通过主动申请或老师指定同学来进行阐述、答辩。阐述是说明自己的设计是采用什么设计思路完成的，整体和每个具体机构和零件是怎样进行设计的，采用的设计原理和设计方法是什么，最后达到了什么效果，还有哪些不足需要改进的地方等等。答辩是学生对自己的设计进行阐述后，学生和老师都可以根据他的设计过程、原理和方法提出各种问题，让他进行解答。这样，通过学生的阐述和答辩后，更加巩固了所学的理论和设计方面的知识，了解了自己哪方面需要进行改进，还需要增加哪些方面的知识，怎样改进可以达到更好的设计效果。虽然不可能每个同学都进行答辩，但参加的同学越多越好。（6）老师的点评与打分同学完成阐述和答辩后，老师都要对同学的设计、阐述和答辩进行点评，指出哪些方面是搞得好的，哪些方面需要进行改进，采用哪种方案可以获得更好的效果等等。最后根据每个同学的设计的情况和效果进行评价，评价结果作为期末成绩的主要依据。

4.效果分析

(1)改变了传统教学的弊端本教学的项目化引导的教学改革模式，实施的是一种从学生获得设计项目，到老师指导学生完成项目，再到学生具体完成设计项目，最后到学生描述自己的设计项目的过程。整个教学过程就是围绕着学生要解决设计项目的实际问题来进行的过程，就是学生要完成自己设计项目的知识准备的过程，就是一个老师要指导，学生要具体完成自己的设计项目的设计过程，就是一个有目标的有的放矢的过程。这就很大程度地改变了传统《机械设计基础》课程的空洞的理论教学模式，学生学起来就没有这样枯燥，会更感兴趣，就会有更好的效果。(2)改变了传统的学习弊端本教学改革模式改变了以老师讲解为主，学生在课堂上听老师讲解为辅的这种传统的学生被动的学习方式，而是以学生的设计项目来引导，具体的设计实践来带动学生的学习方式。这样学生的整个学习过程就是要具体去完成自己的设计的过程，就是一个有的放矢的过程。这样的学习就容易达到比较好的效果。(3)学生的作业达到了更好的效果本教改模式改变了传统的老师课后布置作业的为作业而作业的作业方式，而是将完成老师布置的设计项目作为每个学生的作业。项目完成的过程，就是作业完成的过程。在完成自己设计项目的过程中，涉及到的知识问题和方法问题，学生可以去查资料，去相互讨论，去问老师。这种边设计边掌握相关知识，边设计边进行知识积累，边设计边完成自己的“作业”的作业形式，更能达到知识的巩固的作用，更能达到作业效果。（4）达到了更好的实训实践效果本教改模式改变了传统的理论课上完后，单独进行课程设计的实训实践体系，将课程设计的内容，融合到了教学过程中。这种上课开始就将设计的实训实践项目交给学生，让实训实践过程在整个教学过程中完成，将实训实践和理论教学有机的结合起来的教学过程，更能体现在实践中完成理论的学习，更能实现理论和实践的统一，更能达到更好的实训效果和教学效果。

5结束语

机械基础原理范文篇10

加工设备的功能是指机械零件加工的效能，是设备加工所发挥的功效与性能。机械加工设备功能设计的任务是研究机械零件如何被加工出来，分析加工过程能量流、物料流和信息流输入与输出之间的因果关系，实现所需要的精度。满足机械零件成形是设备功能设计的目标，机械加工设备的功能方案设计是整个设计任务的核心。常规设计一般从结构开始，而功能设计则是将对机械结构的思考转化为对产品的功能研究，不受现有的结构约束，更有助于提出创造性构思。由于机械加工设备总体设计方案在很大程度上决定着设备的工艺范围、加工精度、自动化程度和生产率等，因此，要设计好一台高性能的机械加工设备，第一步就要做好设备的功能方案设计。设备设计的出发点是满足机械零件加工的需求，切削加工是加工设备的总功能。首先通过分析机械零件表面成形方法确定机械零件切削所需的运动与传动，继而根据设备运动的复杂程度逐层分解为各个子功能，一直分解到有最终解的原理对应为止，然后将各子功能重新组合成具有层次性的功能结构，各个子功能映射到加工设备切削总功能的原理解。根据切削功能，映射设备布局方案，进而将设备的总体结构划分为各个部件模块，如床身模块、立柱模块、工作台模块和主轴单元模块等，从而形成机械加工设备整机的三维实体模型。

2设备功能的确定

机械加工设备的基本功能是提供切削加工所必须的各种运动。设备的功能设计首先要根据零件加工方法进行设备的运动功能设计，随之明确设备的工作原理。加工设备的基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件表面规则的几何形状和尺寸，并达到其所需的精度。若加工设备功能的实现，是由操作者控制的，则为普通加工设备；若是自动控制的，则为自动化加工设备。设计加工设备的第一步，是确定功能原理。功能原理是设备结构设计的依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定功能方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术上合理、先进，且经济效益较高。加工设备功能原理设计的影响因素包括工件材料与结构形状、同类型加工设备、有关的科技成果、使用要求以及制造条件等。设计者应作充分调查研究，明确设计要求，掌握有关资料，在深入分析的基础上，提出机械加工设备的功能方案。

2.1分析设备加工工艺范围

工件的加工表面是通过加工设备上刀具与工件的相对运动而形成的，因此开展设备的运动设计，需要首先了解工件表面的形成方法。同一种表面有多种加工方法，对于不同类型的设备，功能方案设计的侧重点不同。对于专用加工设备，应侧重于工件加工工艺分析。专用设备只能完成某一零件的特定工序，为特定表面的加工工艺服务，如加工曲轴、连杆的专用加工设备，根据曲轴、连杆结构表面的特定工艺要求专门设计制造。对于通用加工设备，加工对象为工件群，加工方法较多。由于通用加工设备的工艺范围较宽，可以加工多类零件的不同工序，功能往往比较复杂，因此要求设备调整控制更加方便。为了扩展通用加工设备的功能，侧重于新技术的应用和性能的创新。

2.2建立设备的工作坐标系

设备的工作坐标系是为了确定刀具或工件在设备中的特殊位置（如对刀点、换刀点等）以及相对运动轨迹而建立的几何坐标系。沿主轴的轴线取为Z轴。坐标原点位于坐标轴尺寸为零的点上，手指指向尺寸增加的方向为坐标轴正方向。X、Y性线轴按右手定则确定，旋转轴按右手螺旋法确定，绕X、Y、Z轴的回转运动分别用A、B、C表示。

2.3描述设备的运动功能

加工设备通过一定形式的运动完成切削任务。描述设备运动功能是表达切削加工的运动原理的有效手段，对整个设备方案设计至关重要。为了摆脱传统思维的束缚，略去个性和偶然性，力求突出普遍适用和本质的东西，对加工设备运动功能作抽象化描述，用运动功能式来表示工作机构能够实现的运动个数、运动形式及各个基本运动功能排列顺序等。在设备上，运动由执行件来实现，刀具和工件分别安装在主轴、刀架或工作台等执行部件上。执行件的运动形式，以旋转运动和直线运动最易实现。无论工作机构上的运动如何复杂，设备上执行件的基本运动形式只有直线移动和旋转两种，而复杂运动由多个基本单元运动复合而成。执行件所作运动是设备最基本的物理效能。执行件的运动功能按照在切削加工中所起的作用不同，可分为表面成形运动、切入运动、主运动、进给运动、辅助运动等。执行件所作的表面成形运动按照不同的作用可分为主运动、进给运动等。切入运动为进给运动，如果不伴随切屑的形成，则为空行程调整尺寸的运动。运动坐标轴用大写字母表示，用下标v表示主运动、用下标f表示进给运动、用下标a表示辅助运动。基本运动功能的排列顺序左边写主运动，中间写进给运动，右边写辅助运动，三部分的内容用“•”分开，多个同类运动之间用+相连。如摇臂钻床共有五个坐标轴作基本运动，其运动功能式写成Cv•Zf•Xa+Za+Ca，如图1所示。

2.4绘制设备运动功能图

加工设备的运动功能用简单明了的图形和符号绘制出其运动功能图。加工设备运动功能图表示所设计的设备能够实现的各种主要运动功能方案，与运动功能式相对应，是设备传动系统设计的依据，其符号没有统一规定，一般采用形象直观的图形和符号表示即可。图1对摇臂钻床运动功能进行设计。在运动功能图上，同时注明了与其相对应的运动功能式。图中Cv为钻头的旋转运动，Zf为钻头的轴向进给运动，Ca、Za、Xa为刀具调整运动，用来调整刀具与工件的相对钻孔孔位。

3设备功能的求解

加工设备总功能可细分为基本功能，由执行件实现的机械功能便是加工设备的基本运动功能。设备的总功能用基本运动功能的组合进行描述。基本功能的不同组合便是设备切削功能的多解，完成同一结构零件的加工，由于相对运动分配给的执行件不同，可以形成多种功能方案。

3.1运动功能的分配组合

机械加工设备运动功能式（或功能图）描述了刀具与工件之间的相对运动，但沿各坐标轴的运动，可由刀具完成，也可由工件完成，还须进一步地分解。运动一方为执行件，静止一方为支承件。明确运动是由刀具一方完成，还是由工件一方完成，便是运动功能的不同分配组合方案。运动功能分配组合是确定运动功能式中执行件的位置，在运动符号下标里加w或t来区分。加w的运动由工件完成，加t由刀具完成。机械加工设备运动功能式明确了执行件之后，便成为设备运动分配式。一个运动功能方案，经过运动功能分配设计，可以得到一个或多个相对应的运动分配式，如摇臂钻床的运动功能式与相对应运动分配式设计成下述四种方案：方案一为极坐标调位法：Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta，其中Xta调整刀具相对于立柱中心的半径，Cta调整刀具相对于立柱中心的回转角度，Zta调整刀具相对于工件的高度。大型工件钻孔不便移位，工件静止不动，五个坐标运动全部由刀具完成。方案二为极坐标调位加主轴摆角法：Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Bta，在方案一的基础上增加主轴箱围绕Y轴的回转调整运动Bta，扩大了钻床钻孔的工艺范围。方案三为极坐标调位加底座移动法，Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Xta，在方案一的基础上增加了底座沿X轴的调位运动。方案四为主轴摆动-悬臂横移法：Ctv•Ztf•Xta+Zta+Cta+Bta+Xta，Bta可使主轴箱围绕Y轴回转调整刀具倾斜一个角度，在方案一的基础上增加了横臂沿X轴的调位运动。对上述满足基本运动要求的方案，需要从工作性能、动力性能、经济性以及结构特性等方面进行综合评价，从中选出最优方案。对比分析上述运动功能式，保留下的运动功能式都可进行运动方案的详细设计。对众多的运动设计方案进行评价，如方案二可作万能摇臂钻床方案；剔除一些明显不合理方案，如方案三摇臂钻床移位后对大型工件位置还需进一步调整，调整运动太多太复杂，刀具工件之间相对调位运动数应尽量少，故方案三应剔除。筛选出性能优良的第一方案进入加工设备的正式设计阶段。

3.2拟定设备传动原理图

设备的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。若将动力装置与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是设备的传动原理图。图2为摇臂钻床钻孔时的成形运动传动原理图。传动原理图表示每一条传动链的传动联系以及传动链之间的相互关系，并表达加工设备实现全部切削运动的原理。图2中的Ctv表示刀具回转运动，为钻削主运动；Ztf表示刀具沿钻孔中心线直线运动，为钻削进给运动。uv表示主运动变速变向调整机构，uf表示进给运动变速变向调整机构。传动原理图对采用机械变速传动或还是机械传动加电气控制的设备，能够清楚地表达其设备的功能原理，对辅助运动的传动关系可不予绘制。

4设备总体结构设计

设备的总体结构设计是确定设备的组成部件，以及各个部件和操纵机构在整台设备中的配置。机械加工设备总体结构形式取决于主轴、工作台、刀架和床身的布局。主轴的布置有立式、卧式或斜置式；工作台和刀架有移动式或回转式，而床身是基础支承件，其结构形式有底座式、立柱式、龙门式等；基础支承件的结构又有一体式和分离式等。因此同一种功能原理，由于运动分配形式和实现的功能方案不同，又可以有多种结构配置形式，对运动分配设计作阶段性评价后保留下来的功能结构布局方案就有很多，摇臂钻床的运动与结构布局方案如图3所示。对全部机械加工设备结构布局方案需要再次进行评价，去除不合理方案。如方案四，摇臂钻床的悬臂可向两侧横移，但底座不够稳定，需紧固在基座上，而且安装工件需附加支承基座，故方案四应去除。设备总体结构设计阶段评价的依据主要是定性分析加工设备的整体刚度、安全操纵、占地面积、与物流系统的可亲性等因素。在保证设备运动功能的前提下，对多种结构配置进行比较分析，最终选择方案一作为常用的摇臂钻床整机结构形式。