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中图分类号:G642.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)06(a)-0235-02
《机械设计》是机械类专业学生一门重要的专业基础课,随之三周的课程设计是一次综合性与实践性相结合的重要的教学环节。通过课程设计不仅可以提高学生综合应用所学知识提出问题分析问题解决问题的能力,还可以加强学生的技能训练,因此激发学生喜欢课程设计的兴趣提高设计积极性,乐作《机械设计》课程设计,对于搞好课程设计非常重要。
《机械设计》课程设计一般以传统的减速器为设计题目,它涵盖了《机械设计》课程的大部分内容。主要包括:(1)传动部分有带传动(或链传动)、齿轮传动(或蜗杆传动));(2)轴系零部件有轴、轴承、联轴器等;(3)连接部分有螺纹连接、键(或花键)连接、销连接等;另外还有箱体等辅助零件的设计,有很强的综合性,是比较好的选择。设计中用到的知识涉及《制图基础》、《制图基础应用》、《理论力学》、《材料力学》、《机械原理》、《机械设计》、《互换性与技术测量》等多门课程,也是对前面所学知识的一次综合应用。为了充分调动学生的设计积极性,让他们乐作《机械设计》课程设计,本论文从方案选择、技术设计说明书以及成绩评定四方面对课程设计的指导进行了详细的介绍[1-3]。
1 方案选择
在授课的过程中,布置课程设计的内容,促使学生在学习过程中自觉地重视设计用到的知识。为了激发学生的学习积极性和自觉性,建议学生利用学校已建设好的在线学习系统,提前了解课程设计的目的、任务、要求、设计条件及设计的顺序过程。在学完机械传动部分,把每个同学的设计条件和设计数据下发下去,利于他们提前开始设计计算。为了培养同学们的团结协作能力,5~6位同学设计一类题目,避免有些同学投机取巧,每人的数据都不相同。这样同学们既不会觉得束手无策,又有一定的自由和约束。要求选用一级远距离传递,两级齿轮传动组成的三级减速传动来满足已知运动条件的执行构件。于是,从原动机的选型、联轴器的选型、远距离传递类型的选择、齿轮传动的选择,可汇总出很多种方案。仅仅两级齿轮传动组成的减速器类型就有齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器等类型。齿轮减速器中两齿轮对又可以设计成直齿轮、斜齿轮或锥齿轮,另外还可以有软齿面和硬齿面之分,齿轮是否变位传动等等,布置形式也有展开式、分流式或同轴式的不同。指导学生正确处理借鉴和创新的关系,相互交流学习,比较各种方案优缺点,从经济性、可靠性方面考虑择优选择。同学们通过网上的在线学习系统对课程设计有了初步了解,然后再通过交流学习,提出并最终选定适合的方案,同时明白任何一个问题的解决总是会有很多种方法,知识越多,解决的方案越多。明白知识的重要性,从而学习热情会更高,乐作课程设计。
2 技术设计
技术设计阶段的主要工作是确定各部件的外形及其基本尺寸,包括各部件之间的连接,并绘制出装配图和零件图。
首先是按照给定的材料,确定执行构件的功率和转速;然后按照三级减速中每级减速允许的传动比和效率回推选择合适的原动机;再确定出总传动比和分配各级传动比;再进行详细设计并确定出实际各级的运动及动力参数,并汇总结果。为减少学生走弯路,对于可能遇到的问题加以提示,并分阶段进行指导,及时发现问题解决问题,为后一阶段的设计打下良好的基础。在指导中不断的提出问题,引导他们思考。例如:如果给定两人同样的数据最终要求他们交出不一样的设计结果该怎么办?如果是两人来设计一个方案如何最快速度拿出设计结果?鼓励他们提出问题,并找出尽可能多的可行的解决方法,在设计过程中得到快乐并提高设计的兴趣。
通过授课过程中的多媒体课件提前介绍减速器的作用、外形、结构以及运动传递过程,然后组织学生进实验室,动手拆装减速器,熟悉减速器结构,并通过查阅资料熟悉加工、制造、装配等方面的相关知识,使学生对减速器有一个直观、感性的认识,然后开始具体设计。
2.1 机器的运动学设计
根据确定好的结构方案,选择原动件的参数(功率、转速等),然后做运动学设计。选择原动机时,要考虑实际的工作情况和经济性,电动机是最常用的原动机。选用已经标准化的电动机时,要考虑其工作载荷(包括大小、特性和变化情况)、工作要求(包括转速的大小、是否调速、是否反转、反转的频繁程度等)、工作环境(是否高温、潮湿、易燃易爆、尘土等)、安装要求、尺寸大小、重量等。要考虑其经济性,同时还要考虑其外廓尺寸和总传动装置的尺寸,一般是在考虑总结构尽可能紧凑的前提下初步分配传动比,然后确定各运动构件的运动参数(速度、加速度、功率等)。
2.2 机器的动力学设计
结合各部分的结构和运动参数,初步计算各部件上所承受的载荷。由于零部件材料、尺寸尚未完全确定,不能精确验证是否合格。
2.3 主要零部件的工作能力设计
首先根据传动的特点,确定传动的顺序;然后按照初步分配的传动比设计前两级传动,并计算出实际传动比;再将总传动比除以这两级的实际传动比,用求出的数值设计第三级传动;实际传动比,求出各级轴的实际转速和功率,列表以备进行轴的设计。设计高速轴时应注意比较安装齿轮处的轴径和齿轮齿根圆的大小,是否用齿轮轴,如果是齿轮轴,则轴的材料和齿轮的材料必须一致。还要考虑轴的伸出端直径和长度,要和安装的带轮毂孔直径或电动机处的联轴器的毂孔直径要一致。低速轴是否会和中间轴的齿轮齿顶发生干涉,安装带轮(或链轮)的轴线应和电动机、减速器的轴线高度相一致。设计轴的同时,选择适合的联轴器、轴承、键等标准件。主要零部件设计完成后,用类比法确定其他零部件尺寸。在设计过程中需要很好地协调各零件的结构和尺寸,全面考虑他们的结构工艺性,对所有零部件的外形和尺寸进行结构化设计。在这一阶段设计之初,指导老师先把往年出现的频率多的问题讲解清楚,提醒同学们重视,尽量避免设计过程中再出现类似问题。像轴上零件的定位、轴承的、配置方式等都需要考虑清楚。这些工作如果在上课过程中进行,设计周就可以有比较充足的时间绘制图形。
2.4 装配图的绘制
绘制装配图是整个设计过程中最重要的环节。为了布局合理,绘制装配图前必须确定装配图总体尺寸(总长、总宽和总高),然后根据图纸的幅面选用合适的比例尺。指导老师提前强调合理布局的必要性,指导他们查阅资料,熟悉装配图上面应包括的内容:一组全面反映各零部件装配关系的图、总体尺寸和装配尺寸、技术要求、标题栏和明细表等。允许同学们用他们熟悉的三维造型软件构件三维模型,对自己的设计有一个直观认识,然后用CAD软件绘制装配图草图。为提高他们的手工绘图能力,统一要求上交手工绘制装配图和主要的零件图。在同学们绘制装配图的过程中,指导老师多去设计教室指导,把共性错误在黑板前讲解后,再由他们自己找错误,然后几人相互找错误,最后指导老师组织一组组的同学围成一圈,针对某位同学绘制的图形一起找问题。同学们在不断改正错误的过程中巩固所学知识,逐渐喜欢上设计。
2.5 主要零件的校核
装配图绘制完成后,所有的零部件的具体尺寸完全确定。这时要对主要零部件(轴承、键等)进行强度校核,验证其是否符合要求。对于外形复杂的零件,一般还要进行精确的强度校核。根据校核的结果,反复的修改零件的结构和尺寸,直到符合要求为止,装配图要做相应修改。然后根据设计最后结果,绘制非标准件的零件图。
随着课程设计步步深入,同学们之间的协作能力得到提高,知识运用能力得到增强,设计能力绘图能力都得到提升,自然学生的设计兴趣也会越来越浓,越来越乐作课程设计。
3 设计说明书
一份完整的设计,必须有条理清晰的设计说明书。通过说明书说明设计任务、设计目的、设计过程、设计结果以及设计中的所参考的资料。由于设计过程中的设计数据往往会有调整和修改,所以,设计说明书通常是设计的最后一个总结的环节,要求说明书按照统一格式书写,字体认真格式规范内容全面,说明建立一个好习惯的重要性,训练学生按要求书写。
4 成绩评定
在设计过程中,公开设计成绩的考核办法是同时注重过程和结果的综合考虑多方面的因素:在全部完成设计工作量的前提下,看设计说明书中计算过程是否正确,计算结果是否与图纸零件尺寸相符,图形绘制、尺寸标注等是否有错误,图面是否整洁,布局是否合理,书写是否认真规范完整,在设计中态度是否认真等,给定一定的条件约束他们。在指导中,随时和他们交流。通过交流看他们的设计主动性、积极性和应用所学知识解决问题的能力,随时对每个学生的完成情况给予评定,及时发现问题解决问题,并及时总结,以便他们在今后的设计中扬长避短,不断提高。
5 结语
机械设计课程设计是机械类专业重要的一次实践教学,对学生后续的设计和以后的工作具有重要意义。培养他们通过设计过程中的进步和设计能力的提高得到快乐,乐在设计过程中。
参考文献
[1] 张建中.机械设计基础课程设计[M],中国矿业大学出版社,2003.
[2] 濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计[M].9版.高等教育出版社,2013.
关键词:课程设计;机械设计基础;教学
课程设计是工科学生从学习书本知识向模拟工程设计过渡的重要训练环节,对训练学生初步熟悉工程设计的基本方法和步骤,正确使用工具书,以及培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力等,都具有显著的效果,在教学中一直受到高度重视。《机械设计基础》课程设计在该课程理论教学结束时进行,时间一般为两周。近几年来,我在指导学生进行《机械设计基础》课程设计时,遇到了一些困难,设计进行得并不顺利。主要原因有两点:一是学生的水平参差不齐,对理论知识理解掌握的差异较大,尤其是综合应用所学知识解决问题的能力普遍较差;二是钻研精神不够,主动性差,过于依赖教师的辅导。为了改变这种状况,我对课程设计的选题、组织实施以及成绩评定等环节做了一些积极的探索,收到了良好的效果。
根据学生不同水平,设计课题分为不同层次“齿轮减速器”是《机械设计基础》课程设计长期采用的典型课题,它具有以下诸多优点:一是齿轮减速器是机械传动中常用的传动装置,也是各种机械中通用的传动装置,与课程性质相一致;二是通过这类课题的设计实践,能够使学生得到较全面的训练,较好地达到设计教学目的;三是在难易程度和设计工作量方面应变性较强,便于根据需要灵活掌握。所以,我仍然选择“齿轮减速器”作为设计课题。考虑到学生水平参差不齐,同一班级中的学生之间存在较大差距,为了使设计课题的难易程度和工作量大小与学生的水平和能力相适应,既让每个学生都能顺利地完成设计任务,又能充分发挥优秀学生的潜能,我确定了复杂程度不同、工作量不同的三类设计课题,供不同层次的学生完成。学习成绩一般或较差的学生,所要完成的设计课题是“一级直齿圆柱齿轮减速器”,其难度不大,设计工作量适中;难度和设计工作量都较大的“一级斜齿圆柱齿轮减速器”和“二级直齿圆柱齿轮减速器”两个设计课题,供学习成绩好、能力强、肯钻研的优秀学生选择。
提前布置设计任务,把课程设计融合到理论教学之中课程设计是紧接在理论教学结束后进行的。通常的做法是在课程设计开始时布置设计任务。我在辅导学生设计时发现,有不少学生对设计时所要用到的理论知识和基本方法,虽然在前面理论教学中已经学过,但此时却不会应用,有的甚至已经忘记了,辅导时很费力气,影响课程设计的顺利进行。为了改变这种状况,我采取了提前布置设计任务的做法,把课程设计融合到课程的理论教学之中。在开学初把课程设计的任务书与课程的授课计划一起发给学生(学生暂不分组),让学生从学习本课程开始,就接触设计课题,在学习理论知识的过程中逐步熟悉设计课题。把设计课题分解成带传动、齿轮传动、轴传动和轴承等四个设计模块,融入有关章节的理论教学中去,把设计课题中的理论计算,如带传动设计、齿轮传动设计计算、轴的设计等,与教材中相应的练习题结合起来,作为课外练习布置给学生课后完成。由于这些课外作业与课程设计联系紧密,学生大多十分重视,积极性很高。到进行课程设计时,设计课题中的理论计算部分已经经过了一次演练,大多数学生对设计计算的方法和步骤已经不再陌生,只需用分组后各自的原始设计数据代替前面练习时的数据,将所作过的资料(计算)进行修改、连接整理,便可以较顺利地完成设计计算说明书的编写,把主要精力和时间用于结构设计和绘图,从而使绝大多数学生都能够顺利地按时完成设计任务。
设计任务分解到人,保证每个学生都能认真投入到课程设计中去每个学生都能积极参与并有所收获,是我组织实施课程设计的指导思想。为了实现这个目标,使每个学生都能认真地投入到课程设计中去,防止少数学生偷懒,我采取了以下措施:一是分组小、任务足,每个设计小组一般为两人。小组之间的原始设计数据各不相同,并且在小组内把设计任务分解到人,小组成员之间既相互合作,又都有自己的任务,人人都必须自己动手、抓紧时间才能按时完成。二是在设计过程中,强化平时考核,每天检查各小组的设计进度,记录每个学生的出勤情况,作为评定学生设计成绩的一个方面。三是准确把握设计工作量,在给每个学生分配设计任务时,根据能力不同区别对待,既做到任务充足,又保证每个学生只要抓紧时间都能按时完成。四是指导注重培养能力,对于大多数学生,指导的重点是设计的基本方法和步骤以及如何查阅设计资料和工具书;对较差的学生则以答疑的形式进行个别辅导。
图纸必须上机绘制,进一步提高学生计算机绘图能力计算机绘图是工科学生的一项必备技能,早已纳入《机械制图》课程的教学之中。在进行《机械设计基础》课程设计时,学生已经初步掌握了计算机绘图的基本技能。因此,在课程设计期间,我将CAD/CAM机房向学生开放,要求学生所有图纸必须用AutoCAD绘制。通过实践,我觉得这样做有三点益处:一是满足了学生上机操作的愿望,有利于调动学生的积极性;二是在计算机上绘出的图纸干净整齐,避免了过去用图版绘图存在线条粗细不匀、图面难以保持干净等问题,学生把自己绘制的图纸打印出来,容易产生成就感,有利于增强学生的自信心;三是给学生提供了一次把所学的CAD绘图技能应用于设计的机会,对进一步提高学生的计算机绘图技能大有益处。
充分重视答辩环节,促进学生反思和提高学生在完成设计后,把设计资料交给教师评阅,往往只关心成绩,而不关心自己的设计存在哪些问题,应当如何改进。因而,教师的评阅环节对学生的进步没有多大帮助。为了最大限度地提高课程设计的效果,尽可能使学生多受益,我在评阅设计资料时强化了答辩环节,通常安排一个下午进行答辩,答辩时请相关教师参与,把每班分为四个答辩组,每组两位教师,负责4~5个设计小组。学生的设计成绩由两部分组成:一是答辩教师在仔细审阅学生的设计资料的基础上,结合学生的答辩情况和设计课题的难易程度给出成绩,此成绩占设计成绩的70%;另一部分是平时考核成绩,由指导教师根据学生在设计过程中的表现,如遵守作息时间情况、是否按时独立完成等评定,占设计成绩的30%。
实践表明,以上做法能够较好地适应当前绝大多数学生的实际情况,充分调动学生的积极性,设计教学的整体质量有了明显的提高。效果最为显著的有两点:一是针对每个学生的实际水平分配不同的设计任务,使每个学生都必须认真去做,避免了过去按“优带差”分组常常演变成“优代差”的弊端。学习较差的学生不得不自己去完成设计任务,也和其他学生一样得到了锻炼,看到了自己的成绩,感受到成功的快乐,有利于增强他们的自信,对他们以后的进步大有益处。二是把课程设计贯穿到课程理论教学中,体现了理论联系实际的教学原则。不仅有效地提高了课程设计的效率,而且大大激发了学生的学习热情,使学生在学习有关章节时有了明确的针对性,看到了理论的应用性,学习的积极性明显增强,真正实现了课程设计与理论教学的互相促进,有利于该课程整体教学质量的提高。
参考文献
[1]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2000.
关键词:课程设计;基本目的、要求、任务;重点;难点
中图分类号:G642.3 文献标识码:A
《机械设计基础》是机械类学生的一门核心专业课,而这门课的课程设计对同学们来讲,更是尤为重要,因为它是培养机械工程专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节,它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识,对一级圆柱齿轮减速机的所有部件进行一次系统和全面地设计。
一、课程设计的基本目的
l. 初步培养学生树立正确的设计思想和分析、解决工程实际问题的能力;掌握通用机械零件、机械传动装置设计的一般方法。
2. 复习巩固以前所学的机械制图、工程力学、工程材料、公差与配合等课程的理论知识,并在实际设计中应用和深化这些知识。
3. 培养学生设计的基本技能,如计算、绘图、查阅资料、熟悉标准和规范等能力,为专业设计和将来从事技术工作打下基础。
二、课程设计的基本要求
机械零件课程设计对学生总的要求是保质、保量、按时完成设计任务。具体要求:
1. 做好设计准备工作,包括收集、准备设计资料、绘图工具及用品。
2. 设计之前要认真研究课程设计任务书,分析题目,了解工作条件,明确设计要求和内容。
3. 设计中要认真复习所遇到的课程内容。如V带传动,齿轮传动,轴、轴承、联轴器和有关的联接件等。在教师的指导下,提倡独立思考,独立计算,独立绘图,独立完成课程设计。反对不求甚解,照抄数据,照搬图样,敷衍了事的行为。
4. 课程设计必须在规定教室进行,遵守学习制度和作息时间,按设计计划循序进行,以便指导教师随时掌握每个学生的情况,发现问题及时解决。
5. 注意掌握设计进度,按预订计划完成阶段性的目标。在底图设计阶段,注意设计计算与结构设计画图交替进行,采用“边计算、边画图、边修改”的正确设计方法。另外,在整个设计过程中应注意对设计资料和计算数据的保存和积累,保持记录的完整性。
6. 为了提高设计质量和降低设计成本,必须注意采用各种标准和规范,这也是评价设计质量的一项重要指标。在设计中,应严格遵守和执行国家标准、部颁标准及行业规范。对于非标准的数据,也应尽量修整成标准系列或选用优先系列。
7. 为使每个学生均能拿出一份较高质量的图样,在装配底图画出后,应呈交指导教师审查,修改无误后,再加工完成装配图。
8. 设计图样(包括装配图和零件图)和设计说明书完成之后,在有所准备的基础上参加设计答辩。
三、课程设计的基本任务
1. 设计题目:
设计一台冶金矿山胶带运输机用的单级直齿圆柱齿轮减速器。工作条件为:单方向运转、轻微冲击,工作期限为8年,每年按250天计算,每天工作8小时。传动示意图见下图1,设计分组参数见表1。
2. 设计任务
(1) 计算说明书一份
包括:⑴前言;⑵设计任务;⑶参考资料;⑷设计方案;⑸选电机确定传动比;⑹各轴运动及动力初算;⑺齿轮传动设计;⑻轴的设计;⑼滚动轴承寿命计算;⑽与密封;⑾箱体设计;⑿总结
(2)完成图纸工作量
⑴总图(装配图)一张,A1图纸;
⑵零件工作图1~2张,A3图纸。
3. 设计内容及进度
见表2。
四、课程设计过程中的重点
课程设计中的重点是编写设计说明书,课程设计说明书是课程设计的总结性文件,通过编写说明书,可以进一步培养学生分析、总结和表达的能力,巩固、深化在设计中所获得的知识,是课程设计工作的一个重要组成部分。说明书应概括地介绍课程设计的全貌,全面叙述设计中各部分的重要内容,要论证设计的合理性,特别是在有几个设计方案时,要进行比较论证,对各个计算环节要详细叙述,对数据和公式来源要注明出处以便查对。说明书要求系统性好,条理清楚,语言简练、文字通顺、字迹工整,图例清晰,图文并茂,充分表达自己的见解,尽量避免抄书,从设计一开始就应随时逐项记录设计内容、计算结果、分析意见和资料来源以及指导教师的意见、自己的见解和结论,每一设计阶段完成后,及时整理编写有关部分的说明书,待全部设计工作结束后,只要稍加整理,便可装订成册。
五、课程设计过程中的难点
课程设计中的难点一是轴的结构设计,二是减速器箱体的结构设计。
(一)轴的结构设计
轴在减速箱中是一个重要的零件,因为所有传动件都装在轴上,因此它有很多尺寸都要与其他零件的尺寸相吻合,否则就无法进行装配。所以在设计轴时,直径方向的尺寸和长度方向的尺寸的选取是同学们感到头疼的一个问题。
怎样来设计轴?按下面这个步骤来进行,可能你会觉得不那么难了。
1.初算轴的直径
联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的,而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的,故先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度进行估算,即
式中:p为轴传递的功率(kW); n为轴的转速(r/min); C为由轴的材料和受载情况确定的系数。若轴的材料为45钢,通常取C=106~117。C值应考虑轴上弯矩对轴强度的影响,当只受转矩或弯矩相对转矩较小时,C取小值;当弯矩相对转矩较大时,C取大值。在多级齿轮减速器中,高速轴的转矩较小,C取较大值;低速轴的转矩较大,C应取较小值;中间轴取中间值。对其他材料牌号的轴,其C值参阅有关教材。
初算轴径还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时,d增大5%;有两个键槽时,d增大10%。然后将轴径圆整为标准值。
上述计算出的轴径,一般作为输入、输出轴外伸端最小直径;对中间轴,可作为最小直径,即轴承处的轴径;若作为装齿轮处的轴径,则C应取大值。
2.轴的结构设计
(1)确定轴的径向尺寸
①轴头直径尺寸确定 轴与齿轮、带轮和联轴器配合处的轴段直径称为轴头。如图2中的 应取标准值(参阅教材)。
② 轴颈直径尺寸确定
与滚动轴承配合处的轴段直径称为轴颈。在图2中,与滚动轴承内圈配合的轴颈 、 应符合滚动轴承标准;装有密封元件直径 ,应与密封元件的内孔直径尺寸一致。轴上两个支点的轴承,应采用相同的型号和尺寸,以便轴承座孔的加工。
③ 轴肩或轴环尺寸确定
相邻轴段的直径不同即形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时,应具有一定的高度,如图2中 、 尺寸变化所形成的轴肩或轴环。一般的定位轴肩,当配合处轴的直径小于80mm时,轴肩处的直径差可取7-10mm。用作滚动轴承内圈定位时,如 轴肩的直径应按轴承的安装尺寸要求确定。
如果两相邻轴段直径的变化仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时,两直径略有差值即可,一般取1~4mm,如图2中 、 的尺寸变化,并尽可能取整数。也可以采用相同公称直径而取不同的分差数值。
④轴肩处过渡圆角尺寸确定
为了降低应力集中,轴肩处的过渡圆角不宜过小。用作零件定位的轴肩,零件毂孔的倒角C或圆角半径 应大小轴肩处过渡圆角半径 ,以保证定位的可靠,如图3 所示。一般配合表面处轴肩和零件孔的圆角、倒角尺寸见所学教材。装滚动轴承处轴肩的过渡圆角半径应按轴承的安装尺寸要求取值(参阅所学教材)。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
⑤ 砂轮越程槽、螺纹退刀槽尺寸确定
对车削或磨削加工的轴表面,应分别留出螺纹退刀槽及砂轮越程槽。相关尺寸可参考设计手册取值。
应注意,直径相近的轴段,其过渡圆角、越程槽、退刀槽等尺寸应一致,以便于加工。
(2)确定轴的轴向尺寸
轴的各段长度主要取决于轴上零件(传动件、轴承)的宽度以及相关零件(箱体轴承座、轴承端盖)的轴向位置和结构尺寸。
①轴头处长度尺寸确定
对于安装齿轮、带轮、联轴器的轴段,当这些零件靠其他零件(套筒、轴端挡圈等)顶住来实现轴向固定时,该轴段的长度应略短于相配轮毂的宽度2~3mm,以保证固定可靠,如图2中安装齿轮和联轴器的轴段。
②轴颈处长度尺寸确定
轴颈处轴向尺寸由轴承的位置和宽度来确定。根据以上对轴的各段直径尺寸设计和已选的轴承类型,可初选轴承型号和轴承外径等尺寸。
应注意,轴承在轴承座中的位置与轴承方式有关。当采用油时,轴承应尽量靠近箱体内壁,可只留少许距离。确定了轴承位置和已知轴承的尺寸后,即可在轴承座孔内画出轴承的图形。
③ 轴的外伸段长度尺寸确定
轴的外伸段长度尺寸取决于外伸轴段上安装的传动件尺寸和轴承盖的结构。如采用凸缘式轴承盖,应考虑装拆轴承盖螺钉所需的长度L(L可参考轴承端盖螺钉长度确定)。当外伸轴装有弹性套柱销联轴器时,应留有装拆弹性套柱销的必要尺寸A(A可由联轴器型号确定),如图4所示。
(3) 轴上键槽的尺寸和位置
平键的剖面尺寸根据相应轴段的直径确定,键的长度应比轴段长度短5~10mm。键槽不要太靠近轴肩处,以避免由于键槽加重轴肩过渡圆角处的应力集中。
当轴上有多个键时,若轴径相差不大,各键可取相同的剖面尺寸;同时,布置在轴的同一方位,以便于轴上键槽的加工。
(二)减速器箱体的结构设计
减速器箱体起着支承和固定轴组件零件,保证传动件的啮合精度和良好以及轴组件的可靠密封更重要作用,其质量约占减速器总质量的30~50。设计箱体结构时必须综合考虑传动质量、加工工艺及成本等因素。箱体按其结构形状不同分为剖分式和整体式;按制造方式不同有铸造和焊接箱体。减速器的箱体多采用剖分式结构。
剖分式箱体由箱座与箱盖两部分组成,用螺栓联接起来构成一个整体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合,有利于轴系部件的安装和拆卸。立式大型减速器可采用若干个剖分面。图5为剖分式箱体。剖分接合面必须有一定的宽度,并且要求仔细加工,为了保证箱体的刚度,在轴承座处设有加强肋。箱体底座要有一定的宽度和厚度,以保证安装稳定性与刚度。
减速器箱体一般多用HT150、HT200制造。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能,成本低。当承受重载时可采用铸钢箱体。
铸铁减速器箱体结构尺寸参阅表3。
(1)箱体要有足够的刚度 若箱体的刚度不够,在加工和使用过程中会引起变形,使轴承孔中心线过度偏斜而影响传动件的精度。为了保证轴承座的支承刚度,箱体设计应注意以下几点:
① 箱体的壁厚
箱体要有合理的壁厚,轴承座、箱体底座等处承受的载荷较大,其壁厚应更厚些。箱座、箱盖、轴承座、底座凸缘等的壁厚可参照表3确定。
② 轴承座联接螺栓凸台的设计
为提高剖分式箱体轴承座的刚度,轴承座两侧的联接螺栓应尽量靠近,为此需在轴承座旁设置螺栓凸台,如图6所示。
轴承座旁联接螺栓凸台的螺栓孔间距 为轴承盖外径。若S值过小,螺栓孔容易与轴承盖螺钉孔或箱体轴承座旁的输油沟相干涉。
螺栓凸台高度h与扳手空间的尺寸有关,如图6。查表确定螺栓直径和c1、c2,根据c1,用作图法可确定凸台的高度H。
为了便于制造,应将箱体上各轴承座旁螺栓凸台设计成相同高度。
③ 设置加强肋板。
为了提高轴承座附近箱体刚度,在平壁式箱体上可适当设置加强肋板。箱体还可设计成凸壁带内肋板的结构。肋板厚度可参照表3。
(2) 箱座高度
对于传动件采用浸油的减速器,箱座高度除了应满足齿顶圆到油池底面的距离小于30~50mm外,还应使箱体能容纳一定量的油,以保证和散热。
对于单级减速器,每传递1kW功率所需油量约为350~700cm3(小值用于低粘度油,大值用高粘度油)。多级减速器需油量按级数成比例增加。
设计时,在离开大齿轮顶圆为30~50mm处,画出箱体油池底面线,并初步确定箱座高度为: ≥ 。 为大齿轮顶圆直径, 为箱座底面至箱座油池底面的距离。
根据传动件的浸油深度确定油面高度,即可计算出箱体的贮油量。若贮油量不能满足要求,应适当将箱底面下移,增加箱座高度。
(3)箱盖外轮廓的设计
箱盖顶部外轮廓常以圆弧和直线组成。
大齿轮所在一侧的箱盖外表面圆弧半径 。 为大齿轮顶圆直径, 为箱盖壁厚。通常情况下,轴承座旁螺栓凸台处于箱盖圆弧内侧。
高速轴一侧箱盖外廓圆弧半径应根据结构由作图确定。―般可使高速轴轴承座螺栓凸台位于箱盖圆弧内侧,如图7所示。轴承座螺栓凸台的位置和高度确定后,取 > ,画出箱盖圆弧。若取 画箱盖圆孤,则螺栓凸台将位于箱盖圆弧外侧。
当在主视图上确定了箱盖基本外廓后,便可在三个视图上详细画出箱盖的结构。
(4) 箱体凸缘尺寸
箱盖与箱座联接凸缘、箱底座凸缘要有一定宽度,可参照表3确定。
轴承座外端面应向外凸出5~10mm(见图7),以便切削加工。箱体内壁至轴承座孔外端面的距离 (轴承座孔长度)为: 。
箱体凸缘联接螺栓应合理布置,螺栓间距不宜过大,一般减速器不大于150~200mm。
参考文献:
[1] 黄晓荣. 机械设计基础课程设计指导书[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.
[2] 林承全. 机械设计基础课程设计及题解[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2009.
中职学生的特点在综合素质方面表现为:文化基础薄弱,探究、记忆、思维能力不高,对理论知识的学习不感兴趣,缺乏学习热情,没有自信心,不愿动脑,缺乏良好的学习习惯;在行为习惯方面表现为:意志不顽强,自制能力差,懒散,学习马虎,害怕困难,但动手能力强。
二、传统教学存在的弊端
(1)在传统教学中,教师只注重知识的讲解,忽视学生在教学活动中主体作用的发挥、综合能力的培养和专业素质的提高。传统的“填鸭式”教学方法使学生对知识学习缺乏应有的热情,导致课堂气氛沉闷,让学生失去学习兴趣,甚至厌恶学习,使得课堂教学过程中尤为重要的学科认知目标不能有效地完成。
(2)传统的教学内容重理论、轻实践,忽略了动手能力的培养,学生实践操作能力差,不能解决实际问题。另外,理论与实践相脱离,不能有效地呈现课程的教学重点和难点。基础薄弱、学习意志不坚定的学生很难理解教学内容,无法完成知识的巩固和运用。
三、教学改革
(1)帮助学生建立系统的知识结构。“机械设计基础”课程由于理论性较强,教学内容缺乏逻辑性,学生缺乏相应的感性认识,难以建立系统的知识结构,很难将各章节的知识点有机地结合起来,这样给教学带来很大困扰。因此,教师在讲授每一个章节前,一方面,应让学生对要讲到的教学内容形成系统的认识,应该介绍每一章节之间的关系及其应用,以及该课程要重点讲授的理论知识和方法;另一方面,应在实践操作能力方面对学生提出设计构思和设计技能的总体要求等,使学生从整体上把握学好本课程的方法,让学生对该课程有一个总体的认识,帮助他们建立一个系统的知识框架。
(2)采用讲、学、练一体的教学方法。采用事例教学、任务驱动教学、项目教学等教学手段引导学生进行自主探究,突出教学过程的实践操作性,强化实训环节,注重教学目标与工作岗位要求相一致,采用理实一体化教学模式,使理论教学环节与实践教学环节有机结合,着重培养学生的实践能力。
(3)现代化教学手段的应用。积极采用现代化技术,制作易于学习和理解的教学素材,综合应用多种教学载体和教学模式,从教材到挂图、教具到实物,从板书到多媒体视频,从教室到实训室,以达到最佳的教学效果。利用计算机的视频、动画功能,向学生展现形象、直观、生动的视频材料,充分调动学生的多种感官进行学习,激发学生学习热情,增进学生的感性认识,提高课堂效率。将教学课件、网络资料、教学素材库等教学资源有效地应用到教学过程中,合理安排理论教学内容与实训内容的比例,形成最优化的教学过程。
四、结束语
[关键词] 理论联系实际 自制教具 多媒体课件 自学能力 实践性教学
一、坚持贯彻理论联系实际的原则
《机械设计》课程是从生产实践中发展起来,又直接为生产实践服务的学科。因此,它是一门与生产实践紧密联系的学科。该课程主要介绍常用机构、机械传动和通用零部件的工作原理和运动特点、应用场合、结构与设计方法。
所以,只有在教学中始终贯彻理论联系实际的原则,才可以收到良好的教学效果。因此,对于每次课不仅要有实物或模型演示。还要将所学内容放在具体的机器设备中去,以便理解和掌握。比如,在讲授滑块四杆机构的几种类型(A.曲柄滑块机构、B.摆动导杆和转动导杆机构、C.摇块和定块机构)的应用时,介绍:摆动导杆和转动导杆机构同时应用在牛头刨床的主运动机构上,这是通过视孔就可以看得到的。摇块机构和定块机构则分别应用在印刷机机械的吸、放纸张的摆动液压缸上和农村家用抽水井上。而应用最为广泛的――曲柄滑块机构,它是机车内燃机的重要机构。先展示内燃机模型,然后演示运动过程。最后介绍内燃机的工作原理:它通过喷雾、点火爆炸,产生强大的推动力推动活塞做功,再通过连杆带动曲轴,使曲轴输出连续不断的回转运动,使机车运转。并且,给学生插讲画面:在泰坦尼克号的船长命令大船全速前进时,一个特写镜头:8个内燃机的8个大连杆相继运动,场面尤为壮观。通过观看实物或模型,使学生对所讲内容有一个感性认识。再通过演示,帮助理解、增加学习兴趣。最后再理论联系实际,就更能加深记忆。
二、自制教具会大大激发学生学习的兴趣
《机械设计》是一门让学生不感兴趣的学科。如果授课时,不演示教具,就会令所讲授内容即抽象又费解,会使学生丧失继续学习的信心。而教具室的教具是有限的。为了把没有教具的内容讲清,讲透。也为了激发学生学习的热情,更为了让他们对该学科有一个整体的认识,自己便自制了几个教具。其中一个是把5种机构有机地组合起来,做成卡通人物玩具:公园里,一对老夫妻在玩跷跷板,而他们的小孙女儿在齐木马。一家人在享受着天伦之乐。教具的演示,不仅增加了娱乐性,很好地吸引学生的好奇心和注意力,而且还使学生在轻松、愉快的氛围中掌握了所学知识。更能增加学生学习的激情和兴趣。从而,记住这是多种机构的组合运用。课堂气氛活跃。同时,鼓励学生,只要把所学知识综合地加以运用,就是他们自己也能设计、制作出自己想要的机构来。
铰链四杆机构的类型不仅与各构件的相对长度有关,而且也与哪个杆件作机架有关。对铰链四杆机构类型的判断,学生往往感到吃力。讲课时,演示自制的教具:取不同的构件作机架,可得到3种基本类型――曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。这样,立刻就化解了难点,同时也使学生在感性认识中掌握了重点。学生情绪积极、活跃。
三、丰富的课堂内容,生动的典型实例往往会产生事半功倍的效果
为了让学生记住所讲内容,也为了让学生对其感兴趣,在时间宽余的前提下,可以给学生讲一些课外的知识,以丰富学生的阅历,拓展学生的视野。在讲铰链四杆机构的基本型式和应用时,就可以讲几个与该机构应用有关的故事。比如,讲到双摇杆机构其中的两个应用――飞机起落架和机车前轮转向机构时,可以介绍起落架出现故障会对人员和财产造成重大损失。一名国际空中交通协会分析员称,2008年有15%的航班机体损伤事故与起落架问题有关。在介绍前轮转向装置时,说明我国的历史长河中为何没有出现四轮马车的原因。在古代,文官坐轿,武官骑马。即使是九五之尊的帝王也只能乘坐两个车轮的銮驾。这是因为车上没有安装双摇杆机构。“四大发明”足见我国古代劳动人民的智慧与贤能,而仅仅在这一点上(四轮马车),我国落后于欧洲。通过典型实例的介绍,就会让学生记忆深刻,课堂效果良好。
四、多媒体课件在教学中的应用会紧紧吸引学生的注意力
尽管《机械设计》的教学中常常穿插实际应用、小故事、演示教具,力求课堂新颖、多变,课堂效果较好。我曾把绪论一节制作成2个课时的多媒体课件。并在课件中体现三大部分内容:(1)介绍机械发展史、机械在国民经济中、战争中的地位与作用和机械发展前景。旨在激发学生学习的兴趣。(2)基本概念部分,这是重点部分。(3)对该学科的概述、教学要求。实践证明:播放课件,如同看电影,学生很投入,兴致很高,都能紧紧跟随课件的进度,记忆也会很深刻。达到了预期的课堂效果。同时,也方便学生作笔记和课后总结。
五、适当采用自学的方式,培养学生的自学能力
当今社会,需要的是具有综合性能力的复合型人才。既掌握一定理论知识,通过学学习有希望再次提高的,又掌握一定操作技能的熟练技术工人。所以,教会学生学习,培养其学习能力对他们大有裨益。通过对某些章节的自学,培养学生自学的习惯、主动思考的习惯,提高他们分析问题、解决问题的能力。也能为其在今后的工作中获取新知识做好能力和心理上的准备。
当然,自学的前提是:预先教会学生自学的方法。
首先,让学生明确培养自学能力的重要性,树立学习自信心。其次,教会预习方法。第三,创设自学情境,培养良好的自学习惯。第四、教会学生对重、难点的分析和归纳、总结的思维方法。最后,巩固记忆。
六、加强实践性教学
知识来源于实践,又指导实践。教学的过程是传授知识与培养智能的过程。《机械设计》是一门实践性强的学科(以机加工专业为例)。在制定教学计划时,适当增加实践课学时。除了安排参观教具室以外,还要安排观看各种机电设备的各部分组成、传动路线和工作情况。让学生对所学知识有一个完整的印象,并且给设计内容尤其是四杆机构、凸轮机构的设计安排制作时间。通过加强实践性教学,培养学生的动手能力。
学生在将设计的图纸变成机构的制作过程中,会发现一些问题。在教师的辅导下,不断解决问题,自己的知识水平、动手能力也在不断提高。同时,能培养学生分析问题和解决问题的能力,激发其学习的兴趣和自信心。
为此,调整教学计划――把不重要的教学章节进行缩减,以增加重要章节的课时。
关键词:机械设计综合实践课程设计;ADAMS;运动、动力学仿真;优化设计
Application of ADAMS in mechanical design and comprehensive applied curriculum design
Pan Jinkun
Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China
Abstract: Introduce virtual prototyping technology to mechanical design and comprehensive applied curriculum design, take slotting mechanical system as example, establish guided bar oriented parameter model by virtue of ADAMS software, and carry out motion, dynamic simulation as well as optimization design over the model; it will be accurate, fast, convenient and visible by using ADAMS software to design curriculum, and contribute to reach satisfactory effect.
Key words: mechanical design and comprehensive applied curriculum design; ADAMS; motion, dynamic simulation; optimization design
机械原理和机械设计是机械设计制造及其自动化专业学生必修的两门技术基础课程。这两门课程在教学过程中均有实践性环节,分别为机械原理课程设计和机械设计课程设计,课程设计能够培养机械类专业学生的创新能力,是学生综合运用机械原理和机械设计课程所学的理论知识解决实际问题,获得工程技术训练的实践性教学环节。
目前机械原理课程设计和机械设计课程设计是各自独立、自成一体的,这就割裂了二者之间的有机联系。为了对学生进行系统训练,形成整机设计理念,我们将这2门课程设计结合起来,统称为机械设计综合实践课程设计。从产品设计的完整过程出发,编排课程设计的内容,做到课程设计的完整性、系统性和综合性。以插床机械设计为例,图1为机械系统示意图,课程设计分两个阶段进行。第一阶段安排在第四学期末,历时1周,对插床机械系统进行整体方案设计,对执行机构(导杆机构、凸轮机构)进行运动和动力学分析,该阶段为机械原理课程段的内容;第二阶段安排在第五学期末,历时2周,进行传动装置(减速器)的设计,选择电机型号,画出装配总图、零件图,完成整个设计,该阶段为机械设计课程段的内容。第一阶段为第二阶段提供了整体方案设计,还提供了第二阶段所必需的运动和动力分析以及相关尺寸参数。
下面以我校机械设计综合实践课程设计中插床机械设计为例,介绍ADAMS虚拟样机软件在建立插床导杆机构参数化模型,进行运动和动力学分析、优化设计方面的应用。
1ADAMS虚拟样机软件
美国MSC公司开发的ADAMS机械系统动力仿真分析软件,是集成了样机建模、仿真求解可视化后处理一体的虚拟样机分析平台。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展,ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。ADAMS包括3个最基本模块:ADAMS/View,ADAMS/Solver,ADAMS/PostProcessor。
ADAMS/View采用Windows风格的操作界面,提供了和用户直接交互的操作环境和样机模型的前处理功能,集成了建模工具、自动调用求解器进行仿真以及后处理程序的自动连接、模型的参数化及优化设计等接口。图2为ADAMS/View设计环境。
ADAMS/Solver是ADAMS的核心模块,ADAMS/View自动调用该模块,求解样机模型的静力学、运动学或动力学等一系列问题。
ADAMS/PostProcessor是用来处理仿真结果数据、显示仿真动画等的模块,它可以在ADAMS/View环境中进行,也可以脱离该环境独立运行。
2插床导杆机构运动、动力学分析
目前机构运动、动力学分析的主要方法有2种,一是图解法,二是解析法。图解法形象直观,但由于图纸幅面有限,只能分析机构的1~2个位置,且精确度不高;解析法精确度高,首先根据机构组成原理,把机构拆分成基本杆组,编制运动和动力学分析子程序,然后调用这些子程序进行分析。目前有现成的程序模块可以调用,但多是用Fortran语言编程的,该语言目前使用较少,我校机械类学生使用VB语言,因此,这些程序模块无法使用,学生自己编程时间上不允许,难度也很大,更无法对机构设计进行方案对比或变参数分析。上述情况严重影响到机械设计综合实践课程设计的教学效果和学生的学习积极性。基于此,我们在课程设计中采用ADAMS软件,建立了插床导杆机构的虚拟样机,通过仿真分析真实地再现机构运动,分析和比较多种机构设计方案,并对机构进行优化设计。
2.1 参数化建模
插床机械系统的执行机构由导杆机构和凸轮机构组成,图3为其机构示意图。电机经过传动装置(减速器)带动曲柄2转动,再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路Y-Y作往复运动,以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削,刀具向上运动时为空回行程,要求刀具具有急回运动。
图3 插床执行机构
在ADAMS中建立插床导杆机构的参数化模型,并施加约束和驱动,其参数化模型见图4。通过参数化建模,将参数值设置为可以改变的量,在分析时,只需要改变有关参数值,就自动得到新的虚拟样机模型。用户也可预先拟定好一系列可变的参数,ADAMS会自动进行系列仿真,借此观察样机性能随参数变化的情况。
2.2 运动、动力学仿真分析
对导杆机构参数化模型进行仿真分析,本例中曲柄2的转速,转一周的时间为60/47s,因此,取End Time=1.2766,Steps=300 。
3插床导杆机构优化设计
以电机的功率消耗为测量目标,通过对机构中影响电机功率消耗的设计变量的优化,使机构在所受工作阻力不变的情况下,功率消耗的最大值达到最小。
要对电机功率消耗进行优化,必须要对已建立的导杆机构参数化模型进行参数分析。参数化分析用来了解各设计变量对样机性能的影响。对这些设计变量采用不同的参数值进行一系列的仿真,然后根据返回的分析结果,得出每个设计变量对样机性能(目标值)的影响大小,即敏感度。具体的方法包括:设计研究(Design Study)、试验设计(Design of Experiments,DOE)和优化分析(Optimization)。
设计研究(Design Study)显示改变一个设计变量对目标值的影响,可以用来确定设计变量对目标值影响的敏感程度。通过设计研究,确定出对电机功率消耗的最大值敏感度最大的七个设计变量,分析结果见表1。
表1 设计变量敏感度分析表
由表1知,设计变量DV_1,DV_2,DV_3,DV_4,DV_5,DV_6和DV_7的敏感度最大,即这7个设计变量的变化,对电机在相同工作阻力情况下功率消耗的最大值的影响最大。在ADAMS中对上述7个设计变量的取值范围进行适当限制,以电机功率消耗的最大值达到最小为优化目标,利用ADAMS软件进行优化设计,7个设计变量的最优值见表1。优化前、后电机功率消耗曲线如图7所示。
通过对图7中两种曲线的分析比较可以看出,优化后电机功率消耗的峰值有较大降低;而且优化前曲线的第二个拐点处,经过优化后变成了圆滑过渡,可以避免因功率骤减给电机带来的冲击,从而延长电机的使用寿命。
4结束语
将ADAMS虚拟样机软件应用到机械设计综合实践课程设计中,具有新颖性,改变了学生用图解法或解析法进行机构运动、动力学分析的传统做法。学生普遍反映用ADAMS软件进行课程设计精确、快捷、方便、直观,课程设计能达到满意的效果。为机械类专业学生后期专业课程如液压设计、动力学分析和优化设计等的学习,以及完成毕业设计,提供了一种优秀的辅助分析工具。
参考文献
[1] 朱理.机械原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2010
[2] 葛正浩.ADAMS 2007虚拟样机技术[M].北京:化学工业出版社,2010
[3] 胡志刚.牛头刨床六杆机构的多体动力学分析及优化设计[J].三峡大学学报(自然科学版),2006,28(3):226~229
[4] 韩宝菊,徐剑波.基于ADAMS的插床动力学仿真分析及优化设计[J].机械工程与自动化,2007,141(2):35~37
一、互联网基础下机械设计教学方式
1.互联网在机械设计课堂中的应用
“互联网+教学”改变了原来单一的教学环境,使得传统的教育展现出新的生机;从原来的课堂时间地点方式固定、一名教师多多个学生的状态转变为随时随地、教师和学生多对多交流的新形态。针对学生喜欢上网这一现象,上课之前列出专题,让学生根据自己的兴趣查阅资料,在上课时可用根据自己的问题和老师一起探讨。教师不仅把书本知识传授给学生,而且将自己的研究成果融会贯通于课堂教学中,充分调动学生的学习积极性,激发学生的求知欲望。适时地将新知识、新技术、新理论以专题的形式引入课程教学内容,如结合教师产学研过程中与机械制造相关的典型实例开发的专题之一工厂里的创新。一方面拓宽了学生的知识面,另一方面加深了学生对理论结合实际的理解。机械设计教学中,在齿轮传动一章讲解时,首先让学生在上课之前在网上或是实例中看到的有齿轮传动的机器介绍一下,介绍齿轮传动的应用和原理,教师根据学生的讲解补充齿轮传动的原理及特点、分类时用讲授法,讲解具体时利用观察启发式;分析结构上的特点件时利用和其他传动机构对比讨论法等。
2.互联网在机械设计课程中课后的应用
“互联网+”时代的到来为突破名师资源不足,又快又好地全面提高高等教育质量提供了新的思路,带来了新的机遇。多年来课后学生对机械设计的学习仅限于课后作业题,这样极大的限制了学生创新能力的培养。互联网教学从课堂教学、答疑、习题课、审批作业、讨论互动课、小测验、期中测验到期末考试等,都在网上进行。这种“互联网+机械设计”教育模式使得机械设计课程在课后教学中吸取这种网络教学的方式,极大的提高学生学习的主动性。
3.互联网在机械设计创新能力培养中的应用
机械设计课程的主旨是培养学生创新设计能力,机械设计本身就是一种创新性的工作,我们的目标是使学生在校期间就应具备初步的创新设计能力及动手能力,为此我们在教学过程中注重启发学生的创新思维,课下积极指导学生参加多项机械设计创新大赛。提高了学生的积极性,也激发了学生的创新能力。网络中机械创新实例很多,学生可以自己上网查阅相关资料,并根据自己的理解和同学老师分析讨论。教师在课堂上对学生分析的实例点评,主要让学生发言讨论。并对学生发言的表达能力、对问题的理解能力等记作平时分作为考核的一部分。同时老师可以带领学生实地调研,根据调研的情况,对目前看到的机械存在的问题做设计分析。
二、网络教学中存在的负面影响及解决措施
一些大学生由于缺乏自制力,迷恋网络世界,挤占了正常的学习时间。提倡网络教学的同时跟随着也出现了一些负面影响,比如“网络上瘾症”、“网络孤独症”等对青少年的身心健康构成危害与威胁。对网络产生心理依赖,一旦无法上网,就焦躁不安;极个别的学生沉迷网络,逃课,不交作业,不参加考试,走路吃饭都在玩手机APP、游戏或者阅读小说和各种信息。网络带来了很大的方便同时也给一些自制力不高的学生带来了负面的影响,这就需要教师正确的引导,老师一定要分析学生上网的根源,适当将学生对上网游戏的热情引导到学习上来,通过网络查阅资料和创新设计的案例,吸引学生对机械设计兴趣,并且要采取适当的措施,限制学生对网络游戏等的迷恋。将网络上好的信息及时传达给学生,让同学们意思到,不急游戏有趣,学习中也有很多有趣的设计,让同学们树立好学习的态度和意思,最终实现网络教学的目的。
三、结论
“互联网+机械设计教学”使传统的教育焕发出新的活力;从原来的学习时间地点固定、教师学生一对多的状态转变为随时随地、移动网络、教师学生多对多的新形态。改变填鸭式的教学拟制了学生的学习兴趣,将学生的精力不是放在考上而是放在学上。教学资源能实现国内外资料的共享,学生通过网络可以了解学习国内外著名高校教学资源,能及时更新教学内容。丰富的网络教学资源为学生提供了课外学习环境,激发了学生自主学习的兴趣,也促进了教学质量的提高。
作者:李霞 陈建萍 魏敏 葛云 曾海峰 单位:石河子大学 新疆交通职业技术学院
参考文献:
(一)教学目的针对性不强
电子封装技术专业机械设计基础课程的目的是为学习半导体制造工艺设备、电子封装与组装设备和片式元件制造工艺及设备等专业机械设备打基础,强调的是其基础性和应用性,而不是像机械设计专业学生以能够设计机器为目标。因此,学生不需要对复杂的设计计算公式和方法理解得完全透彻明白,而主要是能够运用这些公式、定理来解决专业机械设备学习过程中的疑问,能够在将来的工作和学习中解决在购置、管理、使用及维护专业设备中遇到的一些机械方面的问题。
(二)学生重视程度不够,学习兴趣不高
有学生片面地认为,电子封装技术专业主要是学习电子封装制造方面的知识,不设计机械,机械设计基础课程不用好好学,用处不大,在思想上没有正视课程的重要性。另外,学生感到课程内容抽象、枯燥、杂乱无章,学习困难,产生厌学情绪,消极应付,直接影响学习效果。
(三)教学方法单一,过分依赖多媒体
课程中的理论设计计算可以说贯穿整本教材,容易采用单一的教学方法;且理论性强,知识点众多,初学者容易混淆遗忘,理解掌握困难。再者,教学大都采用多媒体,虽然节省了板书时间,但由于信息量大,教学进度变快,学生的思路跟不上教师的讲解进度,使学生连思考的时间都没有,对需要掌握的知识点感到无所适从。
(四)实验室建设滞后
由于场地、经费等现实条件的限制,场地有限,实验设备不能及时更新,开出的实验项目受限;教学方式以教师讲解、学生观摩为主,学生不能亲自操作、感受实验的整个过程,好奇心不能得到满足,想法不能得到验证,对学生的实践能力提高不大,实验效果不佳。
二、教学改进途径
(一)转变观念
重视课程在电子封装技术专业课程体系中及在教学中的重要性介绍,上好第一堂课,让学生清楚了解该课程的纽带作用。在条件允许的情况下,增加参观实验室环节,通过介绍实验设备特别是本专业的教学科研仪器设备,使学生了解课程在机械设备中的重要地位。在此基础上,始终保持学习兴趣是激发学生学习动机的有效方法。这就需要采用灵活的授课方式(例如实物教学、设问式教学、专题讨论等)、多样的教学内容表现形式(例如动画演示、模拟仿真、图表比较等),充分发挥学生的主体能动性,激发学生的求知欲和学习兴趣,提高教学效果。
(二)优化整合教学内容
从机械设计角度讲,电子封装技术专业培养目标是使学生掌握封装设备运行与维护的专业知识和技能,毕业后成为在通信设备、军事电子设备相关厂家及科研机构从事生产及经营管理等方面工作的工程应用型高素质复合人才。根据此目标,课程内容应选择与本专业结合紧密的教学内容,特别是与专业设备密切相关的内容,主要包括各类机构和传动、连接和轴承等,使学生在有限的时间和精力上,掌握与本学科专业知识相联系的机构和零部件的工作原理及设计方法等基础内容,为后面的专业课学习打下坚实的基础。
(三)用好多媒体,板书辅助
多媒体教学是一种正在蓬勃发展的现代化教学手段,具有直观性、图文声像并茂、交互性、动态性、可重复性等诸多优点,可以生动形象地展示教学内容,充分调动学生的视觉、听觉系统,使学生在开阔视野的同时,调动学习积极性和能动性,但要避免多媒体教学的弊端,把握好教学节奏。当然,多媒体教学并不能完全取代传统的板书。板书教学更能适应学生的思维方式,更有利于学生记笔记和互动。教师能够随时通过观察学生的表情和积极性,而及时放慢或加快讲授速度,充分合理地利用时间。作为当前最为普遍使用的两大教学手段,采用以多媒体教学为主、板书教学为辅的联合教学方式,合理运用,无疑可以提高教学效果。
(四)实践环节应强调学以致用
电子封装技术专业的实践环节,应从本专业的社会需求出发,培养学生的实践动手能力,关注知识综合应用能力,重点解决与电子封装仪器设备直接相关的机械结构设计,运动学分析和动力学分析三个方面的能力。实验应体现设计性、综合性、研究性和系统性,实现实验教学学以致用的目标。
(五)充分利用网络资源
【关键词】机械课程;设计;创新
一、机械设计课程设计教学中存在的问题与不足
1.题目单一
传统的机械设计课程设计题目主要是各种传动装置中的减速器,一般多为圆柱、圆锥齿轮减速器和蜗杆传动减速器。尽管该题目能系统训练学生们对机械设计课程中的主要零部件的设计步骤和方法,使知识学得更扎实,设计能力有所提高。但这套设计题目缺乏新意,不利于培养同学们的创新思维与创新能力。
2.照搬照抄
由于设计题目陈旧,各种参考资料、网上资源针对该套设计有很多典型范例,甚至有完整的设计计算过程及参考图提供,使得有些同学在进行课程设计时,没有起到课程设计应有的训练作用。
3.计算机绘图欠普及
传统机械课程设计,手工绘图贯穿始终,工作强度大、效率低。同时,随着计算机技术的发展,CAD技术及其他三维设计软件在机械制造中的应用日趋广泛,使机械设计思想、设计方法与设计手段都发生了极大变化,这些变化对面向新世纪的高校机械类专业学生的计算机能力培养提出了许多新的要求。
4.相关课程基础不够扎实,直接影响了课程设计的效果和进度
除了机械设计基础以外,课程设计要用到工程图学、力学、工程材料、加工工艺以及互换性等多门课程的知识,这些课程中任何一门基础不牢固,都会在课程设计中表现出来,影响课程设计的教学效果。
5.考核制度不完善
机械设计课程设计的考核一般主要包含了三个部分:图面成绩50%、平时成绩30%和答辩成绩20%。但图面成绩和平时成绩实际上是一个比较笼统的成绩,老师们各凭印象标准,自行决断,并不能像正式考试那样给出一个让学生一目了然、欣然接受的成绩,考核缺乏标准性和透明度。对学生今后的学习和毕业设计产生不好的影响。
二、机械设计课程设计教学模式改革措施
(1)课程设计题目多样化和实用性。在进行理论教学时就对学生公布本学院各位老师的科研项目,让学生们主动去找他们感兴趣的内容,鼓励他们积极参与。组织学生参加大学生机械创新大赛或者由学生联系生产实践自创设计题目,老师提供课程设计指导讲义上的若干题目等,实践证明这种形式大大增强了学生学习的积极性和主动性。
(2)结合创新大赛,丰富设计选题。机械设计课程设计的题目首先要满足教学实践的基本要求,其次在规定的时间内能够完成。应当尝试结合全国机械设计创新大赛的主题进行自行选题与传统齿轮减速器设计题目并存来丰富课程设计的题目。鼓励同学们自主选题。通过结合创新大赛自主选题,其对有关理论的理解会更透彻,知识的掌握更牢固,创新能力也会得到提高。
(3)改革设计手段,加强计算机的运用能力。机械设计课程设计多在中高年级进行,学生已经学完了计算机技术基础课程,对CAD有了一定程度的掌握和了解。同时,由于在机械设计课程开课的同时,已经布置了设计任务,可以要求学生针对自己的兴趣学习某一种设计软件。早期的CAD技术已经发展的相当成熟,而Solidwork和Pro/En—gineer是参数化的三维CAD/CAM软件包,具有零件三维造型功能、装配设计功能、工程图功能以及仿真分析功能等,正逐渐成为先进制造技术的核心技术。
(4)传统的教学安排是在课程设计的教学周开始后才将课程设计任务书下发给每一位同学,学生拿到任务书才能进行有关的设计与绘图、可改变以往传统的教学顺序,将减速器设计的部分内容融于机械设计课程教学中,提早将课程设计任务布置给同学们。这样,他们可事先将传动零件的设计计算和标准件选择等完成,节省了在课程设计中所花的时间。此外,还可安排学生进行减速器的拆装实验,增加学生对减速器的组成及结构的感性认识,为后续的课程设计打下良好的基础。
(5)改革考试方式。以往课程设计的考核与答辩是单个学生逐一进行,既浪费时间,又不能充分体现学生掌握知识的全面性。学生分组设计之后,将考核与答辩均分组进行。考核过程中注重小组的整体进度与表现,同时兼顾个人。这有利于督促小组成员之间互相激励,共同进步。而答辩过程中除共性问题外,注重个性问题的问答,将问题普及到每一个人,不再是针对个人的设计。这有助于督促学生加强与小组成员间的沟通、交流,培养其团队意识,拓展其知识面。这都使得学生掌握了更多的设计知识内容,拓宽了其知识面,同时也培养了其团队协作的能力和其团队意识。