机械原理知识全文(5篇)

摘要：在教学领域，大多数学科偏向于对理论知识的研究，但对于机械类学科来说，实验教学的价值远远大于理论知识的传授。机械原理与机械设计是机械类学科的重要组成部分，与其他专业相比，机械类专业包含丰富的实验内容，对学生的创新思维能力有一定的要求。本文在当前实验教学形势的基础上，研究传统机械类专业在实验教学方面存在的问题，然后对机械原理与机械设计的实验教学改革进行分析，希望能为学科的未来发展提供帮助。

关键词：机械原理与机械设计；实验教学；改革

0引言

从我国当前机械类专业的教学形势来看，对实验内容的重视程度不足，但是基于学科特点，学生对于实验教学的需求日益强烈。机械类学科的理论知识非常复杂，学生对于理论知识的理解难度很大，在教学过程中往往需要结合实验进行学习，这样可以加深学生对于专业知识的理解和记忆，也可以帮助学生运用所学知识解决具体问题。实验教学的改革不仅能够提升机械类学科的整体教学水平，也对我国机械制造领域的进步和发展具有重要意义。

1机械原理与机械设计教学背景

各大院校中基本都设置有机械类专业，且机械类专业往往占据着很高的地位，这与市场需求有关。随着社会的发展，社会生产对于机械类人才的需求量不断增大，许多高校都侧重于培养这方面的人才。在机械类专业中，机械原理与机械设计所涉及的理论知识体系比较复杂，专业性很强，学生在学习知识的同时，也能够锻炼动手能力，培养创造性思维。机械原理与机械设计在机械类专业中属于基础性学科，也就意味着它是机械类专业大多数学生都需要掌握的一门学科，对机械原理与机械设计知识的掌握程度，决定了学生日后在机械领域所能达到的高度。机械原理与机械设计在具体的教学过程中，对教学方法有一定的要求，教师不仅需要通过教学课程向学生们传授必要的基础知识，也需要安排足够的实验课程，让学生们可以自己动手完成实验，加深对于基础理论的理解，也可以在巩固所学知识的同时，锻炼学生的实践能力。但是，当前我国的机械类专业教学中，对于实验教学的重视度远远不够，学生对于专业知识的理解只是停留在纸面上，不能达到熟练运用的效果。只有依据学生实际的学习状况，改革相应的教学方案，才能顺应时代要求，实现机械类专业教学的长远发展。

2传统实验教学中存在的问题

摘要：机械原理是一门研究机械共性问题的主干基础课，为学习机械设计和从事机械制造工作提供了必不可少的基础知识。为了提高教学质量，教学过程中应重视绪论课的作用，调动学生的学习兴趣；通过完善实验课程内容加深学生对理论知识的理解，提高其动手能力和设计创新能力；充分发挥教学团队的作用，实现科研与教学的有机结合。

关键词：机械原理；教学质量；创新能力；教学团队

机械原理是机械类各专业必修的一门重要的技术基础课程，不仅在本科整个教学计划中起到承上启下的作用，而且肩负着培养机械类人才的开发创新能力的重要任务。主要研究机械的一般共性问题，旨在使学生掌握各种常用机构的工作原理、机构运动学和机器动力学分析方法，初步具备进行机械传动系统方案分析和设计的能力，从而为今后从事机械方面的设计、制造和研究奠定知识基础和工程素质，在机械类专业的教学环节中具有非常重要的作用。机械原理课程以往的授课方式主要为课程面授的传统教学方式，为了培养学生的机械创新思维，提高其实践创新能力，机械原理课程的主要任务由原来的机构分析转向机构设计，需要学生掌握的内容越来越多，而机械原理课程的教学学时却进行了大幅度的缩减[1]。本校机械原理的理论授课课时由原来的56学时缩减到48学时，为了获得良好的教学效果、提高教学质量，本文对机械原理课程的教学方式和方法进行了一定的改革和探索。

一、重视绪论课的教学设计

作为机械原理的第一堂课，绪论课在整个教学环节中具有举足轻重的地位，是贯穿整个课程内容体系的一条主线。良好的绪论课教学不仅能够使学生全面、深入地了解机械原理课程的重要性以及课程的研究内容，同时可以帮助学生掌握学习机械原理的科学方法。通过对绪论课的教学环节加以设计，使其形象生动并且富有感召力，从而调动学生的学习积极性，有助于培养学生的创新能力[2]。绪论课的教学方式上，借助多媒体教学手段，不仅活跃了课堂气氛，还能够开阔学生的眼界，使学生在较短时间内获得较大信息量。机械类专业以男生居多，大多数男生对汽车非常感兴趣，而且机械原理课程中对于机构的结构分析和运动分析又是以汽车发动机为研究对象，因此“投其所好”，采用3D动画演示世界名车的发动机的工作过程，帮助学生直观、生动地了解发动机的工作原理，由此激发出学生的学习兴趣，学习效果事半功倍。绪论课的教学内容上，除了阐述清楚机械原理课程的研究对象、基本内容、课程性质，以及学习该课程的目的和方法外，对授课重点、难点以及课程各章节的课时规划也进行了梳理，便于学生合理安排学习时间。在已有教学经验的基础上，对往届学生在学习过程中遇到的困难和常见错误进行总结，从而帮助本届学生避免出现类似错误，少走弯路。例如，在学习机械原理课程之前，学生已经有了理论力学方面的知识储备，在对机构各点的位移、速度、加速度进行分析时，学生习惯用理论力学的思维模式来解决机械原理中的运动学问题。然而，机械原理与理论力学在运动学分析上的表达方式和求解方法存在差异，如果不能明确二者之间的区别和联系，学生非但做不到举一反三，还容易发生概念混淆，给学习带来困难。在对移动副两个构件重合点间的速度进行求解时，学生对于动点动系的选择以及牵连角速度的求解存在疑问，机械原理与理论力学对相对运动原理的描述方法不同，因而所选择的动点和动系不同，运动之间的关系不同，所列的矢量方程也不相同；在对加速度进行分析时，机械原理采用图解法来求解矢量方程，通过选择比例尺绘制矢量图来确定未知参数，而理论力学利用投影法，将矢量等式转化为标量等式来进行求解[3]。在绪论课教学中提前指出机械原理课程与先驱课程之间的联系和区别，有助于学生提高学习效率。此外，绪论课中对贯穿整个课程的一些重要概念进行了重点讲解，包括机械、机器、机构、零件、构件、运动链等概念。构件可以由一个零件组成，比如计算机上的一个键；也可以由若干个零件组装而成，例如汽车发动机上的齿轮和轴通过键连接在一起作为一个整体转动即为一个构件；两个或者两个以上的构件通过运动副连接而构成的可相对运动的系统即为运动链；将运动链中的某一构件加以固定使其成为机架，这种运动链便成为机构，凡是机构都具有确定的运动，连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构等都是常用机构；机器是能够实现预期运动并完成特定作业任务的机构系统，相对于机构而言，机器除具有传递运动和力的功能之外还可以传递能量、物料和信息；机械是机器和机构的总称[4]。只有明确了这些基本概念之间的联系和区别，才能更好地体会本课程的学习目的和任务，并且为后续机械系统方案的分析与设计奠定坚实的理论基础。

二、完善实验课程内容

机械原理实验与理论教学有密切的联系，是重要的实践教学环节[5]。通过实验课，加强学生的感性认识、巩固基本概念、理解基本原理、掌握机构分析和综合设计的基本方法。机械原理实验注重培养学生的动手能力和独立分析解决问题的能力，对培养其创新思维和综合素质起着关键作用[6]。为此，本课程将实验课由原来的8学时增至16学时，在已有的验证性实验的基础上，增加了参观实验以及综合性、设计性创新实验。在教学过程中发现很多学生对于常用机构不熟悉，对机械还缺乏感性的认识，面对课本上的平面图形，难以对各种机构的运动特性以及机械的组成形成形象、直观的画面。通过增设参观实验，带领学生参观机械原理陈列室，向其展示大量丰富的机构模型、真实机械以及机电一体化设备，帮助学生对抽象的运动、具体的机构获得较全面、清晰的认识和理解。新增加的组合机构创新设计实验通过对实际机构的应用设计和搭接加深对不同机构运动特性的理解。通过对实际机构的应用设计和搭接，加深对不同机构运动特性的理解；通过对典型机构的组装，掌握活动连接、固定连接的结构和特点，培养实际动手能力和现场应变能力；通过实验的多方案设计培养发散思维和创新设计能力[7]。此外，还增设了“机构仿真设计综合实验”，将ADAMS软件引入实验教学，学生采用软件建立机构模型，通过预设边界条件并加以仿真分析，得到机构特定点在运动过程中的位移、速度和加速度、作用力等的变化曲线，从而确定其运动特性。在此基础上，根据仿真结果对机构运动设计方案进行优化，整合实验室现有资源进行实物搭接和动画演示，采用仪器对机构指定点的运动曲线进行测量，并将其与仿真结果进行比对。学生在仿真模拟与实验验证的过程中充分体会到自主探究学习的乐趣，获得成就感，既培养了学生的创新设计意识和能力，又激发出学生的求知欲和探索欲。此外，采用ADAMS三维软件设计、分析机构的运动规律，不仅求解迅速、避免了烦琐的计算过程，而且补充了图解法、解析法的不足，有效解决学生对机构运动特性不容易理解和掌握的问题，并且为后续的课程设计打下良好的基础。

摘要：在素质教育中培养学生的创新精神是当前新课改的一个关键。文中以机械制造课程的创新教育应用为例进行了说明，现简述如下。

关键词：机械制造；创新教育；运用

创新教育是一种教育形式，这种教育形式具有实践性与创造性相结合的特点，它符合新课程标准教育理念的要求，以发挥学生的主观能动性为主，通过教师的引导使学生积极参与教学过程，主动思考、主动动手实践，让理论与实际的结合更为紧密自然。机械制造课程是一门体现以创新求变为主的科目，通过对这门课的学习使学生更加清晰机械装置的内部构造、工作原理，了解这种机械设备的优缺点，对机械设备进行改进设计，进而能够设计出更加符合要求的机械设备，为其毕业后走向工作岗位打下坚实基础。

1创新教育教学

传统的教学存在很多弊端，满堂灌的教育方式、固定的教学内容、千篇一律的教法等都束缚了学生的思维，使学生在运用知识上存在很多的缺陷。而创新教育教学要求教师转变教育观念，充分发挥引导者作用，把课堂还给学生，让学生积极参与教学，通过参与教学使学生感受知识的获得和发现的过程，真正提升对机械制造的认识。

2优化教学内容

机械制造课程涵盖的知识较为广泛，包括工程力学、材料力学、机械制图、公差配合与技术测量、金属材料及热处理等，各门课程之间具有一定的联系，教师在授课过程中应将教学内容进行优化整合，以帮助学生接受和掌握。另外教师要及时了解机械制造行业的发展趋势及新成果、新技术，以增加学生学习的兴趣和积极性。机械制造课程的知识抽象难以理解，必要时教师要通过实物或模型来增强学生的感性认识。以齿轮传动为例，在讲解传动比的概念时涉及到主、从动轮关系的问题，如果是一个主动轮、一个从动轮的构造就比较简单了，但在实际的变速箱中齿轮比较多，学生必须要分清哪些是主动轮、哪些是从动轮，而且其中还有惰轮，分清各齿轮之间的啮合关系才能计算正确，否则就会出现错误；这些教师可以通过直观的模型演示或是实物观察，让学生去进一步的掌握理解。机械制造课程的理论知识虽然枯燥无味，不过，通过在教学过程中教师创新教育的方式方法，变枯燥抽象的知识为直观形象，尽量运用丰富多彩的教学语言和贴近实际的教学内容，以提高学生的学习兴趣。

一、引言

从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。

二、机械结构设计的方法

1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。

2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。分级结构设计（层次化设计）。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。

3.模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。

三、机械结构设计的原理

[摘要]针对化工设备机械基础课程知识点零散、工程概念多、实践性强的特点，提出课程改革与创新，主要包括教学内容及时更新，教学方式的革新，感性认识的培养，实践能力的强化等，以提高学生学习的积极性、创造性及实践能力，为进一步提高课程教学质量奠定基础。

[关键词]化工设备机械基础；课程改革；教学质量

《化工设备机械基础》是我校化学工程与工艺专业一门综合性的机械类基础课，它涉及多个学科，主要侧重化工机械设备的基本原理和实际工业应用[1-3]。通过学习该课程，可使学生了解和掌握中低压容器的设计标准和规范，包括中低压力容器的结构、材质以及应力分析，了解和熟悉管壳式换热器、搅拌反应器、填料吸收塔、减压精馏塔的结构设计和工作原理，在化工工艺课程的学习过程中认知这些化工机械设备的实际应用与操作方法；了解和掌握化工过程机械设备的基本原理，增加学生对化工机械设备工业应用的认知，培养学生在实际化工生产中善于分析和解决问题的能力，并能应用最新的化工设备设计规范和标准对化工工艺过程中的机械设备进行基本的选型，初步建立起完整的化工设备机械设计思想。本课程的知识点零散、工程概念多、实践性强，要想突出教学重点、提高教学效果、保障教学质量、培养出拔尖的应用型人才，则须注重课程教学的改革与创新。

1课程教学中存在的问题

《化工设备机械基础》课程内容涉及到化工、机械设计、材料力学等多个学科，传统教学方式存在一定的不足，例如教学内容陈旧；教学方式单调，缺乏对学生的引导；理论教学与工程实践联系不紧密；学生工程伦理意识薄弱等问题。因此，为了提高学生分析能力、工程意识、解决工程设计及工程问题的能力，培养出新工科背景下拔尖的应用型人才，有必要进行《化工设备机械基础》课程的改革与创新。

2课程改革探索

2.1教学内容及时更新。随着化工过程工业的进步与发展，教师在授课过程中应该结合现在实际生产中应用的先进化工设备介绍课程中的知识点。例如，在机械传动章节中可以引入新型齿轮传动、主动磁轴承等原有课程内容缺乏的新知识[4-5]。通过调研最新的文献资料，保证教材中知识点的及时更新，使课程内容跟上化工过程工业的快速发展，使学生们了解和熟悉化工机械装备结构设计的更新换代过程。这样既能够打开学生们的视野，也能使学生们了解和熟悉化工过程工业中的新工艺、新技术以及新装备。同时，能够调动学生们学习的积极性，提高学生们的学习兴趣和热情。2.2教学方式的革新。教师在教学过程中需要结合现代教学手段，通过视频动画将复杂的机械设备构造分解，让学生们能够较好了解和掌握化工机械设备内部的构件，更好地理解化工机械设备的工作原理和操作方法。此外，除开课堂教学以外，可让学生们通过在线课程或者微课对教学内容进行进一步的学习理解。同时，可采用对分课堂，将学生们分组，在让每组学生提出组内同学没弄明白的问题，让其它组弄明白问题的同学进行解答，使学生们主动能够参与课堂教学，诱导学生们进行思考，激发学生们的探索求知欲。2.3感性认识的培养。由于学生们缺乏化工生产的工程实践，加之学生们对化工机械设备的感性认识比较薄弱，这无疑加大了教学的难度，降低了学生们对课程的学习兴趣，教学质量也得不到保障。因此，在本课程教学过程中，教师需要注重学生们对化工机械设备感性认知的启发和培养。同时，教师还需注意理论联系实际，适当增加一些化工过程工业中的生产实例，这样不仅能引发学生们的思考，还能调动学生们学习的主观能动性。2.4实践能力的强化。教师需注意增加实践教学环节，让学生们能够有机会参加工程实践，做到在“做”中“学”。教师需要充分利用我校化工原理实验室中的化工机械设备，如化工原理实验室的填料吸收塔、套管换热器、减压精馏塔、板框压滤机以及干燥设备等，可以结合化工原理实验教学进行讲解。同时，可结合学生们的生产实习，对学生们讲解化工实际生产过程中所遇到的化工机械设备，使学生们理论联系实际，在感性认识的基础上，对课程内容进行理解消化，掌握化工机械设备的操作原理及应用范围。