《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》課程是機械類專業一門重要的技術基礎課，是機械專業的主干課程。其中課程設計對于培養學生掌握專業知識及形成創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

機械工業的發展，現代化大規模的機器的產生，都是生產力高度發展的重要標志。適應這一趨勢的基本條件就是培養出更多優秀的機械工程師，作為高校機械專業就要培養出專業基礎知識扎實、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的教學中，綜合性的課程設計對于培養學生的設計能力和創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節。

《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品的運動原理分析、結構制造、強度綜合的一次實踐性訓練。在技術基礎課、專業課程以及市場需求上，課程設計起到了承上啟下的作用，為培養具有工程意識、創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節。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先修課程的知識，起到鞏固、深化、融會貫通及擴展相關機械設計方面知識的作用，樹立正確的設計思想。

課程設計內容及研究分析 長期以來，國內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，而且體現了通用典型部件設計計算、機械系統設計概念及方法，是所學機械基礎系列課程的總結，綜合性較強，課程題目已經很成熟，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學習能力，也是一次很好的實踐機會。依據我校機械專業的實際情況，結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知識與相關專業知識并重，基本專業能力與創新設計能力并重。

課程設計的改革與實踐 在有關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。從本質上來說，單級變速器的設計與二級變速器設計無區別，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容，通常是以計算聯接、傳動及軸系零件為主，以加強基礎機械工程能力的培養，但對機械系統總體方案的分析、選擇，包括執行機構的確定都考慮不多。為使學生對機械系統整體設計有一個較為清晰的思路，了解機械系統設計的一般規律，可考慮要求學生從實現某一功能原理出發，擬定產品的機械運動方案，完成運動方案設計、結構設計以及相關的設計計算，并繪出所擬機械系統的運動簡圖、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。學生依據提供的參數，經過方案論證、總體設計、零部件強度計算、結構設計等一系列環節，培養理論聯系實際、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鍵零部件的結構設計時，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和理論思維能力，使學生學以致用，激發起對課程的興趣，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容分散到平時教學中進行。以往的課程設計只是集中在規定時間內完成，并未在平時教學中體現出來。改革后的課程設計，將減速器的相關內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、機構運動情況等。在進行設計前，提前把設計要用到的數據參數分發給大家，讓學生有充足的時間準備設計，搜集相關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》課程的教學質量，使學生在學習理論課程內容時結合實際設計問題，從而活學活用，避免理論與實際脫離的現象。

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，本專業便已經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。現代企業（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工作打下應用軟件的基礎。

5.建立有關《機械設計》課程設計的網絡課堂，學生可以在網絡課堂上分析三維減速器的結構。網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，學生在查找相關的資料及參數時，不知如何對參數進行選取。選用參數后，只經過計算，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，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生拷貝圖紙的現象。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 依據教學改革方案，對我校機械設計制造及其自動化專業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

結合我院機械專業的現狀，目前還是以“減速器”為課程設計的主要題目，現在國內的一些大學已經在課程設計題目上進行了創新，引入了綜合性更強的課題，與其他學科比如自動化、電子技術等結合。將題目綜合化，也就要求在相應的學科范圍內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《機械系統創新設計》、《機械系統設計》等課程，這對課程設計創新有很大的幫助。

在軟件應用上，希望逐步加入二維、三維軟件的使用。目前，我院機械專業已經將繪圖輔助工具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的迅猛發展，世界機械制造業已經進入數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。針對現在機械行業不斷應用熟練的三維軟件，我院機械專業早在2007～2008學年就開設了有關三維軟件的教學，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品或者零部件，再將三維模型轉化為二維投影圖，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情況、受力分析等。

現在，三明市將冶金及金屬壓延、機械及汽車零配件、林產加工業和生物醫藥等列為重點發展產業，同時，我院與永安車輛廠的技術合作也將作為福建省重點項目的產學研基地，這對于機械專業進行課程設計無疑提供了很好的機遇以及外部環境。在進行《機械設計》課程設計過程中，應用軟件技術有助于培養學生綜合分析機構設備的能力，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）

G712

A

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，模具設計，板料塑性成形技術，主要從事機械設計教學。