《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課程案例教學(xué)研究

賈華坡 付家林

摘 要 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐課程，學(xué)生們在學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程后需要進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)。以往大部分學(xué)校的課程設(shè)計(jì)主要是老師給學(xué)生下發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，然后由學(xué)生自己完成任務(wù)書里要求的相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，再由老師進(jìn)行修改，評分。但是，由于涉及到大量的計(jì)算，老師往往沒有時(shí)間和精力去一一驗(yàn)證學(xué)生們計(jì)算和選取設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性，而這也一直是困擾高校機(jī)械類教師的一個(gè)問題。在本案例中，設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的軟件，該軟件可實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中部分零件的自動(dòng)繪圖功能。

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 案例

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)主要是完成減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算，常見的傳動(dòng)形式有帶傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)。在本案例中軟件可以選取五種傳動(dòng)中的任意一種或兩種組合作為一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)就本軟件可以實(shí)現(xiàn)的功能作簡單的介紹。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的計(jì)算過程可以參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課本，這里就不再做詳細(xì)的介紹，主要介紹通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的操作過程，具體操作步驟如下：

（1）打開軟件，進(jìn)入操作系統(tǒng)的主輸入界面如圖1所示。

（2）用戶按照自己的設(shè)計(jì)要求將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，點(diǎn)擊“繼續(xù)”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入傳動(dòng)比分配界面，如圖2所示。

（3）將計(jì)算數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)界面對應(yīng)項(xiàng)中，點(diǎn)擊“設(shè)計(jì)開始”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入第一級減速傳動(dòng)的計(jì)算界面，如圖3所示。

（4）選擇載荷情況并點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入選擇帶型、小帶輪直徑、中心距的界面，如圖4所示。

圖4：帶型、小帶輪直徑和中心距設(shè)計(jì)界面

（5）選擇好帶型后，輸入小帶輪直徑和中心距的值，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入V帶計(jì)算的結(jié)果顯示界面，如圖5所示。

（6）點(diǎn)擊“保存/打印結(jié)果”按鈕，系統(tǒng)可以自動(dòng)保存計(jì)算的結(jié)果，點(diǎn)擊“生成帶輪工作圖”按鈕，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)用autoCAD軟件，生成帶輪的二維圖，生成的帶輪工作圖如下圖6所示。

作圖完成后，點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入第二級減速傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算界面，按要求輸入相應(yīng)的參數(shù)系統(tǒng)就可以自動(dòng)計(jì)算得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)和繪制齒輪零件圖，這里不再贅述。

在本次的《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)改革案例中，首次將計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的突破：

（1）首次將計(jì)算機(jī)軟件使用在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)當(dāng)中。為計(jì)算機(jī)軟件使用在其他的課堂教學(xué)中起到了一個(gè)很好的示范作用。

（2）利用計(jì)算機(jī)軟件，學(xué)生可以在自己設(shè)計(jì)完成后將參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)軟件之中，驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性。由于大部分老師給學(xué)生課程設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)是不同的，學(xué)生在自己設(shè)計(jì)完成之后并不確定自己的設(shè)計(jì)是否一定正確，通過這一計(jì)算軟件，學(xué)生可以驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)計(jì)算是否正確，有利于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己在設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。

（3）通過本案例可以大大減少教師的工作量，以往由于機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的計(jì)算量很大，而每個(gè)學(xué)生的原始數(shù)據(jù)又不相同，那么老師要想知道學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性，就必須自己親自進(jìn)行計(jì)算。由于老師帶學(xué)生多，老師要想自己完成這一工作幾乎是不可能的，但是有了這一軟件之后，學(xué)生在提交自己的課程設(shè)計(jì)資料時(shí)，老師只需要讓學(xué)生自己也提交一下通過軟件的驗(yàn)算結(jié)果，通過對比，老師可以很容易地發(fā)現(xiàn)那個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)計(jì)算是錯(cuò)誤的。

（4）可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行繪圖工作。大部分學(xué)生在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的計(jì)算后需要進(jìn)行繪制圖紙，但在繪圖的時(shí)候卻無從下手，在本案例中就很好地解決了這一問題。由于軟件可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的自動(dòng)繪圖功能，學(xué)生可以根據(jù)軟件自動(dòng)生成的圖形作為參考進(jìn)行繪圖，同時(shí)這可以解決老師需要一一指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行繪圖的問題，這也大大地減少了老師指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的工作量。

本次教學(xué)改革以鄭州科技學(xué)院2016級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的兩個(gè)班為實(shí)驗(yàn)對象，其中一個(gè)班采用本案例中介紹的方案，另一個(gè)班采用以往傳統(tǒng)的方法進(jìn)行教學(xué)。通過比較課程設(shè)計(jì)的成績和學(xué)生的反應(yīng)可以得出，采用本案例中介紹的方法可以大大提高學(xué)生的積極性，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，減輕教師工作的教學(xué)壓力，為學(xué)校的應(yīng)用型本科教學(xué)改革起到了很好的示范作用。