基于賽教融合的機械設計基礎課程實踐

摘要：機械設計課程是高職院校大一學生機械類專業的基礎課，學好機械設計基礎課程對后續至關重要。通過i入機械創新設計大賽，旨在培養學生的實踐動手能力，激發學生的創新思維，提高人才培養質量。

關鍵詞：高職院校;機械設計;慧魚模型

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

機械設計基礎課程是理論和實踐都較強的課程，高職學生由于自身學習積極性等原因使得學生學不進，學生對抽象的理論、概念不感興趣，而更傾向于具體的操作。因而，在機械設計課程教學中引入機械創新設計大賽（慧魚組），學生通過搭建各種各樣的模型，使得學生的參與感和獲得感都增強了，有助于培養學生的實踐能力，提高教學效果。

1機械設計基礎課程教學現狀

在高職院校機械設計基礎教學中，老師大多是講授式為主，學生被動地接受知識。而高職學生本身基礎薄弱，學習積極性不高，學習態度不夠端正，使得教學效果欠佳。為了提高教學質量，引入機械創新設計大賽（慧魚組），學生能夠組裝各種各樣的模型，學生有了動手的機會，學生的綜合能力得到較大的提高。通過學生不斷的打磨、組裝、調試到最后出成品，然后參加大賽，如果能獲獎，對學生來說也是一個莫大的榮譽。在組裝模型的過程中，通過這一系列的實踐過程，學生在理論與實踐的結合中，體會到了機械設計基礎課程的意義。

2機械創新設計大賽產品展示

2.1烘存一體智能升降衣櫥模塊

如今，隨著人口老齡化的加劇，老年人在家中的生活能否自理成為當下的熱點，為了更好地幫助老年人的正常起居，尤其是年齡較高的記憶力較差、身體不便的老年人，設計了一款烘存一體智能衣柜。

烘存一體智能升降衣櫥模塊有兩大部分組成：升降折疊儲物模塊和烘存一體功能模塊，主要的功能是輔助老人起居，其結構如圖1所示。其中，升降折疊儲物模塊上面存放的是被褥、換季衣物等不經常使用的物品，而它的右下兩儲物格存放的是經常存取的衣物。左下方是梳妝臺，方便化妝打理。并且對頂層的每個儲物格都單獨通過控制面板進行處理，需要找什么衣物只需按下按鈕即可，如圖2所示。當頂層儲物格下降時，下面的兩儲物格會往里收縮。

對于頂層儲物格下降動作，采用的是齒輪齒條機構來實現，特點是傳動平穩，動作可靠。對于頂層儲物格下降之后，每個小儲物格要彈出才能存取衣物，這個動作是靠氣動活塞缸來實現，動作靈活可靠。

在升降折疊儲物模塊中，考慮到房屋空間的合理布局和生活的便捷，設計了一款折疊式梳妝臺。如圖3所示，它具有占地面積小、結構簡單實用等優點。

此外，在升降折疊儲物模塊上部，附帶有智能穿衣提醒功能，它使用了一款安裝在室外的傳感器，傳感器將探測的溫度數據反饋給衣櫥控制系統，程序就會點亮對應衣物的指示燈，提醒穿衣者穿合適的衣服，如圖4所示。

第二大模塊就是烘存一體模塊，該模塊可以對衣物在一定的溫度范圍內進行烘干，烘干后通過絲杠傳動把衣物存入衣櫥內。圖5是烘存一體模塊整體圖，左邊是存儲區域，用于儲存烘干好的衣物，右邊是烘干區域，用于對未干的衣物烘干，烘干機采用電加熱方式，烘干機內置溫度傳感器實時監控烘干機內溫度，保證烘干機在合適的溫度范圍。圖6是回轉式轉臺烘干機，它能把懸掛在回轉臺兩邊的衣物通過旋轉臺旋轉，從而對衣物加熱。為了將烘干機內的衣物自動收進衣櫥內，設計了四活節鏈抓取機構，如圖7所示，對衣物抓取存放，此種結構穩定、動作可靠。

2.2智能分揀包裝集成庫

隨著現代物流企業的發展，倉庫中堆積的貨物越來越多，對貨物的管理已成為物流企業的一個難題。本項目設計了一款智能分揀包裝集成庫模型，它可以實現貨物的分類、篩檢、包裝和入庫于一體。

智能分揀包裝集成庫模型主要包括貨物輸送線、包裝盒輸送線、機械抓取臂、入庫臺、入庫巷道堆垛機、高架倉、微機控制器等幾個部分組成。整體結構圖如下圖8所示。

貨物輸送線主要由電機、履帶光敏傳感器和攝像頭等組成。電機旋轉帶動履帶運轉，物料被運送至履帶末端，當被光敏傳感器識別到時，履帶停止轉動，如圖9所示。履帶上方裝有攝像頭，用來識別物料的顏色，對物料進行分類。如下圖10所示。在側面裝有一剔除裝置，用于對不合尺寸要求的貨物進行剔除，以達到篩選貨物的目的，剔除裝置時由一個直流電機帶動剛性齒條來實現的。最終把需要包裝的貨物運送到指定位置。

在傳送帶的另一側有一包裝盒輸送線，主要由電機、光敏傳感器、氣缸和斜坡組成。當物料在運輸傳送帶上被識別時，控制器控制氣缸中的推桿推動物料盒下滑到運輸臺，同時電機工作將空置的物料盒運送到指定的區域，等待下一步的工作。其結構如圖12所示。

機械抓取臂主要由機械抓手和入庫臺組成。機械抓手由三個電機和一個齒輪齒條等機構組成，能實現機械抓手90°旋轉。當物料停止在傳送帶時，攝像頭識別到物料，機械抓手旋轉到物料上方，抓手下降夾取物料，然后旋轉放置到空物料盒中。其結構如圖13所示。

入庫臺是由一個平板和一個推手機構等組成，當機械抓手抓取裝有物料的包裝盒放入到入庫臺時，電機工作驅使機械推手工作，使貨物運輸到巷道堆垛機上。其結構如圖14所示。

入庫巷道堆垛機主要由蝸輪蝸桿機構和電動機等結構組成，入庫巷道堆垛機通過水平和豎直的蝸輪蝸桿機構來進行左右和上下移動，從而進行存取貨物，具有作業方便、工作效率高等優點。入庫巷道堆垛機分取貨模塊和存貨模塊，入庫巷道機上的微動開關在編碼電機運轉時發送信號至微機控制器，以此來精確控制電機工作的時間。其結構如圖15所示。

高架倉是用于存儲貨物的鋼結構單元格，在單元格內存放托盤。把高架倉設計成可以隨需求拓展存儲空間，每個倉位縱向設計成V字形，可以有效增加入庫位置的容錯率。每一列倉位所存儲的貨物種類都是相同的，并且設有指示系統，方便人員觀測貨物存取狀態。

以上兩個模塊是學生通過在實驗室拼搭而來的，通過這樣的拼搭，學生能更好地理解機械機構和機械原理，提高課堂教學效果。

3課程反思

通過機械創新設計（慧魚組）平臺，學生搭建各種模型，對機械設計課程中的一些常見機構（齒輪機構、蝸桿機構、凸輪機構、帶傳動等）有了更加深入的理解，可以運用知識，學生不再只是被動地接受知識，這樣學生對這門課的掌握會更好。

此外，學生把做出的作品拿去參賽，在這個參賽過程中，學生的動手能力、信息收集能力、語言表達能力、文字書寫能力、理解能力、綜合素質等得到全面提升。

4結論

（1）通過參加機械創新設計比賽，增強學生的學習積極性，鍛煉他們的動手能力，有助于激發他們的學習興趣。

（2）通過參加各類競賽，有助于培養學生的競爭意識和憂患意識，使學生更好地適應社會和對人才的要求。

作者簡介：羅浩林（1988— ），男，碩士，初級，主要從事機械基礎課程教學工作。