張雯娟

（三明學(xué)院 福建 三明 365004）

《機械設(shè)計》課程設(shè)計的研究與實踐*

張雯娟

（三明學(xué)院 福建 三明 365004）

《機械設(shè)計》課程是機械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是機械專業(yè)的主干課程。其中課程設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)知識及形成創(chuàng)新設(shè)計能力具有重要的作用。本文基于對《機械設(shè)計》課程設(shè)計的改革實踐進(jìn)行了探索，并對今后的教學(xué)改革作了展望。

機械設(shè)計；課程設(shè)計；教學(xué)改革

機械工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代化大規(guī)模的機器的產(chǎn)生，都是生產(chǎn)力高度發(fā)展的重要標(biāo)志。適應(yīng)這一趨勢的基本條件就是培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的機械工程師，作為高校機械專業(yè)就要培養(yǎng)出專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實、綜合能力強的學(xué)生，向社會輸送這些人才。在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的教學(xué)中，綜合性的課程設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力起到了舉足輕重的作用，同時也是學(xué)生進(jìn)行實際設(shè)計的實踐性環(huán)節(jié)。

《機械設(shè)計》課程是一門多學(xué)科知識的綜合運用，綜合了理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械制圖、機械原理、金屬工藝學(xué)及熱處理等系列機械基礎(chǔ)課程的知識，解決通用機械零部件的設(shè)計問題，因而具有綜合性、設(shè)計性，是學(xué)生對機械工程產(chǎn)品的運動原理分析、結(jié)構(gòu)制造、強度綜合的一次實踐性訓(xùn)練。在技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課程以及市場需求上，課程設(shè)計起到了承上啟下的作用，為培養(yǎng)具有工程意識、創(chuàng)新意識和綜合設(shè)計能力的機械人才打下了扎實的基礎(chǔ)。

課程設(shè)計的研究與實踐

《機械設(shè)計》課程設(shè)計是輔助機械設(shè)計課程教學(xué)的一個重要實踐環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計可使學(xué)生綜合運用機械設(shè)計基礎(chǔ)課程及有關(guān)先修課程的知識，起到鞏固、深化、融會貫通及擴展相關(guān)機械設(shè)計方面知識的作用，樹立正確的設(shè)計思想。

課程設(shè)計內(nèi)容及研究分析 長期以來，國內(nèi)各個院校所采用的設(shè)計題目為“減速器的設(shè)計”。它涵蓋了機械設(shè)計中所有基本通用零件的設(shè)計，而且體現(xiàn)了通用典型部件設(shè)計計算、機械系統(tǒng)設(shè)計概念及方法，是所學(xué)機械基礎(chǔ)系列課程的總結(jié)，綜合性較強，課程題目已經(jīng)很成熟，與之相配套的圖冊、手冊及課程設(shè)計的指導(dǎo)書也很全面，對于第一次接觸課程設(shè)計以及自己動手進(jìn)行具體設(shè)計的學(xué)生來說，都有很大的幫助。對于提高學(xué)生自身的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力，也是一次很好的實踐機會。依據(jù)我校機械專業(yè)的實際情況，結(jié)合其他高校的課程設(shè)計，教師將題目確定為“減速器設(shè)計”，其中涉及的主要內(nèi)容為：A、傳動方案設(shè)計；B、電動機選擇；C、傳動裝置設(shè)計計算；D、軸的設(shè)計計算；E、聯(lián)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?！笆爻墒健钡慕虒W(xué)是讓學(xué)生按照課程設(shè)計指導(dǎo)書的范例一步一步地進(jìn)行設(shè)計，教師定期檢查進(jìn)度，最后根據(jù)學(xué)生繪制的圖紙以及答辯來確定得分。這樣學(xué)生的基本知識能力可以得到訓(xùn)練，模仿課程設(shè)計指導(dǎo)書，但缺少對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的訓(xùn)練。為了改變這種教學(xué)模式，應(yīng)對《機械設(shè)計》課程設(shè)計的教學(xué)方案進(jìn)行改造，其目標(biāo)就是將學(xué)生專業(yè)知識與相關(guān)專業(yè)知識并重，基本專業(yè)能力與創(chuàng)新設(shè)計能力并重。

課程設(shè)計的改革與實踐 在有關(guān)減速器的課程設(shè)計中，要求學(xué)生把各種基本常用的機械零件加以綜合，使學(xué)生初步掌握機械設(shè)計的方法，了解設(shè)計的計算過程。在《機械設(shè)計》課程設(shè)計中，要求學(xué)生完成裝配圖、常用零件的零件圖以及整個設(shè)計中所涉及的計算，編寫出設(shè)計計算說明書。最后，通過教師與學(xué)生一對一的答辯形式，對設(shè)計過程中學(xué)生的設(shè)計思路和繪制的圖紙進(jìn)行綜合，對學(xué)生的成績進(jìn)行最終評分。在教學(xué)課程設(shè)計中，根據(jù)要達(dá)到的目標(biāo)，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(shè)計改為單級變速器設(shè)計。從本質(zhì)上來說，單級變速器的設(shè)計與二級變速器設(shè)計無區(qū)別，設(shè)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(shè)計學(xué)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(shè)計變成思考式設(shè)計。本次課程設(shè)計時間為期兩周，其中包括總體思路設(shè)計、傳動零件設(shè)計計算、裝配圖繪制、典型零件圖繪制以及編寫設(shè)計計算說明書。設(shè)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(jìn)行設(shè)計。選擇“減速器”作為課程設(shè)計的主要內(nèi)容，通常是以計算聯(lián)接、傳動及軸系零件為主，以加強基礎(chǔ)機械工程能力的培養(yǎng)，但對機械系統(tǒng)總體方案的分析、選擇，包括執(zhí)行機構(gòu)的確定都考慮不多。為使學(xué)生對機械系統(tǒng)整體設(shè)計有一個較為清晰的思路，了解機械系統(tǒng)設(shè)計的一般規(guī)律，可考慮要求學(xué)生從實現(xiàn)某一功能原理出發(fā)，擬定產(chǎn)品的機械運動方案，完成運動方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及相關(guān)的設(shè)計計算，并繪出所擬機械系統(tǒng)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(shè)計計算說明書。學(xué)生依據(jù)提供的參數(shù)，經(jīng)過方案論證、總體設(shè)計、零部件強度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等一系列環(huán)節(jié)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、解決工程實際問題的能力。每個學(xué)生可自行擬定設(shè)計方案，然后進(jìn)行小組討論。特別在設(shè)計方案確定和關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可辯論，闡明理由，以確立最佳可行方案。這樣可提高學(xué)生的機械設(shè)計素養(yǎng)和理論思維能力，使學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)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(shè)計的主要內(nèi)容分散到平時教學(xué)中進(jìn)行。以往的課程設(shè)計只是集中在規(guī)定時間內(nèi)完成，并未在平時教學(xué)中體現(xiàn)出來。改革后的課程設(shè)計，將減速器的相關(guān)內(nèi)容及時穿插在平時的課程教學(xué)中，讓學(xué)生逐漸掌握需要設(shè)計的機器功能原理、機構(gòu)運動情況等。在進(jìn)行設(shè)計前，提前把設(shè)計要用到的數(shù)據(jù)參數(shù)分發(fā)給大家，讓學(xué)生有充足的時間準(zhǔn)備設(shè)計，搜集相關(guān)的資料進(jìn)行課程設(shè)計。這種漸進(jìn)式的教學(xué)，可以使學(xué)生對設(shè)計的題目了解得更為深入，前期工作準(zhǔn)備得更加充分，對所設(shè)計的題目搜集的資料更加充足。這樣就不會在課程設(shè)計已經(jīng)開始的情況下還不知道第一步該怎么進(jìn)行。將課程設(shè)計穿插到教學(xué)中，可以大大改善《機械設(shè)計》課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論課程內(nèi)容時結(jié)合實際設(shè)計問題，從而活學(xué)活用，避免理論與實際脫離的現(xiàn)象。

4.電腦軟件的應(yīng)用。在課程設(shè)計中，要求學(xué)生對圖紙進(jìn)行手工繪制，若學(xué)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(yè)便已經(jīng)將計算機輔助繪圖軟件應(yīng)用于教學(xué)中，要求學(xué)生在課程設(shè)計時進(jìn)行手工繪制，可以強化學(xué)生基本繪圖功底?，F(xiàn)代企業(yè)（公司）也開始逐步使用軟件進(jìn)行繪圖，因此，讓學(xué)生采用AutoCAD軟件，不僅可以鍛煉學(xué)生操作軟件的能力，提高繪圖速度，而且可以為學(xué)生今后進(jìn)入企業(yè)工作打下應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。

5.建立有關(guān)《機械設(shè)計》課程設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)課堂，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)課堂上分析三維減速器的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)上附有的減速器的拆分和組裝過程，可使學(xué)生更加深入地了解減速器的原理以及每個傳動機構(gòu)的運動，有助于設(shè)計的順利進(jìn)行。

改革中遇到的問題 在進(jìn)行課程設(shè)計的過程中，存在這樣一些問題。首先，要求學(xué)生會使用工具手冊。在設(shè)計時，學(xué)生在查找相關(guān)的資料及參數(shù)時，不知如何對參數(shù)進(jìn)行選取。選用參數(shù)后，只經(jīng)過計算，并未對機械零部件進(jìn)行校核和檢驗。其次，整體教學(xué)的學(xué)時數(shù)較少，課堂理論教學(xué)后，對于實踐的課程設(shè)計所安排的時間更加緊促，在短時間內(nèi)，要求學(xué)生完成復(fù)雜的課程設(shè)計題目，相對來說難度較大。再次，課程設(shè)計中，以往的設(shè)計要求學(xué)生手工繪圖，目前的教學(xué)中均要求采用軟件進(jìn)行圖紙繪制，目的在于繪圖過程中掌握應(yīng)用軟件能力，但很容易在學(xué)生之間產(chǎn)生拷貝圖紙的現(xiàn)象。應(yīng)用軟件進(jìn)行輔助繪圖，主要目的還是要完成機械零部件的設(shè)計，而不是軟件的具體操作，有些學(xué)生很容易將重點放在軟件學(xué)習(xí)上，偏離了課程設(shè)計的主要目標(biāo)。

改革成效 依據(jù)教學(xué)改革方案，對我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2006級和2007級學(xué)生進(jìn)行了實踐。在整個課程設(shè)計過程中，學(xué)生去圖書館查找相關(guān)資料，搜集、討論、設(shè)計、計算等都十分認(rèn)真。從圖書館到設(shè)計教室，從食堂到教室，學(xué)生們很少休息，全身心地投入到設(shè)計之中。最后在答辯過程中，學(xué)生帶著自己設(shè)計的圖紙和設(shè)計計算說明書，有明顯的成就感。

課程設(shè)計期望

結(jié)合我院機械專業(yè)的現(xiàn)狀，目前還是以“減速器”為課程設(shè)計的主要題目，現(xiàn)在國內(nèi)的一些大學(xué)已經(jīng)在課程設(shè)計題目上進(jìn)行了創(chuàng)新，引入了綜合性更強的課題，與其他學(xué)科比如自動化、電子技術(shù)等結(jié)合。將題目綜合化，也就要求在相應(yīng)的學(xué)科范圍內(nèi)添加理論學(xué)習(xí)的課程，能夠在理論教學(xué)中引入新的課程，比如《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計》、《機械系統(tǒng)設(shè)計》等課程，這對課程設(shè)計創(chuàng)新有很大的幫助。

在軟件應(yīng)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(yè)已經(jīng)將繪圖輔助工具AutoCAD添加進(jìn)平時的課程教學(xué)，但要學(xué)生熟練掌握還有一定的距離。三維軟件的應(yīng)用作為選修課程也應(yīng)讓學(xué)生有所學(xué)習(xí)，逐漸引入三維軟件，可以有助于學(xué)生加深理解。雖然對本科階段的學(xué)生不做硬性要求，但對于拓寬學(xué)生的設(shè)計分析能力，還是有很大的幫助，也是軟件應(yīng)用多元化的需要。

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，世界機械制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化設(shè)計與分析制造的新時代，先進(jìn)的三維設(shè)計及其制造方式正在全面地開展。所以，在平時的機械教學(xué)中，應(yīng)該將三維軟件設(shè)計、分析與制造的理論與實踐引入 《機械設(shè)計》課程設(shè)計當(dāng)中。針對現(xiàn)在機械行業(yè)不斷應(yīng)用熟練的三維軟件，我院機械專業(yè)早在2007～2008學(xué)年就開設(shè)了有關(guān)三維軟件的教學(xué)，如UG、Soliedge、ProE等軟件，通過讓學(xué)生選修這些課程，及早了解和掌握軟件的應(yīng)用，并應(yīng)用這些軟件進(jìn)行簡單的機械零部件繪制。三維軟件的應(yīng)用可以將二維圖紙表達(dá)的信息轉(zhuǎn)換為感官上更能直接接受的立體模式，可以讓學(xué)生更加清晰地了解機械產(chǎn)品或者零部件，再將三維模型轉(zhuǎn)化為二維投影圖，更加符合一般人的思維習(xí)慣。加強機械專業(yè)學(xué)生軟件應(yīng)用的能力，不僅可以加深對機器的認(rèn)識，而且有了應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，今后才能更加深入地分析零部件的機構(gòu)情況、受力分析等。

現(xiàn)在，三明市將冶金及金屬壓延、機械及汽車零配件、林產(chǎn)加工業(yè)和生物醫(yī)藥等列為重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，同時，我院與永安車輛廠的技術(shù)合作也將作為福建省重點項目的產(chǎn)學(xué)研基地，這對于機械專業(yè)進(jìn)行課程設(shè)計無疑提供了很好的機遇以及外部環(huán)境。在進(jìn)行《機械設(shè)計》課程設(shè)計過程中，應(yīng)用軟件技術(shù)有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析機構(gòu)設(shè)備的能力，但在主次上不能偏頗，才能提高學(xué)生進(jìn)行機械設(shè)計的綜合能力。

[1]于惠力，向敬忠，張春宜，等.機械設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[2]程帆，王洪飛.機械設(shè)計教學(xué)中課程設(shè)計的改革與實踐[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003，23（5）：43-45.

[3]王春潔，李曉利.機械設(shè)計與自動化“專業(yè)課程設(shè)計”的改革與實踐[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報 （社會科學(xué)版），2002，15(4)：60-62.

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）

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A

1672-5727（2010）10-0077-02

*本文系三明學(xué)院教育教學(xué)改革工程項目《機械類專業(yè)課程設(shè)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(xué)院物理與機電工程系講師，研究方向為CAD/CAE/CAM仿真技術(shù)，模具設(shè)計，板料塑性成形技術(shù)，主要從事機械設(shè)計教學(xué)。