李文忠，劉曉陽，郭聚東

（河北科技大學機械工程學院，河北 石家莊 050018）

機械設計課程設計是工科院校機械專業(yè)及其相近專業(yè)的一門重要實踐課程，其先修課程主要有機械制圖、機械原理、工程材料與金屬工藝學、理論力學、材料力學、互換性與測量技術等，旨在培養(yǎng)學生初步的機械設計能力，掌握基本的設計思想和設計方法，綜合運用所學專業(yè)理論知識解決工程實際問題[1]，重點培養(yǎng)學生方案分析設計能力、計算繪圖能力、查閱和使用標準能力、結(jié)構(gòu)設計能力、資料整理能力和過程綜合分析能力[2]。

與傳統(tǒng)的工科教育相比，新工科教育更強調(diào)對學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強調(diào)培養(yǎng)具有將創(chuàng)新思維變成現(xiàn)實的卓越能力的工程師[3]。因此，作為機械專業(yè)及其相近專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)，在新工科建設背景下，有必要加強對該課程的建設，著重培養(yǎng)學生的工程意識，全面提升學生的工程實踐能力，并強化其對基礎知識的學習掌握，以利于構(gòu)建自拓展的知識結(jié)構(gòu)，為自主創(chuàng)新設計奠定扎實的基礎。

1 課程設計內(nèi)容及目的

本文選取的機械設計課程設計題目為帶式運輸機或鏈式運輸機的設計，設計內(nèi)容主要是傳動總體方案分析以及二級齒輪減速器為主的機械傳動裝置設計，包括了機械設計課程講授的主要內(nèi)容，如帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、軸、滾動軸承、聯(lián)軸器、螺紋連接件、潤滑與密封等。所以，該設計題目是一個針對機械設計課程教學的理想設計題目[4]，具有很好的綜合性，可以全面考查學生前期課程學習效果，鞏固提高學生所學專業(yè)理論知識。減速器設計作為一個典型的設計案例，以往常常是軟齒面齒輪的設計，隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，硬齒面齒輪漸漸普及，建議增加部分硬齒面齒輪設計內(nèi)容，以與軟齒面齒輪設計結(jié)果進行對比。

有人建議課程設計采用符合工程實際的題目，以增強真實感，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。有創(chuàng)新意識是好的，但人的認識、人才的成長是有客觀發(fā)展規(guī)律的，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要循序漸進，不是一蹴而就的。機械設計課程設計對接的是機械設計及其先修課程，目的是使學生掌握、鞏固課程所學知識并加以綜合應用。這是學生第一次進行比較綜合的實踐訓練，此時學生處于打基礎時期，只有掌握了機械設計的基礎知識，才能在以后的設計中有所創(chuàng)新，才能將創(chuàng)新的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。不能本末倒置，急于求成，盲目要求學生創(chuàng)新設計，否則會成為無源之水、無本之木。因此，應該在牢牢打好基礎的前提下再鼓勵學有余力的學生進行創(chuàng)新設計，在繼承的基礎上進行批判、創(chuàng)新。

還有人建議在課程設計中加入三維圖繪制、虛擬仿真、應力分析等內(nèi)容，以提高學生運用現(xiàn)代設計方法的能力。在教學中發(fā)現(xiàn)，這些內(nèi)容對學生的基礎知識和基礎能力要求比較高，需要在前期儲備大量相關的計算機知識，在課程設計時間比較緊張的情況下很難完成，只有少數(shù)學生尚有余力，而大部分學生只能按教學計劃完成任務，因此只可以對少數(shù)學生提出更高要求。而且這些新增內(nèi)容需要用到計算機等設備，目前學校還未完全具備這方面的條件，只能靠學生自備，因此不宜統(tǒng)一要求。

2 課程設計的步驟和要點

2.1 提高重要性認識

本次課程設計是學生初次進行實踐，很多學生對其重要性認識不足，積極性主動性較差，時間和精力投入不夠，沒有經(jīng)驗。在設計之初和設計過程中要多次強調(diào)課程設計目的和意義，使學生從思想上充分認識到課程設計的重要性，端正學習態(tài)度。

2.2 提前布置設計任務并進行講解

在設計前，學生要仔細閱讀指導教材，明確參考已有資料與創(chuàng)新的關系、理論計算與結(jié)構(gòu)工藝的關系、計算與繪圖的關系、正確使用標準和規(guī)范等問題[1]。為減輕設計計算工作量，將部分設計任務分散到理論教學時完成，如帶傳動設計、鏈傳動設計、齒輪傳動設計，在授課時完成與課程設計類似要求的習題，搭建起設計框架，課程設計時按所給的設計數(shù)據(jù)改動相應參數(shù)即可得出設計結(jié)果，從而縮短設計計算時間。安排設計任務時還要安排好設計進度，設置若干時間節(jié)點，要求按進度執(zhí)行。

提前安排學生拆裝減速器，觀看減速器三維圖及動畫、拆裝視頻，增加對設計對象的感性認識，對各零部件建立直觀印象，對主要零部件繪制草圖，加深認識，并掌握各零部件之間的相對關系。通過親自動手拆裝訓練，提高動手實踐能力。

2.3 科學組織及強化過程管理

按設計任務方案每5~8人分為一組，有問題首先在組內(nèi)討論解決，難以解決的問題由組長總結(jié)整理向指導教師匯報，由指導教師統(tǒng)一解答，這樣會促進學生主動探討和解決問題，也避免了相同的問題重復回答，提高了教師指導課程設計的效率。

指導教師每天不定時到設計教室檢查出勤情況、設計進展情況、學生在設計中的主動性和積極性，并解決學生設計中的問題。通過QQ群、微信群等現(xiàn)代通信技術手段，及時溝通，解決問題，還可通過視頻檢查出勤和設計情況。

學生初次接觸課程設計，許多事情無從下手，遇到問題不知所措，常常導致進展緩慢，這就需要指導教師勤于指導、解答問題。在設計過程中教師要分階段講解需完成的設計任務，如傳動方案分析及動力計算、傳動件設計計算、草圖繪制、箱體及附件繪制、裝配圖整理完善、零件圖繪制、說明書編寫等階段，并按設計進度檢查完成情況，督促沒有按時完成設計任務的學生在課余時間自行補齊。

對設計過程中易出問題的地方反復強調(diào)、著重檢查，如減速器兩級傳動比的分配、傳動中心距、齒輪模數(shù)、兩個大齒輪直徑、高速級大齒輪距低速軸要有足夠的距離等，以免影響后期設計。

繪圖后期需要注重細節(jié)問題，如裝配圖上密封、封油盤、軸承繪圖及配合尺寸標注等制圖細節(jié)問題，零件圖的結(jié)構(gòu)、尺寸公差、幾何公差、粗糙度的標注等問題；說明書要求按所列章節(jié)編寫，內(nèi)容完整、表達清晰、步驟詳盡，并要將主要的設計結(jié)果清晰列出。

2.4 綜合考慮確定成績

答辯之前，要求學生將易犯錯的地方反復檢查、修改，避免明顯錯誤、低級錯誤，如投影關系、制圖規(guī)范、說明書的完整性等問題，體現(xiàn)對基礎知識和細節(jié)的重視。答辯時就設計中的知識點提出問題，對學生知識掌握水平形成一個總體認識。

最終成績由平時表現(xiàn)、圖紙、說明書、小組互評、答辯成績構(gòu)成。其中，平時表現(xiàn)包括出勤、每日進度完成情況、設計中表現(xiàn)出的主動性、能否發(fā)現(xiàn)問題和主動解決問題并提出自己的見解；小組互評由小組內(nèi)成員就每個人的總體情況進行互相評價，可有效防止指導教師平時指導時的疏漏。

3 計算機技術在課程設計中的運用

在數(shù)據(jù)計算時，帶傳動、鏈傳動等的設計計算通過計算機編寫相關程序進行[5]，見第137頁圖1，輸入相關數(shù)據(jù)即可逐步計算，并可對設計參數(shù)進行修改，以得到比較滿意的設計結(jié)果，還能減少計算工作量，而V帶型號、小帶輪基準直徑等參數(shù)需要人工選擇、輸入，同時鍛煉了設計能力。一些簡單的計算可采用Excel表格，相較于編制計算機程序計算更簡單方便，有利于快速計算，修正結(jié)果。軸和軸承的校核計算也可采用計算機編程來輔助進行，見第137頁圖2，輸入相關參數(shù)，選擇合適項目，由計算機算出結(jié)果，并繪制相關圖形，可與手工計算結(jié)果進行比較，防止出現(xiàn)重大失誤。

圖1 帶傳動計算機輔助設計程序的部分界面

圖2 軸、軸承校核程序的界面

由于繪制草圖時結(jié)構(gòu)設計要結(jié)合計算交叉進行，圖紙需要經(jīng)常修改，采用計算機繪圖更加便捷，但目前學校還不具備全員使用計算機進行設計的客觀條件，只能鼓勵部分有條件有能力的學生使用計算機繪圖，出了問題方便反復修改，等校核沒問題后再手工繪制正式裝配圖。這樣不僅培養(yǎng)了學生必須要掌握的手工繪圖基本技能，還提高了其計算機繪圖能力。有條件的學生可以用計算機繪制一張零件圖并打印出來，體會計算機繪圖的優(yōu)勢。

另外，鼓勵部分設計有余力的學生繪制減速器的三維效果圖，增加對零部件的直觀認識，鍛煉三維繪圖能力。學生也可利用業(yè)余時間，將所設計零件采用3D打印技術打印成型，使課程設計結(jié)果呈現(xiàn)更加具體，提升設計的成就感，激發(fā)學生參與的積極性并鍛煉其工程實踐能力。

4 結(jié)束語

在新工科教育背景下，本文的機械設計課程設計選擇以減速器設計為主的機械傳動裝置設計，可以滿足培養(yǎng)學生解決工程實際問題能力的基本要求；通過加強重要性教育、合理布置設計任務、加強過程管理等措施，能夠使學生嚴格按要求完成設計任務，鍛煉工程實踐能力；在設計中鼓勵學生運用計算機技術計算、繪圖，可以提升設計效果，有利于培養(yǎng)學生的綜合能力和提升其整體素質(zhì)，為以后的設計工作奠定基礎。