時間：2023-05-30 10:35:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械創(chuàng)新設(shè)計，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】 機械;創(chuàng)新;制造業(yè)
一、機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的原則
(一)經(jīng)濟效益最好原則
設(shè)計的機械零件既要功能滿足客戶要求,又要成本低廉。考慮經(jīng)濟最佳性必須從設(shè)計和制造兩個方面上入手。設(shè)計上保證合理的原理方案,選用正確的材料;制造上考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。
(二)生態(tài)效益最好原則
不論是在產(chǎn)品制造過程中,還是在產(chǎn)品使用過程中,都要求產(chǎn)品對周圍環(huán)境“零污染”。這就要求在設(shè)計過程中盡量選擇低污染的材料及零部件,避免選用有毒、有害和有輻射性的材料。
(三)安全可靠原則
安全可靠是機械產(chǎn)品品質(zhì)的保證,必須確定零件在強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性及熱平衡性上滿足設(shè)計要求。對于重型機械,一般要求有自鎖裝置和保險裝置,以確保操作員人身安全。
二、機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法研究
(一)創(chuàng)新技術(shù)主題的確定與分類
搜集的專利可以分為發(fā)明專利、實用新型專利和外觀設(shè)計專利。發(fā)明和實用新型專利的說明書提供了發(fā)明或?qū)嵱眯滦偷募夹g(shù)特征,清楚、簡要地表述請求專利保護的范圍。外觀設(shè)計專利提供了該外觀設(shè)計的圖片或照片,必要時會作一定的簡要說明。在專利局專利分類方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合一般產(chǎn)品的特點,提出了一般產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)主題的確定與分類方法。創(chuàng)新技術(shù)主題的確定應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書為主,并適當(dāng)結(jié)合說明書(包括說明書附圖)。以權(quán)利要求書為主確定技術(shù)主題,應(yīng)當(dāng)完整地掌握權(quán)利要求中所記載的技術(shù)內(nèi)容,如以獨立權(quán)利要求來確定技術(shù)主題時,則應(yīng)當(dāng)將其前序部分記載的技術(shù)特征和特征部分記載的技術(shù)特征結(jié)合起來確定。下面以鉆夾頭為例,確定創(chuàng)新技術(shù)主題的方法有:
(1)對于發(fā)明專利和實用新型專利,一般情況下以獨立權(quán)利要求中的前序部分記載的技術(shù)特征為主,將特征部分記載的技術(shù)特征看作是對前序部分的限定。例:一種新型鎖緊式鉆夾頭,其特征在于:空心鉆體的前端開有一截面為三角形的環(huán)形溝槽,所述前套的前端與該溝槽卡接。創(chuàng)新技術(shù)主題:以前套與絲母套之間的溝槽卡接為特征的鎖緊式鉆夾頭。
(2)對于發(fā)明專利和實用新型專利的特殊情況,即獨立權(quán)利要求中前序部分所描述的對象在分類表中沒有確切位置的,以特征部分記載的技術(shù)特征為主,將前序部分記載的技術(shù)特征看作是對特征部分的限定。例:一種鉆夾頭,包括有一前套、一后套、一空心鉆體和一絲母,在所述空心鉆體中部臺階面與所述絲母后端面之間安裝有一組滾珠,其特征在于:所述絲母為一整體結(jié)構(gòu)件。創(chuàng)新技術(shù)主題:鉆夾頭的絲母為一整體結(jié)構(gòu)件。
(二)基于專利的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程
創(chuàng)新的途徑很多但它們都需要大量的已有知識和經(jīng)驗的支持。實踐證明,除了基本的科學(xué)技術(shù)知識外,專利信息已經(jīng)成為實現(xiàn)創(chuàng)新的最有效的知識來源之一。作為前人創(chuàng)新成果的結(jié)晶,相對其他知識,專利更富有創(chuàng)新性,技術(shù)含量高,可用性強因此,基于專利實現(xiàn)創(chuàng)新,就像站在前人的肩膀上實現(xiàn)創(chuàng)新,使創(chuàng)新開始就處于一個較高的基礎(chǔ)上,大大提高創(chuàng)新效率和創(chuàng)新質(zhì)量。通過將創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)與制造行業(yè)PDM的集成,提出了基于專利和PDM的創(chuàng)新設(shè)計方法,其創(chuàng)新設(shè)計過程(如圖1所示)。
產(chǎn)品配置是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的一項重點工作,根據(jù)制造企業(yè)的實際需求,采用三個層次的機械產(chǎn)品配置設(shè)計方法,分別是:基于零部件數(shù)據(jù)庫的交互設(shè)計、基于歷史的產(chǎn)品嫁接設(shè)計、基于規(guī)則的產(chǎn)品配置設(shè)計。
經(jīng)過對相關(guān)制造企業(yè)的深入調(diào)查和分析,提出了基于專利技術(shù)和PDM的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法。該方法支持一般產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新和快速變型設(shè)計,提高零部件和生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化。通過將基于專利的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法和生產(chǎn)管理技術(shù)引入企業(yè),必將增強企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力、有助于企業(yè)快速響應(yīng)客戶需求、提升管理水平,提高企業(yè)在市場中的綜合競爭能力。
參考文獻
關(guān)鍵詞：機械機械構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計
中圖分類號： S611 文獻標(biāo)識碼： A
1 機械機構(gòu)創(chuàng)新原理的功用
機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新原理如為廣大機械設(shè)計人員掌握和推廣使用，將獲得顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。
1.1 啟迪新機構(gòu)的創(chuàng)造與發(fā)明
機構(gòu)創(chuàng)新原理以典型機構(gòu)為原始機構(gòu)，通過對機構(gòu)運動學(xué)因素的變換開發(fā)新機構(gòu)的創(chuàng)意，這是機構(gòu)創(chuàng)新的核心。掌握和推廣機構(gòu)創(chuàng)新原理可以培養(yǎng)機械設(shè)計人員的創(chuàng)造性思維，推動技術(shù)革新創(chuàng)造發(fā)明的深入發(fā)展。
1.2 改善機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
應(yīng)用機構(gòu)同性異形變換，可獲得一組具有相同運動性能的機構(gòu)，供機械設(shè)計人員按機器工作性能要求選擇，為改善機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)造了條件。
1.3 提高機構(gòu)的傳動性能
通過變換機構(gòu)運動簡圖中運動學(xué)因素來改變機構(gòu)的運動學(xué)性能；通過改變運動副受力狀態(tài)來改變機構(gòu)的力學(xué)性能，是開辟提高機構(gòu)傳動性能的有效途徑。
1.4 統(tǒng)一機構(gòu)分析與綜合方法
機構(gòu)創(chuàng)新原理揭示了各基本機構(gòu)之間的聯(lián)系，應(yīng)用機構(gòu)逆變換找到同性異形機構(gòu)的原始機構(gòu)后，可以直接應(yīng)用現(xiàn)成的計算公式和有關(guān)手冊，對各種異形同性機構(gòu)進行分析與綜合，既減輕了機構(gòu)分析與綜合中遇到的困難，又節(jié)省時間、不易出錯，為統(tǒng)一機構(gòu)分析與綜合方法創(chuàng)造了條件。
2 機構(gòu)選型的基本原則
在進行機構(gòu)選型和組合時，設(shè)計者必須熟悉各種基本機構(gòu)和常用機構(gòu)的功能、結(jié)構(gòu)和特點，并且還應(yīng)該遵循下列的基本原則：
2.1 滿足工藝動作和運動要求
選擇機構(gòu)首先應(yīng)滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求。通常高副機構(gòu)比較容易實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律和軌跡，但是高副的曲面加工制造比較麻煩，而且高副元素容易因磨損而造成運動失真。低副機構(gòu)雖然往往只能近似實現(xiàn)所要求的運動規(guī)律或軌跡，尤其當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多時，累計誤差較大，設(shè)計也比較困難，但低副元素（圓柱面或平面）易于加工且容易達到加工精度要求。因此從全面考慮，優(yōu)先采用低副機構(gòu)。
2.2 結(jié)構(gòu)最簡單，傳動鏈最短
在滿足使用要求的前提下，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，構(gòu)件的數(shù)目要少，運動副數(shù)目也要少。這樣不僅可以減少制造和裝配的困難，減輕重量，降低成本，而且還可以減少機構(gòu)的累計運動誤差，提高機器的效率和工作可靠性。
2.3 原動機的選擇有利于簡化結(jié)構(gòu)和改善運動質(zhì)量
目前機器的原動機多采用電動機，也有采用液壓缸或氣缸。在有液、氣壓動力源時盡量采用液壓缸或氣缸，這樣有利于簡化傳動鏈和改善運動質(zhì)量，而且具有減振、易于減速、操作方便等優(yōu)點，特別對于具有多執(zhí)行構(gòu)件的工程機械、自動機，其優(yōu)越性就更突出。
2.4 機構(gòu)有盡可能好的動力性能
這一原則對于調(diào)整機械或者栽荷變化很大的機構(gòu)尤應(yīng)注意。對于調(diào)整機械，機構(gòu)選型要盡量考慮其對稱性，對機構(gòu)或回轉(zhuǎn)構(gòu)件進行平衡使其質(zhì)量合理分布，以求慣性力的平衡和減小動載荷。對于傳力大的機構(gòu)要盡量增大機構(gòu)的傳動角或減小壓力角，以防止機構(gòu)自鎖，增大機器的傳力效益，減小原動機的功率及其損耗。
2.5 加工制造方便，經(jīng)濟成本低
降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益是使產(chǎn)品有足夠的市場競爭力的有力保證。在具體實施時，應(yīng)盡可能選用低副機構(gòu)，并且最好選用以轉(zhuǎn)動副為主構(gòu)成的低副機構(gòu)，因為轉(zhuǎn)動副元素比移動副元素更容易加工，也更容易達到精度要求。此外，在保證使用條件的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單的機構(gòu)；盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的元器件，以達到最大限度降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益的目的。
3 機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計
3.1 結(jié)構(gòu)元素的變異與演化
結(jié)構(gòu)元素主要是指結(jié)構(gòu)的形狀、數(shù)量、位置、聯(lián)接等要素。經(jīng)過變異的結(jié)構(gòu)元素可適應(yīng)不同的工作要求，或比原有結(jié)構(gòu)具有更良好而完善的功能。
3.1.1 軸轂聯(lián)接的結(jié)構(gòu)元素變異與演化
軸轂聯(lián)接的主要結(jié)構(gòu)形式是鍵聯(lián)接。單鍵的結(jié)構(gòu)形狀有方形、半圓形，主要靠鍵的側(cè)面工作。當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩不能滿足載荷要求時需要增加鍵的數(shù)量，就變?yōu)殡p鍵聯(lián)接。若進一步增加其工作能力就出現(xiàn)了花鍵。花鍵的形狀又有矩形、梯形、三角形、漸開線形，以及滾珠花鍵，將花鍵的形狀繼續(xù)變換，由明顯的凹凸形狀變換為不明顯的，則就產(chǎn)生了無鍵聯(lián)接，即成形軸聯(lián)接。
3.1.2 棘輪傳動的結(jié)構(gòu)元素變異
棘爪頭部的開關(guān)要適應(yīng)于棘齒的結(jié)構(gòu)形狀，則分別有尖底、平底、滾子、叉形等結(jié)構(gòu)；刺爪與棘齒的數(shù)量，位置應(yīng)滿足工作要求，有雙棘爪、單棘爪；棘齒的位置應(yīng)滿足工作要求，則出現(xiàn)有棘齒布置在刺輪圓周上的，也有布置在棘輪端面上的。
3.1.3 各種槽銷結(jié)構(gòu)元素的變異
在機械中，銷除了用于聯(lián)接，還可用于定位、防松，以及作為安全裝置中的過載剪斷元件。銷的結(jié)構(gòu)形狀多種多樣，在結(jié)構(gòu)形狀變異與創(chuàng)新過程中，主要著眼于聯(lián)接、定位可靠、裝拆方便、快捷、成本低。開槽是為了防松，減少沖擊和振動，也方便拆卸，槽的位置也因使用要求不同而各異，有的貫穿始終，有的設(shè)在中間，有的則開在端部。
3.1.4 改善工作性能的結(jié)構(gòu)變異
在結(jié)構(gòu)開關(guān)設(shè)計時，還要考慮到工作條件與外界因素對零件功能效果的影響。例如，對于調(diào)整帶傳動，為增加帶的撓曲性，在帶的非工作面上一般均開有橫向溝槽；帶輪一般制成鼓形，運轉(zhuǎn)時保持帶位于帶輪的中部，以防止脫落；為避免帶與帶輪之間生成氣勢，影響傳力的可靠性，在小帶輪的輪緣上開有環(huán)形槽。
3.2 方便制造與操作的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新
在滿足使用功能的前提下，設(shè)計者應(yīng)力求使所設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝簡單、消耗少、成本低、使用方便、操作容易、壽命長。
3.2.1 加工工藝的結(jié)構(gòu)構(gòu)型
對于機械加工零件，在構(gòu)型上要考慮到使裝卡、加工與測量時間比較短，設(shè)備費用低等因素。主要體現(xiàn)在加工面的形狀力求簡單，尺寸力求小，位置應(yīng)方便裝卡與刀具的退出，避免在斜面上鉆孔，避免在內(nèi)表面上進行復(fù)雜的加工等。
3.2.2 裝配輸送的結(jié)構(gòu)構(gòu)型
人工裝配時，希望裝配可靠、方便、省力。同時隨著裝配自動化程度的提高，裝配自動生產(chǎn)線和裝配機器人對結(jié)構(gòu)形狀的識別也提出了構(gòu)型的要求。例如一種易裝拆的V帶輪，帶輪由帶錐孔的辦轂和帶外錐的軸套組成。這種帶輪對軸的加工要求較低，聯(lián)接可靠，裝拆方便，不需要笨重的拆卸工具，不同的軸徑只需要更換不同的軸套，因而也擴大了帶輪的通用性。
3.2.3 簡單結(jié)構(gòu)
只有精煉的，簡單的才是設(shè)計的進步，也是設(shè)計者的愿望。
（1）聯(lián)接結(jié)構(gòu)的簡化。例如塑料結(jié)構(gòu)的強度較差，用螺紋聯(lián)接塑料零件很容易損壞，并且加工制造、安裝裝配都比較麻煩。若充分利用塑料零件彈性變形量大的特點，使搭鉤與凹槽實現(xiàn)聯(lián)接，裝配過程簡單、準(zhǔn)確、操作方便。
（2）鉸鏈結(jié)構(gòu)的簡化。由金屬制成的鉸鏈結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對于常用的載荷很小的鉸鏈結(jié)構(gòu)如果用塑料制作就可以將結(jié)構(gòu)大大簡化。
3.2.4 宜人結(jié)構(gòu)
宜人結(jié)構(gòu)是指機構(gòu)設(shè)備的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)適合人的生理和心理要求，使得操作安全、準(zhǔn)確、省力、簡便、減輕操作的疲勞，提高工作效率。
（1）提高操作能力的結(jié)構(gòu)。操作者在操作機構(gòu)設(shè)備和裝置時需要用力，人處于不同姿勢、不同方向、不同手段用力時發(fā)力能力差別很大。一般人的右手握力大于左手。腳力的大小也與姿勢有關(guān)，一般坐姿時腳的推力大，當(dāng)操作力超過50―150N時宜選腳力控制。用手操作的手輪、手柄或杠桿外形應(yīng)設(shè)計得使手握舒服，不滑動，用腳操作最好采用坐姿，座椅要有靠背，腳踏板應(yīng)設(shè)在座椅前正中位置。
（2）減少操作錯誤的結(jié)構(gòu)。為減少操作錯誤，操作零件的外形要簡單，容易辨認(rèn)。操作位置要合適，應(yīng)力求使操作零件位于操作者的手或腳能夠得著的位置。應(yīng)給操作者提供一個可減輕疲勞的座位，指示儀表在操作者視野范圍之內(nèi)。
結(jié)束語：綜上所述，機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計并不是漫無目的的空想，而是基于現(xiàn)有的技術(shù)的改進或者創(chuàng)新以滿足生產(chǎn)生活中的新要求。在具有一定的專業(yè)水平之后，如何激活創(chuàng)新意識和掌握創(chuàng)新方法才是解決問題的根本。
參考文獻：
隨著教育改革和素質(zhì)教育的發(fā)展，創(chuàng)新教育已成為現(xiàn)階段工程教育的核心內(nèi)容，要求各大院校培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力以及創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才。開展機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)是工科院校進行素質(zhì)教育實踐的基本要求，同時也是加強學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的根本途徑。學(xué)校作為人才培養(yǎng)的重要場所，如何接近同企業(yè)之間的距離，提高學(xué)生的就業(yè)率，加強創(chuàng)新人才的培養(yǎng)尤為重要。這些都需要學(xué)校對現(xiàn)有的機械創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ竭M行改革，將學(xué)校的實驗教學(xué)課程同工廠的實際操作相聯(lián)系，加強學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，這對現(xiàn)代教學(xué)改革具有非常重要的意義。
二、機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)開展的策略
1.更新傳統(tǒng)教學(xué)觀念
隨著高新技術(shù)的發(fā)展，機械工程以及機械制造等行業(yè)也發(fā)生了較大變化，以計算機為代表的高新技術(shù)向機械行業(yè)滲透，現(xiàn)代的機電產(chǎn)品向著機電一體化的方向發(fā)展，這就需要對傳統(tǒng)的機械課程進行調(diào)整。所以，課程設(shè)置方面需要建立以科學(xué)技術(shù)應(yīng)用為輔助的科學(xué)體系，加強機械類專業(yè)教學(xué)的系統(tǒng)規(guī)劃。在機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)中，不同學(xué)校在系統(tǒng)教材的編寫方面都做了大量的工作。從理論教學(xué)到實踐教學(xué)，從課內(nèi)教學(xué)到課外教學(xué)，都需要編寫相應(yīng)的教學(xué)大綱。在課程內(nèi)容、課程設(shè)計、課程實驗等方面創(chuàng)新內(nèi)容，改變傳統(tǒng)的教學(xué)思想和教學(xué)方法，將傳統(tǒng)教學(xué)中以理論知識的傳授為主的教學(xué)方式改變?yōu)橐詣?chuàng)新能力培養(yǎng)為主的教學(xué)方式。
2.加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)的關(guān)鍵，也是提高教學(xué)質(zhì)量的基本條件。一方面，學(xué)校實驗室的規(guī)劃要以機械類應(yīng)用型人才培養(yǎng)為依據(jù)，加強實驗設(shè)備經(jīng)費的投入，可以通過為企業(yè)服務(wù)的方式獲得企業(yè)的支持，加強資源共享。另一方面，在實驗內(nèi)容的安排和選擇方面，改進陳舊的實驗內(nèi)容和實驗手段，加強創(chuàng)造性實驗和綜合性實驗。實驗教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主動操作能力，教師對學(xué)生的實踐操作進行指導(dǎo)。同時，廢除由教學(xué)人員包辦，學(xué)生觀察記錄式的教學(xué)方法，加強現(xiàn)代教學(xué)方式的應(yīng)用。
3.建立創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)實驗室
對于學(xué)校普遍存在的機械創(chuàng)新設(shè)備缺少的現(xiàn)狀，應(yīng)該加強虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，建立機械創(chuàng)新虛擬實驗室。虛擬實驗室不僅能夠幫助學(xué)生消除因?qū)嶒炘O(shè)備缺乏帶來的影響，還能夠減少學(xué)生因盲目操作對機械設(shè)備造成的損害。采用機械仿真運動分析方法能夠獲取重要的實驗信息。
4.加強機械設(shè)計教學(xué)成果的創(chuàng)新
在機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)中，創(chuàng)新理念、創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新設(shè)計方法都是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生只有參與創(chuàng)新設(shè)計實踐，才能夠加強基礎(chǔ)理論知識的應(yīng)用，以此解決實際生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。因此，機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)對學(xué)生理解課程教學(xué)內(nèi)容，學(xué)習(xí)教學(xué)知識有重要作用。學(xué)生只有自己動手進行機械拆裝和創(chuàng)造設(shè)計，才能夠根據(jù)自己的思維方式和設(shè)計理念設(shè)計出不同結(jié)構(gòu)形式的作品，使同一類型的作品擁有不同的運動功能和運動性能。由于學(xué)生之間的個體差異性，每個人的設(shè)計作品都具有獨創(chuàng)性，其設(shè)計作品也有多種形式。教師在完成課程教學(xué)任務(wù)的同時也必須完成設(shè)計創(chuàng)作工作任務(wù)，需要對學(xué)生的作品給出相應(yīng)的考核成績。
加強機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)改革對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有很大幫助，能夠鞏固學(xué)生的專業(yè)知識，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于挖掘?qū)W生的創(chuàng)新設(shè)計潛能，最終培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。為此，教師應(yīng)該更新傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，加強現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，通過多樣化的教學(xué)方式提高學(xué)生的實踐能力和工程意識，使機械實驗教學(xué)取得良好的教學(xué)效果，使學(xué)校工科教學(xué)上升到一個新的臺階。
參考文獻：
[1]金 鑫，李倩文，杜新武，等.《機械創(chuàng)新設(shè)計》教學(xué)改革與實踐[J].農(nóng)業(yè)工程，2015，5（5）：105-107.
結(jié)構(gòu)設(shè)計作為機械設(shè)計過程中至關(guān)重要的組成部分，所完成的工作是按照的機械原理進行機械圖紙的設(shè)計。變元法是由德國科學(xué)家發(fā)明的方法，主要應(yīng)用于機械相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計，其特點是具有創(chuàng)新性。本文針對變元法作出了一定的修改和完善，目的是讓這種方法更容易被應(yīng)用和理解。變元法在機械行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。我們在使用變元法的完成結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，是以完成這種產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)為前提，再進行其他新型設(shè)計思路的研發(fā)。變元法的含義主要包含兩個方面：一方面，機械結(jié)構(gòu)方面，這方面的變元法主要包括七個種類；另一方面，針對這部分的變元進行改變，創(chuàng)新性的實現(xiàn)不同種類的結(jié)構(gòu)設(shè)計。以下是對7個變元的闡述：
1.1數(shù)量變元
數(shù)量變元指的是研究機械設(shè)備的所有的零部件或構(gòu)件的全部的外形、工作面以及生產(chǎn)的點、線、面等都看做是構(gòu)成零部件的基本元素，對這些基本元素的數(shù)據(jù)進行修改，完成針對機械設(shè)備構(gòu)件的優(yōu)化的目標(biāo)。例如：為了實現(xiàn)簡化的目的，在設(shè)計鑄件零件的外形時，多使用直線設(shè)計的外形輪廓。
1.2形狀變元
形狀變元指的是從機械的形狀方面對機械結(jié)構(gòu)的外形和重要輪廓、加工表面以及所使用零部件的種類和尺寸進行優(yōu)化調(diào)整，進而得出多種結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，從而對整個機械進行優(yōu)化調(diào)整。機械設(shè)計過程中這類因素的創(chuàng)新是把機械設(shè)備的運行原理轉(zhuǎn)化為設(shè)計圖紙的過程。例如，火力發(fā)電廠的冷渣機，為了能夠把高溫爐渣以最快的速度降低溫度，技術(shù)人員采用了形狀變元的方法對冷渣機進行優(yōu)化設(shè)計，改變原有的單腔體為多腔體，提高了降低溫度速率這一難題。
1.3材料變元
零部件選取多種類型的材料一般會改變這種零件的尺寸，進而生產(chǎn)工藝也會相應(yīng)的變化，以至于改變了整體機械的外形和構(gòu)造。我們可以針對材料的改變而設(shè)計出多種類型的構(gòu)造方案。
1.4位置變元
位置變元指的是按照機械設(shè)備的構(gòu)造位置的改變，實現(xiàn)多種類型設(shè)計方案的形成。例如，在針對焊縫零部件的焊接方法時，選擇焊縫的位置非常重要，當(dāng)我們選擇在中心軸附近時，避免了零件由于收縮造成的彎曲變形。
1.5聯(lián)接變元
聯(lián)接變元指的是在設(shè)計過程中應(yīng)該注意元素的兩個方面：一方面，我們需要確定元素聯(lián)接方法的改變。例如，工作中常見的焊接、熱熔連接等；另一方面，我們需要研究針對任意一種聯(lián)接方式的不同類型的聯(lián)接結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，進而得到不同類型的方案。例如，兒童玩具在設(shè)計過程中要盡量做到安全聯(lián)接，我們可以設(shè)計成卡扣聯(lián)接方式，這樣不容易出現(xiàn)小孩誤食螺絲的現(xiàn)象。
1.6尺寸變元
尺寸變元指的是高度、寬度、直線度、彎曲度等方面的內(nèi)容。技術(shù)人員在針對這些元素進行創(chuàng)新設(shè)計時，一般側(cè)重于改變零件的尺寸。完成對機械系統(tǒng)構(gòu)件完善的目的。例如，技術(shù)人員想提升粉碎機的物料目數(shù)，針對動力副在整體機構(gòu)上的相對位置做出了改變，進而完成了粉碎目數(shù)的提升，效果是原來的2倍。
1.7工藝變元
設(shè)計和工藝的關(guān)系是相互銜接和相輔相成的。每種零部件的加工方法和制造工藝各不相同，各類零部件與設(shè)備的加工和制造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、成本和使用年限也千差萬別，進而制約著設(shè)備產(chǎn)品的構(gòu)造。按照相應(yīng)產(chǎn)品的工藝特性，結(jié)合使用以上7類變元，按照進行根據(jù)所設(shè)計機械產(chǎn)品的特點,靈活地運用上述7個變元,同時設(shè)計者依據(jù)所具備的知識、經(jīng)驗,運用創(chuàng)造性思維方法,如類比、推理、歸納、模擬、想象、直覺及靈感等,可構(gòu)思出很多種結(jié)構(gòu)方案。
2精密儀器與精密機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性
當(dāng)今社會是科技高速發(fā)展的時代，測量設(shè)備和機械構(gòu)造的設(shè)計理念和方式都進行著完善和提升。如何讓青年人可以快速的適應(yīng)企業(yè)對適應(yīng)性和才能的要求，成為我們大家亟待思考的問題。因此，在進行實習(xí)設(shè)計的課程教學(xué)過程中，引入前沿的、適應(yīng)企業(yè)需求的人才培養(yǎng)方法和相應(yīng)的實習(xí)方式和裝備變成了必須考慮的問題。所有的測量設(shè)備或控制裝置都具有相應(yīng)的適應(yīng)所在系統(tǒng)需求的系統(tǒng)或構(gòu)造，那么在測量設(shè)備、控制裝置確定的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，如何使用先進的設(shè)計思路和多種類型的機械構(gòu)造構(gòu)件進行優(yōu)化整合，建造適應(yīng)系統(tǒng)需求的高端機械構(gòu)件，是我們當(dāng)前工程設(shè)計的重要方法。根據(jù)企業(yè)對人員的需求，按照建造機械系統(tǒng)和構(gòu)造的整個階段，依據(jù)以往的經(jīng)驗，側(cè)重對機械設(shè)計的基礎(chǔ)內(nèi)容、方式、理念的研究；注重對系統(tǒng)構(gòu)造的探索；注重研究、分析問題的方式方法和創(chuàng)新水平的提升。建立一整套面向企業(yè)所需求的能夠操作精密設(shè)備和高科技儀器人才的培養(yǎng)方式非常重要。
3結(jié)構(gòu)方案的評價與優(yōu)化
【中圖分類號】TD404【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1004-1079（2008）10-0207-01
機械零部件設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新。現(xiàn)代機械機械零部件設(shè)計強調(diào)創(chuàng)新設(shè)計，要求在設(shè)計中更充分地發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下，設(shè)計出更具有生命力的產(chǎn)品。
一、把握機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容
機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分，機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)。機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容包括：根據(jù)運動方案設(shè)計和總體設(shè)計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產(chǎn)品整機應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計所決定的，機械零部件設(shè)計應(yīng)滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環(huán)境等環(huán)境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。
二、嚴(yán)格計算機械零部件的失效形式
機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設(shè)計零部件時應(yīng)首先進行零部件的失效分析，預(yù)估失效的可能性，采取相應(yīng)措施，其中包括理論計算，計算所依據(jù)的條件稱為計算準(zhǔn)則，常用的計算準(zhǔn)則有：一是強度準(zhǔn)則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準(zhǔn)則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內(nèi)。三是振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應(yīng)避免發(fā)生共振。振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準(zhǔn)則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應(yīng)合理設(shè)計其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準(zhǔn)則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當(dāng)零部件過度磨損后，將改變其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設(shè)計時應(yīng)采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
三、正確選擇機械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術(shù)指標(biāo)，是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設(shè)計工作中，應(yīng)用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應(yīng)用類比法需要有充足的參考資料，現(xiàn)有的各種機械設(shè)計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數(shù)關(guān)系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機械零部件的設(shè)計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零部件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在設(shè)計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā)，全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性，才能作出合理的選擇。
（廣西科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）
摘 要：通過一例大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動案例和指導(dǎo)教學(xué)方案，分析了機械創(chuàng)新設(shè)計活動中存在的問題，提出了相應(yīng)的指導(dǎo)策略；指出指導(dǎo)教師應(yīng)圍繞能力培養(yǎng)這個根本目標(biāo)，按照教學(xué)規(guī)范來實施學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計指導(dǎo)工作。
關(guān)鍵詞 ：機械創(chuàng)新設(shè)計；存在問題；能力培養(yǎng)；指導(dǎo)方案
中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2015）03-0233-03
基金項目：新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程立項項目——機械類專業(yè)應(yīng)用型本科機械設(shè)計系列課程的教學(xué)改革與實踐（2012JGB181）
1 引言
機械創(chuàng)新設(shè)計能力是機械類專業(yè)學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，是高等工程技術(shù)人才培養(yǎng)的目標(biāo)之一。隨著對創(chuàng)新能力重視程度的提高和各類學(xué)科競賽的蓬勃開展，越來越多的大學(xué)生參與到機械創(chuàng)新設(shè)計活動之中。然而，以學(xué)科競賽為導(dǎo)向的機械創(chuàng)新設(shè)計，使學(xué)生的目標(biāo)過份傾向于作品成果本身，而沒有從中有意識地學(xué)習(xí)到創(chuàng)新的思維和系統(tǒng)的工作方法。如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是我國當(dāng)今高等教育研究的重要課題[1，2]，專門針對大學(xué)生學(xué)科競賽指導(dǎo)的研究也是一個重要內(nèi)容[3]。雖然機械類專業(yè)系列課程都強調(diào)機械創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但多數(shù)學(xué)生實際上是從參加學(xué)科競賽開始接觸機械創(chuàng)新設(shè)計的。盡管許多學(xué)生在各類學(xué)科競賽中獲獎，但是最后卻依然沒有養(yǎng)成系統(tǒng)的工程素質(zhì)，更不用說較強的創(chuàng)新能力。本文總結(jié)了在指導(dǎo)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)，對大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計的行為特點進行了分析和歸納，提出相應(yīng)的指導(dǎo)策略，目的是讓機械創(chuàng)新設(shè)計活動能夠充分發(fā)揮其培養(yǎng)創(chuàng)新能力的作用。
2 大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動存在的問題
目前我國絕大多數(shù)高校并沒有開設(shè)專門的機械創(chuàng)新設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計活動相當(dāng)于課外科技興趣小組行為，通常是圍繞競賽主題進行某一機械作品的設(shè)計制作，以參賽獲獎為目標(biāo)所進行的一種暫時性的活動。在這樣的背景之下，很多學(xué)生的創(chuàng)新項目具有自發(fā)性特征，缺乏科學(xué)嚴(yán)密性和規(guī)范性。在指導(dǎo)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)存在下述比較突出的問題：
2.1 選題的科學(xué)性不強
學(xué)生自己擬定機械創(chuàng)新課題時通常只注意作品的功能性，容易出現(xiàn)兩個極端：一是基于樸素的常識而缺乏學(xué)術(shù)內(nèi)涵，如很多學(xué)生把著眼點放在自行車、健身器材等司空見慣的產(chǎn)品上——第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽期間，在校內(nèi)評選準(zhǔn)備參賽的作品時發(fā)現(xiàn)，24件參選作品中涉及自行車的有8件，其中6件以折疊功能為創(chuàng)新點；涉及健身器材的4件，均以多功能為創(chuàng)新點，實質(zhì)上只是把現(xiàn)有的健身器材簡單的組合在一起；這些作品由于不能在產(chǎn)品的工作原理和主要功能方面做出明顯的改進，因此不能算是一個合適的創(chuàng)新課題，大多數(shù)在評審中被淘汰了。二是僅憑在傳媒中撲捉到的某些科技信息，動輒納米航天，超越自己的能力甚至目前的科技水平，提出一些技術(shù)上難以實現(xiàn)的構(gòu)思，最后也只能草草收場。
2.2 開發(fā)過程不規(guī)范
機械產(chǎn)品的開發(fā)過程要經(jīng)歷概念開發(fā)和產(chǎn)品規(guī)劃、詳細(xì)設(shè)計、樣機制作、批量生產(chǎn)等階段，設(shè)計階段還包括方案設(shè)計和技術(shù)設(shè)計。由于沒有經(jīng)過系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)訓(xùn)練，學(xué)生在設(shè)計自己的機械創(chuàng)新作品時，很難嚴(yán)格遵循上述規(guī)范，缺少產(chǎn)品的規(guī)劃和定位，開發(fā)過程中走一步看一步，不能區(qū)分方案設(shè)計和技術(shù)設(shè)計的作用，更不能按照階段任務(wù)去執(zhí)行；沒有階段性目標(biāo)和完整的技術(shù)文件；容易把目光聚集在某些主要功能上，把這些功能的實現(xiàn)過程當(dāng)成整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，忽略整機功能和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。
2.3 計算分析能力不強
據(jù)調(diào)查，專業(yè)知識欠缺是學(xué)生完成機械創(chuàng)新的最大障礙[4]。由于專業(yè)知識不足導(dǎo)致不知道如何開始設(shè)計，或是了解設(shè)計步驟但不會運用設(shè)計理論來解決設(shè)計中遇到的問題，是學(xué)生在創(chuàng)新設(shè)計過程中遇到的最大技術(shù)難題。在上述評選作品中，幾乎沒有看到一份完整的設(shè)計計算說明書，很多設(shè)計甚至沒有機構(gòu)運動簡圖；尺度綜合、運動學(xué)和動力學(xué)分析均存在錯誤，有的作品沒有考慮連桿機構(gòu)運動循環(huán)中的死點，有的甚至不能在靜止?fàn)顟B(tài)下保持平衡。相對而言，學(xué)生針對齒輪、軸、軸承等通用機構(gòu)和零件所進行的設(shè)計計算完成得較好，而對于那些超越課堂學(xué)習(xí)范圍的專業(yè)機械以及動力學(xué)問題的分析計算則力不從心。
3 大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動的指導(dǎo)策略
顧名思義，在大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中，指導(dǎo)教師的作用是“導(dǎo)”和“教”——“導(dǎo)”意味著教師不應(yīng)參與具體的技術(shù)工作，而是恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)學(xué)生自己完成創(chuàng)新設(shè)計；“教”即把創(chuàng)新設(shè)計當(dāng)作一個教學(xué)過程，為人才培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)。有的國內(nèi)專家建議安排一定的創(chuàng)新設(shè)計課程學(xué)時，分配到《機械原理》和《機械設(shè)計》等相關(guān)課程當(dāng)中[5]。因此，無論是從傳授理論知識還是培養(yǎng)專業(yè)技能的角度，都應(yīng)當(dāng)把指導(dǎo)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計當(dāng)作一次教學(xué)活動，按照教學(xué)規(guī)范來實施。
3.1 做好教學(xué)規(guī)劃
指導(dǎo)教師應(yīng)根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計的主題，制定相應(yīng)的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識，學(xué)習(xí)必要的分析計算技能，完成一定的工程訓(xùn)練，讓學(xué)生的工程素質(zhì)得到全面提升。
3.2 引導(dǎo)學(xué)生正確選題
引導(dǎo)學(xué)生圍繞創(chuàng)新設(shè)計主題開展調(diào)研，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出科學(xué)問題，結(jié)合學(xué)生自身的興趣和知識水平擬定合適的創(chuàng)新設(shè)計題目。
3.3 規(guī)范學(xué)生設(shè)計過程
以項目的形式要求學(xué)生按照技術(shù)規(guī)范做好創(chuàng)新設(shè)計規(guī)劃，提出項目實施的技術(shù)路線，合理安排項目進度。指導(dǎo)教師做好技術(shù)審查、進度監(jiān)督工作。
3.4 指導(dǎo)學(xué)生分析計算
分析計算能力是專業(yè)知識的核心內(nèi)容。對于剛剛進入專業(yè)理論學(xué)習(xí)階段的大學(xué)生來說，要求他們具備很強的分析計算能力是不切實際的。因此指導(dǎo)教師要根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，明確提出關(guān)鍵零部件的設(shè)計計算和校核計算項目，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的計算理論和方法步驟，完成項目設(shè)計中的分析計算工作。
需要指出的是：學(xué)生容易把作品的完成當(dāng)作創(chuàng)新活動的終點，這不利于充分發(fā)揮創(chuàng)新設(shè)計活動在人才培養(yǎng)方面的作用。因此指導(dǎo)教師應(yīng)與學(xué)生一起做好項目的總結(jié)歸納工作。一方面，歸納項目創(chuàng)新點和價值，形成技術(shù)成果，讓學(xué)生在創(chuàng)新設(shè)計活動獲得實際利益；另一方面，總結(jié)工作有助于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)體會工作方法，形成工程能力。
4 機械創(chuàng)新設(shè)計活動指導(dǎo)案例與分析
第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽內(nèi)容為“休閑娛樂機械和家庭用機械的設(shè)計和制作”。自行車作為最常見的機械產(chǎn)品，以其為基礎(chǔ)的改造設(shè)計自然成為了很多準(zhǔn)備參賽學(xué)生的首選題目。在這些學(xué)生自發(fā)擬定的題目中，以折疊和變形為創(chuàng)新點的占絕大多數(shù)，與市場上已經(jīng)存在的產(chǎn)品功能重疊，實現(xiàn)方案基本雷同，因此都不適合作為創(chuàng)新設(shè)計題目。針對這個現(xiàn)象，指導(dǎo)老師與學(xué)生一起分析了自行車的功能與大賽的主題，以及可能的創(chuàng)新思路。有一組學(xué)生依據(jù)“仿生法”[6]提出了一種“模擬騎馬運動的娛樂型自行車”的作品構(gòu)思，獲得了指導(dǎo)教師的肯定。
評選出學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計題目之后，指導(dǎo)教師根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容擬定了相應(yīng)的指導(dǎo)教學(xué)方案（表1）。
該方案中，指導(dǎo)教師幫助學(xué)生按照工程項目的形式制定了設(shè)計任務(wù)書，包括明確設(shè)計目標(biāo)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計內(nèi)容、技術(shù)路線、關(guān)鍵問題、進度安排等內(nèi)容的修訂，讓學(xué)生學(xué)會了如何開始和規(guī)劃一個研究課題。
在設(shè)計階段，要求學(xué)生按照方案設(shè)計——技術(shù)設(shè)計的循序，設(shè)計組成員合理分工協(xié)作，分階段完成相應(yīng)的任務(wù)，按照預(yù)定的時間節(jié)點定時匯總更新設(shè)計成果，明確下一階段目標(biāo)。
在創(chuàng)新設(shè)計期間，指導(dǎo)教師不直接參與具體的技術(shù)工作，只是起到了引導(dǎo)思考和質(zhì)量把關(guān)兩個方面的作用，讓學(xué)生通過查閱資料和分析評價，自己完成項目的設(shè)計和計算工作。學(xué)生面對“模擬騎馬運動的自行車”這個課題，一開始并不知道從哪里開始入手。指導(dǎo)老師把設(shè)計內(nèi)容分解為一個個具體的問題，首先讓學(xué)生觀察和分析騎馬時人體的動作要點——身體的起伏、腿和手臂的屈伸、動作的協(xié)調(diào)關(guān)系等；然后考慮這些動作應(yīng)該如何分解？采用哪種機構(gòu)實現(xiàn)這些分解動作？以及機構(gòu)的時序和協(xié)調(diào)，人機工程學(xué)等方面的問題。學(xué)生通過解決這些問題，提出和多個解決方案。指導(dǎo)教師再利用對各方案的技術(shù)經(jīng)濟評價，讓學(xué)生自己選出了方案設(shè)計的最終結(jié)果。
“模擬騎馬運動的娛樂型自行車”參加了第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽并在賽區(qū)獲獎，還獲得國家專利局授予的實用新型專利。參加本項目的學(xué)生后來繼續(xù)開展科學(xué)研究，獲得了學(xué)校大學(xué)生科技項目和廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目的資助。
5 結(jié)語
由于大學(xué)生參加機械創(chuàng)新設(shè)計活動多是被各種科技競賽活動所吸引，因此在指導(dǎo)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動時，在指導(dǎo)思想上除了看到這些競賽活動對機械創(chuàng)新教育的積極促進作用的同時，也要清楚地意識到學(xué)生參加機械創(chuàng)新設(shè)計活動的功利性。功利性目標(biāo)使得一些學(xué)生甚至指導(dǎo)教師只看重結(jié)果不重過程，從而大大削弱創(chuàng)新設(shè)計的人才培養(yǎng)作用。這對這種現(xiàn)象，本文分析了大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中容易出現(xiàn)的失誤和不足，從人才培養(yǎng)的角度提出了相應(yīng)的指導(dǎo)策略，希望能為提高機械專業(yè)大學(xué)生的工程能力有所幫助。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞： 案例教學(xué) 機械 創(chuàng)新設(shè)計
1.案例教學(xué)的定義和應(yīng)用
在商業(yè)、企業(yè)管理中，案例通常被譯作為“個案”、“實例”之意[1]，案例教學(xué)是一種以案例為基礎(chǔ)的啟發(fā)式教學(xué)方法，通常在老師的指導(dǎo)下，通過教師講授基本知識、提出問題、組織學(xué)生討論得到不同的答案、撰寫案例分析報告等過程實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，改善教學(xué)效果，從而提高學(xué)生理論知識水平和解決實際問題能力。案例教學(xué)法起源于美國的哈佛大學(xué)商學(xué)院，首先被運用于法律教學(xué)中，后來被逐漸運用于醫(yī)學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)等學(xué)科，培養(yǎng)了一大批能夠解決實際問題的職業(yè)老板。深圳大學(xué)鐘杏云針對案例教學(xué)進行了問卷調(diào)查，研究表明，案例教學(xué)法與其他傳統(tǒng)教學(xué)法相比優(yōu)勢明顯，最受學(xué)生期待和歡迎[2]。
2.案例教學(xué)的基本流程及注意事項
很多人認(rèn)為案例教學(xué)就是舉例教學(xué)，其實不然，案例教學(xué)是一種系統(tǒng)的教學(xué)活動[3]，通常有四個基本環(huán)節(jié)[4]，并且每個環(huán)節(jié)都有需要注意的地方：
（1）課前準(zhǔn)備，根據(jù)教學(xué)目的確定教學(xué)重點、難點，并結(jié)合學(xué)生的知識背景、學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和心理特點，選擇難易適度、具有挖掘潛力的典型案例[5]。選擇案例時注意精選案例并建立自己的案例庫，案例要新，主題要緊跟時代和經(jīng)濟生活步伐，保持學(xué)生興趣。
（2）小組討論，首先是分組，每組成員控制在5～10人之內(nèi)，討論的問題數(shù)量不宜過多，一般3～4個，討論時可列出問題討論提綱，提前發(fā)給學(xué)生。然后需要意識到案例教學(xué)不是萬能的，在看到它有明顯優(yōu)點的同時，認(rèn)識到它在教學(xué)實踐中存在一些缺陷，如課堂秩序難以維持、討論占據(jù)課堂時間使傳授知識效率不高。為此，教學(xué)中應(yīng)注意案例教學(xué)與傳統(tǒng)講授教學(xué)協(xié)調(diào)配合使用，使教學(xué)內(nèi)容互相補充，既可維持課堂教學(xué)秩序，又可使學(xué)生學(xué)到的知識點更多。
（3）討論后的總結(jié)，討論后，教師需要對案例討論結(jié)果進行歸納、總結(jié)與點評，這是案例教學(xué)的難點，因為案例教學(xué)不注重答案，在于過程，教師能否對學(xué)生的討論結(jié)果進行高度概括與總結(jié)對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與思維方式的培養(yǎng)起關(guān)鍵作用，為了激發(fā)學(xué)生的興趣，點評時應(yīng)采用激勵方式。
（4）撰寫書面總結(jié)報告，寫報告前可通過調(diào)查問卷進行教學(xué)評價，結(jié)合評價結(jié)果來寫，這樣可更有效地把握案例教學(xué)效果，并有利于教學(xué)反思與提高。
3.在機械創(chuàng)新設(shè)計中引入案例教學(xué)的必要性
近年來，我國機械制造業(yè)高速發(fā)展，亟須具有創(chuàng)新能力的機械類應(yīng)用型人才，我國提出從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變這一目標(biāo)，迫切要求提高大學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計能力。目前，國內(nèi)許多高校機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)的教材基本就是“創(chuàng)新設(shè)計理論、創(chuàng)新設(shè)計基礎(chǔ)、創(chuàng)新設(shè)計實例”三大塊內(nèi)容，其中，理論和基礎(chǔ)部分主要講述創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法及相關(guān)例子，實例部分重點是對典型案例進行分析，類似于填鴨式教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，機械創(chuàng)新能力培養(yǎng)與提高受到極大影響。因此，為改善教學(xué)效果，必須改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，采用案例驅(qū)動方式講授相關(guān)內(nèi)容、引導(dǎo)學(xué)生對這些案例進行討論的啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生成為課堂的真正主體。機械創(chuàng)新設(shè)計是一門基于機械原理、機械設(shè)計的工科課程，目前，國內(nèi)外學(xué)者對案例教學(xué)的研究很多，并取得比較大的成效，但在機械創(chuàng)新設(shè)計方面的研究較少，當(dāng)前，國內(nèi)主要通過開展“機械創(chuàng)新設(shè)計大賽”培養(yǎng)大學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計能力，但參與人數(shù)有限，為更好地培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維，可以將案例教學(xué)法應(yīng)用在機械創(chuàng)新設(shè)計課堂教學(xué)中，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式。
4.在機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)中如何開展案例教學(xué)
心理學(xué)認(rèn)為，新鮮的事物對學(xué)生的吸引力較大，與生活緊密關(guān)聯(lián)的事物總能引發(fā)學(xué)生的興趣。國外有的研究表明，案例一般分成3種，第1種提供答案；第2種不提供答案，通過討論得到；第3種為理論型的，目的在于提高學(xué)生的理論水平。在機械創(chuàng)新設(shè)計案例教學(xué)過程中，這三種案例可交叉使用，既可讓學(xué)生增長知識，又不會讓學(xué)生對過多的討論產(chǎn)生厭倦情緒。隨著計算機發(fā)展和多媒體技術(shù)的應(yīng)用推廣，案例教學(xué)內(nèi)容和形式變得更加多樣和豐富，使文本型案例發(fā)展為文本、圖片、視頻一體化的案例，案例形式的改變給課堂教學(xué)注入了新生力量，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。研究表明，人的知識八層以上來源于視覺，其次聽覺，最后是其他事物的影響，故視覺事物對人的學(xué)習(xí)至關(guān)重要[6]。當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達，資源比較豐富，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源和合理應(yīng)用多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教育的重要手段。因此，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)中講述概念時還可以借助機械創(chuàng)新圖片案例或視頻短片案例，將學(xué)生帶入某種生活情境中思考問題，并提出相關(guān)問題引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題，網(wǎng)絡(luò)機械圖片、機械視頻短片、機械創(chuàng)新設(shè)計比賽獲獎作品視頻等都是很好的案例材料，比較容易收集，教學(xué)中完全可以利用起來，當(dāng)然，這些案例在課堂上需要結(jié)合教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)入，并由問題引入引導(dǎo)學(xué)生思考。
5.機械創(chuàng)新設(shè)計案例分析實例
我校被江西省教育廳列為省內(nèi)十所應(yīng)用型本科試點高校之一，為加快轉(zhuǎn)型發(fā)展步伐，全校不斷深化課程改革，倡導(dǎo)案例教學(xué)。在機械創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)當(dāng)中，通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今大學(xué)生比較喜歡生活中的機械裝置，因此收集了大量貼近于生活的機械創(chuàng)新圖片案例和視頻案例，建立了案例庫，并用于教學(xué)過程，通過案例講述相關(guān)概念，取得了較好的教學(xué)效果。所用案例當(dāng)中，有直接給出答案的，有不提供答案通過討論得到的，還有發(fā)展理論型的，最終目的是增長學(xué)生的機械創(chuàng)新知識，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，下面列舉兩個機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)案例：
案例一：講授組合創(chuàng)新設(shè)計方法時，首先提出問題“下雨的夜晚，在沒有路燈的情況下，需要攜帶什么工具便于出行”，以這類生活問題作為教學(xué)切入點，同時引入夜晚下雨的情景圖片，將學(xué)生帶入這一情境之中，這時有學(xué)生想到雨傘與手電筒，然后提出疑問“雨傘與手電筒一般需要兩只手操作，如果身上還有行李箱，不便于手持手電，如何解決此類問題呢”？經(jīng)過十分鐘的討論，就有了結(jié)果，其中一學(xué)生提出“可把手電筒裝在傘的手柄上”，話語剛落，馬上又有一學(xué)生提出“將手電加上某裝置固定在頭上”，還有一學(xué)生說“將雨傘固定在人的肩膀上”，當(dāng)然還有學(xué)生提出其余想法，這里不再一一描述，最后點評“其實解決的方法很多，這些方法都能解決實際問題，但方法1，可以將兩種東西變?yōu)橐环N東西，方便實用”，這時學(xué)生一片歡呼，課堂氣氛活躍，答對的小組都有一種成就感，感覺創(chuàng)新不難。通過這個案例的講解，既開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，又讓學(xué)生懂得了機械組合創(chuàng)新的概念，特別是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
案例二：講授“逆向思維”內(nèi)容時，先不講概念，而是在課件上導(dǎo)入動物園的老虎，并有游客觀看的圖片，讓學(xué)生想到“一般的動物園老虎是關(guān)起來的，人在鐵欄外面觀看”的生活常識，然后提出問題“老虎會因為被人控制而表現(xiàn)不出其野性，如何讓人靠近老虎使人能夠接近老虎，又不驚嚇到老虎，而且更好地看到老虎的本性”？這個問題激起學(xué)生的好奇心，頓時課堂討論氣氛活躍，當(dāng)然這個問題可能需要點時間思考，為了節(jié)約課堂時間并啟發(fā)學(xué)生思考，通過多媒體展示動物世界里老虎的相關(guān)視頻，引導(dǎo)學(xué)生站在拍攝者的角度思考問題，很快有學(xué)生提出“可用電視劇組用的攝像裝置近距離拍攝”，又有學(xué)生提出“用直升機觀看”，還有同學(xué)提出“拆除限制老虎活動范圍的鐵欄，讓人進入鐵籠車中，讓車開進動物園，讓老虎來看人，人在鐵籠車上看老虎”，最后點評“這些方法都是可行的，但是方法1和2成本較高，方法3比較可行，人可看老虎，同樣又可反過來老虎看人”。通過這個問題的思考與討論，學(xué)生懂得了逆向思維這個概念，學(xué)會了如何通過逆向思維解決實際問題，從而為講授“創(chuàng)新思維”其余內(nèi)容提供理論基礎(chǔ)。為了加深學(xué)生對這部分知識的理解，并將其應(yīng)用在生活中，再次提出問題“以前檢修車輛一般都是人趴在車底下，那現(xiàn)在用什么方式？以前搶修線路人爬電線桿，現(xiàn)在用什么”？經(jīng)過一番思考與討論，這時有的學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗告訴大家“檢修車輛時，小車一般會被架起來，修大車時人一般會在修車坑里操作”，“搶修電線現(xiàn)在都用升降裝置將工人升到相應(yīng)高度”，最后點評“從大家的答案可知，大家的生活經(jīng)驗不錯，可以想到這些問題的答案，在這門課中，這些都是創(chuàng)新方法知識的應(yīng)用實例”。課堂教學(xué)在這樣一個案例討論過程中進行，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，都能積極思考與討論。
通過案例教學(xué)在機械創(chuàng)新設(shè)計課程中的實施，可將機械創(chuàng)新理論知識與生活、生產(chǎn)實際相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變枯燥的教學(xué)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。在近幾年機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)中實施案例教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果，先前的上課模式、概念和理論致使很多同學(xué)低頭上課，自采用案例教學(xué)法后，上課氣氛活躍，學(xué)生積極參與創(chuàng)新實踐，學(xué)生作品在第六屆全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽上獲江西賽區(qū)二等獎，還獲得了國家實用新型專利，在全國第七屆全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中榮獲江西省一等獎兩項，其中有一項被推薦參加全國賽，通過初評已確定獲得全國二等獎。
6.結(jié)語
機械創(chuàng)新設(shè)計對學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計能力起著關(guān)鍵作用，本文闡述了案例教學(xué)的意義及對機械創(chuàng)新設(shè)計課程的作用，并結(jié)合教學(xué)實例探討案例教學(xué)實施過程，提出了在課堂上根據(jù)機械創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)目標(biāo)引入不同形式的與理論知識相關(guān)的案例，有效組織學(xué)生討論的案例教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，改善教學(xué)效果，最終提高學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計能力。
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自動機械是指自動化程度較高的機械系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容與“機械系統(tǒng)設(shè)計”類似。要培養(yǎng)創(chuàng)新能力，必須先具備堅實的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方法，因此我們根據(jù)自動機械與一般的機械系統(tǒng)相比，有自動化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，在教學(xué)內(nèi)容上以自動機械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容展開，著重共性問題，力求照顧到系統(tǒng)性和完整性，深入闡述了自動機械設(shè)計中普遍性的理論問題，重點分析自動機械中普遍應(yīng)用的機構(gòu)、裝置的設(shè)計原理和方法以及現(xiàn)代控制技術(shù)，注重機械設(shè)計與現(xiàn)代機械設(shè)計理論和方法相結(jié)合，同時列舉了大量實例，力求做到理論聯(lián)系實際，突出專業(yè)特色和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。課程內(nèi)容不僅體現(xiàn)傳統(tǒng)的機械及其設(shè)計方法，還體現(xiàn)了現(xiàn)代自動機械及其制造技術(shù)的新進展和現(xiàn)代設(shè)計方法的新應(yīng)用，注重教學(xué)內(nèi)容的更新。我們主要參考了崔久浩的“自動機械設(shè)計”一書，編輯出版了“自動機械設(shè)計”教材，在基本內(nèi)容上比一般的“機械系統(tǒng)設(shè)計”教材更全面和豐富。在教學(xué)中，力求把發(fā)明創(chuàng)新意識貫穿于整個教學(xué)過程。教學(xué)過程中除了上述主要內(nèi)容外，充分利用多媒體教學(xué)手段，通過大量的自動機械和機構(gòu)的工作視頻和照片提高教學(xué)效率，創(chuàng)造視覺的新感受，增強感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，同時有效提高了教學(xué)效果和學(xué)生的知識面。在教學(xué)過程中，注重自動機械各組成部份的基本工作原理、結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計方法，淡化理論模型和推導(dǎo)。利用啟發(fā)式、提問式、反問式等方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和想象力，提高綜合應(yīng)用所學(xué)知識進行機械設(shè)計、探索新知識、新技術(shù)、開發(fā)新的機械產(chǎn)品的能力和水平。推薦并組織學(xué)生觀看中央電視臺的“我愛發(fā)明”節(jié)目，提高發(fā)明創(chuàng)造的興趣，學(xué)習(xí)發(fā)明創(chuàng)造的一般思路和方法。支持鼓勵學(xué)生參與教師發(fā)明專利的申請工作。增加課堂討論環(huán)節(jié)，設(shè)計能激發(fā)學(xué)生發(fā)明創(chuàng)新意識的討論題。例如：原理方案設(shè)計時，每組提出至少3種機器，每種機器采用兩種以上的原理實現(xiàn)其功能。總體設(shè)計時，以小型代步工具為例，不限定條件，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，分組提出方案并討論其特點和可行性。在講述執(zhí)行機構(gòu)有關(guān)內(nèi)容時，讓學(xué)生提出分解用機器代替手工操作的動作，并提出可能實現(xiàn)這些動作的機構(gòu)或組合機構(gòu)并加以比較。在講間歇機構(gòu)和供料機構(gòu)時，提示學(xué)生生活中可能應(yīng)用的場合并讓學(xué)生注意觀察后，討論為什么在此場合會應(yīng)用此機構(gòu)，是否可用其他機構(gòu)代替，如果能用其他機構(gòu)代替，就有可能創(chuàng)新發(fā)明新的裝置或機器。另外，鼓勵學(xué)生參加山東省機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽等各類校、省、全國創(chuàng)新大賽，并可在討論課中做專題討論論證方案，指導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性開發(fā)新的機械產(chǎn)品。在歷年“山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽”中獲得了多個一等獎，在其他創(chuàng)新競賽中也屢創(chuàng)佳績。
二、考試考核方式的多樣化
考試考核目標(biāo)是使學(xué)生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎(chǔ)上，增強職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強創(chuàng)新意識和實踐能力的高技能人才。考試考核以有利于學(xué)生運用知識能力、實際工作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方法的改變?yōu)橹笇?dǎo)思想，使教學(xué)工作的重點落實到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和自身素質(zhì)的提高上。為了激勵學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新性，筆者設(shè)計了以下考試考核方式。
1.大作業(yè)。分組整理討論課中的討論結(jié)果以及新的創(chuàng)新想法方案形成大作業(yè)，內(nèi)容可是完整機械，也可是關(guān)鍵機構(gòu)、部件；時間可從課程開始到最后筆試之前，期間還可通過郵件、QQ和微信以及校核心課程網(wǎng)等及時得到教師的指導(dǎo)。
2.答辯式。建立具有綜合性、適宜答辯的試題庫，成立答辯小組，答辯小組由至少3位教師組成，可包括助課研究生。考核時每個學(xué)生按順序先后隨機抽取題目，準(zhǔn)備10分鐘。準(zhǔn)備時可翻閱參考資料以及和同學(xué)討論，此時學(xué)生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學(xué)生掌握該知識，也使參與討論的學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了考題中的知識點，每個學(xué)生表面上是考核自己抽到的有限的考題，實際上在整個考核過程中，參與了幾乎全部學(xué)生的考題準(zhǔn)備，從而將考試變成了學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)、交流、鞏固所學(xué)內(nèi)容的過程，學(xué)生不再是應(yīng)付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學(xué)生綜合利用所學(xué)知識、收集資料、口頭表達的能力以及答辯和應(yīng)變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學(xué)生的收益是全方位的。
3.筆試。筆試在課程結(jié)束后，時間由學(xué)校統(tǒng)一安排，主要考核基本概念和理論。創(chuàng)新發(fā)明必須在掌握扎實的機械設(shè)計基本概念和理論基礎(chǔ)上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機械生產(chǎn)率的概念、評價工作性能的指標(biāo)等。
三、緊密結(jié)合實際應(yīng)用的課程設(shè)計
課程設(shè)計是自動機械設(shè)計課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生獨立運用所學(xué)知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學(xué)步驟，為學(xué)生將來從事工程技術(shù)工作和畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可將所學(xué)的自動機械設(shè)計知識應(yīng)用于設(shè)計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學(xué)效果的環(huán)節(jié)。因此，我們要緊密結(jié)合實際應(yīng)用進一步加強培養(yǎng)學(xué)生的機械創(chuàng)新能力，使學(xué)生在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新性想法得以進一步實現(xiàn)，距實際應(yīng)用更進一步。注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、綜合設(shè)計能力與團隊協(xié)作精神。
1.課程設(shè)計內(nèi)容。在自動機械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)通常為選型設(shè)計，包括在總體設(shè)計的內(nèi)容中，不單獨作為課程設(shè)計題目，控制系統(tǒng)涉及電氣電子液壓、計算機等相關(guān)的學(xué)科知識較深，在課程設(shè)計中我們將這部分作為選做內(nèi)容。因此，課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和總體設(shè)計三種。比較復(fù)雜的機械3個人一組，自由組合，每人主要負(fù)責(zé)一部分內(nèi)容，其中總體設(shè)計的學(xué)生由小組成員推薦選舉產(chǎn)生并擔(dān)任組長，除了自己承擔(dān)的內(nèi)容外還要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)3個人的方案應(yīng)能滿足整機的任務(wù)書要求，完整一致。各種題目的具體內(nèi)容如下是。（1）自動機械總體方案設(shè)計。①根據(jù)給定機械的工作要求，確定實現(xiàn)功能要求的原理方案。②根據(jù)原理方案確定工藝方案。③確定工作循環(huán)時間，擬定機械的工作循環(huán)圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結(jié)構(gòu)來設(shè)計機架。（2）執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析確定工藝操作動作、順序、運動形式和運動規(guī)律。②擬定機構(gòu)的選型與組合方案，提出多個方案分析并選擇最佳的。③機構(gòu)的設(shè)計計算，主要構(gòu)件的運動分析、仿真等。④機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫機構(gòu)簡圖，包括運動軌跡、極限位置圖。（3）自動機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析工藝操作動作、各機構(gòu)運動形式和運動規(guī)律選擇動力機。②確定傳動機構(gòu)方案和采用的傳動形式，分析傳動效率和傳動精度，提出多個方案并分析選擇最佳的。③傳動比分配、設(shè)計計算，主要零件的強度校核。④傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
2.課程設(shè)計題目。筆者精心設(shè)計了多于學(xué)生人數(shù)的課程設(shè)計題目和相應(yīng)的任務(wù)書，制定了課程設(shè)計大綱和指導(dǎo)書。學(xué)生選題具有靈活性，可從給定的題目中選題，也鼓勵自選題目。學(xué)生自選題目要經(jīng)過論證方可作為課程設(shè)計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創(chuàng)新競賽題目緊密結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽每年暑期進行，而自動機械課程設(shè)計正好是每學(xué)年的第二學(xué)期，可以說這個學(xué)期是學(xué)生申請準(zhǔn)備方案、進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段。采取提前選題的方法可以使學(xué)生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設(shè)計方案，使自動機械課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)不局限于培養(yǎng)方案中設(shè)置的1周時間，有效地提高了課程設(shè)計的質(zhì)量和效果，有些題目最后還申請了發(fā)明專利。“用于大粒種子的精密排種器”、“家用瓜子去皮機”、“頂尖可收集式仿形棉花打頂機”等項目就獲得了山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽的一等獎。
四、結(jié)語
關(guān)鍵詞 機械原理 科技創(chuàng)新活動 創(chuàng)新設(shè)計能力
中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.10.054
The Exploration of Mechanical Principle Course Teaching Based on
Extracurricular Technological Innovation Ability
WEI Junying， WANG Jidai
（College of Mechanical and Electronic Engineering， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590）
Abstract Aimed at the mechanical principle course teaching situation and existing problem， extracurricular technological innovation ability should be paid attention such as taking part in teacher's scientific research projects and technological innovation competition to combining mechanical principle knowledge with technological innovation. In this way teaching activities are implemented which has obtained good effect and improved students' ability in innovation design.
Key words mechanical principle; technological innovation ability; innovative design ability
指出“謀創(chuàng)新就是謀未來”，“科技發(fā)展的方向就是創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新”。面對復(fù)雜的國內(nèi)外形勢以及我國的改革環(huán)境和發(fā)展任務(wù)，“創(chuàng)新”已經(jīng)成為21世紀(jì)產(chǎn)品的重要“代言人”。作為培養(yǎng)人才的高等教育領(lǐng)域，高度重視學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力培養(yǎng)，努力培養(yǎng)出高等創(chuàng)造型人才是高校教師責(zé)無旁貸的責(zé)任。①
機械原理主要研究機構(gòu)組成原理、常用機構(gòu)的特點及應(yīng)用與設(shè)計、機構(gòu)運動學(xué)及機構(gòu)動力學(xué)、機械系統(tǒng)的方案設(shè)計等問題，②是學(xué)生掌握設(shè)計能力、提高創(chuàng)新思維的重要知識基礎(chǔ)，因此，有著其他課程不可代替的作用。③
1 機械原理教學(xué)現(xiàn)狀
機械原理是高等院校機械類專業(yè)的一門十分重要的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，這門課程的主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識和了解機械、為機械類有關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，更重要的是為機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計、現(xiàn)有機械的合理使用和革新改造打下良好基礎(chǔ)。
目前，在機械原理的教學(xué)過程中，教師一般較為注重于去“教”機構(gòu)原理、運動學(xué)及動力學(xué)分析這些基本知識。通常老師講解得仔細(xì)透徹，但學(xué)生往往自主學(xué)習(xí)能力不強、不夠積極，且機械原理有些知識比較抽象，很多學(xué)生頭腦中對一些機構(gòu)沒有感性認(rèn)識，因此往往不能很快掌握、進而問題遺留拖延，導(dǎo)致積累更多問題，課堂效率低下。④
1.1 課堂理論教學(xué)與工程實踐脫節(jié)
目前，我校機械原理的教學(xué)模式仍然偏重于理論知識的教學(xué)，且學(xué)生對課程中涉及到的常用機構(gòu)普遍缺少直觀認(rèn)識，因此對一些內(nèi)容不能做到很好理解。機械原理是機械類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于不能將課堂上學(xué)到的原理知識與實踐相結(jié)合，因此很多學(xué)生對老師講解的知識難以理解，很難打好機械入門的基礎(chǔ)。盡管機械原理課程也有相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)安排，例如認(rèn)識機構(gòu)、機構(gòu)運動簡圖繪制等，但多數(shù)學(xué)生基本上走馬觀花，對機構(gòu)認(rèn)識很膚淺，仍然不能與課堂上學(xué)過的機構(gòu)、原理聯(lián)系起來，故實驗效果很差。
機械原理目前多采用多媒體教學(xué)輔助教學(xué)，在課件中也有大量機構(gòu)及其原理的應(yīng)用實例，但由于課堂教學(xué)學(xué)時有限，有些學(xué)生沒有生活、生產(chǎn)中機構(gòu)的實際應(yīng)用概念，故不能很好地將這些實例與理論知識聯(lián)系起來，這些都造成了理論教學(xué)與工程實踐的脫節(jié)。
1.2 機械原理知識不能融入到創(chuàng)新設(shè)計中
機械原理課程中，有些內(nèi)容是比較枯燥的，在授課過程中如果不能激發(fā)學(xué)生的興趣和能動性，那么學(xué)生對課程知識的掌握就更加不理想。機械原理課程是設(shè)計道路上的第一道關(guān)口，學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力是機械原理教學(xué)中很重要的環(huán)節(jié)。很多學(xué)生有許多新穎的構(gòu)思和創(chuàng)新的思想，但教師不能很好地引導(dǎo)他們將機械原理理論知識融入到創(chuàng)新設(shè)計中，不能開拓他們的創(chuàng)新思維，因此學(xué)生不能充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性思維，不能將課堂上學(xué)到的知識靈活應(yīng)用于實踐中。
2 改變教學(xué)模式，利用各種課外科技創(chuàng)新設(shè)計活動提高創(chuàng)新設(shè)計能力
目前，國內(nèi)外高校都十分重視培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，我校機械原理課程建設(shè)結(jié)合理論知識與工程實踐之間的密切聯(lián)系，突出了對學(xué)生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)造性思維及創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。在創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)方面，特別提出通過參與教師科研項目、科技創(chuàng)新模塊等加強對學(xué)生能力的培養(yǎng)。⑤
2.1 教學(xué)模塊突出創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)
機械原理課程教學(xué)模塊分為兩大主要模塊：課堂理論教學(xué)模塊與實踐教學(xué)模塊。
在課堂教學(xué)模塊中，動力設(shè)計模塊、機構(gòu)設(shè)計模塊為機械原理的基礎(chǔ)模塊，通過其學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握機械原理機構(gòu)分析、機構(gòu)設(shè)計的基本原理和方法。另外，綜合設(shè)計模塊是前兩個模塊的延伸和提高，主要進行機械系統(tǒng)方案的設(shè)計，要求學(xué)生在所學(xué)機械原理理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種實踐經(jīng)驗，充分發(fā)揮個人主觀能動性及想象力，靈活運用現(xiàn)代設(shè)計理論和方法、技巧，設(shè)計出新穎獨特、節(jié)能高效、緊湊靈巧的機械系統(tǒng)，這些對于培養(yǎng)工科機械類專業(yè)學(xué)生的綜合設(shè)計水平、創(chuàng)新設(shè)計能力有尤為重要的意義。
在實踐教學(xué)方面，包含實驗教學(xué)模塊、課程設(shè)計模塊和科技創(chuàng)新模塊。前兩個模塊注重對學(xué)生機械原理基本知識的實踐掌握和鞏固，科技創(chuàng)新模塊則注重于鼓勵、支持學(xué)生參加政府、教育廳等各部門舉辦的各類科技創(chuàng)新競賽活動，將所學(xué)理論知識應(yīng)用到實踐中，以提高他們創(chuàng)新設(shè)計的能力。
2.2 科研項目多參與
在機械原理課堂教學(xué)中，把教師的科研項目、科技創(chuàng)新的理念融入其中，加強對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。根據(jù)自己的科研項目開展相關(guān)機構(gòu)創(chuàng)新的教學(xué)內(nèi)容，例如在學(xué)習(xí)平行四邊形機構(gòu)時，結(jié)合科研項目碼垛機器人手臂、鋼制容器壁面爬行機器人手臂的研究，使學(xué)生加深對平行四邊形機構(gòu)運動特征、應(yīng)用、設(shè)計及其存在問題的深入理解，鼓勵學(xué)生將所學(xué)機械原理理論知識與科研項目中實際設(shè)計結(jié)合起來，這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)機械原理的興趣，掌握、鞏固并應(yīng)用了所學(xué)的理論知識，又極大提高了創(chuàng)新設(shè)計能力和工程實踐能力。
2.3 課外科技創(chuàng)新競賽活動多參與
為了提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，學(xué)校建立了三個層次的大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的組織機構(gòu)和保障、各種獎勵措施對學(xué)生的課外科技活動提供制度及物質(zhì)保障。⑥其中，第一層次為學(xué)生科技創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)小組，由學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能部門牽頭，另外由各領(lǐng)域知名專家教授組成，負(fù)責(zé)課外科技創(chuàng)新活動的發(fā)展規(guī)劃和開展、籌集活動資金、工作協(xié)調(diào)及評比表彰等;第二層次為教學(xué)管理與服務(wù)組織，主要由學(xué)校教務(wù)處、科研處等具體實施、監(jiān)控部門以及各二級學(xué)院的教學(xué)管理部門組成，負(fù)責(zé)課程教學(xué)過程的具體設(shè)計和組織實施、質(zhì)量監(jiān)控等;第三層次為課外科技創(chuàng)新活動組織實施，由共青團、學(xué)生會、各類學(xué)生社團等組成，負(fù)責(zé)課外科技創(chuàng)新實踐活動的規(guī)劃與具體實施。學(xué)校相關(guān)部門制定各類科技活動及競賽獎勵辦法，依據(jù)參加賽事級別及獲得獎項名次等級及時給予相應(yīng)的表彰與獎勵。
通過這些課外科技活動組織、保障措施和激勵機制，能持續(xù)鼓勵、支持保障學(xué)生參加各類課外科技創(chuàng)新實踐活動，如山東省挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽、山東省大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽。學(xué)生根據(jù)競賽主題與相關(guān)要求，結(jié)合所學(xué)理論知識，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性思維進行構(gòu)思設(shè)計，構(gòu)建產(chǎn)品的虛擬樣機或?qū)嵨锬Ｐ停瑢⒗碚撆c實踐結(jié)合，極大提高了創(chuàng)新設(shè)計和工程實踐的能力。
3 各類課外科技創(chuàng)新設(shè)計實踐活動成果
目前，各種科技創(chuàng)新競賽活動已成為大學(xué)生素質(zhì)教育的重要項目。在課題組相關(guān)老師參與及指導(dǎo)下，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)機械原理課程過程中或者結(jié)束該課程后，積極參加各種創(chuàng)新設(shè)計競賽。在近幾年參與大賽中，取得全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中二等獎2項，全國大學(xué)生過程裝備創(chuàng)新與實踐大賽中二等獎1項、三等獎2項;在第十四屆山東省挑戰(zhàn)杯學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得特等獎并推薦進入國賽;山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽中獲一等獎9項、山東省大學(xué)生首屆科技創(chuàng)新大賽一等獎1項、山東省電子產(chǎn)品設(shè)計大賽中獲得一等獎1項等等。這些榮譽和獎項極大鼓舞了大學(xué)生們參加科技創(chuàng)新實踐活動的積極性，提高了他們學(xué)習(xí)機械原理等課程的興趣，更重要的是提高了將理論知識與實踐相結(jié)合的能力、創(chuàng)新設(shè)計的能力。
4 結(jié)語
創(chuàng)新設(shè)計能力是工科機械類專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。本文分析了機械原理課程教學(xué)現(xiàn)狀及其存在問題，提出在教學(xué)過程中融入創(chuàng)新設(shè)計，將科技創(chuàng)新實踐與教學(xué)活動相結(jié)合，鼓勵支持學(xué)生參與教師科研項目、參加各類科技創(chuàng)新競賽。通過在教學(xué)活動中實踐，極大提高了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計與工程實踐的能力，取得了預(yù)期效果。
注釋
① 袁愛霞，高中庸，李寶靈.機械原理與機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J].高教論壇，2007（6）：78-79.
② 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2006.
③ 侯莉俠，侯俊才，郭紅利等.在機械原理課程教學(xué)中引入創(chuàng)新設(shè)計的探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2014（24）：139-140.
④ 巫海平.機械原理教學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計相結(jié)合的實踐與探索[J].職業(yè)技術(shù)，2013（6）：149-150.
關(guān)鍵詞：按摩椅；機械傳動系統(tǒng)；同步按摩；曲軸傳動系統(tǒng)；偏心輪系統(tǒng)；模擬人手系統(tǒng)
中圖分類號：TS665
文獻標(biāo)識碼：A
文章編號：1009-2374（2012）24-0018-02
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，隨之而來的工作壓力也在不斷加大，使得人們對自身健康愈加關(guān)注，長期久坐會引起背部疼痛僵硬，按摩椅作為一種消除疲勞的保健醫(yī)療器械越來越受到消費者的歡迎，尤其是自動按摩椅的出現(xiàn)，大大提高了其使用的舒適性，這對其內(nèi)部機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。通過市場的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)雖然目前市場上有許多按摩設(shè)備，但他們不是性能單一就是價格昂貴，比如一臺榮康按摩設(shè)備需要一萬多塊。基于此本方案通過對當(dāng)前使用的按摩椅機械部分進行了創(chuàng)新設(shè)計與改進集成，研究出了一種基于按摩椅機械傳動系統(tǒng)部分的創(chuàng)新設(shè)計思路。
1 按摩椅總體設(shè)計思路
根據(jù)對市場按摩椅調(diào)查結(jié)果的研究，采用創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計后，我們提出了一種基于按摩椅機械部分創(chuàng)新設(shè)計結(jié)構(gòu)，其機械結(jié)構(gòu)主要包括以曲軸實現(xiàn)多種動力同步傳動的曲軸傳動系統(tǒng)、實現(xiàn)腰部三維立體按摩的偏心輪系統(tǒng)與實現(xiàn)肩部揉捏的模擬人手系統(tǒng)等三種創(chuàng)新思路，圖1所示的為按摩椅的外觀三位模型及關(guān)鍵部位圖示。針對市場的按摩椅調(diào)查研究，采用創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計完成了按摩椅的機械傳動部分的實現(xiàn)，該按摩椅功能特點主要體現(xiàn)在頸部、肩部、背部、腰部等部位動力傳動與按摩機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計。通過直流電機驅(qū)動減速器以及其他輔助結(jié)構(gòu)運動最終帶動曲軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，曲軸主要分為兩路動力傳遞，一路是通過本身的中間凸起部分帶動肩部仿真人手系統(tǒng)做來回往復(fù)運動；另外一路主要通過與錐齒輪以及蝸輪蝸桿實現(xiàn)動力傳遞方向的改變，帶動頭部、背部與腰部斜偏心輪系做循環(huán)往復(fù)運動。按摩椅的其他部分，諸如傳動系統(tǒng)控制原理以及電動機等電路元件的安裝可以根據(jù)使用者的需要進行常規(guī)選取，其工作原理設(shè)計流程圖如圖2所示。
2 基于機械傳動系統(tǒng)按摩椅總體設(shè)計方案
2.1 曲軸傳動系統(tǒng)實現(xiàn)多種動力傳遞
如圖3所示為系統(tǒng)核心傳動部分即曲軸傳動系統(tǒng)。背部按摩系統(tǒng)有一個電動機提供動力，電動機通過減速器將動力傳遞給曲軸。曲軸連接的按摩機構(gòu)分為頸部、肩部、背部和腰部按摩機構(gòu)，頸部通過錐齒輪傳動，帶動頸部按摩頭對頸部按摩；肩部與曲軸彎曲凸起部分連接，實現(xiàn)肩部按摩機構(gòu)對肩部揉捏功能；背部按摩是通過蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)兩根橫軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動橫軸上的橢圓輪對背部實現(xiàn)敲打功能；腰部按摩也是通過蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)橫軸的轉(zhuǎn)動，這根軸上由兩個橢圓輪和兩個偏心圓輪組成，橢圓輪是對腰后部實現(xiàn)輕微敲打功能，偏心圓輪是對腰部兩側(cè)的按摩。曲軸系統(tǒng)的使用在對身體起到不同部位同步全面按摩的同時，也起到了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用。當(dāng)然由于按摩椅機械部分采用單軸動力傳動系統(tǒng)，使得按摩椅不能單獨使用某一部分的按摩功能，因此方案中的設(shè)計結(jié)構(gòu)主要針對需要經(jīng)常性用于全身按摩的場合，相比現(xiàn)有按摩椅的復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有更大的使用價值。
2.2 偏心輪系統(tǒng)實現(xiàn)腰部三維立體按摩
如圖4所示的腰部偏心輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中偏心圓輪是針對腰部的按摩機構(gòu)。偏心圓輪是兩個對稱圓餅在橫軸上呈非90?且偏心安放，當(dāng)曲軸通過蝸輪蝸桿機構(gòu)帶動橫軸轉(zhuǎn)動時，偏心圓輪轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中人的腰部處于轉(zhuǎn)輪中的位置不斷改變，偏心輪將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為對腰部左右擠壓運動，且對腰部的擠壓力不斷周期性變化，同時可以通過控制電機的轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)對按壓力大小的控制，通過腰部兩側(cè)的對稱偏心輪前后、左右和上下全方位的運動以實現(xiàn)三維立體的按壓按摩效果，有效地緩解肌肉疲勞。
2.3 模擬人手系統(tǒng)實現(xiàn)對肩部的揉捏
如圖5所示，肩部采用彎曲軸帶動桿件前后運動，該處兩個按摩桿件之間安裝有彈簧（圖中未標(biāo)出），當(dāng)連接在上面的桿件向后運動時，兩個按摩機構(gòu)在空心柱的阻擋下互相靠近，此時彈簧被壓縮；當(dāng)連接桿件向前運動時，兩個按摩桿件由于彈簧的作用而張開，按摩機構(gòu)的前后運動、上下張合運動就形成了類似于人手的揉捏靈活運動，同時按摩桿件上各點由于旋轉(zhuǎn)造成的線速度不同，使得各點產(chǎn)生周期性變動的擠壓力。
3 結(jié)語
本方案提出的設(shè)計思路主要針對人體的幾個關(guān)鍵部位進行有效按摩，產(chǎn)品多個部分的設(shè)計達到健康、休閑和娛樂于一體的功能，并具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點。
本方案主要有以下創(chuàng)新點：頸肩部采用的按摩機構(gòu)能夠仿真手一樣自由靈活地進行揉捏按摩，即按摩機構(gòu)的構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)上下、前后運動；腰部、腿部和腳部按摩部位的斜置安裝的偏心輪能夠?qū)崿F(xiàn)前后、左右和上下全方位的運動，使人體實現(xiàn)三維方向的按摩，以滿足人的不同需求。
參考文獻
[1] 廖漢元，孔建益．機械原理[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2008．
[2] 濮良貴，紀(jì)名剛．機械設(shè)計[M]．北京：高等教育出版社，2006．
關(guān)鍵詞：中職學(xué)生；機械專業(yè)；創(chuàng)新思維；培養(yǎng)
知識經(jīng)濟是以知識創(chuàng)新為動力的經(jīng)濟。誰在知識創(chuàng)新中領(lǐng)先，誰就能在經(jīng)濟競爭中占據(jù)優(yōu)勢。新的時代給我們教育發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，對人才素質(zhì)提出了新的要求。在中職機械專業(yè)教學(xué)中，教師要不斷培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新設(shè)計能力，積極促進學(xué)生的全面發(fā)展。
一、培養(yǎng)機械專業(yè)創(chuàng)新思維是現(xiàn)實所需
培養(yǎng)中職學(xué)校機械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維對于學(xué)生的全面發(fā)展具有重要意義。首先，機械專業(yè)創(chuàng)新思維有利于增強學(xué)生的開拓精神。調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)的積極性，學(xué)生可以提高對學(xué)習(xí)的興趣，自我表現(xiàn)的欲望也會更強。其次，機械專業(yè)創(chuàng)新思維有利于提高學(xué)生的自我認(rèn)識。在此過程中，學(xué)生能逐漸認(rèn)識到機械專業(yè)的學(xué)習(xí)是自己的職業(yè)興趣。再次，機械專業(yè)創(chuàng)新思維有利于學(xué)生的人格完善。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維有助于培養(yǎng)學(xué)生健康積極向上的心理狀態(tài)，合理充分地安排各種科技創(chuàng)新教育活動，使學(xué)生積極參加課余文化活動。最后，培養(yǎng)機械專業(yè)創(chuàng)新思維能促進學(xué)生職業(yè)技能的提高。在培養(yǎng)機械專業(yè)的創(chuàng)新過程中，可以幫助學(xué)生建立扎實專業(yè)或者學(xué)科基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計能力、綜合設(shè)計能力與協(xié)作精神；加強學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和工程實踐的訓(xùn)練，提高機械創(chuàng)新、設(shè)計、制作的實踐工作能力，吸引、鼓勵廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動，為培養(yǎng)優(yōu)秀人才創(chuàng)造條件。
然而，考慮到機械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新意識不強，長期以來在機械專業(yè)實習(xí)教學(xué)過程中，教師只注重學(xué)生專業(yè)技能的訓(xùn)練，在很大程度上忽略了對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，教師在具體教學(xué)時，往往習(xí)慣于從教師的角度出發(fā)，學(xué)生的技能訓(xùn)練幾乎都是按照教師制定的操作要領(lǐng)、工藝方案進行的，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。過分重視學(xué)習(xí)成績的優(yōu)劣，評判學(xué)生的操作方法和工藝方案，設(shè)定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案，嚴(yán)重扼殺了學(xué)生與生俱來的好奇心、想象力和創(chuàng)造意識。同時，很多學(xué)生因循守舊地一味服從、模仿，形成一種機械式解決問題的方式，不利于學(xué)生創(chuàng)造性的培養(yǎng)。
二、加強中職生機械專業(yè)創(chuàng)新思維培養(yǎng)的措施
1.完善專門課程設(shè)立
設(shè)立機械創(chuàng)新設(shè)計類專門課程可相對系統(tǒng)地介紹創(chuàng)新設(shè)計的知識和方法，提高創(chuàng)新意識，開發(fā)創(chuàng)造力。目前，不少學(xué)校在機械設(shè)計系列課程中增設(shè)了“機械創(chuàng)新設(shè)計”，通過系統(tǒng)地介紹機械創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)知識、機械創(chuàng)新設(shè)計的理論及方法、機械創(chuàng)新設(shè)計的實例等內(nèi)容，使學(xué)生了解新機構(gòu)、新機器創(chuàng)造發(fā)明的普遍規(guī)律及實用方法的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，拓寬學(xué)生的知識面，開闊他們的技術(shù)視野，同時通過課程的實踐性環(huán)節(jié)和創(chuàng)新成果的技術(shù)分析，幫助學(xué)生積累一些機械創(chuàng)新經(jīng)驗和新機構(gòu)、新機器實用性創(chuàng)新結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)資料。
2.注重提高創(chuàng)新能力
機械專業(yè)系列課程具有獨特的內(nèi)容和地位，在其中滲透創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有利于提高學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力。首先，機械基礎(chǔ)系列課程中包含著很多創(chuàng)新內(nèi)容，要善于開發(fā)。“機械設(shè)計”中集成化設(shè)計與創(chuàng)新、模塊化設(shè)計等，這些都是最新的設(shè)計理念。如軸、齒輪、軸承、法蘭盤的集成化設(shè)計實例。其次，通過更新內(nèi)容與體系，更新教學(xué)方法與手段對機械設(shè)計基礎(chǔ)系列課程進行創(chuàng)新教學(xué)，著力培養(yǎng)學(xué)生的構(gòu)思與表達能力、設(shè)計與創(chuàng)新能力、分析與綜合能力，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力。在“機械設(shè)計”教學(xué)中，精簡內(nèi)容，補充創(chuàng)新方案設(shè)計、商品化設(shè)計、價值工程設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法，同時結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，介紹國內(nèi)外先進機械產(chǎn)品，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
3.優(yōu)化教學(xué)設(shè)計方案
培養(yǎng)創(chuàng)新思維，首先要從教師做起，教師要研究教學(xué)規(guī)律與學(xué)習(xí)規(guī)律。課堂教學(xué)中，采用多種現(xiàn)代化的教學(xué)手段，提高學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握，更多地使用“啟發(fā)式”“討論式”等創(chuàng)新教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生參與課堂教學(xué)活動。另外，積極進行實驗教學(xué)改革是提高學(xué)生機械創(chuàng)新能力的有效途徑。根據(jù)機械學(xué)科注重實踐與工程應(yīng)用的特點，將實驗教學(xué)改革的重點放在加強學(xué)生的動手能力、獨立解決問題的能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)上。
4.廣泛開展實踐活動
機械專業(yè)課程的實踐活動不僅是知識學(xué)習(xí)的深入、活化，更是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的必要環(huán)節(jié)。通過開展多種形式的機械創(chuàng)新實踐活動，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，進而不斷提高學(xué)生的機械創(chuàng)新能力。目前，許多中職學(xué)校在這一方面已經(jīng)進行了一些有益的探索，并取得了一些有益的經(jīng)驗。例如，舉辦相關(guān)的科技講座、學(xué)術(shù)研討會；配合課堂教學(xué)，組織課外興趣小組進行各種設(shè)計性的科技活動；定期舉行機械創(chuàng)新設(shè)計大賽；向?qū)W生開放機械創(chuàng)新設(shè)計制作實驗室，充分利用實驗室提供的創(chuàng)新設(shè)計制作條件以及國內(nèi)外優(yōu)秀設(shè)計產(chǎn)品的展示環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
參考文獻：
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1機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計概述
機械機構(gòu)仍然是機器的重要組成部分。在現(xiàn)代機械產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)中,從原理的構(gòu)思、運動尺寸的確定,機器性能的分析以及結(jié)構(gòu)形狀的探討,無不和機構(gòu)設(shè)計的基本理論和基本方法有著相當(dāng)緊密的聯(lián)系。機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的目的是按照要求設(shè)計出符合條件的新機構(gòu),在總體方案設(shè)計階段突破傳統(tǒng)的設(shè)計方法,采用創(chuàng)造性思維,實現(xiàn)從選型設(shè)計向構(gòu)型設(shè)計的轉(zhuǎn)變。機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計是一個比較抽象和復(fù)雜的設(shè)計過程,在沒有任何依據(jù),憑空設(shè)計出一種新機構(gòu)是非常困難的。所以,可以采用再生設(shè)計的方法來實現(xiàn)機械機構(gòu)構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計,即借鑒和吸收現(xiàn)有的機構(gòu)設(shè)計特點,運用創(chuàng)造性的思維和方法,通過類型創(chuàng)新得到新的機構(gòu)構(gòu)型。
2機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原理
2.1機構(gòu)組合原理
事實上,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中和運用實踐中,運用用單一的機構(gòu)不能滿足要求,不能完成任務(wù)。齒輪機構(gòu)具有良好的運動性能和動力特性,但運動形式太簡單;棘輪機構(gòu)盡管可以進行間歇運動,但他的運動特性太差;連桿機構(gòu)運動簡單,使用方便,但是很難實現(xiàn)一些特殊運動規(guī)律;凸輪機構(gòu)可以實現(xiàn)任意運動,但是行程的可調(diào)性太差。所以,在實際運用中,單一的機構(gòu)往往具有自身的缺陷與不足,而為了彌補各自的不足,在機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計中我們可以把兩種或兩種以上的機構(gòu)進行組合,充分利用各自的性能,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,創(chuàng)造出符合要求的新型機構(gòu)。
2.2機構(gòu)變異原理
這種原理的而基本思路是:首先要確定一個原始機構(gòu),并對該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成和功能約束進行分析。然后通過一般化的處理將機構(gòu)運動簡圖轉(zhuǎn)化為一般化的運動鏈。再采取措施使運動鏈的結(jié)構(gòu)系列化,即將運動鏈進行排列組合,找出其中的不同結(jié)構(gòu)形式。最后按照該機構(gòu)構(gòu)型的功能所賦予的約束條件,演化成眾多的再生運動鏈和相應(yīng)的新機構(gòu)。
3機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原則
機械行業(yè)是一個比較古老的行業(yè),經(jīng)過其漫長的發(fā)展和演進,已經(jīng)形成了很多關(guān)于機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計方面的原則,這些原則對機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計實踐重要的指導(dǎo)意義。事實上,也只有遵循這些基本原則,才有可能使具有實用價值的機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計得以實現(xiàn)。總的來說,機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的原則包括以下幾點。
3.1縮短機構(gòu)運動鏈原則運動鏈太長會加大震動,增加積累誤差,也增加了機械設(shè)計的成本。所以,在機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計中,要盡量縮短運動鏈,以減小震動,減小積累誤差,降低機械設(shè)計成本。
3.2恰當(dāng)選擇運動副原則運動副是兩構(gòu)件直接接觸組成的可動連接,它限制了兩構(gòu)件之間的某些相對運動,在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特點,低副在接觸部分的壓強較低,因而比高副更加耐磨損。在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中,要充分認(rèn)識高副和低副的不同特點,根據(jù)設(shè)計的實際需要選擇使用,充分發(fā)揮運動副的優(yōu)勢,取長補短。
3.3恰當(dāng)選擇原動機原則原動機是指用能源產(chǎn)生原動力的一切機械,包括熱力、水力、風(fēng)力、電力發(fā)動機等,機械也需要原動機,以提供動力,保障正常的運行工作。在機械機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計中,要根據(jù)機械的具體要求選擇適合的原動機,為了保證機械的正常運行,在設(shè)計中,可以考慮采用多個原動機,以保障充足的動力。
3.4縮小機構(gòu)的尺寸原則機構(gòu)尺寸的大小對機械性能的發(fā)揮有著重要的作用。機構(gòu)尺寸較小,占用的空間較少,有利于各個部分功能的發(fā)揮和空間的有效利用,反之,尺寸較大則不利于機械整體性能的發(fā)揮。為了縮小機構(gòu)的尺寸,在設(shè)計中可以適當(dāng)?shù)倪x擇凸輪、連桿、滑塊等,以提高空間的使用效率,增加機械的整體性能。
4機械機構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計的實例
4.1利用組合原理創(chuàng)新設(shè)計的機械機構(gòu)構(gòu)型實例
設(shè)計一個間歇沖壓裝置并將該裝置安裝在一條流水生長線上,同時要求壓力符合要求,結(jié)構(gòu)緊湊,效率高。該設(shè)計方案電動機輸出的是旋轉(zhuǎn)運動。連桿1、連桿2和大輪構(gòu)成凸輪-連桿-滑塊結(jié)構(gòu),這種機構(gòu)可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運動。該設(shè)計的直線往復(fù)運動由連桿3、連桿4、連桿5構(gòu)成,并且這三個連桿與中心呈對稱分布,滿足工作壓力的要求。總之,該機構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰,將旋轉(zhuǎn)運動變成了直線往復(fù)運動,收到的效果也顯著。此外,該機構(gòu)擁有兩個輸出裝置的配備,使得一機兩用得以實現(xiàn),不僅提高了機構(gòu)構(gòu)型的空間利用率,也有利于加工產(chǎn)品的效率的提高。
