時(shí)間：2023-10-05 15:56:28
開(kāi)篇：寫(xiě)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(jī)械原理力分析，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
機(jī)械原理是機(jī)械系一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它主要研究機(jī)械的設(shè)計(jì)以及力學(xué)分析，為機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的方案設(shè)計(jì)階段服務(wù)。由于方案設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位，所以機(jī)械原理就成為機(jī)械類(lèi)學(xué)生一門(mén)十分重要的課程，也成為考研的專(zhuān)業(yè)課之一。
但是在幾年的教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，機(jī)械原理的講授內(nèi)容有很多已經(jīng)過(guò)時(shí)，在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中幾乎沒(méi)有用處，而我們卻花費(fèi)了大量的時(shí)間來(lái)做仔細(xì)的講解；而對(duì)于工程急需的部分內(nèi)容，我們卻很少涉及；另外，我們過(guò)于強(qiáng)調(diào)分析而忽視了設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完機(jī)械原理以后，甚至簡(jiǎn)單地以為機(jī)械原理只是理論力學(xué)的延伸，是理論力學(xué)的一種應(yīng)用；最后，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容幾十年來(lái)都在做牛頭刨床的力分析。雖然我們也追加了某種機(jī)器的方案設(shè)計(jì)部分，但是因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)時(shí)間少，學(xué)生實(shí)際上把大量的精力耗費(fèi)在力分析上面，而對(duì)于方案設(shè)計(jì)只是匆匆?guī)н^(guò)，這實(shí)際上混淆了機(jī)械原理的主要目的，又起到一種誤解作用。
針對(duì)上述情況，許多機(jī)械原理一線教學(xué)的老師都提出了自己的改革方案，有些老師把許多計(jì)算機(jī)軟件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn， MATLAB等引入機(jī)械原理的教學(xué)中，[1-3]有的對(duì)機(jī)械原理的內(nèi)容進(jìn)行重新組合分塊而加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手部分，[4]有的對(duì)于課程設(shè)計(jì)給定了多種題目，并采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)手段來(lái)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。[5]筆者在上述方法的啟發(fā)下，也進(jìn)行了一些教學(xué)改革，改革的主要目的是面向工程，希望機(jī)械原理能夠真正地為工程設(shè)計(jì)服務(wù)。下文對(duì)筆者的一些改革進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
一、設(shè)計(jì)與分析地位的界定
機(jī)械原理總體上分為兩塊內(nèi)容：機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及力學(xué)分析。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和輪系的設(shè)計(jì)。而力學(xué)分析部分包括：運(yùn)動(dòng)分析、速度波動(dòng)分析、力分析、機(jī)械效率、機(jī)構(gòu)的平衡。
在工程師的實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們發(fā)現(xiàn)，他們很少用到分析的內(nèi)容，如果用到機(jī)械原理，主要是在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。所以，從工程實(shí)際應(yīng)用而言，機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)部分應(yīng)該占據(jù)主導(dǎo)地位。但是我們的傳統(tǒng)教學(xué)卻習(xí)慣于從分析開(kāi)始，在介紹了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析以后，就花費(fèi)了很多時(shí)間介紹運(yùn)動(dòng)分析、力分析、機(jī)械效率、機(jī)械平衡、速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)，讓學(xué)生感覺(jué)好像在學(xué)習(xí)理論力學(xué)，只不過(guò)把解析法換成了圖解法；而對(duì)某些內(nèi)容只是感覺(jué)比理論力學(xué)處理的對(duì)象更多一些，方法都來(lái)自于理論力學(xué)。學(xué)生要到第8周才開(kāi)始進(jìn)入機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)部分，此時(shí)學(xué)期已經(jīng)過(guò)半。這給學(xué)生造成一種強(qiáng)烈的感覺(jué)，機(jī)械原理就是理論力學(xué)的延伸。顯然，這是一個(gè)誤區(qū)，對(duì)于學(xué)生正確地理解機(jī)械原理的核心是不利的。
傳統(tǒng)的教學(xué)方法對(duì)分析部分花費(fèi)了太多的精力，而實(shí)際上，這些內(nèi)容在實(shí)踐中用處不大。運(yùn)動(dòng)分析這一部分，是當(dāng)機(jī)構(gòu)處于某個(gè)位置時(shí)，用作圖法把構(gòu)件的速度和加速度求出來(lái)。在實(shí)踐中需要面對(duì)的一般都是整個(gè)周期，需要得到整個(gè)周期內(nèi)的加速度，用圖解法會(huì)相當(dāng)困難，所以在工程設(shè)計(jì)中幾乎都不會(huì)用到這種方法。對(duì)于力分析更是如此，力分析要求在運(yùn)動(dòng)分析結(jié)束后拆分桿組，再用動(dòng)靜法來(lái)進(jìn)行靜力分析，過(guò)程十分繁瑣，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中不可能使用。換一句話說(shuō)，這種方法只具有理論上的意義。但這并不意味著這些內(nèi)容不需要，應(yīng)該盡量簡(jiǎn)化，只闡述其思路就足夠，并不需要花費(fèi)很多時(shí)間。
對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)花費(fèi)太多的教學(xué)時(shí)間的結(jié)果，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分這個(gè)主體內(nèi)容課時(shí)被壓縮，學(xué)時(shí)顯得相當(dāng)緊張。因?yàn)闆](méi)有充足的時(shí)間來(lái)講解這部分內(nèi)容，最后的方案設(shè)計(jì)部分有些老師甚至都來(lái)不及展開(kāi)，就進(jìn)入了課程設(shè)計(jì)階段。這樣，學(xué)生甚至都沒(méi)有弄清楚機(jī)械原理就是用來(lái)做方案設(shè)計(jì)的，這對(duì)于他們理解機(jī)械原理的作用顯然是不利的。
有鑒于此，筆者以為，從為工程服務(wù)的觀點(diǎn)出發(fā)，機(jī)械原理應(yīng)該強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)而適當(dāng)降低分析的地位。在機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析介紹完以后，應(yīng)該馬上進(jìn)入機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)部分，以便讓學(xué)生明白機(jī)械原理就是來(lái)做機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的。應(yīng)花費(fèi)11周左右的時(shí)間后，對(duì)于力學(xué)分析部分用3周共6次課左右結(jié)束，基本上相當(dāng)于一次課結(jié)束一章的內(nèi)容。這樣，就有充足的時(shí)間用來(lái)講解機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，使得機(jī)械原理的教學(xué)內(nèi)容能夠真正對(duì)工程設(shè)計(jì)發(fā)揮作用。
二、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的講解方式
機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括兩塊：簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及輪系傳動(dòng)比的計(jì)算。對(duì)于每一塊內(nèi)容，應(yīng)該分成三個(gè)部分來(lái)講解：理解、設(shè)計(jì)與分析。
理解，就是迅速接受前人在這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面所積累的經(jīng)驗(yàn)。比如連桿機(jī)構(gòu)，第一步就是理解，弄清楚各種連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系以及它們?cè)诠こ虒?shí)際中的應(yīng)用；對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)，弄清凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型及其應(yīng)用；對(duì)于齒輪機(jī)構(gòu)而言，理解占據(jù)最重要的地位，因?yàn)辇X輪機(jī)構(gòu)的正確嚙合條件、無(wú)側(cè)隙嚙合條件、定傳動(dòng)比條件都是很重要的內(nèi)容，通常老師都會(huì)花費(fèi)不少精力在這一塊內(nèi)容上面。
設(shè)計(jì)是主體。連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是機(jī)械原理的重頭戲。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是老師用粉筆+直尺+圓規(guī)進(jìn)行的，這實(shí)際上很不方便。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員不大可能用鉛筆、直尺來(lái)設(shè)計(jì)，而AutoCAD是他們最常用的工具軟件，所以，用AutoCAD來(lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最合適的方式，這使得他們?nèi)蘸笤谛枰獣r(shí)，很自然地就用AutoCAD來(lái)做方案設(shè)計(jì)。另一個(gè)方面，用AutoCAD進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比直尺、圓規(guī)要優(yōu)越很多。如剛化反轉(zhuǎn)法是連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要方法，手工操作十分麻煩，而用AutoCAD則輕而易舉。基于AutoCAD的種種優(yōu)越性，筆者強(qiáng)烈建議，教師在上課時(shí)就直接用AutoCAD來(lái)進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)，何況在使用多媒體以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，這都具有黑板教學(xué)不可比擬的優(yōu)越性。
凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也建議以圖解法為主，此時(shí)仍舊是用AutoCAD教學(xué)。以圖解法為主的原因是，這種方法能夠清晰地說(shuō)明原理。而對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)而言，弄清楚原理相當(dāng)重要。至于解析法，把公式推出來(lái)后，說(shuō)明其意義就可以了。齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)則強(qiáng)調(diào)是根據(jù)中心距和傳動(dòng)比來(lái)設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)的，這也是設(shè)計(jì)中最經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。
三、課程設(shè)計(jì)的處理
課程設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)內(nèi)容：牛頭刨床的動(dòng) 力分析和飛輪的設(shè)計(jì)，以及某機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)一般是一周的時(shí)間，前者在課程設(shè)計(jì)中通常要花費(fèi)4-5天左右，由于時(shí)間關(guān)系，方案設(shè)計(jì)只能草草地做兩個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖。顯然，這并不符合機(jī)械原理教學(xué)的主要目的。
機(jī)械原理教學(xué)的主要目的是教會(huì)學(xué)生做方案設(shè)計(jì)。最后的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)該強(qiáng)化這一點(diǎn)，但是現(xiàn)有的教學(xué)方式卻沒(méi)有突出這一點(diǎn)。由于把主要時(shí)間花費(fèi)在牛頭刨床的動(dòng)力分析上面，讓學(xué)生誤以為機(jī)械原理的主要目的是做機(jī)構(gòu)分析的，這顯然并不利于學(xué)生對(duì)于機(jī)械原理主要內(nèi)容的把握。另外，由于時(shí)間的限制，學(xué)生對(duì)于所做的方案設(shè)計(jì)基本上只是畫(huà)出一個(gè)示意圖，都沒(méi)有確定一些主要尺寸，這使得方案設(shè)計(jì)做得很草率。
課程設(shè)計(jì)同樣應(yīng)該強(qiáng)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，對(duì)于傳統(tǒng)的牛頭刨床的力分析部分，建議使用ADAMS來(lái)做輔助計(jì)算，這是比較實(shí)際的方式，一般學(xué)生建模結(jié)束后，最多一天的時(shí)間就可以用ADAMS做完飛輪的設(shè)計(jì)，從而有足夠的精力來(lái)做機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。至于方案設(shè)計(jì)本身如何處理，許多研究者已經(jīng)提出了較為成熟的改革方案，這里不再贅述。
四、結(jié)語(yǔ)
機(jī)械原理作為一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，從其根本意義上來(lái)說(shuō)，是為方案設(shè)計(jì)服務(wù)的，但是傳統(tǒng)的教育模式并沒(méi)有突出這一點(diǎn)。在授課時(shí)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)而弱化分析，在設(shè)計(jì)時(shí)突出用AutoCAD來(lái)繪圖而少用手工繪圖，在課程設(shè)計(jì)中加強(qiáng)方案設(shè)計(jì)而用ADAMS來(lái)進(jìn)行牛頭刨床的機(jī)構(gòu)分析，這會(huì)加強(qiáng)設(shè)計(jì)的成分，而且所用的方法可以切實(shí)在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用。本文采用上述方法進(jìn)行了機(jī)械原理的教學(xué)改革，取得了較好的效果。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 車(chē)煥文.Pro/E在《機(jī)械原理》教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2011（2）：185-186.
[2] 陳奇，朱家誠(chéng)，公彥軍.將計(jì)算機(jī)軟件引入機(jī)械原理教學(xué)的探索與研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011（1）：145-148.
[3] 肖啟明.RecurDyn在機(jī)械原理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（3）：135-137.
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩個(gè)階段:第一階段為機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，要求學(xué)生通過(guò)對(duì)常用機(jī)構(gòu)的組合或創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的功能需求;第二階段為機(jī)構(gòu)尺度綜合，以及對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中指定機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。目前在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中主要存在問(wèn)題:
(1)設(shè)計(jì)題目類(lèi)型單一，實(shí)踐過(guò)程枯燥。設(shè)計(jì)任務(wù)主要以典型加工設(shè)備為對(duì)象，擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，對(duì)其主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)限定執(zhí)行構(gòu)件的速度波動(dòng)以確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最后設(shè)計(jì)其中的齒輪機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì)題目單一且缺乏新穎性，與學(xué)生的實(shí)際生活脫節(jié)。設(shè)計(jì)過(guò)程的枯燥使得學(xué)生無(wú)法正確認(rèn)識(shí)課程設(shè)計(jì)的重要性，設(shè)計(jì)興趣不強(qiáng)，參與積極性不高，難以達(dá)到實(shí)踐目的。另外，由于設(shè)計(jì)題目比較成熟，與之配套的設(shè)計(jì)手冊(cè)和指導(dǎo)書(shū)等資料較多，其設(shè)計(jì)思路和模式比較程式化，因而學(xué)生不需太多思考，僅僅只是按照指導(dǎo)書(shū)的要求翻書(shū)查表，按部就班地進(jìn)行模仿設(shè)計(jì)，這樣的題目不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
(2)設(shè)計(jì)方法陳舊，實(shí)踐重點(diǎn)偏移。目前，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸確定、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及力分析等基本知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練中，學(xué)生主要采用圖解法或解析法。圖解法概念清晰，形象直觀，便于學(xué)生理解與分析，但設(shè)計(jì)精度差，效率低，當(dāng)學(xué)生需要分析多個(gè)瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，需要花費(fèi)大量時(shí)間作圖，工作量大。解析法能獲得精確的計(jì)算結(jié)果，學(xué)生通過(guò)模型建立和程序設(shè)計(jì)可以分析任意點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)情況。解析法的求解過(guò)程要求學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)功底和編程設(shè)計(jì)能力，但實(shí)踐證明多數(shù)學(xué)生欠缺獨(dú)立完成編程求解的能力，他們不得不把大部分精力放在程序?qū)崿F(xiàn)上，這樣機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)就演變成了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的訓(xùn)練］，偏離了機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)與分析的實(shí)踐目的。同時(shí)，繁瑣的程序編寫(xiě)，也會(huì)影響學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的積極性。
(3)設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，實(shí)踐內(nèi)容縮水。學(xué)校目前將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)整合為3周的“機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)Ⅰ、Ⅱ”。由于從內(nèi)容上設(shè)置為同一機(jī)械系統(tǒng)的不同階段性設(shè)計(jì)，因而從時(shí)間上兩者并沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)。統(tǒng)計(jì)表明歷屆學(xué)生完成機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)所需的時(shí)間約為1－1．5周，相對(duì)而言學(xué)時(shí)緊張。為了追趕進(jìn)度，學(xué)生避重就輕甚至是掩蓋問(wèn)題。比如在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)階段，學(xué)生普遍采用仿型設(shè)計(jì)和改型設(shè)計(jì)的方法，照搬相近的設(shè)計(jì)案例，或是僅改變某些結(jié)構(gòu)和尺寸，更有甚者忽略創(chuàng)新構(gòu)思的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)直接進(jìn)入常規(guī)設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容體現(xiàn)不足乃至缺失，無(wú)法鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
2機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革與實(shí)踐
教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員機(jī)械原理課指組2009年制定了《關(guān)于深化機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革的建議》，明確提出了新形勢(shì)下機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，學(xué)校針對(duì)相關(guān)內(nèi)容也開(kāi)展了一系列的改革，主要集中在設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法及組織管理等方面。
2．1設(shè)計(jì)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)“理實(shí)一體”，避免紙上談兵
考慮到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是對(duì)前期所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用的階段性檢查，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)盡量包含各種運(yùn)動(dòng)形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本技能訓(xùn)練，同時(shí)為了提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，在題目的選擇上強(qiáng)調(diào)了“理實(shí)一體”的原則。結(jié)合專(zhuān)業(yè)方向，突出特色，如包裝工程專(zhuān)業(yè)選用石蠟疊摞包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)制方向選用沖床和插床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)設(shè)方向選用往復(fù)式物料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，模具方向選用造型機(jī)翻箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等。這樣將題目與專(zhuān)業(yè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使設(shè)計(jì)過(guò)程充滿現(xiàn)實(shí)感，可以有效激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)興趣，端正其設(shè)計(jì)態(tài)度;借鑒學(xué)科競(jìng)賽主題，推動(dòng)學(xué)賽融合，學(xué)科競(jìng)賽的特點(diǎn)在于規(guī)定競(jìng)賽主題的前提下為學(xué)生提供更大的創(chuàng)作空間，更符合工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況。因而在題目選擇時(shí)，也借鑒了學(xué)科競(jìng)賽中有關(guān)無(wú)碳小車(chē)、家居機(jī)械、環(huán)保機(jī)械以及康復(fù)機(jī)械等方面的設(shè)計(jì)主題，一方面能讓更多的學(xué)生了解和參與到學(xué)科競(jìng)賽中，加強(qiáng)其在自主設(shè)計(jì)方面的鍛煉，激發(fā)其創(chuàng)造力，另一方面也能發(fā)掘和培育優(yōu)秀的學(xué)生和作品，為后續(xù)的學(xué)科競(jìng)賽做準(zhǔn)備;貼近實(shí)際生產(chǎn)生活，倡導(dǎo)學(xué)生自主選題，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)人或小組結(jié)合學(xué)習(xí)和生活中遇到的問(wèn)題，自主擬定課程設(shè)計(jì)題目，通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題這一較為系統(tǒng)的實(shí)踐過(guò)程，全面培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐能力。
2．2圍繞機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，注重“虛實(shí)結(jié)合”的設(shè)計(jì)方法
對(duì)機(jī)械類(lèi)學(xué)生而言，當(dāng)通過(guò)機(jī)械原理學(xué)習(xí)了常用機(jī)械的工作原理、組成原理和設(shè)計(jì)原理后，為滿足工程實(shí)際需要或功能需求，首先面臨的是如何構(gòu)想出一些新的機(jī)械系統(tǒng)，或是如何對(duì)熟知機(jī)構(gòu)構(gòu)造出新的集成。因此，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)應(yīng)注重機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，再輔以對(duì)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。但是由于設(shè)計(jì)方法和學(xué)時(shí)等問(wèn)題，現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行優(yōu)化比較以及對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的變參數(shù)分析存在諸多局限性，因而將CAD/CAE技術(shù)引入課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)“虛實(shí)結(jié)合”的方式提升學(xué)生運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力，加強(qiáng)其對(duì)機(jī)構(gòu)的分析和綜合訓(xùn)練。當(dāng)經(jīng)過(guò)初步分析擬定傳動(dòng)方案后，要求學(xué)生利用UG、Pro/e等軟件對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并借助ADAMS等仿真軟件對(duì)主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或力分析，學(xué)生通過(guò)對(duì)理論分析結(jié)果和仿真分析結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)其傳動(dòng)方案的合理性。接下來(lái)學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自己動(dòng)手對(duì)主體機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際搭接并測(cè)試主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過(guò)分析實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證明傳動(dòng)方案的正確性，從而輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生可以直觀地體會(huì)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，而CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用也讓學(xué)生可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤和問(wèn)題，使其可以將更多地精力投入到改良設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)中去，更有利于學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2．3加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)的組織和過(guò)程管理，強(qiáng)調(diào)互助學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作
為了克服學(xué)時(shí)短、任務(wù)重的矛盾，在理論課程開(kāi)始階段，就將課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)在課程網(wǎng)站上，使學(xué)生有充分時(shí)間熟悉設(shè)計(jì)題目，思考設(shè)計(jì)內(nèi)容。同時(shí)在授課過(guò)程中，將設(shè)計(jì)內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)講解結(jié)合起來(lái)，既用實(shí)例引導(dǎo)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又能讓學(xué)生提前開(kāi)展方案的構(gòu)思。考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異，在設(shè)計(jì)過(guò)程中不能一味強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生互助學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作。要求學(xué)生以小組的形式選定設(shè)計(jì)題目，然后根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣特點(diǎn)將設(shè)計(jì)內(nèi)容任務(wù)化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，指導(dǎo)老師把控該小組的總體任務(wù)框架，負(fù)責(zé)解決團(tuán)隊(duì)所遇到的共性問(wèn)題，具體任務(wù)則由學(xué)生通過(guò)交流討論，利用合作與他人共同完成。而設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，小組須采取答辯的形式來(lái)匯報(bào)其設(shè)計(jì)成果，老師則通過(guò)面對(duì)面的問(wèn)答來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，了解學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)中相關(guān)問(wèn)題的掌握程度。最后在成績(jī)?cè)u(píng)定環(huán)節(jié)，老師根據(jù)小組的任務(wù)難度、設(shè)計(jì)結(jié)果和水平給定該團(tuán)隊(duì)成績(jī)范圍，然后各小組根據(jù)組員的工作量大小、團(tuán)隊(duì)參與程度等進(jìn)行自評(píng)，兩者相結(jié)合客觀地評(píng)定每個(gè)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成績(jī)。
3結(jié)論
[關(guān)鍵詞]機(jī)械加工；精度控制；機(jī)械裝備.
中圖分類(lèi)號(hào)：TH161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）34-0215-01
1 影響機(jī)械加工精度的主要因素分析
1.1 加工原理產(chǎn)生的誤差
加工原理誤差是由于在加工原理上存在誤差，從而對(duì)機(jī)械加工精度造成一定影響，通常情況下，由于一定的加工工藝方法需要有較為精準(zhǔn)的刀具及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)緊密相聯(lián)，有時(shí)候這種關(guān)聯(lián)很難利用精準(zhǔn)的加工模型原理進(jìn)行加工，而不得不采用相類(lèi)似的原理進(jìn)行加工，采用了相似的刀具輪廓，一定程度上會(huì)存在誤差的產(chǎn)生。比如：在螺紋車(chē)削時(shí)，其導(dǎo)程中π系無(wú)理因子，根據(jù)相關(guān)的原理在進(jìn)行齒輪等的選取時(shí)，往往會(huì)存在原理性誤差。對(duì)于一些復(fù)雜的曲面加工，往往會(huì)采取使用一些近似的簡(jiǎn)單的刀具輪廓來(lái)代替，這也會(huì)產(chǎn)生一些加工原理上的誤差。
1.2 加工機(jī)床產(chǎn)生的誤差
機(jī)床是進(jìn)行機(jī)械加工的重要平臺(tái)和載體，刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是借助于機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，機(jī)床的精度決定著機(jī)械加工的精度，如果加工機(jī)床在制造過(guò)程中存在誤差，那么利用該機(jī)床進(jìn)行的機(jī)械加工也存在著系統(tǒng)性誤差。這種誤差主要存在：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差三種誤差形式。主軸回轉(zhuǎn)誤差主要是由于主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，軸向、徑向等存在偏移，而導(dǎo)致加工誤差。導(dǎo)軌誤差是由于導(dǎo)軌基準(zhǔn)等出現(xiàn)問(wèn)題，從而使加工的部件出現(xiàn)誤差。傳動(dòng)鏈?zhǔn)菣C(jī)床的重要組成機(jī)構(gòu)，由于其組成元件較多，極易產(chǎn)生累加性系統(tǒng)誤差，在傳動(dòng)繞路越長(zhǎng)的情況下，這種誤差越顯著。
1.3 刀具與夾具產(chǎn)生的誤差
刀具和夾具的相互配合十分重要，如果一方發(fā)生位移，或者是存在磨損的情況，都會(huì)對(duì)機(jī)械零部件的加工產(chǎn)生重大影響，進(jìn)而造成機(jī)械加工的誤差。對(duì)于一般刀具，如車(chē)刀、鏜刀及銑刀等產(chǎn)生的制造誤差，對(duì)機(jī)械零部件加工精度沒(méi)有直接的影響；而對(duì)于定尺寸刀具，如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等的尺寸誤差，直接影響被加工零件的尺寸精度；成形刀具，如成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等所產(chǎn)生的誤差，主要影響被加工面的形狀精度。同時(shí)，刀具的磨損將直接對(duì)工件與刀具的相對(duì)位置產(chǎn)生影響，從而造成工件尺寸誤差。另外，保證工件相對(duì)機(jī)床刀具正確位置的夾具對(duì)工件的位置精度也有比較大的影響，而其磨損現(xiàn)象也會(huì)直接影響著工件定位的誤差。
1.4 系統(tǒng)受力變形導(dǎo)致的誤差
在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，工藝加工系統(tǒng)如果相關(guān)的指標(biāo)發(fā)生改變，可能會(huì)對(duì)零部件加工精度產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。以切削為例，在加工過(guò)程中，當(dāng)毛坯工件的形狀、尺寸及材料表面硬度等存在較大誤差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致切削深度不斷發(fā)生變化，切削力也會(huì)隨之發(fā)生變化，以致工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，最終加工后的工件仍延續(xù)著與毛坯表面相近的尺寸誤差。系統(tǒng)受力變形導(dǎo)致的誤差最常表現(xiàn)在工件表面的誤差上，主要體現(xiàn)在表面層材料的冷作硬化、金相組織變化與殘余應(yīng)力等方面。
1.5 系統(tǒng)受熱變形導(dǎo)致的誤差
機(jī)械加工的過(guò)程，由于要進(jìn)行車(chē)、銑、切、刨、磨等操作，各種操作過(guò)程中，刀具、部件與加工零部件之間會(huì)有相應(yīng)的接觸摩擦，都可能產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量的積累，會(huì)導(dǎo)致一些部件產(chǎn)生變形，從而破壞加工件與刀具的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和準(zhǔn)確位置，最終產(chǎn)生誤差。系統(tǒng)受熱變形主要存在如：機(jī)床、刀具和工件的熱變形，這些熱變形都會(huì)對(duì)機(jī)械零部件的加工產(chǎn)生影響，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。加工精度是一項(xiàng)參照性的指標(biāo)，是衡量加工零部件的相關(guān)參數(shù)的實(shí)際值與理想值相符的程度，其與加工誤差是一對(duì)相反的指標(biāo)，加工誤差越小則加工精度越高。實(shí)際工作中，不存在沒(méi)有誤差的加工，只要誤差在一定的范圍之內(nèi)，不影響加工精度是允許的。
2 機(jī)械加工精度控制對(duì)策
2.1 做好誤差分析
為了有針對(duì)性地進(jìn)行機(jī)械加工精度控制，首先要做好誤差分析，筆者曾對(duì)精鏜車(chē)床尾座孔，出現(xiàn)圓柱度誤差（頭大尾小）進(jìn)行誤差分析，具體步驟如下：一是進(jìn)行調(diào)查、取樣、測(cè)量，作直方圖和x-R圖。進(jìn)一步進(jìn)行分析無(wú)異常波動(dòng)，但存在較大常值系統(tǒng)誤差。
對(duì)工藝系統(tǒng)幾何誤差、刀具與工件熱變形、刀具磨損、毛坯誤差等因素進(jìn)行初步分析。具體結(jié)論：刀具熱伸長(zhǎng)對(duì)精度影響較小；誤差復(fù)映也是非主要因素；導(dǎo)套無(wú)明顯跳動(dòng)；鏜桿前端彎曲達(dá)0.1mm。
2.2 尺寸精度控制
尺寸精度控制是采取一定的措施，使零件加工表面與基準(zhǔn)間的誤差保持在一定的范圍之內(nèi)，從而減少相應(yīng)的誤差產(chǎn)生。可以通過(guò)定尺寸精度、試切、定程和邊測(cè)量邊加工等方法來(lái)進(jìn)行尺寸精度控制。通過(guò)利用刀具的相應(yīng)尺寸來(lái)確保加工精度，利用鉆孔、鉸孔、拉孔等加工方法，對(duì)零部件表面尺寸進(jìn)行控制。同時(shí)，可以通過(guò)試切法，先期對(duì)加工件進(jìn)行小部分的試切，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整刀具及相關(guān)工具的位置，直至加工尺寸與加工精度要求相一致后，再進(jìn)行全面加工，從而避免因尺寸精度把握不當(dāng)，而產(chǎn)生誤差，并造成材料浪費(fèi)。在大批量進(jìn)行加工過(guò)程中，由于受熱損、磨損等因素的影響，一批工件加工后，將會(huì)產(chǎn)生積累性誤差，因此，必須要進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)精度出現(xiàn)偏差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，要加大邊測(cè)量邊加工的探索，對(duì)加工工件進(jìn)行逐漸接近的尺寸把握和調(diào)整，直至加工尺寸達(dá)到要求時(shí)停止加工，從而獲得較高的精度。
2.3 減少綜合誤差
針對(duì)上文分析的影響機(jī)械加工精度的主要因素，要綜合施策，盡可能減少綜合誤差。對(duì)于一些加工原理誤差，應(yīng)當(dāng)盡可能采用較為先進(jìn)的模型進(jìn)行加工。通常情況下，要先利用小塊的加工工件進(jìn)行試切，根據(jù)小規(guī)模加工的工件的誤差，認(rèn)真分析誤差產(chǎn)生的原因，針對(duì)這些原因，進(jìn)行歸納分析，制定相應(yīng)的修偏措施，盡可能減少原始誤差。在進(jìn)行細(xì)長(zhǎng)軸加工處理中，可以采取大走刀反向車(chē)削法，可以有效減少軸向切削力引起的彎曲變形，從而減小加工誤差。在加工過(guò)程中，可以采取反向誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ窒驗(yàn)樵O(shè)備原始誤差，從而提高加工精度。同時(shí)，可以采取轉(zhuǎn)移原始誤差的方法，轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等而產(chǎn)生的誤差。比如對(duì)于磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不僅要靠機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度來(lái)保證，而且要靠夾具保證。當(dāng)機(jī)床主軸與工件之間用浮動(dòng)聯(lián)接以后，機(jī)床主軸的原始誤差就被轉(zhuǎn)移掉，從而提高了加工精度。
3 結(jié)語(yǔ)
機(jī)械加工過(guò)程中存在誤差是在所難免的，要認(rèn)真分析可能引起誤差的原因，有針對(duì)性地做好應(yīng)對(duì)之策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工精度的有效控制，有利于提升機(jī)械裝備制造的整體水平。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】機(jī)械原理 課程 設(shè)計(jì)
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要目的是為學(xué)生在完成課堂教學(xué)基本內(nèi)容后提供一個(gè)較完整的從事機(jī)械設(shè)計(jì)初步實(shí)踐的機(jī)會(huì)。《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》的編寫(xiě)宗旨就是指導(dǎo)學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)，將所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)理論運(yùn)用于一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)方案總體設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)分析和綜合，進(jìn)一步鞏固掌握課堂教學(xué)知識(shí)，并結(jié)合實(shí)際得到工程設(shè)計(jì)方面的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用技術(shù)資料，提高繪圖、運(yùn)算的能力。同時(shí)，注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的開(kāi)發(fā)。
1 目前在機(jī)械原理教學(xué)中存在的一些普遍問(wèn)題
1.1教學(xué)內(nèi)容乏味
就現(xiàn)階段的機(jī)械原理教育課程來(lái)看，教學(xué)的內(nèi)容非常乏味，主要原因就是因?yàn)椴糠掷蠋熢诮虒W(xué)時(shí)只針對(duì)書(shū)本上的內(nèi)容進(jìn)行講解，從不去擴(kuò)展，這樣就限制了學(xué)生的思維，使他們的思維發(fā)散不出來(lái)，限制了其想象力。但是機(jī)械原理是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，對(duì)于學(xué)生日后的關(guān)于機(jī)械方面學(xué)習(xí)很重要，如果只是講解書(shū)本上面的知識(shí)，涉及的內(nèi)容就十分有限，這樣學(xué)生對(duì)于這一方面的理解就會(huì)被限制在了書(shū)本上，根本拓展不開(kāi)。
1.2需要做的修改
長(zhǎng)期以來(lái)，各校在“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)” 中嘗試了不同的教學(xué)改革。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)高校機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革更是進(jìn)入新一輪。各校對(duì)“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的目的、內(nèi)容、方法、題目、組織形式作了深入研究，探索機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中如何培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和解決工程實(shí)際問(wèn)題能力，提出適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)施方案。這些教學(xué)實(shí)踐為“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革提供了理論準(zhǔn)備。本文旨在總結(jié)各校近年“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上，探索機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步改革的方向。
1.3機(jī)械原理的重要性
在機(jī)械原理的理論教學(xué)中，盡管可以安排一些實(shí)物、模型、甚至錄相，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐知識(shí)，但是光有這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在機(jī)械原理實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)、零件結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐知識(shí)的認(rèn)識(shí)和對(duì)儀器設(shè)備的動(dòng)手操作、機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝拆等實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，是對(duì)理論課程教學(xué)不足很好的補(bǔ)充和完善。其次可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和綜合設(shè)計(jì)能力。
2機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革與實(shí)踐
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)主要側(cè)重于機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)而機(jī)械方案設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)乃至以后的制造和使用最關(guān)鍵的階段是決定機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量好壞、性能優(yōu)劣和經(jīng)濟(jì)效益高低的關(guān)鍵步驟其創(chuàng)新特性效果如何直接影響機(jī)械產(chǎn)品的功能質(zhì)量和使用效果。因此我院的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了“機(jī)構(gòu)的圖解法分析機(jī)構(gòu)的解析法上機(jī)分析機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”三個(gè)發(fā)展階段。我們把培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力同時(shí)兼顧培養(yǎng)學(xué)生基本設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)能力作為機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的宗旨。
2.1選題
傳統(tǒng)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式中僅僅以指導(dǎo)書(shū)為藍(lán)本教師的程序化指導(dǎo)貫穿始終。其題目一般是由教師指定幾個(gè)具有代表性的題目如半自動(dòng)平壓模切機(jī)。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性如今的選題原則是在不脫離機(jī)械原理課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上學(xué)生根據(jù)其興趣、愛(ài)好和能力自由選擇這樣就大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。有很多學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)題目極具研究和應(yīng)用價(jià)值。創(chuàng)新需要基礎(chǔ)素材沒(méi)有豐富的基礎(chǔ)知識(shí)就不會(huì)有創(chuàng)新成果出現(xiàn)。因此我們將課程設(shè)計(jì)提前布置使學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械原理課程時(shí)能有的放矢的認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。因?yàn)樗麄冎肋@些知識(shí)對(duì)他們學(xué)期末進(jìn)行課程設(shè)計(jì)大有幫助這樣又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械原理課程的積極性和主動(dòng)性。
2.2設(shè)計(jì)過(guò)程的控制與要求
在進(jìn)行機(jī)械原理課程教學(xué)的同時(shí)，就讓學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行選題并說(shuō)明整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的要求。這一階段為分散教學(xué)，要求學(xué)生選題并提出多個(gè)運(yùn)動(dòng)方案。在集中設(shè)計(jì)階段，第一天完成多個(gè)運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)價(jià)與優(yōu)選，確定本課程設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方案；第二天，確定機(jī)械的總體尺寸，給出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的初選尺寸，繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，編制機(jī)器運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；第三天，對(duì)所選機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，繪制運(yùn)動(dòng)線圖；第四、五天，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)行答辯。由于嚴(yán)格要求按給定的時(shí)間進(jìn)度設(shè)計(jì)，所以，絕大多數(shù)學(xué)生都能按時(shí)完成任務(wù)。在機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)與優(yōu)選過(guò)程中，采用個(gè)人、教師及學(xué)生小組的多層次的機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)和優(yōu)選方式，既發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性，又加深了學(xué)生對(duì)各種運(yùn)動(dòng)方案的認(rèn)識(shí)，同時(shí)還加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)作為一種技術(shù)說(shuō)明書(shū)，強(qiáng)化其編寫(xiě)工作，可以提高學(xué)生在以后的實(shí)際技術(shù)工作中，編寫(xiě)技術(shù)報(bào)告、可行性論證報(bào)告和產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等技術(shù)文件的基本技能。所以在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)如何編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，給出了詳細(xì)的寫(xiě)作要求并提供了寫(xiě)作樣本。我們運(yùn)用公開(kāi)、透明及自評(píng)、互評(píng)及教師評(píng)分相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)分。首先，學(xué)生對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明及展示設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并對(duì)自己這的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)；然后由同學(xué)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)詢與評(píng)價(jià)；最后，由老師進(jìn)行講評(píng)并給出成績(jī)。這樣，使學(xué)生體驗(yàn)主動(dòng)參與、自由發(fā)表個(gè)人見(jiàn)解，并認(rèn)真聽(tīng)取他人意見(jiàn)的學(xué)術(shù)氣氛，并學(xué)會(huì)用理性與公正的態(tài)度評(píng)價(jià)自己和他人的工作。
3結(jié)束語(yǔ)
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革是進(jìn)入21世紀(jì)后，面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)，我國(guó)工科課程教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)改革的成功嘗試。全國(guó)高校圍繞機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)所進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐，無(wú)論對(duì)于機(jī)械原理精品課程建設(shè)，還是深入開(kāi)展包括機(jī)械學(xué)科在內(nèi)的工科課程體系教學(xué)改革，都富有借鑒意義。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的各種教改嘗試，既有鮮明的主線，又各具特色。既有成功驗(yàn)，也有需要探討、摸索之處。因此有必要總結(jié)、梳理，以利進(jìn)一步改革。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：功能原理；保守力；勢(shì)能
中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0070-02
一、問(wèn)題提出
文獻(xiàn)[1][2]對(duì)功能原理的描述是：質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的增量等于一切外力和一切內(nèi)非保守力所做功的代數(shù)和，稱(chēng)作質(zhì)點(diǎn)系的功能原理，即
∑A外＋∑A內(nèi)非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（1）
而文獻(xiàn)[3]對(duì)功能原理的描述是：質(zhì)點(diǎn)系總機(jī)械能的增量等于一切外力非保守力和一切內(nèi)非保守力所做功的代數(shù)和，稱(chēng)作質(zhì)點(diǎn)系的功能原理，即
∑A外非＋∑A內(nèi)非＝∑（EK+EP）-∑（EK0-EP0）?搖?搖?搖?搖?搖（2）
比較（1）（2）可知，兩表達(dá)式左方不同，應(yīng)是∑A外+∑A內(nèi)非還是∑A外非+∑A內(nèi)非呢？也就是在功能原理中外力的功可否分為外保守力的功和外非保守力的功呢？?jī)?nèi)力存在保守力和非保守力，而外力是否也存在保守力和非保守力？只有把這些問(wèn)題弄清楚，才能正確理解功能原理。從而也能正確理解好相關(guān)的物理概念。
二、探究分析
功能原理是力學(xué)中的基本原理之一，是由動(dòng)能定理導(dǎo)出的。經(jīng)典力學(xué)中的動(dòng)能定理一般表述為∑A外+∑A內(nèi)=∑EK-∑EK0即諸外力所作之功和諸內(nèi)力所作之功的代數(shù)和等于系統(tǒng)（質(zhì)點(diǎn)組）總動(dòng)能的改變量。而功能原理它與動(dòng)能定理并無(wú)本質(zhì)的不同，它們的區(qū)別僅在于功能原理中引入了勢(shì)能，從而說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的變化規(guī)律的。然而不同文獻(xiàn)[1][2][3]對(duì)其描述形式又不一樣，應(yīng)如何理解呢？
因?yàn)楣κ菣C(jī)械能變化的量度，所以機(jī)械能的變化需要通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)，∑A外反映系統(tǒng)和外界的能量轉(zhuǎn)換，這里視乎應(yīng)該包含兩部分∑A外保和∑A外非。而∑A外保就應(yīng)該和外勢(shì)能（系統(tǒng)和外界共有的勢(shì)能）相關(guān)，即∑A外保=-E外P。∑A內(nèi)非反映系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換；如系統(tǒng)內(nèi)有滑動(dòng)摩擦力時(shí)，∑A內(nèi)非為負(fù)值，表明系統(tǒng)的一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了系統(tǒng)的內(nèi)能。這樣功能原理就應(yīng)該寫(xiě)成文獻(xiàn)[3]的形式，并且等號(hào)右側(cè)勢(shì)能部分還蘊(yùn)涵著外勢(shì)能。
勢(shì)能概念是在保守力概念的基礎(chǔ)上提出的，勢(shì)能屬于相互作用的物體構(gòu)成的系統(tǒng)的。只有物體之間的相互作用力的性質(zhì)滿足力對(duì)物體做功與移動(dòng)路徑無(wú)關(guān)，只與物體的相對(duì)位置有關(guān)這一特點(diǎn)，系統(tǒng)才會(huì)具有與之相關(guān)的勢(shì)能。如重力――重力勢(shì)能，電場(chǎng)力――電勢(shì)能，分子力――分子勢(shì)能，等等，所以功能原理的應(yīng)用對(duì)象應(yīng)是系統(tǒng)。在運(yùn)用功能原理時(shí)應(yīng)注意：如在考慮機(jī)械能時(shí)引入了重力勢(shì)能，由于勢(shì)能屬于物體與地球共有，因此物體所受重力即為內(nèi)力（保守力），在計(jì)算合外力做功時(shí)應(yīng)剔除重力做功；同樣如引入彈性勢(shì)能，彈簧彈性勢(shì)能屬于彈簧和相連質(zhì)點(diǎn)所共有，因此彈簧的彈力即為內(nèi)力（保守力），計(jì)算合外力做功時(shí)就不應(yīng)再考慮彈簧的彈力做功。
如果存在外勢(shì)能，就一定存在A外保，而有保守力做功時(shí)，一定有勢(shì)能參與轉(zhuǎn)化，研究的對(duì)象應(yīng)是相互作用物體的全體構(gòu)成的系統(tǒng)。這時(shí)保守力又視為內(nèi)力了，如果這樣考慮，文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]也就統(tǒng)一了，其實(shí)文獻(xiàn)[1][2]中的∑A外和文獻(xiàn)[3]中的∑A外非是相等的。
三、實(shí)例闡述
例如，物體在水平面上移動(dòng)如圖1所示。可以把物體看成是研究對(duì)象，此時(shí)物體所受的重力可以視為外力，而此時(shí)∑A外保一定是零，所∑A外也就和∑A外非保相等了，這樣文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]就相同了。
再如圖2所示，起重機(jī)將貨物向上拉起，貨物因此而獲得動(dòng)能和重力勢(shì)能，這重力勢(shì)能實(shí)質(zhì)是貨物和地球共同具有的重力勢(shì)能。應(yīng)用功能原理時(shí)，研究對(duì)象就是貨物和地球組成的系統(tǒng)，貨物受到的重力即為內(nèi)力（保守力），而不是外力。此時(shí)外力一定不包含保守力，即，∑A外也是和∑A外非保相等的。
四、結(jié)束語(yǔ)
基于以上分析，我們認(rèn)為不僅存在內(nèi)保守力和內(nèi)非保守力，也存在外保守力和外非保守力。但對(duì)于分析一個(gè)物理問(wèn)題時(shí)，最重要的是一定要明確研究的對(duì)象。對(duì)功能原理文獻(xiàn)[1][2]和文獻(xiàn)[3]雖然形式不同，但表達(dá)的物理含義是相同的，但我們認(rèn)為，文獻(xiàn)[3]表述的更準(zhǔn)確。
參考文獻(xiàn)：
[1]漆安慎，杜嬋英.普通物理學(xué)教程力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2]程守洙，江之水.普通物理學(xué)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]漆安慎，杜嬋英.普通物理學(xué)教程力學(xué)（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2005.
通訊作者：譚振江（1965-），男，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。
關(guān)鍵詞：機(jī)械；設(shè)計(jì)；節(jié)能；基本原理
經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重和資源短缺情況的出現(xiàn)。這些問(wèn)題將會(huì)反作用到經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展中。如何妥善地處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源保護(hù)之間的關(guān)系成為社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重點(diǎn)。節(jié)能是環(huán)境資源保護(hù)的重要形式。加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的研究，才能夠發(fā)揮出機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響意義。
1 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理
機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能在動(dòng)能方面的影響最為明顯。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)主要考慮的是輸出功率變化，特別是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的波動(dòng)。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能對(duì)于設(shè)備加工精度與周期影響更為突出，在設(shè)備加工的時(shí)候，需要根據(jù)動(dòng)能狀況及時(shí)地進(jìn)行能源回收或者轉(zhuǎn)化。并且根據(jù)節(jié)能特點(diǎn)，做好設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)能變化，能夠在最小范圍之內(nèi)完成能源的回收。輸出力會(huì)根據(jù)節(jié)能狀況進(jìn)行調(diào)整。在不同運(yùn)行環(huán)境中，機(jī)械設(shè)備輸出力會(huì)有明顯的差異。特別是相同機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程都會(huì)涉及到節(jié)能改善。在較短的時(shí)間內(nèi)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，這些波動(dòng)出現(xiàn)的阻力都會(huì)影響到機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并且會(huì)隨著變化減小，節(jié)能的效果也會(huì)更加的明顯。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的時(shí)候都會(huì)涉及到摩擦等阻力，調(diào)整零件精度或者的方式都能夠提升設(shè)備的使用效率。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果上要最大限度地降低無(wú)用功的產(chǎn)生，對(duì)于節(jié)能原理要進(jìn)行充分的總結(jié)，處理好動(dòng)能、輸出力以及無(wú)用功之間的關(guān)系，能夠根據(jù)設(shè)備情況進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的改進(jìn)。通過(guò)對(duì)參數(shù)變化的研究，實(shí)現(xiàn)能源的有效節(jié)約。
2 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的應(yīng)用效果
2.1 人才培養(yǎng)與新技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能涉及到很多多方面的知識(shí)，需要專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的工作人員才能夠完成。專(zhuān)業(yè)人才是開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理研究的核心基礎(chǔ)。針對(duì)這種情況要持續(xù)進(jìn)行工作人員專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，這是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能必要條件。在實(shí)際技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行整體性突破，并且要充分地運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能水平的提升。
2.2 強(qiáng)化電子控制系統(tǒng)
電子控制系統(tǒng)對(duì)于提升機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果的準(zhǔn)確性具有重要的作用。電子控制系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，做好機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能控制工作，通過(guò)智能化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能狀況進(jìn)行判斷。有效地控制功率輸出，并且避免消耗的進(jìn)一步擴(kuò)大。使機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果達(dá)到最大優(yōu)勢(shì)。電子控制系統(tǒng)同時(shí)還能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中存在的限制因素，有效地延長(zhǎng)機(jī)械使用的壽命。
2.3 加工設(shè)備設(shè)計(jì)
工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器主軸在運(yùn)行中產(chǎn)生的波動(dòng)很容易影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。為了能夠更好地解決這一個(gè)問(wèn)題。需要利用機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中加入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的飛輪，這樣能夠更好地起到調(diào)節(jié)波動(dòng)的作用。能夠?qū)⒉痪鶆蛳禂?shù)都調(diào)控在合理的范圍之內(nèi)，并且保證機(jī)器能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在不均勻狀態(tài)下的輸入功率都會(huì)產(chǎn)生較大的能源消耗，并且輸出與動(dòng)能變化產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)持續(xù)的疊加。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪會(huì)根據(jù)初相位不同進(jìn)行功率比較。在平衡理論下的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)差距也會(huì)變得更小。
2.4 升降機(jī)械設(shè)計(jì)
升降機(jī)在使用的過(guò)程中會(huì)消耗大量的能源。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)升降機(jī)節(jié)能環(huán)保，就要在機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理下對(duì)升降機(jī)進(jìn)行能源消耗控制。升降機(jī)械主要是大壓力容器下驅(qū)動(dòng)的設(shè)備移動(dòng)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械在空中進(jìn)行作業(yè)或者維修。升降機(jī)產(chǎn)生的消耗主要是來(lái)自于貨物運(yùn)輸上升或者下降。高空機(jī)械作業(yè)都需要在實(shí)踐的過(guò)程中對(duì)動(dòng)力與能量進(jìn)行高度調(diào)整。這樣才能夠進(jìn)一步地開(kāi)展高空作業(yè)。但是在實(shí)際工程作業(yè)中，機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理會(huì)對(duì)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。最終將會(huì)實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。比如，當(dāng)曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的升降機(jī)械以相同的速度提升質(zhì)量相等的貨物或者重物時(shí)，前者可以更加有效地實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的平衡，減少升降過(guò)程中的能源消耗，使得系統(tǒng)勢(shì)能在最小范圍內(nèi)變化甚至維持常量。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能工作的開(kāi)展需要處理好材料與動(dòng)力源之間的關(guān)系選擇。要將設(shè)計(jì)理念融入到升降機(jī)結(jié)構(gòu)中，特別是要注重電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用。電子控制系統(tǒng)能夠更加突出升降機(jī)的自動(dòng)性，并且會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，提升工作人員的安全性。
3 結(jié)束語(yǔ)
可持續(xù)發(fā)展成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)不斷進(jìn)步的重要載體。可持續(xù)發(fā)展道路能夠?qū)崿F(xiàn)自然、資源、人類(lèi)等方面的和諧統(tǒng)一。特別是工業(yè)生產(chǎn)中融入可持續(xù)發(fā)展理念將會(huì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。針對(duì)這種情況要強(qiáng)化機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效果，明確掌握全面的機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理，通過(guò)掌握理論知識(shí)指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)成本投入得到有效的控制，避免資源出現(xiàn)嚴(yán)重浪費(fèi)，在根本上保o環(huán)境。對(duì)于構(gòu)建和諧文明健康的社會(huì)具有重要的意義。機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能在社會(huì)發(fā)展充分發(fā)揮巨大作用。保證機(jī)電產(chǎn)品消耗得到控制，實(shí)現(xiàn)降低輸入功率。
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關(guān)鍵詞 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 課程優(yōu)化
機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程開(kāi)設(shè)歷史悠久，兩門(mén)課程始終作為全國(guó)各工科院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。近年來(lái)，隨著機(jī)械學(xué)科的飛速發(fā)展、我國(guó)高等學(xué)校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)施寬口徑化、21 世紀(jì)人才綜合能力培養(yǎng)的需求，再次審視兩門(mén)課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容和教學(xué)方法，認(rèn)為依舊存在問(wèn)題需要探究與改革。
一、存在的問(wèn)題
（一）內(nèi)容有交叉與重復(fù)現(xiàn)象。機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容基本變化不大，課程內(nèi)容自成體系，相互之間缺少銜接，存在內(nèi)容交叉和重復(fù)的問(wèn)題。
（二）缺少系統(tǒng)性。兩門(mén)課程缺少對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的介紹，學(xué)生學(xué)完了兩門(mén)課程，仍對(duì)機(jī)械沒(méi)有整體的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程缺少了解，兩門(mén)課程的總體效能未能充分顯現(xiàn)。
（三）實(shí)踐環(huán)節(jié)不足。兩門(mén)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)難以適應(yīng)對(duì)學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求，缺少主動(dòng)性實(shí)踐的環(huán)境。
二、理論教學(xué)體系的整合與優(yōu)化
機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過(guò)產(chǎn)品的規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，通過(guò)機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅應(yīng)掌握一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的基本理論知識(shí)，還應(yīng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。為此筆者嘗試突破“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”兩課程的界線，將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了重組、融合及整體優(yōu)化，合并為“機(jī)械設(shè)計(jì)課程。
（一）課程目標(biāo)。通過(guò)本課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)總體教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神；使學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品具有整體的概念和正確的設(shè)計(jì)思想；掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，初步具備一般機(jī)械方案設(shè)計(jì)和分析的能力；掌握常用機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，掌握通用零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和選用的基本知識(shí)，初步具備一般通用機(jī)械的設(shè)計(jì)能力；培養(yǎng)學(xué)生查閱和運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)及網(wǎng)絡(luò)息等技術(shù)資料的能力。
（二）理論教學(xué)體系。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，合理取舍課堂教學(xué)內(nèi)容，是關(guān)系到能否真正實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多年的仔細(xì)斟酌、反復(fù)探究，提出精、寬、新的授課原則：精——精選重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行詳解與指點(diǎn)，避免煩瑣公式的推導(dǎo)和易于自學(xué)的內(nèi)容占用過(guò)多的學(xué)時(shí)；寬——拓寬學(xué)生的知識(shí)面，注重工程應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；新——注重機(jī)械學(xué)科發(fā)展、將機(jī)械學(xué)科的科研成果融入教學(xué)，讓學(xué)生了解機(jī)械學(xué)科的新技術(shù)、新方法。
三、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建
實(shí)踐教學(xué)體系由實(shí)驗(yàn)教學(xué)、機(jī)械實(shí)例分析與設(shè)計(jì)（大作業(yè)）、典型機(jī)械設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)）三部分組成。三個(gè)模塊均以加強(qiáng)自學(xué)能力、研究能力、動(dòng)手能力及工程意識(shí)與創(chuàng)新精神為培養(yǎng)目標(biāo)。
（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代實(shí)技術(shù)相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性與設(shè)計(jì)性，如增開(kāi)了典型機(jī)器與機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)意組合、機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)意組合等綜合性實(shí)驗(yàn)，對(duì)啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力起到非常積極的作用。
（二）機(jī)械實(shí)例分析與設(shè)計(jì)。本課程傳統(tǒng)的課外作業(yè)內(nèi)容雖然對(duì)一些基本概念、定義的理解起到一定的作用，但是由于各章相對(duì)獨(dú)立、就題論題、解題方法千人一面等問(wèn)題，讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。為了解決此問(wèn)題，將“書(shū)本習(xí)題”大大減少，增加數(shù)個(gè)綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的機(jī)械實(shí)例分析大作業(yè)。
（三）課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)決定了它在對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和設(shè)計(jì)能力等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。原來(lái)的機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)是分開(kāi)的，相互之間沒(méi)有聯(lián)系，機(jī)械原理的課程設(shè)計(jì)是以機(jī)構(gòu)的分析為主，機(jī)械設(shè)計(jì)是以零件的強(qiáng)度分析和繪制圖紙為主，教師不僅限定了設(shè)計(jì)題目和方案，還給學(xué)生提供了非常齊全的參考資料，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得不到發(fā)揮。將兩門(mén)課程的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化整合，從題目的選擇到實(shí)施過(guò)程，更加符合現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)思路，即把過(guò)去僅進(jìn)行機(jī)構(gòu)和零部件的尺度綜合、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，改變?yōu)檫M(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)。使學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到了發(fā)揮，提高了設(shè)計(jì)的能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力、形象思維的能力。
四、教學(xué)方法與手段的改革
近年來(lái)，隨著兩門(mén)課程體系的改革和深化，課程內(nèi)容不斷更新和增加，但教學(xué)學(xué)時(shí)相對(duì)減少，學(xué)時(shí)與內(nèi)容成了突出矛盾。如何激發(fā)學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生的潛能, 提高學(xué)習(xí)的自主性和能動(dòng)性,使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論與方法；如何培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新精神和設(shè)計(jì)能力，是教學(xué)方法和教學(xué)手段研究的重要課題。
（一）從培養(yǎng)興趣入手。興趣是成才的起點(diǎn)，是成就事業(yè)的沃土。學(xué)習(xí)興趣能激勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。
（二）開(kāi)放式教學(xué)。開(kāi)放式的教學(xué)方法，一是要打破傳統(tǒng)的“一本書(shū)”，大力提倡課外閱讀，讓學(xué)生了解教科書(shū)之外相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，更要讓學(xué)生了解新理論、新方法和新技術(shù)。二是打破“一言堂”，給學(xué)生適當(dāng)?shù)摹白杂伞保膭?lì)學(xué)生向老師提出問(wèn)題，幫助學(xué)生樹(shù)立“不唯書(shū)、不唯師、只唯實(shí)”的實(shí)事求是精神；三是教師不要把所有的知識(shí)點(diǎn)得“完美無(wú)缺”，要給學(xué)生的自學(xué)留有余地和空間。
（三）倡導(dǎo)主動(dòng)實(shí)踐。被動(dòng)實(shí)踐是指實(shí)踐的對(duì)象、方法、程序等關(guān)鍵要素都是由老師制定的, 學(xué)生在老師規(guī)定的框架中, 沿著老師制定的路線去完成實(shí)踐任務(wù)。
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關(guān)鍵詞：數(shù)字化仿真；卓越計(jì)劃；機(jī)械原理；創(chuàng)新能力
作者簡(jiǎn)介：李杰（1979-），男，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師；范曉珂（1972-），女，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授。（河北 石家莊 050043）
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0083-02
“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”）是高等院校貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的一項(xiàng)重大改革項(xiàng)目，其目的在于培養(yǎng)造就一大批具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為國(guó)家工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)。該項(xiàng)目的實(shí)施將促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，對(duì)全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。[1]2011年，石家莊鐵道大學(xué)被教育部批準(zhǔn)成為第二批133所“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”培養(yǎng)高校之一。“機(jī)械原理”課程作為機(jī)械工程類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是石家莊鐵道大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)、“茅以升”試驗(yàn)班和“卓越”班的必修課程，占有重要的地位。由于學(xué)生人數(shù)的增加和新課程的開(kāi)設(shè)，“機(jī)械原理”計(jì)劃學(xué)時(shí)不斷被壓縮，而教學(xué)內(nèi)容卻不斷補(bǔ)充，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難滿足“卓越計(jì)劃”的要求，很難培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。[2]因此，利用數(shù)字化仿真技術(shù)改善“機(jī)械原理”以往傳統(tǒng)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生成為具有工程思維的實(shí)用型與創(chuàng)新型人才，適應(yīng)“卓越計(jì)劃”的發(fā)展具有重要的意義。
一、課程教學(xué)內(nèi)容與安排
“機(jī)械原理”的課程內(nèi)容主要有：機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力分析、機(jī)械的效率、自鎖與平衡、各種常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容，共64學(xué)時(shí)，講授54課時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)1周。講授的內(nèi)容中，主要重點(diǎn)介紹機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力分析、機(jī)械的效率、自鎖與平衡、常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)，其中包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系和其他的常用機(jī)構(gòu)等；[3]機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合課程設(shè)計(jì)時(shí)完成；實(shí)驗(yàn)安排主要針對(duì)一些機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證、設(shè)計(jì)與綜合，旨在提高學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。但是，由于課時(shí)限制，該課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)只能完成4個(gè)，很難滿足“卓越計(jì)劃”的要求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
二、教學(xué)方式的改革
數(shù)字化仿真技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，它是指將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)分析軟件通過(guò)建模可對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，對(duì)機(jī)構(gòu)及整機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。數(shù)字化仿真技術(shù)在“機(jī)械原理”教學(xué)中的應(yīng)用，不僅可以使得學(xué)生對(duì)機(jī)械原理中的各種機(jī)構(gòu)有感性的認(rèn)識(shí)，而且通過(guò)對(duì)各種機(jī)構(gòu)的仿真模擬可以使得學(xué)生對(duì)各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力特性有直觀的了解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。[4]筆者將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機(jī)械原理”教學(xué)中，下面以連桿機(jī)構(gòu)為例，介紹在連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)的一些體會(huì)。
1.理論教學(xué)的改革
在連桿機(jī)構(gòu)的教學(xué)中，連桿機(jī)構(gòu)的基本形式為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其三種基本形式分別為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通過(guò)機(jī)構(gòu)的倒置則可以得到雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。
在教學(xué)過(guò)程中，利用數(shù)字化仿真軟件建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的數(shù)字化模型，按照要求對(duì)各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括：各桿長(zhǎng)度、質(zhì)量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、力矩大小等。如圖1所示，在四桿機(jī)構(gòu)中各桿分別以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，分別為A、B、C、D；各桿桿長(zhǎng)分別為280mm、520mm、500mm、720mm，然后對(duì)桿4固定，桿1為曲柄，在轉(zhuǎn)動(dòng)副A上加力矩，其數(shù)字化模型如圖1所示。通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析。[5]曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖2所示。
在教學(xué)過(guò)程中，圖1能夠清晰演示四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，其中曲柄以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿則在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。從圖2的角速度圖中可以看出曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而搖桿的擺角為0°～30°。
在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中其他參數(shù)保持不變的前提下，只改變曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架，取原來(lái)的桿件1為機(jī)架，桿件2為曲柄，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以看出，通過(guò)改變機(jī)架后，原來(lái)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榱穗p曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖3所示。
在教學(xué)過(guò)程中，利用數(shù)字化仿真技術(shù)學(xué)生能夠直觀看出此時(shí)兩個(gè)曲柄都在做整周的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從圖3中的角速度圖中可以看出主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)速為不等速連續(xù)回轉(zhuǎn)，范圍在15°/S～65°/S之間。
最后，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取原來(lái)的搖桿3為機(jī)架，桿4為曲柄，在其他參數(shù)保持不變的前提下對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，可以看出，通過(guò)改變機(jī)架后，原來(lái)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榱穗p搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖4所示。
圖4的動(dòng)畫(huà)演示中能夠看出，兩個(gè)搖桿都不能在整周范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，都在一定范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)，從圖4中的角速度圖中可以看出主動(dòng)曲柄搖桿轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動(dòng)搖桿的轉(zhuǎn)速為不等速擺動(dòng)，范圍在0°/S～35°/S之間。
在課堂教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)字化仿真能夠使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)機(jī)構(gòu)的倒置有清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)提高了學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的興趣和創(chuàng)新能力。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革
由于課時(shí)的限制，“機(jī)械原理”課程實(shí)驗(yàn)共有四次，具體安排如表1所示。
由表1看出：“卓越”班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較少，不能夠滿足學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以利用數(shù)字化仿真技術(shù)進(jìn)行有效的彌補(bǔ)，同時(shí)也可以對(duì)以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以先讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建不同的機(jī)構(gòu)，分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，課下讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)所繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖建立所搭建的機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行數(shù)字化仿真模擬，直觀形象地模擬實(shí)際搭建機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)，事先讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化仿真，測(cè)量出機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度曲線，然后再與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的曲線進(jìn)行相應(yīng)的比較。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有的內(nèi)容，也可以通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的數(shù)字化仿真來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。
三、教學(xué)效果
通過(guò)數(shù)字化仿真技術(shù)在“機(jī)械原理”課程中的應(yīng)用，在理論教學(xué)過(guò)程中對(duì)所講授知識(shí)可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行虛擬仿真，有效改變傳統(tǒng)理論教學(xué)加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，節(jié)省課時(shí)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)數(shù)字化仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合大大提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機(jī)械原理”教學(xué)中具有較大的新穎性，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)“機(jī)械原理”課程基本理論的理解，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方法的創(chuàng)新。
新的教學(xué)方法能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生能夠變被動(dòng)接受為主動(dòng)思考，通過(guò)對(duì)不同的方案進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
數(shù)字化仿真技術(shù)在本門(mén)課程中的應(yīng)用鍛煉了學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的能力，同時(shí)也提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。這種教學(xué)模式的探索為其他工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程適應(yīng)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的教學(xué)改革提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)；機(jī)械設(shè)計(jì)全過(guò)程訓(xùn)練；人才能力培養(yǎng)
大家都知道，機(jī)器是各部分之間具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人為的實(shí)物組合，它能代替或減輕人類(lèi)勞動(dòng)來(lái)完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。所以，機(jī)器的設(shè)計(jì)過(guò)程基本上應(yīng)包含兩個(gè)階段，即運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和構(gòu)形及工作能力設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。前者是根據(jù)機(jī)器的預(yù)定動(dòng)作要求，保證機(jī)器具有所需的確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其設(shè)計(jì)結(jié)果是機(jī)器運(yùn)動(dòng)原理圖和各組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，它好像動(dòng)物的“骨骼”，這是機(jī)械原理課程所承擔(dān)的內(nèi)容。后者是在運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將抽象的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)換成具體的工程（結(jié)構(gòu)）圖，這猶如動(dòng)物的“肢體”，并能按照各種設(shè)計(jì)理論，保證機(jī)器在一定的工況條件下和規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，具有正常的工作能力。其設(shè)計(jì)結(jié)果是制造單位所必需的工程圖和技術(shù)文件，這是機(jī)械設(shè)計(jì)課程所承擔(dān)的內(nèi)容。只有將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，才是一個(gè)完整的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程。只有完成這兩個(gè)過(guò)程的訓(xùn)練，才能說(shuō)完成了機(jī)械設(shè)計(jì)全過(guò)程的訓(xùn)練。這是機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才具有創(chuàng)新能力的最基本的條件，也是我們培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最低要求，否則他們將要在今后工作中經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)期的磨礪、摸索，甚至以半個(gè)人生為代價(jià)，才能具有這種能力，這將大大延緩人才的成長(zhǎng)過(guò)程。
一、我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題
（1）過(guò)去“機(jī)械原理”課程中存在著“重分析、輕綜合，重理論、輕實(shí)踐”的現(xiàn)象，課程設(shè)計(jì)為運(yùn)動(dòng)分析和力分析（這不能稱(chēng)為設(shè)計(jì)），甚至在教材中提出機(jī)器運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)律可循。隨著教改的不斷深入，機(jī)械原理新教材已編入機(jī)器運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)已開(kāi)展了不同類(lèi)型和題目的整機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，而且與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。由于有些教師（尤其是老教師）沒(méi)有學(xué)習(xí)（或?qū)嵺`）過(guò)機(jī)器全過(guò)程設(shè)計(jì)，因此各校發(fā)展不一，有的只做機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，不做整機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，有的甚至至今仍只做運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析。但總的形勢(shì)是機(jī)械原理加強(qiáng)整機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)并開(kāi)展計(jì)算機(jī)應(yīng)用已成大勢(shì)所趨。
（2）“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程以前被稱(chēng)為“機(jī)械零件”課程，一直被公認(rèn)為對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和提升具有很大的作用，尤其是減速器設(shè)計(jì)作為學(xué)生的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)幾乎是不可取代的。在“機(jī)械零件”改名為“機(jī)械設(shè)計(jì)”的時(shí)候，曾有些學(xué)校認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)若不包含機(jī)器的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是片面的、不科學(xué)的。之后有些教師就把機(jī)械原理內(nèi)容加了進(jìn)來(lái)，統(tǒng)稱(chēng)為“機(jī)械設(shè)計(jì)”。在極個(gè)別教材中還加進(jìn)了凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。但在大多數(shù)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中，仍堅(jiān)持原來(lái)“機(jī)械零件”課程的教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計(jì)，即只講通用零件設(shè)計(jì)和進(jìn)行減速器課程設(shè)計(jì)，而機(jī)械原理中的三大常用機(jī)構(gòu)在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中只有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)了，其他兩大機(jī)構(gòu)（即連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）無(wú)影消失。學(xué)生不知道怎樣去進(jìn)行這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算，也就是說(shuō)在機(jī)械原理中學(xué)的連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)學(xué)生無(wú)法應(yīng)用，致使機(jī)械原理與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容脫節(jié)。這兩門(mén)課程的課程設(shè)計(jì)分別為機(jī)器方案設(shè)計(jì)和減速器設(shè)計(jì)，致使兩個(gè)課程設(shè)計(jì)脫節(jié)。使學(xué)生摸不著頭腦，搞不清兩者之間的聯(lián)系。
（3）教會(huì)學(xué)生從運(yùn)動(dòng)原理圖繪制工程裝配圖及其零件圖，這在我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中還是空白。因此畢業(yè)設(shè)計(jì)離不開(kāi)參考圖，甚至提出沒(méi)有參考圖就不能搞設(shè)計(jì)。如果按此邏輯，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)性設(shè)計(jì)。學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)到處搜集參考圖，畢業(yè)設(shè)計(jì)基本不搞方案及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，多為抄圖加校核，而且這種畢業(yè)設(shè)計(jì)方式也為大多數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師所認(rèn)可，認(rèn)為只要抄圖抄懂即可。這樣的畢業(yè)設(shè)計(jì)怎能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？
（4）我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)沒(méi)有給學(xué)生提供一個(gè)動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)結(jié)果往往停留在圖紙或虛擬階段，無(wú)法檢驗(yàn)正確與否，雖然舉辦了機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽和挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽，但參與的學(xué)生只占少數(shù)。
（5）我國(guó)機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革思路有待深入探討，很多學(xué)校不知道從哪里著手，往往出去調(diào)研一遍，將收集的教學(xué)資料綜合起來(lái)取平均值即可，打不破舊的傳統(tǒng)，提不出新的方案。現(xiàn)在各門(mén)課程幾乎都在爭(zhēng)學(xué)時(shí)，都在進(jìn)行教改，都在加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，都在搞創(chuàng)新，舊的去不掉，新的要加進(jìn)來(lái)，只好搞平均壓縮，缺乏整體觀念和權(quán)威，缺乏創(chuàng)新思維和人文素質(zhì)教育。
綜上所述，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀令人堪憂，機(jī)械類(lèi)畢業(yè)生基本上不會(huì)搞創(chuàng)新設(shè)計(jì)（或新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)），只有在工作崗位上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索才能具有這種能力。教育部于2010年啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。提出了教育界與工業(yè)界聯(lián)合制訂人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制；設(shè)立“工程實(shí)踐教育中心”，學(xué)生在企業(yè)學(xué)習(xí)一年，“真刀真槍”做畢業(yè)設(shè)計(jì)；改革完善工程教師職務(wù)聘任、考核制度等措施。我們認(rèn)為，若要完成上述一系列人才培養(yǎng)計(jì)劃，就必須重視對(duì)教學(xué)計(jì)劃及課程內(nèi)容的全面分析和適當(dāng)調(diào)整，否則是很難培養(yǎng)出具有原創(chuàng)性設(shè)計(jì)能力的卓越人才的。
二、機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)改革的思路與建議
關(guān)鍵詞：定律；原理；守恒
【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7
學(xué)好力學(xué)是學(xué)好物理的基礎(chǔ)。深入理解力學(xué)中的疑難點(diǎn)，學(xué)會(huì)分析解決問(wèn)題的方法是學(xué)好力學(xué)的關(guān)鍵。形成疑難點(diǎn)的主要原因是同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)物理時(shí)沒(méi)有深刻理解物理概念、規(guī)律及適用條件，常常將意義相近的概念混為一談，或者亂套公式，要通過(guò)對(duì)力學(xué)中常見(jiàn)疑難點(diǎn)的分析，糾正學(xué)生常犯典型錯(cuò)誤，并給出簡(jiǎn)明的分析和解決問(wèn)題的方法。
一、動(dòng)能定理和功能原理
功和能的概念及其相互聯(lián)系貫穿在高中物理教學(xué)的全部過(guò)程，它們是高中物理中最重要最基本的一些概念。
表示功的基本公式W=Fscosθ應(yīng)從三個(gè)方面去理解：a式中的s是指力的作用點(diǎn)的位移，公式中的F為恒力。b正確理解正功和負(fù)功的概念。力對(duì)物體做正功，力的方向和位移方向一致，表示動(dòng)力做功；力對(duì)物體做負(fù)功表示力的方向和位移方向相反，表示物體克服阻力做功。C分清功和做功的意義，功是狀態(tài)量，做功是過(guò)程量。
做功的過(guò)程就是物體能量發(fā)生變化的過(guò)程，合外力對(duì)物體做的功，等于物體動(dòng)能的變化，這一結(jié)論叫做動(dòng)能定理。
學(xué)習(xí)動(dòng)能定理時(shí)，應(yīng)明確下述兩點(diǎn)：a功和能是兩個(gè)不同概念，b動(dòng)能和動(dòng)量都是描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，但動(dòng)量是矢量，而動(dòng)能是標(biāo)量；應(yīng)用范圍不同，動(dòng)能是標(biāo)志物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為一定量的其它形式的能力的一種量度，它是力對(duì)空間的一種積累，而動(dòng)量是力對(duì)時(shí)間的一種積累。
如果物體既受動(dòng)力作用，又受阻力作用，物體機(jī)械能的改變量就是外力所做功的代數(shù)和。即E2-E1=W動(dòng)-W阻這個(gè)結(jié)論叫功能原理。
用功能原理解題的優(yōu)點(diǎn)是，只須確定初、末狀態(tài)機(jī)械能的變化，而不必考慮相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
功能原理是動(dòng)能定理的延伸和擴(kuò)展，動(dòng)能定理是功能原理中一個(gè)最簡(jiǎn)單的特例。如果物體僅在水平方向上做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不受靜電場(chǎng)力和彈力作用即無(wú)勢(shì)能變化那只須用動(dòng)能定理求解；若運(yùn)動(dòng)過(guò)程中伴有重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能電勢(shì)能的變化，就應(yīng)考慮用功能原理去求解。
三、動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律
學(xué)習(xí)兩條守恒定律，應(yīng)明確以下五個(gè)問(wèn)題
1、運(yùn)用動(dòng)量守恒定律，解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意下述三點(diǎn)a動(dòng)量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)公式是一個(gè)矢量式，在列式之前首先要規(guī)定正方向；b定律中各速度都必須相對(duì)于同一參照系，c定律公式中等號(hào)兩邊各動(dòng)量必須分別是作用前和作用后同一時(shí)刻的量。
2、掌握兩個(gè)以上的物體所構(gòu)成的系統(tǒng)的研究方法。動(dòng)量守恒定律所研究的是物體系統(tǒng)間的相互作用。這里所說(shuō)的物體系統(tǒng)可以是兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，也可以是兩個(gè)以上物體所組成的系統(tǒng)，對(duì)于兩個(gè)以上物體所組成的系統(tǒng)，在弄清物理過(guò)程以后，可以用隔離法，采取先分析后綜合的方法來(lái)分別處理。
3、在深刻理解機(jī)械能守恒定律成立的條件及其物理意義的基礎(chǔ)之上，正確選擇研究對(duì)象。物體在發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能總量保持不變的條件是"沒(méi)有摩擦和介質(zhì)阻力"其含義是，我們所選擇的研究對(duì)象，從初態(tài)變化到末態(tài)的過(guò)程中對(duì)外不做功，外界對(duì)它也不做功，這樣初末態(tài)機(jī)械能總量才能保持不變。
4、把兩條守恒定律成立條件不要混為一談
如圖（1），木塊B與水平面間無(wú)摩擦，子彈A沿小平方向射入木塊后留在木塊內(nèi)，將彈簧壓縮到最短，將子彈開(kāi)始射入木塊到彈簧壓縮到最短的過(guò)程中，動(dòng)量不守恒，機(jī)械能不守恒，因?yàn)樽訌椛淙肽緣K的過(guò)程中要克服木塊的摩擦阻力做功，轉(zhuǎn)化為熱能。即系統(tǒng)對(duì)外做功，故系統(tǒng)機(jī)械能不守恒；在彈簧被壓縮的過(guò)程中，系統(tǒng)又受到墻壁所施給的外力作用，故動(dòng)量守恒定律也不成立。如果將圖中的子彈A和木塊B改為兩個(gè)彈性球，設(shè)A、B相碰的過(guò)程中不損失機(jī)械能，那么三者所組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，而動(dòng)量不守恒。
綜上所述，同學(xué)們不難看出，兩條守恒定律各有其嚴(yán)格的成立的條件，它們之間相互獨(dú)立，不能互相取代，因?yàn)槎呖紤]問(wèn)題的角度不同，動(dòng)量守恒定律是從受力的角度去分析；而機(jī)械能守恒定律是從做功的角度去分析，兩條守恒定律成立的條件不能混為一談。
5、應(yīng)用兩條守恒定律解題的基本思路是：①首先要弄清物理過(guò)程，弄清整個(gè)過(guò)程性質(zhì)、細(xì)節(jié)和特征，把整個(gè)過(guò)程分解為幾個(gè)較簡(jiǎn)單的子過(guò)程。②根據(jù)每一個(gè)子過(guò)程的性質(zhì)、細(xì)節(jié)和特征來(lái)判斷該過(guò)程符合哪一條守恒定律成立的條件，然后列出相應(yīng)的方程。③運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)聯(lián)立求解，從這里我們可以看出：思維方法的特點(diǎn)是先分析后綜合，化整為零，各個(gè)擊破；解題能力分兩步，先把物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題，再運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題，解題的關(guān)鍵在于通過(guò)弄清物理過(guò)程而理出簡(jiǎn)明的解題思路。
如圖（2），在光滑小平地面上有一輛質(zhì)量為М的小車(chē)，車(chē)上裝有一個(gè)半徑為R的光滑圓環(huán)，一個(gè)質(zhì)量為m的小滑塊
從跟車(chē)面等高的平臺(tái)上以速度V。滑入圓環(huán)，試問(wèn)，小滑塊的初速度V。應(yīng)滿足什么條件才能使它運(yùn)動(dòng)到環(huán)頂時(shí)恰好對(duì)環(huán)頂無(wú)壓力？
分析：小滑塊在光滑小車(chē)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，即滑塊與車(chē)相互作用的過(guò)程中，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。滑塊至圓環(huán)的最高點(diǎn)恰對(duì)環(huán)頂無(wú)壓力則mg=m①式中U為滑塊相對(duì)圓心O的線速度，設(shè)小車(chē)此時(shí)速度為V，并規(guī)定方向?yàn)檎较颍瑒t滑塊對(duì)地速度為-（u-v）對(duì)滑塊和小車(chē)組成系統(tǒng)
mV0=MV-m（u-v）②對(duì)系統(tǒng)而言機(jī)械能守恒 mv02=Mv2+m（u-v）2+2mgR ③
聯(lián)立 ①②③ V0=
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì) 原理 節(jié)能 礦山行業(yè) 研究
現(xiàn)如今，低碳環(huán)保、節(jié)能減排已經(jīng)成為人們時(shí)常掛在嘴邊的耳熟能詳?shù)牧餍性~匯，而實(shí)際上，這樣的事情都是說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，國(guó)家雖然對(duì)此情況做出了相應(yīng)的規(guī)定，也頒布了一些有針對(duì)性的法律條文，也加強(qiáng)了這方面的監(jiān)督，但是收效甚微，很多問(wèn)題仍然存在。工業(yè)行業(yè)特別是礦山行業(yè)本身就是能耗較高的產(chǎn)業(yè)，為了社會(huì)發(fā)展和工業(yè)需求的滿足，很多重型設(shè)備機(jī)械被設(shè)計(jì)研制出來(lái)，應(yīng)用到礦山的開(kāi)采當(dāng)中，這些設(shè)備的耗能高，如何解決該行業(yè)中的環(huán)保問(wèn)題，走上節(jié)能減排的道路，還是非常值得我們深入研究的。就目前的形勢(shì)來(lái)看，節(jié)能減排已經(jīng)成為世界的主題，就礦山機(jī)械行業(yè)這樣的耗能大的行業(yè)來(lái)說(shuō)，將會(huì)給技術(shù)設(shè)備的研究設(shè)計(jì)提出更高的要求，礦山機(jī)械行業(yè)同時(shí)也面臨著更大的挑戰(zhàn)。
1 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的背景
伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的利用和消耗都是空前的強(qiáng)盛，這也進(jìn)一步使環(huán)境問(wèn)題更加的惡化，給自然生態(tài)和人們正常的生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，一直非常注重工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視不夠，對(duì)環(huán)境的破壞現(xiàn)象越來(lái)越多。所以，必須將環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注提上日程。
背景分析。我國(guó)目前所面臨的節(jié)能減排的形勢(shì)是非常嚴(yán)峻的。工業(yè)生產(chǎn)一方面給人們的生活做出了突出的貢獻(xiàn)，另一方面也增加了能源物資的消耗，破壞了生態(tài)環(huán)境，影響了人們的生活質(zhì)量，阻礙了工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。礦山制造業(yè)在節(jié)能減排的過(guò)程中占據(jù)著重要的位置，無(wú)論是從礦山的開(kāi)采、材料的冶煉、零部件的加工，還是機(jī)械的使用、報(bào)廢處理，這些都會(huì)不同程度的產(chǎn)生污染。礦山行業(yè)每年報(bào)廢淘汰的產(chǎn)品比較多，如果沒(méi)有進(jìn)行合適的處理，不僅僅會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，還將對(duì)自然環(huán)境造成極大的污染。所以，凡是從事機(jī)械制造的人員，身上都始終肩負(fù)著節(jié)能減排、降低污染、節(jié)約原料的責(zé)任，他們必須采取行之有效的措施，盡力完成這一艱巨的任務(wù)。
機(jī)械設(shè)計(jì)在節(jié)能減排的過(guò)程中作用非常大，機(jī)械生產(chǎn)首先從設(shè)計(jì)開(kāi)始，機(jī)械的強(qiáng)度、壽命、制造和裝備的工藝性，材料和熱處理的選擇，使用和維修是否方便，是否具有回收和再利用的可能性等等，這些都是在機(jī)械設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行決定和解決的。設(shè)計(jì)的過(guò)程中如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤或者是不足，在以后的生產(chǎn)和使用的過(guò)程中都將是無(wú)法進(jìn)行更正的。所以，要想將節(jié)能減排落到實(shí)處，就必須重視機(jī)械的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的過(guò)程必須有合理的制度和嚴(yán)格的管理，設(shè)計(jì)師要參與到有關(guān)規(guī)定和制度的制定當(dāng)中來(lái)，這樣會(huì)使制度更加的全面合理。
2 機(jī)械設(shè)計(jì)中節(jié)能原理應(yīng)用的必要性
在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一般的設(shè)計(jì)單位都沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一和固定的能源消耗標(biāo)準(zhǔn)的明示，這直接導(dǎo)致了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在加工的過(guò)程中，無(wú)法對(duì)優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝進(jìn)行節(jié)能降耗的及時(shí)分析，同時(shí)由于目前采用的工藝技術(shù)和工藝流程等都相對(duì)成熟，在這樣的情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)幾乎沒(méi)有對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能降耗問(wèn)題進(jìn)行綜合的分析和考慮，這在一定程度上提升了機(jī)械設(shè)計(jì)加工的企業(yè)在能源上的過(guò)量消耗。并且在生產(chǎn)的過(guò)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)普遍都是比較關(guān)注機(jī)械加工的效率和精度，很少關(guān)注能源的消耗與浪費(fèi)，因此很少有機(jī)械設(shè)計(jì)加工的企業(yè)會(huì)考慮如何提高設(shè)備的能源利用率，而進(jìn)行科學(xué)合理的技術(shù)措施的采用，或者在機(jī)械設(shè)計(jì)加工的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)整體能源消耗量進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。對(duì)于組織開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)加工作業(yè)的具體操作人員來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)的過(guò)程中，關(guān)注的一直都是工作效率，并且企業(yè)也沒(méi)有將能源消耗納入到績(jī)效考核中來(lái)，這樣的管理模式影響和制約了節(jié)能減排的實(shí)施。
3 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的基本原理
礦山工程機(jī)械環(huán)境的性能情況和對(duì)環(huán)境的負(fù)荷在很大程度上都是由設(shè)計(jì)部門(mén)在設(shè)計(jì)的階段事先確定好的，所以進(jìn)行節(jié)能型工程機(jī)械的開(kāi)發(fā)研制最應(yīng)該注重的就是設(shè)計(jì)的階段。
3.1在材料和資源的選用上盡量選擇可再生利用的
在材料和資源的選擇上，各系統(tǒng)及部件的設(shè)計(jì)盡量選擇可回收、易分解、能再生的，同時(shí)在加工和使用的過(guò)程中對(duì)于環(huán)境的影響不大甚至是沒(méi)有污染的的材料，特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)組件的設(shè)計(jì)，盡量選用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無(wú)毒無(wú)害的材料，提高工程機(jī)械材料可再生的可能性。
3.2在產(chǎn)品的零部件設(shè)計(jì)上，遵循長(zhǎng)壽命、低能耗和減輕重量設(shè)計(jì)的原則
工程的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該再保持主機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)的前提下，盡可能的減少主機(jī)和附屬作業(yè)裝置或者是機(jī)具的體積和重量，提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的強(qiáng)度和耐久的性能，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化和高效率，進(jìn)而降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。
3.3低公害、防滲漏、節(jié)能高效的發(fā)動(dòng)機(jī)
在工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，盡量保證低公害、減震降噪、防滲漏、節(jié)能減排、高效，選用低公害的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)是工程機(jī)械所有系統(tǒng)中對(duì)環(huán)境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環(huán)保型冷增壓柴油機(jī)性能大大降低對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。
4 機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理在礦山行業(yè)中的具體措施應(yīng)用
伴隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)大型工程項(xiàng)目逐步開(kāi)工，礦山工程施工機(jī)械的品種和數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了比較可觀的程度，在全球范圍內(nèi)各地的機(jī)械數(shù)量還在不斷的增加。但是，大部分的工程機(jī)械對(duì)于能源的消耗、排放產(chǎn)生的污染物給環(huán)境都造成了不可估量的負(fù)荷。為實(shí)現(xiàn)大量工程機(jī)械對(duì)環(huán)境的污染最小化，加強(qiáng)對(duì)我們生活的地球資源的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，提高操作人員的工作安全性和工作的舒適性，盡可能的實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)境的高度親和統(tǒng)一，非常有必要根據(jù)礦山行業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。但是隨著國(guó)內(nèi)外環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，可以預(yù)見(jiàn)的是開(kāi)發(fā)研制環(huán)保節(jié)能型的機(jī)械產(chǎn)品必將是今后礦山工程機(jī)械設(shè)計(jì)的主要潮流和趨勢(shì)。
4.1將節(jié)能理念融入到機(jī)械設(shè)計(jì)中
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，而環(huán)保意識(shí)在人們的心目中也逐漸的增強(qiáng)，在這樣的形勢(shì)下，機(jī)械設(shè)計(jì)無(wú)論是企業(yè)還是管理層都一致的認(rèn)識(shí)到：利用生產(chǎn)效率很難能夠提升和強(qiáng)化自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，通過(guò)節(jié)能基本原理的推廣和實(shí)施，不僅能夠幫助企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，并且能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，確保企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)核心技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，在整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的生命周期中，機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)必須始終做好節(jié)能基本理念的貫徹落實(shí)。機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的教育和培訓(xùn)，協(xié)助設(shè)計(jì)人員提升自身的業(yè)務(wù)能力，也能幫助設(shè)計(jì)人員不斷的進(jìn)行節(jié)能知識(shí)的豐富，這樣才能在每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中，有效的落實(shí)節(jié)能的目標(biāo)。
4.2將機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理應(yīng)用在礦山機(jī)械加工設(shè)備的設(shè)計(jì)中
機(jī)械加工主要是指通過(guò)一種機(jī)械設(shè)備，對(duì)工件的外形尺寸或者是性能進(jìn)行改造的全過(guò)程。在礦山行業(yè)中，大多數(shù)的應(yīng)用型設(shè)備都是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工而形成的。機(jī)械化的生產(chǎn)過(guò)程，就難免會(huì)使用沖壓、焊接等機(jī)械設(shè)備，就單單從焊接工具的方面來(lái)看，針對(duì)指定的加工對(duì)象進(jìn)行加工，并且按照既定的圖紙進(jìn)行改造的時(shí)候，需要電力充分的支持，這就難免會(huì)在整個(gè)加工的流程中，浪費(fèi)一定的能源。因此，將機(jī)械設(shè)計(jì)的技能原理應(yīng)用于礦山機(jī)械加工設(shè)備的設(shè)計(jì)中，是十分必要的，能產(chǎn)生很大的節(jié)能價(jià)值。
4.3將機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理應(yīng)用到礦山升降機(jī)械的設(shè)計(jì)中
升降機(jī)械主要是利用壓力容器或者是鏈條達(dá)到促進(jìn)升降設(shè)備移動(dòng)的目的，主要是進(jìn)行高空作業(yè)或者是高空維修時(shí)進(jìn)行使用。正是由于升降設(shè)備使用的情況，要完成良好的高空作業(yè)，就必須具備強(qiáng)大的動(dòng)力能量，才能保證將設(shè)備送至指定的高度，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)施。所以，升降機(jī)械在能源的消耗上是比較大的，這就需要進(jìn)行相應(yīng)的改造。
結(jié)合節(jié)能型液壓升降機(jī)的工作情況和結(jié)構(gòu)原理，對(duì)主要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行篩選和有效的討論，設(shè)計(jì)出來(lái)的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，工作比較可靠，并且工作效率較高，耗能低，在達(dá)成勢(shì)能回收的同時(shí)，又能增加液壓系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性，可以給設(shè)計(jì)和制造以及使用單位一定的啟示。
5 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)如今，受企業(yè)自身的規(guī)模和實(shí)際的技術(shù)水平等因素的影響與制約，大部分的機(jī)械設(shè)計(jì)公司特別是中小型機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)，在具體的操作中，一般的生產(chǎn)模式都是逐一進(jìn)行單件產(chǎn)品生產(chǎn)，從而導(dǎo)致了企業(yè)無(wú)法進(jìn)行流水線式生產(chǎn)模式推廣，在某種程度上增加了企業(yè)生產(chǎn)的能耗。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新模式，積極推廣使用批量生產(chǎn)模式，幫助企業(yè)不斷優(yōu)化自身的內(nèi)部資源，降低加工生產(chǎn)的能耗。
綜上所述，將節(jié)能基本理念融入到現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)之中，能夠有效的幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展，否則在現(xiàn)如今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)很難形成堅(jiān)固的技術(shù)屏障，面對(duì)社會(huì)能源的日趨緊張的局面，市場(chǎng)將會(huì)淘汰能源消耗量大的企業(yè)。為此，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)必須采取相應(yīng)的措施，不斷的降低能耗，實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]武成，袁振中，生瑞東.機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理在礦山行業(yè)應(yīng)用研究[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào)， 2015.
關(guān)鍵詞：機(jī)械基礎(chǔ) 思維方式 教學(xué)方法
隨著控制技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，掌握機(jī)械基礎(chǔ)的基本概念、基本原理和基本方法已成為機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行機(jī)電液產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理必備的基本知識(shí)和基本技能。《機(jī)械基礎(chǔ)》課程具有理論性強(qiáng)、系統(tǒng)性強(qiáng)、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生普遍感覺(jué)這門(mén)課程學(xué)習(xí)難、作業(yè)難、實(shí)踐難。要學(xué)好這門(mén)課程，對(duì)學(xué)生提出三個(gè)基本要求：較好的數(shù)理功底、一定的機(jī)械背景、較強(qiáng)的邏輯分析能力。尤其是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，前期學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程，初步培養(yǎng)了學(xué)生的形象思維方式，然后再將抽象的內(nèi)容具體化、實(shí)踐化、工程化，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)在以下幾個(gè)方面下功夫。
一 基于所學(xué)理論培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力
《機(jī)械基礎(chǔ)》是應(yīng)用數(shù)學(xué)手段，基于物理學(xué)、電工電子學(xué)、力學(xué)、機(jī)械原理等知識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，將機(jī)械系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型的形式，進(jìn)行性能分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。因此，要求本專(zhuān)業(yè)的學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)的基礎(chǔ)，有一定的機(jī)械方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且具備多學(xué)科的知識(shí)積累。要想學(xué)好這門(mén)課程，如果學(xué)生之前沒(méi)有學(xué)習(xí)工程數(shù)學(xué)，這里需要有針對(duì)性地補(bǔ)充與本課程直接相關(guān)的知識(shí)，盡量做到教會(huì)學(xué)生怎樣應(yīng)用定義、定理，而不是定理的證明過(guò)程。有些涉及到物理學(xué)、電工電子學(xué)、力學(xué)知識(shí)，學(xué)生們雖然學(xué)過(guò)相關(guān)課程，但是時(shí)間一長(zhǎng)就印象不深刻，因此，在每次課程結(jié)束前把下次課程會(huì)用到的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)給學(xué)生一一列出，讓學(xué)生課后提前復(fù)習(xí)已學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)，在下次課堂上只需對(duì)要用到的基礎(chǔ)知識(shí)作些簡(jiǎn)單的提示或回顧，在舊知識(shí)與新知識(shí)之間架起一座橋梁，新舊知識(shí)有效銜接，達(dá)到事半功倍的效果。例如：在機(jī)械建模這章中，用到"牛頓第三運(yùn)動(dòng)定理"、"基爾霍夫定律"等知識(shí)，在系統(tǒng)時(shí)域性能分析這章中用到一階微分方程和二階微分方程的求解知識(shí)。這時(shí)老師要及時(shí)提醒學(xué)生，或者點(diǎn)到為止地重復(fù)這部分內(nèi)容，這樣學(xué)生在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)就會(huì)很清楚地知道這些數(shù)學(xué)模型是建立在哪些理論基礎(chǔ)之上，并且知道如何應(yīng)用原來(lái)學(xué)過(guò)的定理或定律去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，構(gòu)建一個(gè)完備的知識(shí)框架，也能夠從中體會(huì)到原來(lái)各門(mén)學(xué)科之間是相互聯(lián)系、相互銜接的，只有融會(huì)才能貫通，學(xué)生自然邏輯清晰，分析能力自然提高。
二 將抽象的內(nèi)容具體化、實(shí)踐化、工程化
《機(jī)械基礎(chǔ)》中大部分定義、理論和方法都是比較抽象的，在教學(xué)過(guò)程中如果僅限于理論的介紹和論述，學(xué)生不僅會(huì)感覺(jué)空洞乏味，而且有無(wú)本之木、無(wú)源之水的感覺(jué)。如果教師能夠結(jié)合一些具體而又形象的例子會(huì)產(chǎn)生事半功倍的效果。例如：在機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性這一章中，講到系統(tǒng)穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性定義的時(shí)候，筆者就列舉兩個(gè)實(shí)例，一個(gè)是倒立擺試驗(yàn)臺(tái)，一個(gè)是起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)的末端部分--鋼絲繩、吊鉤和貨物組成的正擺機(jī)構(gòu)。倒立擺源于火箭發(fā)射瞬間的狀態(tài)，是一種不穩(wěn)定的系統(tǒng)通過(guò)穩(wěn)定控制手段，使其穩(wěn)定倒立的一個(gè)典型教學(xué)實(shí)例；而起重機(jī)貨物擺動(dòng)是在受到外界干擾作用下在鉛垂方向附近擺動(dòng)，最終在空氣阻力作用下恢復(fù)到鉛垂方向，這個(gè)鉛垂向下的方向就是它的平衡位置；而倒立擺的平衡位置是鉛垂向上的位置，在外界干擾作用下離開(kāi)平衡位置，如果無(wú)外力作用再也無(wú)法恢復(fù)到它的平衡位置。通過(guò)這兩個(gè)機(jī)械實(shí)例形象直觀地介紹了系統(tǒng)穩(wěn)定性與不穩(wěn)定性這兩個(gè)抽象的概念，不需要太多的解釋。
三 從生活實(shí)例中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力
減少抽象模型例題，增加生活實(shí)例和機(jī)械典型案例，同時(shí)把機(jī)械領(lǐng)域的前沿課題以及研究結(jié)果作為實(shí)例引入到教材之中。例如：在講解機(jī)械擺動(dòng)性能分析這章中的二階振蕩環(huán)節(jié)的時(shí)域響應(yīng)這部分內(nèi)容時(shí)，涉及到振動(dòng)頻率、系統(tǒng)激勵(lì)、系統(tǒng)響應(yīng)、響應(yīng)幅值的概念，將貨郎擔(dān)振動(dòng)現(xiàn)象作為典型實(shí)例。貨郎行走就是系統(tǒng)激勵(lì)，貨郎擔(dān)的上下振動(dòng)就是系統(tǒng)響應(yīng)，振動(dòng)的大小就是振動(dòng)幅值。不同材質(zhì)、不同尺寸、不同截面形狀的貨郎擔(dān)振動(dòng)的頻率不同，如果貨郎行走的頻率與貨郎擔(dān)的頻率一致，這樣就發(fā)生共振，貨物按照貨郎行走的頻率，在隨著貨郎向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，做上下振動(dòng)，這樣貨郎挑著貨物就省力，這也是人們不把貨郎擔(dān)做得太硬，而是有一定彈性的原因。例如：在二階欠阻尼系統(tǒng)中介紹無(wú)阻尼固有頻率、有阻尼固有頻率和阻尼系數(shù)等概念時(shí)，列舉行駛在馬路上的汽車(chē)發(fā)生上下顛簸的現(xiàn)象。汽車(chē)底盤(pán)下都有減振彈簧和阻尼器，目的是為了降低由于路面起伏引起的車(chē)體上下振動(dòng)問(wèn)題。汽車(chē)的質(zhì)量是m，減振彈簧剛度為k，阻尼器阻尼系數(shù)是b，則系統(tǒng)固有頻率，阻尼比，如果彈簧太硬、阻尼系數(shù)太小起不到減振的作用；如果彈簧太軟、阻尼系數(shù)太小消振太慢，路面沒(méi)有起伏的情況下，車(chē)體還在振動(dòng)。因此，如何設(shè)計(jì)、計(jì)算汽車(chē)的減振彈簧和阻尼器參數(shù)。使汽車(chē)有合理的振動(dòng)頻率和阻尼比，得到緩沖減振的效果，同時(shí)，還要避免汽車(chē)振動(dòng)頻率與路面起伏頻率相一致的情況。介紹從具體生活實(shí)例或工程實(shí)例到各個(gè)環(huán)節(jié)模型，最后到數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生從具體實(shí)例到數(shù)學(xué)模型的建模能力。
四 培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)新的思維方式解決機(jī)械實(shí)踐問(wèn)題
要實(shí)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的方式，也可以通過(guò)控制手段，還可以通過(guò)機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)相結(jié)合的方式。不同的機(jī)器具有不同的固有特性，只有在掌握了其動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，才能確定驅(qū)動(dòng)方案，其中必有一種方案是最佳的。學(xué)生在機(jī)械原理課程中學(xué)習(xí)了各種機(jī)構(gòu)，掌握了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而本課程教會(huì)學(xué)生除了應(yīng)用機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器，還可以應(yīng)用控制手段實(shí)現(xiàn)機(jī)器更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生了解如何將經(jīng)典控制論應(yīng)用于機(jī)械實(shí)踐中，根據(jù)"時(shí)域性能分析和頻域性能分析"的知識(shí)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，根據(jù)"系統(tǒng)性能校正"的知識(shí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，改變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，達(dá)到期望的運(yùn)動(dòng)目的。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊叔子:《機(jī)械基礎(chǔ)》(第三版）,華中科技大學(xué)出版社，2011年
[2] 周先輝：面向能力培養(yǎng)的《機(jī)械基礎(chǔ)》課程教學(xué)方法探索，《高教論壇》，2012年第11期
