机械原理课程设计-指南车（精选10篇）
目录
目录 ................................................................................................. 1 第一章 研究背景 ............................................................................ 2 第二章 基本原理 ............................................................................ 3 第三章 机构设计 ............................................................................ 3 1、机构原理 .............................................................................. 3 2、机构设计 .............................................................................. 4 3、设计方案 .............................................................................. 5 第四章 仿真分析 ............................................................................ 7 1、实体建模 .............................................................................. 7 2、仿真结果 .............................................................................. 8 第五章 总结 .................................................................................. 10 附 电子档清单 .............................................................................. 12
第一章 研究背景
指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利用差速齿轮原理，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
指南车是古代一种指示方向的车辆，也作为帝王的仪仗车辆。指南车起源很指南车复原模型早，历代曾几度重制，但均未留下资料。直至宋代才有完整的资料。它利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。指南车的自动离合装置显示了古代机械技
术的卓越成就。但是，正如永动机不可能成功，机械式指南车也有它解不开的死穴。因为所有机械指南车，都是以两轮之间的“差动”来工作的，它希望两轮与地面作纯滚动，这是一种理想的数学模式，在实际中从来不曾有过。我们知道车轮尺寸会有制造误差，也会有磨损不均，还会有地面的坑坑洼洼。若将试验条件相对放宽，机械式指南车必定会与预期有较大的差异，被历史淘汰也是不可避免的。
本次研究的主题是指南车的机构设计，本小组对指南车的核心机构――加法机构进行分析设计，并通过CAD/CAE/CAM集成软件Solidworks对机构进行进行实体建模与运动分析。
第二章 基本原理
车箱内部设置有一套可自动离合的齿轮传动机构。当车子行进中偏离正南方向，向东(左)转弯时，东辕前端向左移动，而后端向右(向西)移动，即将右侧传动齿轮放落，使车
轮的转动能带动木人下方的大齿轮向右转动，恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂仍指南方。当车子向西(右)转弯时，则左侧的传动齿轮放落，使大齿轮向左转动，以抵消车子右转的影响。而车子向正前方行进时，车轮与齿轮系是分离的，因此木人手臂所指的方向不受车轮转动的影响。如此，不管车子的运动方向是东西南北，或不断变化，车上木人的手臂总是指向南方，起着指引方向的作用。
第三章 机构设计
1、机构原理
指南车使用了差动齿轮装置，或者称加法机构, 或者称差速器。其原理是当车辆直线行驶时左右两车轮转动角速度相等。差动机构没有输出。车辆转弯时两侧车轮角速度不相等，这时差动机构输出这个差值。驱动指示机构。
类似的装置应用在现代汽车的差速器和工业上加工齿轮的专用设备插齿机以及滚齿机中。
2、机构设计
根据指南车的运动特性，在自由度为一的定轴轮系设计中，由于直线前进时，自动离合装置不会与左右两轮相结合，故输出杆件不会产生旋转运动而能固定指向;但在左右旋转时，则必须固定某一轮使其转速为零，并以该轮与地面的接触点为圆心，由另一轮的旋转使车身转弯;在转弯时，自动离合装置启动，将车轮旋转运动传递至输出杆件，产生与车身相等的角速度旋转但方向相反的运动，使输出杆件保持固定指向。而在自由度为二的差动轮系设计中，整体机构的.输入即为左右两轮的旋转角速度，用以控制输出件的运动状态。在直线前进时，左右两轮保持相同转速，此时车身并不旋转，同样地输出件此时角速度也会因为左右两轮的等角速度运动而相互抵销转速为零，但在左右旋转时，车身会因为左右两轮的速度差而产生旋转运动，而输出杆件则由内部传动造成输出杆件作与相等的角速度旋转但方向相反的运动，使输出杆件保持固定指向。
因此，在车轮与车身的运动分析上，定轴轮系指南车便成为差动轮系指南车的一个特例。而输出杆的运动，则会因内部传动机构设计而不同。据此，首先须推导出，左右两轮的角速度所造成车身旋转的角速度之间的数学关系。假设左右两轮的角速度分别为 ωL 与 ω
R ，车身旋转的角速度为 ω ，车轮的半径为 R ，两车轮中心距为 L ， 则依照图 4-1 所示，车在向右转弯时，左右两轮以点 O 为圆心作顺时针旋转运动， r1 与 r2 分别表示左右两轮与圆心 O 的距离(旋转半径)， S1 与 S 2 则表示左右两轮所行走的距离，则所有参数之间的数学关系推导如下：
根据两轮行进距离可得：
综上可得：
3、设计方案
基于差动轮系，设计一套加法机构。当车辆直线行驶时左右两车轮
转动角速度相等，差动机构没有输出。车辆转弯时两侧车轮角速度不相等，这时差动机构输出这个差值。通过加法机构，将两轮输入的角度差值转化为指向盘的转动角度，从而实现指向盘所指方向不变的工作特性，即起到“指南”的作用。
本组的设计方案如图所示(附件包含该图的AutoCAD图纸以及Solidworks的仿真分析模型)。图示为指南车的后轮，差动轮系将左右两个后轮的输入转化为指南盘转角的输出。轮系中的齿轮参数如下表格所示：
车轮参数：
左右轮直径：Φ400mm 轴距：400mm
通过以上参数可得ω=0.5(ωL-ωR)，本设计满足件，故能够实现“指南”的功能。
的条
第四章 仿真分析
1、实体建模
这里选用于SolidWorks的环境下进行指南车实体模型的建立。SolidWorks是一个架构在窗口操作系统下的3D实体绘图设计工具，让使用者拥有直觉式的设计空间。
传动机构的三维模型如图所示。齿轮大小不相同时, 其厚度也不相同, 建模时是完全根据实际尺寸进行造型的。
而整体的机构仿真图二如下：
图二 2、仿真结果
为了验证结构的合理性,使用仿真技术对机构进行了运动仿真分析。以下给出仿真结果曲线。图三中曲线是指向盘的相对于车身的转动角速度曲线w12??30,图四中曲线是右轮的转动角速度wL?600，图五中曲线是左轮的转动角速度wR?660。
图三：指向盘相对于车身角速度
图四：右轮转动角速度
图五：左轮转动角速度
图六：指向盘相对于地面角速度 我们设计时RR?0.5,车身相对于对面的角速度w??(wL?wR)?30LL
这与指向盘相对车子的角速度w12??30大小相等方向相反,所以指向盘相对地面的角速度始终为0，如图六所示, 实现了始终指南的功能。
仿真动画更清楚地显示了小车沿任意路径前进,指向盘的朝向始终不变的结果。
第五章 总结
本次课程设计，小组成员运用《机械原理》课程所学习的轮系相关知识，并查阅有关文献，设计出适用于指南车工作的差动轮系，并通过Solidworks对指南车外观及核心机构进行实体建模，使用Solidworks Simulation模块对模型进行运动分析，验证了小组机构设计的正确性。
在设计过程中，小组成员通过查阅大量有关资料，并与老师同学交流经验和自学，使我们学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不够完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我们终身受益。
课程设计这两周非常充实，让我们学到了很多东西。非常感谢老师的热心教导，与这次课程设计难得可贵的学习机会!
附 电子档清单
1、课题研究报告;
2、轮系设计图纸;
3、指南车运动仿真视频;
Abstract
The course design of machines and mechanisms theory is an important practical teaching process of Mechanical
paper presents a teaching reformation method for
teaching reformation method is help for developing the
引言
当今世界,科学技术突飞猛进,国际竞争日益激烈。国际的竞争,从经济竞争到科技竞争,归根到底是教育的竞争、人才的竞争[1]。在竞争激烈的现代社会中,制造企业对具有较强综合能力的高素质工程人才的需求日益增加。针对社会的需求,高等工科院校需要逐渐改变原有的教学模式,提高对学生的综合素质培养。
《机械原理课程设计》是机械类专业本科生的一个重要的实践性教学环节[2],一般安排在《机械原理》课程之后进行,是《机械原理》课程的延伸。其目的是通过设计实践,使学生更好地掌握和加深理解《机械原理》课程的基本理论和方法,以培养学生综合运用所学知识,来分析和解决工程实际问题的能力,对于培养学生理论联系实际的实践动手能力以及创新设计能力起到十分重要的作用[3,4,5,6]。但在传统的《机械原理课程设计》教学中,只是让学生按照教学要求完成某机构的选型与设计工作,而没有针对提高学生的综合能力进行教学设计。为此,必须对《机械原理课程设计》进行教学改革。
1、《机械原理课程设计》教学现状及改革思路
在传统的《机械原理课程设计》教学中,学生按照固定的设计流程,先进行系统方案的选择与设计,然后设计系统运动循环图,采用图解法或解析法设计系统方案中的凸轮或连杆等机构,绘制机构运动简图,最后编写课程设计说明书等。按照这样教学模式,学生在完成课程设计的过程中,加深了对《机械原理》课程中相关知识的理解,掌握了进行系统运动方案设计的流程,但缺少对学生综合能力进行培养的环节,无法满足现代社会对高素质工程人才的需求。
针对传统的《机械原理课程设计》教学模式无法满足现代社会对高素质工程人才需求的问题,以提高学生的综合素质为目标,采用允许自主选题方式培养学生创新设计能力,采用组队设计方式培养学生协作设计能力和团队合作精神,采用全程计算机辅助设计方式培养学生计算机应用能力,采用答辩考核方式培养学生语言表达的能力。
2、具体的改革方案
2.1允许自主选题
在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,学生的课程设计题目及参数都由教师指定,学生没有选择的余地。其中大多数题目都已经使用了很多年,例如:推瓶机构、铁板输送机构、平压模切机机构、医用棉签卷棉机机构、平压印刷机机构等等。这些陈旧的题目在学校图书馆和网上可以查到大量的相关资料,完成起来比较容易,对于学生来说没有什么吸引力,尤其是对那些能力比较强的学生。因此,在教师指定课程设计题目的教学模式下,常出现设计质量不高、设计方案雷同等问题。
为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,改变以往所有学生的设计题目均由教师指定的方式,鼓励部分能力较强的学生自主选题。具体实施的时候,首先,在《机械原理》课程开始之初就布置学生从日常生活、工程实际中广泛搜集合适的课程设计题目;然后,再组织学生进行讨论,确定学生自选的题目是否合适,并指导学生编写课程设计任务书。
采用允许学生自主选题的课程设计教学模式体现了以人为本,以学生为主的理念。在自主选题的前期调研过程中,学生运用各种手段收集资料,如通过互联网、图书馆等,不仅增长了知识,而且提高了发现问题的能力。自主选题也为学生提供了充分的想象和发挥的空间,培养了他们独立思考和积极创新的能力。而且,由于题目是学生自己选的,在进行设计的时候能有效地调动学生的积极性,提高课程设计的完成质量。
当然,考虑到部分学生可能无法找到合适的课程设计题目,并不要求所有学生必须自主选题。对于没有找到合适题目的学生,仍由教师另行指定课程设计题目。为鼓励自主选题,在进行成绩评定的时候可以给自主选题的学生加分。
2.2组队设计
随着科技的发展,在制造企业中对具有团队协作能力的工程技术人员的需求日渐增加。在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,学生每人一题,各不相同。每个学生只需要按照课程设计要求完成自己的工作就行了,无需与其他进行交流、合作。这样的教学模式有助于培养学生独立完成设计工作的能力,但与现代制造企业的需求不一致。
为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,改以往每人一题的方式为组队设计方式。学生们自由组合,每个小组(3~4人)一个设计题目,小组成员分工协作,共同完成设计任务。从选题、论证、设计到最后提交设计成果,同学们共同讨论、研究,各自发挥自己的长处,在设计过程中培养他们的协作设计能力和团队合作精神。由于从原来的每人一题改为每组一题,在设计任务上可以针对具体题目增加三维建模和机构运动仿真等内容。
2.3全程计算机辅助设计
随着计算机技术的发展,现代工程技术人员在进行设计时已经离不开计算机了。在传统的《机械原理课程设计》教学模式中,考虑学生的具体情况,允许学生提交手工图纸和课程设计说明书,这与企业工程技术人员进行设计的情况不一致。
为此,我们在《机械原理课程设计》的教学改革中,要求采用全程计算机辅助设计方式。全程计算机辅助设计包括:运用解析法进行计算机辅助机构设计(连杆机构、凸轮机构等),运用CAD软件绘制机构三维模型和运动简图,运用计算机进行运动仿真,撰写电子版课程设计说明书,制作答辩PPT文档等。通过全程计算机辅助设计,培养学生的计算机应用能力,改变以往机械专业学生只会用计算机绘图的状况。
2.4答辩考核
语言表达能力是指人们运用语言进行表情达意传递信息的一种表达能力[7]。现代企业需要全面发展的、高素质的、具有综合能力的人才,而出众的语言表达能力是他们必备的能力之一[7]。
因此,在《机械原理课程设计》的教学改革中,答辩考核成为课程设计成绩评定的一个重要组成部分。答辩作为一种检验学生对设计相关知识的掌握程度的方法,经常在学生的毕业设计中使用,而很少应用在课程设计中。主要是因为课程设计相对于毕业设计时间较短,参与的老师也较少,答辩组织起来比较困难。所以在课程设计答辩中,每个小组的论述时间和老师的提问时间一般都控制在10分钟左右。通过实施这样的改革措施,学生的语言表达能力就得到了一定的锻炼,这也有助于他们通过今后的毕业设计答辩。
3、结论
随着我国经济的发展,制造企业对综合能力强的高素质人才的需求将不断增加。为此,高等院校需要针对企业的需求改进学生的培养模式。采用“允许自主选题,组队设计,全程计算机辅助设计,规范的课程设计说明书格式,答辩考核”的教学模式进行《机械原理课程设计》,有助于培养学生的创新设计能力、协作设计能力、计算机应用能力、撰写书面报告的能力和语言表达能力,为在实践教学环节中培养学生综合能力提供了一种具体方法,为培养符合企业需求的高素质工程人才做出了贡献。
参考文献
[1]王意洁.创新研究生培养模式提高研究生培养质量[J].高等教育研究学报.
[2]杨巍,何晓玲,王军,等.机械原理课程设计教学改革[J].中国现代教育装备.
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参考文献
[1]郑金洲.教育通论[M].华东师范大学出版社.2000
四、讲究语言艺术,避免分散学生的“注意力”
教学语言是教师传授知识与学生进行交流的主要工具,是完成“传道授业解惑”任务的最重要手段。教学语言从广义上讲包括教学口语和体态语言,教师在课堂上,教学口语与体态语言运用是否得当,关系到教学活动的成与败,直接影响到学生的注意力,关系到教学效果的好坏。所以,教师必须讲究语言艺术。
教学口语是指在整个教学活动中,教师所讲的每一句话,是教师向学生传授知识和技能的主要手段和工具。我们常常会有这样的体会,听一堂生动的课,往往会连同老师的音容笑貌长久地铭刻在我们的心灵深处,有的甚至终身不忘。对于我们教师来说,一旦建立了这样的威信,一般不用担心学生分散注意力。如果在课堂上语病多端,“嗯”、“啊”、“咳”的口头禅频繁地出现,就会使学生产生厌烦感,削弱启发性,更谈不上恰当巧妙地运用声调的轻重缓急、高低快慢、抑扬顿挫,以造成课堂气氛的波浪起伏,保持学生注意力的集中。因此,教师必须在语言修养上狠下工夫,决不能因为语病、口头禅的缘故而使学生注意力分散掉。在教学口语的运用上,应力求做到四点。一是规范简洁、表达准确;二是语速适当、节奏鲜明;三是情真意切、形象生动;四是科学严谨、教育启发。体态语言是指伴随教师的教学口语而发生的无声的身体动作表达行为,是教师的身姿、动作、表情、态度、精神和风范等的综合反映,在教学过程中起辅助、影响和调控作用。教师在教学过程中运用的体态语言主要有身姿语、面部语和手势语三种。事实证明,教师在课堂上,如果能够灵活恰当地运用各种体态语言,不但能更好地启发学生理解教师的话语,还能有效地吸引学生的注意力,使学生感受其思想、态度和心情,使教师与学生之间在心理上产生共鸣,使教与学相得益彰。
上接第217页
摘要：《机械原理课程设计》是机械类专业本科生的一个重要的实践性教学环节。为了满足现代社会对高素质工程人才的需求,提出了“允许自主选题,组队设计,全程计算机辅助设计,答辩考核”的教学改革方法,培养学生的创新设计能力、协作设计能力、计算机应用能力、语言表达能力。
关键词：机械原理,课程设计,教学改革,综合能力
参考文献
[1]王意洁.创新研究生培养模式提高研究生培养质量[J].高等教育研究学报.2007,(1):33-35.
[2]杨巍,何晓玲,王军,等.机械原理课程设计教学改革[J].中国现代教育装备.2008,10:90-91.
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[5]何国旗,胡成武,吴吉平.机械原理课程设计中培养学生创新能力的探索[J].株洲工学院学报.20(6):145-146.
[6]李秀春,秦志钰.机械原理课程设计改革探讨[J].太原理工大学学报(社会科学版).2008,26(增刊):48-50.
[关键词]机械原理 课程改革 创新设计 实践
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0131-03
一、引言
随着科学技术的迅猛发展、社会竞争的日益加剧以及社会需求的日渐多样化，探索并实践集传授知识、培养创新能力、鼓励个性发展、全面提高学生素质为一体的人才培养模式，是培养适应社会发展的高素质应用型人才的一个基本思路。本文以南京航空航天大学金城学院为例，进一步深化机械原理课程改革和创新设计实践的探索。
机械原理课程作为机械类专业的一门主干技术基础课，在培养学生综合设计能力的全局中，承担着培养学生机械系统方案创新设计能力的任务，在机械设计系列课程体系中占有十分重要的地位。[1]本文从教学内容、教学方法和教学手段、实践教学环节及课外创新设计实践等方面进行改革和探索。
二、精选教学内容，改进教学方法和教学手段
机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。针对我院培养高级应用型人才的目标和要求，教学内容以加强基础，突出重点和工程应用，加强实践教学环节，着重培养学生的综合设计能力和创新意识为目标进行设置。课堂教学精选讲授内容[2] [3] [4]，根据每部分的特点，改进并灵活设置教学方法和教学手段，以工程设计实例引导学生积极参与课堂学习。
对于各种机构的共性问题，要注重让学生弄清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法，以及这些原理和方法在工程实际中应用的范围和条件。机构的结构分析是合理设计机构和创新机构的重要途径和方法，讲授时结合实验室中常见机构的模型让学生多观察、多分析机构的组成原理。机构的运动分析与理论力学直接相关，是理论力学中运动学部分的延续和推广，但研究对象从质点和刚体转换为构件和机构，要让学生以工程的观点分析和解决有关问题。如以学生熟悉的牛头刨床为例，分析构件的运动参数及机构的运动特性。机械中的摩擦和效率，涉及理论力学中的受力分析，应以习题课的形式分析工程实际问题。机械的运转及其速度波动的调节和机械的平衡的学习放在实验课环节，让学生直观的学习有关的基本原理和方法等。
在常用机构及其设计的学习中，需要加强理论和实际的联系。教师以课外作业的形式要求学生在每种机构学习之前查找其应用实例，并分析其工作原理等，让学生提前了解机构的应用，调动了学生学习的主动性，提高了课堂学习质量和效率。教师在讲授时，选择一两个典型的创新设计工程实例为切入点，引出讲解内容。为了增强教学的直观性和形象性，常用机构的部分讲授内容安排在机械原理模型室进行，即开展校内情景式教学。情景式教学，可把抽象的理论和形象具体的实物联系起来，引导学生从理论与实践的结合中去理解理论知识，进而去分析问题，解决问题。[5]借助机构实物模型的运动，教师可方便地开展启发式、探讨式、引导式课堂教学，激发学生的学习兴趣，增强师生间的课堂互动性，课堂效果良好。对其他常用机构如间歇运动机构、螺旋机构等，要求学生自学，并开放机械原理陈列室，让学生可通过课余时间分析这些机构的实物模型仿真运动。针对不同的机构，教师设置不同的问题，启发学生讨论这些机构的工作原理、运动特点和用途，不仅提高了学生的观察能力、分析能力，且扩展了学生的知识面，完善了学生的知识机构。
在课程开始之初，教师要对课程的地位、任务及学习方法进行详细介绍，强调机械原理与高等数学、物理、理论力学等课程之间的交叉渗透作用，让学生提前为本课程的学习做好准备。在课程学习过程中，应引导学生将前面所学内容和方法应用到后续所学内容中，如机架转换法在平面连杆机构的演化和设计、凸轮轮廓曲线的设计、周转轮系传动比的计算中都有应用，包络原理在滚子及平底凸轮轮廓曲线的设计、范成法加工齿轮齿廓曲线中都有应用，应前后联系起来，学会融会贯通，为提高学生的应用实践能力和创新能力打下良好的基础。
本课程实践性强，为了增强教学效果，提高教学质量，在讲授时，要合理地利用计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）课件。如在学习平面连杆机构的各种演化形式时，通过演示构件形状及相对尺寸的渐变，加以教师的启发，让学生形象直观地掌握各类平面连杆机构之间的区别和联系；在学习凸轮轮廓曲线的设计原理时，推杆的反转演示动画可形象地展示出凸轮轮廓曲线的形成过程。这样，通过动画演示，让学生易于掌握抽象、难懂的理论知识。探索制作交互式课件，将课程教学内容、交互式设计方案以及丰富的教学参考资料形象、生动、直观地展示出来，提高课堂教学的有效性和互动性[6]，是对现有教学课件进行优化的一个新思路。因课堂教学课时的限制，可增加学生的课外自学课时，开放网络课件及实验室，丰富学生自学资源。
三、改革实验课，强化实践教学环节
为了进一步提高学生的实践动手能力和创新设计能力，在原有6学时课内实验课的基础上，增设了机构运动方案创新设计综合实验课。本实验课安排在机械原理课程结束之后的下一个学期，由机构运动方案创新设计搭建和Pro / E上机两个实践环节组成。本实验旨在让学生掌握机械传动系统方案拟订及机构选型、变异的基本知识，掌握常见机构的组合方式及机械各执行构件间的协调运动设计方法，了解机构选型的评价体系，逐步树立工程设计的观点。同时，运用计算机三维辅助设计软件Pro / E对所设计的方案进行运动分析和优化，不仅增强了学生的软件应用能力，更让学生掌握了现代设计和创新设计的特点，并把现代设计和创新设计的思想融合在本课程实践之中，培养学生实践动手能力和创新设计意识。
根据教师布置的任务要求，每个学生至少自行设计5个结合实际应用的机械传动系统方案。在上机环节，按照设计的方案，结合机构运动方案搭建实验平台提供的功能零部件的参数和尺寸，在Pro / E软件中对方案中使用的零部件进行三维建模、虚拟装配和运动仿真，从而直观形象地分析机构运动的可行性和构件布局的合理性，并对机构进行运动学分析。利用Pro / E软件的“测量”功能，可对机构各部分的运动特性进行测量，分析机构在整个运动过程中的各个运动参数，如从动件上指定点的位移、速度、加速度等，而利用运动仿真结果输出的运动参数图表，可实现对设计方案的调整和优化设计。在实物模型搭建环节，参与实验学生3个人一组，利用机构运动方案创新搭建和仿真实验平台，对所设计的方案进行实物模型的拼装和运动演示，利用平面机构创意组合，可对所设计的方案进一步优化和创新设计。对于搭建后的机构，根据对某个从动件的运动要求，组建测试系统，实现对位移、速度、加速度等参数的测试，进而对机构的运动性能进行分析和优化。
在本实验课程开设过程中，学生表现出浓厚的学习兴趣和积极性，每组同学协作互助，共同完成每一个设计方案的搭建。学生设计的方案新颖多样，切合工程实际，如工业机械手、自动打标机、精压机、无链条杠杆式自行车等。小组内各成员间对不同方案的对比和探讨，不仅深化了自己对理论知识基础的学习，更提升了自己的创新思维能力，增强了团队协作能力。
四、建立大学生创新设计实践平台，开展课外科技创新活动
机械创新设计是充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动[7]，是激发大学生潜能，培养机械类大学生创新意识和创新能力的重要手段。我院建立了开放性的机电工程系大学生创新实验室。该实验室主要面向机电工程系学生开展各类课外科技活动，旨在提高我系学生的科技创新意识，激发学生创新潜能，增强学生实践动手能力，培养学生的团队协作精神，促进学生理论与实践相结合，是提升学生机械创新设计综合素质和能力的重要平台。经过近几年的发展，实验室具备了进行机械创新设计的各种设备，包含车床、铣床、钻床等加工制造设备，25台智能两轮车，两台电脑鼠及IEEE标准迷宫板，各种电子元器件及制作工具和调试设备等，配备了专用电脑和网络设备，并聘请了一位机械加工技术人员协助学生进行各种机床、工具等的操作使用，为对机械创新设计有兴趣有潜能的学生提供了科技创新实践的良好条件。
为了开阔学生的视野，增强学生对科技创新活动的兴趣，实验室选择机器人作为课外创新设计和科技制作的载体之一，成立了机器人兴趣小组，并为机器人兴趣小组配备了指导教师，为学生进行结构及控制设计指点迷津。我院每年举办一次面向全院学生的机器人创新设计大赛，每次比赛都吸引了不少学生参加，部分学生制作的机器人结构新颖、功能多样，总体设计和制作水平逐年提高。通过比赛，调动了学生的学习积极性，激发了他们的学习兴趣和潜能，丰富了他们的课外生活，增加了同学间的互动性，使学生所学的理论知识和实践有效结合起来。
依托江苏省大学生创新基金项目，创新实验室小组成员依次顺利完成了多足爬壁机器人和自动化立体停车库等机电一体化作品的设计及制作。实验室小组成员还成功设计制作了航空模型飞机、旋翼飞行器、遥控模型车、跳高机器人等科技作品。这些科技作品又可以应用到课堂教学之中，丰富课堂内容。
实验室齐全的实验设备和良好的学习氛围，吸引了越来越多的优秀学生参与到科技创新的实践中来。实验室由学生自行管理，要求学生遵守实验室的使用管理规范，满足了学生课外科技创新训练要求，提高了实验室的利用率，已逐步形成可持续发展的课外科技创新活动机制。
五、结论
为适应当前高科技的快速发展和社会形势对高素质应用型人才的需求，结合我院创新育人模式，本文阐述了对机械原理理论及其实践教学进行的一系列改革尝试和探索。通过加强基础学习、改进教学方法和教学手段、强化实践教学环节、开展课外科技创新活动等教学改革措施，有效培养了学生的综合设计能力和创新实践能力，增强了学生的社会竞争能力。
[ 注 释 ]
[1] 郑文纬，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1996：1-8.
[2] 朱如鹏.机械原理[M].北京：航空工业出版社，1998：1-5.
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[4] 潘存云.机械原理[M].长沙：中南大学出版社，2012：1-16.
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[6] 罗继曼，郑夕健，侯祥林.机械原理课程多媒体辅助教学系统的研究与实践[J].高等建筑教育，2013（5）：148-150.
[7] 张春林.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2007：5.
设计说明书
设计题目：仿生水母 机电学院：08-713班
小组成员：2008071315张玉涛
2008071329刘 琦 2008071302高 爽
专 业：机械设计制造及其自动化 指导老师：孔凡凯
2010年7月10日 哈尔滨工程大学
目录
1.设计简介 ………………………………………………１
1.1设计题目 ………………………………………………１ 1.2设计目的 ………………………………………………１ 1.3水母的生物模型研究 ………………………………… 1 1.4国内外研究成果 ……………………………………… 2
2.设计方案 ………………………………………………4 2.1外部动力传递部分设计…………………………………4 2.2主动力部分设计…………………………………………4 2.2.1方案一………………………………………………4 2.2.2方案二………………………………………………5 2.2.3方案三………………………………………………6 2.2.4方案四………………………………………………7 3.分析总结………………………………………………… 7 4.心得体会………………………………………………… 8 5.设计者及机构模型图片………………………………… 9
机械原理课程设计报告
一、设计简介：
1、题 目：《仿生水母》
2、设计目的：
I.我们国家海域辽阔，防御和侦察起来比较困难。可将仿生水母安装上传感器或微型摄像头并将其投放到远海，进行侦查监控工作，并通过卫星将数据及时传送到陆地指挥部。
II.在仿生水母身上还可以装上次声波探测器，用于预报海啸、台风等自然灾害的到来。
III.在仿生水母上面加装搜索、救援装置，发生灾难时可进行水下搜救工作。IV.目前常规动力推进存在噪声大、效率低等缺陷，可在此基础上进一步研究访水母动力推进器。
3、水母的生物模型研究：
水母，是海洋中重要的大型浮游生物。水母寿命很短，平均只有数个月的生命。水母是无脊椎动物，属于腔肠动物门中的一员。全世界的海洋中有超过两百种的水母，它们分布于全球各地的水域里。水母身体外形像一把透明伞，伞状体直径有大有小，大水母的伞状体直径可达2米。从伞状体边缘长出一些须状条带，这种条带叫触手，触手有的可长达20米～30米，相当于一条大鲸的长度。浮动在水中的水母，向四周伸出长长的触手，有些水母的伞状体还带有各色花纹。在蓝色的海洋里，这些游动着的色彩各异的水母显得十分美丽。水母的种类有很多，但运动机理都大致相同，都是通过腔体的收缩，将水挤出产生推力。本文采用的水母是隶属于立方水母纲的黑星海刺水母。如下图所示。
4、国内外研究成果： 多年来，国内外做水母研究的机构有很多，也取得了很多令人兴奋地成果。下图一所示为美国最近研制成功的一种仿生水母，利用直流电机提供动力，采用双曲柄机构实现急回，并利用巧妙杆结构将运动传递给触手，使其做平稳的周期急回运动，推动水母前进。下图二所示为哈尔滨工程大学学生于2007年研制成功的仿生水母机器人。此机器人采用仿生材料制成，动力主要由SMA（形状记忆合金丝）和ICPF（高分子聚合物材料），机械结构方面设计简单。下图三为哈尔滨工程大学张立勋老师研制成功的仿生水母，主要靠皮囊的排水推动前进，动力由电磁铁的吸合提供。
图一
图二
图三
二、设计方案：
此仿生水母机械结构部分主要由两部分组成：
一、外部动力传递部分。
二、主动力提供部分。详细介绍如下：
1、外部动力传递部分：
机构运动简图：
L1:L2:L3:L4:L5=35:25:30:32:35
2、主动力提供部分：
此部分有以下几种设计方案： 方案一：。
机构运动简图：
原理：1带动2上升到上极限位置后，触发装置使1与2分离，在弹簧的拉力作用下将2及与2连接的外力传动部分的相应机构迅速下降，从而使触手收缩，推动水母运动。下图为实验模型：
机构优缺点分析：结构复杂，稳定性差 方案二：
机构运动简图：
原理：此机构为棘轮、曲柄、四杆机构的组合，主轴带动棘轮、几轮带动曲柄逆时针旋转，当曲柄端部运动到顶端后，根据棘轮离合特性，在弹簧拉力作用下去并迅速回转，实现急回；四杆机构实现运动的形成放大使滑块的行程等于四个曲柄半径。
机构优缺点分析：还是利用弹簧提供迅速收缩力，与方案一相比省去触发装置，与方案三相比曲柄半径减小节省空间，但结构复杂、不易加工。
方案三：偏心曲柄机构
机构运动简图：
原理：
利用偏心曲柄的急回特性实现触手的迅速收缩。下图为实验模型：
机构优缺点分析：结构简单但急回特性不明显。方案四：双曲柄机构
机构运动简图：
原理：
利用双曲柄机构急回特性实现触手迅速收缩。机构优缺点分析：
机构复杂、加工有一定困难，但急回特性明显。
三、分析总结:实践证明方案一机构过于复杂、笨重，且稳定性、可靠性较差，基本运动可以实现，但存在无法变速的缺点；方案二与方案一相比，虽然依然很复杂但比较巧妙，仍然存在无法变速的缺点；方案三结构虽然简单，但急回特性不是很明显；方案四结构复杂，急回特性明显，可以实现自由调速。现在拟选用方案二或方案四。
四、心得体会：
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这一段时间的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一种”春眠不知晓”的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有两次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短几天的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了。老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信．
最后，我要感谢我的老师，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪
通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
十几天的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。
在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大的努力，不断的思考自己所遇到的问题。而有些人则不以为然，总觉得自己的弱势…。。
其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果。很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底有多强，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问题之中，我们才能更好的解决问题。
在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所难免，关键是我们如何的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨。这不仅仅是在类似于这样的协调当中，生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力，面对分歧大家要消除误解，相互理解，增进了解，达到谅解…。。也许很多问题没有想象中的那么复杂，关键还是看我们的心态，那种处理和解决分歧的心态，因为毕竟我们的`出发点都是很好的。
在安装AutoCAD的情况下，双击图片，自动CAD中打开，另存为CAD文件。(CAD图纸)牛头刨床机械原理课程设计2点和6点
机构运动简图速度和加速度多边行μμμ选取长度比例尺μl=0.001m/mm,选取力比例尺μP=10N/mmy杆组示力体FFRI6G6F455-6杆力的多边形G6FBCG杆组示力体FDCGFF45BF54MFFRI6FEFF54GFMFF12曲柄的平衡力矩FF牛头刨床导杆机构的运动分析与动态静力分析设计者审阅者日期图号总图数日期方案号日期位置号机械原理课程设计FF力的多边形A成绩
机械原理在机械设计系列课程中占有非常重要的地位, 其课程设计是学生较全面地进行机械传动系统运动学、动力学分析的重要实践教学环节。具体来说, 它就是根据给定机械的工作要求, 确定机械的工作原理, 拟定工艺动作和执行构件的运动形式, 绘制工作循环图, 进行执行机构的选型与组合, 对各种运动方案进行分析、比较和选择, 绘制机构运动简图, 进行机械动力性能分析与综合。通过对该课程的设计, 学生具有了初步的设计机械运动方案的能力, 增强了对机械设计中有关运动学、动力学的分析与设计的完整概念的理解, 提高了学生综合运用知识的能力, 使学生具备计算、制图和使用技术资料的能力。
二、传统课程设计中存在的问题
传统的机械原理课程设计教学中多以机构的分析为主, 这并不利于学生设计能力和创新能力的训练与提高。该课程设计一般使用两种类型的题目:一类题目是选用对典型机构进行运动分析和动力分析;一类题目是根据某些功能, 要求对确定的机械运动系统进行方案设计, 并对机械中某一机构进行设计, 两类题目的侧重点不同, 前者偏于分析, 后者注重设计。
如图1所示为一插齿机构, 设计内容包括导杆机构的设计;两个指定位置的图解法机构运动分析;图解法的让刀凸轮机构设计。
图2所示为颗粒糖果包装的三种形式, 即扭结式包装 (图2a) 、折叠式包装 (图2b) 和接缝式包装 (图2c) 。显然, 实现各种包装型式的工艺动作不同, 因此机械运动的方案也有所不同。这类课程的设计一般集中安排在两周内完成, 时间比较短, 设计过程中学生很难一次性圆满完成, 一般需进行修改, 甚至修改多次, 所以手工书写、手工绘图图面质量都将难以保证。
三、课程设计内容的充实与合理编排
如何有机整合分析与设计内容是提高该实践教学质量的关键所在。它应以培养学生的创新设计能力为主, 机构分析为辅而开展的一次实践性教学, 如果以机构的分析为主, 将会削弱学生在方案设计方面的训练。机械系统的方案设计是整个机械设计的第一步, 也是最具创新性的一个环节, 方案设计的好坏将直接影响到机械设计产品的性能优劣及其在市场上的竞争力。机械系统方案设计主要包括执行系统和传动系统的方案设计。其中执行系统的方案设计是机械系统方案设计的核心, 其重点是执行系统的功能原理的设计, 执行构件的运动规律设计以及执行系统的协调设计, 根据设计结果可绘制出机械工作循环图。如图3所示, 图3a为某一金属片冲制机的工艺动作分解 (分别为送料、冲制、退回等) , 可得出其工作循环图如图3b所示, 它以主轴为定标件, 冲头和送料以主轴的转动角度为基准绘制而成。为提高生产率, 各执行构件的工作行程允许局部重叠。
在课程设计教学中, 为了使所有的学生都能基本完成设计任务, 题目难度应具有一定的开放性和伸缩性。在内容上可以扩展, 进一步延伸至后续教学的机械设计课程设计, 凸显出教学的连续性, 使学生得到更系统, 更完整的实践训练。学生通过收集资料、方案设计和课堂讨论等方法, 能够得到一次较为全面的创新设计的初步训练。如设计题目可以只给出机器需实现的功能要求, 老师可以提供一种实现该功能的典型机构, 让学生对此机构进行分析。在此基础上, 要求每个 (组) 学生再提供一种新的方案, 可以是执行系统的方案, 也可以是传动系统的方案, 以此激发学生, 充分发挥其主观能动性, 使其认真查阅资料, 独立思考, 积极创新。最后汇总方案, 评选出几种较好的方案, 通过讨论与比较方案的优与劣, 达到提升学生分析与创新能力的目标。如在牛头刨床中实现刨头的慢进快退功能可采用连杆机构、凸轮机构。连杆机构中可采用各式各样的滑块机构, 凸轮机构可以采用平面或空间凸轮机构, 还可以采用组合机构。由此将衍生出很多传动机构, 再从实现功能的难易、传动性能的好坏、结构的合理性以及经济性等方面给予评价。
四、合理利用计算机技术
在当前的教学中, 课程设计环节一般要求手工书写计算说明书和手工绘图。但是, 现代机械设计根本离不开计算机技术的应用, 所以在课程设计中, 应用计算机辅助分析与设计技术也是将计算机理论知识得以实际应用的一次实践活动。因此, 要积极鼓励学生努力将计算机技术应用到课程学习当中, 提高其学习兴趣, 同时避免手工书写、绘图慢且不容易保证质量的弊端。在上述方案确定之后, 机构的尺寸参数、机构的运动分析、工作循环图绘制、飞轮设计及绘图等应用计算机技术之后, 可以得到精确的计算结果, 分析或设计修改较为方便, 可以较快地得到修改后的结果。如改变某一机构尺寸参数, 此改变参数对机构运动性能和动力性能的影响可以通过计算机技术分析快速获得。同时, 还可以进一步利用计算机仿真对整个机械系统的运动规律进行演示和研究。当然, 做到这一步是需要较为扎实的计算机功底, 所以应用计算机完成工作量的比例应给予认真考虑, 因材施教, 避免造成以计算机应用为主的实践性教学。
五、考核方法
一般理论考试每题每个步骤都有得分计算, 但是课程设计没有, 最终成绩也几乎都是五分制计, 即优秀、良好、中等、及格和不及格等五个档。这就使成绩的评定容易带有一定的主观性和随意性, 从而失去可信度, 这将在学生中产生很不好的影响, 一定程度上打击了认真学生的积极性, 又助长了不主动学习学生的惰性。所以考核要有其合理性、科学性。考核分教学过程和课程设计成果两部分进行。教学过程是指从学生拿到设计题目开始, 到整个设计过程结束, 指导教师应掌握每个学生的具体进行情况, 并作简略的记录, 做到评定有据可查。课程设计成果是指学生最后上交的材料, 可组织2~3名教师组成的答辩小组进行答辩, 这样可以检验学生学习的扎实度, 也可一定程度上检查出学生是否有抄袭行为, 同时还可以作为学生毕业设计答辩的一次简单训练。
六、结束语
提高机械原理课程设计的教学质量可以从很多个环节着手, 由于课程设计既是实践性较强同时又具有一定创新性的教学活动, 编排课程和设计题目应都能使学生基本完成, 同时又要给学习能力较强、基础知识较扎实的学生一个提升设计创新能力的空间。通过课程设计的训练, 可以提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
摘要：本文针对机械原理课程设计具有很强实践性和创新性的特点, 从设计内容、计算机应用和考核方法等几方面探讨了提高机械原理课程设计教学质量的方法。通过课程设计的训练, 学生初步具有了综合运用知识分析问题、解决问题的能力, 有效地激发了学生的创新意识, 提高了学生的创新能力。
关键词：机械原理,课程设计,教学内容,考核方法
参考文献
[1]姜琪.机械运动方案及机构设计[M].北京:高等教育出版社, 1991.
[2]张明.重视在机械原理教学中学生能力的培养[J].成都大学自然科学学报, 1993, (3) .
[3]程世寿.创新性心理与创新性教学[J].高等教育研究, 1987, (1) .
《机械制图》是工科类专业的主干课程,其研究对象是机械图样,其目的是培养学生的绘图、识图和空间想象能力。制图课中的空间分析和想象能力是指在接受物体的二维和三维信息后,经过联想和判断、想象和推理等思维活动,确定物体在空间的位置和几何形状的能力。该课程教学难度大,传统的教学模式主要是通过教师板书,借助模型、挂图进行课堂教学,效率低、信息量小。在计算机技术的迅速普及和推动下,从上个世纪80年代初的电化教学、计算机辅助教学到今天的多媒体教学,已经由单一的纸介质教材转化为多种介质共存,现代化教学手段具有更丰富、更先进的表达能力,并且能把音像和多种媒体所表述的内容与教材有机结合,形象生动。
一、传统机械制图教学的弊病
1.以教师为中心的行为主义教学模式
在传统填鸭式的课堂教学中,由于教师始终唱主角,学生处于被动地位,阻碍了学生的学习兴趣,抑制了学生的发展。
2.黑板作图效率低下,教学信息量较少
传统的机械制图教学模式是粉笔+黑板式的教学,教师在课堂上往往要书写大量的板书,画大量的图,工作效率低下,无法与学生进行充分交流。
3.实物模型数量较少,学生感到很抽象
机械制图是一门抽象性很强的课程,在学习过程中需要一定的空间想象能力,而青少年学生的抽象思维能力往往较差,这就使得在制图教学中存在着较多的难点。
4.分析几何形体的结构时,缺乏形象生动的教学手段
例如,在讲解组合体的读图时,各种类型的组合体视图的分析过程,以往教师都是利用徒手绘制轴测图的方法来展示视图所表达的形体的形状,这对教师的徒手绘制轴测图的能力要求较高,尤其是新教师很难掌握,影响教学效果。
二、在建构主义理论的指导下,对机械制图课程的教学进行设计
1.将认知学习理论应用于教育技术实践
以学生为主体,遵循学生的认知和学习规律,在教学中正确设计多媒体课件教学方案,积极调动学生的参与意识。为了使媒体的利用能在教学中发挥最佳效果,教学媒体设计除了要考虑教学目标、教学内容、教学对象外,还需以认知心理学为依据,得出一批有价值的结论,机械制图课程建设正是基于这种建构主义理论基础上,运用多媒体、网络技术来实现教学设计的。
2.设计学习环境和教学模式
随着学生认知学习理论的普及,人们认识到学生是信息加工的主体,是意义的主动建构者,因此,多媒体课件在设计中形成的交互性教和学的情景,能把教师和学生有机地联系起来。
3.利用多媒体课件将机械制图中的难点和重点突出表达出来,使学生把握重点,理解难点
建构主义认为,学习总是与一定 情景相联系的。思维和学习只有在特定的情景中才有意义。所有的思维、学习和认知都是处在特定的情景脉络中的。因此,通过多种媒体的设计,展现几何形体的结构特征,以此来使学生在这种特殊的情景中,将大脑中的各种简单形体的认知联系起来,形成对复杂几何形体的认知,从而正确理解利用二维图形对三维几何形体的表达。
4.引导学生开展协作学习
为了使意义建构更有效,教师应在可能的条件下组织协作学习,开展讨论与交流,并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。所以,多媒体课件注重教学方法的设计,对知识点的介绍是循序渐进的,提供交互方式的设计,将知识逐渐深化。
5.组织学生利用网络进行学习
在网络环境下进行学习,学习者、教师和学习伙伴的思维与智慧就可以被沟通共享,共同完成学习任务。制作网络课程,可以通过网络方便学生对课堂教学内容进行复习巩固,并可组织学生对典型的题目进行讨论,发表各自的不同看法。
6.强调多范围、多层次的学习
课程教学设计最好将学生认知和学习理解为个体层次和社会层次之间的动态互动过程。如果只关注某一个层次,并假设其他因素都是常态或者是可以预期的,就不能充分提供有效的学习情景。因此,制作包含各种层次要求的习题库和试题库,可以适合不同层次学生练习的需要,满足教学考核的需要。
三、结束语
在具体的教学实践中,我们不断尝试运用最新的现代教育技术,以建构主义教育理论为指导,对传统的机械制图课程教学进行改革,课程建设是一项系统工程,工作量很大,需要多方协作、领导支持,开发研制人员还要有奉献精神。这项工作对推进教育教学改革,提高教学水平将有深远意义。◆(作者单位:湖北省襄樊工业学校)
浅谈机械设计与机械原理的教学改革
xxx（xxxxx学院xx工程系本科学员）xx（xxxxx学院xx工程系本科学员）
摘要：从《机械原理与机械设计》课堂教学实践出发，对在新课引入、教学方法、课后思考题设计等方面与实践相结合进行探讨，提出理论与实践结合，增加课堂互动，提高教学质量，培养学生解决实际问题的能力。
关键字：《机械原理与机械设计》；教学改革；新课引入；课堂教学；思考题设计。
大家都知道，《机械设计与机械原理》是机械类专业的一门重要的技术基础课，它的理论知识与实践结合的很紧密。但是，上过这门课程的学员们都了解，如果教员仅仅单纯的照课本讲理论，加上课程紧，任务重，讲课速度快，大家就会觉得这门课程非常抽象，很多地方都不理解。所以，这就要求我们教员对于教材中的内容，进行深入思考和挖掘，把理论在实践中的应用找出来，对应用中存在的问题进行揭示和分析。只有用理论解决实际问题，才能使学员深刻理解、灵活运用理论，产生学习的动力和兴趣，并进一步具有举一反三的能力。
那么怎么才能具体做到这一点呢，我想从结合实践，对新课引入、课堂教学、思考题设计等方面与大家共同进行探讨。
一、重视新课引入
新课引入是课堂教学的第一环节，教员对新课引入做得好，能激起学员的求知欲望，活跃课堂气氛，使学员积极开动脑筋进行思考，主动地获取知识。
（一）复习引入法
复习上一次课的内容后引入新课，不仅有利于学员巩固所学知识，而且有助于知识的连续和延伸。例如，学完齿轮传动后，进入轮系的学习，可以这样复习和引入：齿轮传动有很多优点，是应用最广泛的一种机械传动，请同学们回顾一下齿轮传动有哪些优点。如果只有一对相互啮合的齿轮进行传动，那么它能实现的传动比和传递的距离是有限的，如果要实现大的传动比和较远的距离，一对齿轮的外廓尺寸将会很大，假如增加齿轮的数目，既能满足传动要求，又能使结构紧凑，像这种由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统称为轮系。下面我们一起学习《轮系》。
（二）动手实践引入法
动手动脑，让学员参与制作简单的模型，有利于活跃课堂气氛，轻松愉快地接受知识。例如，讲授凸轮机构时，对于什么是凸轮、凸轮的形状是怎样的、凸轮的轮廓形状与从动件的运动规律之间的关系等学员不容易理解的问题，在讲解这些问题前，先让学员在课下预习时动手用硬纸片制作几个简单的凸轮，形状如圆形、大小圆弧过渡形等，再制作一个从动件，在黑板上演示一下运动过程，看看凸轮的形状与从动件的运动之间的关系，得出从动件的运动规律是借助凸轮的轮廓曲线来实现的。那么，能实现从动件运动规律的具有曲线轮廓的构件就是凸轮。这时再出示凸轮机构的模型进行演示，学员就会更容易接受。
上述各种引入方法，可以灵活运用。教员只有吃透教材，留心观察生活中的机械知识，特别是一些新型机械的应用，注重积累，才能更好的吸引学员的注意力，激发他们的学习积极性。
二、灵活进行课堂教学
采用好的教学方法进行课堂教学对教学双方都是一件愉快的事情。教员不能墨守成规，必须根据教学的任务、对象和条件，大胆尝试新的教学方法，发挥学员的主体作用，培养学员独立思考和自主学习的能力。学好《机械原理与机械设计》，不但可使学员在今后的工作中合理地使用、维护机械设备，还为技术革新提供了必要的理论知识。因此，在教学中培养学员独立思考和自主学习的能力很有必要。
（一）自学式教学方法
在教学过程中，对于较简单的教学内容，可采用自学式教学方法。自学式教学方法就是“提出问题+自学+回答问题+总结”，其操作步骤如下：第一步，教员指定学习内容，并提出相关问题。第二步，学员围绕问题进行自学，明确学习目标。第三步，提问学员，可以多问几个学员，并对学员的回答进行追问，把问题引向深入。第四步，根据学员的回答进行总结，使学员形成新的知识。例如《凸轮机构》就可采用这种方法。可提出问题：什么是凸轮机构？常用的凸轮机构有哪些？各种凸轮机构的工作原理相同吗，都有何特点等等。
（二）类比教学法
《机械基础》讲述了各种传动机构，如螺旋传动、链传动、圆锥齿轮传动、蜗杆传动等，每种传动都是介绍结构、工作原理、分类、参数、应用特点。前面几种传动可以详细介绍以上各项内容以及层层递进的分析方法，最后归纳总结出应用特点和应用场合。当学员渐渐熟悉了这种分析传动的方法后，用链传动来做一次类比法教学。先让学员模仿前面的方法来
分析链传动的结构、工作原理、分类、参数，再归纳总结出链传动的应用特点和应用场合。在教学中有意识地强调这种层层推进、抽丝剥茧的分析问题、思考问题的方法，以后碰到新的机构，学员也会养成习惯，先看看机构的结构，再分析其工作原理和参数，归纳这种机构有哪些特点，可以运用在什么场合。从而培养学员分析问题和解决问题的能力。
（三）归纳总结法
学完一个章节，要及时地进行回顾，归纳总结出本章的主要内容，重难点是什么，使知识成为一个有机的整体。这样，既有利于学员清理思路，又有利于学员记忆所学的知识。学完几个章节后，要进行比较和总结，找出相同点和不同点。例如，讲完带传动和链传动后，可以进行一次比较，比较他们的传动比的计算公式、范围、准确性、工作环境等。
三、巧妙设计课后思考题
要真正学好一门课程，仅凭课堂45分钟是不够的。对机械有兴趣的学员，只有一本教材是满足不了他们的求知欲的。因此，在选择一些典型习题作为课后练习的同时，巧妙地安排一些课后思考题也是必要的。学员通过思考题的思考，可以到图书馆或上网查找资料，或咨询相关技术人员，或自己寻找实物来研究。这些题目对激发学员的好奇心，保持兴趣，提高动手动脑能力是很有帮助的。例如，讲完《齿轮的基本参数和几何尺寸的计算》一节后，可以给学员一个齿轮，让学员确定这个齿轮的基本参数和几何尺寸。
通过对上述思考题进行思考、查找答案的过程，一方面可以让学员知道，生活中处处有机械知识，书本知识是与实践紧密结合的，是可以解决
生活中的实际问题的；另一方面也让学员知道，机械并非那么深奥，只要他们愿意去探索、去学习，也可以在这一方面做一些小发明、小创造。
总之，提高《机械原理与机械设计》教学效果的途径是多种多样的，只要教员平时多关心生活和生产中的机械，用心钻研，不断探索，把教学与实践按紧密结合，充分调动学员的能动性，就能找出一个令教员和学员都满意的教学方法，从而提高教学效果，培养学员动手动脑的能力。
参考文献：
第4章 机床夹具设计原理
1.何谓机床夹具？试举例说明机床夹具的作用及其分类？
答：所谓机床夹具，就是将工件进行定位、加紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。
机床夹具的功用：①稳定保证工件的加工精度；
②减少辅助工时，提高劳动生产率； ③扩大机床的使用范围，实现一机多能。
夹具的分类：1）通用夹具； 2）专用夹具； 3）成组夹具； 4）组合夹具； 5）随行夹具。
2.工件在机床上的安装方法有哪些？其原理是什么？
答：工件在机床上的安装方法分为划线安装和夹具安装。划线安装是按图纸要求，在加工表面是上划出加工表面的尺寸及位置线，然后利用划针盘等工具在机床上对工件找正然后夹紧；夹具安装是靠夹具来保证工件在机床上所需的位置，并使其夹紧。
3.夹具由哪些元件和装置组成？各元件有什么作用？
答：1）定位元件及定位装置：用来确定工件在夹具上位置的元件或装置；
2）夹紧元件及夹紧装置：用来夹紧工件，使其位置固定下来的元件或装置； 3）对刀元件：用来确定刀具与工件相互位置的元件；
4）动力装置：为减轻工人体力劳动，提高劳动生产率，所采用的各种机动夹紧的动力源；
5）夹具体：将夹具的各种元件、装置等连接起来的基础件； 6）其他元件及其他装置。
4.机床夹具有哪几种？机床附件是夹具吗？
答：机床夹具有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具。
5.何谓定位和夹紧？为什么说夹紧不等于定位？
答：工件在夹具中占有正确的位置称为定位，固定工件的位置称为夹紧。工件在夹具中，没有安放在正确的位置，即没有定位，但夹紧机构仍能将其夹紧，而使其位置固定下来，此时工件没有定位但却被夹紧，所以说夹紧不等于定位。
6.什么叫做六点定位原理？
答：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，即可实现完全定位，这称为六点定位原理。
7.工件装夹在夹具中，凡是有六个定位支承点，即为完全定位，凡是超过六个定位支承点就是过定位，不超过六个定位支承点就不
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机械制造技术基础
会出现过定位，这种说法对吗，为什么？
答：不对；过定位是指定位元件过多，而使工件的一个自由度同时被两个以上的定位元件限制。
8.定位、欠定位和过定位是否均不允许存在？为什么？根据加工要求应予以限制的自由度或工件六个自由度都被限制了就不会出现欠定位或过定位吗？试举例说明。
答：1）加工要求限制自由度而没有限制，是欠定位，是不允许的；所限制的自由度小于六个时，不一定是欠定位；2）一个自由度由一个以上定位元件限制时，产生超定位，超定位一般是不允许的，它可能产生破坏；所限制自由度小于六个时，也可能产生过定位；3）如果工件定位而精度较高，夹具定位元件精度也很高时，过定位是可以允许的，它可以提高加工刚度；4）工件定位应根据加工要求而定，不必完全定位；5）过定位和欠定位也可能同时存在。
9.常见的定位元件有哪些，分别限制的自由度的情况如何？
答：常见的定位元件：1）平面定位：支撑钉及支撑板、可调支撑与自位支撑、辅助支撑；2）孔定位：定位销、锥销、心轴；3）外圆面定位：三爪卡盘、V型铁定位
10.可调支承、自位支承和辅助支承的不同之处？
答：可调支撑：当工件的定位基面形状复杂时或者各毛坯的尺寸、形状变化较大时，多采用这类支撑，它的顶端位置在一个范围内调整，并可用螺母锁紧；自位支撑：为了避免超定位，需要减少某个定位元件所限制的自由度数目时，常把支撑做成浮动或联动结构，使之自为；辅助支撑：当工件定位基面较小，致使其一部分悬伸较长时，为增加工件的刚性，减少切削时的变形，常采用辅助支撑。
11．根据六点定位原理，是分析图4.74中各零件的定位方案中各个定位元件所限制的自由度。
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z1心轴1轴销2轴销2平面
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z小平面V型块XY圆柱销
图4.74 零件的定位方案
答：在（a）图中，三扎卡盘限制四个自由度：工件绕y轴、z轴的转动和延y、z轴的移动；挡块限制延x轴方向的移动。共限制五个自由度，属于不完全定位。
在(b)图中，三扎卡盘限制两个自由度：延y、z轴的移动；若顶尖为死定尖，则顶尖配合三扎卡盘限制工件绕y、z轴的转动，同时，顶尖限制延x方向的移动。共限制五个自由度，属于不完全定位。若顶尖为活定尖，则顶尖只配合三扎卡盘限制工件绕y、z轴的转动。共限制四个自由度，属于不完全定位。
在(c)图中，两顶尖限制工件绕y、z轴转动，x、y、z移动。共五个自由度，属于不完全定位。
在（d）图中，小锥度心轴限制工件绕y、z轴的转动和y、z的移动；顶尖限制心轴延x方向的移动。共限制四个自由度，属于不完全定定位。
在（e）图中，若三扎卡盘为相对夹持长三扎卡盘，则三扎卡盘限制四个自由度：y、z轴的旋转以及x、y轴的移动，中心架起辅助作用，增加工件的强度。共限制四个自由度，输油不完全定位。若三扎卡盘为相对夹持短三扎卡盘，则三扎卡盘限制两个自由度：x、y轴的移动，中心架配合三抓卡盘，限制Y、Z轴的转动。共限制四个自由度，属于不完全定位。
在（f）图中，心轴限制Y,Z轴的转动与移动，小平面限制X轴移动，共限制五个自由度，为不完全定位。
在（g）图中,双顶尖限制Y,Z轴的转动与移动，小平面限制X轴的移动，总共限制五个自由度，为不完全定位。
在（h）图中,心轴1控制X,Y轴的移动，平面2控制Z轴的移动X,Y的转动，总共限制五个自由度，为过定位。
在（i）图中心轴控制Y,Z的转动与移动，平面2控制X轴的移动Y,Z的转动，总共限制七个自由度，为过定位。
在(j)图中，左端固定锥销，限制X、Y、Z的移动自由度；右端浮动锥销与固定锥销组合后限制Y、Z的转动自由度。
在（k）图,中当为长V型块限制X,Z移动，为不完全定位；当为短V型块时限制X,Z的移动,为不完全定位。
在（l）图中,圆柱销控制X,Y的移动，圆柱销和小平面配合限制X,Z的转动，共限制五个自由度，为不完全定位。
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12.何谓定位误差?定位误差有哪些因素引起的?定位误差的数值一般应控制在零件公差的什么范围之内? 答：指工件在夹具中定位不准确而带来的误差。引起定位误差的因素：1）定位基准与设计基准不重合，2）定位基面与定位元件之间的间隙，3）定位基面本身的形状误差。
13.图4.75(a)所示零件，底面3和侧面4已加工好，现需加工台阶面1和顶面2，定位方案如图4.75(b)所示，求各工序的定位误差。1.2A±△AA±△AH±△H1CH±△HCH-△HH±△H3（a）（b）图4.75 各零件和定位方案
答：在加工顶面2时，设计基准与定位基准重合，所以定位误差即为本工序的加工误差，即δC=δH=2ΔH.在加工台阶面1时，由于设计基准与定位基准不重合，所以定位误差为本道工序的加工误差与基准转换误差之和，即δC=δA+δH=2ΔA+2ΔH=2（ΔA+ΔH）。
14.图4.76所示为套筒零件铣平面，以内孔（D0）中心Ｏ为定位基准，套在心轴
上，则
为调刀基准，配合间隙为Δ，工序
+ΔD 尺寸为，求心轴水平和垂直放置时工序尺寸的定位误差。
答：①当心轴垂直放置时，由于基准位移而产生基准位移误差，则有孔：Dmax=D+ΔD Dmin=D
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轴：dmax=d dmin=d-Δd所以O1Omax=(D+ΔD)/2-(d-Δd)/2 O1Omin= D/2-d/2又因为间隙配合为Δ基准位移误差所造成的加工误差为：Δ1=（ΔD+Δd）/2+Δ所以水平放置时定位误差为:ΔH=Δ1+ΔH=(ΔD+Δd)/2+Δ+ΔH②当心轴垂直放置时：加工误差等于间隙配合误差Δ所以，垂直放置时的定位误差为：Δv=Δ+ΔH 15.图4.77所示圆柱体零件的直径为,均放在V型块上定位铣平面，其加工表面的设计尺寸的基准分别为上母线Ｂ、下母线Ｃ和零件中心线Ｏ，试分别计算其定位误差。
答：δ=90o,则有：①当设计尺寸基准为上母线B时，定位误差为： ΔB=δ21sinα2+1=Δd21sinπ4+1=1.207Δd
②当设计尺寸基准为下母线C时，定位误差为：ΔC=δ2(1sinα2-1)=Δd2（1sinπ4-1）=0.207Δd ③当设计尺寸基准为零件中心线O时，定位误差为： Δo=δ2sinα2=Δd2sinπ4=0.707Δd
16.为什么会出现基准位移误差？以工件的孔和外圆在心轴和V型块上定位为例。
答：由于定位副的制造误差而造成定位基准位置的变动，对工件加工尺寸造成的误差 , 称为基准位移误差.6 / 9
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工件以圆柱孔定位
1）工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位
由于过盈配合，定位基准不会发生移动：
故ΔY =0
因此定位误差因基准不重合情况不同而不同。
（1）工序基准与定位基准重合，均为圆柱孔轴线时
ΔB=0 ΔY =0 ΔD=ΔB +ΔY =0
（2）工序基准在工件定位孔的母线上时
①工序基准在工件定位孔的上母线上时
B12D
Y0
DBY12D
式中：δD——工件定位内孔的尺寸公差。
②工序基准在工件定位孔的下母线上时
1ΔB= 2D
ΔY =0
1ΔD=ΔB +ΔY =2D
（3）工序基准在工件外圆上、下母线上时
B12d
Y0
1ΔD=ΔB +ΔY =2d
式中：δd——工件外圆尺寸的公差
2）工件以圆柱孔在间隙配合的圆柱心轴（圆柱销）上定位，单边接触时
（1）若工序基准与定位基准重合，则
ΔB=0
1ΔY=
2Xmax12(Dmaxdmin)12D12d0
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ΔD=ΔB +ΔY12D12d0
式中δd0——定位心轴的尺寸公差。
为了安装方便，有时还增加一最小间隙Xmin ,由于最小间隙Xmin是一个常量，这个数值可以在调整必具预先加以考虑，则使Xmin的影响消除掉。因此在计算基准位移量时可不计Xmin的影响。
（2）若工序基准在工件的外圆上、下母线上，则
1ΔB=2d
12ΔD=ΔB +ΔYd12D12d0
（3）若工序基准在工件定位孔的母线上
①工序基准在工件定位孔的上母线上时
DfOA1OA2112d0max12d0min12d0
又
ΔB= 212D
12ΔYDd0
12即：
ΔD f=ΔB +ΔY
12Dd01-2D12d0=ΔB-ΔY
②工序基准在工件定位孔的下母线上时
DKOB(OO122OB1(OO2O2B2)(OO1O1B1)OO1)(O2B2O1B1)YB
ΔB= 2D
ΔY12D12d0
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ΔD=ΔB +ΔY 12D12d01+2DD12d0
17.夹紧力的确定原则是什么？
答：（1）夹紧力作用方向应有助于工件定位的准确性。（2）夹紧力方向应尽可能使所需夹紧力减小。（3）夹紧力方向应尽可能使工件变形减小
18.钻套的种类有哪些？分别适用于什么场合？
答：根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型。
①固定钻套
该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用1000~12000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。
②可换钻套
当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便。可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。
③快换钻套
当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间，如图7-58所示。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料和热处理方法等，可查阅有关手册。
④特殊钻套
由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，有时需要设计特殊结构的钻套。如在斜面上钻孔时，应采用特殊钻套，钻套应尽量接近加工表面，并使之与加工表面的形状相吻合。如果钻套较长，可将钻套孔上部的直径加大（一般取0.1mm），以减少导向长度。又如在凹坑内钻孔时，常用加长钻套。
19.夹具的动力装置有几种？各有什么特点? 答（1）气动夹紧装置 气压夹紧是夹具中使用最广泛的一种动力装置
（2）液压夹紧装置 液压夹紧装置特别适用于大型工件的加工及切削时有较大冲击的场合。（3）气—液压夹紧装置
（4）气动夹紧装置的扩力机构 常用的扩力机构有楔块式、杠杆式、铰链连杆式和气一液压增力装置等
（5）电磁夹紧装置一般都是作为机床附件的通用夹具。
（6）真空夹紧装置 真空夹紧特别适用于夹紧由铝、铜及其合金、塑料等非导磁材料制成的薄板形工件，或刚度较差的大型薄壳零件。
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