【摘要】本文基于陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實驗教學(xué)平臺，結(jié)合機械原理與機械設(shè)計實驗教學(xué)概況和存在的問題，提出整合提升軟硬件建設(shè)、加大實驗室開放力度和實現(xiàn)理論實驗教學(xué)“雙師化”三個方面的教學(xué)改革思路，并進(jìn)行初步成效分析，為高職院校同類課程的實驗教學(xué)改革提供一定的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】機械原理與機械設(shè)計；實驗教學(xué)改革；成效分析

隨著現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和社會、行業(yè)對技術(shù)技能型人才的需求不斷提升，機械原理與機械設(shè)計課程的實驗教學(xué)改革面臨著諸多挑戰(zhàn)。課程涉及的實驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、評量方式以及學(xué)生積極性都對教學(xué)效果有著顯著的影響，如何全面提升教學(xué)效果、調(diào)動學(xué)生積極性，是機械原理與機械設(shè)計課程的實驗教學(xué)改革致力于解決的主要問題。

1課程改革背景

1.1實驗教學(xué)概況。教研室遵循人才培養(yǎng)方案要求，在機械制造與自動化、機械設(shè)計與制造兩個專業(yè)中開設(shè)機械原理與機械設(shè)計課程，共計48學(xué)時教學(xué)外加36學(xué)時（兩周）課程設(shè)計，課程涵蓋的實驗主要包括以下三類：1.1.1演示類實驗。包含機構(gòu)運動演示和機構(gòu)運動簡圖測繪，前者目的是使學(xué)生了解構(gòu)件間運動關(guān)系及主動件、從動件概念，并深化機構(gòu)及其組成概念；后者主要要求學(xué)生掌握比例尺運用、視圖選取、運動副符號及自由度計算等方面。1.1.2驗證類實驗。包括齒輪范成原理實驗和齒輪參數(shù)測繪實驗，前者要求學(xué)生使用范成儀繪制正、負(fù)變位齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪，通過觀察、分析和比較，了解標(biāo)準(zhǔn)齒輪與變位齒輪的區(qū)別；后者要求學(xué)生使用游標(biāo)卡尺測量奇、偶數(shù)齒輪基本參數(shù)，了解齒數(shù)、模數(shù)、分度圓、齒頂圓、齒根圓、齒距等參數(shù)和尺寸計算基本知識。1.1.3減速機拆裝試驗。該實驗為演示性試驗，10-20人一組，部分同學(xué)拆裝，部分同學(xué)觀看，主要了解減速機的結(jié)構(gòu)、軸上零件的裝配關(guān)系、窺視孔、放油塞、油標(biāo)尺、放氣孔、及吊鉤等附件的位置、尺寸大小等，為減速機設(shè)計奠定基礎(chǔ)。1.2教學(xué)改革前存在問題。1.2.1部分實驗設(shè)備老化，無法滿足實驗要求。由于實驗室搬遷和設(shè)備自身老化，部分實驗設(shè)備準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性不足，此前開設(shè)的相當(dāng)一部分演示與測繪實驗已無法開出，教學(xué)效果受到了較大影響。課程相關(guān)實驗在一段時間里主要是減速機拆裝實驗，但由于設(shè)備有限，分組時每組學(xué)生較多，限制了學(xué)生實踐能力的提高。1.2.2教學(xué)方法較為模式化。多數(shù)實驗教學(xué)模式較為固定，學(xué)生嚴(yán)格按照步驟詳細(xì)、易于操作的實驗指導(dǎo)書完成實驗，教師主要指出原則性錯誤并負(fù)責(zé)學(xué)生安全。該模式在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精的素養(yǎng)方面具有積極意義，但與激發(fā)學(xué)生求知欲、樹立其創(chuàng)新精神并最終解決實際工程問題的目標(biāo)具有一定的矛盾。1.2.3個性化考核方式有待實現(xiàn)。目前考核內(nèi)容主要包括實驗完成度和按時到課情況。實驗內(nèi)容的設(shè)定方面未能充分反映學(xué)生的水平差異，學(xué)生完成的實驗項目以及實驗報告內(nèi)容基本相似，而考勤情況相同的學(xué)生基本會取得相同的實驗成績。評量方式與因材施教、個性化評估的初衷存在沖突。1.2.4學(xué)生的學(xué)習(xí)重視度有限。由于上述原因，外加本課程實驗為課內(nèi)實驗，并未單獨設(shè)置考核學(xué)分，學(xué)生對實驗環(huán)節(jié)的重視程度有限，直接導(dǎo)致日后進(jìn)行課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計時毫無頭緒，也對學(xué)生參與各級各類機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和學(xué)歷提升方面產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。

2課程實驗教學(xué)的改革思路

摘要：基于工程教育專業(yè)認(rèn)證，對傳統(tǒng)“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計進(jìn)行教學(xué)改革探索。課程設(shè)計選題突出陶瓷機械特色，切合工作實踐，完善課程綜合性。對照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)從機械課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和組織實施三方面提出了改革。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證；課程設(shè)計；陶瓷機械；教學(xué)改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證是針對高等學(xué)校工科專業(yè)實施的專門性認(rèn)證，也是實現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。高等教育質(zhì)量問題成為社會關(guān)注重點，為進(jìn)一步提高工科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，教育部于2006年啟動了工程教育專業(yè)認(rèn)證試點工作，2013年，中國成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會員，2016年正式加入國際工程教育組織[2]?！皺C械原理與機械設(shè)計課程設(shè)計”是機械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合機械設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。課程主要任務(wù)為簡單結(jié)構(gòu)運動分析，簡單的機械設(shè)計，旨在引導(dǎo)學(xué)生整合機械原理和機械設(shè)計的所學(xué)知識：機構(gòu)運動簡圖、基本零部件設(shè)計校核、傳動方案設(shè)計等，以期培養(yǎng)學(xué)生工科思維。如何對“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)進(jìn)行改革，以適應(yīng)新時代工程教育認(rèn)證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。

1對“機械原理”和“機械設(shè)計”課程設(shè)計現(xiàn)狀的分析

“機械原理”和“機械設(shè)計”作為機械專業(yè)學(xué)科非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程設(shè)計大綱明確了常用機械零部件、機械傳動系統(tǒng)、聯(lián)系實際設(shè)計過程、正確的設(shè)計思想、分析和解決問題能力等要求指標(biāo)。但傳統(tǒng)的課程設(shè)計難以滿足新時代工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。本校目前仍存在以下問題：①機械課程設(shè)計的選題較為單一?！皺C械原理”課程設(shè)計只是對典型機構(gòu)、四桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)運動分析。“機械設(shè)計”課程設(shè)計一直以來都是以二級圓柱齒輪減速器作為設(shè)計題目。題目傳統(tǒng)單一，學(xué)生抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，不求甚解風(fēng)氣較重。與工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的符合學(xué)校定位、適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要的培養(yǎng)目標(biāo)尚有差距。機械作為一門工科，理應(yīng)與實際接軌，應(yīng)與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，與社會發(fā)展需要契合，充分體現(xiàn)出各地區(qū)高校的機械專業(yè)特色。②機械課程設(shè)計的相關(guān)性不足。雖然機械原理中的執(zhí)行機構(gòu)和機械設(shè)計中的零部件設(shè)計都得到了訓(xùn)練，但學(xué)生學(xué)完機械基礎(chǔ)系列課程后，缺乏對整體機械的認(rèn)識，“機械原理”課程設(shè)計著重于運動分析，“機械設(shè)計”課程設(shè)計著重于機構(gòu)零部件性能參數(shù)，二者甚至不在同一機構(gòu)中，兩門課程沒有建立必要的對接點，使學(xué)生沒有形成一個有機的整體系統(tǒng)工程的認(rèn)識以及掌握機器設(shè)計的完整過程。

2課程設(shè)計改革探索

1機械設(shè)計節(jié)能的背景和基本原理

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于能源的利用和消耗逐漸增大，導(dǎo)致環(huán)境惡化問題日益嚴(yán)重，對于自然生態(tài)和人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懺絹碓絿?yán)重。由于中國在改革開放初期一直注重工業(yè)化的發(fā)展，沒有對環(huán)境問題給予相當(dāng)程度的重視，造成環(huán)境問題被破壞的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。因此，需要關(guān)注環(huán)境問題的發(fā)展和保護。

1.1機械設(shè)計節(jié)能的背景

我國在1972年就提出了“可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略，注重經(jīng)濟增長處于長期發(fā)展的模式中，但是由于這一時期，我國還沒有開始改革開放，經(jīng)濟發(fā)展和社會效益比較落后，工業(yè)化發(fā)展比較落后，國家的生態(tài)環(huán)境還比較好，但是在1978年，改革開放之后，國家在初期一直大力發(fā)展重工業(yè)，為了提高經(jīng)濟效益的發(fā)展，對我國的資源和能源進(jìn)行過度開采，導(dǎo)致我國的環(huán)境破壞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。因此，我國在2003年提出“科學(xué)發(fā)展觀”的政策，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展，合理有效的保護生態(tài)環(huán)境，增強生態(tài)資源和能源的使用效率，減少工業(yè)廢水和污染物的排放，是我國發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。機器設(shè)備的能源消耗和尾氣排放是我國環(huán)境污染和破壞的重要原因之一，為了對環(huán)境進(jìn)行合理有效的保護和治理，就需要開展節(jié)能減排促使，進(jìn)行機械設(shè)計節(jié)能的開展，對環(huán)境進(jìn)行有效的治理，提高經(jīng)濟效益。

1.2機械設(shè)計節(jié)能的基本原理

機械設(shè)計是按照使用要求對機械的工作原理、組成部分、運行模式、能量傳送、各部件的形態(tài)等進(jìn)行規(guī)劃、分析、研究和計算，以及將其從理論的規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H制作基礎(chǔ)的工作流程。機械設(shè)計是機械工程主要的構(gòu)成成分，也是決定機械效能的重要因素。為了減少機械類機器對環(huán)境的污染和破壞，就需要開展機械設(shè)計節(jié)能，其基本原理為：對實際機械體系的效能、動力能量、運行的使用效力以及機械體系的耗能速率等進(jìn)行整合，然后運用相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行分析計算，通過一系列的設(shè)計計算和合理分析最終有效歸納合成，形成機械設(shè)計節(jié)能的工作原理，減少能源的消耗，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展政策的進(jìn)行。

1傳統(tǒng)機械原理課程設(shè)計中存在的問題

機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容主要分為兩個階段:第一階段為機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計，要求學(xué)生通過對常用機構(gòu)的組合或創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求;第二階段為機構(gòu)尺度綜合，以及對機械系統(tǒng)中指定機構(gòu)進(jìn)行運動分析和動態(tài)靜力分析。目前在機械原理課程設(shè)計的教學(xué)過程中主要存在問題:

(1)設(shè)計題目類型單一，實踐過程枯燥。設(shè)計任務(wù)主要以典型加工設(shè)備為對象，擬定機械傳動方案，對其主傳動機構(gòu)進(jìn)行運動分析和動態(tài)靜力分析，并在此基礎(chǔ)上通過限定執(zhí)行構(gòu)件的速度波動以確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，最后設(shè)計其中的齒輪機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。這樣的設(shè)計題目單一且缺乏新穎性，與學(xué)生的實際生活脫節(jié)。設(shè)計過程的枯燥使得學(xué)生無法正確認(rèn)識課程設(shè)計的重要性，設(shè)計興趣不強，參與積極性不高，難以達(dá)到實踐目的。另外，由于設(shè)計題目比較成熟，與之配套的設(shè)計手冊和指導(dǎo)書等資料較多，其設(shè)計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)書的要求翻書查表，按部就班地進(jìn)行模仿設(shè)計，這樣的題目不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

(2)設(shè)計方法陳舊，實踐重點偏移。目前，在機構(gòu)運動尺寸確定、機構(gòu)運動分析及力分析等基本知識和基本技能的訓(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)計精度差，效率低，當(dāng)學(xué)生需要分析多個瞬時的運動情況時，需要花費大量時間作圖，工作量大。解析法能獲得精確的計算結(jié)果，學(xué)生通過模型建立和程序設(shè)計可以分析任意點位置的運動情況。解析法的求解過程要求學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)功底和編程設(shè)計能力，但實踐證明多數(shù)學(xué)生欠缺獨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，這樣機械原理課程設(shè)計就演變成了計算機語言的訓(xùn)練］，偏離了機構(gòu)綜合設(shè)計與分析的實踐目的。同時，繁瑣的程序編寫，也會影響學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的積極性。

(3)設(shè)計時間緊張，實踐內(nèi)容縮水。學(xué)校目前將機械原理課程設(shè)計和機械設(shè)計課程設(shè)計整合為3周的“機械綜合課程設(shè)計Ⅰ、Ⅱ”。由于從內(nèi)容上設(shè)置為同一機械系統(tǒng)的不同階段性設(shè)計，因而從時間上兩者并沒有嚴(yán)格區(qū)分開。統(tǒng)計表明歷屆學(xué)生完成機械原理課程設(shè)計所需的時間約為1－1．5周，相對而言學(xué)時緊張。為了追趕進(jìn)度，學(xué)生避重就輕甚至是掩蓋問題。比如在機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計階段，學(xué)生普遍采用仿型設(shè)計和改型設(shè)計的方法，照搬相近的設(shè)計案例，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)計直接進(jìn)入常規(guī)設(shè)計，整個設(shè)計過程中，機械系統(tǒng)的方案設(shè)計和機構(gòu)的選型設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容體現(xiàn)不足乃至缺失，無法鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

2機械原理課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐

摘要:隨著我國社會的進(jìn)步，各個行業(yè)對能源的需求量也在不斷的提升，在這樣的背景下，能源緊缺已經(jīng)成為了一個社會性問題，為了緩解我國的能源壓力，政府部門提出了節(jié)能減排的生產(chǎn)理念，要求各個行業(yè)在生產(chǎn)過程中，要對原有的生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化，減少對能源的消耗，減少各種有害物質(zhì)的排放。機械制造業(yè)是我國的重要行業(yè)，在機械設(shè)計的過程中，必須要把節(jié)能的理念帶入其中，減少機械設(shè)備運行對能源的消耗。對機械設(shè)計節(jié)能原理及其運用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:機械設(shè)備;設(shè)計理念;節(jié)能環(huán)保

現(xiàn)階段，節(jié)能已經(jīng)成為了所有行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，作為我國的重點行業(yè)，機械制造業(yè)在機械設(shè)計的過程中，也必須要遵循這樣的設(shè)計理念，通過設(shè)計理念的優(yōu)化，減少各種機械設(shè)備在使用過程中對能源的消耗，這樣的機械設(shè)計方式，充分迎合了我國當(dāng)前的節(jié)能理念，同時，也可以緩解現(xiàn)階段的能源壓力。下文對此進(jìn)行簡要的闡述。

1機械設(shè)計節(jié)能技術(shù)的原理

地球上任何機械運動都要遵循牛頓的力學(xué)定律，機械設(shè)計的節(jié)能原理，就是以能量守恒為理論基礎(chǔ)，通過能量的高效運用，實現(xiàn)機械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計。在機械運動的過程中，各種能量之間可以實現(xiàn)互相轉(zhuǎn)化。在機械設(shè)備運行的過程中，勢能與動能之間往往不能實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，勢能在向動能轉(zhuǎn)化的過程中，會產(chǎn)生一定的變動，這樣就造成了能量的損耗，從而產(chǎn)生能源的過量消耗。而機械節(jié)能設(shè)計，就是對機械設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的勢能波動進(jìn)行控制，使勢能處于合理的范圍之內(nèi)，提升勢能與動能之間的轉(zhuǎn)化率，從而達(dá)到節(jié)能的設(shè)計效果;在機械設(shè)備的運行過程中，動能是保證設(shè)備運行的主要能量，機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，許多因素都會對設(shè)備的動能造成影響，產(chǎn)生了能量的消耗。為了減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，在機械設(shè)計的過程中，著重減小設(shè)備構(gòu)件之間的摩擦力，降低機械設(shè)備運行過程中能量的損耗，通過這樣的方式，來實現(xiàn)機械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計。在實際的設(shè)計過程中，可以從以下幾個方面入手，減少設(shè)備對能源的需求，首先，對設(shè)備的各種配件進(jìn)行檢查，保證配件之間運行的默契程度，保證配件的精確度與設(shè)計精度充分吻合，減少運行問題的發(fā)生;其次，要在配件的材料上下功夫，選擇性能優(yōu)良的材料來制作各種構(gòu)件;最后，要對機械設(shè)備的啟停程序進(jìn)行優(yōu)化，通過上述方式，可以實現(xiàn)機械設(shè)備對能源的消耗，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。

2機械設(shè)計節(jié)能原理的運用

摘要：在分析研究國內(nèi)機械原理課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合本校的實際教學(xué)，對現(xiàn)有教學(xué)方式及存在的設(shè)計題目類型單一、手段落后、周期短時間緊、模仿設(shè)計以及缺乏團隊合作等問題進(jìn)行了分析討論，歸納了主要的教學(xué)改革方法和內(nèi)容。文章最后從師資隊伍要求和學(xué)生成績評定兩個方面對教學(xué)改革工作做了進(jìn)一步分析和探討。

關(guān)鍵詞：機械原理；課程設(shè)計；教學(xué)改革；綜述

一、概述

機械原理課程設(shè)計是高等院校機械類及近機類專業(yè)的一個重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生第一次較全面機械設(shè)計方面的初步訓(xùn)練，為學(xué)生從事機械產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計打下必要的基礎(chǔ)。其核心是對機器的機械系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計，直接決定機械系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量，是機械設(shè)計中最具有創(chuàng)新力的地方[1-2]。本課程設(shè)計的內(nèi)容主要包括兩個部分：第一部分為機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計，要求學(xué)生對常用機構(gòu)進(jìn)行組合或創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求；第二部分為機構(gòu)尺度綜合，對機械系統(tǒng)中指定機構(gòu)進(jìn)行運動分析和動態(tài)靜力分析[3-4]。在大量查閱國內(nèi)公開發(fā)表的機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革論文的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的教學(xué)方法及改革成果進(jìn)行了匯總，對其中比較有代表性的成果進(jìn)行了梳理、歸納和探討，拋磚引玉，為大家開展相關(guān)教學(xué)改革提供有益的參考和借鑒，以期達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、更好地培養(yǎng)適應(yīng)新時代國家和社會發(fā)展需求的創(chuàng)新型工程人才的目標(biāo)。

二、國內(nèi)現(xiàn)狀及存在的不足

（一）現(xiàn)狀。從現(xiàn)有的國內(nèi)資料和我?，F(xiàn)狀來看，機械原理課程設(shè)計的時長一般為1-2周，大多安排在機械原理理論課程教學(xué)的學(xué)期末集中進(jìn)行。傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要為：在課程設(shè)計開始時，教師對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行集中講解，布置設(shè)計任務(wù)及要求，下達(dá)設(shè)計任務(wù)書；學(xué)生參照指導(dǎo)書進(jìn)行機構(gòu)組合，擬定運動循環(huán)圖，按照要求進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計計算；利用解析法對機構(gòu)進(jìn)行運動分析及尺寸設(shè)計，并利用計算機編程得到運動分析結(jié)果；最后畫出功能系統(tǒng)圖和機構(gòu)運動簡圖、并利用圖解法對一些構(gòu)件如凸輪等進(jìn)行設(shè)計；簡單答辯后上交設(shè)計資料，教師評分。在整個實踐環(huán)節(jié)實施過程中，教師主要負(fù)責(zé)解答學(xué)生遇到的一些問題和督促檢查學(xué)生的設(shè)計進(jìn)度，學(xué)生按步驟和程序進(jìn)行設(shè)計。這種傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，在歷史上曾發(fā)揮過重要作用[5]，但隨著產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和對創(chuàng)新型工程人才需求的提升，已不能適應(yīng)社會的需求。（二）存在的不足。1.設(shè)計題目類型單一陳舊教師根據(jù)指導(dǎo)書指定設(shè)計題目，多為一些加工型機械或者機床類設(shè)備的主傳動機構(gòu)[3-4]，多數(shù)情況下一個班甚至全年級共用幾個題目，同一個題目之間只是設(shè)計參數(shù)略有不同。傳統(tǒng)的題目主要有：牛頭刨床[6]、平板印刷機和壓力機等，上述題目有部分和學(xué)生實際生活完全脫節(jié)[3]、有部分是已淘汰或即將被淘汰的機械，題目類型單一陳舊[1-5，7-11]，學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計的空間較少，積極性不強[2，9]。由于設(shè)計題目比較成熟[3-4]，多年不變[12]，在學(xué)生之間甚至網(wǎng)絡(luò)上都有很多現(xiàn)成的資料可供參考，不可避免出現(xiàn)雷同或抄襲現(xiàn)象[6-7，13]。其設(shè)計思路和模式比較程式化，僅通過對指導(dǎo)書翻書查表[3-4]，按部就班地就可以完成設(shè)計任務(wù)。2.設(shè)計手段落后，缺乏設(shè)計驗證環(huán)節(jié)對于機構(gòu)運動尺寸確定、機構(gòu)運動分析及動力分析等方面的設(shè)計，學(xué)生仍然采用圖解法或解析法[3-5，9-10，13-15]。為了避免抄襲，大多仍用手工繪圖和手寫設(shè)計說明書的形式，設(shè)計手段落后[8，11，14-15]。圖解法精度太低已不能滿足現(xiàn)代機械設(shè)計要求[14]，解析法對學(xué)生的理論分析要求比較高，并需要借助計算機編程進(jìn)行分析[14，16]，手工繪圖和理論推導(dǎo)花費學(xué)生大量的時間和精力，關(guān)鍵還缺少最重要的環(huán)節(jié)———利用現(xiàn)代設(shè)計手段對設(shè)計方案進(jìn)行可行性驗證和分析[9]，造成學(xué)生對設(shè)計質(zhì)量好壞沒有清晰、定量的標(biāo)準(zhǔn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生全局觀和整體意識。3.模仿設(shè)計/參考設(shè)計，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力本實踐環(huán)節(jié)的核心是機械系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案設(shè)計，由于已有現(xiàn)成的教師或者指導(dǎo)書推薦的機構(gòu)形式及其組合，學(xué)生所需做的工作就是按照自己的參數(shù)進(jìn)行簡單修改，屬于一種系統(tǒng)方案和機構(gòu)方案已定的模仿設(shè)計[4，8]或參考設(shè)計[2]。在整個設(shè)計過程中，受已有設(shè)計方案潛移默化地影響，思維模式被固化，很難鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。4.設(shè)計周期短時間緊，學(xué)生沒有足夠的時間反復(fù)思考完成設(shè)計創(chuàng)造性設(shè)計工作是一項艱苦的腦力勞動過程，不可能一蹴而就，需不斷地反復(fù)思考修改[2]。所以設(shè)計需要足夠多的時間去查資料、構(gòu)思及修改，反復(fù)應(yīng)用理論知識以及現(xiàn)代設(shè)計手段進(jìn)行設(shè)計、評價和驗證。而課程設(shè)計工作集中安排在1-2周內(nèi)完成，要在這么短的時間段內(nèi)完成各項設(shè)計任務(wù)本來就非常困難[3-4，7，10，13，17]，有時學(xué)生還需要準(zhǔn)備課程的復(fù)習(xí)考試，因此他們不可避免會壓縮最重要也是最具創(chuàng)新性的方案構(gòu)思和機構(gòu)選型等方面的定性分析工作，使課程設(shè)計內(nèi)容明顯縮水[3，7]。5.單打獨斗為主，缺乏團隊協(xié)作精神在國內(nèi)現(xiàn)有的教育教學(xué)模式下，在大學(xué)四年里，許多高校學(xué)生不管是完成課程作業(yè)還是做課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，幾乎都是單打獨斗，普遍缺乏團隊協(xié)作、溝通交流能力方面的有效培養(yǎng)和訓(xùn)練[5]。

摘要：機械設(shè)計作為機械工程領(lǐng)域的重要組成部分，其工作質(zhì)量至關(guān)重要，不僅關(guān)系到機械制造企業(yè)的工作效益，還決定著機械產(chǎn)品的性能。因此，在機械設(shè)計工作中，我們不僅要牢牢遵循機械設(shè)計的基本原理，還要兼顧當(dāng)今社會發(fā)展所倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保要求。從機械設(shè)計的基本原理入手，就其節(jié)能設(shè)計要點做了深入分析。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；節(jié)能；環(huán)保；原理

隨著時代的發(fā)展，生態(tài)問題與能源危機日益嚴(yán)峻，極大影響了人們生活與生產(chǎn)，在這種時代背景下，節(jié)約能源、保護環(huán)境已成為全球共識。機械生產(chǎn)作為社會發(fā)展中不可或缺的產(chǎn)業(yè)，節(jié)能環(huán)保問題不容忽視。機械設(shè)計作為機械工程領(lǐng)域的第一工序，其在產(chǎn)品設(shè)計中除了考慮產(chǎn)品性能、質(zhì)量外，更要注重設(shè)備的節(jié)能型，盡可能的節(jié)省資源浪費，避免因為設(shè)備不具備節(jié)能性能而造成大量材料的浪費。文章從機械設(shè)計節(jié)能的原理入手，從實際出發(fā)通過能量分析提出了機械設(shè)計的節(jié)能方法。

1機械設(shè)計節(jié)能的重要性

我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)與西方國家相比，有著起步晚、起點低的特征，但伴隨改革開放以來國內(nèi)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，機械生產(chǎn)行業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展，在國家經(jīng)濟中占有重要地位。機械設(shè)計作為機械工程領(lǐng)域的重要組成部分，其對機械工程有著很大影響，近幾年來，受到國家節(jié)能減排、保護環(huán)境政策的影響，機械設(shè)計節(jié)能工作的開展已成為不可逆的趨勢，在這種時代背景下，要求機械設(shè)計人員充分考慮各種因素，除了保證機械產(chǎn)品的最初性能外，更要做好節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟性要求，我們首先要對這些內(nèi)容分析和整理，正確認(rèn)識這些環(huán)節(jié)的工作要求。因此，在機械設(shè)計的時候，我們要對設(shè)備的配合及應(yīng)用更加注意，力求機械設(shè)計在保持正常運轉(zhuǎn)的時候，盡可能的降低能量損耗，從而讓機械設(shè)計達(dá)到當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

2機械設(shè)計的節(jié)能原理

摘要：隨著我國社會不斷的加強建設(shè)，對我國的能源消耗需求也不斷增大。這同時使得我國機械制造行業(yè)得到飛速的發(fā)展，機械設(shè)備的使用能夠幫助人們解決一些高難度的生產(chǎn)，同時使用機械來代替人力能夠有效的加速產(chǎn)品的生產(chǎn)促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展，同時也解放了生產(chǎn)力。所以機械設(shè)備的推陳出新是十分重要的，高效率的機械能夠很好的帶動社會經(jīng)濟的發(fā)展。本文主要從機械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析和應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;節(jié)能;分析和應(yīng)用

社會不斷的發(fā)展，機械設(shè)備不斷的更新。機械行業(yè)的發(fā)展正處于飛速發(fā)展的時代，機械行業(yè)是現(xiàn)代社會中的新寵兒。但是在機械行業(yè)中也存在著很大的競爭，機械的成本，機械的質(zhì)量和機械的工作能力對需求者來說都是關(guān)注的熱點。能創(chuàng)新出新的機械的發(fā)明，能夠有效的節(jié)約能源和保護環(huán)境對于機械企業(yè)來說也是非常重要的。在現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的理念下，能的機械能夠獲得國家和社會的不斷支持。

1機械設(shè)計節(jié)能背景和基本原理

1.1機械設(shè)計節(jié)能背景。隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展與高速的經(jīng)濟貿(mào)易交流，我國迎來了許許多多的挑戰(zhàn)和機遇。這對我國的經(jīng)濟發(fā)展來說起著積極的促進(jìn)作用，但同時一些國外的先進(jìn)設(shè)備也流入我國，對我國的現(xiàn)有的一些機械行業(yè)和相關(guān)企業(yè)發(fā)展都存在著巨大挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)促進(jìn)了我國的機械設(shè)計發(fā)展，各種新型設(shè)備不斷更新，各個新技術(shù)不斷的出現(xiàn)。促進(jìn)了我國的經(jīng)濟發(fā)展。機械節(jié)能設(shè)計，我國從很早就提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于環(huán)境和資源的開采都必須要有節(jié)制的開采，要從長遠(yuǎn)的角度去看待資源問題。不能過度的開發(fā)資源，導(dǎo)致生態(tài)破壞。所以在這可持續(xù)發(fā)展的理念的指導(dǎo)下，促進(jìn)了機械設(shè)計技能的發(fā)展。1.2機械節(jié)能設(shè)計的基本原理。機械節(jié)能設(shè)計是從機械的各個層面出發(fā)，對機械的組成部件和運轉(zhuǎn)原理以及能量傳送等進(jìn)行合理的設(shè)計，以達(dá)到使用目的。機械的前期設(shè)計準(zhǔn)備階段時機械工程中的重要組成部分，設(shè)計對于機械來說決定了機械產(chǎn)品的使用原理和使用性能及外觀。機械在使用中存在著巨大的能源消耗和污染排放，人們?yōu)榱撕芎玫慕鉀Q這一問題保護環(huán)境減少機械排放，對機械節(jié)能設(shè)計重視了起來。機械技能設(shè)計的基本原理是對機械的工作效率，機械的運轉(zhuǎn)效率，所需能量通過合理的設(shè)計進(jìn)行一個整合。運用相關(guān)的先進(jìn)的科技來達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念。

2機械設(shè)計節(jié)能基本原理的應(yīng)用

1機械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析

機械設(shè)備在工作的過程中，機械工作的損失功率以及有效功率之和就是能源消耗的功率。按照機械守恒原理，我們能夠推導(dǎo)出以下公式:NM=NSF+NCF+NR+dT/dt其中，NSF指的是其他作用力消耗的功率;NCF指的是有勢力所消耗的功率;NR表示的是無用功率;dT/dt指的是系統(tǒng)動能的變化率;NM指的是機械輸入的總功率。通過對該公式進(jìn)行分析，可以得出機械設(shè)計節(jié)能基本原理如下:1．1減小機械勢能的變化范圍。由上述公式可知，系統(tǒng)勢能會對有勢力所消耗的功率造成一定的影響，當(dāng)機械設(shè)備在工作的過程中，系統(tǒng)勢能一定會出現(xiàn)變化，在變化的過程中，會有一些勢能沒有得到有效應(yīng)用的，這就會提高機械設(shè)備的有勢力消耗，從而增加機械設(shè)備的能源消耗。因此，在進(jìn)行機械設(shè)計時，需要減小機械勢能的變化的范圍，以此來降低有勢力所消耗的功率，從而設(shè)計出節(jié)能的機械設(shè)備。1．2減少機械動能。動能是機械進(jìn)行工作的最關(guān)鍵部分，一般來說，能源消耗就是在轉(zhuǎn)變成有效動能時產(chǎn)生的，在進(jìn)行和動能有關(guān)機械的設(shè)計中，有很多影響動能的因素，比如:零件的材質(zhì)和制作的精確程度、機械設(shè)備的啟動和停止頻率等。因此，要想使機械設(shè)備具有更好的節(jié)能減排效果，就要減少機械設(shè)備生產(chǎn)和工作中的制動作用力以及摩擦力，增加機械設(shè)備有效動能的轉(zhuǎn)化。比如，選用新型的材料進(jìn)行機械設(shè)備的生產(chǎn)、降低機械設(shè)備啟動和停止的頻率等。1．3減少無用功。機械設(shè)備在工作的過程中，會產(chǎn)生非常多的無用功，這些無用功會造成大量的能源消耗。比如，機械設(shè)備的工作表面和物體之間以及零件之間，都會產(chǎn)生一定的摩擦力，摩擦力做功會產(chǎn)生非常多的熱量，這些熱量就是無用功。另外，有些機械設(shè)備的部件會出現(xiàn)塑性或者彈性變形，這些變形就是由無用功引起的。因此，在進(jìn)行機械設(shè)計時，需要降低機械設(shè)備的產(chǎn)生的無用功，從而減少機械設(shè)備的能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的［1］。

2機械設(shè)計節(jié)能基本原理的應(yīng)用

2．1在升降機械方面的應(yīng)用。升降機械主要是應(yīng)用鏈條或者大壓力容器移動升降設(shè)備，進(jìn)行高空維修或者高空作業(yè)。在實際的工作中，升降機械需要非常大的動力能量才能將升降設(shè)備送到需要的高度。觀察升降機械工作的過程可以看出，升降機械需要消耗很大的功率，從而產(chǎn)生非常大的無用功，亟需采取相應(yīng)的節(jié)能措施。因此，需要根據(jù)機械設(shè)計節(jié)能，再結(jié)合電梯的設(shè)計原理進(jìn)行升降機械的設(shè)計和優(yōu)化，以此來降低升降機械的能源浪費以及能源消耗。比如，當(dāng)升降機械與曳引驅(qū)動機構(gòu)保持一致的速度進(jìn)行同等質(zhì)量貨物的提升時，曳引驅(qū)動機構(gòu)可以有效維持升降機械的平衡，降低提升貨物過程中造成的能源損耗，確保升降機械的系統(tǒng)勢能維持常量或者在最小的范圍內(nèi)變化。2．2在機械加工設(shè)備方面的應(yīng)用。機械加工設(shè)備在生活中的應(yīng)用非常廣泛，機械加工設(shè)備在工作時消耗的能源也非常多，因此，機械加工設(shè)備也要采取一定的節(jié)能措施。比如，牛頭刨床，這種機械加工設(shè)備是依靠一個質(zhì)量比較大的主軸來進(jìn)行操作的，這個主軸可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行，要想節(jié)約該設(shè)備的能耗，就要降低設(shè)備的輸入功率，應(yīng)用機械設(shè)計節(jié)能的基本原理，在該設(shè)備的基礎(chǔ)上增加一個慣量比較大的飛輪，以此來降低設(shè)備主軸的速度變化，從而提升機械加工設(shè)備的功率，節(jié)約能耗。另外，在進(jìn)行桌椅、衣櫥或者電腦等生活設(shè)備的加工時，可以采用電腦機械化來進(jìn)行加工生產(chǎn)，減少沖壓以及焊接等設(shè)備的應(yīng)用，以此來降低機械加工設(shè)備生產(chǎn)時造成的資源浪費。2．3在大型壓路機上的應(yīng)用。大型壓路機是由三邊弧形的前沖擊輪以及后沖擊輪所組成的，沖擊輪的勢能是按照周期函數(shù)來呈現(xiàn)的，具有很大的變化空間以及變化范圍。因此，根據(jù)機械設(shè)計節(jié)能的基本原理可知，要想使大型壓路機節(jié)能，就要縮小大型壓路機系統(tǒng)勢能的變化范圍，當(dāng)大型壓路機前沖擊輪以及后沖擊輪的勢能出相位達(dá)到一定的條件時，系統(tǒng)勢能就會在最小的范圍內(nèi)變化。另外，還可以將重心最低時候的沖擊輪勢能變化減小到最小的區(qū)間內(nèi)，這個區(qū)間越小，大型壓路機的節(jié)能效果就越好［2］。

3結(jié)語

綜上所述，機械設(shè)備的設(shè)計中亟需進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。分析可得，通過對機械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析與應(yīng)用可知，機械制造企業(yè)要將節(jié)能基本原理作為依據(jù)，通過改變機械勢能、動能以及無用功的方式進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，降低機械生產(chǎn)和工作中的能耗，真正實現(xiàn)節(jié)能減排，提高機械制造企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，從而提高機械制造業(yè)的發(fā)展。希望本文的研究可以幫助機械制造企業(yè)意識到節(jié)能的重要性。

一引言

為進(jìn)一步促進(jìn)我國工程教育的深化改革，加快建設(shè)我國向工程教育強國的轉(zhuǎn)變，更好地推進(jìn)我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的升級，2017年，教育部提出了新工科建設(shè)[1]。建設(shè)與發(fā)展新工科成為我國由制造強國向創(chuàng)造強國發(fā)展的必然要求，高校培養(yǎng)新工科人才對當(dāng)今社會新經(jīng)濟發(fā)展有重要戰(zhàn)略意義。大學(xué)生是實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的人才儲備，新工科人才的培養(yǎng)是當(dāng)今社會對高等學(xué)校的迫切要求，也是高校義不容辭的職責(zé)[2]。

二機械原理課程地位

機械原理課程是機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基本課程，其知識面更寬、適用性更廣、更接近工程實際，在培養(yǎng)新工科人才中將起到不可或缺的重要作用。本課程研究的內(nèi)容主要包括機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識、機構(gòu)的運動分析、機器動力學(xué)、常用機構(gòu)的分析與設(shè)計和機械系統(tǒng)的方案設(shè)計等問題[3]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種機構(gòu)中的一些共性問題，理解基本原理，并初步具有設(shè)計機械系統(tǒng)方案的能力。本課程的學(xué)習(xí)為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，為機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計打下良好基礎(chǔ)，為機械的合理使用和革新改造打下良好基礎(chǔ)。本課程在創(chuàng)新機械所需的知識結(jié)構(gòu)中占有核心地位，在高層次的人才培養(yǎng)中具有提升學(xué)生對機械新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新能力的作用[4]。

三實驗教學(xué)現(xiàn)狀

機械原理實驗教學(xué)是機械原理課程整個教學(xué)過程中的一個重要部分，是學(xué)生將機械的理論知識與工程實際相結(jié)合的必要手段，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)起著關(guān)鍵作用[5]。但是，目前的實驗教學(xué)存在一定的問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。（一）考核方式不完善。傳統(tǒng)的機械原理實驗教學(xué)一般是作為理論教學(xué)的輔助手段，大多依托于相應(yīng)的理論課程。對實驗教學(xué)的考核也是依托于課程成績，沒有單獨的考核成績，只是作為最終課程考核成績的一小部分，一般占10%左右。實驗考核大多以實驗報告完成情況作為評分依據(jù)，很難體現(xiàn)出學(xué)生對知識的掌握程度。因此教師更加注重學(xué)生對課堂理論知識的掌握和理解，對實驗教學(xué)的重視程度不夠；學(xué)生為了應(yīng)對課程考試，也僅僅是注重對理論知識的學(xué)習(xí)，對實驗課程學(xué)習(xí)的重視程度也不夠。這嚴(yán)重阻滯了學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，對學(xué)生的培養(yǎng)極為不利。（二）實驗教學(xué)模式滯后。傳統(tǒng)的機械原理實驗缺乏系統(tǒng)性，沒有形成一個完整的實驗教學(xué)體系[6]。實驗教學(xué)的基本要求僅僅停留在學(xué)生加深對理論知識的理解以及對課堂上所學(xué)理論知識的驗證，沒有發(fā)揮實驗教學(xué)的真正作用。在實驗的開設(shè)過程中，往往以教師的講解為主，學(xué)生很少思考，對實驗的原理和儀器的測試方法處于一知半解，甚至完全不懂的狀態(tài)，不主動參與實驗，做實驗的積極性不高，只是照本宣科的按照實驗指導(dǎo)書的步驟和方法進(jìn)行，不能充分發(fā)揮學(xué)生作為實驗課堂的主體作用。這種實驗的開設(shè)對學(xué)生自身的鍛煉意義不大，學(xué)生只是為了完成任務(wù)，不能真正參與其中，實踐動手能力差，不能滿足當(dāng)今社會對人才培養(yǎng)的要求。這些實驗的開設(shè)沒有體現(xiàn)實驗課程對學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的價值，只是加深了對理論知識的理解。（三）實驗手段簡單。傳統(tǒng)的機械原理實驗中，實驗手段比較簡單，主要以認(rèn)知性和驗證性試驗為主，綜合設(shè)計性實驗沒有發(fā)揮作用[7]。例如機構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗，學(xué)生沒有設(shè)計思路，為了應(yīng)付實驗，搭建的機構(gòu)過于簡單，而且完全按照書上已有的模型進(jìn)行搭建，沒有自己的思考。這種實驗由于學(xué)時有限，沒有獲得充分的重視。但這種實驗恰恰是最能鍛煉學(xué)生的，培養(yǎng)學(xué)生如何根據(jù)所學(xué)知識解決現(xiàn)實生活中遇到問題的能力，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀作用，有理論教學(xué)不可替代的作用。