創(chuàng)新設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)實訓(xùn)項目開發(fā)

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摘要：基于創(chuàng)新設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)實訓(xùn)項目開發(fā)是機械教學(xué)中的一項系統(tǒng)化實踐工程。它依托于傳統(tǒng)機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)內(nèi)容與機械基礎(chǔ)理論知識，綜合應(yīng)用實驗儀器器材、計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、傳感技術(shù)等，并制定配套的實驗教材和教學(xué)大綱，優(yōu)化、改革實驗室的管理模式。這有助于完成機械基礎(chǔ)課程的教學(xué)實踐，培養(yǎng)服務(wù)于機械工業(yè)的創(chuàng)新型人才，實現(xiàn)宏偉的職業(yè)院校教學(xué)遠景。

關(guān)鍵詞：機械教學(xué)實踐;創(chuàng)新設(shè)計;實驗指導(dǎo)

隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)活動已與現(xiàn)有的機械理論知識教學(xué)需求存在滯后現(xiàn)象，例如，落后的實驗器材、簡單的實驗項目、單一的實驗教材內(nèi)容等難以滿足理論知識教學(xué)所需條件。這會使得職業(yè)院校學(xué)生無法獨立解決實際的機械專業(yè)技術(shù)問題，其創(chuàng)新能力和實際動手能力嚴(yán)重不足。歸根結(jié)底是職業(yè)院校缺乏對學(xué)生系統(tǒng)的、規(guī)范的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這與基礎(chǔ)知識的實驗教學(xué)活動有著密不可分的關(guān)聯(lián)?；趧?chuàng)新設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)實訓(xùn)項目開發(fā)搭建完成的機械基礎(chǔ)創(chuàng)新設(shè)計實驗室能滿足山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系的機械傳動與機構(gòu)設(shè)計、機械設(shè)計基礎(chǔ)等相關(guān)課程的課程設(shè)計和實驗教學(xué)需求，能培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和分析解決問題能力等。它可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)實踐的積極性，使其深入理解所學(xué)理論知識，熟知相關(guān)實驗技能，這是職業(yè)院校提高教學(xué)質(zhì)量和項目化課程改革的迫切要求。該課題以機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗、機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計及搭接實驗、軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新組合設(shè)計實驗（共三個教學(xué)實驗）為研究對象，其通過教學(xué)實驗平臺建立、課程內(nèi)容設(shè)計、科研應(yīng)用等方式來實現(xiàn)交互式教學(xué)（教、學(xué)、做）的目的，促進基礎(chǔ)學(xué)科課程與科技創(chuàng)新課程的有機融合，將創(chuàng)新課程教學(xué)與學(xué)生發(fā)展相融合。教學(xué)個性化，學(xué)習(xí)自主化，學(xué)生自行查閱資料，分析問題，決定解決方案，是創(chuàng)新實驗室最理想化的常態(tài)學(xué)習(xí)方式。

1機構(gòu)運動方案實驗設(shè)計

1.1實驗教學(xué)目的

實驗教學(xué)具有兩個目的：一是深化理解機構(gòu)運動的基礎(chǔ)知識，熟悉基本桿組概念，奠定好創(chuàng)新型實驗設(shè)計的理論基石；二是利用各類相關(guān)聯(lián)的桿組，拼接對應(yīng)的平面機構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維，培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能。

1.2實驗平臺搭建

根據(jù)機構(gòu)運動的基礎(chǔ)知識，擬定實驗所需的機構(gòu)運動尺寸、運動方案，利用實驗臺所提供的各類桿組零件，依照實驗內(nèi)容搭建機構(gòu)運動的傳遞順序。實驗時，一是區(qū)分各類機構(gòu)件所運動的區(qū)域范圍，避免發(fā)生運動干涉；二是按照預(yù)定機構(gòu)運動方案搭接或拼接，需注意，拼接的參考面和構(gòu)件運動平面達到外伸的機構(gòu)運動層面數(shù)愈小，其運動平穩(wěn)度愈好。因此，在實驗時將機構(gòu)件的運動層面采用交錯排列方式進行拼接，可使運動平穩(wěn)。所使用的實驗平臺由五根沿X方向可移動的鉛垂立柱和在立柱上有若干可沿Y方向移動的滑塊組成，如圖1所示。實驗時，以面對操作者的鉛垂面為機構(gòu)拼接的參考面，操作者先雙手扶穩(wěn)立柱，輕推立柱左右移動，到達預(yù)定位置后將立柱兩端的螺栓擰緊鎖住立柱；然后，輕推滑塊上下移動，到達預(yù)定位置后將滑塊螺栓擰緊鎖定在立柱上。通過此類操作方式，人們可在X、Y平面內(nèi)確定活動構(gòu)件相對機架的連接位置。

1.3典型機構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計

可實驗的機構(gòu)運動方案均具有基礎(chǔ)知識與實踐相結(jié)合的特性，每個機構(gòu)運動方案都可根據(jù)運動示意圖推算出機構(gòu)件的尺寸或相對位置，再進行機構(gòu)桿組的拼接拆分完成實驗?zāi)康?。能完成機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗的有：蒸汽機機構(gòu)、插床的插削機構(gòu)、刨床導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)與齒輪齒條機構(gòu)的組合等16種機構(gòu)。因此，可要求學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新思維和實踐動手能力來進行機構(gòu)創(chuàng)新實驗。

2機械系統(tǒng)傳動創(chuàng)新設(shè)計及搭接實驗設(shè)計

2.1實驗教學(xué)目的

實驗教學(xué)有三個目的：一是對典型的機械系統(tǒng)機構(gòu)和各類機械傳動有直觀認知；二是手動拼裝滿足相應(yīng)運動需求的復(fù)雜機構(gòu)傳動系統(tǒng)，并進行創(chuàng)新實驗研究；三是進行理論分析，通過對運行參數(shù)（位移、速度等）變化曲線來了解和深化學(xué)習(xí)復(fù)雜機械傳動系統(tǒng)中的構(gòu)件運動規(guī)律和運動特性。

2.2實驗平臺設(shè)置

所使用的實驗平臺由直流電機、搭接元件（定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系、平面連桿機構(gòu)）、傳動部分（帶傳動、鏈傳動）、活動支座及安裝平臺組成。操作者可根據(jù)實驗平臺參考說明書中的典型實驗內(nèi)容或者根據(jù)理論知識創(chuàng)新設(shè)計相應(yīng)的機械系統(tǒng)傳動方案進行機械傳動拼裝，完成復(fù)雜的機械傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)不同的機械傳動運動要求。

2.3典型機械系統(tǒng)傳動創(chuàng)新設(shè)計

可實驗的典型機械系統(tǒng)傳動有：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、多軸齒輪傳動、行星輪系、復(fù)合輪系、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、齒輪-曲柄滑塊機構(gòu)等組合傳動系統(tǒng)。通過搭接機械傳動系統(tǒng)實驗，學(xué)生可以清晰了解不同運動的機械傳動系統(tǒng)組成部分與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也能熟知機械系統(tǒng)的傳動方式與設(shè)計要求，進一步提升機械創(chuàng)新意識和實踐操作能力。

3軸系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新組合設(shè)計

3.1實驗教學(xué)目的

一是熟知軸及軸上零件的外觀形狀與結(jié)構(gòu)，并掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計和功用；二是熟知軸及軸上零件生產(chǎn)裝配的定位、固定方式和各類軸承組合設(shè)計要求；三是綜合理論知識創(chuàng)新設(shè)計軸系結(jié)構(gòu)方案，從而培養(yǎng)學(xué)生對軸系知識的認知和工程應(yīng)用等綜合技能。

3.2實驗平臺組成

軸系結(jié)構(gòu)是整個機械組成的重要部分，更是高職院校機械實操課程的核心教學(xué)實踐內(nèi)容。實驗平臺可由學(xué)生親自操作，熟悉軸系拼裝、軸系相對位置調(diào)整、軸上零件拆卸等實驗過程，可以增強學(xué)生對軸系結(jié)構(gòu)的直觀認知和加深理解軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，進而提升學(xué)生的機械設(shè)計能力和實踐綜合能力。實驗平臺是基于四套創(chuàng)意組合式軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計分析實驗箱搭建的，四套實驗箱內(nèi)有軸類、齒輪類、套筒類、端蓋類、支座類、軸承類及連接件類等八類（共計百余種）零部件及標(biāo)準(zhǔn)件，能方便地組合出數(shù)十種軸系結(jié)構(gòu)方案，具有內(nèi)容多樣、組裝靈活的特點，每一實驗箱可供4～6人使用，可滿足全班使用。

3.3典型軸系結(jié)構(gòu)實驗內(nèi)容

其主要實驗內(nèi)容為：一是軸系結(jié)構(gòu)組合設(shè)計和滾動軸承裝置的組合設(shè)計。根據(jù)實驗報告要求的給定條件（齒輪參數(shù)、轉(zhuǎn)速等），選擇相應(yīng)零件進行軸承裝置組合設(shè)計，可實現(xiàn)軸承選擇、安裝調(diào)整、潤滑密封的實驗?zāi)康?；二是分析相?yīng)的軸系結(jié)構(gòu)。分析軸系結(jié)構(gòu)模型，熟知軸系結(jié)構(gòu)的外觀形狀、結(jié)構(gòu)位置、裝配關(guān)系等，結(jié)合實物，熟悉軸上零件的用途、軸承安裝調(diào)整、軸系的定位、軸上零件固定、軸系的潤滑和密封結(jié)構(gòu)等，鞏固理論知識；三是對軸系結(jié)構(gòu)的測繪。根據(jù)所給軸系結(jié)構(gòu)，測量軸系中的軸、軸零件尺寸大小，對照軸系實物，畫出軸系結(jié)構(gòu)三視圖及裝配圖，要求結(jié)構(gòu)合理，裝配關(guān)系清楚，繪圖規(guī)范。

4結(jié)語

基于創(chuàng)新設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)實訓(xùn)項目開發(fā)是以創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維與實踐操作動手能力為核心的教學(xué)研究，對高職院校的機械實訓(xùn)課程設(shè)計、實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容拓展、實訓(xùn)教學(xué)模式改革、實訓(xùn)教學(xué)管理等教育體系建設(shè)有著深遠意義。研究開發(fā)機械基礎(chǔ)創(chuàng)新設(shè)計實訓(xùn)項目，可幫助學(xué)生深入理解有關(guān)原理，使理論上抽象、模糊的東西變得具體而清晰，易學(xué)易懂。這樣可以逐步提升學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力等綜合技能，使學(xué)生樹立正確的機械設(shè)計理念，并熟練掌握機械設(shè)計的理論知識和設(shè)計規(guī)律，增強分析問題、解決問題的能力。

參考文獻

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作者:韓寧 單位:山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院