机械原理课程设计论文
培养和提高学生的创新思维能力是高等教育改革的一项重要任务．机械原理是机械类专业必修的一 门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，特别是机械原理
课程中关于机械运动方案的设计是机械工程设计中最具有创造性的内容，对培养学生的创新设计能力起
着十分重要的作用．机械原理课程设计是机械原理教学的一个重要实践环节，以往我们在机械原理课程设
计中存在着很多不足，主要问题是学生完成课程设计后，在后续课程的学习与实践中，不能正确地选用和
设计机构，特别是创造性设计能力与分析解决实际工作问题的能力、动手能力和适应能力显得不足．高等
学校工科本科《机械原理课程教学基本要求》中，对机械原理课程设计提出的要求是：“结合一个简单的机
械系统，综合运用所学的理论和方法，使学生受到拟定机械运动方案的训练，并能对方案中某些机构进行
分析和设计”．它要求针对某种简单机械进行机械运动简图设计，其中包括机器功能分析、工艺动作过程确
定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合等．依据这一基本精神，要求把培养学生的创新设计、开拓能力作为一条主线贯穿于课程设计的始终，在深入掌握机械原理基本知识、强化学生运算能力和绘图
基本功的同时，开展创造性教育，培养学生创造性设计能力．如何在机械原理课程设计中体现这种能力培
养，几年来我们不断地对课程设计内容、设计方法和设计手段等进行了一些探索与实践． 1 合理安排课程设计内容，培养学生创新思维能力
对于机械原理课程设计的内容选择，以往教学中存在着两种不同的看法：一种认为选用已有的典型机 械，对其进行比较系统的运动分析与受力分析等，以加深学生对机械原理课程各章节内容的理解和掌握；
另一种认为根据某些功能要求，要求学生独立地确定机械系统的运动方案，并对其中的某些机构进行设
计．前者侧重于分析，后者则侧重于设计．我们在课程设计内容选择问题上也进行了多年探索，如以培养学
生的运算、绘图的基本技能和巩固基本知识为主要目的，选用对典型机械进行分析设计的题目，但是在后
续的课程教学中发现学生创造性设计新机械的能力与分析解决实际工作问题的能力和适应能力显得不
足．我们也曾经尝试只给出设计题目，让学生自己独立地进行机械运动方案确定和对其中某些机构进行设
计．虽然这种设计内容能够促使学生主动地进行独立思考，自觉地进行一些相关资料的查询，但是由于学
生没有进行过一次比较系统的设计过程训练，大多数学生不知从哪里下手，较难进入设计状态，设计
过程
中出现多次反复修改使得设计进度非常缓慢．从最后的设计结果来看，只有少数学生比较理想，多数学生的设计都出现了一些错误，设计结果不能满足题目要求，而且由于多次修改使得图面质量较差．经过多年的探索与实践，我们认为在机械原理课程设计中，分析与设计都是很重要的两个环节，对典型机械的分析__和学生独立创新机械的设计对于学生来说都是不能缺少的．那么怎样才能在有限的设计时间内把这些内
容都安排进去而又同时能保证设计质量呢?我们结合现有实际条件，交给学生的课程设计内容是：先进行
典型的机械分析，然后进行创新机械设计．我们选择了牛头刨床传动方案作为课程设计题目，要求学生不
能照搬现有牛头刨床传动方案，每个学生必须至少提出一种新的传动方案，并且提出的方案越多越好．学
生在方案构思过程中，积极查阅资料，热烈讨论，表现出了极大的主动性，提出了很多方案，最后经过归纳
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。
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参考文献
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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
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[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 ]
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课程编码：100790学
时：
27学时
学
分：1学分 开课学期：第五学期 课程类别：实践性教学环节 课程性质：课程设计
适用专业：机械类、非机械类和近机械类
一、课程设计目的与任务：
课程设计教学所要达到的目的是：
1、培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用机械原理课程的理论知识，并结合生产实际来分析和解决工程问题的能力。
2、通过制定设计方案、合理选择机构的类型、正确地对机构的运动和受力进行分析和计算，让学生对机构设计有一个较完整的概念。
3、训练学生收集和运用设计资料以及计算、制图和数据处理及误差分析的能力，并在此基础上利用计算机基础理论知识，初步掌握编制计算机程序并在计算机上计算来解决机构设计问题的基本技能。
课程设计教学的任务是：机械原理课程设计通常选择一般用途的机构为题目，根据已知机械的工作要求，对机构进行选型与组合，设计出几种机构方案，并对其加以比较和确定，然后对所选定方案中的机构进行运动和动力分析，确定出最优的机构参数，绘制机构运动性能曲线。
二、课程设计时间：1周
三、课程设计的教学要求：
机械原理课程设计是在机械原理课程进行中或完成后集中进行的教学环节，它是在教师指导下由学生独立完成的。每个学生都应明确课程设计的任务和要求，拟定设计计划，保证设计进度、设计质量，按时完成课程。在设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计工作。要求设计态度严肃认真、一丝不苟，反对不求甚解，这样才能确保课程设计达到教学基本要求，并在设计思想、方法和技能等方面得到良好的训练和提高。
1、机械原理课程设计步骤：
（l）设计准备 认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤，收集和阅读有关资料、图纸，复习有关课程知识；准备设计所需的工具和用具，拟定设计计划。
（2）机构方案设计 根据设计任务书的要求，绘制各种方案的机构运动简图，进行机构的选型和组合，研究运动形式的变换与联接，并对机构进行结构分析和性能比较，绘制出传动系统示意图。
（3）机构运动设计 对所选定的机构方案进行运动综合，要求既满足机械的用途、功能和工艺要求，又满足机构原动计运动规律及机构位移、速度和加速度等运动参数的要求，并将机构运动简图、速度图和加速度图以及相应的运动线图画在图纸上。
（4）机构动力设计 在机构的运动设计基础上，根据各构件的质量及转动惯量确定机构的惯性力、惯性力偶矩、各位置的运动副反力及应加于原动件上的平衡力矩，绘制平衡力矩及运动副反力的变化线图，以便清楚地了解在一个运动循环中，平衡力矩及运动副反力的变化情况。
（5）整理说明书 将课程设计的有关内容和设计体会以文字形式编写成说明书。
机械原理课程设计要求学生绘制一张1号图纸，完成规定的设计内容，并书写设计说明书。
课程设计答辩要求如下：
2、课程设计答辩要求：
经过一段集中时间的课程设计后，要进行课程设计的答辩，其目的是进一步检查和总结学生在课程设计过程中对所用有关的理论、概念和方法的理解和应用的情况以及对课程所涉及的有关知识的了解情况，进一步掌握学生独立完成课程设计的程度和能力。学生应正确回答指导教师提出的问题。答辩过程也可以融入课程设计过程中，随时对设计的某一环节提出有关问题，以期达到更准确了解学生对设计的态度、创新意识及独立完成的能力。
3、成绩评定
机械原理课程设计成绩相对机械原课程考试成绩是独立的，单独记载。课程设计成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五级，成绩不及格应重新设计。根据学生的设计态度、设计质量、创新性及答辩情况综合评定学生课程设计的成绩等级。
四、课程设计的内容：
任何一部新的机械都要经过设计、研制、生产和使用等四个阶段，其中设计阶段通常分为机构运动设计和结构设计，机构运动设计是根据机械的设计任务和要求，拟定机械中各机构的方案，利用机械原理课程的理论知识，对该机构方案进行结构分析、运动分析和动力分析，从而设计出满足使用要求、经济可靠、运动性能和动力性能优异的机构。而结构设计则是根据机械中各构件 的工况和失效形式，选择合理的材料，确定合理的几何形状和尺寸，绘制具体零件的工作图、部件装配图和总装图。经过审批投入试制，通过试验考证后才能正式投入生产。因此，机构结构设计是机构运动设计后所进行的设计阶段，是把具有发明创造性的机构方案设计转化为实际应用机械的具休实施设计阶段，而机构方案设计是机构运动设计的重要组成部分，机构运动设计正是机械原理课程设计的主要任务。
机械原理课程设计分为图解法和解析法两大类：
1、图解法
运用所学基本理论中的基本关系式，用图解的方法将其结果确定出来，并清晰地以线图的形式表现在图纸上，具有直观、定性简单、检查解析的正确性方便的特点，尤其在解决简单机构的分析与综合时更为方便。图解法进行课程设计，能培养学生工程图算能力，要求计算准确、作图精确，有利于培养学生严谨的工作作风。
2、解析法
运用求解方程式的方法求解未知量，计算精度高，并可借助计算机，避免大量重复人工劳动，可以迅速得到结果，能够看到全貌。用解析法进行课程设计，能培养学生运用计算机解决工程实际问题的能力。图解法和解析法各有优点，互为补充，两种方法并重。工程实际要求学生（未来的工程技术人员）应熟练地掌握这两种方法。
五、课程设计的参考软件：
C语言，FORTRAN，QBASIC等
六、课程设计的实验内容
指导学生在计算机上完成解析法内容的程序设计，计算位移、速度、加速度和平衡力矩的结果并绘制出曲线。
七、微机实验室安排 上机全部集中在机械学院CAD中心完成（现有微机180台），机械原理课程设计安排上机学时15小时。
八、课程设计报告
收集整理课程设计报告工作关系到课程设计的成败，通过这项工作，能提高学生的技术概括能力和表达能力，其主要内容有：
1、编写课程设计说明书
课程设计说明书是学生证明自己设计正确合理并供有关人员参考的文件，它是课程设计的重要组成部分。编写说明书也是科技工作者必须掌握的基本技能之一。因此，学生在校期间就应加强这方面的训练。课程设计说明书应在课程设计过程中逐步形成，课程设计结束时，再作必要的补充和整理。而设计说明书的内容视设计任务而定，大致包括：（1）设计题目（包括设计条件和要求）。（2）机构运动简图或设计方案的确定。（3）全部原始数据。
（4）完成设计所用方法及其原理的简要说明。
（5）建立设计所需的数学模型并列出必要的计算公式、计算过程及说明，写出设计计算结果。
（6）绘出计算机程序框图，写出自编的程序。若调用其他子程序．应写出子程序名，并自编出主程序。
（7）用表格列出计算结果并画出主要曲线图。
（8）对设计结果进行分析讨论，写出课程设计的收获和体会。（9）列出主要参考文献资料。
2、设计说明书的编写要求：
（1）说明书应该用钢笔或油笔写在 16开纸上，要求步骤清楚、叙述简明、文句通顺、书写端正。
（2）对每一自成单元的内容，都应有大小标题，使其醒目突出。（3）对所用公式和数据，应标明来源——参考资料的编号和页次。（4）说明书应加上封面装订成册。
九、课程设计参考资料：
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;
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
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[3]程世寿.创新性心理与创新性教学[J].高等教育研究, 1987, (1) .
摘 要：机械原理是一门理论性和实践性很强的基础课。本文针对教学中出现的问题，从教学内容的共性知识提炼，以问题的提出和解答为主线，适时地从引入和拓展新知识等方面着手，探讨了具体内容的教学模式和方法，激发学生学习的积极性和思考的主动性，有效地提高了机械原理课程的课堂教学质量。
关键词：机械原理；教学方法；教学质量
“机械原理”课程是机械设计制造及其自动化等专业的一门学科基础课，具有很强的工程性、实践性和应用性。在“机械原理”课程学习中，学生要掌握机构结构分析、机构的运动学分析和机构的动力学分析三方面的理论知识，培养学生对现有机构的理论分析能力。“机械原理”课程的培养目标是使学生具有创新机构运动方案的设计能力，即针对不同的设计任务，综合运用各方面的相关知识，提出多种机构运动方案，并进行综合评价。因此，它又是一门实践性很强的学科。
作为大学二年级的本科学生来讲，由于大多数学生缺乏实践知识和实践经验，经常对所讲的机构结构学、运动学和机器动力学等内容缺乏实际验证，普遍感到抽象、难学。如所表达运动特征的机构运动简图与实际机器相差甚远，很难将两者有机地联系起来。在机械系统运动方案创新设计环节中和完成习题时经常出现和所学理论脱节，甚至感到无从下手的状况。所提出的运动机构设计方案过于简单，或者作业完成耗时过长，难以体现教学成果。因此，本文从激发学生主动学习能力和知识应用能力，提高机械原理的课堂教学质量角度，探讨机械原理教学过程中的注意事项和实践工作。
一、教学内容要注重共性知识的提炼
该课程重点在于使学生掌握关于机构的结构、机构运动学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本方法，难点是理论性强，知识点多，学生在有限的课堂教学中不容易理解和掌握。因此，教师应在对课程内容深入理解的基础上，抓住重点和难点，综观全局，提炼出分布在各章节中的共性知识。
如机械原理课程中多次用到“当量分析法”，是一种科学抽象方法。教材中考虑移动副摩擦时，针对非平面的槽面接触、圆柱面接触等几何形状改变的移动副时，采用当量摩擦因数和当量摩擦角将形状的影响与平面接触的摩擦因数和摩擦角时统一起来。在斜齿轮研究时，以齿形与斜齿轮法面齿形相当的齿轮作为当量齿轮，方便选择加工斜齿轮的铣刀号、斜齿轮的强度计算以及选择端面变位系数。由于锥齿轮大端的球面渐开线投影到背锥上得到的齿廓曲线与球面渐开线上的齿廓曲线非常接近，近似用背锥齿形代替圆锥齿轮大端齿形，而将背锥张开的扇形齿轮补充为完整的圆柱齿轮即为锥齿轮的当量齿轮。
依据理论力学中相对运动原理，课程中贯穿始终采用的“反转机构法”。讲解时采用模型、动画演示连杆机构及凸轮机构的运动变化，说明反转机构方法的实质并不改变构件之间的相对运动关系。比如在铰链四杆机构三种基本类型转换时，就是选择不同构件作为机架，即仅仅是参考坐标改变而已。在给定连架杆的位置设计平面四杆机构时，采用“反转机构法”设计原理实现将函数机构设计问题转变为导引机构设计问题。对于凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法，假设凸轮静止不动，保证凸轮与从动件之间相对运动不变，从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线，所依据的基本原理也是“反转法”原理。后续的齿轮轮系设计章节中，计算周转轮系传动比采用固定行星架的方法也以“转化机构法”为基础，将周转轮系转变为定轴轮系。
在教材中针对平面机构进行机构运动分析中和动态静力分析过程中均采用的“杆组法”两者的思想同样基于机构组成原理而来，但在具体使用中又有差别。平面机构运动和动力分析图解法方法中使用的速度多边形、加速度多边形、力多边形和机械静平衡和动平衡中采用的质径积分析方法等，均基于“矢量多边形方法”。
这样在讲解相关内容时，就可以共性知识研究的基本方法和思路为主线，提纲挈领，使学生对不同内容贯穿起来，涉及的不同的学习内容通过类比、触类旁通。共性知识的提炼，既理清了思路，又节省了教学时间，得到事半功倍的学习效果。
二、讲解要善于提出问题，引导学生主动思考
在教学过程中，学生必须成为教学过程的参与者，才能使学生从被动接受转为主动学习。因此，教师应力求对内容高度熟练，将重点内容整理成几个主要问题，以问题为主线展开，学生在试图解答问题时，就会主动思考，积极参与，由此提高教学效果。
机构自由度计算部分是教学的重点内容，老师要做到深入浅出地讲授构件和运动副的概念，分析运动副产生约束作用，由此自然给出平面机构自由度计算公式。在自由度计算例题中，故意导入“误区”，引导学生找出问题，引申出复合铰链、局部自由度和虚约束等需要注意的三个因素，并加以归纳和总结，加深学生对公式的理解和正确运用。这部分内容环环相扣，逻辑性强，其中涉及的概念和公式都按照自由度主线来表述。讲解时力求学生弄清楚我们进行了怎样的推理才得出公式的表达？我们做了哪些假设才可以正确运用？我们的结论对机构的运动有什么意义？引导学生逐步理解课程的重点和难点，这样使课堂内容的系统性加强，引导学生走向一门学科，融入科学，培养学生分析和解决问题的能力。
在讲授齿轮机构分析与设计这一章内容时采取问题启发式，使教学内容充实生动，且抓住学生对于问题答案的好奇心进行知识的传授。利用各种机器中使用的不同类型齿轮机构的模型、联系实际进行介绍。比如可以提出如下问题：“齿轮机构的类型虽然很多，但为什么直齿圆柱齿轮机构是最简单，最基本，也是应用最广泛的一种”，“不同的齿轮啮合传动背后隐藏那些规律”，“齿轮的齿廓曲线与一对齿轮的传动比有什么关系”。通过一对齿轮的运动分析，归纳出齿廓啮合基本定律并进一步给出共轭齿廓曲线的概念。进一步提出“为什么目前绝大部分的齿轮仍然采用渐开线作为齿廓曲线”，介绍其原因在于渐开线齿廓具有许多独特的优点，而这些优点与渐开线的特性密切相关。从渐开线的形成入手，分析渐开线的特性，为后面分析渐开线齿廓的传动特点打下基础。在介绍斜齿轮、蜗轮蜗杆齿轮和圆锥齿轮时，重点介绍其与渐开线直齿圆柱齿轮的异同，可以提出“实际生产中是斜齿轮使用的多还是直齿轮多？两类齿轮的加工方法或加工设备需要改变吗？”等问题，引发学生去探索和求解问题的答案，加深学习的兴趣和思考的主动性。
三、教学过程要注重新知识的吸收和拓展
经过多年的发展，机械原理的分析方法相对成熟，但是有些分析方法已相对陈旧，如对机构的运动和动力分析，目前主要有图解法、解析法。图解法与解析法两种方法兼容并存、相得益彰。图解法主要用于阐明机构分析与设计的原理，并为解析法建立数学模型奠定基础；解析法的重点放在如何建立机构分析与设计的数学模型，以适应计算机辅助设计和解决工程问题的通用性。在讲解时由于准确性差或直观性等问题，学生在学习时感觉接受起来比较困难，制约了教学效果。而适时引入虚拟样机技术、机械工程软件则极大简化教学过程，弥补实践环节的不足，能有效地提高学生的学习热情和学习效果。
在讲解机构的自由度概念时，拓展学生课外讨论的兴趣，让学生分析人体上肢有多少自由度？一般的机械手的自由度有几个？结合机械手指的设计，指出每个手指有三个关节，即3个自由度，5个手指则具有15个自由度。根据机械原理的理论知识得知，如果机构具有确定运动，则需要给定原动件的数量和自由度相同，进一步分析当两者不同时出现何种情况？对于原动件数小于自由度时，机构将产生不确定或无规则的运动。对于原动件数大于自由度的情况，即冗余驱动机构则会出现运动的干涉或损坏。为了激发学生的兴趣，可吸收新知识，引申出新型的欠驱动机构，指出该类机构可以采用新型控制策略来实现，或者可以通过机构的特殊结构类型设计，使其具有确定运动。更进一步则提出变结构或柔性结构的概念，通过新知识的拓展，引导学生跳出课本思维，激发学生大胆进行深入思考。
机械原理课程是培养机械类专业人才的重要基础课程，是进一步学习其他专业课程的桥梁，在学科体系中起承上启下的作用。教师的教学工作不仅传授知识，更重要的是激发学生的学习兴趣、思考的主动性和强烈的求知欲。作者结合多年的教学实践经验，针对学生学习中出现的问题，总结了提高课堂授课效果和教学质量的方法。在教学过程中教师要熟悉教学内容，提炼其中的共性知识，讲解时要精选案例。教学方法上应以问题的提出和解答为主线，注重讲重点、讲难点、讲思路、讲方法，帮助学生自觉地走向科学的探究中。同时在教学中要注重知识拓展，使学生更加深刻地理解所学知识，引发深度思考，使教学质量跨上一个新台阶。
参考文献：
[1] 王行知，邓宗全. 机械原理（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[2] 高志，殷勇辉，章兰珠，崔立. 机械原理[M]. 上海：华东理工大学出版社，2011.
[3] 申永胜. 机械原理教程[M]. 北京：清华大学出版社，2005.
[4] 孙恒，陈作模. 机械原理（6版）[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
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