机械课程设计心得(精选10篇)
机械设计的核心是正确的思路,思路错了,设计就会失败。正确的思路得出正确的方案,余下的就是查手册了。这是我这些年来搞机械设计的主要的心得体会。通过为期将近一周的没日没夜的课程设计过程,反复的修改设计,终于完成了一级闭式圆柱齿轮减速器的设计过程,现在写起心得总结的时候真的是颇有感慨啊,在李雪梅老师刚开始在课堂上和我们说我们要做课程设计的时候,觉得课程设计是怎么一回事都不知道,似乎离我好遥远,我不认识它,它更不认识我一样,似乎感觉这么庞大的工程我是不可能做得出来的,但是迫于考试等等原因,我们当然很清楚这是我们必须要经历的一个过程。所以刚开始时候真的可以用举步维艰来形容了。细节决定成败:这是在设计的后期过程中体会到的,在设计基本完成后的检查过程中发现有的细节甚至有致命的错误,会将自己在整个设计中的认真全部否决,就是老师反复强调了多次的端盖和轴承的那个部分画图时候要特别注意不要卡到的地方结果还是没有注意,都已经全部加粗和标注好了之后,同学发现了此处错误,不得已又全改过一次,觉得浪费了很多时间。各种细节的完善都是对自己在本次设计过程中所付出的努力的一种肯定,这是对我今后的学习工作的一次实战训练。
在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实
一、规划教学内容
《机械制图》课程的教材有很多版本, 内容差别不大。但是有些自编教材有各自学校的专业特色, 在选择教材时就应该注意到这些, 可以作为教学参考书。教材的规范性和适用性是学生能够受到好的教育的前提, 教材的选用重要。《机械制图》课程的内容包括工程技术人员必备的投影知识;机械零件图和装配图的理论、方法和国家标准;计算机绘图等方面知识[1]。在安排教学内容, 重点除了应掌握的理论知识外, 还要培养学生的能力和工作作风, 特别注意后续课程的衔接关系。例如:标准件和常用件等规定画法需要反复交代清楚, 多做练习。因此在安排课程进度表时, 这些本专业的基础知识, 与后续课程密切相关的内容, 可以多安排课时学习训练。
二、精炼教学方法
《机械制图》课程包括画法几何、机械制图和计算机绘图三部分。掌握画法几何知识需要有较强的空间想像力, 对于初学者来说直观性能够降低教学难度。可以通过实体模型、多媒体教学应用等方法来提升直观性。为此, 机械学院准备了大量模型供学生研究, 同时还备有模型的三视图在学生完成视图作业后进行自我总结。
多媒体教学的普遍使用让制图课变得容易掌握, 作为制图老师充分多媒体教学能做到事半功倍。在多媒体教学中, 利用三维造型表达立体模型, 使用程序命令来充分表达立体的空间形状以及内部结构, 让抽象的、模糊的空间关系具体化、形象化, 能够增加学生的感性认识, 帮助学生训练空间想像力, 快速建立空间概念。由于学生没有机械制造的概念, 在讲授机械制图部分时, 可以应用动画和视频等作为教学手段。自制动画能够展示机械装配的过程和各个零件之间的关系;视频可以清晰反映机件的加工、装配和使用的过程。动画和视频等教学手段让学生对于零件的加工和工艺, 机构的装配和使用有直观的认识, 极大地帮助了教学。
计算机绘图方法的讲解贯穿在整个《机械制图》课程的教学过程中, 使工程图和计算机绘图互相渗透、紧密结合。在讲解计算机绘图时, 笔者认为应该交代清楚各种绘图命令的应用, 标准图纸的绘制, 在实际操作时学生会根据个人的操作习惯进行甄别, 遴选适合自己的操作方法。机械方面计算机程序操作的讲授, 笔者往往重点讲解一个程序, 一般性介绍其他程序的操作, 年轻的学生在不断地训练中, 进步很快, 甚至超越老师, 这也是老师的欣慰。
三、提升学生兴趣
《机械制图》是大机械类专业学生最早接触机械专业知识的课程, 因此学生对此课程的学习兴趣甚至都关系到将来是否能够有效工作。俗语说:“男怕入错行。”从一个侧面也反映了人对于专业、工作兴趣的重要性。
如何提升学生学习的兴趣呢?可以通过下面四个方面来达到目的。1) 课堂语言:孔子云:“言之无文, 行而不远。”意思是, 说话如果没有文采, 不讲艺术性, 就不能打动人。课堂语言要生动幽默, 富有吸引力, 学生心情愉悦, 对老师的观感正面, 可以直接影响学生的学习状态。2) 多做鼓励:多数低年级的大学生思想相对还比较单纯, 常常鼓励能够激发学生的学习热情。笔者常常把作图以及作业优秀以及进步大的同学在课堂表扬, 往往受到表扬的学生会对自己要求严格, 而其他同学会对自己的作业有直观的认识和比较, 对学习有促进。3) 结合工作实际:在讲解零件图、标准件和装配图等章节时, 笔者结合自己在企业工作碰到的情况和实际工作中的遇到例子进行讲解, 这样可以授课可以集中学生注意力, 同时对知识的掌握也有帮助。4) 榜样的力量:由于笔者长期从事制图课的教学, 因此会对大机械类高年级学生、毕业生的情况会比较了解。可以通过介绍一些优秀学生、毕业生在学习《机械制图》课程的情况来给学生树立榜样。我校机械学院每年都会派学生参加国家级制图大赛, 并且每次都能取得优异成绩, 这些优秀学生也能成为低年级学生的赶超对象, 这也为每年的制图大赛提供了优秀选手, 做到双赢。
四、锻炼学生能力
《机械制图》课程一个重要目的就是要提高学生的动手能力, 包括仪器绘制工程图和计算机绘图能力。仪器绘图能力可以培养学生严谨细致的工作作风, 对于初学者来说正确使用绘图工具, 掌握正确的绘图方法是很重要的。刚开始绘图时, 可以慢一点, 但一定要把绘图习惯培养好。熟能生巧, 基本功练好后, 就能够快速准确地绘制出工程图。计算机绘图在于多训练, 教师把操作命令讲解清楚, 示范完毕后, 剩下的内容就是学生多训练。为了达到让所有学生都达到能够正确绘制工程图的能力, 学院把计算机绘图能力进行考核, 计入该课程的结业成绩, 起到督促学生加强训练的目的。学生仪器绘图和计算机绘图的能力通过近几年参加各级制图大赛的成绩来判断, 效果好。
五、结语
在《机械制图》课程的教学过程中, 应该教学相长。作为教师主体, 注重教学内容与教学方法;对于教学对象, 更加要强调能力培养和提升学习兴趣, 这样才能提高教学质量, 达到教学的目的, 起到教书育人的效果。
摘要:通过《机械制图》课程教学的实际经验, 结合学生的实际能力, 针对《机械制图》课程教学重要性, 提出了提高教学质量的教学方法, 通过实际证明, 教学效果良好, 为今后的的教学提供了有力的帮助。
关键词:机械制图,教学,心得
参考文献
关键词:液压传动与采掘机械教学方法过程考核探索
《液压传动与采掘机械》课程是采矿工程专业的专业主干课。对于中国矿业大学机械工程类专业的学生,《液压传动》和《采掘机械》是两门独立的课程,而对于采矿工程专业的学生,这两门课程合并成一门课程,但总学时只是其中一门课程的学时,这样就存在学时少,教学内容多的矛盾。采矿工程专业的学生机械知识基础较薄弱,本门课程实践性又很强,如何让学生在很少的学时里掌握该门课程的知识,是老师在教学中要认真思考的问题。
一、课程内容组织
本门课程分为液压传动与采掘机械两篇,采掘机械部分包括采煤机械、支护设备和掘进机械,这三类设备广泛使用液压传动,所以液压传动是基础,液压传动部分的基础打牢了,采掘机械部分就容易理解了,因而,在学时分配上,略向液压传动部分倾斜。
1. 注重基础知识
由于采矿工程专业的学生机械知识基础较薄弱,对机械工程知识体系没有完整的概念,因而在绪论课上,我首先以掘进机为例讲述机械设备的三个组成部分,即原动机、工作机构和传动系统,进而引出传动系统的作用和三种传动形式,即机械传动、流体传动和电气传动,而液压传动又是流体传动的一种,是目前工程实际普遍应用的一种传动形式,这样同学们对机械知识体系和液压传动就有了一个总体上的把握和理解。采矿工程专业的学生对采煤工艺比较熟悉,因而在讲采掘机械概述时,我结合采煤工艺,讲解煤矿所用到的八大设备及其作用,即采煤机械、支护设备、掘进机械、运输机械、提升设备、通风设备、压气设备和排水设备,这样学生对煤矿设备就有了一个总体上的把握,也深刻了解了本门课程所讲述的采掘机械在煤矿设备中的地位和作用,并且和自己的采矿专业结合起来了。
由于学时的限制和采矿工程专业的特点,并不要求学生对本门课程学习地很深入、很全面,而是要深刻理解和掌握这门课程的基本概念、基本理论和基本技能,因而在教学内容上,对一些难点问题和非重点章节不讲或略讲,有些学生容易理解的部分自学。比如讲解液压元件基本原理时,有流体静力学的知识就够了,涉及到流体动力学的地方很少,这部分内容就不讲;支撑式液压支架、全断面巷道掘进机等目前在煤矿应用较少,可简单介绍。这样就可以节省学时,重点放在基础知识的讲解上。
2. 前后呼应
虽然液压传动与采掘机械两部分内容可以独立,但作为一门课程,必须让学生感到两部分内容是一个有机的整体。组织授课内容时要特别注意两部分内容的衔接和呼应,在讲解液压传动部分时,笔者基本上都是以采掘机械为例,比如讲液压油分类和使用时,就重点介绍液压支架、掘进机、采煤机所用液压油的种类,讲液压锁时就以采煤机调高系统为例,讲采掘机械部分时,涉及到液压元件和系统时,再进行回顾和启发,这样就把液压传动与采掘机械两部分紧密地结合起来了。
3. 及时更新教学内容
采掘机械的发展日新月异,而教材内容相对落后,比如目前所用教材上有较大篇幅介绍采煤机液压牵引,而液压牵引目前已基本淘汰。针对这一问题,一方面要加强教材建设,另一方面教师要及时更新讲义。在编写新教材时要注重基础知识的介绍,同时要跟上采掘机械发展的现状并具有一定的前瞻性。相对教材建设,更新讲义更快速,更容易与目前现场使用的典型设备和老师的科研相结合。
二、教学方法应用
《液压传动与采掘机械》这门课程实践性很强,采矿工程专业学生的机械知识基础又相对薄弱,因而在授课时,必须要采用适当的教学方法,才能让同学们容易理解并提高课程学习兴趣。
1. 类比教学法
采用具体的、学生熟悉的事物或经验来类比抽象的原理,学生对所学知识就很容易理解,而且记忆深刻。笔者在教学中经常使用这一方法,比如在讲述液压泵概述时,就把液压泵类比为人的心脏,心脏是人体血液循环系统的动力源,液压泵则是整个液压系统的动力源;讲柱塞泵工作原理时,类比了学生都熟悉的注射器;讲液压支架基本工作原理时,类比了革命战争中“敌进我退”这一作战指导原则,液压支架就是通过后退而获得对顶板支撑力的稳定,保护了液压支架不被压坏。通过这些形象的比喻和类比,在轻松愉快的气氛下,学生就掌握了所学知识。
2. 实践教学
《液压传动与采掘机械》是一门实践性很强的课程,而同学们基本没有相关的实践经验,因而在课程教学中要尤其重视实验课,注重与科研和实际的结合,这样同学们才能对所学内容有感性的认识,明白所学知识的用途。在讲液压传动基本参数时,为了让同学们对压力单位兆帕有一个直观的概念,给同学们看了高压水射流切割钢板的视频,并提醒同学们在以后从事液压实际工作时,要注意安全,切记拆液压管路前要先让系统卸压。讲液压支架时,为了让学生了解液压支架的发展现状和研究方向,给学生介绍了课题组所做的“液压支架大流量安全阀研究”这一科研课题。
不管是各种液压元件还是采掘机械,实物教学是最直观的,因而要特别重视实验课的教学。为了提高实验课的教学效果,我要求同学们每次实验课前要认真预习实验指导书,搞清楚实验步骤和实验原理。由于采掘机械比较庞大,实验室里只有模型,为了让同学们见到实物,联系了相关采掘机械生产厂家,把实验室搬到工厂去。在讲解液压元件时,把相应的元件带到课堂,对照实物讲解,把实验室放到课堂。
3.多媒体教学
不管是在实验室还是工厂,同学们见到的实物都是有限的,为了扩展学生的视野,把所讲内容具象化,课堂上给同学们展示了不同种类的液压元件和采掘机械的视频和照片。采掘机械和液压元件的内部结构和工作原理在课程中占有很大的比重,这部分内容实物和照片也难以完全表现,结合其结构图和工作原理动画来讲解,不仅好理解而且提高了讲课效率。在讲解液压基本回路和液压支架等设备的液压系统时,笔者用Fluidsim软件对相应液压系统进行了动画模拟,不管液压系统多么复杂,其工作过程和原理都能直观地展示出来。
三、成绩考核
合理的考核方式一方面是对学生成绩的公平评定,另一方面也能激发学生的学习积极性。在评定成绩时,要特别重视过程考核和能力考核。在教学过程中,笔者一般安排两次小测试,作为总评的主要组成部分,这样避免了学生平时学习不认真,考试前临时突击。实验成绩的评定也不仅仅看实验报告,而是把学生在实验课上动手能力和独立实验能力作为重要评定依据。由于学生先学了液压传动知识,课程后面采掘机械液压系统的有些内容就要求学生自学,课堂上分组讨论,学生的报告和答辩情况也纳入成绩总评,不仅节省了学时,也锻炼了学生的自学能力,增强了学习主动性。
四、结论
少东西,也第一次把课上学的理论知识运用到了实际应用中。
刚开始接到老师布置的课题,以及听了老师对于这次课设的要求,觉得这次 课程设计也许是一个不可能完成的任务。老师要求我们不能用已经被别人用过的 机构方案,这一点让我们有点一时找不到方向,因为凭我们有限的知识,是想不
出那么多种机构的,即使想出来一种,也不一定符合要求。所以我们就只能求助
图书馆了,我们去图书馆借了三本厚厚的机械设计手册,经过翻阅与自己理解,总算确定了我们的方案,当方案得到老师肯定之后,心里油然而生一种愉悦的感
觉。这个过程让我了解到了学会运用知识是多么的重要。
其实这次课程设计的每个步骤都能让我们学到很多东西,领悟很多道理,能 发现自己光是能解决课本上的死题目是远远不够的。就拿确定机构形式后的计算 来说,就需要我们对机械结构分析方面的知识的融会贯通,知道要在什么时候用 什么知识点来解决问题。而且,有些计算光靠一个人是不够的,需要全组成员的
一起计算并且验证等等,是一个工作量浩大的工程。
课程设计之前,我以为一切都是那么的理所当然,生活中看见的基本机构也 不屑一顾,现在经过课程设计之后才知道,不管多么简单的东西都是要经过工程 师们的精心计算的,这让我感到以后的学习道路还很漫长,要学的东西还是非常 多的。
在设计结束后,再回过头来看,发现一开始感到的困难现在想想也没有当初 那么的恐怖。
正所谓万事开头难,只要一开始抱着克服重重困难的决心,一切都
会迎刃而解的。
8.1.轴系图的绘制…………………………………………………… 14
8.2.轴Ⅱ的设计……………………………………………………… 15
8.3.轴Ⅲ的设计……………………………………………………… 20
8.4.轴Ⅳ的设计……………………………………………………… 24
九、键的设计……………………………………………………………… 26
十、滚动轴承的设计及校核……………………………………………… 28
十一、减速器机体结构尺寸的确定……………………………………… 30
十二、轴Ⅲ零件工作图…………………………………………………… 32
十三、大齿轮的零件工作图……………………………………………… 33
机械设计课程设计是机械设计课程的一个十分重要的实践教学环节, 旨在培养学生运用机械设计及其他先修课程的相关知识解决工程实际问题的能力。通过课程设计这一环节的训练, 强化学生对机械设计课程的相关知识的理解, 对一般机械零件设计的准则、方法和步骤有一个系统全面的掌握, 充分培养学生的机械综合设计能力、工程应用能力和创新能力, 为后续的专业课学习和毕业设计奠定良好的基础。随着我国高校教育教学体系改革的不断发展与深入, 机械设计课程设计这一实践教学环节也越来越受到重视[1]。机械设计课程设计教学改革已成为高校机械类专业教学改革的一项重要内容。
二、机械设计课程设计教学现状分析
随着我国高校教育教学改革的不断深入, 机械设计课程设计的教学改革也受到了越来越多的关注。由于机械设计课程设计的改革成效不仅取决于其自身的改革, 还受到机械设计课程教学改革的制约, 虽然近年来不少专家学者进行了大量针对性的研究, 但目前仍未能有效解决在设计内容、教学模式、评价标准等方面的问题, 难以充分发挥其在培养学生应用创新能力方面应有的功能, 与当前应用创新性人才培养的总体要求还有较大的差距。具体而言, 目前的机械设计课程设计教学还存在以下几个方面的问题。
1. 设计题目单一, 设计内容雷同。
目前的机械设计课程设计绝大多数为二级减速器的设计, 原因在于减速器为典型的通用设备, 包含了机械设计课程中介绍的几何所有零件类型, 对于学生掌握常用零件的设计方法有重要意义, 但是, 这种沿用了几十年的单一设计主题模式, 已难以适应现代人才培养模式的要求[2]。由于设计题目单一, 导致学生的兴趣大打折扣, 难以调动其积极性。虽然是一人一题, 但都只是在具体的设计参数上有所差别, 在设计内容、设计步骤方面无任何区别, 因此, 仍难以从根本上杜绝抄袭现象。同时由于设计过程过于程序化, 相关教材与资料上都有详细介绍, 容易使学生感觉枯燥、乏味, 不能充分发挥其创造性思维。
2. 教学方法僵化, 教学手段守旧。
目前机械设计课程设计基本上是沿用传统的教学方法, 即在任课教师拟定设计题目后, 学生按照课程设计指导书介绍的方法和步骤依次完成方案设计、零部件设计计算、装配图设计、零件图绘制、设计说明书撰写和答辩。由于这一套流程多年来已基本程序化, 学生只需机械地照搬, 依葫芦画瓢即可, 难以展开创新性思维, 而任课教师的指导工作主要是督促学生按照设计流程完成各项具体任务和解答学生设计过程中的细节问题, 较少注重学生的独立思考与创新能力的培养。虽然CAD技术等先进设计技术在机械设计领域已广泛应用, 但目前的机械设计课程设计大多仍采用图板绘图, 虽然这样做不仅可以培养学生的手工绘图能力, 还能减少学生相互投机抄袭的机率, 但并不能因噎废食, 毕竟计算机绘图已是目前机械设计的主流。
3. 计划安排不周全, 评价标准不科学。
机械设计课程设计一般与机械设计课程教学安排在同一学期, 在授课结束后的学期末进行。由于考试科目较多, 许多学生忙于应付考试, 难以集中精力进行课程设计, 因而课程设计质量难以保证。部分高校为了便于管理, 将学期的最后一周设为考试周, 致使整个课程设计阶段, 学生的主要精力都用于准备考试, 对课程设计不重视, 甚至是敷衍应付, 致使课程设计流于形式。此外, 课程设计成绩的评定也缺乏科学、规范的标准, 基本上由任课教师自行确定。目前的机械设计课程设计考核主要从四个方面进行考核:平时考核, 包括考勤、进度、态度和独立完成能力等;图纸考核, 包括结构正确性、整洁性和规范性;设计说明书考核, 包括内容完整性、正确性和规范性;答辩考核, 包括回答问题的正确性和使用手册的熟练性。虽然这种评价方式相对比较全面, 但只是一种事后评价机制, 缺失了对学生进行正确引导的功能, 而且在实际执行时缺乏量化指标, 主观性较强, 受学生扩招的影响, 一名教师往往指导多个班级的课程设计, 每个班级学生多达40多人, 教师很难把握每名学生的具体情况。此外, 现有评价体系中对学生创新能力的评价尚未引起足够重视, 难以激发学生创造性思维与创新能力的培养。
三、改革的具体措施
为了有效提高机械设计课程设计的教学质量, 强化学生工程实践能力和创新能力的培养, 解决目前存在的上述问题, 必须从设计内容、设计模式、教学方法和考核评价等各个方面进行全面改革, 建立一套系统高效的机械设计课程设计教学体系。总体而言, 改革应从以下几个方面进行。
1. 优选设计课题, 强调应用与创新能力的结合。
针对目前设计内容单一、设计流程固化的问题, 应结合课程教学要求与专业培养计划精心选择设计题目, 优化设计内容, 不仅要深化学生对课堂教学内容的理解与消化, 强化其工程应用能力的培养, 还要兼顾学生的创新能力的培养。传统的减速器设计题目虽然单一, 但其涵盖了机械设计课程教学中涉及的几乎全部零件, 有助于学生掌握通用机械的设计方法, 是其他任何类型的机械结构都不可替代的。因此, 应在保留减速器设计内容的基础上, 选择更加灵活、更富有创造性的设计题目, 如搬运机器人、牛头创床、糖果包装机等。这些题目既涉及到机构方案选择与运动原理分析, 又涉及到减速器等具体零部件的设计计算, 在方案设计时可以培养学生的创造性思维与创新意识, 在详细设计时则强化了学生对一般零部件设计的具体方法, 有效实现了应用能力与创新能力的结合。同时, 也深化了机械原理相关知识的掌握与应用, 实现了机械原理与机械设计课程的有效结合。考虑到课程设计周期较短, 上述课题难以单独完成, 应采用课题组形式, 每个课题组2~3人, 承担一个设计课题。总体方案由小组全体成员共同完成, 每个成员独立完成一部分零部件的详细设计。采用这种模式既可培养学生的团队意识和协作意识, 也能培养学生的独立工作能力。
2. 改进设计模式, 由简单模仿向深度思考转变。
传统的课程设计虽然在形式上是一人一题, 但除了具体参数有所差别以外, 设计内容、设计步骤及方法都是一模一样的, 且相应的课程设计指导书中均给出了相应的案例, 学生只需简单地模仿即可完成全部设计任务。许多学生在设计过程中依葫芦画瓢, 生搬硬套, 甚至在别人的设计结果基础上修改参数变成自己的设计, 导致课程设计的基本教学要求都难以保证。通过改进设计模式, 采用分组设计模式, 使设计题目真正做到差异化, 总体方案与设计步骤必须通过团队协作和个人深度思考完成, 杜绝简单模仿甚至抄袭的可能性, 有效培养学生的创新思维与创新意识。其次, 为了防止课程设计与期末考试冲突, 对有课程设计任务的学生, 应在课程设计之前进行课程考试。对于目前实行小学期制的高校, 将课程设计安排在小学期更为合理。此外, 为了更好地促进课程设计效果, 改变目前课堂教学与课程设计完全分离的模式, 将两者融为一体, 即在课程开始时将课程设计的任务下达到每个学生, 学生在课程学习过程中便开始构思并不断完善设计方案, 熟悉设计方案中涉及的相关零部件的设计方法, 不仅为后期的正式设计奠定了良好的基础, 也可激发学生的课堂学习兴趣, 真正做到有的放矢、学以致用。
3. 丰富设计手段, 熟练掌握多种现代设计方法。
装配图与零件图的绘制是机械设计课程设计的一项重要内容, 目前绝大多数高校仍要求学生采用手工绘图, 有多方面的原因:一是没有足够的机房和电脑供学生使用;二是为了锻炼学生的手工绘图能力;三是防止学生抄袭, 因为不同学生图纸内容基本相同, 仅参数不同, 采用电子图纸更易于修改抄袭。然而, CAD绘图已成为目前制造领域的主流, 计算机绘图已成为大学生必须掌握的基本技能, 因此高校教务部门和任课教师应积极创造条件, 尽可能让学生采用CAD绘图, 至少要做到部分图纸采用计算机绘制。此外, 虚拟仿真、有限元分析等现代设计技术在机械设计领域也得到了广泛应用, 为了使学生更好地适应社会需求, 课程设计中应增加相应的训练内容, 让学生熟练掌握多种常用的现代设计技术, 为后续的学习及就业奠定良好的基础。
4. 规范考核评价体系, 激发学生学习兴趣与潜能。
考核评价体系是课程设计教学体系的一项重要内容, 既是检验学生课程设计完成质量的标准, 也是教师总结改进教学方法的依据。建立规范科学的考核机制不仅可以有效引导学生按照教学要求高质量、高效率地完成课程设计, 也可激发学生的学习兴趣与自主思考的潜能。针对目前机械设计课程设计考核模式存在的弊端, 将考核评价纳入课程设计的全过程, 实行分阶段考核模式, 依次进行设计方案考核、设计过程考核和设计结果考核。设计方案考核重点考核设计方案的创新性、合理性、实用性, 激励学生在实用背景下进行创新设计;设计过程考核侧重考核学生结构设计的合理性、设计手册与设计软件使用的熟练程度、完成设计任务的独立性与积极性等;设计结果考核则是对设计图纸、设计说明书进行考核, 重点检查设计计算的准确性、完整性和设计图纸的正确性、规范性, 对于手绘图纸还应兼顾整洁性。为了检验学生对设计中相关知识的理解与应用, 并及时解决出现的问题, 将答辩考核分散到设计过程中, 重点针对学生设计中出现的问题进行质询, 使答辩不仅只是一种考核形式, 更可作为解决学生设计中出现问题的一种手段, 强化学生对相关知识点的理解与掌握。采取分段式考核方式, 可将学生对设计结果的关注转为对设计过程的重视, 防止投机取巧和模仿抄袭等现象的发生, 有效保证和提高课程设计质量。
机械设计课程设计是机械类大学生重要的实践环节, 也是一项复杂的系统工程, 不仅涉及设计选题、设计指导和考核评价等多个方面的内容, 还与教学计划、软硬件条件等因素有关。为了有效提高这一实践环节的教学质量, 必须不断深化教学改革, 改革课程设计的教学模式, 克服现有机械设计课程设计教学体系中存在的各种弊端, 建立一套规范合理、行之有效的新的教学体系, 并在不断的教学实践中进行改进与完善。
摘要:机械设计课程设计是机械类专业本科学生的重要实践环节, 对培养学生的应用能力及创新思维具有十分重要的意义。本文首先分析了目前机械设计课程设计教学中存在的突出问题, 然后针对性地提出了一系列有效促进和提高机械设计课程设计教学质量的具体措施。
关键词:机械设计,课程设计,教学,措施
参考文献
[1]吴宗泽, 高志, 罗圣国, 李威.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社, 2012.
关键词:课程设计;质量保障;过程监控
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)02-0229-02
《机械设计课程设计》是重要的实践性教学环节,质量目标是:通过综合运用多门课程的知识解决机械系统方案设计、零件结构和工作能力设计的基本问题,在这个过程中使学生进一步巩固和拓宽机械系统及零部件设计的基本理论知识,掌握相关的方法,获得相关的技能,提升独立进行机械设计的能力。本文介绍作者在课程设计教学质量保障与监控方面的经验,包括细化课程质量目标,创新教学模式,师资和教材质量保障,建立过程监控和反馈平台,采用创新的学生评价方法等方面。[1]
一、研究课程性质并细化质量目标
针对具体的教学过程,建立详细明确的、操作性强的教学质量目标子集是实行教学质量保障和监控的重要举措。经过全体教师的研究讨论,并借鉴国内外相关经验,我们把本课程教学质量的目标具体细化为:①针对具体的项目实例,经历从方案设计到零件设计的全过程,综合运用先修课程的知识,引导学生自主扩充教材上没有的、解决机械设计问题必须的相关知识,使学生在获取和运用知识的能力、创新意识和创新能力、自我发展能力等方面得到提高。②通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关资料,进行全面的机械设计基本技能训练,进一步巩固、加深和拓宽所获得的知识,提高学生分析和解决机械设计问题的能力。③通过编写设计说明书和参加答辩,提高学生对工程设计问题进行系统表达、分析求解和论证的能力。④通过设计实践,掌握机械设计的一般规律,引导学生思考工程实践中存在的社会、经济、环境等问题,从而认识工程师的社会责任,培养初步的现代工程意识。⑤通过组成设计小组等方式,创造工程设计项目中的人文环境,模拟设计团队分工协作的运作方式,使学生的人际交流和团队协作能力得到发展。
二、相关课程采用以项目为线索的教学方式
机械设计课程设计属于实践性教学环节,理论与实践相结合的深度决定了本课程的教学质量。由于本课程设计与几乎所有的前期课程相关,质量保障必然要求上溯到这些课程。我们选取其中相关度最大的三门课程《机械原理》、《机械设计》、《机械设计基础》进行研究,发现在理论与实践相结合的教学方法方面存在很大的改进空间。上述相关课程以前沿用多年的的教学方法,教材注重知识的系统性,虽然在能力培养方面也起到一定作用,但教学实践表明这样培养的能力往往是局部的孤立的。当学生学完了这些相关课程,进入课程设计阶段,面对一个具体的设计项目时仍然感觉无从下手。这暴露出学生综合运用相关知识解决具体问题能力的训练不足。近年我們开始试行了以项目案例为线索组织教学内容的改革,并落实到《机械原理》、《机械设计》、《机械设计基础》这三门课程中,选择典型机器设计为课程项目,理论课以项目任务下达的方式引入,从客户的原始诉求出发,全部知识点按照项目展开的过程顺序来呈现,用项目事例取代常规例题,用设计实践取代常规作业。这种做法使得机械设计的全局更加清晰,有如下几方面的好处:第一、理论教学的内容有了明确的目标,在理论指导下的实践有利于得到完整和深刻的认识;第二、有利于从工程视角组织教学,培养学生的工程能力;第三、为以后课程设计阶段做好充分的准备,有效提高课程设计的质量;第四、有利于激发学生的学习热情。实践表明,这些相关课程及课程设计的教学质量因此得到明显提高。
三、师资质量保障
鉴于本课程设计的工程性质,以及理论与实践结合密切的特点,有必要对教师的指导资格设立门槛。为此,我们建立了“课程设计指导教师资格审查制度”,具体做法是:无论学历、职称高低,第一次承担本课程设计教学任务的教师,必须提前按照本课程最高要求的教学内容完整地完成规定学生必须完成的所有工作,再经课程负责教师组织答辩小组,召开答辩会,学校教学督导员参与监督,对该教师完成的图纸和计算说明书进行审查和答辩,有经验的教师还对指导学生过程中可能出现的问题详加解释。要求取得优良成绩的教师才可以承担本课程设计的教学任务,并且规定第一次不能独立承担,而是与有经验教师一起,积累一定教学经验后才能独立承担课程设计的教学任务。“课程设计指导教师资格审查制度”严格执行多年,目前教学团队中包含多名具有企业机械设计相关工作经验的教师、多名长期参与指导学生参加大学生创新设计大赛并取得优异成绩的教师、多名主持或参加过各级科研项目并积累了丰富工程经验的教师。由于有良好的师资作保障,课程教学质量获得了教学管理部门和学生的一致好评。
四、教材质量保障
大部分现有教材存在的主要问题是:以提供相关知识为主要目标,很少综合考虑学生能力培养的需求,表现在:对机械设计一般规律的描述只停留在空泛的条文上,并没有作为指导思想落实在各章节的分析中;主要提供设计相关知识,较少论及设计方法,或者仅介绍与设计相关的规则,很少对思维方法展开讨论;所提供的对象知识之间缺少有机联系。有鉴于此,我们专门组织了本课程教学团队成员,编写了《机械设计基础课程设计指导书》,该教材在使用中受到教师和学生的普遍欢迎,也得到其他院校选用,因使用效果好在初版半年之后即重印[2]。本教材从培养学生能力的角度出发,以设计逻辑组织知识素材,把机械设计主要规律以及相关方法的运用贯穿其中,明确揭示机械设计主要要素之间的关联,体现了机械设计能力培养的需求。
五、建立课程设计过程监控和反馈环境
为保证课程设计能够正常进行,我们建立了课程设计过程监控的一整套方法,对学生和教师都规定了严格的教学纪律。为了及时研究课程设计教学中存在的具体问题,共享先进的教学经验,除了执行学校要求的常规静态教学质量控制制度外(如听课制度,举行不定期教学研讨会等),我们还在互联网上设立了内部教学论坛,教学中的问题当天就可以反映到论坛中,大家共同讨论及时解决,这种方式能有效地对教学过程进行监控。
六、创新评价方法
由于师生比例悬殊,一个教师往往需要指导一百名左右的学生,如何监控教学过程,客观反映学生的学习成果,成为教学质量保障的重要问题。我们采用“过程定量评价表”的方法。按照不同专业的要求设计了细分为4到7个部分的评价表,对每个学生的出勤、进度、学习态度、学习成果(如设计草图、装配图、零件图、说明书)规定了细化的评分标准。这种方法自2006年使用至今,起到很好的作用。教师为填写每个学生的情况,必须认真对待每一个细节。而每个学生在课程设计期间的表现被如实记录,结合学生的学习过程和学习成果两个方面进行细致的公正的评价。这样激发了学生的学习积极性,规范了教师的教学活动,也以定量方式保障了教学质量。
七、实施效果
以上教学质量保障和监控体系从2006年开始,已经在约120个班的教学中实施,本课程教学质量稳步提高,在学校各类教学检查中获得好评。很多学生撰写的设计说明书正文结束之后,在总结里留下了对本课程设计的感受。大致归纳为五类:本课程使他们第一次深刻认识到自己的不足,得到如何获取和综合运用知识的有效训练;本课程使他们认识了工程的社会、经济、人文的要求,明确了成为一名合格工程师的努力方向;本课程将对他们今后的人生产生深刻的影响,明确了可持续发展的方向;本课程锻炼了他们的人际交流和协作能力,同学之间加深了感情,提高了班级凝聚力;本课程指导教师的敬业精神使他们深深感动,教师的言传身教令他们终身难忘。
参考文献:
[1]林怡青,谢宋良.以项目为线索的《机械设计基础》课程教学改革[J].广东工业大学学报,2010(增):174-176,182.
[2]林怡青,谢宋良,王文涛.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:清华大学出版社,2008:1-50.
基金项目:2010年度广东省高等教育教学改革项目(BKZZ2011022);2010年广东省实验教学研究(改革)基金项目(2010003);广东工业大学高教研究基金项目(20102076)
一、设计任务
根据给定工作条件,设计一减速器,完成一张装配图(A1 三视图)、两张零件图(2*A3---一张低速轴、一张大齿轮)和一份设计说明书(图纸要求计算机绘图、打印,说明书必须用专用稿纸手写)。说明书封面要求统一,档案袋统一(教材科购买)。
二、装配草图设计、答辩
要求前面的计算和按比例绘制的草图(俯视图,一般大小不小于A3(白纸或坐标纸),并将尺寸进行标注。便于检查轴系结构,并有助于后面计算机绘图),要给指导老师检查,登记!
之后自己进行:
校核轴及轴承(校核低速轴以及相应的轴承寿命计算);
进行减速器附件的设计;
完成装配图、零件图,整理说明书。
三、编写技术说明书
设计说明书是设计技术文件之一,它提供设计理论根据和计算数据,为审核设计及使用设备的人员查阅。对于传动装置,计算说明书格式见指导书,内容大致包括:
(1)目录(标题及页次)
(2)设计任务
(3)传动方案的分析和拟定(附传动方案简图)
(4)电动机的选择
(5)传动装置运动及动力参数计算
(6)传动零件的设计计算
(7)轴的结构设计
(8)滚动轴承、键联接和联轴器选择计算
(9)轴的强度计算
(10)轴承的寿命及键的强度校核
(11)减速器相关附件的设计、选择
(12)参考资料(资料编号主要责任者.书名.版本.出版地:出版者,出版年)
两周的机械设计基础课程设计终于结束了,虽然很忙碌很疲劳,但感觉收获还是蛮大的。我几乎每天的专注和辛劳,唤回了我对机械设计基础课的重新的认识,对二级齿轮减速器结构的深刻理解。
机械设计课程设计是机械课程中一个重要的环节通过了两周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练,对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。课程设计运用到了很多知识,例如将理论力学,材料力学,机械设计,机械原理,互换性与测量技术等,是我对以前学习的知识有了更深刻的体会。
通过设计,基本掌握了运用绘图软件制图的方法与思路,对计算机绘图方法有了进一步的加深,基本能绘制一些工程上的图。在设计的过程中,培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力,在设计的过程中还培养出了我们的团队精神,大家共同解决了许多个人无法解决的问题,在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足,在今后的学习过程中我们会更加努力和团结
我们这次机械设计课程设计是做《带式运输机用的二级圆柱齿轮减速器》。在两个星期的设计过程中,让我明白一个简单机械设计的过程,知道一个设计所必须要准备些什么,要怎样去安排工作,并学习机械设计的一般方法,掌握机械设计的一般规律;也通过课程设计实践,培养了我综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决机械设计问题的能力;学会怎样去进行机械设计计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范。还有就是激发了我的学习兴趣,能起到一种激励奋斗的作用,让我更加对课堂所学内容的更加理解和掌握。
这次机械课程设计中,我遇到了很多问题,但同学讨论和老师 指导起到了很大的作用,这就是团队的精神。自己在设计中所遇到的困难,让我明白要做好一个机械设计是一件不容易的事,必须有丰富的知识面和实践经验,还必须有一个好的导师。设计让我感到学习设计的紧张,能看到同学间的奋斗努力,能让大家很好地回顾以前所学习的理论知识,也明白只有在学习理论基础上才能做设计,让我以后更加注重理论的学习并回到实践中去。还这次自己没有很好地把握设计时间的分配,前面传动方案设计和传动件设计时间太长,而在装配草图设计、装配工作图设计时间太紧,还有就是在装配草图设计中遇到一些尺寸不是很确定,而减慢了AutoCAD工程制图的速度,这也很好让我们更加掌握AutoCAD工程制图的操作。这是自己设计思维不太严谨,没有很好地熟悉一些理论知识,由于没把握好时间,在设计方面我们没有经验,理论知识学的不牢固,在设计中难免会出现问题,如:在选择计算标准间是可能会出现误差,如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大,在查表和计算上精度不够准确,在设计过程中自己也做了一些重复的计数,很多往往是一个参数所取不正确或没有太在意一些计数,而在尺寸计算校核才发现问题,而白白花了重复工作的时间,但也能让我更加深刻一些设计的过程,积累了一些设计的经验,所以这次的设计存在许多缺点。我相信,通过这次的实践,能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作,有能力设计出结构更紧凑,传动更稳定精确的设备。
一、课程设计的选题
高级技工班和五年制大专班学生学习机械设计基础的时间相对短、内容少,而且本课程是《机械制图》《金属材料》和《工程力学》的后续课程,其中糅合了机械类专业课程中的机械原理、机械零件和机械设计几个部分的内容,所以学时较短,理论深度也不够。因此根据课程特点、学生情况及设计课时数少(两周)的情况,在选题时应该遵循以下几条原则:
1.课程设计选题要和课程紧密衔接,以训练学生对理论知识的综合运用能力
课程设计的覆盖面宜宽而广,不宜窄而深。同时要注意由于“机械设计基础”是一门专业基础课,故题目的内容应尽量避免涉及学生没学过的内容,以免学生在其他方面消耗过多的时间,而影响了对课程设计主要内容的学习。
2.题目内容要新颖实用,以激发学生兴趣
课程设计的时间短,又恰好赶在期末考试之前,枯燥无味的题目往往不能激发学生的积极性,因此要注意选择实用性较强的题目,让学生感到学有所用,充分认识到该课程的重要性。中高职班的学生往往要经过几周的机械加工操作训练,在训练过程中,他们对设备使用熟练,但是对原理却并不了解,所以很愿意学习以摸清其中的奥秘。
3.题目难度要适中,避免过易或过难
根据教学大纲的要求,课程设计时间为两周,因此所选择的题目必须保证在10天左右能够完成。如果过于简单,则题目综合性不够、范围过窄,无法达到综合训练的目的;如果过难,则会挫伤学生的学习积极性,可能会过分依赖教师,加重教师负担,同时也会使教师陷在某一问题的时间过多不利于对更多学生的答疑解惑。
根据上述选题原则,我们开设并逐步完善了两个课题:①一般用途的单级齿轮减速器;②一般用途的外啮合双齿轮泵。这两个课题既体现了上述选题原则,又具有各自的特点。题目①包含了本课程中传动比的分配,轴的结构设计和强度设计、齿轮的设计和强度校核、轴承的寿命计算和各种标准件的选择,所应用的知识不超过本课程范围,而且在今后生产实践中也非常有用;题目②中也包含了轴的选材、轴的工作能力的设计、齿轮的设计、泵体的结构设计,尤其注重密封的设计等内容,这些知识点依然在我们所学的范围之内,但侧重点有所不同。当然由于课题的规模较大,与平时学生所做的设计作业不同,所有的细节完全由学生设计是有难度的,因此将参考的箱体结构提供给学生,并对学生提出读图要求,让学生在读图过程中了解各个结构的用途,提高设计能力。
二、课程设计的实施
1.课程设计的总体介绍
学生初次接触课程设计,常常对任务毫无头绪而无从下手,浪费了不少时间。因此在课程结束后、课程设计前,都要对课程设计进行总体介绍。给学生讲清什么是课程设计,为何要搞课程设计,怎样进行课程设计以及常用设计方法等。对学生我们提倡“少问多思”,要求理论概念清晰,所用依据可靠正确,符合实际工作要求。强调在设计过程中温故知新,还要培养团队精神。为了能准确反映课程设计成果,锻炼学生撰写科研报告的能力,要严格规定课程设计内容:一级齿轮减速器或齿轮泵的装配图一张(1号图样);零件工作图1~2张(轴类或齿轮工作图,用2号或3号图样);计算说明书1份(10~12页左右)。使学生明确怎样做,有效避免拿到设计题目无从下手而浪费时间的情况。
2.时间安排
将机械设计基础课程设计时间定为两周,除去周末,有十个工作日的时间。时间具体安排见表1。
整个课程设计大致分为五个阶段:
(1)第一阶段为准备阶段,要求学生准备好相关的资料和工具,对任务书进行认真的研究和分析,仔细观察各种减速器和齿轮泵的结构和型式,比较优缺点,以便选择一种最适当的结构和型式,拟订设计步骤和进度。
(2)第二阶段即初步设计计算阶段,是学生最感困难的阶段,所以老师的指导作用就非常重要,按具体的设计要求引导学生进入设计状态是顺利进行课程设计的关键。在这个阶段,指导老师要多做示范,具体指导学生怎样查阅资料、如何选择电动机、分配传动比,计算各种初始数据和绘制整机布置简图。这个阶段的特点是教师多讲、学生多听。
(3)装配图设计阶段,这个阶段是考验和锻炼制图基本技能的阶段。首先考虑图面布置,使视图和各种技术数据在图面中不过于拥挤,也不过于稀疏。然后就可以就要绘制整机的装配图了,在完成三个视图的过程中进行轴系零部件的选择和结构设计。草图完成后,经校阅、修改并由指导老师审核后进行描深、加剖面线,最后标注尺寸和配合、列出技术条件、编写零件明细表和标题栏。这个阶段是对前阶段专业课程的温故知新阶段,也是整个课程设计的主体阶段。需要引导学生熟练地运用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范,并熟悉有关国家标准,培养机械设计的基本技能,这个阶段的工作完成可以说整个课程设计已经进行了大半。
(4)根据装配图和计算数据绘制零件工作图,这个阶段也可以说是上一个阶段的延续。
(5)整理并编写计算说明书。说明书大概需要10~12页,内容包括:封面;评定表;设计任务书;目录(标题、页次);传动方案的分析和拟定(附传动方案简图);电动机的选择;传动装置运动及动力参数计算;传动零件的设计计算;轴的设计计算;滚动轴承的选择和计算;润滑方式、润滑油牌号及密封方式的选择;箱体及附件的结构设计和选择;设计小结(简要说明对毕业设计的体会、设计的优缺点及改进意见等)以及参考资料(资料编号、作者、书名、出版单位、出版年月)。
三、课程设计的考核
机械设计基础课程设计是一门综合性很强的课程,为了全面评估学生的能力,重点从以下几个方面进行考核:
一是装配图中零件结构是否符合要求、尺寸和标准是否正确、视图布局是否合理、图面是否整洁等等,占总分的40%;
二是为防止抄袭现象,在审核过程中老师要准备10个问题,让学生当场予以解答,以考核其运用知识的能力,占总分的30%;
三是设计结束后要写出课程设计说明书,作为整个课程设计评分的书面依据和存档材料。主要考核课程设计说明书的内容:传动比分配是否合理、主要零部件的设计计算是否符合要求、标准件的选择是否正确、书写和装订格式是否规范等,占总分的20%。
四是日常考勤占10%。
五是考核等级分为:优秀(90分以上)、良好(80分以上)、中等(70分以上)、及格(60分以上)和不及格(60分以下)。
四、课程设计的效果分析
根据这几年来的实际操作,对课程设计过程的效果分析如下:
1.考核成绩统计(见表2)
2.考核情况剖析
(1)合格率为94%,说明绝大部分学生对于先前所学的相关课程进行了良好实践,完整了相关知识体系,能够达到课程设计的基本要求。
(2)优秀率近15%,这和机械设计基础的考试成绩优秀率8%左右相比,有了一定程度的提高。说明在课程设计过程中,又有一部分学生理解和把握了机械设计课程的相关内容和知识点。
(3)不合格率为6%,在巡回指导和最后考核过程中发现,这部分学生的问题主要在于态度不够端正,前阶段课程的基础很不扎实,制图基本功薄弱,知识点没有能够真正掌握和领会。
3.主要问题
(1)由于学生缺少实际生产经验,在课程设计指导书上给出了设计要求,指导老师也针对性的进行讲解,学生就基本照搬老师的讲解,在传动比的分配和相关参数的选择上往往比较盲目,或基本遵循中庸原则,缺少灵活性。
(2)在装配图的设计中,指导老师也会给学生相关的参考图册,学生依照图册结构进行设计,缺乏创新,在课程设计说明书中也缺乏自己的见解。
(3)在传动零件的强度计算中,学生多是照本宣科,按步骤机械计算,对于公式的理解和公式中参数选择不能真正领会。
(4)在润滑和密封中,润滑方式的选择和密封件的选择在回答问题过程中,说不出选择的具体理由,存在着盲目的现象。
(5)课程设计是分小组进行,同一个小组完成一组原始数据的设计,这使得有一小部分学生不主动思考完全依赖同组的其他同学。
在机械设计基础课程结束后,让学生完成以上的课程设计加深了所学知识、扩大了知识面,而且开阔了视野,加强了解决实际问题的能力。这是对理论知识和生产实际的补充和检验,能够培养学生综合运用机械设计课程和其它先修课程的有关理论和实际知识的能力,将之前所学过的知识进行系统整合和运用,完整了知识体系,使这些知识得到巩固、加强和发展,并将理论知识加以实际运用,使学生在思考问题、提出设想、解决问题方面得到了综合训练,初步培养了学生的设计能力和独立工作能力,为以后步入工作岗位打下良好的基础。但是在课程设计实践中出现的诸多问题也不能忽视,因此,在实践过程中还需不断进行探索和创新,使课程设计在培养技工院校学生的理论水平和设计能力上发挥其应有的作用和意义。
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