机械设计基础课程设计教学改革

摘 要 ：随着社会的不断进步,创新型人才的需求量越来越大,工科高等教育在教学内容与教学方法需要进行改革.针对目前机械设计基础课程设计题目单一的问题,提出团队协作的课程设计方法,重点探究柔性化的课程设计题目,确定课程设计题目具体要求.在课程设计中,学生可以充分发挥其想象力与创造力,由小组论证确定详细的方案,完成结构设计,以不断培养学生的工程实践能力、创新能力和工程意识.

关 键 词 ：机械设计基础；课程设计；题目探索

作者简介：石永军（1973-）,男,山东东营人,中国石油大学（华东）机电工程学院,副教授.（山东　青岛　266580）

基金项目：本文系中国石油大学（华东）教学改革项目（项目编号：JY-B201011）的研究成果.

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2012）32-0055-02

机械设计基础主要面向中国石油大学机类和近机类本科学生,是石油工程、过程装备与控制、油气储运工程等专业的重要专业基础课,在教学体系中具有承上启下的作用.近年来,为了培养学生的动手能力与工程意识的养成,工科院校越来越重视实践教学.机械设计基础课程设计是机械课程教学中重要的实践教学环节,它涵盖了工程制图、机械CAD、机械设计基础、理论力学、材料力学、工程材料与机械加工基础等课程的知识.通过该课程的学习,以培养学生学会运用所学知识解决实际工程问题,逐步提升其动手能力、综合设计能力与创新能力.[1]但目前机械设计基础课程设计题目单一的问题比较突出,不利于学生工程意识的养成和激发大学生开展科学探索的兴趣.因此,探究柔性化的课程设计题目以提升课程设计的教学质量对于学生综合知识运用能力与创新能力的培养具有重要意义.[2]

一、目前课程设计分析

目前高等工科院校常用的机械基础课程设计题目是单级圆柱齿轮减速器和展开式二级圆柱齿轮减速器.减速器是工业中常用的典型传动装置,在油田抽油机、带式运输机、起重机和卷板机等有着广泛的应用.减速器设计过程需要查阅相关标准、规范、手册等技术资料,涵盖了机械设计基础中齿轮传动、带传动、轴承、轴、螺栓等主要通用零件的设计与计算,[3]包含了多门理论课程的内容,体现了一般机械系统的常用设计方法,具有很强的综合性.减速器设计的主要任务包括：进行传动方案的制订；电动机的选择、传动装置的运动和动力参数的计算；带传动与齿轮传动的设计计算；轴的结构设计以及低速轴的弯、扭组合强度校核；轴承的组合设计与寿命计算；键的选择及强度校核；联轴器的选择；减速器的润滑与密封选择等.[4]减速器设计的一般过程是：首先,指导老师布置任务；然后,学生完成减速器装配草图一张、减速器总装图一张、轴与齿轮等零件图以及6000～8000字设计计算说明书一份；最后进行课程设计答辩,按照图纸、设计说明书与答辩情况评定成绩.

减速器设计题目主要存在以下问题：题目单一,只是设计参数略有不同,学生可借鉴的资料很多,课程设计雷同现象比较严重,甚至出现一些抄袭现象；课程设计时间一般为2周,学生设计期间非常紧张,大多学生需要晚上加班才能完成.学生忙于应付完成课程设计,很少有学生主动去图书馆查阅相关的资料；老师一般需要指导2个班,工作量很大,老师很难保证照顾到每一位同学；课程设计的设计内容与传动方案长期不变,学生可以根据设计指导书按部就班地进行,无法调动学生的积极性与激发学生的创造性思维,不能满足现代工程教育创新训练的要求；每一个同学单独完成一个题目,同学之间的交流与讨论较少,团队协作精神难以培养.

二、课程设计题目探索

针对目前课程设计中存在的问题探索通过柔性化的课程设计题目调动学生的积极性,以激发学生的创造性.通过非固定的设计题目逐步锻炼学生的设计构思能力,使学生克服思维定势的影响,针对新的问题能够正确运用形象思维与抽象思维,找到问题的最佳解决途径.作为机械设计基础课程的实践性环节,为了使课程设计与机械设计基础课程紧密结合,非固定设计题目也要求包含机械设计基础理论课程的主要内容,要确保课程设计结束后使学生对机械系统的设计有一个清晰的思路,掌握机械系统的一般设计方法.因此,在课程设计过程中,尽管设计题目不同,但都要求包含传动方案制订、动力参数计算、传动的设计计算、总体设计、结构设计、关键零部件校核等环节.对于所有的设计题目,要满足统一的设计要求,如表1所示.

课程设计学生分两部分开展,一部分学生设计题目由老师确定的题目库中选取,另一部分学生可以根据老师的设计要求,结合实际工程需要或机电产品竞赛提出新想法自己拟订设计题目.老师确定的题目库主要来源于科研题目、历年的本科毕业设计与各类机械创新设计比赛.目前共收集了56个题目,每年根据实际情况适当增加.比如设计题目1“新型抽油机设计”,要求设计的抽油机效率高且受力均衡,已完成的设计：对电机换向抽油机的结构作了改进,配重箱由整体式改为分体式,导向轮设计为固定轴和浮动式双轮组成的自动平衡式,电动机通过电控系统控制实现正反转动,实现抽油杆上下往复运动,包含减速器、带传动与连杆机构.设计题目2“发电厂可俯仰式悬臂堆料机设计”,要求能够解决煤场的死角残煤问题,提高煤料的有效使用率与煤料堆取装置的工作效率,已完成的设计：堆料机的主要结构包括悬臂架、堆料胶带输送机、变幅机构、回转机构、驱动装置、配重、头部卸料滚筒等,堆料机俯仰动作通过液压驱动的油缸伸缩来实现.设计题目3“智能果汁机的设计”要求具有榨汁和搅拌功能并且易于清洗,已完成的设计：采用了低速双齿轮啮合和双螺旋挤压榨汁的方案,在此基础上进行了榨汁机的结构设计.设计题目4“风能汽车伸缩装置设计”,设计要求能够实现汽车风力发电设备的自动伸缩,已完成的设计：通过齿轮齿条转动实现滑盖的打开和风力发电机的举升,通过锥齿轮和涡轮蜗杆机构实现叶片的张开与收回叶片.为了避免影响学生的创新思维,上述已完成的设计不提供给学生,只给学生设计要求,让学生自己论证方案进行课程设计工作.