淺談機械設計課程設計論文
1.引言
《機械設計》是機械類專業學生的一門主幹技術基礎課,它以通用機械零部件的設計計算以基本內容,通過該課程的教學,綜合運用本課程和其他先修課程的知識,使學生具有設計機械傳動裝置和一般機械的能力。除了課堂教學,本課程還安排2-3周的課程設計。《機械設計》課程設計本來是根據《機械設計》課程的內容、學習要求,安排的隨該課課程設計。不只如此,更是機械類學生大學期間一個重要的實踐性環節,是機械類學生第一次全面設計實踐訓練。此次設計是畢業設計、未來的設計工作的基礎和起點。眾所周知,“良好的開端是成功的一半”,故此次設計對於學生極為重要,尤其是對學生建立正確的設計理念。因為設計理念是設計的核心和靈魂,通過課程設計,使學生初步理解、體會設計理念的內涵和關要。要實現此目標,教師在課程設計中的科學指導非常關鍵。課程設計時,學生們一般是大三上學期,從學校到學校,一直習慣於考試,考試訓練的習慣,使得很多同學,習慣於尋找答案,特別是一個標準答案。此種思維模式和設計有很大的不同,設計是針對實際的問題,實際的問題的解決,其答案可選項往往有多種而非一種。這一點很多學生設計時不習慣、不適應。例如軸的設計中,經過計算:軸徑d>=21mm,經常有學生問,d取多少是正確的?這要看此軸段上,有無裝其他零件?與同軸上其他軸段的關係?若此處是普通轉軸的過度軸段,其上不用裝任何零件,那麼取21.5、22、22.5、23、24、25等都是對的,可選項理論上無窮個,設計時自己選擇一個即可。另一方面,設計是一項系統工程,設計時,哪怕一個零件的設計也要考慮相關的很多實際因素,更何況一部機器的`設計。相比而言,以前學生們的單科學習考試,要簡單得多。設計時,不只用到《機械設計》、或某一科單科知識、往往要涉及多門相關先修課程,如《機械製圖》、工程力學、材料、互換性及測量技術等等,還要參考手冊、圖冊等設計相關資料。為使學生從應試思維、心態順利過渡到課程設計應有的狀態,指導教師的科學指導非常關鍵。二十年以來,筆者一直從事《機械設計》教學和課程設計的指導,曾跟從前輩老教師,聽授他們的課程指導,自己獨立指導過學生課程設計不少於三十批次。雖然關於設計理念,設計指導相關書籍、資料非常多,而且很完備。但切合學生課程設計時的實際情況,使他們易於接受、應機施教的講解、做法卻很少見到。基於此點,筆者在此總結前輩和自己在課程設計中做法,但願能對同行他人有所啟發和幫助。
2.《機械設計》課程設計中的設計指導
2.1設計理念的解讀
根據學生的實際情況,講解設計的理念使學生理解何謂設計,然後學生在此次課程設計中才有可能按此理念去設計、去實踐。故切合學生的心態,恰當的解讀是很重要的。2.1.1首先,設計必須結合實際,不能脱離實際而設計由於學生從學校到學校,機械工程、設計實踐的機會很少,什麼叫“結合實際”,他們自己不好理解。雖然當前是課程設計,但作為老師,教學活動不應侷限於此,既要着手於當下的設計,更重要的必須立足於未來,從為培養未來工程師的角度來考慮。
選題方面,必須具有實際意義、具有應用性,不能脱離實際;本次課程設計中,題目是確定的。不久的將來,學生們會參加工作,若做設計性的工作,如果選題方面已定,不必説了;倘若是自主選題、或根據用户要求定課題,則應知道選題的原則和注意事項。需要慎重考慮設計題目是否合適,是否符合用户要求、是否符合國家環保要求、或至少不違背相關的法律、法規等(例如至少不能損害公眾利益等)。
課題的設計、製造等環節必須考慮實際實施,具有合理性、可行性,最好方便實現。此項內容涉及的環節因素很多,從思考角度方面:一方面是用户,站到用户立場考慮,儘量滿足用户的需求;另一方面,對生產製造方而言,方便實施。應考慮的因素很多,但結合學生的情況,不宜要求太多,講得太多,否則學生很難把握,只就目前較易理解和接受的來講和要求。以設計時選材為例:一般用户希望產品價格低,機械產品零件常用金屬材料,如鋼、合金鋼等,這些材料市場上易採購到(方便生產方),若一般碳素鋼能用,就不一定要選合金鋼,因為價格方面合金鋼要貴一些,當然有其他考慮必須選用合金鋼,則屬另一種情況。如果設計選材選用昂貴材質,必然增加產品成本、使產品價格高,增加用户的經濟負擔。再如公差等級等方面涉及很多,從易於理解的精度等級方面給學生講解,他們容易理解:低精度能滿足實際要求,就不一定要選精度高的,例如9級齒輪就可以,就不必選8級。因為低精度易於實現、成本低。等等。
2.1.2設計與計算
課程設計中,不少同學搞不清設計和計算的關係,相當多的學生認為必須先計算,依據計算數值才能定零件參數;還有學生不管老師分配的原始參數,找來圖紙資料參照就開始畫圖;這兩種做法都有失偏頗。在設計中,要根據具體的問題來定,一般説來,設計中的一些零件是先計算,依據計算數值才能定零件參數,再具體結構設計,例如帶式輸送機傳動裝置中齒輪、軸;一些零件是參照資料(或圖紙)或其他相關零件先選好,而後驗算或核算,例如軸上用的滾動軸承,依據軸徑先選擇類型、型號,再做計算;有些零件目前無法計算,依據經驗或參照類似零件直接設計、完成工作圖的繪製、例如減速器箱體、箱座;一些零件,如不受載荷或載荷很小,不用計算,例如定位銷。
2.1.3參考借鑑與自己設計
設計手冊、設計相關資料等,是設計人員必須配備的。即使是對設計經驗豐富的工程師,設計時仍需要藉助手冊、圖冊等設計相關資料,更何況是沒有設計經歷的同學。故設計中、繼承和借鑑,參考前人的成果是正常的、也是應該的,依據設計手冊、相關資料來完成自己的設計是必須的。否則,單單靠自己,完成一項設計是不大可能的。當然,參考、參照也不是盲目照抄,而是根據自己的設計問題去參考借鑑。而且設計中,運用標準、手冊、圖冊和有關資料,解決實際問題的能力,是工程師的一項基本技能和要求。《機械設計》課程設計其中一項任務,就是培養和鍛鍊這項技能。故《機械設計》課程設計中,參考借鑑是必須的,另一方面,設計時根據具體情境,做出合適的選擇在設計時更為重要,這有時只涉及《機械設計》、或某一科單科知識、有時要涉及多門相關先修課程知識的綜合運用,在設計中,應用學過的理論知識做出自己認為合理的選擇,就也是課程設計中的一項重要內容。
2.2設計的實施指導
首次佈置課程設計時,先按照上述內容,對學生的課程設計做共同指導。以後的時間裏,一般高校,課程設計安排3周(或2周),教師去設計教室實地具體指導是很重要的環節。去設計教室,針對學生提出的具體問題,個例問題、普遍性的問題的答疑、討論,使學生在設計中去體會、理解設計,進而為畢業設計打基礎,也為未來的工作奠定初步的基礎。有少數教師把設計題目、任務佈置後,很少去實際指導或不去指導,認為藉此培養學生的獨立性和創新能力,此種觀點不敢苟同。筆者認為,教師的身體力行對學生是非常重要的教育。結論《機械設計》課程設計是機械類學生的首次重要的設計實踐。教師的指導,尤其是對設計理念的講解、針對他們存在的誤區解讀,對學生非常重要,因為設計理念是設計的核心,樹立正確的設計理念對課程設計乃至學生以後的設計工作,意義重大。根據學生們習慣的考試心態,恰當的解讀設計理念,使他們處理好設計與計算,參考借鑑資料與自己設計的關係等。使學生理解何謂設計,從而在課程設計中按此理念去設計、去實踐體會。教師在講解設計理念時,不求面面俱到,關鍵是能點出學生習慣的、與設計相背的思維模式與想法。他們暫時不好理解的,可以暫且不要求,這是首次佈置時教師要做的。在以後的時間,指導教師最好能去設計教室實地具體指導,這是很重要的環節。這樣能適時把握學生的動態,使他們不至於偏離設計的根本理念。對學生的個例問題、普遍性的問題的答疑、討論,能加深學生對設計思想的理解,更好地把握設計的理念,以便順利完成課程設計,為將來的設計奠定良好的基礎。
參考文獻:
[1]邱宣懷,郭可謙等.機械設計[M].北京:高等教育出版社,1997(2004).
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