机械设计手的应用

第一篇：机械设计手的应用

3.6焊接机械手、焊接工作站的应用

铁路实施“客运提速、货运重载”，要求铁路机、客、货车具有更好的结构强度，有更轻的质量。这样的要求毫无疑问给铁路机车车辆的焊接技术的新发展带来了机遇。我国从发达国家引进了焊接机器人工作站、焊接机携手等现今设备，并在消化吸收的基础上，自行开发了适应我国环境的机械手和工作站等设备，逐步缩小了与发达国家的差距。

3.6.1焊接机械手在机车厂的应用

1992年株洲电力机车厂从德国引进了具有上世纪90年代先进水平的焊接机器人工作站，采用机器人工作站焊接的韶山4机车的焊缝质量也打到国际先进技术水平。在消化吸收的基础上，94年自行开发看韶山6B型机器人程序。

3.6.2焊接机携手在客车厂的应用

焊接机携手在我国长春、四方、唐山等客车厂得到了很好的应用。“九五”期间几年的大范围的使用了焊接技术，通过10多年的实践，较好的掌握了焊接机械手的技术，并总结了丰富的经验，为以后的发展提供了很好的前提。

3.6.3焊接机械手在货车厂的应用

随着焊接机携手在客车上的广泛、良好的应用，“九五”期间齐齐哈尔、武昌等车辆厂，在铁路货车车体及不见的生产中应用了焊接机携手。由于此时的技术和条件都相对的完善些，所以焊接形状的平整、美观、强度都得到了很好的保证。

3.6.4焊接机械手在铁路工程机械厂的应用

近些年铁路的迅速发展致使贴库线路工程机械快速发展起来。各个车辆厂为了提高工程机械车辆的制造质量，提高制造效率，各车辆厂开始广泛的应用机械手来生产车架横梁、转向架等部件。技术的进步也促进了产品的质量和经济效益的迅速提高。

3.6.5焊接机械手应用的特点及问题

焊接机携手是一种柔性自动焊机系统。实用焊接机携手可以稳定的提高焊接质量，确保焊接质量的均匀性。同事它可以连续工作，改善了工人的劳动条件，提高生产率。此外，其改善环保环境，特别是在有毒、有害的环境下的工作更体现了其优越性。

焊接机携手是一个复杂的综合系统，易收到其他相关工业的制约。要用好焊接机械手必须首先选好应用对象，做好机构设计、设备配置，确保相关产品的质量和生产管理能满足焊接机携手的工作条件。

第二篇：机械设计常用材料

机械设计常用材料 1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。

主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。

主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。

应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。

主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

40CR属于低淬透性合金调质钢，一般调质使用，比45#钢要好点，做要求不是很严的轴类件，也可以热处理后表面处理做齿轮，一般做轴退火后800度保温5小时淬火，用油淬，然后520度保温80分钟用水或者油快冷回火

应用举例:调质处理后用于制造中 速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁

应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5、35——各种标准件、紧固件的常用材料

主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用

应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件6、65Mn——常用的弹簧钢

应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）

特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备

8、Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)

特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；

Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等

9、DC53——常用的日本进口冷作模具钢

特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。9用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等

10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）

一、材料代号的统一

1.一般结构用钢：Q235

2.轴类零件：S45，SKD11，SUJ2等，推荐使用标准镀硬铬棒45钢，或SUJ2（轴承钢）

3.铝合金材料：AL5052,AL5056,AL6061,AL6063，4.不锈钢材料：SUS304，SUS316

5.非金属材料：POM，尼龙，MC尼龙，优力胶，铁氟龙，电木

6.其它金属材料：黄铜，紫铜，铬铜，二、表面处理

1.镀锌：用于一般钢零件，板件

目的、特长：防锈、低价格，但外观不好

2.镀化镍：用于钢，不锈钢，铜，铝合金

目的、特长：防锈、高价格，耐腐蚀性提高

3.镀硬铬：用于钢，铜，黄铜

目的、特长：有光泽外观，耐腐蚀性良好

4.发黑处理：用于钢

目的、特长：外观良好，价格低，处理时间短 5.阳极氧化：用于铝合金，分为本色和黑色

目的、特长：防腐性，耐磨性，耐热性较好，无导电性，三、钢铁材料的热处理

1.轴的调质

2.零件表面或整体淬火,渗碳淬火，渗氮，碳氮共渗，氮化

3.硬度的标示：以洛氏硬度标注，代号HRC~

第三篇：机械设计教学中多种教学方法的应用探讨

机械设计教学中多种教学方法的应用探讨

【摘要】随着高校专业教育改革的不断推进，机械设计课程的教学方式和方法都有一定的发展和创新，但是在实际的教学过程中仍出现了不同的问题和不足，机械设计教学需要以学生的实践能力培养作为目标，把学生作为教学活动中的主体，通过多媒体、作业设计等多种教学方法进行机械设计课程的教学，实现教学质量的提高，促进学生设计能力和实践操作能力的提升，最终实现教和学质量的全面提升。【关键词】机械设计；多种教学；应用 0.引言

随着我国经济社会的不断发展，科学技术也有着巨大的进步。近几年来，我国教育管理部门不断调整和改革教学目标，对于机械工程专业的学生而言，在创新设计和实践操作能力培养方面提出了更高的目标和要求，为内容固定、复杂的机械设计课程教学提供了新的挑战，因而教师应该转变教学观念、创新教学方法、完善教学模式，根据学校的实际情况和学生的知识水平，科学合理的编排教学目标和任务，应用多种教学方法，提高课堂教学的质量和效

[1]率，真正的培养出学生的实践和创造能力。1.机械设计课程

机械设计是以培养学生的设计能力和创新能力的一门技术性基础课程，其教学内容重点在于让学生了解和掌握基础知识、理论和方法，主要培养和训练学生的机械设计构思和设计技能，让学生对机械工程可以根据实际情况分析和解决问题，培养学生的创造能力和创新性思维。

2.机械设计教学中的问题

机械设计是机械专业的极为重要的基础课程，有着很强的综合性和实用性，其知识面也比较广泛，在学生机械设计这课程中，大部分学生表示学习有难度、吃力、成绩提升困难。在实际的教学过程中出现这样的问题：（1）对机械设计课程的感性认识不足，同时该课程的内容较为固定、复杂学生很难去适应这门课程；（2）传统的教学方式主要是以“粉笔加黑板”进行，通过教师的讲和学生的听来实现课堂教学，学生的学习积极性和主动性难以得到激发和调动；（3）教学内容重理论轻实践，实际的教学活动中，教师偏重于基层理论知识的教学，很少结合实际进行实践操作，使得学生的实践能力和创新能力不能得到很好的培养；（4）忽视学生的主体定位，教学手段和方法较为固定单一，未能有效的调动学生的兴趣。如此种种，使得机械设计课程教学的效率和质量不能有很大的提升，因而在教学方法上应该进行创新和改革，重视学生实践操作技能的培养，根据学生的实际情况按照多层次、多样化的教学方式开展机械设计的教学活动。3.机械设计教学中的多种教学方法 3.1多媒体技术辅助式教学法

随着科学技术的不断进步和发展，多媒体信息技术在不同学科的教学中有着广泛的运用。在机械设计教学中可根据教学的实际需要和内容，使用多媒体开展教学。多媒体技术教学的优势在于可以运用网络技术把相关教学内容的图像、文字、视频及音频等将具体变化或者运动以及各种具体的操作、实验直观、真实的展现出来，让学生可以对教学内容和知识点

[2]形象、具体的了解和掌握，加深学生的印象。比如：在机械设计中锥齿轮轴统这一节内容中，垫片的调节因为变化及其微小，肉眼直观很难观察到，在讲解时必须依靠丰富的想象力及空间思维能力，而且学生也很难深入的体会和领略知识点。因而，此处可以应用多媒体技术进行教学，将垫片的细微调节和变化进行直观化的展示，让学生可以形象、直观的感受这种变化从而促进学生对相关概念和调节变化的理解。多媒体体教学可以很好的激发学生的兴趣，有效的调动学生的学生积极性和主动性，同时有助于加深学生对知识的印象。3.2启发模式的教学法

启发模式的教学要求教师对新的教学内容的知识点针对性设置相关问题并提出，引导学生运用已有的知识进行思考分析，以此解决新的问题。该种教学方法主要在于培养学生的创造性的思维，同时可以有效的调动学生积极性和主动性，使得学生可以很好的掌握理论知识[3]和基本操作技能。比如：四杆机构知识点的教学，以实际生活中自行车的运行原理切入教学，让学生掌握自行车的本质是什么，同时结合教材的相关知识和理论进行验证，通过对实际生活中的事物进行分析探讨，可有效的激发学生的兴趣和求知欲。启发模式的教学需要创设一个轻松、活跃的教学氛围，实现学生的教学主体作用，让学生在兴趣的带动下，主动的参与到教学活动中去，让学生通过自主、主动学习构建出新的知识结构。启发模式的教学方式可以有效的提高教学效率，同时还可让学习充分发挥学习的自主性，提高学生的创造思维能力。

3.3作业和任务驱动教学法

作业和任务的驱动教学主要是对教学的内容和目标以作业和任务的形式进行分解教学，在以学生自主性和探索性发挥的基础上，通过教师和学生两者的合作来完成一个教学项目。

[4]该种教学方法主要在于培养学生的综合性能力。作业和任务教学以学生的主体地位为基础，根据学生的实际学习情况结合教学内容和教学任务开展教学活动。4.结语

总之，在机械设计教学活动中，采取不同的教学方法会有不同的效果。良好的教学方法可以活跃课堂的教学氛围，减轻了教师的压力和负担，同时还可以让学生的积极性和主动性充分的发挥出来，实现轻松、愉悦的学习，促进学生的机械设计实践能力和创造性能力的培养，让学生可以运用所学知识解决实际问题，实现优质高效的机械设计教学。参考文献： [1]杨通凯．机械设计教学中多种教学方法的应用分析[J]．消费电子（技术版）．2011，12，（6）：211-212 [2]方毅等．机械设计教学方法研究[J]．郑州轻工业学院学报．2012，12，（4）:115-116 [3]杨叔子等.新时期机械设计工程教学[J]．高等教育研究．2012，25，(22):144-145 [4]徐晓斌等．机械设计课程实用教学方法的研究与实践[J]．课程教材.2011，216，（6）：166-167

第四篇：浅析现代设计技术在矿山机械设计的应用

浅析现代设计技术在矿山机械设计的应用

摘要：我国有十分丰富的矿产资源，而矿产资源的开采需要大量的机械设备，和传统的矿山生产设备相比，现代化机械设备本身具备较强的性能，能够提供多元化的井下作业服务。文章以矿山机械设备作为主要分析对象，以理论分析法及技术分析法为主要方式，结合现代设计技术在机械设备设计和管理中的实际应用展开分析。矿山机械设备需要应对较复杂的井下作业环境，其结构、系统、性能与井下作业的质量有直接关联，现代设计技术可以为矿山机械设备赋能，可以实现结构优化、性能提升、系统升级。

关键词：现代设计技术；矿山机械；智慧矿山；结构设计；有限元分析；结构模糊优化技术；动力优化

1矿山机械设计中现代设计技术的应用背景

现代设计技术主要以新时期的数字化技术、计算机技术，以及新型机械结构分析等理论为基础，综合不同领域的生产需求打造具有针对性的设计方法。和传统的设计方法相比，现代设计技术具有较强的自动化特点及智能化优势，往往依托现代工程理论及逻辑分析理论，是大量学科知识整合之后的核心成果。现代设计技术能够为我国生产行业的发展提供更加先进的技术保障，在增强产品质量和效益的同时，也可以更好地为社会发展服务[1]。矿山开采是我国能源行业发展的主要工程，而矿山开采行业面临的环境较为恶劣，井下复杂的环境极有可能导致设备损坏，需要设备具备较强的功能，可以应对复杂的作业环境。在矿山机械设备设计中，必须确保结构具备合理性、可靠性、智能性、灵活性。矿山机械设备必须具备良好的结构，符合地下生产作业需求；需要及时进行机械设备的性能优化，提升设备应用效率，确保系统具备拓展性和可升级空间。

2应用于机械结构优化的现代设计技术

2.1可靠性概率设计

可靠性概率主要应用在工业生产中，是一种全面提升系统结构稳定性及可靠性的现代化设计理念，将其引入矿山机械结构设计具备可行性。具体而言，在矿山机械设备原有结构的基础上，确保在规定时间内能够完成预定功能的概率，就是可靠性概率。这是衡量机械设备应用可行性的核心指标，可以直接通过一次二阶矩概率设计理论来完成设计，可靠性概率能够全面提升机械设备结构的安全度，同时增强结构合理性[2]。

2.2结构模糊优化技术

井下作业环境较复杂，在进行机械设备设计的过程中，有部分细节较模糊，如以目标函数、约束条件为基础进行的结构设计，本身具有较强的模糊性，需要通过反复的验证和调整才可以增强设计的精准性。因此针对不同的工况需要利用结构模糊优化技术进行设计，主要目的是，选择不同设计方案得出的最优值，通过系统对比及工况分析来确定最终的实际参数及结构性能。如在尺寸和形状的最后调整中，可以直接依托模糊理论来解决[3]。2.3CAD设计技术CAD设计渠道是当前机械设备结构设计的核心渠道，利用计算机作为主要的辅助软件，不仅能够快速地分析初始方案及改进方案之间的差异性，进行结构分析及强校核，还可以通过单位目标优化的方式，对整体设备的材料应用量、结构强度、结构，性能进行模拟分析。例如，在当前的矿山开采领域已经有了用于微型机的大型多功能mas程序系统，能够直接在前期结构设计中将相关参数导入CAD软件，可以提供合理的结构设计方案，节省材料及成本；能够全面提升最终机械成本的设计水平；可以有效定位机械设计过程中出现结构损坏的原因及有害影响因素，也可以对机器系统进行多目标的优化设计。可以依托结构静动分析、结构静动优化、计算机绘图等技术，完善机械结构各项细节，CAD设计渠道主要应用于矿山机械设备的多单元结构设计，如杆、梁、板、壳等的设计[4]。

3应用于机械性能优化的现代设计技术

3.1有限元分析技术

有限元分析技术是应用于机械设备性能优化的核心方法，最初应用于工程分析领域，可以直接分析几何复杂、边界不规则等受力对象，也可以分析机械设备所用材料的非线性、几何非线性复杂问题。该技术主要用于矿山机械设备的受力分析领域，如电动挖掘机的动臂和斗杆。由于动臂和斗杆的结构和受载的复杂性，在传统设计过程中，通常采取工程计算法，但是这种方式较复杂且精准性不高。当前已有学者通过有限元分析技术对动臂和斗杆进行应力分析，用SAP5程序在动臂和斗杆处于最大受力状态时进行计算，最终可以得出机械结构每一块钢板的具体应力分布情况，不仅能够解决受力分析等问题，更可以提升机械整体结构的稳定性[5]。

3.2可靠性设计技术

可靠性设计技术与上文的可靠性概率有本质上的区别，其针对矿山机械设备的性能可靠性进行优化，需要将重点放在强度、载荷、结构尺寸等参数领域，同时要考虑随机因素对性能产生的影响，这样才可以全面提升矿山机械设备的使用寿命，也可以确保井下作业安全。当前已有学者综合可靠性设计技术对矿井提升机的整体性能进行了优化，并且取得了良好的效果。主要的设计对象是矿井提升钢丝绳的安全系数，针对其安全系数进行全方位评估，并且依托可靠性设计技术，对回采工作面单体液压支柱的支护可靠性设计进行了研究，不仅增强了矿井提升机的整体性能，更为安全作业奠定了良好的基础[6]。

3.3动态模拟设计技术

矿井机械设备需要在复杂的环境中运作，在这个过程中涉及大量信号的接收及传递，同时需要和整体智慧矿井系统进行对接，信息的传递及指令的下达需要通过前期的动态模拟进行试验，这样才可以确保设备跟随整体系统正常运转。目前，我国在大型矿井采掘机械动态模拟设计方面的系统研究还很少，致使大型采掘机械新机型的设计和老机型的结构改进举步维艰。但是已经有部分系统可以利用动态模拟设计技术进行优化，如矿井提升容器在进入楔形箱道、紧急制动和切换电阻启动等工作状态下的外载荷与时间的关系问题，可以通过动态模拟设计技术来解决。

3.4摩擦学设计技术

井下作业内容较复杂，涉及既有煤矿的井下井上运输，也涉及人员及相关资源的传递，其中的传送设备性能是多方关注的重点。分析传送设备性能，需要重点关注接触、滚动、滑动时的摩擦、磨损与润滑。由于井下作业环境较恶劣，大部分的传输设备在长时间运作过程中会产生较严重的摩擦及损耗，如钢丝绳、减速器、提升机、刮板运输机和综采机等。以摩擦学为基础打造的摩擦学设计技术主要将重点放在了提升传输设备稳定性方面。我国早在20世纪80年代末期已经开展了摩擦学设计理论与应用的相关研究，并且针对矿山掘进机主减速器的摩擦学进行了分析，研发出了煤矿电机车车轮的增摩延寿材料，在投入使用之后，能够有效提升设备的运行寿命。

4应用于机械系统优化的现代设计技术

4.1智能化技术

优化矿山机械设备系统的主要目的是确保设备自身的系统和整体智慧矿山的运维系统相关联，及时地进行自主优化及智能化监督。智能化技术是现代设计技术中的重要组成部分，也是全面提升矿山机械设备系统质量的主要技术。智能化技术立足智能传感器及信息接收设备，打造集成的传感网络，通过控制器和执行器，能够结合井下运行环境进行全方位的自适应检测及损伤自愈和操作，本身具备一定的生命特征。智能化技术也是新时期矿山机械设计领域最受欢迎的技术，是实现智能采矿及构建自动化系统平台的主要依据。如依托机器人技术及红外技术，能够实现矿井的安全生产监管及紧急救灾。智能化的矿山系统可以依托终端设备及安装于机械设备的智能传感器，打造多元化的传输网络，实现远程设备遥控及指挥。例如，某矿山打造了一种智能化矿山系统，实现从采矿点到货运车站、端到端的矿山机械无人化智能管理，其具体的结构如图1所示。该系统中的无人矿山管控中心对无人矿山全面实时监控与综合调度。无人矿卡运输平台接收来自无人矿山管控中心发来的指令，控制无人矿卡以指令规定的速度按照目标路线运行，并根据搭载在无人矿卡上的传感器发来的信息，实现无人矿卡的自动行驶，完成装载、运输、卸载的循环操作。

4.2并行设计技术

并行设计技术是以计算机及通信技术为核心的现代设计技术，主要应用在矿山机械设备的设计、制造、支持过程，能够打造并联的一体化设计方案。当前，绝大部分煤矿设备都安装了故障监测系统，这些故障监测系统是后续进行加装的，和原设备之间往往存在着部分不协调的细节，而并行设计技术可以通过分析各种类型、参数的煤矿机械设备，打造具有针对性的故障监测系统及监测方案，确保不同设备有交互路径，全面提升不同设备之间的适配程度，也可以为矿山机械设备的安全运行奠定良好基础。

4.3虚拟技术

虚拟技术是建立在矿山机械设备前期设计及实验基础上的新型技术。矿山机械设备规模较大，结构较复杂，前期制造成本较高，为了确保设备充分满足井下作业的实际需求，并且与整体的矿山运转系统相对接，还需要通过反复实验来进行检测。若进行常规的实体试验，必然会浪费大量的人力、物力及成本，而虚拟技术可以打造三维立体可视化模型，模拟矿山机械设备运行过程中的变量参数，如可以模拟环境中的噪声、温变、力变、磨损、振动等参数，分析机械设备系统的运行状态；观察不同设备配合运转过程中的运动受力情况，结合实际情况提出修正意见。虚拟技术在矿山机械设备的系统优化及匹配安装中有着极强应用价值，能够提升设备的运转质量。

5矿山机械设计的未来发展方向及设计重点

（1）需要大力推广利用结构优化设计的方式进行矿产机械设备创新的方式。结合我国生产领域的发展现状来看，航空、国防等领域纷纷开展了结构优化设计的学术交流会议，而土建部门也举办了结构优化设计的专门讲座。这也代表结构优化设计是当前工业及相关领域发展的重点。我国能源开采行业的繁荣发展离不开优秀的机械设备，大量的矿山机械设备必须进行结构优化，才可以逐步满足未来的能源开采需求。因此矿山机械设备的设计师及研究人员要注意逐步推广和应用结构优化设计相关的现代设计技术，并且及时地开展相关讲座及培训，并且设定研究课题，这样才可以确保结构优化成为未来发展的主要任务，同时能够提升现代设计技术的应用价值。（2）需要将重点放在机械结构动力优化方面。传统的矿山机械设备的结构优化以静力优化为主，而在未来需要将这种优化逐渐过渡到动力优化。但是不应该完全摒弃传统的设计优势，需要以借鉴优势技术的方法，在结构静力优化的基础上，对矿机结构进行动力优化设入计。传统设计过程中的固有频率、动态响应等特性对于矿山的结构优化有极为重要的作用。动力优化是建立在原有静力优化的基础上打造的新型频率约束体系，包括动强度约束、动刚度约束等。（3）需要打造一体化的结构体系，这样能够全面提升机械设备设计的整体性，避免资源和成本浪费。例如，底盘、车架、机架等结构件的优化程序，需要按照结构的通用性、统一性、组合性原则建立程序包。这有助于系统结构升级及统一整合，更可以改善传统人工设计的各项差异，通过结构包能够实现自动化设计及调整。

6结束语

综上所述，在当前的矿山设备优化和创新的过程中，需要将重点放在现代设计技术和传统设计技术的融合角度，取其精华去其糟粕，进一步提升现代设计技术的应用价值；同时，从矿山机械设备的结构、性能、系统优化方面，合理选择设计技术进行创新，预留具备升级和创新的空间，这样才可以为我国矿山开采领域的发展提供更为完善的技术体系。

第五篇：基于工程项目应用的机械设计教学改革与实践

基于工程项目应用的机械设计教学改革与实践

【摘 要】为适应复合型应用人才培养要求和以工程应用为背景的“专业+工具”培养模式的需要，本教学研究采用以项目设计为引导，以工程实践为主线，以理论学习为武装，以教学合一为最终目的的教学模式，对机械设计课程的教学方法、教学过程及学生的学习方法和学习过程进行改革，改变原有从理论到实践的传统课程教学体系，以期达到更好的教学效果。

【关键词】机械设计 教学改革 项目引导 工程应用

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）27-0065-02

随着科学技术的进步，社会对人才类型的需求越来越多样化，为适应复合型应用人才培养要求和以工程应用为背景的“专业+工具”培养模式的需要，本研究采用以项目设计为引导，以设计实践为主线，以理论学习为武装，以教学合一为最终目的的教学体系，对机械设计这门专业基础课程的教学方法、教学过程及学生的学习方法和学习过程进行改革，改变原有从理论到实践的传统课程教学体系，让学生更感兴趣，更易学懂，更易掌握机械设计的基本原理、方法和过程，取得更好的教学效果。同时，该教学改革也是对基于工程应用背景的机械类专业技术课程的教学改革与实践的探索，以期通过该课程的改革为其他机械类专业课程探索更好的教学模式。

一 机械设计课程的教学现状

机械设计是机械类专业学生必修的专业基础课程，本课程主要学习机械设计常用基本理论和通用零部件的结构特点、基本设计理论和方法。该课程涉及学科非常广泛，如机械制图、理论力学和材料力学（工程力学）、工程材料及热加工、机械原理、机械制造、互换性与技术测量等基础课程。课程理论性、实践性都比较强。由于本课程的内容相对抽象，概念、原理烦杂且实践性强，对于基础知识薄弱、实践经验欠缺的三本院校学生来说，会产生厌学的情绪；再加上先修课程的遗忘，相关知识缺乏连贯性，都增加了学生学习本课程的难度。

二 机械设计教学改革的提出

在工程应用背景下构建适合独立学院机械类专业的课程体系，将工程软件融合到专业技术课程中，将专业技术课程中抽象的、枯燥的教学内容形象化、生动化、具体化，降低专业技术课程学习的难度，并能真实感受其在工程中的应用是理论教学发展的趋势，本教学改革是在工程应用背景下“专业+工具”培养模式的基础上提出的，是将传统的从理论到实践的机械设计课程教学模式，转变为引导学生解决设计项目的实际问题来进行教学，让学生在解决实际问题的过程中汲取更多的必需的理论知识。

三 机械设计教学改革的实施

1.全面且突出重点的设计项目

1―电机；2―带传动；3―减速器；4―轴承；5―联轴器；

6―工作机（卷筒机）；7―传送带

设计项目简图

设计项目要涵盖机械设计教学大纲的必要基本内容，包括各种传动机构，如带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等传动机构的结构和设计计算方法；包括机械中的轴、轴

――――――――――――――――――――――――

* 广西高等教育教学改革工程项目《基于工程应用背景的机械类专业技术课程的教学改革与实践》的研究成果之一（编号：2013JGA429），项目负责人：柏子刚

承、联轴器、离合器等常见支撑零件的结构、工作原理和设计计算方法；包括键连接、花键连接、螺纹连接等常用连接件的结构、种类、工作原理和设计选择方法等。同时要突出课程重点。鉴于以上两点要求，在项目实施过程中选用产品运送机作为设计项目。其结构简图如图所示。

此设计项目涵盖了机械设计课程中的大多数内容，包括机械系统总体设计、带传动设计、齿轮传动设计（直齿、斜齿、锥齿、蜗轮蜗杆等）、联轴器选择设计、轴的设计、键连接选择设计、轴承选择设计、螺纹连接选择设计等内容，且突出了传动和支撑部分的重点。教学实施中学生的设计项目是一致的，但每个学生工作机的运动参数，如工作拉力、带速、卷筒直径等不一样，同时减速器也有单级圆柱齿轮减速器、二级同轴式圆柱齿轮减速器、二级展开式圆柱齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、锥齿轮减速器等多种形式，这样每个学生都须独自去完成自己的设计项目，具体的任务分配方式如表所示。第一次上课就需要学生明确自己的设计项目。

任务分别配表

学号 姓名 方案 工作拉力 带速 卷筒直径

1253100***1 张三 C 1 1 10

1253100***2 李四 D 1 2 9

1253100***3 *** A 1 3 8

1253100***4 *** C 1 4 7

*********** *** * * * *

2.以项目为引导，以模块化的专业知识为武装

项目任务下达后，学生没有足够的知识储备是没有办法进行设计的，因此要结合机械设计课程的特点，以设计项目为引导，通过模块化的教学方式让学生逐一贮备完成设计所需的基本知识。机械设计课程可以分成四大模块，分别是：设计总论模块、传动模块、支撑模块和连接模块。这四大模块的知识基本全部涵盖于学生的设计项目中，比如，总论模块要让学生掌握机械系统总体设计的设计原理和方法，如传动方案的确定、原动机的选择、总传动比及各级传动比的确定、传动装置的运动和动力参数的计算；传动模块让学生掌握项目中的带传动、齿轮传动的设计方法；支撑模块让学生掌握轴的设计计算方法、轴承的选择和计算、联轴器的选择等；连接篇让学生掌握螺纹连接、键连接的设计计算。每完成一个模块就要求学生完成相应设计项目中的内容作为该模块的课后作业。这样学生就可以知道自己的设计内容用什么原理和方法去完成，学的知识究用来做什么，怎样解决具体问题，从而学以致用。

3.强化“专业+工具”培养模式，项目实施中注重“工具”的应用

针对三本学生基础较弱的特点，要强化学生专业+工具=工程开发的工程意识，项目实施中注重计算机辅助工具的应用，降低学生的计算分析难度，提高学生的学习兴趣，比如在传动模块的设计中利用计算机辅助软件进行必要的辅助设计，并利用Solidworks等工具完成自己所设计项目中齿轮等的三维造型及二维图纸。在支撑模块的设计中，可以利用UG、MDsolids等CAE工具完成轴的工作能力计算。这样不但能让学生具有利用专业知识和计算机辅助工具进行实际工程开发的能力，即“专业+工具=工程开发”的能力，还能让学生建立虚拟设计的工程意识和设计能力，规范其对专业技术标准的应用，另外还会让学生产生学以致用的成就感，会增强学习该课程的积极性和主动性。

四 机械设计教学改革的意义

本教学改革改变了传统教学模式枯燥、空洞的弊端；改变了“老师讲为主学生听为辅”的传统的学生被动式的学习方式；同时本教学改革改变了传统的作业布置方式，以模块化的设计项目为作业，是一种边设计边掌握知识，边设计边进行知识积累，边设计边完成自己作业的作业方式，更能达到知识巩固的目的，也更能达到作业效果；最后本教学改革改变了传统的理论课结束后再单独进行课程设计的实践体系，将课程设计的内容融合到了教学过程中，让实训实践过程贯穿在整个教学过程中，将实训实践和理论教学有机地结合起来，更能实现理论和实践的统一，达到更好的实训效果和教学效果。

五 结束语

基于工程项目应用的机械设计教学改革，结合“专业+工具”的培养理念，以设计项目为引导，以工程实践为主线，以理论学习为武装，以优化学生学习效果为目的，使学生更有的放矢地学习，更主动地学习，更有效地学习。

参考文献

[1]程帆、王洪飞.机械设计教学中课程设计的改革与实践[J].杭州电子工业学院学报（高等教育研究版），2003（5）

[2]吕玉充.基于项目引导的机械设计课程教学改革研究[J].泸州职业技术学院学报，2014（2）

[3]龚俊杰、戴隆超.基于科研项目的机械设计类课程教学模式研究[J].教育教学论坛，2014（53）

[4]胡义华.校企合作构建独立学院机械专业能力培养教学体系的研究[J].现代企业教育，2011（22）

[5]余熳烨.独立学院机械专业开设CAE课程的探索与研究[J].教育教学论坛，2012（36）

〔责任编辑：林劲〕