導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇機(jī)械原理和理論力學(xué)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程綜合實(shí)驗(yàn)；凸輪機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A？搖 文章編號(hào)：1674-9324（2014）10-0225-03

一、前言

《機(jī)械原理》是機(jī)械類(lèi)工科學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具有很深厚的工程背景。所以在《機(jī)械原理》教學(xué)中，更需注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式。課堂教學(xué)中在強(qiáng)化常用機(jī)構(gòu)基本原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，還需對(duì)機(jī)構(gòu)在工程實(shí)際中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用有所滲透，使學(xué)生對(duì)常用機(jī)構(gòu)有更全面的理解和把握。為了實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目的，本文引入了凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一項(xiàng)《機(jī)械原理》課程綜合性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)測(cè)試，使學(xué)生將理論課程中所學(xué)的各章內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，掌握各章內(nèi)容在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的內(nèi)在聯(lián)系和工程意義，加深了對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，它是《機(jī)械原理》課程教學(xué)中一個(gè)必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。本文引入凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為《機(jī)械原理》綜合實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，使學(xué)生著重掌握凸輪具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在《機(jī)械原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用，可以加深對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的全面理解，很好的培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

學(xué)生通過(guò)本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)，所需達(dá)到的具體要求有：

1.利用計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集、處理，作出實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)曲線(xiàn)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)模仿真，作出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)曲線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際的緊密結(jié)合。

2.利用計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真和測(cè)試分析，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)仿真和測(cè)試分析有效的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3.利用計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互性能，使學(xué)生可在軟件界面說(shuō)明文件的指導(dǎo)下，獨(dú)立自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

二、機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容

在完成本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)要求學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)所涉及到的《機(jī)械原理》理論課中所學(xué)的各章知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。在進(jìn)行本次綜合實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)教師需對(duì)相關(guān)理論知識(shí)做簡(jiǎn)單的提示和講解。具體內(nèi)容包括：

（一）凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及基本尺寸

凸輪機(jī)構(gòu)常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律有四種：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律和正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其中等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的起始和終了點(diǎn)加速度有無(wú)限量的突變，存在剛性沖擊。對(duì)于等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律和余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)的起始和終了點(diǎn)處加速度存在有限量的突變，所以有柔性沖擊。而對(duì)于正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是整周期的正弦曲線(xiàn)，加速度曲線(xiàn)連續(xù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊。特別對(duì)于余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律而言，如果從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式采用升-降型，并均采用余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加速度曲線(xiàn)也是連續(xù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)也是無(wú)沖擊的。具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工況的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和要求，合理的選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

在確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸時(shí)，在偏心距e一定、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的條件下，加大基圓半徑r0，可以減少壓力角α，從而改善機(jī)構(gòu)的傳力特性。但同時(shí)，會(huì)增大凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸。所以凸輪基圓半徑r0確定的原則是：應(yīng)在滿(mǎn)足αmax≤[α]的條件下，合理地確定凸輪的基圓半徑r0，使凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸不至過(guò)大。一般，先按滿(mǎn)足推程壓力角αmax≤[α]的條件來(lái)確定基圓半徑r0。

（二）機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)

機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，當(dāng)?shù)刃Я睾偷刃мD(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的公共周期內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功等于阻抗功時(shí)，等效構(gòu)件的角速度在此公共周期內(nèi)將呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，從而機(jī)械會(huì)產(chǎn)生周期性的速度波動(dòng)。為了對(duì)這種機(jī)械的周期性速度波動(dòng)進(jìn)行描述和分析，提出了平均角速度ωm和速度不均勻系數(shù)δ。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)對(duì)機(jī)械的工作不利，它不僅將影響機(jī)械的工作質(zhì)量，而且會(huì)影響到機(jī)械的效率和壽命。所以必須對(duì)周期性速度波動(dòng)加以控制和調(diào)節(jié)，將其限制在許可的范圍內(nèi)。具體方法是在機(jī)械中設(shè)計(jì)安裝具有大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件――飛輪。

三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)及操作軟件界面簡(jiǎn)介

本項(xiàng)機(jī)械原理綜合實(shí)驗(yàn)采用凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)形式的凸輪機(jī)構(gòu)―盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

該綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有的功能特點(diǎn)有：（1）可測(cè)量凸輪、推桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)多媒體虛擬儀表顯示其速度、加速度波形圖；（2）可通過(guò)計(jì)算機(jī)多媒體數(shù)據(jù)、仿真軟件計(jì)算凸輪，推桿的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并顯示其速度，加速度波形圖，可與實(shí)測(cè)曲線(xiàn)比較分析；（3）配有專(zhuān)用的多媒體教學(xué)軟件，學(xué)生可在軟件前面說(shuō)明文件的指導(dǎo)下，獨(dú)立自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（4）盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)可拆裝為圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，因而可作兩種凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)；（5）盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)配有四個(gè)（共包含八種運(yùn)動(dòng)規(guī)律）凸輪，一種推桿，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)配一個(gè)凸輪；（6）盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的偏距可調(diào)節(jié)，飛輪質(zhì)量可調(diào)節(jié)，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性達(dá)到最佳。圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟件操作界面的切換流程圖。

軟件操作界面由盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K兩部分組成。

兩部分實(shí)驗(yàn)?zāi)K依據(jù)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟，均是由凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示界面（圖3）、凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面（圖4）、凸輪運(yùn)動(dòng)仿真與測(cè)試分析界面（圖5）和推桿運(yùn)動(dòng)仿真與測(cè)試分析界面組成（圖6）。此部分，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熟悉掌握。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.凸輪運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)測(cè)。能通過(guò)數(shù)模計(jì)算得出凸輪的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，作出凸輪角速度線(xiàn)圖和角加速度線(xiàn)圖，并進(jìn)行速度波動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)算。通過(guò)凸輪上的角位移傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換和處理，并輸入計(jì)算機(jī)顯示出實(shí)測(cè)的凸輪角速度圖和角加速度線(xiàn)圖。通過(guò)分析比較，使學(xué)生了解機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對(duì)凸輪的速度波動(dòng)的影響。

2.推桿運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)測(cè)。通過(guò)數(shù)模計(jì)算得出推桿的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，作出推桿相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)角和速度線(xiàn)圖，加速度線(xiàn)圖。通過(guò)推桿上的位移傳感器，凸輪上的同步轉(zhuǎn)角傳感器和A/D轉(zhuǎn)換板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換和處理，輸入計(jì)算機(jī)，顯示出實(shí)測(cè)的推桿相對(duì)凸輪轉(zhuǎn)角的速度線(xiàn)圖和加速度線(xiàn)圖。通過(guò)分析比較，使學(xué)生了解機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及加工質(zhì)量對(duì)推桿的速度波動(dòng)的影響。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.打開(kāi)計(jì)算機(jī)，單擊“凸輪機(jī)構(gòu)”圖標(biāo)，進(jìn)入凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)測(cè)試設(shè)計(jì)仿真綜合試驗(yàn)臺(tái)軟件系統(tǒng)的封面。單擊左鍵，進(jìn)入盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示界面。

2.在盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示界面左下方單擊“盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)”鍵，進(jìn)入盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面。

3.在盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面的左下方單擊“凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”鍵，彈出凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)話(huà)框；輸入必要的原始參數(shù)，單擊“設(shè)計(jì)”鍵，彈出一個(gè)“選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律”對(duì)話(huà)框；選定推程和回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在該界面上，單擊“確定”鍵，返回凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)話(huà)框；待計(jì)算結(jié)果出來(lái)后，在該界面上，單擊“確定”鍵，計(jì)算機(jī)自動(dòng)將設(shè)計(jì)好的盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸填寫(xiě)在參數(shù)輸入界面的對(duì)應(yīng)的參數(shù)框內(nèi)。也可以自行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)的尺寸調(diào)整推桿偏距。

4.啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電動(dòng)機(jī)，待盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，測(cè)定電動(dòng)機(jī)的功率，填入?yún)?shù)輸入界面的對(duì)應(yīng)參數(shù)框內(nèi)。

5.在盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面左下方單擊選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（凸輪運(yùn)動(dòng)仿真，推桿運(yùn)動(dòng)仿真），進(jìn)入選定實(shí)驗(yàn)的界面。

6.在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的界面左下方單擊“仿真”，動(dòng)態(tài)顯示機(jī)構(gòu)即時(shí)位置和動(dòng)態(tài)的速度，加速度曲線(xiàn)圖。單擊“實(shí)測(cè)”，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，顯示實(shí)測(cè)的速度，加速度曲線(xiàn)圖。若動(dòng)態(tài)參數(shù)不滿(mǎn)足要求或速度波動(dòng)過(guò)大，有關(guān)實(shí)驗(yàn)界面均會(huì)彈出提示“不滿(mǎn)足！”及有關(guān)參數(shù)的修正值。

7.如果要打印仿真和實(shí)測(cè)的速度，加速度曲線(xiàn)圖，在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的界面下方單擊“打印”鍵，打印機(jī)自動(dòng)打印出仿真和實(shí)測(cè)的速度，加速度曲線(xiàn)圖。

8.如果要做其他實(shí)驗(yàn)，或動(dòng)態(tài)參數(shù)不滿(mǎn)足要求，在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的界面下方單擊“返回”，返回盤(pán)形（圓柱）凸輪機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入面，校對(duì)所有參數(shù)并修改有關(guān)參數(shù)，單擊選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鍵，進(jìn)入有關(guān)實(shí)驗(yàn)界面。以下步驟同前。

9.如果實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，學(xué)生通過(guò)本次機(jī)械原理綜合實(shí)驗(yàn)，以凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為載體，有效的將機(jī)械原理課程中凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)章節(jié)的內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)。在掌握常用的凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)了解凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)從動(dòng)件及凸輪速度波動(dòng)的影響規(guī)律。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手操作實(shí)踐可以系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的機(jī)械原理知識(shí)，開(kāi)拓學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和綜合創(chuàng)新能力，滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對(duì)綜合技能人才需求。

參考文獻(xiàn)：

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)械專(zhuān)業(yè)；分析力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；授課方法

中圖分類(lèi)號(hào)：O342 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）11-0174-02

一、分析力學(xué)課程特點(diǎn)和內(nèi)容

分析力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的一個(gè)分支，其嚴(yán)格定義目前尚未有一致性結(jié)論[1]。一般認(rèn)為分析力學(xué)是以廣義坐標(biāo)為手段，虛位移原理和動(dòng)力學(xué)普遍方程為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析的方法研究力學(xué)問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科[2]。1788年，拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版，標(biāo)志著分析力學(xué)的初步形成。之后在各國(guó)學(xué)者的推動(dòng)下，分析力學(xué)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并且有了更豐富的內(nèi)涵和外延。

分析力學(xué)學(xué)科具有以下特點(diǎn)：（1）以標(biāo)量的“能量”以及廣義坐標(biāo)、廣義力為中心；（2）不考慮理想約束力，因此比起牛頓力學(xué)，更適于處理約束系統(tǒng)；（3）高度數(shù)學(xué)化，有理論深度；（4）應(yīng)用廣泛，已超出經(jīng)典力學(xué)范疇。

分析力學(xué)學(xué)科包含如下內(nèi)容：拉格朗日力學(xué)、哈密頓力學(xué)、動(dòng)力學(xué)變分原理、微振動(dòng)理論、剛體動(dòng)力學(xué)、天體力學(xué)、穩(wěn)定性理論、Noether定理、Birkhoff系統(tǒng)、幾何力學(xué)等。其中，傳統(tǒng)工科分析力學(xué)的授課內(nèi)容一般為前三部分，而理科分析力學(xué)的內(nèi)容要更為廣泛一些。

二、機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)課程存在的問(wèn)題

對(duì)于機(jī)械專(zhuān)業(yè)來(lái)講，其研究對(duì)象為受約束的機(jī)構(gòu)，研究?jī)?nèi)容為機(jī)械振動(dòng)和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等。對(duì)于機(jī)械振動(dòng)，分析力學(xué)可使其建模方法更加規(guī)范化；對(duì)于機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，由于其存在大量的約束，采用分析力學(xué)方法建模更加便捷。因此，機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)課程的開(kāi)展是非常必要的。

目前對(duì)于機(jī)械專(zhuān)業(yè)的分析力學(xué)課程，還存在一些值得探討的問(wèn)題。首先，這門(mén)課程一般只作為選修課，課時(shí)有限，授課時(shí)必須有所取舍和側(cè)重；其次，工科學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)理科學(xué)生略顯薄弱，但課程中存在一些數(shù)學(xué)背景深厚的概念，因此需要在課程的嚴(yán)謹(jǐn)性和易懂性之間取得一定的平衡；最后，分析力學(xué)即使在力學(xué)課程中也是一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，因此在授課時(shí)應(yīng)注意將其知識(shí)與其他力學(xué)課程中的知識(shí)串聯(lián)在一起，而不是孤立地講授。

下文針對(duì)這些問(wèn)題，討論了機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)課程內(nèi)容的設(shè)置，并闡述了筆者在講解一些重要內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)時(shí)相比傳統(tǒng)的授課方法進(jìn)行的具體改進(jìn)。

三、機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置和講授方法

上文提到，機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域主要在結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，因此，課程的設(shè)置應(yīng)偏重于拉格朗日力學(xué)，尤其是第二類(lèi)拉格朗日方程。

（一）第一章 緒論

講述近代力學(xué)發(fā)展史、分析力學(xué)的大致定義、分析力學(xué)的特點(diǎn)。在近代力學(xué)發(fā)展史講授中，要突出分析力學(xué)尤其是拉格朗日力學(xué)的地位，提高學(xué)生對(duì)課程的重視性。講述分析力學(xué)特點(diǎn)時(shí)，要明確指出其最大特點(diǎn)是適合處理約束系統(tǒng)，以區(qū)別理論力學(xué)所學(xué)的知識(shí)。

（二）第二章 分析運(yùn)動(dòng)學(xué)

這部分屬于基礎(chǔ)知識(shí)，授課內(nèi)容靈活性不大，講授內(nèi)容包括：約束、等時(shí)變分、虛位移和自由度、廣義坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的分析法。

對(duì)于第一部分約束，筆者相比其他一些傳統(tǒng)教材，加入了判斷微分約束是否可積的方法。因?yàn)閷W(xué)生在接觸到微分約束不一定是非完整約束這個(gè)結(jié)論的時(shí)候，很自然地會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：究竟哪些微分約束才是可積的？該部分的內(nèi)容填補(bǔ)了這個(gè)空白。

第二部分內(nèi)容等時(shí)變分實(shí)際上在這里講授顯得較早，但是該部分內(nèi)容作為基礎(chǔ)，可以使得下一部分內(nèi)容虛位移中變分符號(hào)的出現(xiàn)不顯得太過(guò)突兀。另外通過(guò)學(xué)習(xí)變分的運(yùn)算法則，學(xué)生才能夠從坐標(biāo)的約束方程得到各虛位移之間的約束方程。

第三部分內(nèi)容與傳統(tǒng)授課相比，筆者主要針對(duì)自由度這個(gè)概念將學(xué)生所學(xué)知識(shí)橫向比較。對(duì)于自由度的概念，學(xué)生在許多課程中都有學(xué)習(xí)，但不同課程由于研究對(duì)象不同，對(duì)其定義也會(huì)有所偏差。例如，振動(dòng)力學(xué)由于不涉及非完整約束，就可以把自由度定義為描述系統(tǒng)位形的最少坐標(biāo)數(shù)。另外還要對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)，自由度數(shù)與所研究的問(wèn)題側(cè)重點(diǎn)有關(guān)，例如四連桿機(jī)構(gòu)有一個(gè)自由度，但如果考慮連桿的彈性振動(dòng)，則有無(wú)限個(gè)自由度。

第五部分內(nèi)容運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的分析法是大部分傳統(tǒng)教材所沒(méi)有的，內(nèi)容主要參考了教材[3]。通過(guò)學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容可以基于坐標(biāo)之間的關(guān)系得到速度之間的關(guān)系，避免了采用理論力學(xué)的基點(diǎn)法。這樣一來(lái)，即使學(xué)生理論力學(xué)基礎(chǔ)較差，也不會(huì)太過(guò)影響這門(mén)課程的學(xué)習(xí)。

（三）第三章分析靜力學(xué)

這部分內(nèi)容設(shè)置靈活性同樣不大，講授內(nèi)容包括：廣義力、虛位移原理、拉格朗日-狄里克雷定理。

第二部分虛位移原理的使用范圍本應(yīng)是“理想約束、雙面約束、實(shí)位移是虛位移中的一個(gè)”。但是學(xué)生對(duì)于“實(shí)位移是虛位移中的一個(gè)”這個(gè)表述一般不易理解。因此可以放寬為“理想約束、雙面約束、定常約束”，這樣并不影響學(xué)生應(yīng)用該原理。對(duì)于例題的設(shè)置，可以選用一些材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)求解梁支座約束力的題目，以體現(xiàn)分析力學(xué)的基礎(chǔ)性。

第三部分拉格朗日-狄里克雷定理是虛位移原理在保守系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。對(duì)于平衡穩(wěn)定性的概念，可以引入材料力學(xué)的壓桿穩(wěn)定性和流體力學(xué)中繞流物體的穩(wěn)定性進(jìn)行類(lèi)比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)具有普遍意義的概念。

（四）第四章分析動(dòng)力學(xué)

傳統(tǒng)分析動(dòng)力學(xué)需要講授哈密頓正則方程及相關(guān)概念，但是哈密頓正則方程主要優(yōu)勢(shì)在于研究物理領(lǐng)域，對(duì)于機(jī)械振動(dòng)和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，正則方程用處較小。而正則方程延伸出的諸多概念如正則變換、泊松括號(hào)等，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)太過(guò)抽象。因此筆者認(rèn)為機(jī)械專(zhuān)業(yè)可以不講授哈密頓正則方程相關(guān)內(nèi)容。因此這一章的講授內(nèi)容包括：動(dòng)力學(xué)普遍方程、第二類(lèi)拉格朗日方程、動(dòng)能的結(jié)構(gòu)、微振動(dòng)、初次積分、第一類(lèi)拉格朗日方程、Routh方程。

本章第二部分第二類(lèi)拉格朗日方程是分析力學(xué)課程最重要的內(nèi)容。第二類(lèi)拉格朗日方程的推導(dǎo)過(guò)程較為煩瑣，學(xué)生會(huì)感到枯燥，但仍然不可或缺。因?yàn)檫@部分公式的推導(dǎo)為接下來(lái)的內(nèi)容如動(dòng)能的結(jié)構(gòu)、初次積分等打下了基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力也是一個(gè)提升。在例題方面，筆者建議設(shè)置一些電路系統(tǒng)和機(jī)電耦合系統(tǒng)，這樣可以使學(xué)生意識(shí)到該方程的普適性。另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，常犯的一類(lèi)錯(cuò)誤就是眼高手低，尤其是求導(dǎo)、正負(fù)號(hào)等很容易出錯(cuò)。因此一定要讓學(xué)生獨(dú)立完成一定量的課堂練習(xí)。

第三部分內(nèi)容動(dòng)能的結(jié)構(gòu)雖然略顯抽象，但考慮到旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)是機(jī)械領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，仍然有必要進(jìn)行講授。這部分內(nèi)容也為第四和第五部分內(nèi)容打下了基礎(chǔ)。

第四部分內(nèi)容微振動(dòng)主要講授如何得到非線(xiàn)性振動(dòng)的線(xiàn)性化方程。筆者發(fā)現(xiàn)在許多工科的振動(dòng)力學(xué)教材中，雖然都提到了把動(dòng)能寫(xiě)成速度的二次型，勢(shì)能展開(kāi)為坐標(biāo)的二次型，就可以得到線(xiàn)性化的振動(dòng)方程，但并沒(méi)有給出一種規(guī)范的方法，因此添加了這部分內(nèi)容。這部分內(nèi)容主要參考了理科教材[4]。

第五部分內(nèi)容是分析力學(xué)求解動(dòng)力學(xué)方程的古典方法。雖然目前求解動(dòng)力學(xué)方程往往采用數(shù)值方法，但并不代表該部分內(nèi)容就不重要了，因?yàn)槌醮畏e分代表系統(tǒng)存在守恒量，在一些特殊條件下代表具體的力學(xué)量的守恒，如能量守恒、角動(dòng)量守恒等，具有明確的物理意義，而不僅僅是數(shù)學(xué)上的抽象概念。另外需要對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)初次積分和約束的區(qū)別，雖然形式相似，但前者是由動(dòng)力學(xué)方程得到的，而后者是純粹的運(yùn)動(dòng)學(xué)概念。

（四）第五章動(dòng)力學(xué)變分原理

動(dòng)力學(xué)存在多種形式的變分原理，筆者在授課時(shí)只選擇了工程中常用的兩個(gè)變分原理，一是高斯最小拘束原理，二是哈密頓原理。前者在機(jī)構(gòu)分析中應(yīng)用較多，而后者在彈性振動(dòng)中應(yīng)用廣泛。這一章的講授內(nèi)容包括：高斯原理、泛函與變分法、哈密頓原理。

第二部分泛函與變分法的講授主要是為哈密頓原理打基礎(chǔ)。雖然學(xué)生只需記住公式便可運(yùn)用哈密頓原理，但實(shí)際上對(duì)于接觸最多的有限自由度系統(tǒng)，直接使用第二類(lèi)拉格朗日方程會(huì)比哈密頓原理方便得多，因此哈密頓原理主要是講述一種思想而非具體方法，所以一定要講授泛函和變分法的概念。對(duì)于哈密頓原理，其泛函的宗量較為抽象，可以引入簡(jiǎn)支梁的應(yīng)變能（宗量為撓度）作為類(lèi)比，便于學(xué)生理解。

第三部分的哈密頓原理與第二類(lèi)拉格朗日方程等價(jià)，但使用起來(lái)需要分部積分，沒(méi)有直接采用后者方便，學(xué)生往往會(huì)有一種印象，認(rèn)為哈密頓原理用處不大。因此筆者授課時(shí)引入了簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)方程作為例題，雖然推導(dǎo)過(guò)程比較煩瑣，但可以使學(xué)生了解到，哈密頓原理可以處理第二類(lèi)拉格朗日方程不能處理的問(wèn)題，而不僅僅是數(shù)學(xué)形式上更簡(jiǎn)潔。

四、結(jié)論

分析力學(xué)作為一門(mén)古老的學(xué)科，內(nèi)涵外延非常豐富，針對(duì)不同本科專(zhuān)業(yè)的授課內(nèi)容應(yīng)具有不同的側(cè)重點(diǎn)，授課方式也應(yīng)有所不同。本文針對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)分析力學(xué)課程存在的一些問(wèn)題，闡述了教學(xué)內(nèi)容和方法上的具體改進(jìn)。在教學(xué)內(nèi)容中，充分考慮機(jī)械專(zhuān)業(yè)工科特點(diǎn)，刪減了一些偏理科專(zhuān)業(yè)的內(nèi)容。在教學(xué)方法上，一方面注重與其他課程的聯(lián)系，突出分析力學(xué)的基礎(chǔ)性。另一方面兼顧了課程的嚴(yán)謹(jǐn)性和學(xué)生的理解能力。實(shí)踐證明收到了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅鳳翔.分析力學(xué)的定義和內(nèi)容――分析力學(xué)札記之二十五[J].力學(xué)與實(shí)踐，2015，37（2）：238-242.

[2]力學(xué)詞典編輯部.力學(xué)詞典[M].北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社，1990.

篇3

關(guān)鍵詞：礦物加工機(jī)械；三維模型圖；輔助教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：王新文（1961-），男，河北唐山人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，副教授；孫海洋（1988-），男，河南禹州人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院碩士研究生。（北京 100083）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）02-0139-02

“礦物加工機(jī)械”是礦物加工專(zhuān)業(yè)的必修課，內(nèi)容主要是礦物加工過(guò)程涉及的機(jī)械設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論，這些機(jī)械設(shè)備是礦物加工過(guò)程中礦物的載體，對(duì)其加工產(chǎn)品的質(zhì)和量有著非常重要的影響。

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，作為我國(guó)第一大能源，煤炭的消耗量大幅增加，選煤行業(yè)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，大型選煤廠不斷出現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)選煤設(shè)備遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求，不得不從國(guó)外進(jìn)口大型、可靠、高性能設(shè)備。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）的教材來(lái)不及更新和充實(shí)，這方面內(nèi)容相對(duì)落后。

再者，隨著我現(xiàn)代化企業(yè)的建立，安全生產(chǎn)和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，選煤廠的安全防護(hù)和防塵等級(jí)不斷提高，有關(guān)措施得到有效落實(shí)，運(yùn)動(dòng)部件都安裝了安全防護(hù)罩，物料的轉(zhuǎn)接點(diǎn)等起塵處都裝有防塵密封或集塵罩，學(xué)生參觀實(shí)習(xí)只是表觀印象，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)模糊不清，近些年，學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)收獲有下降的趨勢(shì)。[1，2]

為了確保學(xué)生掌握礦物加工機(jī)械的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和新設(shè)備、新技術(shù)，在教學(xué)中，采用SolidWorks軟件，將多種設(shè)備繪制成三維模型，采用動(dòng)畫(huà)演示和模擬等輔助教學(xué)手段，收到了很好的效果。

一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多視角展示

礦物加工機(jī)械的學(xué)習(xí)，主要是三個(gè)方面的內(nèi)容：一是設(shè)備的用途，二是設(shè)備的結(jié)構(gòu)，三是設(shè)備的工作原理和相關(guān)理論。以前的教學(xué)主要以口述、文字、平面視圖和視頻資料等方式來(lái)授課，要搞清楚設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系，只能靠復(fù)雜的平面視圖反復(fù)研究。在有限的課時(shí)內(nèi)教師很難講明白，學(xué)生也很難聽(tīng)明白，這一點(diǎn)師生們都深有體會(huì)。

由于立體模型圖具有的直觀實(shí)體特性，適合于不同層次的人群之間相互交流，所以，越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。[3]對(duì)于機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)授課來(lái)說(shuō)，教師演示學(xué)生觀看，幾乎不要求學(xué)生機(jī)械（工程）平面制圖的視圖功底，人人都能看懂。利用3600旋轉(zhuǎn)模型圖，比在車(chē)間內(nèi)用吊車(chē)翻轉(zhuǎn)觀看還隨意、快速，彌補(bǔ)了學(xué)生在選煤廠只能看到設(shè)備的上部外觀，不能看到設(shè)備底面的不足；無(wú)論在選煤廠還是設(shè)備制造廠，設(shè)備是不可能切開(kāi)觀看的，利用三維模型教學(xué)，可以任意處剖分視圖，顯示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，零部件之間的配合關(guān)系一目了然；學(xué)生自己動(dòng)手“拆裝設(shè)備”，在選煤廠，設(shè)備是不會(huì)讓學(xué)生拆裝的，即使在制造廠的裝配車(chē)間，設(shè)備的裝配是既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的過(guò)程，不可能裝完拆，拆完再裝。利用三維模型圖，可以反復(fù)進(jìn)行零部件的拆裝和配合演示，具有省時(shí)省力、多視角和重復(fù)性觀看等優(yōu)點(diǎn)，能夠加深學(xué)生對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的印象，給學(xué)生認(rèn)識(shí)設(shè)備的原理和理論打下堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

二、機(jī)械傳動(dòng)的模塊動(dòng)畫(huà)演示

礦物加工機(jī)械中，有些設(shè)備的部件傳動(dòng)原理比較復(fù)雜，教師不易講清楚，學(xué)生也難以理解。例如，煤泥脫水設(shè)備的刮刀離心機(jī)，其關(guān)鍵傳動(dòng)部件是擺線(xiàn)差速器，利用該差速器分別帶動(dòng)篩籃和螺旋刮刀，把篩籃中的已脫水的煤炭輸送出來(lái)。但是，學(xué)生的基礎(chǔ)課中沒(méi)有接觸過(guò)差速器的概念，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用周轉(zhuǎn)輪系講解差速器。周轉(zhuǎn)輪系是機(jī)械原理中比較復(fù)雜的部分，礦物加工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一般不講。所以，學(xué)生中能夠聽(tīng)懂的寥寥無(wú)幾，大部分學(xué)生反應(yīng)似懂非懂，理解起來(lái)非常抽象，完全理解差速器的計(jì)算公式更無(wú)從談起。多年來(lái)，一直在尋找一種讓學(xué)生容易理解的教學(xué)方法。

將擺線(xiàn)差速器繪制成三維實(shí)體模塊圖，剖分其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用軟件功能將針齒與擺線(xiàn)配合，給輸入軸和殼體施加不同轉(zhuǎn)速，學(xué)生不僅能夠觀察到針齒和擺線(xiàn)的嚙合運(yùn)動(dòng)，還能觀察到殼體、輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，并與針齒齒數(shù)聯(lián)系起來(lái)，很容易理解差速比的計(jì)算公式。利用差速器傳動(dòng)模塊的演示，使抽象公式變成了具體的運(yùn)動(dòng)，不僅幫助學(xué)生理解差速原理及公式，而且對(duì)加強(qiáng)知識(shí)的記憶有很強(qiáng)的感官刺激。

三、力學(xué)模型的振動(dòng)模擬

振動(dòng)機(jī)械在礦物加工機(jī)械中舉足輕重，有很多作業(yè)是在振動(dòng)床面上完成的。人們普遍認(rèn)為，振動(dòng)設(shè)備無(wú)論是設(shè)計(jì)、制造和振動(dòng)理論都比較復(fù)雜，學(xué)生應(yīng)該掌握以下幾個(gè)方面的重要知識(shí)點(diǎn)：

第一，振動(dòng)利用與隔離振動(dòng)的矛盾統(tǒng)一。在工程實(shí)際中，一方面要利用振動(dòng)來(lái)完成某種作業(yè)，另一方面振動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)和附近人們生活會(huì)帶來(lái)不利，應(yīng)使振動(dòng)對(duì)外傳遞盡量小，必須采取隔離的方式。在實(shí)際工作中，振動(dòng)與隔振是對(duì)立統(tǒng)一、相互并存的一對(duì)矛盾，振動(dòng)機(jī)械的利用就是要解決這一矛盾。

第二，搞清內(nèi)部結(jié)構(gòu)聯(lián)系，找出彈性元件和質(zhì)量歸屬范圍，建立正確的力學(xué)模型。振動(dòng)設(shè)備的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)是力學(xué)模型的建立，而力學(xué)模型的建立必須搞清設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理順各個(gè)零部件之間的關(guān)系，找出彈性元件并以此劃分質(zhì)量歸屬范圍，確定振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)體數(shù)量。

第三，模擬設(shè)備振動(dòng)的幅度，為實(shí)際工程作業(yè)服務(wù)。振動(dòng)幅度的大小是振動(dòng)設(shè)備最重要的指標(biāo)之一，直接影響振動(dòng)床上物料的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而決定產(chǎn)品的質(zhì)和量，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。例如，工程中廣泛應(yīng)用的振動(dòng)篩，振幅太小物料活躍程度不夠，就不能完成好篩分作業(yè)，振幅太大物料跳躍過(guò)高過(guò)遠(yuǎn)，也會(huì)使篩分質(zhì)量惡化，過(guò)大的振幅有時(shí)會(huì)使振動(dòng)篩造成嚴(yán)重破壞，致使篩分作業(yè)不能進(jìn)行。所以，合理利用振動(dòng)篩的振幅，使其既能滿(mǎn)足作業(yè)要求，又能可靠地運(yùn)行是非常必要的。

在課堂上，利用已建立的力學(xué)模型——彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，在質(zhì)量塊上施加正弦激振力，該質(zhì)量塊就會(huì)振動(dòng)起來(lái)，并可觀測(cè)到振動(dòng)幅度的大??；激振力大小不變，改變激勵(lì)頻率時(shí)，振幅會(huì)隨之而變化，使同學(xué)們清楚地看到近共振、共振和遠(yuǎn)共振的振動(dòng)情形。這樣再講解振動(dòng)的幅頻特性曲線(xiàn)，學(xué)生就能夠深刻領(lǐng)會(huì)其物理含義。

四、課堂上模擬拉力試驗(yàn)機(jī)

有些機(jī)械設(shè)備常常要進(jìn)行薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度校核，以確定設(shè)備運(yùn)行是否安全可靠。例如，刮板輸送機(jī)是用于煤炭的運(yùn)輸設(shè)備，其薄弱環(huán)節(jié)是圓環(huán)鏈，為了防止斷鏈造成事故，必須對(duì)刮板鏈的強(qiáng)度進(jìn)行演算，常規(guī)的校核方法是：計(jì)算鏈條的運(yùn)行阻力，確定最大張力點(diǎn)，計(jì)算圓環(huán)鏈的破斷力是最大張力的多少倍——安全系數(shù)。當(dāng)安全系數(shù)大于3時(shí)，即為可靠。學(xué)生對(duì)鏈輪輪齒和圓環(huán)鏈哪個(gè)相對(duì)更薄弱？為什么不驗(yàn)算鏈輪的輪齒的強(qiáng)度？安全系數(shù)大于3時(shí)，鏈條的安全程度又如何？學(xué)生理解起來(lái)感覺(jué)是表面，沒(méi)有從根本上理解。

建立了刮板輸送機(jī)的三維立體模型后，將鏈條和鏈輪配合，尾輪約束固定，頭輪由小到大施加扭矩，可以看出，鏈條的應(yīng)力比鏈輪輪齒的應(yīng)力大的多，進(jìn)一步增加扭矩，會(huì)發(fā)現(xiàn)鏈條首先達(dá)到強(qiáng)度極限。因此，學(xué)生清楚地看到鏈條是該運(yùn)輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，這就是只校核鏈條強(qiáng)度的理由。

另一方面，將鏈條的一端固定，在另一端由小到大施加拉力，當(dāng)鏈條應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，該拉力即為鏈條的破斷拉力，這樣學(xué)生們?cè)谡n堂上就進(jìn)行了在拉力試驗(yàn)機(jī)上的實(shí)驗(yàn)，對(duì)圓環(huán)鏈的破斷力以及圓環(huán)的那個(gè)部位應(yīng)力最大有了具體認(rèn)識(shí)和深刻印象。

將鏈條的實(shí)際拉力降低到破斷力的1/3以下，同學(xué)們看到了實(shí)際鏈條應(yīng)力的大小變化，使學(xué)生對(duì)安全系數(shù)的理解，經(jīng)過(guò)了從抽象到具體、從感性到理性的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

五、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在學(xué)習(xí)中提高建模和運(yùn)算能力

現(xiàn)代大學(xué)生愿意和容易接受新事物，尤其是計(jì)算機(jī)方面的新知識(shí)，具有強(qiáng)烈的渴望和求知欲，并有著獨(dú)特的敏感和接納意識(shí)。課堂上以三維立體模型教學(xué)，形式生動(dòng)新穎，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，組織學(xué)生利用課余時(shí)間，學(xué)習(xí)、交流和提高三維建模及利用開(kāi)發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)繪圖的時(shí)代意識(shí)，為以后實(shí)際工作打下一定的新時(shí)代技術(shù)基礎(chǔ)。

第一，根據(jù)學(xué)生的愛(ài)好，聯(lián)系礦物加工實(shí)際，組織建模比賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用SolidWorks、UG等三維制圖軟件，制作專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)模型，在比賽中，交流學(xué)習(xí)心得體會(huì)，互幫互學(xué)，學(xué)生們?cè)谕瓿稍O(shè)計(jì)目標(biāo)的同時(shí)，又鍛煉了自己的制圖技能。

第二，利用軟件模擬功能，培養(yǎng)學(xué)生模擬創(chuàng)新意識(shí)。現(xiàn)代大學(xué)生，思維活躍、敏捷、寬闊，有很強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)，利用三維制圖技術(shù)，建立創(chuàng)新性模型，可進(jìn)行反復(fù)修改優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)模擬，學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)得以實(shí)現(xiàn)，不僅省時(shí)省力，還節(jié)省創(chuàng)新成本。

第三，以模型作為媒介，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)相互交流。礦物加工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，比起機(jī)械類(lèi)學(xué)科的學(xué)生，平面制圖和視圖基礎(chǔ)較差，與工廠技術(shù)人員用平面視圖的交流，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)工程語(yǔ)言偏差，導(dǎo)致制造出的產(chǎn)品與本人設(shè)計(jì)思想不一致的情況?，F(xiàn)在，學(xué)生首先用三維模型進(jìn)行交流，再由立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，就避免了工程語(yǔ)言的交流錯(cuò)誤，準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。

六、總結(jié)

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)繪圖的普及和發(fā)展，課堂教學(xué)手段和方式也要與時(shí)俱進(jìn)。作為教學(xué)手段的補(bǔ)充，“礦物加工機(jī)械”采用了三維模型及動(dòng)畫(huà)模擬輔助教學(xué)，使學(xué)生能夠多視角觀看設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系、動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和實(shí)時(shí)模擬零部件的力學(xué)特性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程有關(guān)設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論均有很大幫助，深受廣大師生的歡迎。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒光華，張鳳巖，劉開(kāi)南.影響高校畢業(yè)實(shí)習(xí)質(zhì)量的問(wèn)題分析及相應(yīng)對(duì)策探討[J].煤炭高等教育，2009，（4）.

篇4

關(guān)鍵詞：卓越教育；機(jī)械原理；機(jī)械設(shè)計(jì)；精品課程；課程改革

作者簡(jiǎn)介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授。（江蘇 常州 213022）

基金項(xiàng)目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項(xiàng)課題（課題編號(hào)：2013JSJG121）、面向“卓越計(jì)劃“的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究和實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：XZX/13A001-25）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）05-0067-03

我國(guó)提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”）旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才。河海大學(xué)是首批卓越計(jì)劃的試點(diǎn)高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點(diǎn)高校，目前國(guó)內(nèi)各高校在機(jī)械原理和設(shè)計(jì)課程上主要從課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、課程的配套教材、課程的師資隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)管理等方面進(jìn)行努力和嘗試，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。[1]國(guó)外和國(guó)內(nèi)“卓越計(jì)劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)自2000年起，經(jīng)過(guò)四年的探索研究后提出的，是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。

機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)是以高等數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、理論力學(xué)、普通物理、材料力學(xué)和工程材料等先修課程為基礎(chǔ)的，并為學(xué)習(xí)有關(guān)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程奠定必要基礎(chǔ)的一門(mén)課程。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能；初步具有擬定機(jī)械系統(tǒng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力；掌握通用機(jī)械零、部件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有設(shè)計(jì)通用機(jī)械零件和簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置的能力；具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過(guò)渡到結(jié)合工程實(shí)際的設(shè)計(jì)性課程，從基礎(chǔ)課程過(guò)渡到專(zhuān)業(yè)課程的承先啟后的橋梁作用。機(jī)械原理及設(shè)計(jì)課程理論性較強(qiáng)和實(shí)踐結(jié)合緊密，且各章節(jié)相對(duì)較獨(dú)立，內(nèi)容多，因此在其教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重貫徹少而精原則，不強(qiáng)調(diào)面面俱到，知識(shí)點(diǎn)要突出，適當(dāng)增加寬廣度，注重機(jī)械發(fā)展的新概念和新方向。

國(guó)家提倡的精品課程建設(shè)是以一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等為特點(diǎn)的示范性課程。面向卓越工程師的機(jī)械原理及設(shè)計(jì)精品課程建設(shè)的目的是針對(duì)卓越教育的特點(diǎn)，從教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革、先進(jìn)的教學(xué)方法和手段、教材建設(shè)、理論與實(shí)踐結(jié)合、課程建設(shè)全面規(guī)劃等方面進(jìn)行努力和發(fā)展，使卓越教育的機(jī)械原理課程教育教學(xué)在各方面符合國(guó)家示范性課程的要求。[3]

一、課程建設(shè)方法

根據(jù)精品課程建設(shè)的要求，并結(jié)合河海大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）自身的發(fā)展和基礎(chǔ)條件，從以下幾個(gè)角度進(jìn)行了相關(guān)工作：

1.面向工程應(yīng)用的課程設(shè)置

機(jī)械原理及設(shè)計(jì)是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎(chǔ)課過(guò)渡到專(zhuān)業(yè)課、從理論性分析為主過(guò)渡到工程實(shí)踐為主的一門(mén)課程。該課程是學(xué)生接觸工程化的第一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，因此如何深化工程化的概念對(duì)于機(jī)械原理的教學(xué)十分重要。

隨著各高校的擴(kuò)招，年輕教師的數(shù)量越來(lái)越多，而且具有博、碩士學(xué)位的比例越來(lái)越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學(xué)校到學(xué)校，缺少工程經(jīng)驗(yàn)；企業(yè)導(dǎo)師具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但在理論高度和課程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的師資隊(duì)伍建設(shè)成為時(shí)展的需求。結(jié)合國(guó)家級(jí)“河海大學(xué)—寶菱重工卓越工程實(shí)踐中心”的建設(shè)，為增加年輕教師的工程實(shí)踐經(jīng)歷，在學(xué)生進(jìn)駐企業(yè)的同時(shí)，各專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師需要全程陪同，參與到企業(yè)的實(shí)踐項(xiàng)目建設(shè)中。建立企業(yè)內(nèi)實(shí)踐的各學(xué)習(xí)模塊，為各模塊配備校內(nèi)教師和企業(yè)導(dǎo)師，采用雙導(dǎo)師制，企業(yè)導(dǎo)師負(fù)責(zé)實(shí)踐教育，校內(nèi)教師負(fù)責(zé)理論教育，相互學(xué)習(xí)，既提高了校內(nèi)教師的實(shí)踐能力，也為企業(yè)帶來(lái)了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學(xué)時(shí)課程中工程應(yīng)用的比例，進(jìn)一步借鑒了蚌埠學(xué)院的相關(guān)做法：[4]優(yōu)先引進(jìn)同時(shí)具有高學(xué)歷和工程實(shí)踐背景的師資人才，聘請(qǐng)企業(yè)內(nèi)高級(jí)技術(shù)人員做校外兼職導(dǎo)師；集合學(xué)院乃至校區(qū)的力量，積極參與常州市及周邊地區(qū)的建設(shè)，增強(qiáng)校企聯(lián)合；鼓勵(lì)專(zhuān)利、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合和技術(shù)服務(wù)，而不僅僅是理論研究和科技論文。

2.課程實(shí)施條件

在課程建設(shè)的具體實(shí)施過(guò)程中，主要從教師隊(duì)伍建設(shè)、教材規(guī)劃、教學(xué)條件保障等方面入手。

（1）主講教師：從機(jī)械原理及設(shè)計(jì)的教學(xué)人員構(gòu)成來(lái)看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學(xué)歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結(jié)構(gòu)合理、年富力強(qiáng)，形成了一個(gè)教師梯隊(duì)。課程的主講教師在本科教育教學(xué)、教改研究等方面具有十分豐富的經(jīng)驗(yàn)。為了提高教育教學(xué)效果，全體任課教師定期召開(kāi)教學(xué)例會(huì)、集中備課、針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理和分析，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

（2）教材規(guī)劃：理論課教學(xué)選用了由東南大學(xué)出版、吳克堅(jiān)編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材。該書(shū)是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果，是面向21世紀(jì)課程和普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。該教材以機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線(xiàn)，將機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行有效的整合。精品課程建設(shè)中，教材規(guī)劃參考天水師范學(xué)院的立體化教材建設(shè)方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書(shū)、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書(shū)、電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)課程、試題庫(kù)等。該教材的建設(shè)與機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容、改革體系相結(jié)合，電子教案和課件能夠及時(shí)反映教學(xué)改革的要求，網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)促進(jìn)教學(xué)改革的嘗試，逐步提高機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)水平。

（3）教學(xué)保障：卓越機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)的教育依托于本科教學(xué)平臺(tái)，能夠充分保障課程教學(xué)的教學(xué)要求。20多年來(lái)，學(xué)校不斷加大投資力度，完善建設(shè)，學(xué)院的教學(xué)設(shè)備先進(jìn)、設(shè)施齊全。學(xué)院設(shè)有本科教學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、河海大學(xué)常州校區(qū)工程訓(xùn)練中心、機(jī)械基礎(chǔ)省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，其中省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在2007年立項(xiàng)建設(shè)，2010年順利通過(guò)江蘇省驗(yàn)收；專(zhuān)用與通用儀器和設(shè)備價(jià)值達(dá)2000余萬(wàn)元；學(xué)院實(shí)驗(yàn)室占地4000余平方米，擁有實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器1200余臺(tái)套。目前實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程主要包括：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪、齒輪參數(shù)測(cè)量和范成、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車(chē)拆裝等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)拼接和機(jī)構(gòu)組合實(shí)驗(yàn)等多個(gè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠加深對(duì)課程內(nèi)容的理解和把握；通過(guò)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以進(jìn)一步提供學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。除了校內(nèi)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，還依托“河海大學(xué)—寶菱重工卓越工程實(shí)踐中心”，對(duì)企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備、設(shè)計(jì)、工藝和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤學(xué)習(xí)，讓學(xué)生深入到車(chē)間生產(chǎn)一線(xiàn)，切身體會(huì)和了解企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)流程，為更好地適應(yīng)企業(yè)環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。

（4）網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)：為了提供一個(gè)自主的學(xué)習(xí)平臺(tái)，提高教師對(duì)學(xué)生的教學(xué)管理能力，增強(qiáng)學(xué)生全方位的素質(zhì)，完善了網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式。[6]我校機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)的精品課程網(wǎng)站內(nèi)容（圖1）主要包括課程簡(jiǎn)介、教學(xué)管理、教師隊(duì)伍介紹、教學(xué)資源等。其中教學(xué)資源主要包括助學(xué)式課件、思考題、練習(xí)題、習(xí)題答案、課程重點(diǎn)及難點(diǎn)解析等。網(wǎng)站中設(shè)有留言信箱，方便同學(xué)對(duì)于課程的疑問(wèn)和問(wèn)題能夠及時(shí)與老師溝通、聯(lián)系。

3.課程評(píng)價(jià)體系

課程評(píng)價(jià)圍繞課程培養(yǎng)目標(biāo)，不僅要評(píng)價(jià)學(xué)生掌握的知識(shí)與技能，而且還要評(píng)價(jià)學(xué)生課堂的表現(xiàn)、出勤率和學(xué)習(xí)過(guò)程。評(píng)價(jià)時(shí)以課程考試為主要的評(píng)價(jià)方式，并輔助以課堂表現(xiàn)和出勤率等，力求評(píng)價(jià)方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學(xué)生對(duì)課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業(yè)、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)、小測(cè)驗(yàn)、考試等進(jìn)行考核，表1所示為根據(jù)我校卓越教育的特點(diǎn)采用的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和比例。多樣化的考核方式使學(xué)生必須注重平時(shí)的學(xué)習(xí)積累，不能通過(guò)突擊的方式完成課程考試，學(xué)生有了積極學(xué)習(xí)的壓力和動(dòng)力，更能均衡地反映學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際水平和學(xué)習(xí)效果，符合正態(tài)分布。

表1 多樣化的考核方法

考核項(xiàng)目

作業(yè) 實(shí)驗(yàn) 隨堂測(cè)驗(yàn) 企業(yè)實(shí)踐 期末測(cè)試

20% 15% 20% 15% 30%

4.課程改革與創(chuàng)新

機(jī)械原理及設(shè)計(jì)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和可動(dòng)性的特點(diǎn)。即課程研究的所有問(wèn)題都來(lái)源于生產(chǎn)和生活中實(shí)際的機(jī)構(gòu)與機(jī)器。因此學(xué)習(xí)方法要注意課程的特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中尤其應(yīng)注意理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的相結(jié)合、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與具體實(shí)物的結(jié)合、機(jī)構(gòu)的靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合、形象思維與邏輯思維相結(jié)合，將理論分析內(nèi)容和工程軟件的應(yīng)用相結(jié)合。

機(jī)械原理及設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)、教學(xué)方法與手段等方面力求創(chuàng)新改革，探索適合卓越計(jì)劃學(xué)生學(xué)習(xí)的課程體系和教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新思維和獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（1）教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新：針對(duì)卓越計(jì)劃教育中學(xué)生的理論學(xué)習(xí)時(shí)間壓縮而需要提高實(shí)際應(yīng)用能力的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和需求，在機(jī)械原理及機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)中的主要內(nèi)容為：機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案選型設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與尺寸綜合、機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)、常用零部件的選擇、常用機(jī)構(gòu)選擇及設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。此外還要重視介紹學(xué)科發(fā)展的新動(dòng)態(tài)、新方向、新內(nèi)容，注重激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生了解更多更新的理論、技術(shù)與方法。實(shí)踐教學(xué)方面主要包括小項(xiàng)目和專(zhuān)題、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、課外創(chuàng)新等。[7]近年來(lái)國(guó)家以及江蘇省組織了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、機(jī)械創(chuàng)新大賽等，在創(chuàng)新競(jìng)賽的過(guò)程中提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生得到了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，開(kāi)闊了眼界。

（2）教學(xué)方法的創(chuàng)新：機(jī)械原理及設(shè)計(jì)教學(xué)方法配合教學(xué)內(nèi)容的改革，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，將以教師為主的‘灌輸式’教學(xué)向以啟發(fā)式、問(wèn)題式、討論式教學(xué)為主的新的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，真正成為教學(xué)活動(dòng)的主體。

鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用成熟的工程軟件進(jìn)行相關(guān)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)中。例如在原理部分章節(jié)中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來(lái)分析和設(shè)計(jì)，既可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。在解析法中可以結(jié)合matlab軟件教學(xué)，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫(kù)函數(shù)、編程簡(jiǎn)單、可視化功能強(qiáng)，又可以采用simulink和simMechanics進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，各桿件長(zhǎng)度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運(yùn)動(dòng)角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線(xiàn)。零件的強(qiáng)度分析是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容，應(yīng)用有限元軟件可以得到非常直觀的應(yīng)力及位移圖形。[9]如圖3所示為應(yīng)用ANSYS 13.0對(duì)某齒輪進(jìn)行強(qiáng)度分析的應(yīng)力和位移圖，其中齒輪模數(shù)mn為2mm，齒數(shù)z為24，螺旋角β為10°，材料45鋼，在輪齒上受到20Mpa的力。對(duì)于這類(lèi)專(zhuān)業(yè)軟件有時(shí)學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，耗時(shí)間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進(jìn)行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結(jié)果上有一定的差異，但對(duì)于受力的整體變形趨勢(shì)的分析仍然有很大的參考價(jià)值。

（3）教學(xué)手段的創(chuàng)新：在教學(xué)手段上，著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)，突出課程重點(diǎn)，有效分析課程難點(diǎn)，課堂教學(xué)過(guò)程能夠吸引學(xué)生的注意力，注重學(xué)生的參與，啟發(fā)學(xué)生的思考和聯(lián)想，加深學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論的理解。培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)應(yīng)用課程所學(xué)內(nèi)容，鍛煉其獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)方法得當(dāng)，充分利用多媒體教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性?xún)?nèi)容外，還要包括自制的動(dòng)畫(huà)課件和機(jī)械相關(guān)的視頻信息，如企業(yè)內(nèi)各種設(shè)備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機(jī)械原理及設(shè)計(jì)課程中有關(guān)結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、常用零部件選型、強(qiáng)度分析和計(jì)算等方面的教學(xué)還應(yīng)該注意多媒體和板書(shū)的綜合利用。

二、總結(jié)歸納

機(jī)械原理及設(shè)計(jì)課程在“卓越計(jì)劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強(qiáng)卓越班級(jí)機(jī)械原理及設(shè)計(jì)的精品課程建設(shè)具有非常重要的意義和作用。在課程建設(shè)過(guò)程中，從面向工程化、保證課程實(shí)施、課程評(píng)價(jià)體系以及課程改革和創(chuàng)新等方面采取不同的措施和方法，可進(jìn)一步提高卓越計(jì)劃的教育教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠牢固掌握機(jī)械原理及設(shè)計(jì)中的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和內(nèi)容，為機(jī)械類(lèi)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

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篇5

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理 平面機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TH112.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（c）-0238-02

《機(jī)械原理》是機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)中研究機(jī)械共性的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。它的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握各種基本機(jī)構(gòu)及由其所組成的機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、分析和設(shè)計(jì)方法，并具備進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的初步能力。它的知識(shí)結(jié)構(gòu)承前啟后，是學(xué)習(xí)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)。在《機(jī)械原理》教學(xué)中，平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是必不可少的教學(xué)內(nèi)容，無(wú)論是設(shè)計(jì)新機(jī)械還是對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，都要用到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析知識(shí)。而平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析中的矢量方程圖解法是運(yùn)動(dòng)分析教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容。在多年的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)通用的《機(jī)械原理》教材中對(duì)矢量方程圖解法的一些說(shuō)法有語(yǔ)焉不詳或不準(zhǔn)確的地方，現(xiàn)提出問(wèn)題的所在并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、更正和解法補(bǔ)充，與大家探討。

1 矢量方程圖解法的基本原理和作法

矢量方程圖解法是平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的一種常用方法，可同時(shí)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的速度、加速度分析，其基本原理是理論力學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論：“剛體的平面運(yùn)動(dòng)是隨基點(diǎn)的牽連運(yùn)動(dòng)和繞基點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成”及“重合點(diǎn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是牽連運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成”。

在用矢量方程圖解法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度和加速度分析時(shí)，首先是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，建立點(diǎn)與點(diǎn)之間的速度和加速度矢量方程，然后根據(jù)矢量方程圖解條件作圖求解，按比例繪出機(jī)構(gòu)的速度多邊形和加速度多邊形，求得未知的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析可為分兩種情況：

1）同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間速度及加速度的關(guān)系；

2）兩構(gòu)件重合點(diǎn)間的速度和加速度的關(guān)系。

2 引例及其傳統(tǒng)的求解方法

在圖1（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，設(shè)已知各構(gòu)件尺寸和原動(dòng)件1以角速度ω1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)已知。如果要求B點(diǎn)的速度，分析可知，其屬于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的第一種情況，即同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度關(guān)系。由剛體平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)合成原理可知，連桿2上任一點(diǎn)（如點(diǎn)B）的運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為是隨基點(diǎn)A的平動(dòng)（牽連平動(dòng)）和繞基點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)（相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的合成，故點(diǎn)B的速度為

上式為一矢量方程，只有vB及vBA的大小兩個(gè)未知量，故可根據(jù)該式作矢量多邊形求解。為此，選定速度比例尺μv（m?s-1/mm），并任選點(diǎn)p作為起始點(diǎn)（代表機(jī)構(gòu)中絕對(duì)速度為零的點(diǎn)），作矢量線(xiàn)pa表示vA（圖5-5（b）），過(guò)點(diǎn)a作直線(xiàn)ab代表vBA的方向線(xiàn)，與代表vB的方向線(xiàn)的直線(xiàn)pb交于點(diǎn)b，則pb表示vB，ab表示vBA，且構(gòu)件2的角速度大小為ω2=vBA/lAB=abμv/AB，通過(guò)將vBA平移到點(diǎn)B可確定其轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?/p>

在連桿2上A、B兩點(diǎn)的速度已知后，如何求構(gòu)件2上任一點(diǎn)C的速度呢？

這種在已知構(gòu)件上A、B兩點(diǎn)的速度，求構(gòu)件上任一點(diǎn)C的速度的問(wèn)題，《機(jī)械原理》教材中傳統(tǒng)的解法有兩種：一是利用點(diǎn)C與點(diǎn)A和點(diǎn)C與點(diǎn)B間的速度關(guān)系，列出矢量方程，再用圖解法求解；二是利用速度影像法，即圖1中ABC∽abc，圖形abc稱(chēng)為構(gòu)件圖形ABC的速度影像，并且兩者的方位關(guān)系為速度影像是相應(yīng)機(jī)構(gòu)圖形沿ω2方向轉(zhuǎn)過(guò)90°所得。當(dāng)已知構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度時(shí)，則構(gòu)件上其他任一點(diǎn)的速度便可利用速度影像關(guān)系求得，而不需再列矢量方程求解，是一種簡(jiǎn)潔的求解方法。本實(shí)例速度影像法的應(yīng)用如圖1b）所示。

3 問(wèn)題的提出及新解

上述解法是經(jīng)典機(jī)械原理教材對(duì)已知構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度后，求其上其他任一點(diǎn)速度的兩種方法。在求C的速度時(shí)，幾乎所以教材都沒(méi)有提及其他方法，甚至有的教材書(shū)上明確寫(xiě)到：因?yàn)镃點(diǎn)的大小方向均未知，vCA和vCB大小也未知，故方程和無(wú)法求解。即

上述兩個(gè)方程均含三個(gè)未知要素，故都無(wú)法作圖求解。

通過(guò)聯(lián)立方程，即

上述方程只有vCA和vCB兩個(gè)未知量，可解。

在多年教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)，這種說(shuō)法是不妥當(dāng)?shù)?。在已知?gòu)件上兩點(diǎn)的速度（即vA和vB）后，不可認(rèn)為vCA和vCB還是未知量，因?yàn)榇藭r(shí)構(gòu)件2的角速度已經(jīng)求得，即ω2=vBA/lAB=abμv/AB，vCA和vCB的大小和方向也就已經(jīng)知道，則有

上述兩個(gè)方程均只含有兩個(gè)未知要素，故都可作圖求解，圖解分別如圖2b）、2c）所示。

為什么如此經(jīng)典的問(wèn)題及解法會(huì)出現(xiàn)這樣的疏忽，筆者分析如下：首先傳統(tǒng)的兩種解法已經(jīng)能滿(mǎn)足我們的求解要求，并且在實(shí)際操作過(guò)程中也很方便，尤其是速度影像法，尤為推崇，從而導(dǎo)致了大家對(duì)其他方法的探索。其次，因?yàn)闄C(jī)械原理課程是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，相比力學(xué)等基礎(chǔ)課程，其理論分析不太被強(qiáng)調(diào)而更多地考慮了實(shí)用，即只要滿(mǎn)足應(yīng)用需求，能解決問(wèn)題就行，而沒(méi)有全面地分析考慮 該問(wèn)題的所有可能解。因?yàn)榻滩闹兄惶崃诉@兩種解法，長(zhǎng)此以往，就引起誤解，許多人以為只能這樣求解，甚至有些教材書(shū)上也給出了武斷錯(cuò)誤的結(jié)論。

這里對(duì)C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的求解方法做出詳細(xì)解釋和補(bǔ)充說(shuō)明，目的有二：一是更正不妥的說(shuō)法，二是對(duì)求解方法做出補(bǔ)充，提出新的解法，即除了傳統(tǒng)的兩種解法之外，還可利用和這兩個(gè)矢量方程分別進(jìn)行求解。

4 結(jié)語(yǔ)

平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是《機(jī)械原理》課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，矢量方程圖解法是其教學(xué)難點(diǎn)，對(duì)于其基本原理和求解方法，應(yīng)做到概念明確和思路清晰。新補(bǔ)充的解法不僅僅是對(duì)原有求解方法的補(bǔ)充和完善，更是對(duì)原有求解方法的更正，避免錯(cuò)誤的長(zhǎng)期存在。尤其是作為教材，更不能起到誤導(dǎo)的作用。

引例所述問(wèn)題的具體求解方法總結(jié)如下：已知構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度（如圖1中構(gòu)件2）后，求其上其他任一點(diǎn)速度的求解方法有四種，即傳統(tǒng)的聯(lián)立方程求解和利用速度影像法求解；還可以利用本文提出的和這兩個(gè)矢量方程分別進(jìn)行求解。

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篇6

1）要滿(mǎn)足該機(jī)械零件所應(yīng)有的使用要求：首先，其設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)能使該機(jī)械零件達(dá)到預(yù)期的使用目的；其次，被設(shè)計(jì)出的機(jī)械零件能夠長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所制作的機(jī)械零件應(yīng)該滿(mǎn)足基本的功能、壽命、精確度、穩(wěn)定性等要求。

2）要考慮最大經(jīng)濟(jì)性的原則：經(jīng)濟(jì)性原則是人類(lèi)生產(chǎn)生活中一成不變的原則，其涉及到產(chǎn)品的諸多細(xì)節(jié)方面，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用的整個(gè)過(guò)程中才能綜合體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)能使產(chǎn)品滿(mǎn)足制造成本較低、使用高效率、維護(hù)費(fèi)用較低等特性。

3）要考慮到機(jī)械零件的使用者的勞動(dòng)需求：機(jī)械零件的安全性能必須要嚴(yán)格把握，以保證勞動(dòng)者及周邊人員的人身安全；另外，還應(yīng)該盡可能地改善勞動(dòng)者的勞動(dòng)條件，為勞動(dòng)者創(chuàng)造安全輕松、省時(shí)省力的勞動(dòng)環(huán)境；最后，對(duì)于機(jī)械零件的外觀設(shè)計(jì)上也應(yīng)最求一定的美觀要求。

4）要滿(mǎn)足機(jī)械零件其他的環(huán)境、功能等上的特殊要求：如大型的機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)設(shè)計(jì)上便于運(yùn)輸?shù)囊?，機(jī)械機(jī)床精度長(zhǎng)期保證和保持的要求等。

2機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)是在正確的基本原理和已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上來(lái)創(chuàng)造和發(fā)展新事物或者改造舊事物。對(duì)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，也應(yīng)與該概念相合，從知識(shí)上的理論原理到實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)都應(yīng)該體現(xiàn)出來(lái)，因此，從理論到實(shí)踐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有以下的幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法：

2.1理論設(shè)計(jì)

理論設(shè)計(jì)是日常生活中已掌握的合乎客觀實(shí)際規(guī)律的理論和實(shí)踐知識(shí)的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)代的各種物理力學(xué)理論、機(jī)械與金屬的知識(shí)原理和規(guī)律相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械零件的最理論的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的整體載荷情況、材料性能、零件工作情況和應(yīng)力分布規(guī)律等方面的條件，運(yùn)用理論知識(shí)下的簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算公式來(lái)確定該機(jī)械零件的幾何尺寸、設(shè)計(jì)要求等。運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算公式初步建立機(jī)械零件的形狀尺寸后，下一步則是進(jìn)行校核計(jì)算。校核計(jì)算是指運(yùn)用理論的校核計(jì)算方法對(duì)計(jì)算出的機(jī)械零件的危險(xiǎn)剖面的安全系數(shù)數(shù)值進(jìn)行比對(duì)校核。該設(shè)計(jì)步驟多應(yīng)用于機(jī)械內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律比較復(fù)雜，但該規(guī)律又能通過(guò)材料力學(xué)公式表達(dá)出來(lái)的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，它也適用于在已知零件尺寸的基礎(chǔ)上而又應(yīng)力分布規(guī)律相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，如軸和彈簧的設(shè)計(jì)。一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工作者為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，常在進(jìn)行機(jī)械零件制造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在相關(guān)資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上先進(jìn)行粗略估算，直接實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行校核計(jì)算。理論設(shè)計(jì)是一種比較科學(xué)和現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，隨著科技的發(fā)展，該方法正在不斷進(jìn)步和改善，它闡明了機(jī)械零件的材料性能及應(yīng)力分布規(guī)律，是在大量的感性知識(shí)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的一種設(shè)計(jì)規(guī)律，可廣泛適用于絕大部分的機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合零件已有的設(shè)計(jì)使用經(jīng)驗(yàn)，采用類(lèi)比的方法來(lái)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在理論設(shè)計(jì)非常困難或者理論欠缺等不適用的情況下，可考慮使用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的的方法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論設(shè)計(jì)相比，雖然沒(méi)有足夠多的理論科學(xué)分析作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)本身形成的公式與理論就已具備有一定的科學(xué)參考價(jià)值和理論統(tǒng)計(jì)性，所以經(jīng)得起實(shí)踐過(guò)程中的考驗(yàn)，具有很大的實(shí)用性的價(jià)值。并且一般來(lái)說(shuō)，理論設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)在某種意義上是相輔相成的，可以相互應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)適合應(yīng)用于載荷情況不明、無(wú)法用理論分析且外形復(fù)雜的機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，多在機(jī)架、變速箱體的設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，也多應(yīng)用在一些價(jià)值不高的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。2.3模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指在對(duì)機(jī)械零件作出已有的初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，再做整體和局部的非特殊處理，形成一體上的模型，并對(duì)提出的模型進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)加以修正完善。該設(shè)計(jì)方法要能制定出復(fù)雜機(jī)械零件的工作應(yīng)力分布和極限承受能力，相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加合理，更加完善。這也是一種使經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)順利轉(zhuǎn)化為理論設(shè)計(jì)的重要途徑。模型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，能改善理論設(shè)計(jì)指導(dǎo)上的不足，同時(shí)也彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不夠科學(xué)的地方。對(duì)于一些理論知識(shí)不夠完備的大型的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)不錯(cuò)的選擇。

3機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要有創(chuàng)新意識(shí)

創(chuàng)新精神是一個(gè)國(guó)家和民族進(jìn)步的前提和不斷源泉，同時(shí)，為了與國(guó)際現(xiàn)代化科技的創(chuàng)新發(fā)展理念相接軌，每一個(gè)機(jī)械零件制造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者都應(yīng)當(dāng)盡力附上自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并能提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。以上的設(shè)計(jì)方法和原有的理論設(shè)計(jì)步驟上設(shè)計(jì)者都可以做出自我的創(chuàng)新改變。如在進(jìn)行機(jī)械零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類(lèi)時(shí)除了按各部分的功能進(jìn)行分類(lèi)外，還可以根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的不同價(jià)值，進(jìn)行成本優(yōu)化，做出結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)再分類(lèi)。

4結(jié)語(yǔ)

篇7

關(guān)鍵字：有限元；教學(xué)改革；實(shí)踐

一、有限元課程在機(jī)械專(zhuān)業(yè)中的背景和重要性

有限元法（FEM）是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問(wèn)題的數(shù)學(xué)計(jì)算方法，已廣泛應(yīng)用在機(jī)械、建筑和航空航天等行業(yè)。有限元分析可為各類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程分析提供可靠依據(jù)，已經(jīng)成為工程科學(xué)中處理難題的重要手段。當(dāng)前，有限元法理論體系已經(jīng)成熟，常用的有限元軟件包括MSC Nastran、Ansys、Abaqus等。

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，也極大促進(jìn)了有限元技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。特別對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)中，有限元分析已經(jīng)成為設(shè)計(jì)者的重要依據(jù)。涉及有限元法相關(guān)的機(jī)械方面的科研論文眾多，已經(jīng)成為科研人員重要的工具。

根據(jù)機(jī)械專(zhuān)業(yè)性質(zhì)和知識(shí)要求，機(jī)械工程師必須具備必要的有限元分析計(jì)算能力。機(jī)械專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的大多數(shù)學(xué)生要求能夠獨(dú)立運(yùn)用有限元法從事機(jī)械設(shè)計(jì)、研發(fā)能力，這就要求學(xué)生要成為基礎(chǔ)扎實(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)廣闊、具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的復(fù)合人才。在機(jī)械發(fā)展水平不斷提高的情況下，必須進(jìn)一步調(diào)高人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提高學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用有限元從事機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，必須對(duì)有限元課程進(jìn)行改革。

二、有限元課程在機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1. 重理論輕實(shí)驗(yàn)

有限元理論復(fù)雜，涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、數(shù)值方法等方面的知識(shí)，不容易講也不容理解，老師往往花大量的時(shí)間灌輸基本理論。實(shí)踐環(huán)節(jié)僅僅利用計(jì)算軟件按照例子進(jìn)行模擬分析，至于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性沒(méi)有進(jìn)行分析，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)有限元分析的準(zhǔn)確性產(chǎn)生懷疑。有限元分析結(jié)果一方面可以參照解析解，沒(méi)有解析解的話(huà)可以做實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)。很多本科院校根本忽略有限元相關(guān)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，根本原因是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需要投入人力、物力和財(cái)力。學(xué)校和老師都應(yīng)加大這方面的投入。

2.前瞻性不足

有限技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，但可供研究的內(nèi)容還有很多，很多老師講課的內(nèi)容只講教材，根本不講解研究前沿。只有有限元的教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合，才能全面掌握有限元技術(shù)。在教學(xué)時(shí)，我們既要重視基礎(chǔ)理論，又要重視科技前沿。要求老師對(duì)有限技術(shù)相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)認(rèn)真閱讀，將有限元前沿的知識(shí)合理灌輸給學(xué)生，讓學(xué)生實(shí)時(shí)了解有限技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

3.學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，很多學(xué)生聽(tīng)說(shuō)有限元很難學(xué)，心里有懼怕情緒。再加上有限元課程通常是選修課，令很多學(xué)生避而言之。當(dāng)然，這里有老師的因素，更多的是學(xué)生自身的因素。很多學(xué)生沒(méi)有意識(shí)到有限法對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的重要性，老師也要引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)熱情。

4.理論和實(shí)踐脫節(jié)

理論與實(shí)際工程結(jié)合才能體現(xiàn)有限元法的重要作用。教學(xué)過(guò)程中，老師常常拿梁、桿等簡(jiǎn)單例子進(jìn)行練習(xí)，限制了學(xué)生對(duì)有限元法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)重要作用的認(rèn)知。做到理論聯(lián)系實(shí)踐，需要老師要掌握利用有限元法機(jī)械設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，這給老師提出更高的要求。老師應(yīng)當(dāng)多參與企業(yè)實(shí)際的機(jī)械項(xiàng)目，不斷積累經(jīng)驗(yàn)。

三、教學(xué)方法改革

根據(jù)有限元課程在授課過(guò)程中存在一些問(wèn)題，應(yīng)從以下方面進(jìn)行改革。學(xué)生只有系統(tǒng)掌握有限元技術(shù)的知識(shí)，才能在機(jī)械設(shè)計(jì)中合理準(zhǔn)確地使用。

1.加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練

有限元法涉及的基礎(chǔ)學(xué)科包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)以及數(shù)值方法相關(guān)的知識(shí)。掌握彈性力學(xué)的基本方程和彈性力學(xué)平衡問(wèn)題的基本求解方法。能夠推導(dǎo)平面桿系、梁結(jié)構(gòu)和殼單元的解析和數(shù)值解的推導(dǎo)方法。并利用通用的有限元軟件進(jìn)行基本訓(xùn)練鍛煉，加深學(xué)生對(duì)有限元基本原理和流程的理解。在編寫(xiě)講義時(shí)，應(yīng)著重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)化為側(cè)重點(diǎn)。

加強(qiáng)教師工程背景的培養(yǎng)，特別加大與企業(yè)的合作力度，著重從工程的實(shí)際角度深刻理解有限元法的應(yīng)用。教師應(yīng)從自身情況出發(fā)，對(duì)企業(yè)進(jìn)行考察、調(diào)研，了解企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一些難點(diǎn)，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及分析計(jì)算內(nèi)容。爭(zhēng)取將這些項(xiàng)目與學(xué)生的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用的能力。學(xué)生既得到了鍛煉，又幫企業(yè)解決一些計(jì)算問(wèn)題。

2.教學(xué)與研究結(jié)合

從國(guó)內(nèi)外高水平的大學(xué)辦學(xué)理念來(lái)看，研究和教學(xué)相互結(jié)合才能讓學(xué)生進(jìn)入高水平。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)高校關(guān)于有限元的教學(xué)不是很深入，導(dǎo)致學(xué)生不能深刻地消化有限元技術(shù)的精髓。從機(jī)械專(zhuān)業(yè)的角度來(lái)看，利用有限元相關(guān)的科研提高學(xué)生運(yùn)用有限元和機(jī)械設(shè)計(jì)能力是一種很好的途徑。

有限元方面的研究文獻(xiàn)很多，通過(guò)研讀專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，著重體會(huì)有限元建模、邊界條件簡(jiǎn)化、求解、后處理等細(xì)節(jié)內(nèi)容。特別是利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有限元計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性具有的重要作用。掌握裝置的固有頻率、陣型測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程。

教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)理念的更新，實(shí)踐新的教學(xué)理念，針對(duì)有限元在機(jī)械專(zhuān)業(yè)中這門(mén)課程，教師應(yīng)不斷將新的研究成果融入到教學(xué)內(nèi)容中，采用有效地教學(xué)手段，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文靜.“有限元方法及軟件應(yīng)用”課程教學(xué)改革實(shí)踐探索.科學(xué)教育論壇.2005.

篇8

關(guān)鍵詞：苧麻莖稈；機(jī)械分離；剝麻輥齒；結(jié)構(gòu)參數(shù)；正交試驗(yàn)；剝凈率

中圖分類(lèi)號(hào)：TS122.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）02-0348-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.02.035

苧麻纖維是一種天然的紡織纖維，可大量用于紡織行業(yè)[1]，苧麻莖稈分離技術(shù)一直是苧麻原麻生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在現(xiàn)有各種形式的機(jī)械分離設(shè)備中，直喂式剝麻機(jī)和反拉式剝麻機(jī)是主要的剝麻機(jī)械，其關(guān)鍵部位剝離裝置是剝麻輥齒結(jié)構(gòu)。目前許多研究者通過(guò)改變剝離設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)苧麻莖稈分離設(shè)備進(jìn)行研究分析[2-5]。其中龍超海等[2]對(duì)4BM-260型苧麻剝麻機(jī)通過(guò)正交試驗(yàn)，分析了剝麻機(jī)滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、剝麻間隙等主要技術(shù)參數(shù)對(duì)剝麻效率的影響，認(rèn)為剝麻滾筒的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)為嚙合深度5 mm、滾筒轉(zhuǎn)速900 r/min、喂入角度20°、滾簡(jiǎn)直徑260 mm。蘇工兵等[3]采用速差分離原理研制出了全自動(dòng)苧麻莖稈分離機(jī)，通過(guò)不同速差的匹配，分析了苧麻尾部剝離過(guò)程。呂江南等[4]對(duì)研制的雙滾筒反拉式苧麻剝麻機(jī)在正交試驗(yàn)和性能分析基礎(chǔ)上，確定了主要技術(shù)參數(shù)，樣機(jī)初步性能試驗(yàn)結(jié)果表明，鮮莖出麻率為5%左右，苧麻含雜率≤1.5%，苧麻含膠率為30%左右，苧麻單纖維強(qiáng)力為51～54 cN。張龍?jiān)频萚5]研制的FL-235型復(fù)刮式苧麻剝麻機(jī)試制了雙滾軋刀互向可調(diào)式齒輪裝置，并通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到了整機(jī)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行效果良好、無(wú)故障、生產(chǎn)效率高的目的。不過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)ζr麻剝麻機(jī)的研究主要集中于苧麻機(jī)械剝離機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究方面[6-12]，尚未從機(jī)械設(shè)備與苧麻纖維剝離相互作用上建立力學(xué)方程來(lái)分析苧麻莖稈分離機(jī)理?，F(xiàn)有研究表明[13-15]，苧麻莖稈在沖擊載荷作用下，木質(zhì)部沖擊斷裂韌性較小，最先破裂，韌皮纖維卻有較好的韌性，這種結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的差異是苧麻莖稈機(jī)械剝離的力學(xué)基礎(chǔ)。為此，試驗(yàn)采用剛體動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及正交試驗(yàn)分析方法，建立了苧麻莖稈分離過(guò)程的力學(xué)方程，研究了機(jī)械設(shè)備輥齒結(jié)構(gòu)與苧麻莖稈相互作用之間的關(guān)系，這對(duì)于揭示苧麻莖稈機(jī)械分離機(jī)理和研究設(shè)計(jì)剝離機(jī)械具有重要的指導(dǎo)意義。

1 莖稈分離臺(tái)架結(jié)構(gòu)及工作原理

按照現(xiàn)有苧麻莖稈剝離輥齒結(jié)構(gòu)原理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)并試制了新型莖稈分離試驗(yàn)臺(tái)架，其工藝流程為苧麻莖稈喂入壓麻輥壓碎高速輥齒剝離分離輥齒拉麻輥高速拉出麻皮。試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其工作原理是苧麻莖稈從2個(gè)壓麻輥的嚙合口喂入，壓碎的莖稈以壓麻輥切向速度進(jìn)入剝麻輥，在剝麻輥的高速旋轉(zhuǎn)下，被壓扁的麻骨折斷并從麻皮中剝離打飛，大部分的麻骨與麻皮分離；去掉大部分麻骨的麻稈以麻皮順序進(jìn)入分離輥齒和拉麻輥，其中拉麻輥的轉(zhuǎn)速大于分離輥齒的轉(zhuǎn)速，在拉麻輥的作用下，剩余麻骨強(qiáng)行與麻皮分開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)麻稈尾端的麻骨與麻皮分離，該設(shè)計(jì)解決了莖稈尾端分離不清的問(wèn)題。根據(jù)試制的新型分離臺(tái)架以及現(xiàn)有的機(jī)械分離設(shè)備（包括直喂式剝麻機(jī)和反拉式剝麻機(jī)）研究可知，其關(guān)鍵剝離裝置是剝麻輥齒結(jié)構(gòu)。為此，試驗(yàn)以剝麻輥齒結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，分析了莖稈分離過(guò)程中剝麻輥齒結(jié)構(gòu)與苧麻纖維剝離之間的相互作用機(jī)理，從而優(yōu)化剝麻技術(shù)有關(guān)參數(shù)。

2 莖稈分離過(guò)程的力學(xué)分析

2.1 建立莖稈折斷過(guò)程力學(xué)方程

在新型莖稈分離試驗(yàn)臺(tái)架上，被壓扁的麻稈以緩慢的速度進(jìn)入2個(gè)剝麻輥之間后，受到高速旋轉(zhuǎn)的剝麻齒瞬時(shí)沖擊而迅速折彎，麻骨因質(zhì)硬而脆被折斷，麻皮因柔韌性好而未斷。為了研究分析莖稈分離機(jī)理，選取苧麻莖稈在輥齒剝離某一時(shí)刻靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行受力分析，其受力情況見(jiàn)圖2。在圖2中，F(xiàn)為輥齒齒端力，該力以莖稈受力點(diǎn)為坐標(biāo)點(diǎn)，沿著莖稈折斷方向和與之垂直方向分解，其中沿莖稈垂直方向力為N，沿莖稈運(yùn)動(dòng)方向力為Q；N的作用使莖稈折斷，Q則剝離莖稈，γ為2個(gè)剝麻輥齒之間的夾角，？琢為輥齒對(duì)莖稈的剝離角。為了分析苧麻受力變化過(guò)程，假設(shè)取2次碰撞之間的長(zhǎng)度為麻稈研究對(duì)象，其質(zhì)量為m稈。則苧麻莖稈的受力為：

式中，N為輥齒對(duì)莖稈的折斷力，Q為輥齒對(duì)莖稈的剝離力。設(shè)輥齒數(shù)為Z，則2個(gè)輥齒對(duì)輥筒軸心的夾角為：

由此可知，苧麻莖稈剝離過(guò)程主要與剝麻輥和壓麻輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度、剝麻輥半徑及剝麻輥齒數(shù)有關(guān)， v剝與v喂的差值越大，剝麻輥半徑R越小及剝麻輥齒數(shù)Z越大，則剝離能E0越大，剝離效果越好。

通過(guò)上述研究苧麻莖稈與輥齒結(jié)構(gòu)作用分離過(guò)程，建立了莖稈分離過(guò)程中折斷能量和剝離能量的關(guān)系表達(dá)式，由表達(dá)式（14）、（19）可知，莖稈分離效果不僅與苧麻自身材料屬性（彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)、固有角頻率）有關(guān)，還與莖稈分離臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（剝麻輥半徑、齒數(shù)、嚙合深度）及各對(duì)輥齒轉(zhuǎn)速大小有關(guān)。根據(jù)以上理論研究結(jié)果，并結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)部分參數(shù)，進(jìn)行莖稈分離與輥齒結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交試驗(yàn)。

3 莖稈分離與輥齒結(jié)構(gòu)參數(shù)的L9（34）正交試驗(yàn)

3.1 因素、指標(biāo)選擇

剝麻輥是苧麻剝麻機(jī)的最主要部件，通過(guò)上述力學(xué)分析可知：①剝麻齒對(duì)麻稈的沖擊力F越大，則麻稈瞬時(shí)變形也越大，使折斷效果越好，而剝麻輥的轉(zhuǎn)速直接影響沖擊力F，所以提高剝麻輥的轉(zhuǎn)速可使麻稈折斷效果更好；但考慮到能耗的影響，還是應(yīng)選擇合適的轉(zhuǎn)速。為此，以剝麻輥轉(zhuǎn)速700、800、900 r/min為3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。②增大嚙合深度b或減小剝麻齒半徑R可以提高麻稈折斷效果，但嚙合過(guò)深會(huì)損傷麻皮纖維，同時(shí)受到結(jié)構(gòu)制約。因此分別以剝麻輥半徑120、140、160 mm以及嚙合深度3、5、7 mm為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。③由試驗(yàn)可知，增多剝麻輥齒數(shù)Z，折斷麻稈長(zhǎng)度變短，可減少剝離麻骨所需能量Q；但過(guò)多會(huì)損傷纖維，同時(shí)受到結(jié)構(gòu)的限制。因此以剝麻輥齒數(shù)16、20、24個(gè)為3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用麻于2016年6月中旬取自湖北省咸寧市苧麻試驗(yàn)站試驗(yàn)田種植的華苧4號(hào)頭麻，每組試驗(yàn)重復(fù)5次，結(jié)果取平均值，其試驗(yàn)臺(tái)架工作狀態(tài)見(jiàn)圖3。脫凈率Y的計(jì)算公式為：

式中，Y為樣品中剝掉麻骨后的百分率，w是剝麻后麻皮與殘余麻骨的總重量，W是剝麻后麻皮的重量。試驗(yàn)里各因素、水平構(gòu)成見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

3.3 結(jié)果與分析

苧麻莖稈分離L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)剝麻輥正交試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)算分析，各因素對(duì)脫凈率的影響高低排序?yàn)閯兟檩佫D(zhuǎn)速、嚙合深度、剝麻輥齒數(shù)、剝麻輥半徑；較優(yōu)組合為剝麻輥轉(zhuǎn)速900 r/min、嚙合深度5 mm、剝麻輥齒數(shù)20個(gè)、剝麻輥半徑120 mm，此時(shí)剝凈率為98.42%。

3.4 其他參數(shù)分析

苧麻莖稈分離過(guò)程分為麻稈破裂折斷過(guò)程和麻骨剝離飛出過(guò)程，這2個(gè)過(guò)程所需要的能量都是由轉(zhuǎn)動(dòng)的剝麻輥提供的，由此按照麻稈沖擊斷裂能與麻稈沖擊剝離能之和，粗略估算出剝麻輥單次傳遞給單根苧麻莖稈的最小能量W0。假設(shè)一次性喂入麻稈數(shù)量為10根，而剝麻輥能量由電機(jī)提供，依據(jù)正交試驗(yàn)分析結(jié)果，取最優(yōu)條件剝麻輥轉(zhuǎn)速900 r/mi4 討論

1）苧麻莖稈分離過(guò)程由折斷和分離瞬時(shí)同步完成，試驗(yàn)對(duì)2個(gè)過(guò)程分別進(jìn)行力學(xué)分析，描述了輥齒對(duì)莖稈分離的影響。其中采用靜態(tài)動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)瞬時(shí)響應(yīng)理論的分析方法，建立了折斷能的關(guān)系表達(dá)式，該關(guān)系式表明莖稈分離效果不僅與苧麻自身材料屬性（彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)、固有角頻率）有關(guān)，還與莖稈分離臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（剝麻輥半徑、齒數(shù)、嚙合深度）及電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。各因素對(duì)分離效果的影響為較復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，所以在滿(mǎn)足莖稈分離要求的前提下，應(yīng)選擇合適的參數(shù)大小，以達(dá)到能耗低、效率高的效果；試驗(yàn)采用能量守恒原理和沖量定理的理論方法，建立了分離能的關(guān)系表達(dá)式，該關(guān)系式表明，剝麻輥和壓麻輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度、剝麻輥半徑及剝麻齒齒數(shù)是主要影響因素，v剝與v喂的差值越大，剝麻輥半徑R越小及剝麻齒齒數(shù)Z越多，剝離能E0越大，剝離效果越好。驗(yàn)通過(guò)建立輥齒對(duì)麻稈作用的折斷能和分離能的關(guān)系表達(dá)式，揭示了機(jī)械輥齒與莖稈分離的機(jī)理，為苧麻分離機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇提供了技術(shù)指導(dǎo)。

2）采用L9（34）正交試驗(yàn)方法分析了影響莖稈分離效果的主要因素，即苧麻莖稈分離臺(tái)架的最主要部件剝麻輥，結(jié)果表明，對(duì)莖稈分離效果的影響高低排序?yàn)閯兟檩佫D(zhuǎn)速，嚙合深度，剝麻輥齒數(shù)，剝麻輥半徑。苧麻莖稈分離較優(yōu)組合為剝麻輥轉(zhuǎn)速900 r/min、嚙合深度5 mm，剝麻輥齒數(shù)20個(gè)、剝麻輥半徑120 mm，此時(shí)剝凈率為98.42%，同時(shí)粗略估計(jì)電機(jī)所需最小功率為2.2 kW。

3）除此之外，苧麻莖稈的含水量影響較為顯著。當(dāng)含水量過(guò)高時(shí)，剝離開(kāi)的麻皮容易纏繞在剝麻輥上；而含水量過(guò)低時(shí)，麻稈逐漸干枯，韌皮部與木質(zhì)部粘連程度提高，剝麻效果不佳。另外麻稈粗細(xì)均勻度也有一定的影響，莖稈粗細(xì)差異過(guò)大的最好分級(jí)，這有利于各對(duì)輥齒牽引，否則細(xì)者牽拉不住，清不掉麻骨。同時(shí)一次性喂入麻稈數(shù)量要固定，喂入時(shí)要求盡量均勻排列，以易于清骨。

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篇9

1．1提升教師素質(zhì)

教師是學(xué)生的領(lǐng)路人，在學(xué)生獲取知識(shí)的過(guò)程中扮演非常重要的角色。一名專(zhuān)業(yè)課教師，必須有扎實(shí)的基本功和過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)是一門(mén)多學(xué)科交叉的專(zhuān)業(yè)課程，講授該課程的教師，不僅要掌握機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、電工電路基礎(chǔ)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，還需要掌握農(nóng)學(xué)概論、農(nóng)機(jī)新技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理學(xué)、汽車(chē)拖拉機(jī)學(xué)和生物工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程。同時(shí)，還要熟悉農(nóng)機(jī)實(shí)驗(yàn)與農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各項(xiàng)基本技能與操作規(guī)程。為使教學(xué)內(nèi)容更具前沿性與時(shí)代性，任課教師需要經(jīng)常參加國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議與各種農(nóng)機(jī)博覽會(huì)，把握專(zhuān)業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，多渠道拓寬學(xué)術(shù)視野。

1．2精選教材

優(yōu)秀教材對(duì)提高課程教學(xué)質(zhì)量有事半功倍的效果。目前常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)教材主要有2個(gè)版本：一是北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)主編的《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》，分為上下兩冊(cè)，上冊(cè)主要介紹農(nóng)機(jī)輪子、拖拉機(jī)牽引力學(xué)、耕整地機(jī)械、水稻插秧機(jī)、植物保護(hù)機(jī)械的相關(guān)內(nèi)容；下冊(cè)主要以收獲機(jī)械、播種機(jī)械、分選機(jī)械，以及干燥機(jī)械為主。教材內(nèi)容比較全面，信息量較多，但篇幅較長(zhǎng)。二是李寶筏先生主編的《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》，此書(shū)前半部分主要介紹基本農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理與工作過(guò)程等；后半部分主要講授農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)構(gòu)思、計(jì)算方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等。教材內(nèi)容循序漸進(jìn)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的開(kāi)發(fā)有較好的促進(jìn)作用。另外，李洪文教授主編的《農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)學(xué)》和丁為民教授主編的《農(nóng)業(yè)機(jī)械與設(shè)施》也具有較好的參考價(jià)值。綜合考慮教材的內(nèi)容信息量以及授課的實(shí)際需要，海南大學(xué)農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)確定以李寶筏先生主編的教材為主講教材，其他3本教材作為主要參考讀物。同時(shí)，考慮到內(nèi)容的完整性與地域要求，還選擇一些學(xué)報(bào)期刊和海南特色作物種植與收獲方面的專(zhuān)著作為輔助參考資料，讓學(xué)生在全方位接觸農(nóng)機(jī)知識(shí)的同時(shí)，能時(shí)刻了解行業(yè)研究動(dòng)態(tài)。

1．3取舍教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)課時(shí)不斷縮減的情況下，讓學(xué)生掌握《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程所有內(nèi)容是比較困難的。從教學(xué)經(jīng)驗(yàn)看，力學(xué)理論推導(dǎo)與數(shù)學(xué)建模是學(xué)生弱項(xiàng)，如農(nóng)機(jī)輪子受力分析、拖拉機(jī)牽引曳物線(xiàn)方程、風(fēng)機(jī)理論等，而鏵式犁、圓盤(pán)耙、旋耕機(jī)等實(shí)際應(yīng)用相對(duì)容易；播種機(jī)械、收獲機(jī)械、移栽機(jī)械以及現(xiàn)代農(nóng)機(jī)新技術(shù)等章節(jié)容易引起學(xué)生的興趣。農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課堂教學(xué)一般采取如下做法：抽象的理論分析少講；傳統(tǒng)的耕作機(jī)械鏵式犁、圓盤(pán)耙和旋耕機(jī)等內(nèi)容略講；收獲機(jī)械、播種機(jī)械、農(nóng)機(jī)的應(yīng)用，以及GPS定位的精確農(nóng)業(yè)、節(jié)能環(huán)保的噴滴灌技術(shù)、蔬菜移栽機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械新技術(shù)精講。另外，還增加橡膠、香蕉、甘蔗、木薯、劍麻和胡椒等海南地方特色農(nóng)業(yè)裝備的內(nèi)容。這樣既不失課程教學(xué)內(nèi)容的完整性，也體現(xiàn)出教學(xué)內(nèi)容匹配的合理性，有助于減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。

1．4教學(xué)方法的革新

目前，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課程的教學(xué)主要包括理論授課、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)3個(gè)部分，其中理論授課為56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為8學(xué)時(shí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)3個(gè)星期。

1．4．1理論教學(xué)

理論課教學(xué)摒棄傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂灌輸教學(xué)方式，采用提問(wèn)式與啟發(fā)式相結(jié)合的教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。具體為：在課堂上老師先進(jìn)行問(wèn)題設(shè)置，在學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容后再有針對(duì)性地進(jìn)行授課，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表看法，積極參與課堂討論，體現(xiàn)師生平等。同時(shí)要求學(xué)生對(duì)農(nóng)機(jī)工作原理能夠做到舉一反三，由此及彼。這種授課方式深受學(xué)生歡迎，既拉近了師生間的距離，又提高了學(xué)習(xí)效率。對(duì)那些沒(méi)有實(shí)物參考的農(nóng)機(jī)具，通過(guò)三維造型、動(dòng)畫(huà)制作、拍攝相關(guān)視頻進(jìn)行教學(xué)，也能起到異曲同工的教學(xué)效果。借鑒其他院校的專(zhuān)題教學(xué)方式，安排學(xué)院農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)的老師進(jìn)行專(zhuān)題講座，并定期舉辦農(nóng)機(jī)行業(yè)內(nèi)知名專(zhuān)家學(xué)術(shù)交流，利用榜樣力量培養(yǎng)學(xué)生自信心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生了解更多的行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

1．4．2實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，利用機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行機(jī)器構(gòu)造和原理部分的教學(xué)，如混合物分離原理；利用農(nóng)機(jī)具結(jié)合測(cè)試儀器進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能參數(shù)測(cè)試，如犁曲面參數(shù)測(cè)量；利用廢棄農(nóng)機(jī)具進(jìn)行拆裝鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，如小型聯(lián)合收獲機(jī)的拆裝實(shí)驗(yàn)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝實(shí)驗(yàn)等。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要根據(jù)實(shí)物進(jìn)行講解，比較直觀，簡(jiǎn)單易懂，教學(xué)效果明顯。

1．4．3生產(chǎn)實(shí)習(xí)

生產(chǎn)實(shí)習(xí)是為了進(jìn)一步鞏固農(nóng)機(jī)理論知識(shí)，在鍛煉學(xué)生實(shí)際操作能力的同時(shí)開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。實(shí)習(xí)的第1個(gè)星期主要對(duì)動(dòng)力拖拉機(jī)的構(gòu)造和工作原理進(jìn)行講解，同時(shí)進(jìn)行拖拉機(jī)駕駛訓(xùn)練；第2個(gè)星期主要進(jìn)行鏵式犁、圓盤(pán)耙、旋耕機(jī)、稻麥聯(lián)合收獲機(jī)、水稻插秧機(jī)以及海南特色農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作技能實(shí)踐；最后一個(gè)星期安排學(xué)生在校外農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地參觀實(shí)習(xí)。這樣既能培養(yǎng)學(xué)生的操作能力，鍛煉學(xué)生吃苦耐勞的實(shí)干精神，也能拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提升相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。

1．4．4考試形式

以往農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課程考試，期末考試成績(jī)占70％，平時(shí)成績(jī)占30％（包括實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告等）。這樣的考察方式無(wú)法反映學(xué)生對(duì)該課程的綜合掌握程度，往往是期末考試決定該課程的最終成績(jī)，在一定程度上影響學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐操作的積極性。從2008年開(kāi)始，課題教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)討論并結(jié)合實(shí)際情況，采取期末成績(jī)占50％，平時(shí)課堂討論表現(xiàn)占20％，實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30％的分配方式進(jìn)行期末綜合評(píng)定，農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)單獨(dú)記成績(jī)。采用此種計(jì)分方法后，學(xué)生參與課堂討論和實(shí)踐的積極性明顯提高，實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程論文的質(zhì)量也得到較大改善。

2學(xué)生學(xué)習(xí)方法

教學(xué)效果不僅跟老師自身水平以及教學(xué)方式相關(guān)，也與學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和方法有關(guān)。作為一名農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，學(xué)好農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課程，扎實(shí)掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械的相關(guān)理論知識(shí)和基本操作技能，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

2．1明確學(xué)習(xí)目的

農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)課程是農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)的主干專(zhuān)業(yè)課程，在培養(yǎng)體系中占有重要位置。首先，要正確對(duì)待自己的專(zhuān)業(yè)，端正態(tài)度，摒棄對(duì)農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)的誤解和偏見(jiàn)，努力培養(yǎng)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程的興趣。其次，要有明確的學(xué)習(xí)目的。對(duì)農(nóng)機(jī)學(xué)生而言，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)是立足農(nóng)機(jī)行業(yè)和從事相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)，掌握并學(xué)以致用是根本要求。

2．2合理選取參考資料

農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)是綜合性很強(qiáng)的課程，涉及面廣。在學(xué)習(xí)該課程之前，要學(xué)好機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣動(dòng)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。另外，還需要掌握農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理學(xué)、生物工程、人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)、農(nóng)學(xué)概論等方面的內(nèi)容。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展具有多樣性，因此，要通過(guò)閱讀與農(nóng)機(jī)行業(yè)有關(guān)的期刊雜志等途徑了解農(nóng)業(yè)工程學(xué)科發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。2．3重視課堂學(xué)習(xí)在開(kāi)課初期，要重點(diǎn)復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等相關(guān)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，這樣可以在課堂上更好地理解各種農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作特點(diǎn)。同時(shí)，學(xué)習(xí)過(guò)程中要做到課前預(yù)習(xí)，課上做筆記，多思考問(wèn)題，對(duì)不了解的內(nèi)容要積極提問(wèn)，大膽發(fā)表自己的看法。同時(shí)，課后多閱讀相關(guān)的參考資料。

2．4優(yōu)化實(shí)踐與實(shí)習(xí)

農(nóng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)與實(shí)驗(yàn)可以鞏固學(xué)生的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容掌握程度的有效方法之一。在實(shí)習(xí)或?qū)嶒?yàn)課上，學(xué)生要認(rèn)真聽(tīng)老師講解，仔細(xì)觀察老師的操作，熟悉實(shí)驗(yàn)程序。在操作過(guò)程中要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，把安全意識(shí)放在首位，不要擅自做主，不明白的地方多與老師溝通。同時(shí)，要做到推陳出新、舉一反三，在實(shí)習(xí)與實(shí)驗(yàn)中提升創(chuàng)新能力。

3結(jié)語(yǔ)

篇10

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng)；教學(xué)方法；多媒體教學(xué)；理論聯(lián)系實(shí)際

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）30-0128-02

《液壓傳動(dòng)》是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，它融合了機(jī)械電子及自動(dòng)控制等技術(shù)，解決液壓元件、系統(tǒng)分析及應(yīng)用問(wèn)題，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防以及航空航天等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[1]。液壓傳動(dòng)課程理論較深且實(shí)踐性強(qiáng)，通過(guò)課程學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)掌握液壓基礎(chǔ)知識(shí)，了解各類(lèi)液壓元件的工作原理、特點(diǎn)應(yīng)用及選用方法，熟悉各類(lèi)液壓基本回路的功用、組成及應(yīng)用場(chǎng)合，還應(yīng)了解國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成果在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用。該課程相對(duì)于學(xué)生而言屬于專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的陌生領(lǐng)域，學(xué)習(xí)起來(lái)有一定難度，對(duì)教學(xué)也提出了更高的要求。只有在教學(xué)實(shí)踐中不斷尋找、總結(jié)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法、采用更新的教學(xué)手段，才能適應(yīng)教學(xué)需求，獲得更好的教學(xué)效果。

一、課程特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)踐中存在的主要問(wèn)題

《液壓傳動(dòng)》課程具有較深的理論性和較強(qiáng)的實(shí)踐性等特點(diǎn)，體現(xiàn)為專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及學(xué)科多、概念原理較抽象、較難理解掌握等。該課程理論基礎(chǔ)源于流體力學(xué)及自控原理，而常用元件結(jié)構(gòu)工作原理和性能部分實(shí)踐性較強(qiáng)，故此要求理論環(huán)節(jié)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合。

但由于課堂教學(xué)學(xué)時(shí)有限、學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、實(shí)踐知識(shí)缺乏等問(wèn)題，同時(shí)傳統(tǒng)教學(xué)模式及知識(shí)體系中以抽象的理論為主，過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論深度，忽視理論知識(shí)的應(yīng)用與實(shí)踐，致使學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)嚴(yán)重脫節(jié)。

作為一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)，更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。為此需要不斷總結(jié)教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，吸取先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)手段，豐富、改善教學(xué)方法，著重理論環(huán)節(jié)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，以促進(jìn)教學(xué)效果及質(zhì)量的提高。

二、合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，基于實(shí)用技術(shù)角度合理調(diào)整《液壓傳動(dòng)》課程教學(xué)內(nèi)容。實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)適當(dāng)降低理論的難度和深度，教學(xué)內(nèi)容要加強(qiáng)與工程實(shí)際相聯(lián)系，并能及時(shí)反映最新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

本課程教學(xué)任務(wù)是掌握液壓傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，為確保學(xué)生同時(shí)具有一定的調(diào)整、使用分析及檢測(cè)能力，將整個(gè)課程教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)調(diào)整為注重理論的應(yīng)用，突出學(xué)生能夠接受的應(yīng)用型內(nèi)容，側(cè)重實(shí)用。對(duì)于教學(xué)內(nèi)容中過(guò)繁過(guò)深的理論推導(dǎo)、分析和計(jì)算部分進(jìn)行壓縮，以突出重點(diǎn)。對(duì)于液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)例如流體力學(xué)中的四大基本方程、能量損失及小孔流量公式等，要求學(xué)生掌握理論概念和主要公式的運(yùn)用，刪減冗長(zhǎng)煩瑣的公式推導(dǎo)及計(jì)算過(guò)程，過(guò)多的理論闡述和公式推導(dǎo)會(huì)占據(jù)大量課時(shí)，容易導(dǎo)致理論和實(shí)踐的比例失調(diào)。重點(diǎn)要求掌握元件的工作原理和主要特性，強(qiáng)調(diào)其影響因素及實(shí)際應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)元件的認(rèn)識(shí)、拆裝、使用和液壓系統(tǒng)的調(diào)試等實(shí)踐性教學(xué)。

同時(shí)，對(duì)于課程中重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容著重進(jìn)行詳細(xì)分析及講解，增加典型液壓系統(tǒng)實(shí)例分析，通過(guò)大量實(shí)例分析將零散的液壓知識(shí)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，并靈活應(yīng)用，確保學(xué)生真正理解并熟練掌握。例如講授液壓傳動(dòng)各元件工作原理、應(yīng)用及液壓傳動(dòng)基本回路等內(nèi)容時(shí)，嚴(yán)格遵循每一教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)后續(xù)的作業(yè)練習(xí)和實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)來(lái)鞏固加深對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解與掌握。

此外，著重加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，推行多組分批次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，保證學(xué)生有足夠充分的實(shí)驗(yàn)時(shí)間及機(jī)會(huì)。根據(jù)現(xiàn)有條件可適當(dāng)增加液壓回路分析，進(jìn)行設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試創(chuàng)新及開(kāi)放性[2-4]。將自動(dòng)控制原理、機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)及電氣控制等課程貫穿為系統(tǒng)教學(xué)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程觀念培養(yǎng)，促進(jìn)基礎(chǔ)理論教學(xué)及教學(xué)與科研相結(jié)合。

三、現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)形式有機(jī)結(jié)合