導語：如何才能寫好一篇機械原理和理論力學，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：機械原理課程綜合實驗；凸輪機構(gòu)；機構(gòu)動態(tài)測試實驗臺

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）10-0225-03

一、前言

《機械原理》是機械類工科學生必修的一門專業(yè)基礎課，具有很深厚的工程背景。所以在《機械原理》教學中，更需注重對學生進行理論與實踐相結(jié)合的教學方式。課堂教學中在強化常用機構(gòu)基本原理、結(jié)構(gòu)和設計方法的同時，還需對機構(gòu)在工程實際中的設計與應用有所滲透，使學生對常用機構(gòu)有更全面的理解和把握。為了實現(xiàn)以上教學目的，本文引入了凸輪機構(gòu)動態(tài)測試實驗臺作為平臺，設計了一項《機械原理》課程綜合性實驗。通過本項綜合實驗對凸輪機構(gòu)的設計和動態(tài)測試，使學生將理論課程中所學的各章內(nèi)容串聯(lián)起來，掌握各章內(nèi)容在機構(gòu)設計中的內(nèi)在聯(lián)系和工程意義，加深了對所學內(nèi)容的理解，它是《機械原理》課程教學中一個必不可少的重要教學環(huán)節(jié)。本文引入凸輪機構(gòu)動態(tài)測試實驗臺作為《機械原理》綜合實驗的平臺，使學生著重掌握凸輪具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對凸輪機構(gòu)動態(tài)特性的影響。該實驗臺在《機械原理》課程教學中的應用，可以加深對凸輪機構(gòu)設計的全面理解，很好的培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識。

學生通過本項綜合實驗，所需達到的具體要求有：

1.利用計算機對凸輪機構(gòu)動態(tài)參數(shù)進行采集、處理，作出實測的動態(tài)參數(shù)曲線，并通過計算機對該機構(gòu)的運動進行數(shù)模仿真，作出相應的動態(tài)參數(shù)曲線，從而實現(xiàn)理論與實際的緊密結(jié)合。

2.利用計算機對凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設計，然后，通過計算機對凸輪機構(gòu)的運動進行仿真和測試分析，從而實現(xiàn)計算機輔助設計與計算機仿真和測試分析有效的結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

3.利用計算機的人機交互性能，使學生可在軟件界面說明文件的指導下，獨立自主地進行實驗，培養(yǎng)學生的動手能力。

二、機械原理教學內(nèi)容

在完成本項綜合實驗前，應要求學生對綜合實驗所涉及到的《機械原理》理論課中所學的各章知識進行復習。在進行本次綜合實驗前，指導教師需對相關理論知識做簡單的提示和講解。具體內(nèi)容包括：

（一）凸輪機構(gòu)從動件運動規(guī)律及基本尺寸

凸輪機構(gòu)常用的從動件運動規(guī)律有四種：等速運動規(guī)律、等加速等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)律和正弦加速度運動規(guī)律。其中等速運動規(guī)律在運動的起始和終了點加速度有無限量的突變，存在剛性沖擊。對于等加速等減速運動規(guī)律和余弦加速度運動規(guī)律，從動件在運動的起始和終了點處加速度存在有限量的突變，所以有柔性沖擊。而對于正弦加速度運動規(guī)律的加速度方程是整周期的正弦曲線，加速度曲線連續(xù)從動件運動無沖擊。特別對于余弦加速度運動規(guī)律而言，如果從動件運動形式采用升-降型，并均采用余弦加速度運動規(guī)律，加速度曲線也是連續(xù)從動件運動也是無沖擊的。具體選擇時，應根據(jù)具體工況的運動特點和要求，合理的選擇從動件運動規(guī)律。

在確定凸輪機構(gòu)基本尺寸時，在偏心距e一定、從動件運動規(guī)律已知的條件下，加大基圓半徑r0，可以減少壓力角α，從而改善機構(gòu)的傳力特性。但同時，會增大凸輪機構(gòu)的尺寸。所以凸輪基圓半徑r0確定的原則是：應在滿足αmax≤[α]的條件下，合理地確定凸輪的基圓半徑r0，使凸輪機構(gòu)的尺寸不至過大。一般，先按滿足推程壓力角αmax≤[α]的條件來確定基圓半徑r0。

（二）機械運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié)

機械在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段，當?shù)刃Я睾偷刃мD(zhuǎn)動慣量變化的公共周期內(nèi)，當驅(qū)動功等于阻抗功時，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，從而機械會產(chǎn)生周期性的速度波動。為了對這種機械的周期性速度波動進行描述和分析，提出了平均角速度ωm和速度不均勻系數(shù)δ。機械運轉(zhuǎn)的速度波動對機械的工作不利，它不僅將影響機械的工作質(zhì)量，而且會影響到機械的效率和壽命。所以必須對周期性速度波動加以控制和調(diào)節(jié)，將其限制在許可的范圍內(nèi)。具體方法是在機械中設計安裝具有大轉(zhuǎn)動慣量的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件――飛輪。

三、實驗臺及操作軟件界面簡介

本項機械原理綜合實驗采用凸輪機構(gòu)動態(tài)測試實驗臺，如圖1所示。該實驗臺可以分別對兩種結(jié)構(gòu)形式的凸輪機構(gòu)―盤型凸輪機構(gòu)和圓柱凸輪機構(gòu)進行動態(tài)測試。

該綜合實驗臺具有的功能特點有：（1）可測量凸輪、推桿的運動學參數(shù)，并通過計算機多媒體虛擬儀表顯示其速度、加速度波形圖；（2）可通過計算機多媒體數(shù)據(jù)、仿真軟件計算凸輪，推桿的真實運動規(guī)律，并顯示其速度，加速度波形圖，可與實測曲線比較分析；（3）配有專用的多媒體教學軟件，學生可在軟件前面說明文件的指導下，獨立自主地進行實驗；（4）盤形凸輪機構(gòu)可拆裝為圓柱凸輪機構(gòu)，因而可作兩種凸輪機構(gòu)的實驗；（5）盤形凸輪機構(gòu)配有四個（共包含八種運動規(guī)律）凸輪，一種推桿，圓柱凸輪機構(gòu)配一個凸輪；（6）盤形凸輪機構(gòu)的偏距可調(diào)節(jié)，飛輪質(zhì)量可調(diào)節(jié)，使機構(gòu)運動特性達到最佳。圖2為實驗臺軟件操作界面的切換流程圖。

軟件操作界面由盤型凸輪機構(gòu)綜合實驗模塊和圓柱凸輪機構(gòu)綜合實驗模塊兩部分組成。

兩部分實驗模塊依據(jù)綜合實驗的內(nèi)容和步驟，均是由凸輪機構(gòu)動畫演示界面（圖3）、凸輪機構(gòu)原始參數(shù)輸入界面（圖4）、凸輪運動仿真與測試分析界面（圖5）和推桿運動仿真與測試分析界面組成（圖6）。此部分，要求學生在實驗過程中熟悉掌握。

四、實驗內(nèi)容

1.凸輪運動仿真和實測。能通過數(shù)模計算得出凸輪的真實運動規(guī)律，作出凸輪角速度線圖和角加速度線圖，并進行速度波動調(diào)節(jié)計算。通過凸輪上的角位移傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器進行采集，轉(zhuǎn)換和處理，并輸入計算機顯示出實測的凸輪角速度圖和角加速度線圖。通過分析比較，使學生了解機構(gòu)結(jié)構(gòu)對凸輪的速度波動的影響。

2.推桿運動仿真和實測。通過數(shù)模計算得出推桿的真實運動規(guī)律，作出推桿相對凸輪轉(zhuǎn)角和速度線圖，加速度線圖。通過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)換板進行數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換和處理，輸入計算機，顯示出實測的推桿相對凸輪轉(zhuǎn)角的速度線圖和加速度線圖。通過分析比較，使學生了解機構(gòu)結(jié)構(gòu)及加工質(zhì)量對推桿的速度波動的影響。

五、實驗步驟

1.打開計算機，單擊“凸輪機構(gòu)”圖標，進入凸輪機構(gòu)運動測試設計仿真綜合試驗臺軟件系統(tǒng)的封面。單擊左鍵，進入盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)動畫演示界面。

2.在盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)動畫演示界面左下方單擊“盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)”鍵，進入盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)原始參數(shù)輸入界面。

3.在盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)原始參數(shù)輸入界面的左下方單擊“凸輪機構(gòu)設計”鍵，彈出凸輪機構(gòu)設計對話框；輸入必要的原始參數(shù)，單擊“設計”鍵，彈出一個“選擇運動規(guī)律”對話框；選定推程和回程運動規(guī)律，在該界面上，單擊“確定”鍵，返回凸輪機構(gòu)設計對話框；待計算結(jié)果出來后，在該界面上，單擊“確定”鍵，計算機自動將設計好的盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)的尺寸填寫在參數(shù)輸入界面的對應的參數(shù)框內(nèi)。也可以自行設計，然后按設計的尺寸調(diào)整推桿偏距。

4.啟動實驗臺的電動機，待盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，測定電動機的功率，填入?yún)?shù)輸入界面的對應參數(shù)框內(nèi)。

5.在盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)原始參數(shù)輸入界面左下方單擊選定的實驗內(nèi)容（凸輪運動仿真，推桿運動仿真），進入選定實驗的界面。

6.在選定的實驗內(nèi)容的界面左下方單擊“仿真”，動態(tài)顯示機構(gòu)即時位置和動態(tài)的速度，加速度曲線圖。單擊“實測”，進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，顯示實測的速度，加速度曲線圖。若動態(tài)參數(shù)不滿足要求或速度波動過大，有關實驗界面均會彈出提示“不滿足！”及有關參數(shù)的修正值。

7.如果要打印仿真和實測的速度，加速度曲線圖，在選定的實驗內(nèi)容的界面下方單擊“打印”鍵，打印機自動打印出仿真和實測的速度，加速度曲線圖。

8.如果要做其他實驗，或動態(tài)參數(shù)不滿足要求，在選定的實驗內(nèi)容的界面下方單擊“返回”，返回盤形（圓柱）凸輪機構(gòu)原始參數(shù)輸入面，校對所有參數(shù)并修改有關參數(shù)，單擊選定的實驗內(nèi)容鍵，進入有關實驗界面。以下步驟同前。

9.如果實驗結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。

六、結(jié)語

綜上所述，學生通過本次機械原理綜合實驗，以凸輪機構(gòu)動態(tài)測試實驗臺作為載體，有效的將機械原理課程中凸輪機構(gòu)及其設計和機械運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié)兩個章節(jié)的內(nèi)容串聯(lián)起來。在掌握常用的凸輪從動件運動規(guī)律和凸輪廓線設計的基礎上，重點了解凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對從動件及凸輪速度波動的影響規(guī)律。該實驗臺在綜合實驗教學中的應用，可以有效激發(fā)學生的學習興趣和潛能，變被動學習為主動學習，學生通過親自動手操作實踐可以系統(tǒng)學習和掌握相關的機械原理知識，開拓學生的思路，激發(fā)學生的創(chuàng)造力，進一步提高學生的綜合素質(zhì)和綜合創(chuàng)新能力，滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對綜合技能人才需求。

參考文獻：

篇2

關鍵詞：機械專業(yè)；分析力學；教學內(nèi)容；授課方法

中圖分類號：O342 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0174-02

一、分析力學課程特點和內(nèi)容

分析力學是經(jīng)典力學的一個分支，其嚴格定義目前尚未有一致性結(jié)論[1]。一般認為分析力學是以廣義坐標為手段，虛位移原理和動力學普遍方程為理論基礎，運用數(shù)學分析的方法研究力學問題的一門學科[2]。1788年，拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版，標志著分析力學的初步形成。之后在各國學者的推動下，分析力學取得了長足的發(fā)展，并且有了更豐富的內(nèi)涵和外延。

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

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

二、機械專業(yè)分析力學課程存在的問題

對于機械專業(yè)來講，其研究對象為受約束的機構(gòu)，研究內(nèi)容為機械振動和機構(gòu)動力學等。對于機械振動，分析力學可使其建模方法更加規(guī)范化；對于機構(gòu)動力學，由于其存在大量的約束，采用分析力學方法建模更加便捷。因此，機械專業(yè)分析力學課程的開展是非常必要的。

目前對于機械專業(yè)的分析力學課程，還存在一些值得探討的問題。首先，這門課程一般只作為選修課，課時有限，授課時必須有所取舍和側(cè)重；其次，工科學生的數(shù)學基礎相對理科學生略顯薄弱，但課程中存在一些數(shù)學背景深厚的概念，因此需要在課程的嚴謹性和易懂性之間取得一定的平衡；最后，分析力學即使在力學課程中也是一門基礎學科，因此在授課時應注意將其知識與其他力學課程中的知識串聯(lián)在一起，而不是孤立地講授。

下文針對這些問題，討論了機械專業(yè)分析力學課程內(nèi)容的設置，并闡述了筆者在講解一些重要內(nèi)容和知識點時相比傳統(tǒng)的授課方法進行的具體改進。

三、機械專業(yè)分析力學課程的內(nèi)容設置和講授方法

上文提到，機械專業(yè)分析力學的應用領域主要在結(jié)構(gòu)和機構(gòu)動力學，因此，課程的設置應偏重于拉格朗日力學，尤其是第二類拉格朗日方程。

（一）第一章 緒論

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

（二）第二章 分析運動學

這部分屬于基礎知識，授課內(nèi)容靈活性不大，講授內(nèi)容包括：約束、等時變分、虛位移和自由度、廣義坐標、運動學問題的分析法。

對于第一部分約束，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。因為學生在接觸到微分約束不一定是非完整約束這個結(jié)論的時候，很自然地會產(chǎn)生一個問題：究竟哪些微分約束才是可積的？該部分的內(nèi)容填補了這個空白。

第二部分內(nèi)容等時變分實際上在這里講授顯得較早，但是該部分內(nèi)容作為基礎，可以使得下一部分內(nèi)容虛位移中變分符號的出現(xiàn)不顯得太過突兀。另外通過學習變分的運算法則，學生才能夠從坐標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，筆者主要針對自由度這個概念將學生所學知識橫向比較。對于自由度的概念，學生在許多課程中都有學習，但不同課程由于研究對象不同，對其定義也會有所偏差。例如，振動力學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)位形的最少坐標數(shù)。另外還要對學生強調(diào)，自由度數(shù)與所研究的問題側(cè)重點有關，例如四連桿機構(gòu)有一個自由度，但如果考慮連桿的彈性振動，則有無限個自由度。

第五部分內(nèi)容運動學問題的分析法是大部分傳統(tǒng)教材所沒有的，內(nèi)容主要參考了教材[3]。通過學習這部分內(nèi)容可以基于坐標之間的關系得到速度之間的關系，避免了采用理論力學的基點法。這樣一來，即使學生理論力學基礎較差，也不會太過影響這門課程的學習。

（三）第三章分析靜力學

這部分內(nèi)容設置靈活性同樣不大，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是“理想約束、雙面約束、實位移是虛位移中的一個”。但是學生對于“實位移是虛位移中的一個”這個表述一般不易理解。因此可以放寬為“理想約束、雙面約束、定常約束”，這樣并不影響學生應用該原理。對于例題的設置，可以選用一些材料力學和結(jié)構(gòu)力學求解梁支座約束力的題目，以體現(xiàn)分析力學的基礎性。

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)中的具體應用。對于平衡穩(wěn)定性的概念，可以引入材料力學的壓桿穩(wěn)定性和流體力學中繞流物體的穩(wěn)定性進行類比，使學生認識到這是一個具有普遍意義的概念。

（四）第四章分析動力學

傳統(tǒng)分析動力學需要講授哈密頓正則方程及相關概念，但是哈密頓正則方程主要優(yōu)勢在于研究物理領域，對于機械振動和機構(gòu)動力學，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、泊松括號等，學生學習起來太過抽象。因此筆者認為機械專業(yè)可以不講授哈密頓正則方程相關內(nèi)容。因此這一章的講授內(nèi)容包括：動力學普遍方程、第二類拉格朗日方程、動能的結(jié)構(gòu)、微振動、初次積分、第一類拉格朗日方程、Routh方程。

本章第二部分第二類拉格朗日方程是分析力學課程最重要的內(nèi)容。第二類拉格朗日方程的推導過程較為煩瑣，學生會感到枯燥，但仍然不可或缺。因為這部分公式的推導為接下來的內(nèi)容如動能的結(jié)構(gòu)、初次積分等打下了基礎，同時對學生的邏輯思維能力也是一個提升。在例題方面，筆者建議設置一些電路系統(tǒng)和機電耦合系統(tǒng)，這樣可以使學生意識到該方程的普適性。另外，學生在學習這部分內(nèi)容時，常犯的一類錯誤就是眼高手低，尤其是求導、正負號等很容易出錯。因此一定要讓學生獨立完成一定量的課堂練習。

第三部分內(nèi)容動能的結(jié)構(gòu)雖然略顯抽象，但考慮到旋轉(zhuǎn)機械動力學是機械領域的一個重要研究方向，仍然有必要進行講授。這部分內(nèi)容也為第四和第五部分內(nèi)容打下了基礎。

第四部分內(nèi)容微振動主要講授如何得到非線性振動的線性化方程。筆者發(fā)現(xiàn)在許多工科的振動力學教材中，雖然都提到了把動能寫成速度的二次型，勢能展開為坐標的二次型，就可以得到線性化的振動方程，但并沒有給出一種規(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)容是分析力學求解動力學方程的古典方法。雖然目前求解動力學方程往往采用數(shù)值方法，但并不代表該部分內(nèi)容就不重要了，因為初次積分代表系統(tǒng)存在守恒量，在一些特殊條件下代表具體的力學量的守恒，如能量守恒、角動量守恒等，具有明確的物理意義，而不僅僅是數(shù)學上的抽象概念。另外需要對學生強調(diào)初次積分和約束的區(qū)別，雖然形式相似，但前者是由動力學方程得到的，而后者是純粹的運動學概念。

（四）第五章動力學變分原理

動力學存在多種形式的變分原理，筆者在授課時只選擇了工程中常用的兩個變分原理，一是高斯最小拘束原理，二是哈密頓原理。前者在機構(gòu)分析中應用較多，而后者在彈性振動中應用廣泛。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。雖然學生只需記住公式便可運用哈密頓原理，但實際上對于接觸最多的有限自由度系統(tǒng)，直接使用第二類拉格朗日方程會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。對于哈密頓原理，其泛函的宗量較為抽象，可以引入簡支梁的應變能（宗量為撓度）作為類比，便于學生理解。

第三部分的哈密頓原理與第二類拉格朗日方程等價，但使用起來需要分部積分，沒有直接采用后者方便，學生往往會有一種印象，認為哈密頓原理用處不大。因此筆者授課時引入了簡支梁的振動方程作為例題，雖然推導過程比較煩瑣，但可以使學生了解到，哈密頓原理可以處理第二類拉格朗日方程不能處理的問題，而不僅僅是數(shù)學形式上更簡潔。

四、結(jié)論

分析力學作為一門古老的學科，內(nèi)涵外延非常豐富，針對不同本科專業(yè)的授課內(nèi)容應具有不同的側(cè)重點，授課方式也應有所不同。本文針對機械專業(yè)分析力學課程存在的一些問題，闡述了教學內(nèi)容和方法上的具體改進。在教學內(nèi)容中，充分考慮機械專業(yè)工科特點，刪減了一些偏理科專業(yè)的內(nèi)容。在教學方法上，一方面注重與其他課程的聯(lián)系，突出分析力學的基礎性。另一方面兼顧了課程的嚴謹性和學生的理解能力。實踐證明收到了良好的教學效果。

參考文獻：

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

[2]力學詞典編輯部.力學詞典[M].北京：中國大百科全書出版社，1990.

篇3

關鍵詞：礦物加工機械；三維模型圖；輔助教學

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

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0139-02

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

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，作為我國第一大能源，煤炭的消耗量大幅增加，選煤行業(yè)也經(jīng)歷了一個快速發(fā)展時期，大型選煤廠不斷出現(xiàn)，國產(chǎn)選煤設備遠不能滿足要求，不得不從國外進口大型、可靠、高性能設備。中國礦業(yè)大學（北京）的教材來不及更新和充實，這方面內(nèi)容相對落后。

再者，隨著我現(xiàn)代化企業(yè)的建立，安全生產(chǎn)和環(huán)保意識的不斷加強，選煤廠的安全防護和防塵等級不斷提高，有關措施得到有效落實，運動部件都安裝了安全防護罩，物料的轉(zhuǎn)接點等起塵處都裝有防塵密封或集塵罩，學生參觀實習只是表觀印象，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)認識模糊不清，近些年，學生的現(xiàn)場實習收獲有下降的趨勢。[1，2]

為了確保學生掌握礦物加工機械的專業(yè)知識和新設備、新技術(shù)，在教學中，采用SolidWorks軟件，將多種設備繪制成三維模型，采用動畫演示和模擬等輔助教學手段，收到了很好的效果。

一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多視角展示

礦物加工機械的學習，主要是三個方面的內(nèi)容：一是設備的用途，二是設備的結(jié)構(gòu)，三是設備的工作原理和相關理論。以前的教學主要以口述、文字、平面視圖和視頻資料等方式來授課，要搞清楚設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關系，只能靠復雜的平面視圖反復研究。在有限的課時內(nèi)教師很難講明白，學生也很難聽明白，這一點師生們都深有體會。

由于立體模型圖具有的直觀實體特性，適合于不同層次的人群之間相互交流，所以，越來越多地受到人們的關注。[3]對于機械設備的結(jié)構(gòu)授課來說，教師演示學生觀看，幾乎不要求學生機械（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，比在車間內(nèi)用吊車翻轉(zhuǎn)觀看還隨意、快速，彌補了學生在選煤廠只能看到設備的上部外觀，不能看到設備底面的不足；無論在選煤廠還是設備制造廠，設備是不可能切開觀看的，利用三維模型教學，可以任意處剖分視圖，顯示設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，零部件之間的配合關系一目了然；學生自己動手“拆裝設備”，在選煤廠，設備是不會讓學生拆裝的，即使在制造廠的裝配車間，設備的裝配是既費時又費力的過程，不可能裝完拆，拆完再裝。利用三維模型圖，可以反復進行零部件的拆裝和配合演示，具有省時省力、多視角和重復性觀看等優(yōu)點，能夠加深學生對設備結(jié)構(gòu)的印象，給學生認識設備的原理和理論打下堅實的結(jié)構(gòu)基礎。

二、機械傳動的模塊動畫演示

礦物加工機械中，有些設備的部件傳動原理比較復雜，教師不易講清楚，學生也難以理解。例如，煤泥脫水設備的刮刀離心機，其關鍵傳動部件是擺線差速器，利用該差速器分別帶動篩籃和螺旋刮刀，把篩籃中的已脫水的煤炭輸送出來。但是，學生的基礎課中沒有接觸過差速器的概念，傳統(tǒng)的教學方式是利用周轉(zhuǎn)輪系講解差速器。周轉(zhuǎn)輪系是機械原理中比較復雜的部分，礦物加工專業(yè)的學生一般不講。所以，學生中能夠聽懂的寥寥無幾，大部分學生反應似懂非懂，理解起來非常抽象，完全理解差速器的計算公式更無從談起。多年來，一直在尋找一種讓學生容易理解的教學方法。

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

三、力學模型的振動模擬

振動機械在礦物加工機械中舉足輕重，有很多作業(yè)是在振動床面上完成的。人們普遍認為，振動設備無論是設計、制造和振動理論都比較復雜，學生應該掌握以下幾個方面的重要知識點：

第一，振動利用與隔離振動的矛盾統(tǒng)一。在工程實際中，一方面要利用振動來完成某種作業(yè)，另一方面振動對基礎和附近人們生活會帶來不利，應使振動對外傳遞盡量小，必須采取隔離的方式。在實際工作中，振動與隔振是對立統(tǒng)一、相互并存的一對矛盾，振動機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，建立正確的力學模型。振動設備的一個重要知識點是力學模型的建立，而力學模型的建立必須搞清設備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理順各個零部件之間的關系，找出彈性元件并以此劃分質(zhì)量歸屬范圍，確定振動系統(tǒng)的質(zhì)體數(shù)量。

第三，模擬設備振動的幅度，為實際工程作業(yè)服務。振動幅度的大小是振動設備最重要的指標之一，直接影響振動床上物料的運動，進而決定產(chǎn)品的質(zhì)和量，是學生學習的重點。例如，工程中廣泛應用的振動篩，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高過遠，也會使篩分質(zhì)量惡化，過大的振幅有時會使振動篩造成嚴重破壞，致使篩分作業(yè)不能進行。所以，合理利用振動篩的振幅，使其既能滿足作業(yè)要求，又能可靠地運行是非常必要的。

在課堂上，利用已建立的力學模型——彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，在質(zhì)量塊上施加正弦激振力，該質(zhì)量塊就會振動起來，并可觀測到振動幅度的大??；激振力大小不變，改變激勵頻率時，振幅會隨之而變化，使同學們清楚地看到近共振、共振和遠共振的振動情形。這樣再講解振動的幅頻特性曲線，學生就能夠深刻領會其物理含義。

四、課堂上模擬拉力試驗機

有些機械設備常常要進行薄弱環(huán)節(jié)的強度校核，以確定設備運行是否安全可靠。例如，刮板輸送機是用于煤炭的運輸設備，其薄弱環(huán)節(jié)是圓環(huán)鏈，為了防止斷鏈造成事故，必須對刮板鏈的強度進行演算，常規(guī)的校核方法是：計算鏈條的運行阻力，確定最大張力點，計算圓環(huán)鏈的破斷力是最大張力的多少倍——安全系數(shù)。當安全系數(shù)大于3時，即為可靠。學生對鏈輪輪齒和圓環(huán)鏈哪個相對更薄弱？為什么不驗算鏈輪的輪齒的強度？安全系數(shù)大于3時，鏈條的安全程度又如何？學生理解起來感覺是表面，沒有從根本上理解。

建立了刮板輸送機的三維立體模型后，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，鏈條的應力比鏈輪輪齒的應力大的多，進一步增加扭矩，會發(fā)現(xiàn)鏈條首先達到強度極限。因此，學生清楚地看到鏈條是該運輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，這就是只校核鏈條強度的理由。

另一方面，將鏈條的一端固定，在另一端由小到大施加拉力，當鏈條應力達到強度極限時，該拉力即為鏈條的破斷拉力，這樣學生們在課堂上就進行了在拉力試驗機上的實驗，對圓環(huán)鏈的破斷力以及圓環(huán)的那個部位應力最大有了具體認識和深刻印象。

將鏈條的實際拉力降低到破斷力的1/3以下，同學們看到了實際鏈條應力的大小變化，使學生對安全系數(shù)的理解，經(jīng)過了從抽象到具體、從感性到理性的認識過程。

五、激發(fā)學生學習熱情，在學習中提高建模和運算能力

現(xiàn)代大學生愿意和容易接受新事物，尤其是計算機方面的新知識，具有強烈的渴望和求知欲，并有著獨特的敏感和接納意識。課堂上以三維立體模型教學，形式生動新穎，增強學生對本專業(yè)學習興趣。同時，組織學生利用課余時間，學習、交流和提高三維建模及利用開發(fā)的能力，培養(yǎng)學生現(xiàn)代化計算機繪圖的時代意識，為以后實際工作打下一定的新時代技術(shù)基礎。

第一，根據(jù)學生的愛好，聯(lián)系礦物加工實際，組織建模比賽，激發(fā)學生的學習興趣。利用SolidWorks、UG等三維制圖軟件，制作專項設計模型，在比賽中，交流學習心得體會，互幫互學，學生們在完成設計目標的同時，又鍛煉了自己的制圖技能。

第二，利用軟件模擬功能，培養(yǎng)學生模擬創(chuàng)新意識。現(xiàn)代大學生，思維活躍、敏捷、寬闊，有很強烈的創(chuàng)新意識，利用三維制圖技術(shù)，建立創(chuàng)新性模型，可進行反復修改優(yōu)化和運動模擬，學生們的創(chuàng)新意識得以實現(xiàn)，不僅省時省力，還節(jié)省創(chuàng)新成本。

第三，以模型作為媒介，促進機械設計相互交流。礦物加工專業(yè)的學生，比起機械類學科的學生，平面制圖和視圖基礎較差，與工廠技術(shù)人員用平面視圖的交流，有時會出現(xiàn)工程語言偏差，導致制造出的產(chǎn)品與本人設計思想不一致的情況?，F(xiàn)在，學生首先用三維模型進行交流，再由立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，就避免了工程語言的交流錯誤，準確表達設計者的意圖。

六、總結(jié)

隨著社會科學技術(shù)的進步，尤其是計算機繪圖的普及和發(fā)展，課堂教學手段和方式也要與時俱進。作為教學手段的補充，“礦物加工機械”采用了三維模型及動畫模擬輔助教學，使學生能夠多視角觀看設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關系、動態(tài)認識設備的運動規(guī)律和實時模擬零部件的力學特性，對學生學習本課程有關設備的用途、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：

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篇4

關鍵詞：卓越教育；機械原理；機械設計；精品課程；課程改革

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學機電工程學院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學機電工程學院，副教授。（江蘇 常州 213022）

基金項目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（課題編號：2013JSJG121）、面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（項目編號：XZX/13A001-25）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0067-03

我國提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點高校，目前國內(nèi)各高校在機械原理和設計課程上主要從課程的教學體系、課程內(nèi)容、教學方法、課程的配套教材、課程的師資隊伍建設、教學管理等方面進行努力和嘗試，提高學生的創(chuàng)新意識和能力，提高學生的工程實踐能力。[1]國外和國內(nèi)“卓越計劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學自2000年起，經(jīng)過四年的探索研究后提出的，是近年來國際工程教育改革的最新成果。

機械原理及機械設計是以高等數(shù)學、機械制圖、理論力學、普通物理、材料力學和工程材料等先修課程為基礎的，并為學習有關機械類專業(yè)課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構(gòu)學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能；初步具有擬定機械系統(tǒng)方案、分析和設計機構(gòu)的能力；掌握通用機械零、部件的設計原理、方法和機械設計的一般規(guī)律，具有設計通用機械零件和簡單的機械裝置的能力；具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術(shù)資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過渡到結(jié)合工程實際的設計性課程，從基礎課程過渡到專業(yè)課程的承先啟后的橋梁作用。機械原理及設計課程理論性較強和實踐結(jié)合緊密，且各章節(jié)相對較獨立，內(nèi)容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精原則，不強調(diào)面面俱到，知識點要突出，適當增加寬廣度，注重機械發(fā)展的新概念和新方向。

國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內(nèi)容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。面向卓越工程師的機械原理及設計精品課程建設的目的是針對卓越教育的特點，從教學隊伍建設、教學內(nèi)容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結(jié)合、課程建設全面規(guī)劃等方面進行努力和發(fā)展，使卓越教育的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。[3]

一、課程建設方法

根據(jù)精品課程建設的要求，并結(jié)合河海大學（以下簡稱“我?！保┳陨淼陌l(fā)展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：

1.面向工程應用的課程設置

機械原理及設計是機械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，在整個專業(yè)培養(yǎng)和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業(yè)課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環(huán)節(jié)，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。

隨著各高校的擴招，年輕教師的數(shù)量越來越多，而且具有博、碩士學位的比例越來越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經(jīng)驗；企業(yè)導師具有豐富的工程實踐經(jīng)驗，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伍建設成為時展的需求。結(jié)合國家級“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的工程實踐經(jīng)歷，在學生進駐企業(yè)的同時，各專業(yè)指導教師需要全程陪同，參與到企業(yè)的實踐項目建設中。建立企業(yè)內(nèi)實踐的各學習模塊，為各模塊配備校內(nèi)教師和企業(yè)導師，采用雙導師制，企業(yè)導師負責實踐教育，校內(nèi)教師負責理論教育，相互學習，既提高了校內(nèi)教師的實踐能力，也為企業(yè)帶來了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學時課程中工程應用的比例，進一步借鑒了蚌埠學院的相關做法：[4]優(yōu)先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業(yè)內(nèi)高級技術(shù)人員做校外兼職導師；集合學院乃至校區(qū)的力量，積極參與常州市及周邊地區(qū)的建設，增強校企聯(lián)合；鼓勵專利、產(chǎn)學研結(jié)合和技術(shù)服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。

2.課程實施條件

在課程建設的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規(guī)劃、教學條件保障等方面入手。

（1）主講教師：從機械原理及設計的教學人員構(gòu)成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結(jié)構(gòu)合理、年富力強，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經(jīng)驗。為了提高教育教學效果，全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現(xiàn)的問題及時處理和分析，不斷總結(jié)經(jīng)驗。

（2）教材規(guī)劃：理論課教學選用了由東南大學出版、吳克堅編著的《機械設計》教材。該書是教育部“高等教育面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向21世紀課程和普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材。該教材以機械系統(tǒng)設計為主線，將機械原理和機械設計內(nèi)容進行有效的整合。精品課程建設中，教材規(guī)劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡課程、試題庫等。該教材的建設與機械原理和機械設計的課程內(nèi)容、改革體系相結(jié)合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網(wǎng)絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理及機械設計的教學水平。

（3）教學保障：卓越機械原理及機械設計的教育依托于本科教學平臺，能夠充分保障課程教學的教學要求。20多年來，學校不斷加大投資力度，完善建設，學院的教學設備先進、設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、河海大學常州校區(qū)工程訓練中心、機械基礎省級實驗教學示范中心，其中省級實驗教學中心在2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構(gòu)運動簡圖測繪、齒輪參數(shù)測量和范成、機構(gòu)運動參數(shù)、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車拆裝等基礎實驗，以及機構(gòu)運動拼接和機構(gòu)組合實驗等多個創(chuàng)新型實驗環(huán)節(jié)。通過基礎實驗環(huán)節(jié)，學生能夠加深對課程內(nèi)容的理解和把握；通過創(chuàng)新型實驗環(huán)節(jié)可以進一步提供學生的創(chuàng)新實踐能力。除了校內(nèi)的實驗環(huán)節(jié)，還依托“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”，對企業(yè)內(nèi)部的設備、設計、工藝和檢驗等環(huán)節(jié)進行跟蹤學習，讓學生深入到車間生產(chǎn)一線，切身體會和了解企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)流程，為更好地適應企業(yè)環(huán)境打下良好的基礎。

（4）網(wǎng)絡化教學：為了提供一個自主的學習平臺，提高教師對學生的教學管理能力，增強學生全方位的素質(zhì)，完善了網(wǎng)絡化教學模式。[6]我校機械原理及機械設計的精品課程網(wǎng)站內(nèi)容（圖1）主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網(wǎng)站中設有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時與老師溝通、聯(lián)系。

3.課程評價體系

課程評價圍繞課程培養(yǎng)目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現(xiàn)、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現(xiàn)和出勤率等，力求評價方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業(yè)、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據(jù)我校卓越教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡地反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態(tài)分布。

表1 多樣化的考核方法

考核項目

作業(yè) 實驗 隨堂測驗 企業(yè)實踐 期末測試

20% 15% 20% 15% 30%

4.課程改革與創(chuàng)新

機械原理及設計課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產(chǎn)和生活中實際的機構(gòu)與機器。因此學習方法要注意課程的特點，在學習過程中尤其應注意理論知識與實踐應用的相結(jié)合、機構(gòu)運動簡圖與具體實物的結(jié)合、機構(gòu)的靜態(tài)分析與動態(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)容和工程軟件的應用相結(jié)合。

機械原理及設計的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創(chuàng)新改革，探索適合卓越計劃學生學習的課程體系和教學方式，培養(yǎng)學生的學習興趣、創(chuàng)新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。

（1）教學內(nèi)容的創(chuàng)新：針對卓越計劃教育中學生的理論學習時間壓縮而需要提高實際應用能力的學習特點和需求，在機械原理及機械設計課堂教學中的主要內(nèi)容為：機械運動方案選型設計、機構(gòu)運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計、常用零部件的選擇、常用機構(gòu)選擇及設計、機械系統(tǒng)設計等。此外還要重視介紹學科發(fā)展的新動態(tài)、新方向、新內(nèi)容，注重激勵學生的學習欲望，調(diào)動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術(shù)與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創(chuàng)新等。[7]近年來國家以及江蘇省組織了大學生創(chuàng)新訓練計劃、機械創(chuàng)新大賽等，在創(chuàng)新競賽的過程中提高了學生的創(chuàng)新意識，使學生得到了實踐鍛煉的機會，開闊了眼界。

（2）教學方法的創(chuàng)新：機械原理及設計教學方法配合教學內(nèi)容的改革，加強與學生的互動，將以教師為主的‘灌輸式’教學向以啟發(fā)式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉(zhuǎn)變，讓學生從被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，真正成為教學活動的主體。

鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程內(nèi)容的學習中。例如在原理部分章節(jié)中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來分析和設計，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，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數(shù)、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構(gòu)的運動學和動力學分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機構(gòu)中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線。零件的強度分析是機械設計中的一個重要內(nèi)容，應用有限元軟件可以得到非常直觀的應力及位移圖形。[9]如圖3所示為應用ANSYS 13.0對某齒輪進行強度分析的應力和位移圖，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。對于這類專業(yè)軟件有時學習起來比較困難，耗時間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結(jié)果上有一定的差異，但對于受力的整體變形趨勢的分析仍然有很大的參考價值。

（3）教學手段的創(chuàng)新：在教學手段上，著重培養(yǎng)學生對機械系統(tǒng)的整體認識，突出課程重點，有效分析課程難點，課堂教學過程能夠吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟發(fā)學生的思考和聯(lián)想，加深學生對課程基礎理論的理解。培養(yǎng)學生主動應用課程所學內(nèi)容，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，激發(fā)學生學習興趣，提高教學效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性內(nèi)容外，還要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業(yè)內(nèi)各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理及設計課程中有關結(jié)構(gòu)分析、運動分析、常用零部件選型、強度分析和計算等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。

二、總結(jié)歸納

機械原理及設計課程在“卓越計劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強卓越班級機械原理及設計的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價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，可進一步提高卓越計劃的教育教學質(zhì)量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理及設計中的相關基礎知識和內(nèi)容，為機械類后續(xù)課程的學習打下良好基礎。

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篇5

關鍵詞：機械原理 平面機構(gòu) 運動分析

中圖分類號：TH112.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0238-02

《機械原理》是機械類各專業(yè)中研究機械共性的一門專業(yè)基礎課程。它的主要任務是使學生掌握各種基本機構(gòu)及由其所組成的機械系統(tǒng)的基礎理論、基本知識、分析和設計方法，并具備進行機械系統(tǒng)運動方案設計的初步能力。它的知識結(jié)構(gòu)承前啟后，是學習相關專業(yè)課的基礎。在《機械原理》教學中，平面機構(gòu)的運動分析是必不可少的教學內(nèi)容，無論是設計新機械還是對現(xiàn)有機構(gòu)進行分析，都要用到機構(gòu)的運動分析知識。而平面機構(gòu)運動分析中的矢量方程圖解法是運動分析教學的一個重點難點內(nèi)容。在多年的教學實踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)通用的《機械原理》教材中對矢量方程圖解法的一些說法有語焉不詳或不準確的地方，現(xiàn)提出問題的所在并對問題進行分析、更正和解法補充，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構(gòu)運動分析的一種常用方法，可同時進行機構(gòu)的速度、加速度分析，其基本原理是理論力學的運動學理論：“剛體的平面運動是隨基點的牽連運動和繞基點的相對運動的合成”及“重合點的絕對運動是牽連運動和相對運動的合成”。

在用矢量方程圖解法對機構(gòu)進行速度和加速度分析時，首先是根據(jù)相對運動原理，建立點與點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，按比例繪出機構(gòu)的速度多邊形和加速度多邊形，求得未知的運動參數(shù)。

機構(gòu)運動分析可為分兩種情況：

1）同一構(gòu)件上兩點間速度及加速度的關系；

2）兩構(gòu)件重合點間的速度和加速度的關系。

2 引例及其傳統(tǒng)的求解方法

在圖1（a）所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，設已知各構(gòu)件尺寸和原動件1以角速度ω1勻速轉(zhuǎn)動，則A點的運動已知。如果要求B點的速度，分析可知，其屬于機構(gòu)運動分析的第一種情況，即同一構(gòu)件上兩點間的速度關系。由剛體平面運動的運動合成原理可知，連桿2上任一點（如點B）的運動可認為是隨基點A的平動（牽連平動）和繞基點轉(zhuǎn)動（相對運動）的合成，故點B的速度為

上式為一矢量方程，只有vB及vBA的大小兩個未知量，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p作為起始點（代表機構(gòu)中絕對速度為零的點），作矢量線pa表示vA（圖5-5（b）），過點a作直線ab代表vBA的方向線，與代表vB的方向線的直線pb交于點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，通過將vBA平移到點B可確定其轉(zhuǎn)向為逆時針方向。

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

這種在已知構(gòu)件上A、B兩點的速度，求構(gòu)件上任一點C的速度的問題，《機械原理》教材中傳統(tǒng)的解法有兩種：一是利用點C與點A和點C與點B間的速度關系，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稱為構(gòu)件圖形ABC的速度影像，并且兩者的方位關系為速度影像是相應機構(gòu)圖形沿ω2方向轉(zhuǎn)過90°所得。當已知構(gòu)件上兩點的速度時，則構(gòu)件上其他任一點的速度便可利用速度影像關系求得，而不需再列矢量方程求解，是一種簡潔的求解方法。本實例速度影像法的應用如圖1b）所示。

3 問題的提出及新解

上述解法是經(jīng)典機械原理教材對已知構(gòu)件上兩點的速度后，求其上其他任一點速度的兩種方法。在求C的速度時，幾乎所以教材都沒有提及其他方法，甚至有的教材書上明確寫到：因為C點的大小方向均未知，vCA和vCB大小也未知，故方程和無法求解。即

上述兩個方程均含三個未知要素，故都無法作圖求解。

通過聯(lián)立方程，即

上述方程只有vCA和vCB兩個未知量，可解。

在多年教學實踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，這種說法是不妥當?shù)?。在已知?gòu)件上兩點的速度（即vA和vB）后，不可認為vCA和vCB還是未知量，因為此時構(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

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

為什么如此經(jīng)典的問題及解法會出現(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)能滿足我們的求解要求，并且在實際操作過程中也很方便，尤其是速度影像法，尤為推崇，從而導致了大家對其他方法的探索。其次，因為機械原理課程是一門技術(shù)基礎課，相比力學等基礎課程，其理論分析不太被強調(diào)而更多地考慮了實用，即只要滿足應用需求，能解決問題就行，而沒有全面地分析考慮 該問題的所有可能解。因為教材中只提了這兩種解法，長此以往，就引起誤解，許多人以為只能這樣求解，甚至有些教材書上也給出了武斷錯誤的結(jié)論。

這里對C點運動速度的求解方法做出詳細解釋和補充說明，目的有二：一是更正不妥的說法，二是對求解方法做出補充，提出新的解法，即除了傳統(tǒng)的兩種解法之外，還可利用和這兩個矢量方程分別進行求解。

4 結(jié)語

平面機構(gòu)的運動分析是《機械原理》課程的重點教學內(nèi)容，矢量方程圖解法是其教學難點，對于其基本原理和求解方法，應做到概念明確和思路清晰。新補充的解法不僅僅是對原有求解方法的補充和完善，更是對原有求解方法的更正，避免錯誤的長期存在。尤其是作為教材，更不能起到誤導的作用。

引例所述問題的具體求解方法總結(jié)如下：已知構(gòu)件上兩點的速度（如圖1中構(gòu)件2）后，求其上其他任一點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矢量方程分別進行求解。

參考文獻

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[2] 魏兵.機械原理[M].華中科技大學出版社，2007.

[3] 江帆.機械原理[M].機械工業(yè)出版社，2013.

篇6

1）要滿足該機械零件所應有的使用要求：首先，其設計的結(jié)果應能使該機械零件達到預期的使用目的；其次，被設計出的機械零件能夠長期可靠地運行。綜上所述，結(jié)構(gòu)設計所制作的機械零件應該滿足基本的功能、壽命、精確度、穩(wěn)定性等要求。

2）要考慮最大經(jīng)濟性的原則：經(jīng)濟性原則是人類生產(chǎn)生活中一成不變的原則，其涉及到產(chǎn)品的諸多細節(jié)方面，在設計、生產(chǎn)、使用的整個過程中才能綜合體現(xiàn)出經(jīng)濟性的指標。即結(jié)構(gòu)設計的結(jié)果應能使產(chǎn)品滿足制造成本較低、使用高效率、維護費用較低等特性。

3）要考慮到機械零件的使用者的勞動需求：機械零件的安全性能必須要嚴格把握，以保證勞動者及周邊人員的人身安全；另外，還應該盡可能地改善勞動者的勞動條件，為勞動者創(chuàng)造安全輕松、省時省力的勞動環(huán)境；最后，對于機械零件的外觀設計上也應最求一定的美觀要求。

4）要滿足機械零件其他的環(huán)境、功能等上的特殊要求：如大型的機械產(chǎn)品應設計上便于運輸?shù)囊?，機械機床精度長期保證和保持的要求等。

2機械零件結(jié)構(gòu)的設計方法

設計是在正確的基本原理和已有的實踐經(jīng)驗基礎上來創(chuàng)造和發(fā)展新事物或者改造舊事物。對于機械零件的設計，也應與該概念相合，從知識上的理論原理到實踐中的經(jīng)驗總結(jié)都應該體現(xiàn)出來，因此，從理論到實踐的結(jié)構(gòu)設計，可有以下的幾種結(jié)構(gòu)設計的設計方法：

2.1理論設計

理論設計是日常生活中已掌握的合乎客觀實際規(guī)律的理論和實踐知識的基礎上，與現(xiàn)代的各種物理力學理論、機械與金屬的知識原理和規(guī)律相結(jié)合，來實現(xiàn)對機械零件的最理論的結(jié)構(gòu)設計。根據(jù)零件的整體載荷情況、材料性能、零件工作情況和應力分布規(guī)律等方面的條件，運用理論知識下的簡單的數(shù)學計算公式來確定該機械零件的幾何尺寸、設計要求等。運用數(shù)學計算公式初步建立機械零件的形狀尺寸后，下一步則是進行校核計算。校核計算是指運用理論的校核計算方法對計算出的機械零件的危險剖面的安全系數(shù)數(shù)值進行比對校核。該設計步驟多應用于機械內(nèi)應力分布規(guī)律比較復雜，但該規(guī)律又能通過材料力學公式表達出來的機械零件結(jié)構(gòu)設計。同時，它也適用于在已知零件尺寸的基礎上而又應力分布規(guī)律相對簡單的結(jié)構(gòu)設計情況，如軸和彈簧的設計。一些實踐經(jīng)驗豐富的設計工作者為了簡化計算過程，常在進行機械零件制造的結(jié)構(gòu)設計時，在相關資料數(shù)據(jù)的基礎上先進行粗略估算，直接實施結(jié)構(gòu)設計，然后再進行校核計算。理論設計是一種比較科學和現(xiàn)代化的設計方法，隨著科技的發(fā)展，該方法正在不斷進步和改善，它闡明了機械零件的材料性能及應力分布規(guī)律，是在大量的感性知識的基礎上總結(jié)出來的一種設計規(guī)律，可廣泛適用于絕大部分的機械零件的結(jié)構(gòu)設計。

2.2經(jīng)驗設計

經(jīng)驗設計是指根據(jù)設計者本人的設計經(jīng)驗，再結(jié)合零件已有的設計使用經(jīng)驗，采用類比的方法來進行的結(jié)構(gòu)設計就叫做經(jīng)驗設計。在理論設計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)驗設計的的方法。經(jīng)驗設計與理論設計相比，雖然沒有足夠多的理論科學分析作為設計的基礎，但是根據(jù)設計經(jīng)驗本身形成的公式與理論就已具備有一定的科學參考價值和理論統(tǒng)計性，所以經(jīng)得起實踐過程中的考驗，具有很大的實用性的價值。并且一般來說，理論設計和經(jīng)驗設計在某種意義上是相輔相成的，可以相互應用。經(jīng)驗設計適合應用于載荷情況不明、無法用理論分析且外形復雜的機械零件的結(jié)構(gòu)設計中，多在機架、變速箱體的設計中得到應用，也多應用在一些價值不高的機械零件結(jié)構(gòu)設計中。2.3模型實驗設計模型實驗設計是指在對機械零件作出已有的初步設計的基礎上，再做整體和局部的非特殊處理，形成一體上的模型，并對提出的模型進行反復試驗，結(jié)合實驗經(jīng)驗加以修正完善。該設計方法要能制定出復雜機械零件的工作應力分布和極限承受能力，相對于經(jīng)驗設計更加合理，更加完善。這也是一種使經(jīng)驗設計順利轉(zhuǎn)化為理論設計的重要途徑。模型實驗的設計方法與實驗相結(jié)合，能改善理論設計指導上的不足，同時也彌補了經(jīng)驗設計中不夠科學的地方。對于一些理論知識不夠完備的大型的、結(jié)構(gòu)復雜的機械零件的結(jié)構(gòu)設計，模型實驗設計是一項不錯的選擇。

3機械零件的結(jié)構(gòu)設計需要有創(chuàng)新意識

創(chuàng)新精神是一個國家和民族進步的前提和不斷源泉，同時，為了與國際現(xiàn)代化科技的創(chuàng)新發(fā)展理念相接軌，每一個機械零件制造的結(jié)構(gòu)設計者都應當盡力附上自己的創(chuàng)新設計，以促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并能提高產(chǎn)品的競爭力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。以上的設計方法和原有的理論設計步驟上設計者都可以做出自我的創(chuàng)新改變。如在進行機械零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類時除了按各部分的功能進行分類外，還可以根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的不同價值，進行成本優(yōu)化，做出結(jié)構(gòu)評價再分類。

4結(jié)語

篇7

關鍵字：有限元；教學改革；實踐

一、有限元課程在機械專業(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)學物理問題的數(shù)學計算方法，已廣泛應用在機械、建筑和航空航天等行業(yè)。有限元分析可為各類結(jié)構(gòu)設計和工程分析提供可靠依據(jù)，已經(jīng)成為工程科學中處理難題的重要手段。當前，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。

隨著計算技術(shù)的發(fā)展，也極大促進了有限元技術(shù)在機械設計中的應用。特別對于結(jié)構(gòu)復雜的機械產(chǎn)品的研發(fā)中，有限元分析已經(jīng)成為設計者的重要依據(jù)。涉及有限元法相關的機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)機械專業(yè)性質(zhì)和知識要求，機械工程師必須具備必要的有限元分析計算能力。機械專業(yè)培養(yǎng)的大多數(shù)學生要求能夠獨立運用有限元法從事機械設計、研發(fā)能力，這就要求學生要成為基礎扎實、專業(yè)知識廣闊、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的復合人才。在機械發(fā)展水平不斷提高的情況下，必須進一步調(diào)高人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提高學生獨立運用有限元從事機械設計的能力，必須對有限元課程進行改革。

二、有限元課程在機械專業(yè)教學中存在的問題

1. 重理論輕實驗

有限元理論復雜，涉及到結(jié)構(gòu)力學、彈性力學、數(shù)值方法等方面的知識，不容易講也不容理解，老師往往花大量的時間灌輸基本理論。實踐環(huán)節(jié)僅僅利用計算軟件按照例子進行模擬分析，至于計算結(jié)果的準確性沒有進行分析，導致學生對有限元分析的準確性產(chǎn)生懷疑。有限元分析結(jié)果一方面可以參照解析解，沒有解析解的話可以做實驗進一步確認。很多本科院校根本忽略有限元相關驗證的實驗，根本原因是實驗驗證需要投入人力、物力和財力。學校和老師都應加大這方面的投入。

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。只有有限元的教學和科研有機結(jié)合，才能全面掌握有限元技術(shù)。在教學時，我們既要重視基礎理論，又要重視科技前沿。要求老師對有限技術(shù)相關國內(nèi)外文獻認真閱讀，將有限元前沿的知識合理灌輸給學生，讓學生實時了解有限技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

3.學生學習動力不足

根據(jù)經(jīng)驗，很多學生聽說有限元很難學，心里有懼怕情緒。再加上有限元課程通常是選修課，令很多學生避而言之。當然，這里有老師的因素，更多的是學生自身的因素。很多學生沒有意識到有限法對機械專業(yè)的重要性，老師也要引導學生提高學習熱情。

4.理論和實踐脫節(jié)

理論與實際工程結(jié)合才能體現(xiàn)有限元法的重要作用。教學過程中，老師常常拿梁、桿等簡單例子進行練習，限制了學生對有限元法對機械設計重要作用的認知。做到理論聯(lián)系實踐，需要老師要掌握利用有限元法機械設計的經(jīng)驗，這給老師提出更高的要求。老師應當多參與企業(yè)實際的機械項目，不斷積累經(jīng)驗。

三、教學方法改革

根據(jù)有限元課程在授課過程中存在一些問題，應從以下方面進行改革。學生只有系統(tǒng)掌握有限元技術(shù)的知識，才能在機械設計中合理準確地使用。

1.加強基礎知識和實踐環(huán)節(jié)的訓練

有限元法涉及的基礎學科包括結(jié)構(gòu)力學、彈性力學以及數(shù)值方法相關的知識。掌握彈性力學的基本方程和彈性力學平衡問題的基本求解方法。能夠推導平面桿系、梁結(jié)構(gòu)和殼單元的解析和數(shù)值解的推導方法。并利用通用的有限元軟件進行基本訓練鍛煉，加深學生對有限元基本原理和流程的理解。在編寫講義時，應著重對基礎知識系統(tǒng)化為側(cè)重點。

加強教師工程背景的培養(yǎng)，特別加大與企業(yè)的合作力度，著重從工程的實際角度深刻理解有限元法的應用。教師應從自身情況出發(fā)，對企業(yè)進行考察、調(diào)研，了解企業(yè)在產(chǎn)品設計中的一些難點，特別是機械設計中涉及分析計算內(nèi)容。爭取將這些項目與學生的培養(yǎng)結(jié)合起來，培養(yǎng)學生實際應用的能力。學生既得到了鍛煉，又幫企業(yè)解決一些計算問題。

2.教學與研究結(jié)合

從國內(nèi)外高水平的大學辦學理念來看，研究和教學相互結(jié)合才能讓學生進入高水平。國內(nèi)的大多數(shù)高校關于有限元的教學不是很深入，導致學生不能深刻地消化有限元技術(shù)的精髓。從機械專業(yè)的角度來看，利用有限元相關的科研提高學生運用有限元和機械設計能力是一種很好的途徑。

有限元方面的研究文獻很多，通過研讀專業(yè)文獻，著重體會有限元建模、邊界條件簡化、求解、后處理等細節(jié)內(nèi)容。特別是利用實驗驗證有限元計算結(jié)果的準確性具有的重要作用。掌握裝置的固有頻率、陣型測量實驗方法與過程。

教學改革的關鍵是教學理念的更新，實踐新的教學理念，針對有限元在機械專業(yè)中這門課程，教師應不斷將新的研究成果融入到教學內(nèi)容中，采用有效地教學手段，最大限度地激發(fā)學生的學習興趣，提高學生機械設計能力。

參考文獻：

[1]王文靜.“有限元方法及軟件應用”課程教學改革實踐探索.科學教育論壇.2005.

篇8

關鍵詞：苧麻莖稈；機械分離；剝麻輥齒；結(jié)構(gòu)參數(shù)；正交試驗；剝凈率

中圖分類號：TS122.1 文獻標識碼：A 文章編號：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)的關鍵環(huán)節(jié)，在現(xiàn)有各種形式的機械分離設備中，直喂式剝麻機和反拉式剝麻機是主要的剝麻機械，其關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改變剝離設備結(jié)構(gòu)對苧麻莖稈分離設備進行研究分析[2-5]。其中龍超海等[2]對4BM-260型苧麻剝麻機通過正交試驗，分析了剝麻機滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、剝麻間隙等主要技術(shù)參數(shù)對剝麻效率的影響，認為剝麻滾筒的最優(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°、滾簡直徑260 mm。蘇工兵等[3]采用速差分離原理研制出了全自動苧麻莖稈分離機，通過不同速差的匹配，分析了苧麻尾部剝離過程。呂江南等[4]對研制的雙滾筒反拉式苧麻剝麻機在正交試驗和性能分析基礎上，確定了主要技術(shù)參數(shù)，樣機初步性能試驗結(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，苧麻單纖維強力為51～54 cN。張龍云等[5]研制的FL-235型復刮式苧麻剝麻機試制了雙滾軋刀互向可調(diào)式齒輪裝置，并通過反復試驗和結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化，達到了整機設計合理、運行效果良好、無故障、生產(chǎn)效率高的目的。不過國內(nèi)外相關領域?qū)ζr麻剝麻機的研究主要集中于苧麻機械剝離機結(jié)構(gòu)設計和試驗研究方面[6-12]，尚未從機械設備與苧麻纖維剝離相互作用上建立力學方程來分析苧麻莖稈分離機理?，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)力學性能的差異是苧麻莖稈機械剝離的力學基礎。為此，試驗采用剛體動力學和結(jié)構(gòu)動力學及正交試驗分析方法，建立了苧麻莖稈分離過程的力學方程，研究了機械設備輥齒結(jié)構(gòu)與苧麻莖稈相互作用之間的關系，這對于揭示苧麻莖稈機械分離機理和研究設計剝離機械具有重要的指導意義。

1 莖稈分離臺架結(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，試驗設計并試制了新型莖稈分離試驗臺架，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。試驗臺架結(jié)構(gòu)見圖1，其工作原理是苧麻莖稈從2個壓麻輥的嚙合口喂入，壓碎的莖稈以壓麻輥切向速度進入剝麻輥，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，剩余麻骨強行與麻皮分開，從而實現(xiàn)麻稈尾端的麻骨與麻皮分離，該設計解決了莖稈尾端分離不清的問題。根據(jù)試制的新型分離臺架以及現(xiàn)有的機械分離設備（包括直喂式剝麻機和反拉式剝麻機）研究可知，其關鍵剝離裝置是剝麻輥齒結(jié)構(gòu)。為此，試驗以剝麻輥齒結(jié)構(gòu)為研究對象，分析了莖稈分離過程中剝麻輥齒結(jié)構(gòu)與苧麻纖維剝離之間的相互作用機理，從而優(yōu)化剝麻技術(shù)有關參數(shù)。

2 莖稈分離過程的力學分析

2.1 建立莖稈折斷過程力學方程

在新型莖稈分離試驗臺架上，被壓扁的麻稈以緩慢的速度進入2個剝麻輥之間后，受到高速旋轉(zhuǎn)的剝麻齒瞬時沖擊而迅速折彎，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理，選取苧麻莖稈在輥齒剝離某一時刻靜止狀態(tài)進行受力分析，其受力情況見圖2。在圖2中，F(xiàn)為輥齒齒端力，該力以莖稈受力點為坐標點，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，沿莖稈運動方向力為Q；N的作用使莖稈折斷，Q則剝離莖稈，γ為2個剝麻輥齒之間的夾角，？琢為輥齒對莖稈的剝離角。為了分析苧麻受力變化過程，假設取2次碰撞之間的長度為麻稈研究對象，其質(zhì)量為m稈。則苧麻莖稈的受力為：

式中，N為輥齒對莖稈的折斷力，Q為輥齒對莖稈的剝離力。設輥齒數(shù)為Z，則2個輥齒對輥筒軸心的夾角為：

由此可知，苧麻莖稈剝離過程主要與剝麻輥和壓麻輥轉(zhuǎn)動速度、剝麻輥半徑及剝麻輥齒數(shù)有關， 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。

通過上述研究苧麻莖稈與輥齒結(jié)構(gòu)作用分離過程，建立了莖稈分離過程中折斷能量和剝離能量的關系表達式，由表達式（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，還與莖稈分離臺架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（剝麻輥半徑、齒數(shù)、嚙合深度）及各對輥齒轉(zhuǎn)速大小有關。根據(jù)以上理論研究結(jié)果，并結(jié)合試驗臺架結(jié)構(gòu)部分參數(shù)，進行莖稈分離與輥齒結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交試驗。

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

3.1 因素、指標選擇

剝麻輥是苧麻剝麻機的最主要部件，通過上述力學分析可知：①剝麻齒對麻稈的沖擊力F越大，則麻稈瞬時變形也越大，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個水平進行正交試驗。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，但嚙合過深會損傷麻皮纖維，同時受到結(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為正交試驗的3個水平進行正交試驗。③由試驗可知，增多剝麻輥齒數(shù)Z，折斷麻稈長度變短，可減少剝離麻骨所需能量Q；但過多會損傷纖維，同時受到結(jié)構(gòu)的限制。因此以剝麻輥齒數(shù)16、20、24個為3個水平進行正交試驗。

3.2 試驗設計

試驗用麻于2016年6月中旬取自湖北省咸寧市苧麻試驗站試驗田種植的華苧4號頭麻，每組試驗重復5次，結(jié)果取平均值，其試驗臺架工作狀態(tài)見圖3。脫凈率Y的計算公式為：

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。試驗里各因素、水平構(gòu)成見表1，正交試驗方案見表2。

3.3 結(jié)果與分析

苧麻莖稈分離L9（34）正交試驗結(jié)果見表3。從表3可見，通過對剝麻輥正交試驗結(jié)果運算分析，各因素對脫凈率的影響高低排序為剝麻輥轉(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、剝麻輥半徑120 mm，此時剝凈率為98.42%。

3.4 其他參數(shù)分析

苧麻莖稈分離過程分為麻稈破裂折斷過程和麻骨剝離飛出過程，這2個過程所需要的能量都是由轉(zhuǎn)動的剝麻輥提供的，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。假設一次性喂入麻稈數(shù)量為10根，而剝麻輥能量由電機提供，依據(jù)正交試驗分析結(jié)果，取最優(yōu)條件剝麻輥轉(zhuǎn)速900 r/mi4 討論

1）苧麻莖稈分離過程由折斷和分離瞬時同步完成，試驗對2個過程分別進行力學分析，描述了輥齒對莖稈分離的影響。其中采用靜態(tài)動力學和動態(tài)瞬時響應理論的分析方法，建立了折斷能的關系表達式，該關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，還與莖稈分離臺架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（剝麻輥半徑、齒數(shù)、嚙合深度）及電機轉(zhuǎn)速有關。各因素對分離效果的影響為較復雜的函數(shù)關系，所以在滿足莖稈分離要求的前提下，應選擇合適的參數(shù)大小，以達到能耗低、效率高的效果；試驗采用能量守恒原理和沖量定理的理論方法，建立了分離能的關系表達式，該關系式表明，剝麻輥和壓麻輥轉(zhuǎn)動速度、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。驗通過建立輥齒對麻稈作用的折斷能和分離能的關系表達式，揭示了機械輥齒與莖稈分離的機理，為苧麻分離機械設計參數(shù)的選擇提供了技術(shù)指導。

2）采用L9（34）正交試驗方法分析了影響莖稈分離效果的主要因素，即苧麻莖稈分離臺架的最主要部件剝麻輥，結(jié)果表明，對莖稈分離效果的影響高低排序為剝麻輥轉(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、剝麻輥半徑120 mm，此時剝凈率為98.42%，同時粗略估計電機所需最小功率為2.2 kW。

3）除此之外，苧麻莖稈的含水量影響較為顯著。當含水量過高時，剝離開的麻皮容易纏繞在剝麻輥上；而含水量過低時，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。另外麻稈粗細均勻度也有一定的影響，莖稈粗細差異過大的最好分級，這有利于各對輥齒牽引，否則細者牽拉不住，清不掉麻骨。同時一次性喂入麻稈數(shù)量要固定，喂入時要求盡量均勻排列，以易于清骨。

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篇9

1．1提升教師素質(zhì)

教師是學生的領路人，在學生獲取知識的過程中扮演非常重要的角色。一名專業(yè)課教師，必須有扎實的基本功和過硬的專業(yè)素養(yǎng)。農(nóng)業(yè)機械學是一門多學科交叉的專業(yè)課程，講授該課程的教師，不僅要掌握機械制圖、機械原理、機械設計、理論力學、電工電路基礎等專業(yè)基礎課程，還需要掌握農(nóng)學概論、農(nóng)機新技術(shù)、農(nóng)業(yè)機械化管理學、汽車拖拉機學和生物工程等相關專業(yè)課程。同時，還要熟悉農(nóng)機實驗與農(nóng)機生產(chǎn)實習的各項基本技能與操作規(guī)程。為使教學內(nèi)容更具前沿性與時代性，任課教師需要經(jīng)常參加國內(nèi)外相關的學術(shù)會議與各種農(nóng)機博覽會，把握專業(yè)最新發(fā)展動態(tài)，多渠道拓寬學術(shù)視野。

1．2精選教材

優(yōu)秀教材對提高課程教學質(zhì)量有事半功倍的效果。目前常見的農(nóng)業(yè)機械學教材主要有2個版本：一是北京農(nóng)業(yè)工程大學主編的《農(nóng)業(yè)機械學》，分為上下兩冊，上冊主要介紹農(nóng)機輪子、拖拉機牽引力學、耕整地機械、水稻插秧機、植物保護機械的相關內(nèi)容；下冊主要以收獲機械、播種機械、分選機械，以及干燥機械為主。教材內(nèi)容比較全面，信息量較多，但篇幅較長。二是李寶筏先生主編的《農(nóng)業(yè)機械學》，此書前半部分主要介紹基本農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)、原理與工作過程等；后半部分主要講授農(nóng)業(yè)機械的設計構(gòu)思、計算方法、試驗數(shù)據(jù)處理等。教材內(nèi)容循序漸進，對學生創(chuàng)新思維的開發(fā)有較好的促進作用。另外，李洪文教授主編的《農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)學》和丁為民教授主編的《農(nóng)業(yè)機械與設施》也具有較好的參考價值。綜合考慮教材的內(nèi)容信息量以及授課的實際需要，海南大學農(nóng)機專業(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，考慮到內(nèi)容的完整性與地域要求，還選擇一些學報期刊和海南特色作物種植與收獲方面的專著作為輔助參考資料，讓學生在全方位接觸農(nóng)機知識的同時，能時刻了解行業(yè)研究動態(tài)。

1．3取舍教學內(nèi)容

在教學課時不斷縮減的情況下，讓學生掌握《農(nóng)業(yè)機械學》課程所有內(nèi)容是比較困難的。從教學經(jīng)驗看，力學理論推導與數(shù)學建模是學生弱項，如農(nóng)機輪子受力分析、拖拉機牽引曳物線方程、風機理論等，而鏵式犁、圓盤耙、旋耕機等實際應用相對容易；播種機械、收獲機械、移栽機械以及現(xiàn)代農(nóng)機新技術(shù)等章節(jié)容易引起學生的興趣。農(nóng)業(yè)機械學課堂教學一般采取如下做法：抽象的理論分析少講；傳統(tǒng)的耕作機械鏵式犁、圓盤耙和旋耕機等內(nèi)容略講；收獲機械、播種機械、農(nóng)機的應用，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)、蔬菜移栽機械和農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械新技術(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內(nèi)容的完整性，也體現(xiàn)出教學內(nèi)容匹配的合理性，有助于減輕學生的學習壓力。

1．4教學方法的革新

目前，農(nóng)業(yè)機械學課程的教學主要包括理論授課、實驗教學與農(nóng)機生產(chǎn)實習3個部分，其中理論授課為56學時，實驗教學為8學時，生產(chǎn)實習3個星期。

1．4．1理論教學

理論課教學摒棄傳統(tǒng)的滿堂灌輸教學方式，采用提問式與啟發(fā)式相結(jié)合的教學方法，在教學過程中根據(jù)教學任務和學習的客觀規(guī)律，從學生的實際出發(fā)，以啟發(fā)學生的思維為核心，調(diào)動學生學習的主動性和積極性。具體為：在課堂上老師先進行問題設置，在學生預習相關內(nèi)容后再有針對性地進行授課，鼓勵學生發(fā)表看法，積極參與課堂討論，體現(xiàn)師生平等。同時要求學生對農(nóng)機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生歡迎，既拉近了師生間的距離，又提高了學習效率。對那些沒有實物參考的農(nóng)機具，通過三維造型、動畫制作、拍攝相關視頻進行教學，也能起到異曲同工的教學效果。借鑒其他院校的專題教學方式，安排學院農(nóng)機專業(yè)的老師進行專題講座，并定期舉辦農(nóng)機行業(yè)內(nèi)知名專家學術(shù)交流，利用榜樣力量培養(yǎng)學生自信心，提高學生學習興趣，讓學生了解更多的行業(yè)發(fā)展動態(tài)。

1．4．2實驗教學

在實驗教學方面，利用機械原理和機械設計創(chuàng)新實驗室現(xiàn)有的實驗儀器進行機器構(gòu)造和原理部分的教學，如混合物分離原理；利用農(nóng)機具結(jié)合測試儀器進行農(nóng)業(yè)機械的性能參數(shù)測試，如犁曲面參數(shù)測量；利用廢棄農(nóng)機具進行拆裝鍛煉學生的動手能力，如小型聯(lián)合收獲機的拆裝實驗與柴油發(fā)動機的拆裝實驗等。由于實驗教學主要根據(jù)實物進行講解，比較直觀，簡單易懂，教學效果明顯。

1．4．3生產(chǎn)實習

生產(chǎn)實習是為了進一步鞏固農(nóng)機理論知識，在鍛煉學生實際操作能力的同時開發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力。實習的第1個星期主要對動力拖拉機的構(gòu)造和工作原理進行講解，同時進行拖拉機駕駛訓練；第2個星期主要進行鏵式犁、圓盤耙、旋耕機、稻麥聯(lián)合收獲機、水稻插秧機以及海南特色農(nóng)業(yè)機械的操作技能實踐；最后一個星期安排學生在校外農(nóng)機生產(chǎn)實習基地參觀實習。這樣既能培養(yǎng)學生的操作能力，鍛煉學生吃苦耐勞的實干精神，也能拓寬學生的知識面，提升相互協(xié)作的團隊精神。

1．4．4考試形式

以往農(nóng)業(yè)機械學課程考試，期末考試成績占70％，平時成績占30％（包括實驗操作與實驗報告等）。這樣的考察方式無法反映學生對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，在一定程度上影響學生參加實驗與實踐操作的積極性。從2008年開始，課題教學團隊通過討論并結(jié)合實際情況，采取期末成績占50％，平時課堂討論表現(xiàn)占20％，實驗操作、實驗報告占30％的分配方式進行期末綜合評定，農(nóng)機生產(chǎn)實習單獨記成績。采用此種計分方法后，學生參與課堂討論和實踐的積極性明顯提高，實驗報告和課程論文的質(zhì)量也得到較大改善。

2學生學習方法

教學效果不僅跟老師自身水平以及教學方式相關，也與學生的學習態(tài)度和方法有關。作為一名農(nóng)機專業(yè)的學生，學好農(nóng)業(yè)機械學課程，扎實掌握農(nóng)業(yè)機械的相關理論知識和基本操作技能，應從以下幾個方面入手。

2．1明確學習目的

農(nóng)業(yè)機械學課程是農(nóng)機專業(yè)的主干專業(yè)課程，在培養(yǎng)體系中占有重要位置。首先，要正確對待自己的專業(yè)，端正態(tài)度，摒棄對農(nóng)機專業(yè)的誤解和偏見，努力培養(yǎng)學習專業(yè)課程的興趣。其次，要有明確的學習目的。對農(nóng)機學生而言，農(nóng)業(yè)機械學是立足農(nóng)機行業(yè)和從事相關研究工作的基礎，掌握并學以致用是根本要求。

2．2合理選取參考資料

農(nóng)業(yè)機械學是綜合性很強的課程，涉及面廣。在學習該課程之前，要學好機械制圖、機械原理、機械設計、液壓與氣動等專業(yè)基礎課。另外，還需要掌握農(nóng)業(yè)機械化管理學、生物工程、人機工程學基礎、農(nóng)學概論等方面的內(nèi)容。由于農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展具有多樣性，因此，要通過閱讀與農(nóng)機行業(yè)有關的期刊雜志等途徑了解農(nóng)業(yè)工程學科發(fā)展的最新動態(tài)。2．3重視課堂學習在開課初期，要重點復習機械設計、機械原理等相關專業(yè)基礎課，這樣可以在課堂上更好地理解各種農(nóng)業(yè)機械的工作特點。同時，學習過程中要做到課前預習，課上做筆記，多思考問題，對不了解的內(nèi)容要積極提問，大膽發(fā)表自己的看法。同時，課后多閱讀相關的參考資料。

2．4優(yōu)化實踐與實習

農(nóng)機生產(chǎn)實習與實驗可以鞏固學生的專業(yè)理論知識，是檢驗學生對課堂教學內(nèi)容掌握程度的有效方法之一。在實習或?qū)嶒炚n上，學生要認真聽老師講解，仔細觀察老師的操作，熟悉實驗程序。在操作過程中要嚴格遵守操作規(guī)程，把安全意識放在首位，不要擅自做主，不明白的地方多與老師溝通。同時，要做到推陳出新、舉一反三，在實習與實驗中提升創(chuàng)新能力。

3結(jié)語

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關鍵詞：液壓傳動；教學方法；多媒體教學；理論聯(lián)系實際

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0128-02

《液壓傳動》是機械類專業(yè)必修的專業(yè)基礎課，它融合了機械電子及自動控制等技術(shù)，解決液壓元件、系統(tǒng)分析及應用問題，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防以及航空航天等領域都得到了廣泛的應用[1]。液壓傳動課程理論較深且實踐性強，通過課程學習學生應掌握液壓基礎知識，了解各類液壓元件的工作原理、特點應用及選用方法，熟悉各類液壓基本回路的功用、組成及應用場合，還應了解國內(nèi)外先進技術(shù)成果在機械設備中的應用。該課程相對于學生而言屬于專業(yè)性較強的陌生領域，學習起來有一定難度，對教學也提出了更高的要求。只有在教學實踐中不斷尋找、總結(jié)適當?shù)慕虒W方法、采用更新的教學手段，才能適應教學需求，獲得更好的教學效果。

一、課程特點及教學實踐中存在的主要問題

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

但由于課堂教學學時有限、學生實踐機會少、實踐知識缺乏等問題，同時傳統(tǒng)教學模式及知識體系中以抽象的理論為主，過分強調(diào)理論深度，忽視理論知識的應用與實踐，致使學生缺乏感性認識和實踐經(jīng)驗，理論知識與實踐應用環(huán)節(jié)嚴重脫節(jié)。

作為一門實踐性較強的課程，在傳授理論知識的同時，更為重要的是培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。為此需要不斷總結(jié)教學實踐中存在的問題，有針對性地調(diào)整教學內(nèi)容，吸取先進的現(xiàn)代教學手段，豐富、改善教學方法，著重理論環(huán)節(jié)與實踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，以促進教學效果及質(zhì)量的提高。

二、合理調(diào)整教學內(nèi)容

面向應用型人才培養(yǎng)目標，基于實用技術(shù)角度合理調(diào)整《液壓傳動》課程教學內(nèi)容。實際教學中，應適當降低理論的難度和深度，教學內(nèi)容要加強與工程實際相聯(lián)系，并能及時反映最新技術(shù)的發(fā)展和應用。

本課程教學任務是掌握液壓傳動技術(shù)的基礎理論知識，為確保學生同時具有一定的調(diào)整、使用分析及檢測能力，將整個課程教學內(nèi)容的重點調(diào)整為注重理論的應用，突出學生能夠接受的應用型內(nèi)容，側(cè)重實用。對于教學內(nèi)容中過繁過深的理論推導、分析和計算部分進行壓縮，以突出重點。對于液壓流體力學基礎知識例如流體力學中的四大基本方程、能量損失及小孔流量公式等，要求學生掌握理論概念和主要公式的運用，刪減冗長煩瑣的公式推導及計算過程，過多的理論闡述和公式推導會占據(jù)大量課時，容易導致理論和實踐的比例失調(diào)。重點要求掌握元件的工作原理和主要特性，強調(diào)其影響因素及實際應用，加強對元件的認識、拆裝、使用和液壓系統(tǒng)的調(diào)試等實踐性教學。

同時，對于課程中重點教學內(nèi)容著重進行詳細分析及講解，增加典型液壓系統(tǒng)實例分析，通過大量實例分析將零散的液壓知識有機聯(lián)系起來，并靈活應用，確保學生真正理解并熟練掌握。例如講授液壓傳動各元件工作原理、應用及液壓傳動基本回路等內(nèi)容時，嚴格遵循每一教學環(huán)節(jié)，通過后續(xù)的作業(yè)練習和實驗等環(huán)節(jié)來鞏固加深對相關理論知識的理解與掌握。

此外，著重加強實踐教學環(huán)節(jié)，改進實驗內(nèi)容和方法，推行多組分批次實驗教學，保證學生有足夠充分的實驗時間及機會。根據(jù)現(xiàn)有條件可適當增加液壓回路分析，進行設計性和綜合性實驗，鼓勵學生嘗試創(chuàng)新及開放性[2-4]。將自動控制原理、機電一體化、數(shù)控技術(shù)及電氣控制等課程貫穿為系統(tǒng)教學，有利于學生創(chuàng)新能力和工程觀念培養(yǎng)，促進基礎理論教學及教學與科研相結(jié)合。

三、現(xiàn)代教學手段與傳統(tǒng)教學形式有機結(jié)合