机械原理的课程设计
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇机械原理的课程设计范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
机械原理的课程设计范文第1篇
作者简介：张莉洁（1976-），女，河南洛阳人，洛阳理工学院机械工程系，讲师。（河南 洛阳 471023）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0120-02
机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，机械系统设计的正确合理性，对提高机械的性能和质量，降低制造成本与维护费用等影响很大，决定着机器性能的好坏。机械系统方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用和总结已有知识和实践经验，深入理解，广泛积累，收集相关技术资料，充分发挥创造性思维和想象能力，灵活运用各种设计方法和技巧，从而设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。
作为“机械原理”课程的一个重要实践性教学环节，机械原理课程设计的内容正是对机器进行机械系统方案设计。它是学生将所学知识转化为实际工作能力的桥梁，使其将所学知识系统化；使理论与工程实际相结合，提高分析解决工程实际问题的能力，树立机构分析和设计的概念，树立正确的工程设计观点；通过创造意识的教育，培养学生创造、实践能力。根据近年来对课程设计实践教学环节的深入探索及积累的经验，本着洛阳理工学院提出的培养工程应用型创新人才的教育理念，笔者总结了学生在进行课程设计时出现的普遍问题，针对机械原理课程设计的培养目标，本文从机械系统设计过程的系统化、实践性及创新性这三个方面对原有教学模式存在的问题加以提出、探讨和论述。
一、机械原理课程设计教学内容及存在的问题
“机械原理”课程设计的核心内容是对机械系统进行方案设计。其一般设计步骤为：拟定机械工作原理，制订总体功能，提出设计要求；执行构件和原动机的运动设计，确定执行构件的数目、运动形式、运动参数及运动协调配合关系；机构选型，选择满足机械运动、动力要求的机构类型，确定机械系统结构方案，绘制系统示意图；机构的尺寸综合，根据执行构件和原动机的运动参数，以及各执行构件运动的协调配合要求，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图；方案分析，进行运动学和动力学分析，对系统方案合理性进行论证，验证其能否满足运动要求。机械系统设计工作是一项创造性劳动，设计过程通常不会一次性完成，经常出现反复和交叉，通过不断论证分析的过程才能达到最终的设计目的和最优的设计要求。
根据近年来“机械原理”课程的理论教学，结合课程设计实践环节指导经验，笔者发现学生在机械系统设计中，普遍存在如下问题：面对复杂的机械系统，学生在初始确定机械方案的工作中不能把握全局，没有“整体规划”的概念，竟不考虑机械系统各部分的运动协调性和机构运动实现的可行性，设计工作呈现照猫画虎的状况，无法发挥自身主观能动性和创造能力，如此“参考设计”并不利于学生真正掌握机械系统设计的精髓。另外，原有课程设计所选设计题目大都集中于传统、经典式的机床类设计，题目过于单一，创新设计性体现不强，导致学生缺乏设计兴趣。
笔者认为在课程设计过程中应积极发挥学生的主观能动性，能够通过思考自行提出解决方案，培养创新和实践能力，这才是该课程设计所应达到的教学目的，针对以上培养目标和所述问题，本文分别对课程设计进行中的重要环节和应注意的问题加以探讨和论述。
二、系统化、实践性及创新性教学探索
1.总体规划，把握正确设计方向
机械系统的正常工作是依靠各部分机构的协调运动来实现的，因此机械系统方案设计的最初工作阶段应是“系统工程设计”，即应在满足机器各执行构件的协调运动关系和运动、动力要求下，高屋建瓴地进行整体规划，该阶段应包括上节所述设计步骤的前三步。“系统工程设计”阶段将为之后各设计阶段提供设计目标、依据和技术参数，其重要性正如房屋的架构或是汽车的运行，决定了机械系统方案设计工作成功与否及方案的可实现性与合理性。
然而，“系统工程设计”工作正是学生在设计过程中遇到的最大困难，其不愿运用逻辑思维统筹分析各部分运动协调关系和机构运动的合理性，而是莽撞地从熟知的局部机构入手开始设计，如此毫无方向性的设计方法无异于盲人摸象，而后的工作无论进行得多细致也无法保证正确的设计结果，最终导致南辕北辙的失败。
进行“系统工程设计”的关键步骤是绘制各执行机构的运动工作循环图。运动工作循环图使各执行部分协调运动关系明晰可见，更有助于设计者理清思路。最清楚的绘制方法是在直角坐标系中分别做出各执行构件所对应原动件在一个工作循环内的运动位移曲线以及对应的阻力曲线，该曲线将为之后的机构设计、运动和受力分析提供必要的设计技术参数。
以牛头刨床机构举例分析，该机器有两个相互协调的执行端运动，其一为刨头的往复直线运动，通过电机、减速装置及转动导杆和曲柄滑块机构的组合执行机构来实现；另一个运动是工作台的横向进给运动，该运动由主运动通过传动系统，而后通过曲柄连杆、棘轮机构及丝杠螺母组成的螺旋运动来实现，两者的运动协调关系为工作台的横向进给运动必须在刨头非切削时间内进行，否则被加工工件将被损坏。绘制运动循环图时应分别画出刨头、工作台对应于原动件曲柄转角转动一周的位移曲线图。另外，其工作中切削阻力曲线也应相应绘出，为之后在任意位置进行受力分析时提供相应数据。
运动循环图将对之后各阶段提出一系列设计要求，如工作台进给的间歇运动是最终通过棘轮机构实现的。若通过曲柄摇杆机构来实现主动曲柄和棘轮的运动传递，则应考虑如何设计曲柄连杆机构，才能保证棘轮的工作行程（拨齿使工作台进给）位于刨头主运动的回程段，且工作周期一致。以上运动协调性为之后进行机构尺寸综合提出了设计要求，通过分析可将其转化为机构设计的三大类基本问题来解决。
2.开展实践调查研究，锻炼自主研究能力
由于理论学习占授课的主要部分，许多学生对实际机器缺乏感性认识，只会按既定方案进行教条设计，如此闭门造车的设计状态使学生缺乏设计兴趣，且设计出来的方案也是纸上谈兵，不符合实际。
优秀的机械系统设计工作依赖于设计者的丰富经验，针对专业知识匮乏，实践少的问题，在进行课程设计前的准备工作中应提出以下要求：开展实践调查研究，锻炼学生自主收集获取相关技术资料及深入自主研究的能力。鼓励学生广泛阅读，扩展知识面，了解最先进的机械构造和设计技术，对机械系统的丰富性能窥得一斑。生活中先进机械系统实例举不胜举，如汽车构造中实现前车轮转向的机构、四连杆独立悬架直线机构等等，都是极具创意且包含先进设计思想理念的设计实例。
获得实践的方式很多，如实地参观考察，听现场工人师傅讲解；图书馆、网络技术资源也能够感受到一个丰富精彩的机械世界。通过实践，再与所学理论知识相结合，学生再一次经过了由感性上升到理性的认识过程，掌握了课本知识与实际机器的内在联系，在设计时更易发挥其主观能动性。在补充专业知识的过程中，领略前辈们的智慧和创新精神，想必也一定会激发学生自主设计的欲望与热情。
3.拟定多样化、创新型设计题目，启发创新思维
目前现有传统的经典式机械系统设计题目通常是一些仅要求满足急回特性和一定协调运动的机床类设计，这类设计题目多数较为成熟，设计难度不小，而类型过于单一，创意思考空间并不大，无法体现机械系统的丰富性。而实际机械系统的功能和设计要求是极其多样化的，学生在进行课程设计中却始终没有机会接触到这些，无法感受到机械系统设计的丰富多样性和创新趣味性，更无法为学生带来创新设计成功后的成就感和喜悦感，更甚者学生直接照搬照抄，比葫芦画瓢。
笔者认为，针对初学的学生拟定机械系统题目不宜太过复杂，而在于有思考性和设计意义。只要有创新和分析价值，能激发起学生创新设计的欲望，这样的题目即可获得事半功倍的效果。随着不断完善的教学体系发展，多样化、创新性设计题目应有所呈现，而这些题目能使学生充分利用所学之术，锻炼分析判断能力和解决实际问题的能力。
举例来说，机械系统中执行机构通常是由一些简单而极富创意设计的四连杆机构来实现的，如从这方面选题，就应要求学生在完成设计的过程中要使设计既不过分复杂，同时又能让人感受到机械系统的设计理念。在此举出以下实例加以说明。
如让学生进行汽车前车轮转向系统的设计。首先向学生提出以下问题：两前轮转向时，两车轮的转角是否相等；然后分析问题：汽车高速行驶时首先要保证行驶的安全性，因此车轮转向时应保证整车纯滚动，否则将会出现打滑的危险。由此得到结论：前车轮两轴线必然与后车轮轴线交于一点，由几何分析得到两车轮转角具有一定的函数关系。该机构可由等腰梯形四连杆机构来实现，其设计问题可归纳为给定两连架杆位置的函数生成问题。该问题可分别采用图解法和解析法来进行求解。
再有，鹤式起重机的执行机构为双摇杆机构，其末端利用连杆的运动来实现重物的移动。问题看似简单，但其设计却有一定的特殊功能要求。为保证起重机在左右移动时不上下起伏，避免不必要的做功浪费，应保证连杆末端轨迹为直线，该问题正归纳为连杆机构设计的难点――轨迹生成问题。设计时可首先让学生了解经典的直线轨迹机构，可采用图解法先进行几何特征分析，然后再利用优化设计来建立数学模型，以与直线轨迹误差最小作为优化目标进行针对性设计。
通过以上所举实例可知，实际机械系统中有很多亟待解决和优化的问题都依赖于机械系统方案设计。诸如此类具有一定不确定性的设计问题，让学生真正感受和接触到实际问题的存在，即使在设计过程中的思考和思维过程很艰难，解决问题时会感到困苦，但收获成果的喜悦是无法替代的。整个设计过程是伴随着激情和设计灵感的创造性活动，而不再是一项繁琐枯燥的事情，使机械系统创新设计理念深入人心。
三、总结
综上所述，通过创新性、实践性的课程设计过程，使学生对机械系统的设计理念有所感悟，使学生更好地在创造实践能力和分析思维方面得到大幅度的锻炼，真正达“机械原理”课程设计实践教学的目的。同时，也对学生今后进一步深入研究并确定其研究方向和领域大有裨益，起着导向作用。期待在今后的机械原理课程设计中将出现更多丰富的创新实践性题目和先进的设计理念，培养出优秀的应用型创新人才，以适应我国科学技术及工程创新的发展。
参考文献：
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[2]鲍莉,赵红霞.基于CDIO理念构建机械设计基础课程一体化培养模式的研究[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),2011,(1):93-96.
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[5]张永安.机械原理课程设计指导[M].北京:高等教育出版社,
机械原理的课程设计范文第2篇
关键词：机械原理课程设计；虚拟样机技术；ADAMS；教学研究
作者简介：黄小龙（1977-），男，广西梧州人，北京信息科技大学机电工程学院，高级实验师。（北京 100192）
基金项目：本文系北京信息科技大学2010年度高教研究课题资助项目（项目编号：2010GJZD02）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0102-02
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出：高等教育须提高人才培养质量，其措施之一就是强化实践教学环节。在工程技术人才的培养中，实践教学的意义是不言而喻的。“机械原理课程设计”是机械原理课程教学的一个重要实践环节。而“机械原理”课程是高等学校工科机械工程类本科生必修的“机械设计系列课程”之一，是一门主干技术基础课程，在学生的知识、能力和素质培养体系中占有十分重要的地位。[1]因此，为了提高机械类人才培养的质量，充分调动学生学习积极性和主动性，十分有必要对“机械原理课程设计”这一实践教学环节进行建设。
一、教学现状分析
“机械原理课程设计”的任务是使学生更好地理解和掌握“机械原理”课程的基本理论和方法，进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图和应用计算机等能力，特别是加强培养学生创新意识和分析问题、解决问题的能力。课程设计实施基本要求是按照一个简单机械系统的功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的运动方案，并对其中某些机构进行分析和设计。[1]
目前，北京信息科技大学（以下简称“我校”）在“机械原理课程设计”教学过程中遇到了以下几个问题：
1.设计题目单一
课程设计的选题主要是插床或牛头刨床导杆机构的运动分析与动态静力分析，这也是很多高校在“机械原理课程设计”中的选题。设计方案及参数往往已给定，课程设计过程中学生只是按照设计说明书上的设计步骤对拟定好的执行机构进行运动和动力分析设计，没有机械系统的方案设计和机构的选型设计。从知识层面上说，学生缺乏进行系统设计创新的机会和能力锻炼的机会，也导致了学生处于被动的学习状态。课程设计中，让学生自主设计和发挥主观能动性的内容少，无法激发学生的创造力，不利于创新思维和工程实践能力的培养和训练。
2.设计方法陈旧
目前学生课程设计所采用的方法主要是图解法，少数学生还应用了解析法。不管是图解法还是解析法均是传统“机械原理课程设计”通常采用的设计方法。图解法形象直观、清晰，便于学生理解与分析检查，但作图复杂、工作量大、准确性差、效率低，[2]一张图只能反映一个位置的情况，当全班或半个班同学同做一个题目，只是机构的运动参数有所区别时，一部分同学存在依赖或抄袭他人的情况，这样导致了这些学生只是按照设计说明书走过场的情况。解析法可以获得精确的计算结果，且可以获取任意点位置的情况，但建立数学模型以及编制计算程序较为烦琐复杂，[3]计算结果不便于分析，同时学生往往不具备独立完成编程求解的能力，他们几乎不得不把全部精力都放在提高计算机编程能力上，这样使“机械原理课程设计”变成了计算机语言课的训练，[4]偏离了课程设计的目的。而若指导教师将已编好的计算程序交给学生，由学生上机输入并调试程序，进行计算，将计算结果与图解法所得结果相比较，它只是起到对图解法的结果进行检验的作用，[2]学生应用计算机解决实际问题的能力没有得到有效的锻炼。若想进一步对机构方案进行对比分析或深入探讨，以上两种方法很难实现，这在很大程度上影响到课程设计的教学效果，不利于培养学生的工程应用能力以及创新能力，也不易调动学生的学习积极性。
3.学时相对较少
《机械原理课程教学基本要求（机械类专业适用）》中要求“机械原理课程设计”时间不应少于1.5周。[1]我校目前设置的课程设计时间为1周，并且根据教学计划“机械原理课程设计”安排在学期末最后1周，若除去设计准备和答辩的时间等，实际工作日不到四天，并且学生此时心思往往不在学校，急于回家，从时间跨度来说学生主动思考和解决问题的机会较少，完全处于被动的地位，他们很少有机会进一步优化设计或方案，与教学指导委员会制定的基本要求有一定的距离。学生课程设计的成果仅仅是一份图纸和书面报告，体会不到学习的乐趣，更不能提高创新能力。
二、虚拟样机技术
虚拟样机技术是随着当代科学的飞速发展在设计领域新兴的一种计算机辅助工程技术，是一种用来代替真实的物理样机设计、基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术涉及机械、电子、计算机图形学、协同仿真技术、系统建模技术、虚拟现实技术等多个领域、多项技术，其本质是以计算机支持的仿真技术和生命周期建模技术为前提，以多体系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助计算机图形技术、交互式用户界面技术、并行工程技术、信息技术、集成技术等，从外观、功能和空间关系上模拟真实产品，模拟在真实环境下系统的运动学和动力学特性并根据仿真结构优化系统，为物理样机的设计和制造提供参数依据。[5]虚拟样机技术改变了传统的设计思想。
借助于虚拟样机技术，设计工程师可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动学和动力学特性，并根据仿真结果对整个系统进行不断改进，直到获得最优设计方案。这极大地缩短产品的开发周期，节约产品的开发成本。目前，国外虚拟样机相关技术软件的商业化过程已经完成。其中美国MSC公司的软件产品ADAMS就是虚拟样机技术平台的杰出代表，该软件可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，并且方便快捷地可视化输出位移、速度、加速度和反作用力曲线等。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。
三、将虚拟样机技术引入“机械原理课程设计”教学
1.必要性
教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会2009年制定了“关于深化机械原理课程实践教学改革的意见”，其中明确指出目前机械原理课程实践教学改革应当重点关注的问题之一是商业软件（如ADAMS、Pro/E等），在实践教学中应用的相关问题，比如是否有必要对学生提出在软件应用方面的要求等。[6]面对新形势下“机械原理课程设计”教学出现的问题，有必要探索一种可激发学生学习兴趣、提高实践能力的新教学方法。
ADAMS软件具有快捷的、形象的动画展示等功能，采用ADAMS软件可快速方便地创建完全参数化的机构模型，快速对各种设计方案进行仿真分析，结果以曲线图和动画显示的方式形象展示，使机构运动学、动力学问题的分析变得简单、直观和精确，可弥补学生实践经验的不足，使学生有更充足的时间进行方案设计，方便学生对各种设计方案进行对比分析以及参数优化等，有利于激发学生的好奇心，提高学生自主学习的积极性，培养学生进行创新设计的能力，以及营造支持学生独立思考、自由探索的良好环境。在近几年，国内已有多所高校将ADAMS软件应用到“机械原理课程设计”中。[2-4，7-9]
2.实施过程
将ADAMS软件引入“机械原理课程设计”教学中，将会改变传统的教学模式，为了能增强教学实践效果、真正提高课程设计质量，笔者进行了以下的工作：
（1）课堂引导。根据教学计划，课程设计安排在第二学年，此时了解ADAMS软件的学生相对较少，基本上没有学生使用过，其原因一方面是由于该软件被引入国内的时间比较晚，另一方面是由于该软件的专业性强。学习和掌握ADAMS软件是关系到“机械原理课程设计”改革实践的关键，因此笔者在“机械原理”课程理论教学课堂中有意识地引导学生关注该软件，并在一些教学案例中演示如何应用ADAMS软件解决问题，使学生自主学习的目标得以明确。
（2）设置开放实验。在学生学习“机械原理”课程过程中，同时设置“典型机构运动仿真分析与验证”开放实验，实验内容为应用ADAMS软件建立一些简单、典型的连杆机构、凸轮机构以及齿轮机构模型，进行仿真分析，得到相关参数值，并以曲线图和动画等方式显示仿真结果。开放实验为选修实验，由学生自愿报名参加。在开放实验中，指导教师讲授并演示ADAMS软件基本操作以及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构建模与仿真分析的内容和操作步骤，分3次讲授，每次3课时。每次相关内容讲授完毕后，由学生自主完成实验指导书提供的典型机构，同时开放机房，学生可利用课余时间学习。通过开放实验的锻炼，学生掌握ADAMS软件的基本操作，并对此产生浓厚的兴趣，同时为学生应用ADAMS软件进行“机械原理课程设计”打下基础。
（3）实际指导。编制一本应用ADAMS软件进行“机械原理课程设计”的指导书，明确课程设计的内容与要求。在课程设计周指导学生上机操作，与学生讨论、分析问题，引导学生与应用图解法的同学相互讨论、检验结果，从而体现学生主体、教师主导的教学思想。
3.应用实例
笔者连续两年在2009级、2010级机械设计制造及其自动化专业和车辆工程专业进行了“机械原理课程设计”试点教学。
2011年，首次将虚拟样机技术引入“机械原理课程设计”教学，在设置“典型机构运动仿真分析与验证”开放实验时，面向2009级机械设计制造及其自动化、车辆工程专业共8个班，采取学生自愿报名的方式。考虑到第一次进行尝试，为保证实验质量及效果，开课之前通知学生每班限额5名，但实际报名情况超出预想，达到了74人，择优选择52名同学。在开放实验过程中，学生学习了ADAMS软件基本操作以及连杆机构、凸轮机构、齿轮机构建模与仿真分析的内容和操作步骤，为下一步进行机械原理课程设计打下了良好的基础。在机械原理课程设计周，笔者指导其中一个班，在该班参加过开放实验的同学中选择了部分有意向的同学进行试点，要求这些同学除了完成图解法的课程设计内容之外，还须运用ADAMS进行机构建模、仿真分析，并验证图解法的结果等。试点的结果是仅有少数同学能达到要求，即利用图解法进行课程设计之外，还能运用ADAMS软件，经调查获知原因是时间紧、工作量大。试点后同学对运用ADAMS软件进行课程设计产生了兴趣，有自主学习的积极性。
2012年，结合2011年经历并为保证教学效果，仅从2010级机械设计制造及其自动化专业其中2个班选择31名同学参加开放实验。由于人数得到控制，指导教师有更多的时间与精力辅导学生，因此学生对ADAMS软件的掌握更为熟练。在机械原理课程设计周，笔者同样是指导其中一个班并选择了有意向的同学进行试点。根据2011年经验，这次允许学生不使用图解法，而是直接运用了ADAMS进行机构建模、仿真分析，但须对设计方案进行比较分析，并优化各个设计参数。这样，学生有更多的时间相互讨论并设计各种方案，对计算结果分析得更为透彻，能独立思考问题，真正锻炼分析问题、解决问题的能力，变学生被动学习变为主动学习。
四、结束语
将虚拟样机技术引入课堂使教学效果有了明显的提高，真正体现了学生主体、教师主导的教学思想，学习的兴趣较浓。经过课程设计锻炼后，学生普遍认为收获较大，实践能力得到了提高，随之积极参加、开展各种课外科技活动。实践中也发现了一些新的问题，如指导教师工作量大大增加、知识面不足等，这样就对指导教师提出了更为严格的要求。如何解决这些新问题以及如何将试点普及到整个专业所有同学，使更多的同学受益，需进一步研究与探索。
参考文献：
[1]教育部高等学校机械基础教学指导分委员会.高等学校机械基础系列课程现状调查分析报告暨机械基础系列课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2012.
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机械原理的课程设计范文第3篇
关键词： Solidworks 课程设计 工程图
1.概述
课程设计是非常重要的教学实践环节，通过课程设计的锻炼，学生可以综合运用专业课知识。通过课程设计培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识，是启迪学生创新思维、开发学生创新潜能的重要手段，并为以后专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的作用[1]。
根据学校机械专业的培养方案，可将专业课课程设计分为机械类课程设计和电类课程设计，机械类包括：机械原理课程设计，机械设计课程设计，夹具设计课程设计等；电类的包括：PLC原理与应用课程设计，控制工程基础课程设计等。然而，对于机械类课程设计来讲，主要是对机构的原理设计、结构设计和工艺卡片设计等。然而不管是哪一个机械类的课程设计，都离不开三维模型的建立。本文主要针对机械类课程设计中的三维软件的应用做探讨和研究。
2.目前课程设计中存在的问题
目前几个机械类课程设计都还是在采用传统手工绘图或者二维CAD绘图的方式进行设计[2]，老师在前期讲解的时候，也是用一些已经做好的设计的动画和基本原理讲解的方式给学生讲解。具体问题如下：
（1）《机械原理课程设计》基本都是采用手工原理图的形式进行设计，学生从手册或课本中了解每种机构的工作原理，然后根据老师布置的课题要求进行原理设计，通过手工绘图方式，绘出机构原理图。
（2）对于《机械设计课程设计》来讲，我们的题目还是使用传统课题，设计一级或者二级减速器。设计步骤基本跟传统设计步骤一样，学生先观察实际减速器模型的结构，然后进行拆装，详细了解减速器的结构。在了解了减速器结构后，学生再一步步进行轴的设计、齿轮设计、轴肩、箱体等零件的设计。这种设计步骤看似非常合理，但是学生是观察成品减速器，很难理解每个零件在整个产品中的作用。如果能将减速器是如何设计出来的，让学生直接参与设计过程中，学生就会更有兴趣，理解更容易。
（3）《机械设计课程设计》是已知产品的结构，然后进行设计，然而《夹具设计课程设计》只知道功能和设计要求，需要学生将所学《夹具设计》知识进行综合运用，设计一套完整的夹具。传统设计步骤是学生通过实习，参观实际的夹具结构，然后老师给出跟参观相似的课题，学生进行设计。在设计过程中，主要采用手工或者二维CAD软件进行结构设计。
以上几种设计都采用二维设计，学生直观上不便于掌握和理解。而且二维设计的后期修改工作非常繁琐。
3.三维软件Solidworks在课程设计中的应用
（1）三维造型技术的优点
三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化、更形象化的一种新兴设计方法。三维CAD系统有较好的造型工具，能应用“自顶向下”和“自底向上”等设计方法，实现装配等复杂设计的难度远比用二维图形系统增加得快。
（2）三维软件Solidworks在课程设计中的应用实例
为了适应现代工业4.0人才培养需要，学生应该首先能使用现代化技术手段进行产品设计，然后具备能出一套标准的符合机械设计规范的工程图的能力。学生需要掌握至少一款三维软件的使用，并能熟练使用三维软件进行产品设计和出工程图。然而，将三维软件应用于课程设计中，一方面使学生充分理解所做课题的具体情况，另一方面学生的三维设计过程是对软件使用的锻炼。
2014年在修订机械设计制造及自动化培养方案中，考虑到三维软件在机械专业课中的重要地位，将三维软件课程设置在第三学期，也就是在所有课程设计开设之前就已经开设了三维软件课程。
下面以Solidworks软件在《夹具设计课程设计》中的使用为例，在基本确定定位元件和夹紧机构以后，结构设计步骤如下：
（1）夹具的三维结构设计
夹具由定位元件、夹紧机构和夹具体等一些辅助元件组成。Solidworks在装配体设计中有一种自上而下的设计方法，这种方法可以在设计过程中，一边设计一边建模。只需要画好第一个基础零件，其他零件可以根据需要直接在装配体中建模，可以非常方便地确定设计的零件的位置和大小。本实例就是采用这种自上而下的方式进行装配体的设计。现将拨叉零件钻孔专用夹具体三维结构设计出来，然后设计心轴并将被加工零件拨叉装配进来，依此方法，将需要的零件都一一设计出来，最后成为一个完整的夹具。
老师在讲解完理论知识以后，再以一个实例为例，一边设计一边绘图，这样学生对整个设计步骤就非常清楚，也容易理解。
（2）由三维结构图出工程图
对于机械专业学生来讲，出一套标准的工程图是最基本的要求。很多学生做设计时更重视方案设计，不重视出图。而且课程设计老师进行课程设计指导时，主要对学生的设计方案进行指导。然而，课程设计一方面是对专业课知识的综合运用，设计正确的方案，另一方面是对学生出图能力的加强和锻炼。
三维Solidworks软件具备零件和装配体出工程图的功能，学生可以利用Solidworks软件进行三维结构设计，在结构设计方案最终确定以后，先用Solidworks软件输出工程图，再到CAD中进行修改。
4.总结和展望
课程设计是使学生具备综合运用专业知识能力，学生通过课程设计，了解实际产品的设计过程，达到理论联系实际的效果。
参考文献：
[1]李可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第五版）.高等教育出版社，2011.
机械原理的课程设计范文第4篇
机械原理是机械系一门重要的专业基础课，它主要研究机械的设计以及力学分析，为机械设计过程中的方案设计阶段服务。由于方案设计在机械设计中占据着举足轻重的地位，所以机械原理就成为机械类学生一门十分重要的课程，也成为考研的专业课之一。
但是在几年的教学过程中，笔者发现，机械原理的讲授内容有很多已经过时，在工程设计实践中几乎没有用处，而我们却花费了大量的时间来做仔细的讲解；而对于工程急需的部分内容，我们却很少涉及；另外，我们过于强调分析而忽视了设计，导致学生学完机械原理以后，甚至简单地以为机械原理只是理论力学的延伸，是理论力学的一种应用；最后，课程设计内容几十年来都在做牛头刨床的力分析。虽然我们也追加了某种机器的方案设计部分，但是因为课程设计时间少，学生实际上把大量的精力耗费在力分析上面，而对于方案设计只是匆匆带过，这实际上混淆了机械原理的主要目的，又起到一种误解作用。
针对上述情况，许多机械原理一线教学的老师都提出了自己的改革方案，有些老师把许多计算机软件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn， MATLAB等引入机械原理的教学中，[1-3]有的对机械原理的内容进行重新组合分块而加强学生的动手部分，[4]有的对于课程设计给定了多种题目，并采用先进的计算机虚拟设计手段来进行课程设计。[5]笔者在上述方法的启发下，也进行了一些教学改革，改革的主要目的是面向工程，希望机械原理能够真正地为工程设计服务。下文对笔者的一些改革进行简要介绍。
一、设计与分析地位的界定
机械原理总体上分为两块内容：机构的设计以及力学分析。机构的设计包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系的设计。而力学分析部分包括：运动分析、速度波动分析、力分析、机械效率、机构的平衡。
在工程师的实际设计中，我们发现，他们很少用到分析的内容，如果用到机械原理，主要是在进行机构的设计。所以，从工程实际应用而言，机构的设计部分应该占据主导地位。但是我们的传统教学却习惯于从分析开始，在介绍了机构的结构分析以后，就花费了很多时间介绍运动分析、力分析、机械效率、机械平衡、速度波动的调节，让学生感觉好像在学习理论力学，只不过把解析法换成了图解法；而对某些内容只是感觉比理论力学处理的对象更多一些，方法都来自于理论力学。学生要到第8周才开始进入机构的设计部分，此时学期已经过半。这给学生造成一种强烈的感觉，机械原理就是理论力学的延伸。显然，这是一个误区，对于学生正确地理解机械原理的核心是不利的。
传统的教学方法对分析部分花费了太多的精力，而实际上，这些内容在实践中用处不大。运动分析这一部分，是当机构处于某个位置时，用作图法把构件的速度和加速度求出来。在实践中需要面对的一般都是整个周期，需要得到整个周期内的加速度，用图解法会相当困难，所以在工程设计中几乎都不会用到这种方法。对于力分析更是如此，力分析要求在运动分析结束后拆分杆组，再用动静法来进行静力分析，过程十分繁琐，在设计实践中不可能使用。换一句话说，这种方法只具有理论上的意义。但这并不意味着这些内容不需要，应该尽量简化，只阐述其思路就足够，并不需要花费很多时间。
对于运动学花费太多的教学时间的结果，导致机构设计部分这个主体内容课时被压缩，学时显得相当紧张。因为没有充足的时间来讲解这部分内容，最后的方案设计部分有些老师甚至都来不及展开，就进入了课程设计阶段。这样，学生甚至都没有弄清楚机械原理就是用来做方案设计的，这对于他们理解机械原理的作用显然是不利的。
有鉴于此，笔者以为，从为工程服务的观点出发，机械原理应该强调设计而适当降低分析的地位。在机构的结构分析介绍完以后，应该马上进入机构的设计部分，以便让学生明白机械原理就是来做机构设计的。应花费11周左右的时间后，对于力学分析部分用3周共6次课左右结束，基本上相当于一次课结束一章的内容。这样，就有充足的时间用来讲解机构的设计内容，使得机械原理的教学内容能够真正对工程设计发挥作用。
二、机构设计部分的讲解方式
机构设计包括两块：简单机构的设计及机械系统的方案设计。简单机构的设计包括：连杆机构、凸轮结构、齿轮机构的设计以及轮系传动比的计算。对于每一块内容，应该分成三个部分来讲解：理解、设计与分析。
理解，就是迅速接受前人在这种机构设计方面所积累的经验。比如连杆机构，第一步就是理解，弄清楚各种连杆机构的关系以及它们在工程实际中的应用；对于凸轮机构，弄清凸轮机构的类型及其应用；对于齿轮机构而言，理解占据最重要的地位，因为齿轮机构的正确啮合条件、无侧隙啮合条件、定传动比条件都是很重要的内容，通常老师都会花费不少精力在这一块内容上面。
设计是主体。连杆机构的设计，是机械原理的重头戏。传统的设计方法是老师用粉笔+直尺+圆规进行的，这实际上很不方便。在实际工程设计中，设计人员不大可能用铅笔、直尺来设计，而AutoCAD是他们最常用的工具软件，所以，用AutoCAD来进行机构的结构设计是最合适的方式，这使得他们日后在需要时，很自然地就用AutoCAD来做方案设计。另一个方面，用AutoCAD进行连杆机构的设计比直尺、圆规要优越很多。如刚化反转法是连杆机构设计的重要方法，手工操作十分麻烦，而用AutoCAD则轻而易举。基于AutoCAD的种种优越性，笔者强烈建议，教师在上课时就直接用AutoCAD来进行连杆机构设计的教学，何况在使用多媒体以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一个细节，这都具有黑板教学不可比拟的优越性。
凸轮机构的设计，也建议以图解法为主，此时仍旧是用AutoCAD教学。以图解法为主的原因是，这种方法能够清晰地说明原理。而对于凸轮机构的设计而言，弄清楚原理相当重要。至于解析法，把公式推出来后，说明其意义就可以了。齿轮机构的设计则强调是根据中心距和传动比来设计齿轮机构的，这也是设计中最经常出现的问题。
三、课程设计的处理
课程设计通常包括两个内容：牛头刨床的动 力分析和飞轮的设计，以及某机构的方案设计。课程设计一般是一周的时间，前者在课程设计中通常要花费4-5天左右，由于时间关系，方案设计只能草草地做两个机构运动示意图。显然，这并不符合机械原理教学的主要目的。
机械原理教学的主要目的是教会学生做方案设计。最后的课程设计内容应该强化这一点，但是现有的教学方式却没有突出这一点。由于把主要时间花费在牛头刨床的动力分析上面，让学生误以为机械原理的主要目的是做机构分析的，这显然并不利于学生对于机械原理主要内容的把握。另外，由于时间的限制，学生对于所做的方案设计基本上只是画出一个示意图，都没有确定一些主要尺寸，这使得方案设计做得很草率。
课程设计同样应该强化机构设计部分，对于传统的牛头刨床的力分析部分，建议使用ADAMS来做辅助计算，这是比较实际的方式，一般学生建模结束后，最多一天的时间就可以用ADAMS做完飞轮的设计，从而有足够的精力来做机械系统的方案设计。至于方案设计本身如何处理，许多研究者已经提出了较为成熟的改革方案，这里不再赘述。
四、结语
机械原理作为一门重要的专业基础课，从其根本意义上来说，是为方案设计服务的，但是传统的教育模式并没有突出这一点。在授课时强调设计而弱化分析，在设计时突出用AutoCAD来绘图而少用手工绘图，在课程设计中加强方案设计而用ADAMS来进行牛头刨床的机构分析，这会加强设计的成分，而且所用的方法可以切实在工程设计中发挥作用。本文采用上述方法进行了机械原理的教学改革，取得了较好的效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 车焕文.Pro/E在《机械原理》教学中的应用[J].中国科技信息，2011（2）：185-186.
[2] 陈奇，朱家诚，公彦军.将计算机软件引入机械原理教学的探索与研究[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2011（1）：145-148.
[3] 肖启明.RecurDyn在机械原理教学中的应用研究[J].重庆三峡学院学报，2011（3）：135-137.
机械原理的课程设计范文第5篇
1.1化工类课程设计的特点
化工类课程设计是理论课学习阶段结束后进行的实践教学环节，是化工专业的专业基础课程不可或缺的实践性教学环节，时间为一周。按我校以前教学安排，学生一般在大二先做《化工原理的课程设计》，然后在大三做《化工机械基础课程设计》，在大四时做毕业设计。这些设计要求学生独立思考，融会贯通该课程的基本知识，并在规定的时间内，通过全面分析设计过程，计算筛选出最优化的设计方案，解决实际问题。
1.2化工类课程设计时间短
我校目前化工专业化工类课程设计只开设《化工原理课程设计》和《化工设备机械基础课程设计》两门课程设计，这两门课程设计分别是在化工专业大二下学期上完化工原理课后即第十八周，大三上学期上完化工设备机械基础后即第十八周开设，时间都为一周。由于在一周内需要完成工艺计算、流程设计、设备的设计计算、工程图纸的绘制和设计说明书的编制，而这个时间段已经接近我校学期期末，学生需要准备四六级考试和期末考试，同学们普遍感觉时间紧张，根本没有时间和精力来认真完成课程设计的内容。设计时学生对工艺流程和仪器设备的结构与原理都是通过理论课学习的，对工艺和设备只具有初步的理性认识，不具有感性认识，有时甚至对一些设备外型一点都不知道，更不用说内部结构了，也没有足够长时间让学生去了解，所以在设计过程中表现出很大的盲目性。有些同学为了赶设计内容和图纸，设计时也只能照抄照搬教科书，只是将数据简单的换一换，达不到课程设计的教学目的和效果［5］。
1.3课程设计资料少，设计不合理
为了确保工业生产过程的安全，许多国家在化工生产工艺过程的设计、设备的制造、安装、维护和检验等方面都制定有自己的规范和标准，在操作和设计过程中工程技术人员需要严格按照相应规范进行。［6］这就使得了解和熟悉设计规范是化工类课程设计的一个重要内容。但由于我国教材更新速度落后于标准和规范，而且我校图书馆工具书的馆藏量很少，使得学生设计时查找最新标准和资料困难，有些学生为了省事，就直接采用旧标准和规范进行设计，显然这与实际设计要求不符，不利于对学生工程意识和工程素养及工程能力的培养。
1.4许多青年教师缺乏实践经验，指导学生的能力不足
我校是2000年新升格为本科地方性院校，在我校升本以前主要以师范专业为主，升本以后为了适应我校“地方性、应用型、综合性”的办学定位和理念，逐步淘汰一些传统的理科专业，新开设了很多工科专业，在这样一个背景下，材料与化工学院化学工程与工艺专业于2008年开始招生。但是我院大部分老师都是理科和一些传统专业出身，这些老师又不可能没有课上，这样的话就导致很多年轻的理科和传统专业出身的老师来上一些工科性、实践性很强课程，可是这些老师自身就缺乏实践经验，只能照本宣科，导致我校化工类课程设计教学只能照抄照搬，老师和学生都不能在实践过程中灵活运用所学知识进行设计，老师也没有办法进行一些高屋建瓴性的指导，这样使得课程设计教学效果差。
2校企结合模式下化工类课程设计体系构建
2.1完善校企结合模式下化工类设计课程体系构建
化工类课程设计是综合性课程，是一门理论联系实际非常紧密的课程，涉及的专业知识范围广，要求学生具备化工类扎实的专业知识和一定的实践经验，在设计过程中要有工程的观念。这就要求在制定培养方案的过程中完善化工类课程设计教学体系的建设，整合化工类课程设计有关教学环节，注重课程设计和不同专业课之间的衔接，注重不同设计课程层次上的提高，在课程设计过程中逐步培养学生的工程观念。例如，现在我校化工类课程设计主要是两门课程设计，一门是《化工原理课程设计》，另外一门是《化工设备机械基础课程设计》，这两门课程设计分别在化工专业大二下学期和大三上学期完成相应的理论课《化工原理》、《化工设备机械基础》之后开设，设计时间都是一周。一个典型化工流程的设计包括工艺设计和机械设计两部分［6］，从顺序上来说，应是先工艺设计后机械设计［7－8］。设备的工艺设计主要属于化工原理课程设计内容，而机械设计属于化工设备机械基础课程设计，虽然化工原理课程设计在化工设备机械基础课程设计之前，但是两者上相互关联的。我校化工原理课程设计给定参数后只设计工艺，而化工设备机械基础课程设计时用到需要由工艺设计得到部分参数则是由老师给定。这样所得后果是使学生对实际工程设计的全过程没有清晰的认识，不能把工艺与设备看做是一个有机整体。为此我们将化工原理课程设计和化工设备机械基础课程设计整合为《技能提高型设计》，将上述两门课的内容有机的整合为一体。
2.2课程设计体系内容改革
课程设计体系教学内容是课程设计的基础，内容的好坏直接关系到教学效果［1］。如何结合专业课内容和课程设计要求，并结合本地区化工企业的特点精选课程设计内容成为重点。所选设计内容使学生的设计既能将理论课程上所学的知识综合运用，又能较好的体现工业背景和典型性、实用性的特点。我市是饮用水水源保护地，不允许建设大型对环境污染严重的化工企业。这就导致我市企业多是附加值高、环境污染小的高新化工企业，在这些企业中化工设备和工艺设计环评很严格，如果我们能将我市企业设计之初的环评要求加入将对学生进入企业进行设计将很有帮助［9－10］。技能提高型设计时间为两周时间，在大二暑期小学期进行。课程设计内容来源于我校校企合作工厂的生产实践中换热器、精馏塔、吸收塔、固定床和流化床反应器等的设计。技能提高型设计将工艺设计和设备机械设计有机结合在一起，在设计过程中让学生完成了某一典型化工流程的完整设计，这种设计过程更接近于工程实际情况，对学生工程素质培养更有利。在综合型设计和创新型设计中，将课程设计课堂搬到企业生产基地，综合型设计以企业具体生产工段作为学生设计内容，按照企业实际生产及工艺要求来进行设计［11］，综合训练学生的工程素养，设计完成后可以和企业实际生产工段进行比较，判断设计结果的优劣。这样可以做到“学员、教师、企业工程师”结合，“教材、车间、设计产品”结合。在创新型设计中结合企业生产过程中需要解决的实际设计问题，将一个工厂或一个车间设计出来，同时聘请厂方工程人员作为指导老师，如若可能可将设计结果转化为企业的实际生产工艺，进行校企结合、产学研一体化办学［12］。
2.3构建课程设计体系考核方式
我校传统的课程设计考核方式方法主要是依据图纸和说明书的质量来评定课程设计成绩，但是由于学生抄袭现象严重，成绩的评定有时很难做到公平公正。为了解决这个问题，我们提出三种考核方法相结合:第一，注重过程。在课程设计过程中，从学生的学习态度到学习能力等多方面来评价学生。对于积极主动学习的学生，特别是在设计过程中能够主动和创造性的解决问题的学生给予加分。第二，加强答辩力度。答辩方法采用个别和小组答辩结合的方法，答辩内容包括流程图、装配图、计算机程序和设计说书的部分内容。在答辩过程中重点检查是否是其本人独立完成的设计。第三，结合图纸和说书的质量来评定课程设计成绩，设计开始，即明确说明平时要求和设计图纸及说明书要求，让每组不同学侧重画不同的图纸，和不同计算内容，同时工艺过程具体数据人手一个数据，尽量避免抄袭［5，13］。
2.4课程设计教师梯队合理
教学团队的整体素质决定了课程教学效果的好与坏，对于化工类课程设计涉及多个知识领域，这一点又显得非常明确。在我校，课程设计的教学团队中以中青年骨干教师为主，为了提高中青年骨干教师的教学水平，学校和学院要求青年教师积极去企业和设计院挂职锻炼，在实践过程中提高教学经验和设计经验，校企联合培养“双师型”教师，在校企合作中提升教师综合能力，目前我校化工教学团队已有4位教师在相关企业挂职锻炼，并取得了良好的效果。同时，从校外合作企业和设计院聘请技术人员和专家到校内讲授化工类课程设计和指导学生课程设计。且有设计经验的老师发扬传、帮、带的作用，培养年轻教师的设计能力，建立一支可持续发展的师资队伍［14］。
3结语
