時間：2023-09-25 18:00:12
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械原理力的分析，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
機械原理是機械系一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它主要研究機械的設(shè)計以及力學(xué)分析，為機械設(shè)計過程中的方案設(shè)計階段服務(wù)。由于方案設(shè)計在機械設(shè)計中占據(jù)著舉足輕重的地位，所以機械原理就成為機械類學(xué)生一門十分重要的課程，也成為考研的專業(yè)課之一。
但是在幾年的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，機械原理的講授內(nèi)容有很多已經(jīng)過時，在工程設(shè)計實踐中幾乎沒有用處，而我們卻花費了大量的時間來做仔細的講解；而對于工程急需的部分內(nèi)容，我們卻很少涉及；另外，我們過于強調(diào)分析而忽視了設(shè)計，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完機械原理以后，甚至簡單地以為機械原理只是理論力學(xué)的延伸，是理論力學(xué)的一種應(yīng)用；最后，課程設(shè)計內(nèi)容幾十年來都在做牛頭刨床的力分析。雖然我們也追加了某種機器的方案設(shè)計部分，但是因為課程設(shè)計時間少，學(xué)生實際上把大量的精力耗費在力分析上面，而對于方案設(shè)計只是匆匆?guī)н^，這實際上混淆了機械原理的主要目的，又起到一種誤解作用。
針對上述情況，許多機械原理一線教學(xué)的老師都提出了自己的改革方案，有些老師把許多計算機軟件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn， MATLAB等引入機械原理的教學(xué)中，[1-3]有的對機械原理的內(nèi)容進行重新組合分塊而加強學(xué)生的動手部分，[4]有的對于課程設(shè)計給定了多種題目，并采用先進的計算機虛擬設(shè)計手段來進行課程設(shè)計。[5]筆者在上述方法的啟發(fā)下，也進行了一些教學(xué)改革，改革的主要目的是面向工程，希望機械原理能夠真正地為工程設(shè)計服務(wù)。下文對筆者的一些改革進行簡要介紹。
一、設(shè)計與分析地位的界定
機械原理總體上分為兩塊內(nèi)容：機構(gòu)的設(shè)計以及力學(xué)分析。機構(gòu)的設(shè)計包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和輪系的設(shè)計。而力學(xué)分析部分包括：運動分析、速度波動分析、力分析、機械效率、機構(gòu)的平衡。
在工程師的實際設(shè)計中，我們發(fā)現(xiàn)，他們很少用到分析的內(nèi)容，如果用到機械原理，主要是在進行機構(gòu)的設(shè)計。所以，從工程實際應(yīng)用而言，機構(gòu)的設(shè)計部分應(yīng)該占據(jù)主導(dǎo)地位。但是我們的傳統(tǒng)教學(xué)卻習(xí)慣于從分析開始，在介紹了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析以后，就花費了很多時間介紹運動分析、力分析、機械效率、機械平衡、速度波動的調(diào)節(jié)，讓學(xué)生感覺好像在學(xué)習(xí)理論力學(xué)，只不過把解析法換成了圖解法；而對某些內(nèi)容只是感覺比理論力學(xué)處理的對象更多一些，方法都來自于理論力學(xué)。學(xué)生要到第8周才開始進入機構(gòu)的設(shè)計部分，此時學(xué)期已經(jīng)過半。這給學(xué)生造成一種強烈的感覺，機械原理就是理論力學(xué)的延伸。顯然，這是一個誤區(qū)，對于學(xué)生正確地理解機械原理的核心是不利的。
傳統(tǒng)的教學(xué)方法對分析部分花費了太多的精力，而實際上，這些內(nèi)容在實踐中用處不大。運動分析這一部分，是當(dāng)機構(gòu)處于某個位置時，用作圖法把構(gòu)件的速度和加速度求出來。在實踐中需要面對的一般都是整個周期，需要得到整個周期內(nèi)的加速度，用圖解法會相當(dāng)困難，所以在工程設(shè)計中幾乎都不會用到這種方法。對于力分析更是如此，力分析要求在運動分析結(jié)束后拆分桿組，再用動靜法來進行靜力分析，過程十分繁瑣，在設(shè)計實踐中不可能使用。換一句話說，這種方法只具有理論上的意義。但這并不意味著這些內(nèi)容不需要，應(yīng)該盡量簡化，只闡述其思路就足夠，并不需要花費很多時間。
對于運動學(xué)花費太多的教學(xué)時間的結(jié)果，導(dǎo)致機構(gòu)設(shè)計部分這個主體內(nèi)容課時被壓縮，學(xué)時顯得相當(dāng)緊張。因為沒有充足的時間來講解這部分內(nèi)容，最后的方案設(shè)計部分有些老師甚至都來不及展開，就進入了課程設(shè)計階段。這樣，學(xué)生甚至都沒有弄清楚機械原理就是用來做方案設(shè)計的，這對于他們理解機械原理的作用顯然是不利的。
有鑒于此，筆者以為，從為工程服務(wù)的觀點出發(fā)，機械原理應(yīng)該強調(diào)設(shè)計而適當(dāng)降低分析的地位。在機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析介紹完以后，應(yīng)該馬上進入機構(gòu)的設(shè)計部分，以便讓學(xué)生明白機械原理就是來做機構(gòu)設(shè)計的。應(yīng)花費11周左右的時間后，對于力學(xué)分析部分用3周共6次課左右結(jié)束，基本上相當(dāng)于一次課結(jié)束一章的內(nèi)容。這樣，就有充足的時間用來講解機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容，使得機械原理的教學(xué)內(nèi)容能夠真正對工程設(shè)計發(fā)揮作用。
二、機構(gòu)設(shè)計部分的講解方式
機構(gòu)設(shè)計包括兩塊：簡單機構(gòu)的設(shè)計及機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。簡單機構(gòu)的設(shè)計包括：連桿機構(gòu)、凸輪結(jié)構(gòu)、齒輪機構(gòu)的設(shè)計以及輪系傳動比的計算。對于每一塊內(nèi)容，應(yīng)該分成三個部分來講解：理解、設(shè)計與分析。
理解，就是迅速接受前人在這種機構(gòu)設(shè)計方面所積累的經(jīng)驗。比如連桿機構(gòu)，第一步就是理解，弄清楚各種連桿機構(gòu)的關(guān)系以及它們在工程實際中的應(yīng)用；對于凸輪機構(gòu)，弄清凸輪機構(gòu)的類型及其應(yīng)用；對于齒輪機構(gòu)而言，理解占據(jù)最重要的地位，因為齒輪機構(gòu)的正確嚙合條件、無側(cè)隙嚙合條件、定傳動比條件都是很重要的內(nèi)容，通常老師都會花費不少精力在這一塊內(nèi)容上面。
設(shè)計是主體。連桿機構(gòu)的設(shè)計，是機械原理的重頭戲。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是老師用粉筆+直尺+圓規(guī)進行的，這實際上很不方便。在實際工程設(shè)計中，設(shè)計人員不大可能用鉛筆、直尺來設(shè)計，而AutoCAD是他們最常用的工具軟件，所以，用AutoCAD來進行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是最合適的方式，這使得他們?nèi)蘸笤谛枰獣r，很自然地就用AutoCAD來做方案設(shè)計。另一個方面，用AutoCAD進行連桿機構(gòu)的設(shè)計比直尺、圓規(guī)要優(yōu)越很多。如剛化反轉(zhuǎn)法是連桿機構(gòu)設(shè)計的重要方法，手工操作十分麻煩，而用AutoCAD則輕而易舉。基于AutoCAD的種種優(yōu)越性，筆者強烈建議，教師在上課時就直接用AutoCAD來進行連桿機構(gòu)設(shè)計的教學(xué)，何況在使用多媒體以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一個細節(jié)，這都具有黑板教學(xué)不可比擬的優(yōu)越性。
凸輪機構(gòu)的設(shè)計，也建議以圖解法為主，此時仍舊是用AutoCAD教學(xué)。以圖解法為主的原因是，這種方法能夠清晰地說明原理。而對于凸輪機構(gòu)的設(shè)計而言，弄清楚原理相當(dāng)重要。至于解析法，把公式推出來后，說明其意義就可以了。齒輪機構(gòu)的設(shè)計則強調(diào)是根據(jù)中心距和傳動比來設(shè)計齒輪機構(gòu)的，這也是設(shè)計中最經(jīng)常出現(xiàn)的問題。
三、課程設(shè)計的處理
課程設(shè)計通常包括兩個內(nèi)容：牛頭刨床的動 力分析和飛輪的設(shè)計，以及某機構(gòu)的方案設(shè)計。課程設(shè)計一般是一周的時間，前者在課程設(shè)計中通常要花費4-5天左右，由于時間關(guān)系，方案設(shè)計只能草草地做兩個機構(gòu)運動示意圖。顯然，這并不符合機械原理教學(xué)的主要目的。
機械原理教學(xué)的主要目的是教會學(xué)生做方案設(shè)計。最后的課程設(shè)計內(nèi)容應(yīng)該強化這一點，但是現(xiàn)有的教學(xué)方式卻沒有突出這一點。由于把主要時間花費在牛頭刨床的動力分析上面，讓學(xué)生誤以為機械原理的主要目的是做機構(gòu)分析的，這顯然并不利于學(xué)生對于機械原理主要內(nèi)容的把握。另外，由于時間的限制，學(xué)生對于所做的方案設(shè)計基本上只是畫出一個示意圖，都沒有確定一些主要尺寸，這使得方案設(shè)計做得很草率。
課程設(shè)計同樣應(yīng)該強化機構(gòu)設(shè)計部分，對于傳統(tǒng)的牛頭刨床的力分析部分，建議使用ADAMS來做輔助計算，這是比較實際的方式，一般學(xué)生建模結(jié)束后，最多一天的時間就可以用ADAMS做完飛輪的設(shè)計，從而有足夠的精力來做機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。至于方案設(shè)計本身如何處理，許多研究者已經(jīng)提出了較為成熟的改革方案，這里不再贅述。
四、結(jié)語
機械原理作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，從其根本意義上來說，是為方案設(shè)計服務(wù)的，但是傳統(tǒng)的教育模式并沒有突出這一點。在授課時強調(diào)設(shè)計而弱化分析，在設(shè)計時突出用AutoCAD來繪圖而少用手工繪圖，在課程設(shè)計中加強方案設(shè)計而用ADAMS來進行牛頭刨床的機構(gòu)分析，這會加強設(shè)計的成分，而且所用的方法可以切實在工程設(shè)計中發(fā)揮作用。本文采用上述方法進行了機械原理的教學(xué)改革，取得了較好的效果。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 車煥文.Pro/E在《機械原理》教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2011（2）：185-186.
[2] 陳奇，朱家誠，公彥軍.將計算機軟件引入機械原理教學(xué)的探索與研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011（1）：145-148.
[3] 肖啟明.RecurDyn在機械原理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報，2011（3）：135-137.
機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容主要分為兩個階段:第一階段為機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計，要求學(xué)生通過對常用機構(gòu)的組合或創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求;第二階段為機構(gòu)尺度綜合，以及對機械系統(tǒng)中指定機構(gòu)進行運動分析和動態(tài)靜力分析。目前在機械原理課程設(shè)計的教學(xué)過程中主要存在問題:
(1)設(shè)計題目類型單一，實踐過程枯燥。設(shè)計任務(wù)主要以典型加工設(shè)備為對象，擬定機械傳動方案，對其主傳動機構(gòu)進行運動分析和動態(tài)靜力分析，并在此基礎(chǔ)上通過限定執(zhí)行構(gòu)件的速度波動以確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，最后設(shè)計其中的齒輪機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。這樣的設(shè)計題目單一且缺乏新穎性，與學(xué)生的實際生活脫節(jié)。設(shè)計過程的枯燥使得學(xué)生無法正確認(rèn)識課程設(shè)計的重要性，設(shè)計興趣不強，參與積極性不高，難以達到實踐目的。另外，由于設(shè)計題目比較成熟，與之配套的設(shè)計手冊和指導(dǎo)書等資料較多，其設(shè)計思路和模式比較程式化，因而學(xué)生不需太多思考，僅僅只是按照指導(dǎo)書的要求翻書查表，按部就班地進行模仿設(shè)計，這樣的題目不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
(2)設(shè)計方法陳舊，實踐重點偏移。目前，在機構(gòu)運動尺寸確定、機構(gòu)運動分析及力分析等基本知識和基本技能的訓(xùn)練中，學(xué)生主要采用圖解法或解析法。圖解法概念清晰，形象直觀，便于學(xué)生理解與分析，但設(shè)計精度差，效率低，當(dāng)學(xué)生需要分析多個瞬時的運動情況時，需要花費大量時間作圖，工作量大。解析法能獲得精確的計算結(jié)果，學(xué)生通過模型建立和程序設(shè)計可以分析任意點位置的運動情況。解析法的求解過程要求學(xué)生具備較好的數(shù)學(xué)功底和編程設(shè)計能力，但實踐證明多數(shù)學(xué)生欠缺獨立完成編程求解的能力，他們不得不把大部分精力放在程序?qū)崿F(xiàn)上，這樣機械原理課程設(shè)計就演變成了計算機語言的訓(xùn)練］，偏離了機構(gòu)綜合設(shè)計與分析的實踐目的。同時，繁瑣的程序編寫，也會影響學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的積極性。
(3)設(shè)計時間緊張，實踐內(nèi)容縮水。學(xué)校目前將機械原理課程設(shè)計和機械設(shè)計課程設(shè)計整合為3周的“機械綜合課程設(shè)計Ⅰ、Ⅱ”。由于從內(nèi)容上設(shè)置為同一機械系統(tǒng)的不同階段性設(shè)計，因而從時間上兩者并沒有嚴(yán)格區(qū)分開。統(tǒng)計表明歷屆學(xué)生完成機械原理課程設(shè)計所需的時間約為1－1．5周，相對而言學(xué)時緊張。為了追趕進度，學(xué)生避重就輕甚至是掩蓋問題。比如在機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計階段，學(xué)生普遍采用仿型設(shè)計和改型設(shè)計的方法，照搬相近的設(shè)計案例，或是僅改變某些結(jié)構(gòu)和尺寸，更有甚者忽略創(chuàng)新構(gòu)思的環(huán)節(jié)設(shè)計直接進入常規(guī)設(shè)計，整個設(shè)計過程中，機械系統(tǒng)的方案設(shè)計和機構(gòu)的選型設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容體現(xiàn)不足乃至缺失，無法鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。
2機械原理課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐
教育部高等學(xué)校機械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員機械原理課指組2009年制定了《關(guān)于深化機械原理課程實踐教學(xué)改革的建議》，明確提出了新形勢下機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革應(yīng)關(guān)注的重點問題。近年來，學(xué)校針對相關(guān)內(nèi)容也開展了一系列的改革，主要集中在設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法及組織管理等方面。
2．1設(shè)計內(nèi)容強調(diào)“理實一體”，避免紙上談兵
考慮到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是對前期所學(xué)知識綜合應(yīng)用的階段性檢查，機械原理課程設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)盡量包含各種運動形式和傳動機構(gòu)的基本技能訓(xùn)練，同時為了提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力，在題目的選擇上強調(diào)了“理實一體”的原則。結(jié)合專業(yè)方向，突出特色，如包裝工程專業(yè)選用石蠟疊摞包裝機構(gòu)設(shè)計，機制方向選用沖床和插床的傳動機構(gòu)設(shè)計，機設(shè)方向選用往復(fù)式物料運輸機構(gòu)設(shè)計，模具方向選用造型機翻箱機構(gòu)設(shè)計等。這樣將題目與專業(yè)有機結(jié)合起來，使設(shè)計過程充滿現(xiàn)實感，可以有效激發(fā)學(xué)生設(shè)計興趣，端正其設(shè)計態(tài)度;借鑒學(xué)科競賽主題，推動學(xué)賽融合，學(xué)科競賽的特點在于規(guī)定競賽主題的前提下為學(xué)生提供更大的創(chuàng)作空間，更符合工程設(shè)計的實際情況。因而在題目選擇時，也借鑒了學(xué)科競賽中有關(guān)無碳小車、家居機械、環(huán)保機械以及康復(fù)機械等方面的設(shè)計主題，一方面能讓更多的學(xué)生了解和參與到學(xué)科競賽中，加強其在自主設(shè)計方面的鍛煉，激發(fā)其創(chuàng)造力，另一方面也能發(fā)掘和培育優(yōu)秀的學(xué)生和作品，為后續(xù)的學(xué)科競賽做準(zhǔn)備;貼近實際生產(chǎn)生活，倡導(dǎo)學(xué)生自主選題，鼓勵學(xué)生個人或小組結(jié)合學(xué)習(xí)和生活中遇到的問題，自主擬定課程設(shè)計題目，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題這一較為系統(tǒng)的實踐過程，全面培養(yǎng)學(xué)生主動實踐能力。
2．2圍繞機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計和機構(gòu)綜合，注重“虛實結(jié)合”的設(shè)計方法
對機械類學(xué)生而言，當(dāng)通過機械原理學(xué)習(xí)了常用機械的工作原理、組成原理和設(shè)計原理后，為滿足工程實際需要或功能需求，首先面臨的是如何構(gòu)想出一些新的機械系統(tǒng)，或是如何對熟知機構(gòu)構(gòu)造出新的集成。因此，機械原理課程設(shè)計應(yīng)注重機械系統(tǒng)的運動方案設(shè)計和機構(gòu)綜合，再輔以對主體機構(gòu)的運動分析和動態(tài)靜力分析。但是由于設(shè)計方法和學(xué)時等問題，現(xiàn)有課程設(shè)計過程中對運動方案進行優(yōu)化比較以及對運動學(xué)和動力學(xué)的變參數(shù)分析存在諸多局限性，因而將CAD/CAE技術(shù)引入課程設(shè)計中，通過“虛實結(jié)合”的方式提升學(xué)生運動方案設(shè)計能力，加強其對機構(gòu)的分析和綜合訓(xùn)練。當(dāng)經(jīng)過初步分析擬定傳動方案后，要求學(xué)生利用UG、Pro/e等軟件對傳動機構(gòu)進行三維建模，并借助ADAMS等仿真軟件對主體機構(gòu)進行運動或力分析，學(xué)生通過對理論分析結(jié)果和仿真分析結(jié)果進行比較，檢驗其傳動方案的合理性。接下來學(xué)生可以利用實驗平臺，自己動手對主體機構(gòu)進行實際搭接并測試主要運動參數(shù)，通過分析實際測試結(jié)果進一步證明傳動方案的正確性，從而輔助機構(gòu)設(shè)計。通過這樣的實踐過程，學(xué)生可以直觀地體會設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，而CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用也讓學(xué)生可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的錯誤和問題，使其可以將更多地精力投入到改良設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計中去，更有利于學(xué)生設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2．3加強課程設(shè)計的組織和過程管理，強調(diào)互助學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作
為了克服學(xué)時短、任務(wù)重的矛盾，在理論課程開始階段，就將課程設(shè)計任務(wù)書在課程網(wǎng)站上，使學(xué)生有充分時間熟悉設(shè)計題目，思考設(shè)計內(nèi)容。同時在授課過程中，將設(shè)計內(nèi)容與知識點講解結(jié)合起來，既用實例引導(dǎo)加強了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，又能讓學(xué)生提前開展方案的構(gòu)思。考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異，在設(shè)計過程中不能一味強調(diào)獨立完成，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生互助學(xué)習(xí)，強調(diào)團隊合作。要求學(xué)生以小組的形式選定設(shè)計題目，然后根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和興趣特點將設(shè)計內(nèi)容任務(wù)化。在設(shè)計過程中，指導(dǎo)老師把控該小組的總體任務(wù)框架，負責(zé)解決團隊所遇到的共性問題，具體任務(wù)則由學(xué)生通過交流討論，利用合作與他人共同完成。而設(shè)計結(jié)束時，小組須采取答辯的形式來匯報其設(shè)計成果，老師則通過面對面的問答來檢驗學(xué)生的設(shè)計能力，了解學(xué)生對課程設(shè)計中相關(guān)問題的掌握程度。最后在成績評定環(huán)節(jié)，老師根據(jù)小組的任務(wù)難度、設(shè)計結(jié)果和水平給定該團隊成績范圍，然后各小組根據(jù)組員的工作量大小、團隊參與程度等進行自評，兩者相結(jié)合客觀地評定每個學(xué)生的課程設(shè)計成績。
3結(jié)論
[關(guān)鍵詞]機械加工；精度控制；機械裝備.
中圖分類號：TH161 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0215-01
1 影響機械加工精度的主要因素分析
1.1 加工原理產(chǎn)生的誤差
加工原理誤差是由于在加工原理上存在誤差，從而對機械加工精度造成一定影響，通常情況下，由于一定的加工工藝方法需要有較為精準(zhǔn)的刀具及相關(guān)的運動緊密相聯(lián)，有時候這種關(guān)聯(lián)很難利用精準(zhǔn)的加工模型原理進行加工，而不得不采用相類似的原理進行加工，采用了相似的刀具輪廓，一定程度上會存在誤差的產(chǎn)生。比如：在螺紋車削時，其導(dǎo)程中π系無理因子，根據(jù)相關(guān)的原理在進行齒輪等的選取時，往往會存在原理性誤差。對于一些復(fù)雜的曲面加工，往往會采取使用一些近似的簡單的刀具輪廓來代替，這也會產(chǎn)生一些加工原理上的誤差。
1.2 加工機床產(chǎn)生的誤差
機床是進行機械加工的重要平臺和載體，刀具與工件間的相對運動是借助于機床來實現(xiàn)的，因此，機床的精度決定著機械加工的精度，如果加工機床在制造過程中存在誤差，那么利用該機床進行的機械加工也存在著系統(tǒng)性誤差。這種誤差主要存在：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差三種誤差形式。主軸回轉(zhuǎn)誤差主要是由于主軸進行轉(zhuǎn)動過程中，軸向、徑向等存在偏移，而導(dǎo)致加工誤差。導(dǎo)軌誤差是由于導(dǎo)軌基準(zhǔn)等出現(xiàn)問題，從而使加工的部件出現(xiàn)誤差。傳動鏈?zhǔn)菣C床的重要組成機構(gòu)，由于其組成元件較多，極易產(chǎn)生累加性系統(tǒng)誤差，在傳動繞路越長的情況下，這種誤差越顯著。
1.3 刀具與夾具產(chǎn)生的誤差
刀具和夾具的相互配合十分重要，如果一方發(fā)生位移，或者是存在磨損的情況，都會對機械零部件的加工產(chǎn)生重大影響，進而造成機械加工的誤差。對于一般刀具，如車刀、鏜刀及銑刀等產(chǎn)生的制造誤差，對機械零部件加工精度沒有直接的影響；而對于定尺寸刀具，如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等的尺寸誤差，直接影響被加工零件的尺寸精度；成形刀具，如成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等所產(chǎn)生的誤差，主要影響被加工面的形狀精度。同時，刀具的磨損將直接對工件與刀具的相對位置產(chǎn)生影響，從而造成工件尺寸誤差。另外，保證工件相對機床刀具正確位置的夾具對工件的位置精度也有比較大的影響，而其磨損現(xiàn)象也會直接影響著工件定位的誤差。
1.4 系統(tǒng)受力變形導(dǎo)致的誤差
在進行機械加工的過程中，工藝加工系統(tǒng)如果相關(guān)的指標(biāo)發(fā)生改變，可能會對零部件加工精度產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。以切削為例，在加工過程中，當(dāng)毛坯工件的形狀、尺寸及材料表面硬度等存在較大誤差時，會導(dǎo)致切削深度不斷發(fā)生變化，切削力也會隨之發(fā)生變化，以致工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，最終加工后的工件仍延續(xù)著與毛坯表面相近的尺寸誤差。系統(tǒng)受力變形導(dǎo)致的誤差最常表現(xiàn)在工件表面的誤差上，主要體現(xiàn)在表面層材料的冷作硬化、金相組織變化與殘余應(yīng)力等方面。
1.5 系統(tǒng)受熱變形導(dǎo)致的誤差
機械加工的過程，由于要進行車、銑、切、刨、磨等操作，各種操作過程中，刀具、部件與加工零部件之間會有相應(yīng)的接觸摩擦，都可能產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量的積累，會導(dǎo)致一些部件產(chǎn)生變形，從而破壞加工件與刀具的運動關(guān)系和準(zhǔn)確位置，最終產(chǎn)生誤差。系統(tǒng)受熱變形主要存在如：機床、刀具和工件的熱變形，這些熱變形都會對機械零部件的加工產(chǎn)生影響，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。加工精度是一項參照性的指標(biāo)，是衡量加工零部件的相關(guān)參數(shù)的實際值與理想值相符的程度，其與加工誤差是一對相反的指標(biāo)，加工誤差越小則加工精度越高。實際工作中，不存在沒有誤差的加工，只要誤差在一定的范圍之內(nèi)，不影響加工精度是允許的。
2 機械加工精度控制對策
2.1 做好誤差分析
為了有針對性地進行機械加工精度控制，首先要做好誤差分析，筆者曾對精鏜車床尾座孔，出現(xiàn)圓柱度誤差（頭大尾小）進行誤差分析，具體步驟如下：一是進行調(diào)查、取樣、測量，作直方圖和x-R圖。進一步進行分析無異常波動，但存在較大常值系統(tǒng)誤差。
對工藝系統(tǒng)幾何誤差、刀具與工件熱變形、刀具磨損、毛坯誤差等因素進行初步分析。具體結(jié)論：刀具熱伸長對精度影響較小；誤差復(fù)映也是非主要因素；導(dǎo)套無明顯跳動；鏜桿前端彎曲達0.1mm。
2.2 尺寸精度控制
尺寸精度控制是采取一定的措施，使零件加工表面與基準(zhǔn)間的誤差保持在一定的范圍之內(nèi)，從而減少相應(yīng)的誤差產(chǎn)生。可以通過定尺寸精度、試切、定程和邊測量邊加工等方法來進行尺寸精度控制。通過利用刀具的相應(yīng)尺寸來確保加工精度，利用鉆孔、鉸孔、拉孔等加工方法，對零部件表面尺寸進行控制。同時，可以通過試切法，先期對加工件進行小部分的試切，根據(jù)測量結(jié)果進一步調(diào)整刀具及相關(guān)工具的位置，直至加工尺寸與加工精度要求相一致后，再進行全面加工，從而避免因尺寸精度把握不當(dāng)，而產(chǎn)生誤差，并造成材料浪費。在大批量進行加工過程中，由于受熱損、磨損等因素的影響，一批工件加工后，將會產(chǎn)生積累性誤差，因此，必須要進行抽樣檢驗，發(fā)現(xiàn)精度出現(xiàn)偏差及時進行調(diào)整。同時，要加大邊測量邊加工的探索，對加工工件進行逐漸接近的尺寸把握和調(diào)整，直至加工尺寸達到要求時停止加工，從而獲得較高的精度。
2.3 減少綜合誤差
針對上文分析的影響機械加工精度的主要因素，要綜合施策，盡可能減少綜合誤差。對于一些加工原理誤差，應(yīng)當(dāng)盡可能采用較為先進的模型進行加工。通常情況下，要先利用小塊的加工工件進行試切，根據(jù)小規(guī)模加工的工件的誤差，認(rèn)真分析誤差產(chǎn)生的原因，針對這些原因，進行歸納分析，制定相應(yīng)的修偏措施，盡可能減少原始誤差。在進行細長軸加工處理中，可以采取大走刀反向車削法，可以有效減少軸向切削力引起的彎曲變形，從而減小加工誤差。在加工過程中，可以采取反向誤差補償?shù)姆椒ǎ窒驗樵O(shè)備原始誤差，從而提高加工精度。同時，可以采取轉(zhuǎn)移原始誤差的方法，轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等而產(chǎn)生的誤差。比如對于磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不僅要靠機床主軸的回轉(zhuǎn)精度來保證，而且要靠夾具保證。當(dāng)機床主軸與工件之間用浮動聯(lián)接以后，機床主軸的原始誤差就被轉(zhuǎn)移掉，從而提高了加工精度。
3 結(jié)語
機械加工過程中存在誤差是在所難免的，要認(rèn)真分析可能引起誤差的原因，有針對性地做好應(yīng)對之策，從而實現(xiàn)對機械加工精度的有效控制，有利于提升機械裝備制造的整體水平。
參考文獻
【關(guān)鍵詞】機械原理 課程 設(shè)計
機械原理課程設(shè)計的主要目的是為學(xué)生在完成課堂教學(xué)基本內(nèi)容后提供一個較完整的從事機械設(shè)計初步實踐的機會。《機械原理課程設(shè)計》的編寫宗旨就是指導(dǎo)學(xué)生能在短時間內(nèi)，將所學(xué)的機械基礎(chǔ)理論運用于一個簡單的機械系統(tǒng)，通過機械傳動方案總體設(shè)計，機構(gòu)分析和綜合，進一步鞏固掌握課堂教學(xué)知識，并結(jié)合實際得到工程設(shè)計方面的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用技術(shù)資料，提高繪圖、運算的能力。同時，注重學(xué)生創(chuàng)新意識的開發(fā)。
1 目前在機械原理教學(xué)中存在的一些普遍問題
1.1教學(xué)內(nèi)容乏味
就現(xiàn)階段的機械原理教育課程來看，教學(xué)的內(nèi)容非常乏味，主要原因就是因為部分老師在教學(xué)時只針對書本上的內(nèi)容進行講解，從不去擴展，這樣就限制了學(xué)生的思維，使他們的思維發(fā)散不出來，限制了其想象力。但是機械原理是機械專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程，對于學(xué)生日后的關(guān)于機械方面學(xué)習(xí)很重要，如果只是講解書本上面的知識，涉及的內(nèi)容就十分有限，這樣學(xué)生對于這一方面的理解就會被限制在了書本上，根本拓展不開。
1.2需要做的修改
長期以來，各校在“機械原理課程設(shè)計” 中嘗試了不同的教學(xué)改革。進入21世紀(jì)后，我國高校機械原理課程設(shè)計的教學(xué)改革更是進入新一輪。各校對“機械原理課程設(shè)計”的目的、內(nèi)容、方法、題目、組織形式作了深入研究，探索機械原理課程設(shè)計中如何培養(yǎng)學(xué)生的機械運動方案設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計和解決工程實際問題能力，提出適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的機械原理課程設(shè)計實施方案。這些教學(xué)實踐為“機械原理課程設(shè)計”課程教學(xué)改革提供了理論準(zhǔn)備。本文旨在總結(jié)各校近年“機械原理課程設(shè)計”課程教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上，探索機械原理課程設(shè)計進一步改革的方向。
1.3機械原理的重要性
在機械原理的理論教學(xué)中，盡管可以安排一些實物、模型、甚至錄相，增加學(xué)生的感性認(rèn)識和實踐知識，但是光有這些是遠遠不夠的。在機械原理實踐環(huán)節(jié)教學(xué)中加強學(xué)生對機構(gòu)、零件結(jié)構(gòu)和機械設(shè)計等工程實踐知識的認(rèn)識和對儀器設(shè)備的動手操作、機械結(jié)構(gòu)的裝拆等實際動手能力的培養(yǎng)，是對理論課程教學(xué)不足很好的補充和完善。其次可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和綜合設(shè)計能力。
2機械原理課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐
機械原理課程設(shè)計主要側(cè)重于機械運動方案設(shè)計而機械方案設(shè)計是機械設(shè)計乃至以后的制造和使用最關(guān)鍵的階段是決定機械產(chǎn)品質(zhì)量好壞、性能優(yōu)劣和經(jīng)濟效益高低的關(guān)鍵步驟其創(chuàng)新特性效果如何直接影響機械產(chǎn)品的功能質(zhì)量和使用效果。因此我院的機械原理課程設(shè)計也經(jīng)歷了“機構(gòu)的圖解法分析機構(gòu)的解析法上機分析機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計”三個發(fā)展階段。我們把培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力同時兼顧培養(yǎng)學(xué)生基本設(shè)計能力和應(yīng)用計算機進行工程設(shè)計能力作為機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革的宗旨。
2.1選題
傳統(tǒng)機械原理課程設(shè)計教學(xué)模式中僅僅以指導(dǎo)書為藍本教師的程序化指導(dǎo)貫穿始終。其題目一般是由教師指定幾個具有代表性的題目如半自動平壓模切機。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動性如今的選題原則是在不脫離機械原理課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上學(xué)生根據(jù)其興趣、愛好和能力自由選擇這樣就大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。有很多學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計題目極具研究和應(yīng)用價值。創(chuàng)新需要基礎(chǔ)素材沒有豐富的基礎(chǔ)知識就不會有創(chuàng)新成果出現(xiàn)。因此我們將課程設(shè)計提前布置使學(xué)生在學(xué)習(xí)機械原理課程時能有的放矢的認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。因為他們知道這些知識對他們學(xué)期末進行課程設(shè)計大有幫助這樣又反過來促進了學(xué)生學(xué)習(xí)機械原理課程的積極性和主動性。
2.2設(shè)計過程的控制與要求
在進行機械原理課程教學(xué)的同時，就讓學(xué)生對課程設(shè)計進行選題并說明整個設(shè)計過程的要求。這一階段為分散教學(xué)，要求學(xué)生選題并提出多個運動方案。在集中設(shè)計階段，第一天完成多個運動方案的評價與優(yōu)選，確定本課程設(shè)計的運動方案；第二天，確定機械的總體尺寸，給出各執(zhí)行機構(gòu)與傳動機構(gòu)的初選尺寸，繪制機械系統(tǒng)運動簡圖，編制機器運動循環(huán)圖；第三天，對所選機構(gòu)進行運動分析，繪制運動線圖；第四、五天，編寫設(shè)計說明書，進行答辯。由于嚴(yán)格要求按給定的時間進度設(shè)計，所以，絕大多數(shù)學(xué)生都能按時完成任務(wù)。在機構(gòu)的評價與優(yōu)選過程中，采用個人、教師及學(xué)生小組的多層次的機構(gòu)評價和優(yōu)選方式，既發(fā)揮了學(xué)生的主動性，又加深了學(xué)生對各種運動方案的認(rèn)識，同時還加強了學(xué)生的團隊協(xié)作意識。課程設(shè)計說明書作為一種技術(shù)說明書，強化其編寫工作，可以提高學(xué)生在以后的實際技術(shù)工作中，編寫技術(shù)報告、可行性論證報告和產(chǎn)品說明書等技術(shù)文件的基本技能。所以在課程設(shè)計過程中，對如何編寫課程設(shè)計說明書，給出了詳細的寫作要求并提供了寫作樣本。我們運用公開、透明及自評、互評及教師評分相結(jié)合的評價方式，對學(xué)生的課程設(shè)計進行評分。首先，學(xué)生對自己的設(shè)計進行說明及展示設(shè)計說明書，并對自己這的課程設(shè)計進行自我評價；然后由同學(xué)對其進行質(zhì)詢與評價；最后，由老師進行講評并給出成績。這樣，使學(xué)生體驗主動參與、自由發(fā)表個人見解，并認(rèn)真聽取他人意見的學(xué)術(shù)氣氛，并學(xué)會用理性與公正的態(tài)度評價自己和他人的工作。
3結(jié)束語
機械原理課程設(shè)計教學(xué)改革是進入21世紀(jì)后，面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)，我國工科課程教學(xué)實踐環(huán)節(jié)改革的成功嘗試。全國高校圍繞機械原理課程設(shè)計所進行的教學(xué)實踐，無論對于機械原理精品課程建設(shè)，還是深入開展包括機械學(xué)科在內(nèi)的工科課程體系教學(xué)改革，都富有借鑒意義。機械原理課程設(shè)計的各種教改嘗試，既有鮮明的主線，又各具特色。既有成功驗，也有需要探討、摸索之處。因此有必要總結(jié)、梳理，以利進一步改革。
參考文獻：
關(guān)鍵詞 機械原理 科技創(chuàng)新活動 創(chuàng)新設(shè)計能力
中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.10.054
The Exploration of Mechanical Principle Course Teaching Based on
Extracurricular Technological Innovation Ability
WEI Junying， WANG Jidai
（College of Mechanical and Electronic Engineering， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590）
Abstract Aimed at the mechanical principle course teaching situation and existing problem， extracurricular technological innovation ability should be paid attention such as taking part in teacher's scientific research projects and technological innovation competition to combining mechanical principle knowledge with technological innovation. In this way teaching activities are implemented which has obtained good effect and improved students' ability in innovation design.
Key words mechanical principle; technological innovation ability; innovative design ability
指出“謀創(chuàng)新就是謀未來”，“科技發(fā)展的方向就是創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新”。面對復(fù)雜的國內(nèi)外形勢以及我國的改革環(huán)境和發(fā)展任務(wù)，“創(chuàng)新”已經(jīng)成為21世紀(jì)產(chǎn)品的重要“代言人”。作為培養(yǎng)人才的高等教育領(lǐng)域，高度重視學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計與實踐能力培養(yǎng)，努力培養(yǎng)出高等創(chuàng)造型人才是高校教師責(zé)無旁貸的責(zé)任。①
機械原理主要研究機構(gòu)組成原理、常用機構(gòu)的特點及應(yīng)用與設(shè)計、機構(gòu)運動學(xué)及機構(gòu)動力學(xué)、機械系統(tǒng)的方案設(shè)計等問題，②是學(xué)生掌握設(shè)計能力、提高創(chuàng)新思維的重要知識基礎(chǔ)，因此，有著其他課程不可代替的作用。③
1 機械原理教學(xué)現(xiàn)狀
機械原理是高等院校機械類專業(yè)的一門十分重要的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，這門課程的主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識和了解機械、為機械類有關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，更重要的是為機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計、現(xiàn)有機械的合理使用和革新改造打下良好基礎(chǔ)。
目前，在機械原理的教學(xué)過程中，教師一般較為注重于去“教”機構(gòu)原理、運動學(xué)及動力學(xué)分析這些基本知識。通常老師講解得仔細透徹，但學(xué)生往往自主學(xué)習(xí)能力不強、不夠積極，且機械原理有些知識比較抽象，很多學(xué)生頭腦中對一些機構(gòu)沒有感性認(rèn)識，因此往往不能很快掌握、進而問題遺留拖延，導(dǎo)致積累更多問題，課堂效率低下。④
1.1 課堂理論教學(xué)與工程實踐脫節(jié)
目前，我校機械原理的教學(xué)模式仍然偏重于理論知識的教學(xué)，且學(xué)生對課程中涉及到的常用機構(gòu)普遍缺少直觀認(rèn)識，因此對一些內(nèi)容不能做到很好理解。機械原理是機械類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于不能將課堂上學(xué)到的原理知識與實踐相結(jié)合，因此很多學(xué)生對老師講解的知識難以理解，很難打好機械入門的基礎(chǔ)。盡管機械原理課程也有相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)安排，例如認(rèn)識機構(gòu)、機構(gòu)運動簡圖繪制等，但多數(shù)學(xué)生基本上走馬觀花，對機構(gòu)認(rèn)識很膚淺，仍然不能與課堂上學(xué)過的機構(gòu)、原理聯(lián)系起來，故實驗效果很差。
機械原理目前多采用多媒體教學(xué)輔助教學(xué)，在課件中也有大量機構(gòu)及其原理的應(yīng)用實例，但由于課堂教學(xué)學(xué)時有限，有些學(xué)生沒有生活、生產(chǎn)中機構(gòu)的實際應(yīng)用概念，故不能很好地將這些實例與理論知識聯(lián)系起來，這些都造成了理論教學(xué)與工程實踐的脫節(jié)。
1.2 機械原理知識不能融入到創(chuàng)新設(shè)計中
機械原理課程中，有些內(nèi)容是比較枯燥的，在授課過程中如果不能激發(fā)學(xué)生的興趣和能動性，那么學(xué)生對課程知識的掌握就更加不理想。機械原理課程是設(shè)計道路上的第一道關(guān)口，學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力是機械原理教學(xué)中很重要的環(huán)節(jié)。很多學(xué)生有許多新穎的構(gòu)思和創(chuàng)新的思想，但教師不能很好地引導(dǎo)他們將機械原理理論知識融入到創(chuàng)新設(shè)計中，不能開拓他們的創(chuàng)新思維，因此學(xué)生不能充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性思維，不能將課堂上學(xué)到的知識靈活應(yīng)用于實踐中。
2 改變教學(xué)模式，利用各種課外科技創(chuàng)新設(shè)計活動提高創(chuàng)新設(shè)計能力
目前，國內(nèi)外高校都十分重視培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，我校機械原理課程建設(shè)結(jié)合理論知識與工程實踐之間的密切聯(lián)系，突出了對學(xué)生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)造性思維及創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。在創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)方面，特別提出通過參與教師科研項目、科技創(chuàng)新模塊等加強對學(xué)生能力的培養(yǎng)。⑤
2.1 教學(xué)模塊突出創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)
機械原理課程教學(xué)模塊分為兩大主要模塊：課堂理論教學(xué)模塊與實踐教學(xué)模塊。
在課堂教學(xué)模塊中，動力設(shè)計模塊、機構(gòu)設(shè)計模塊為機械原理的基礎(chǔ)模塊，通過其學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握機械原理機構(gòu)分析、機構(gòu)設(shè)計的基本原理和方法。另外，綜合設(shè)計模塊是前兩個模塊的延伸和提高，主要進行機械系統(tǒng)方案的設(shè)計，要求學(xué)生在所學(xué)機械原理理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合各種實踐經(jīng)驗，充分發(fā)揮個人主觀能動性及想象力，靈活運用現(xiàn)代設(shè)計理論和方法、技巧，設(shè)計出新穎獨特、節(jié)能高效、緊湊靈巧的機械系統(tǒng)，這些對于培養(yǎng)工科機械類專業(yè)學(xué)生的綜合設(shè)計水平、創(chuàng)新設(shè)計能力有尤為重要的意義。
在實踐教學(xué)方面，包含實驗教學(xué)模塊、課程設(shè)計模塊和科技創(chuàng)新模塊。前兩個模塊注重對學(xué)生機械原理基本知識的實踐掌握和鞏固，科技創(chuàng)新模塊則注重于鼓勵、支持學(xué)生參加政府、教育廳等各部門舉辦的各類科技創(chuàng)新競賽活動，將所學(xué)理論知識應(yīng)用到實踐中，以提高他們創(chuàng)新設(shè)計的能力。
2.2 科研項目多參與
在機械原理課堂教學(xué)中，把教師的科研項目、科技創(chuàng)新的理念融入其中，加強對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。根據(jù)自己的科研項目開展相關(guān)機構(gòu)創(chuàng)新的教學(xué)內(nèi)容，例如在學(xué)習(xí)平行四邊形機構(gòu)時，結(jié)合科研項目碼垛機器人手臂、鋼制容器壁面爬行機器人手臂的研究，使學(xué)生加深對平行四邊形機構(gòu)運動特征、應(yīng)用、設(shè)計及其存在問題的深入理解，鼓勵學(xué)生將所學(xué)機械原理理論知識與科研項目中實際設(shè)計結(jié)合起來，這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)機械原理的興趣，掌握、鞏固并應(yīng)用了所學(xué)的理論知識，又極大提高了創(chuàng)新設(shè)計能力和工程實踐能力。
2.3 課外科技創(chuàng)新競賽活動多參與
為了提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，學(xué)校建立了三個層次的大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的組織機構(gòu)和保障、各種獎勵措施對學(xué)生的課外科技活動提供制度及物質(zhì)保障。⑥其中，第一層次為學(xué)生科技創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)小組，由學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能部門牽頭，另外由各領(lǐng)域知名專家教授組成，負責(zé)課外科技創(chuàng)新活動的發(fā)展規(guī)劃和開展、籌集活動資金、工作協(xié)調(diào)及評比表彰等;第二層次為教學(xué)管理與服務(wù)組織，主要由學(xué)校教務(wù)處、科研處等具體實施、監(jiān)控部門以及各二級學(xué)院的教學(xué)管理部門組成，負責(zé)課程教學(xué)過程的具體設(shè)計和組織實施、質(zhì)量監(jiān)控等;第三層次為課外科技創(chuàng)新活動組織實施，由共青團、學(xué)生會、各類學(xué)生社團等組成，負責(zé)課外科技創(chuàng)新實踐活動的規(guī)劃與具體實施。學(xué)校相關(guān)部門制定各類科技活動及競賽獎勵辦法，依據(jù)參加賽事級別及獲得獎項名次等級及時給予相應(yīng)的表彰與獎勵。
通過這些課外科技活動組織、保障措施和激勵機制，能持續(xù)鼓勵、支持保障學(xué)生參加各類課外科技創(chuàng)新實踐活動，如山東省挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽、山東省大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽。學(xué)生根據(jù)競賽主題與相關(guān)要求，結(jié)合所學(xué)理論知識，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性思維進行構(gòu)思設(shè)計，構(gòu)建產(chǎn)品的虛擬樣機或?qū)嵨锬Ｐ停瑢⒗碚撆c實踐結(jié)合，極大提高了創(chuàng)新設(shè)計和工程實踐的能力。
3 各類課外科技創(chuàng)新設(shè)計實踐活動成果
目前，各種科技創(chuàng)新競賽活動已成為大學(xué)生素質(zhì)教育的重要項目。在課題組相關(guān)老師參與及指導(dǎo)下，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)機械原理課程過程中或者結(jié)束該課程后，積極參加各種創(chuàng)新設(shè)計競賽。在近幾年參與大賽中，取得全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中二等獎2項，全國大學(xué)生過程裝備創(chuàng)新與實踐大賽中二等獎1項、三等獎2項;在第十四屆山東省挑戰(zhàn)杯學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得特等獎并推薦進入國賽;山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽中獲一等獎9項、山東省大學(xué)生首屆科技創(chuàng)新大賽一等獎1項、山東省電子產(chǎn)品設(shè)計大賽中獲得一等獎1項等等。這些榮譽和獎項極大鼓舞了大學(xué)生們參加科技創(chuàng)新實踐活動的積極性，提高了他們學(xué)習(xí)機械原理等課程的興趣，更重要的是提高了將理論知識與實踐相結(jié)合的能力、創(chuàng)新設(shè)計的能力。
4 結(jié)語
創(chuàng)新設(shè)計能力是工科機械類專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。本文分析了機械原理課程教學(xué)現(xiàn)狀及其存在問題，提出在教學(xué)過程中融入創(chuàng)新設(shè)計，將科技創(chuàng)新實踐與教學(xué)活動相結(jié)合，鼓勵支持學(xué)生參與教師科研項目、參加各類科技創(chuàng)新競賽。通過在教學(xué)活動中實踐，極大提高了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計與工程實踐的能力，取得了預(yù)期效果。
注釋
① 袁愛霞，高中庸，李寶靈.機械原理與機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J].高教論壇，2007（6）：78-79.
② 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2006.
③ 侯莉俠，侯俊才，郭紅利等.在機械原理課程教學(xué)中引入創(chuàng)新設(shè)計的探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2014（24）：139-140.
④ 巫海平.機械原理教學(xué)與創(chuàng)新設(shè)計相結(jié)合的實踐與探索[J].職業(yè)技術(shù)，2013（6）：149-150.
關(guān)鍵詞：機械；設(shè)計；節(jié)能；基本原理
經(jīng)濟的快速發(fā)展將會導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重和資源短缺情況的出現(xiàn)。這些問題將會反作用到經(jīng)濟與社會發(fā)展中。如何妥善地處理好經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境資源保護之間的關(guān)系成為社會穩(wěn)定發(fā)展的重點。節(jié)能是環(huán)境資源保護的重要形式。加強對機械設(shè)計節(jié)能基本原理的研究，才能夠發(fā)揮出機械設(shè)計節(jié)能效果。機械設(shè)計節(jié)能應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，對于實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響意義。
1 機械設(shè)計節(jié)能基本原理
機械設(shè)計節(jié)能在動能方面的影響最為明顯。傳統(tǒng)機械設(shè)計主要考慮的是輸出功率變化，特別是設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的波動。機械設(shè)計節(jié)能對于設(shè)備加工精度與周期影響更為突出，在設(shè)備加工的時候，需要根據(jù)動能狀況及時地進行能源回收或者轉(zhuǎn)化。并且根據(jù)節(jié)能特點，做好設(shè)備調(diào)節(jié)系統(tǒng)動能變化，能夠在最小范圍之內(nèi)完成能源的回收。輸出力會根據(jù)節(jié)能狀況進行調(diào)整。在不同運行環(huán)境中，機械設(shè)備輸出力會有明顯的差異。特別是相同機械設(shè)備運行過程都會涉及到節(jié)能改善。在較短的時間內(nèi)機械設(shè)備運行會產(chǎn)生較大的波動，這些波動出現(xiàn)的阻力都會影響到機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，并且會隨著變化減小，節(jié)能的效果也會更加的明顯。機械設(shè)備在運行的時候都會涉及到摩擦等阻力，調(diào)整零件精度或者的方式都能夠提升設(shè)備的使用效率。因此，在機械設(shè)計節(jié)能效果上要最大限度地降低無用功的產(chǎn)生，對于節(jié)能原理要進行充分的總結(jié)，處理好動能、輸出力以及無用功之間的關(guān)系，能夠根據(jù)設(shè)備情況進行機械設(shè)計節(jié)能的改進。通過對參數(shù)變化的研究，實現(xiàn)能源的有效節(jié)約。
2 機械設(shè)計節(jié)能的應(yīng)用效果
2.1 人才培養(yǎng)與新技術(shù)的應(yīng)用
機械設(shè)計節(jié)能涉及到很多多方面的知識，需要專業(yè)性較強的工作人員才能夠完成。專業(yè)人才是開展機械設(shè)計節(jié)能基本原理研究的核心基礎(chǔ)。針對這種情況要持續(xù)進行工作人員專業(yè)培訓(xùn)，這是實現(xiàn)機械設(shè)計節(jié)能必要條件。在實際技術(shù)基礎(chǔ)上進行整體性突破，并且要充分地運用信息技術(shù)實現(xiàn)機械設(shè)計節(jié)能水平的提升。
2.2 強化電子控制系統(tǒng)
電子控制系統(tǒng)對于提升機械設(shè)計節(jié)能效果的準(zhǔn)確性具有重要的作用。電子控制系統(tǒng)能夠?qū)C械設(shè)計節(jié)能進行實時監(jiān)控，做好機械設(shè)計節(jié)能控制工作，通過智能化系統(tǒng)對機械設(shè)計節(jié)能狀況進行判斷。有效地控制功率輸出，并且避免消耗的進一步擴大。使機械設(shè)計節(jié)能效果達到最大優(yōu)勢。電子控制系統(tǒng)同時還能夠?qū)ψ陨磉M行檢測，發(fā)現(xiàn)其中存在的限制因素，有效地延長機械使用的壽命。
2.3 加工設(shè)備設(shè)計
工業(yè)生產(chǎn)機器主軸在運行中產(chǎn)生的波動很容易影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。為了能夠更好地解決這一個問題。需要利用機械設(shè)計節(jié)能技術(shù)在機器運轉(zhuǎn)過程中加入轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪，這樣能夠更好地起到調(diào)節(jié)波動的作用。能夠?qū)⒉痪鶆蛳禂?shù)都調(diào)控在合理的范圍之內(nèi)，并且保證機器能夠正常的運轉(zhuǎn)。在不均勻狀態(tài)下的輸入功率都會產(chǎn)生較大的能源消耗，并且輸出與動能變化產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會持續(xù)的疊加。機器運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)動慣量飛輪會根據(jù)初相位不同進行功率比較。在平衡理論下的機械運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)差距也會變得更小。
2.4 升降機械設(shè)計
升降機在使用的過程中會消耗大量的能源。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)升降機節(jié)能環(huán)保，就要在機械設(shè)計節(jié)能基本原理下對升降機進行能源消耗控制。升降機械主要是大壓力容器下驅(qū)動的設(shè)備移動，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)機械在空中進行作業(yè)或者維修。升降機產(chǎn)生的消耗主要是來自于貨物運輸上升或者下降。高空機械作業(yè)都需要在實踐的過程中對動力與能量進行高度調(diào)整。這樣才能夠進一步地開展高空作業(yè)。但是在實際工程作業(yè)中，機械設(shè)計節(jié)能原理會對升降機的結(jié)構(gòu)與設(shè)計進行優(yōu)化。最終將會實現(xiàn)能源的節(jié)約。比如，當(dāng)曳引驅(qū)動機構(gòu)和傳統(tǒng)的升降機械以相同的速度提升質(zhì)量相等的貨物或者重物時，前者可以更加有效地實現(xiàn)升降機的平衡，減少升降過程中的能源消耗，使得系統(tǒng)勢能在最小范圍內(nèi)變化甚至維持常量。機械設(shè)計節(jié)能工作的開展需要處理好材料與動力源之間的關(guān)系選擇。要將設(shè)計理念融入到升降機結(jié)構(gòu)中，特別是要注重電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用。電子控制系統(tǒng)能夠更加突出升降機的自動性，并且會實時進行監(jiān)控，提升工作人員的安全性。
3 結(jié)束語
可持續(xù)發(fā)展成為我國經(jīng)濟與社會不斷進步的重要載體。可持續(xù)發(fā)展道路能夠?qū)崿F(xiàn)自然、資源、人類等方面的和諧統(tǒng)一。特別是工業(yè)生產(chǎn)中融入可持續(xù)發(fā)展理念將會實現(xiàn)節(jié)能減排。針對這種情況要強化機械設(shè)計節(jié)能效果，明確掌握全面的機械設(shè)計節(jié)能基本原理，通過掌握理論知識指導(dǎo)工業(yè)實踐生產(chǎn)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)成本投入得到有效的控制，避免資源出現(xiàn)嚴(yán)重浪費，在根本上保o環(huán)境。對于構(gòu)建和諧文明健康的社會具有重要的意義。機械設(shè)計節(jié)能在社會發(fā)展充分發(fā)揮巨大作用。保證機電產(chǎn)品消耗得到控制，實現(xiàn)降低輸入功率。
參考文獻
[1]宮浩.淺談機械設(shè)計中的材料選擇和應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?/p>
2015，08.
[2]石建.關(guān)于機械設(shè)計加工中應(yīng)注意的一些問題[J].科技致富向?qū)В?015，09.
[3]萬侖侖.淺談機械設(shè)計的發(fā)展方向[J].科學(xué)中國人，2015，18.
[4]石磊.機械設(shè)計自動化設(shè)備安全控制分析[J].科學(xué)家，2016，09.
[5]談亮鴻.淺析食品機械設(shè)計與普通機械設(shè)計的對比研究[J].科技致富向?qū)В?014，14.
[6]陳永勝.機械設(shè)計及其自動化發(fā)展方向的思考[J].科技致富向?qū)В?015，05.
關(guān)鍵詞 機械原理 機械設(shè)計 課程優(yōu)化
機械原理與機械設(shè)計課程開設(shè)歷史悠久，兩門課程始終作為全國各工科院校機械類專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。近年來，隨著機械學(xué)科的飛速發(fā)展、我國高等學(xué)校機械類專業(yè)人才培養(yǎng)實施寬口徑化、21 世紀(jì)人才綜合能力培養(yǎng)的需求，再次審視兩門課程的教學(xué)體系、課程內(nèi)容和教學(xué)方法，認(rèn)為依舊存在問題需要探究與改革。
一、存在的問題
（一）內(nèi)容有交叉與重復(fù)現(xiàn)象。機械原理和機械設(shè)計兩門課程的教學(xué)內(nèi)容基本變化不大，課程內(nèi)容自成體系，相互之間缺少銜接，存在內(nèi)容交叉和重復(fù)的問題。
（二）缺少系統(tǒng)性。兩門課程缺少對機械系統(tǒng)的介紹，學(xué)生學(xué)完了兩門課程，仍對機械沒有整體的認(rèn)識，對機械的設(shè)計過程缺少了解，兩門課程的總體效能未能充分顯現(xiàn)。
（三）實踐環(huán)節(jié)不足。兩門課程的實踐環(huán)節(jié)難以適應(yīng)對學(xué)生工程意識和實踐能力培養(yǎng)的需求，缺少主動性實踐的環(huán)境。
二、理論教學(xué)體系的整合與優(yōu)化
機械產(chǎn)品的設(shè)計一般要經(jīng)過產(chǎn)品的規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計等環(huán)節(jié)，通過機械原理和機械設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅應(yīng)掌握一般機械產(chǎn)品設(shè)計所需的基本理論知識，還應(yīng)對機械系統(tǒng)有一個整體的認(rèn)識，并應(yīng)了解機械產(chǎn)品設(shè)計的基本過程。為此筆者嘗試突破“機械原理”和“機械設(shè)計”兩課程的界線，將教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)進行了重組、融合及整體優(yōu)化，合并為“機械設(shè)計課程。
（一）課程目標(biāo)。通過本課程理論教學(xué)、實驗及課程設(shè)計等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)總體教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新精神；使學(xué)生對機械產(chǎn)品具有整體的概念和正確的設(shè)計思想；掌握機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，初步具備一般機械方案設(shè)計和分析的能力；掌握常用機構(gòu)及其傳動的運動學(xué)設(shè)計和工作能力設(shè)計的基本知識，掌握通用零部件設(shè)計計算和選用的基本知識，初步具備一般通用機械的設(shè)計能力；培養(yǎng)學(xué)生查閱和運用機械設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊及網(wǎng)絡(luò)息等技術(shù)資料的能力。
（二）理論教學(xué)體系。在有限的學(xué)時內(nèi)，合理取舍課堂教學(xué)內(nèi)容，是關(guān)系到能否真正實現(xiàn)課程目標(biāo)的關(guān)鍵。經(jīng)過多年的仔細斟酌、反復(fù)探究，提出精、寬、新的授課原則：精——精選重點和難點的內(nèi)容進行詳解與指點，避免煩瑣公式的推導(dǎo)和易于自學(xué)的內(nèi)容占用過多的學(xué)時；寬——拓寬學(xué)生的知識面，注重工程應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；新——注重機械學(xué)科發(fā)展、將機械學(xué)科的科研成果融入教學(xué)，讓學(xué)生了解機械學(xué)科的新技術(shù)、新方法。
三、實踐教學(xué)體系的構(gòu)建
實踐教學(xué)體系由實驗教學(xué)、機械實例分析與設(shè)計（大作業(yè)）、典型機械設(shè)計（課程設(shè)計）三部分組成。三個模塊均以加強自學(xué)能力、研究能力、動手能力及工程意識與創(chuàng)新精神為培養(yǎng)目標(biāo)。
（一）實驗教學(xué)。在實驗教學(xué)中將計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代實技術(shù)相結(jié)合，加強實驗內(nèi)容的綜合性與設(shè)計性，如增開了典型機器與機構(gòu)分析、機構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)意組合、機械系統(tǒng)創(chuàng)意組合等綜合性實驗，對啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識和培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力起到非常積極的作用。
（二）機械實例分析與設(shè)計。本課程傳統(tǒng)的課外作業(yè)內(nèi)容雖然對一些基本概念、定義的理解起到一定的作用，但是由于各章相對獨立、就題論題、解題方法千人一面等問題，讓學(xué)生感到枯燥無味，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。為了解決此問題，將“書本習(xí)題”大大減少，增加數(shù)個綜合性、實踐性很強的機械實例分析大作業(yè)。
（三）課程設(shè)計。課程設(shè)計是很重要的一個教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計的性質(zhì)決定了它在對學(xué)生進行素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生工程意識和設(shè)計能力等方面具有獨特的優(yōu)勢。原來的機械原理和機械設(shè)計的課程設(shè)計是分開的，相互之間沒有聯(lián)系，機械原理的課程設(shè)計是以機構(gòu)的分析為主，機械設(shè)計是以零件的強度分析和繪制圖紙為主，教師不僅限定了設(shè)計題目和方案，還給學(xué)生提供了非常齊全的參考資料，學(xué)生的創(chuàng)新意識得不到發(fā)揮。將兩門課程的課程設(shè)計進行了優(yōu)化整合，從題目的選擇到實施過程，更加符合現(xiàn)代機械的設(shè)計思路，即把過去僅進行機構(gòu)和零部件的尺度綜合、運動分析和動力分析，改變?yōu)檫M行機械系統(tǒng)的綜合設(shè)計。使學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到了發(fā)揮，提高了設(shè)計的能力、計算機運用能力、形象思維的能力。
四、教學(xué)方法與手段的改革
近年來，隨著兩門課程體系的改革和深化，課程內(nèi)容不斷更新和增加，但教學(xué)學(xué)時相對減少，學(xué)時與內(nèi)容成了突出矛盾。如何激發(fā)學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生的潛能, 提高學(xué)習(xí)的自主性和能動性,使學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握機械設(shè)計的基本理論與方法；如何培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新精神和設(shè)計能力，是教學(xué)方法和教學(xué)手段研究的重要課題。
（一）從培養(yǎng)興趣入手。興趣是成才的起點，是成就事業(yè)的沃土。學(xué)習(xí)興趣能激勵學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。
（二）開放式教學(xué)。開放式的教學(xué)方法，一是要打破傳統(tǒng)的“一本書”，大力提倡課外閱讀，讓學(xué)生了解教科書之外相關(guān)領(lǐng)域的知識，更要讓學(xué)生了解新理論、新方法和新技術(shù)。二是打破“一言堂”，給學(xué)生適當(dāng)?shù)摹白杂伞保膭顚W(xué)生向老師提出問題，幫助學(xué)生樹立“不唯書、不唯師、只唯實”的實事求是精神；三是教師不要把所有的知識點得“完美無缺”，要給學(xué)生的自學(xué)留有余地和空間。
（三）倡導(dǎo)主動實踐。被動實踐是指實踐的對象、方法、程序等關(guān)鍵要素都是由老師制定的, 學(xué)生在老師規(guī)定的框架中, 沿著老師制定的路線去完成實踐任務(wù)。
參考文獻：
[1]濮良貴,紀(jì)明剛.機械設(shè)計（第八版）[M].高等教育出版社TH122.2006.5.
關(guān)鍵詞：數(shù)字化仿真；卓越計劃；機械原理；創(chuàng)新能力
作者簡介：李杰（1979-），男，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機械工程學(xué)院，講師；范曉珂（1972-），女，河北石家莊人，石家莊鐵道大學(xué)機械工程學(xué)院，副教授。（河北 石家莊 050043）
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0083-02
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是高等院校貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的一項重大改革項目，其目的在于培養(yǎng)造就一大批具有較強創(chuàng)新能力、適應(yīng)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，為國家工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。該項目的實施將促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，對全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。[1]2011年，石家莊鐵道大學(xué)被教育部批準(zhǔn)成為第二批133所“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”培養(yǎng)高校之一。“機械原理”課程作為機械工程類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是石家莊鐵道大學(xué)（以下簡稱“我校”）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、車輛工程專業(yè)、“茅以升”試驗班和“卓越”班的必修課程，占有重要的地位。由于學(xué)生人數(shù)的增加和新課程的開設(shè)，“機械原理”計劃學(xué)時不斷被壓縮，而教學(xué)內(nèi)容卻不斷補充，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難滿足“卓越計劃”的要求，很難培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。[2]因此，利用數(shù)字化仿真技術(shù)改善“機械原理”以往傳統(tǒng)的教學(xué)與實驗存在的問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生成為具有工程思維的實用型與創(chuàng)新型人才，適應(yīng)“卓越計劃”的發(fā)展具有重要的意義。
一、課程教學(xué)內(nèi)容與安排
“機械原理”的課程內(nèi)容主要有：機械的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、各種常用機構(gòu)的設(shè)計和機械系統(tǒng)的方案設(shè)計等內(nèi)容，共64學(xué)時，講授54課時，實驗8學(xué)時，“機械原理”課程設(shè)計1周。講授的內(nèi)容中，主要重點介紹機械的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)的運動和力分析、機械的效率、自鎖與平衡、常用機構(gòu)的特點及其設(shè)計，其中包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、輪系和其他的常用機構(gòu)等；[3]機械系統(tǒng)的方案設(shè)計內(nèi)容結(jié)合課程設(shè)計時完成；實驗安排主要針對一些機構(gòu)的驗證、設(shè)計與綜合，旨在提高學(xué)生的動手能力和對機構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計的能力。但是，由于課時限制，該課程所設(shè)置的實驗只能完成4個，很難滿足“卓越計劃”的要求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。
二、教學(xué)方式的改革
數(shù)字化仿真技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種先進的機械設(shè)計方法，它是指將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，利用計算機分析軟件通過建模可對該機構(gòu)進行運動模擬，對機構(gòu)及整機進行運動仿真。數(shù)字化仿真技術(shù)在“機械原理”教學(xué)中的應(yīng)用，不僅可以使得學(xué)生對機械原理中的各種機構(gòu)有感性的認(rèn)識，而且通過對各種機構(gòu)的仿真模擬可以使得學(xué)生對各種機構(gòu)的運動與動力特性有直觀的了解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。[4]筆者將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機械原理”教學(xué)中，下面以連桿機構(gòu)為例，介紹在連桿機構(gòu)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)的一些體會。
1.理論教學(xué)的改革
在連桿機構(gòu)的教學(xué)中，連桿機構(gòu)的基本形式為鉸鏈四桿機構(gòu)，其三種基本形式分別為曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)，當(dāng)一個鉸鏈四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)時，通過機構(gòu)的倒置則可以得到雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。
在教學(xué)過程中，利用數(shù)字化仿真軟件建立曲柄搖桿機構(gòu)的數(shù)字化模型，按照要求對各相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，其中包括：各桿長度、質(zhì)量、電機轉(zhuǎn)速、力矩大小等。如圖1所示，在四桿機構(gòu)中各桿分別以轉(zhuǎn)動副相連，分別為A、B、C、D；各桿桿長分別為280mm、520mm、500mm、720mm，然后對桿4固定，桿1為曲柄，在轉(zhuǎn)動副A上加力矩，其數(shù)字化模型如圖1所示。通過運動仿真對曲柄搖桿機構(gòu)進行相應(yīng)的運動分析。[5]曲柄搖桿機構(gòu)的運動分析如圖2所示。
在教學(xué)過程中，圖1能夠清晰演示四桿機構(gòu)的運動畫面，其中曲柄以等角速度轉(zhuǎn)動，搖桿則在一定角度范圍內(nèi)擺動。從圖2的角速度圖中可以看出曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而搖桿的擺角為0°～30°。
在曲柄搖桿機構(gòu)中其他參數(shù)保持不變的前提下，只改變曲柄搖桿機構(gòu)的機架，取原來的桿件1為機架，桿件2為曲柄，對機構(gòu)進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構(gòu)變?yōu)榱穗p曲柄機構(gòu)。雙曲柄機構(gòu)的運動分析如圖3所示。
在教學(xué)過程中，利用數(shù)字化仿真技術(shù)學(xué)生能夠直觀看出此時兩個曲柄都在做整周的回轉(zhuǎn)運動。從圖3中的角速度圖中可以看出主動曲柄轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動曲柄的轉(zhuǎn)速為不等速連續(xù)回轉(zhuǎn)，范圍在15°/S～65°/S之間。
最后，在曲柄搖桿機構(gòu)中，取原來的搖桿3為機架，桿4為曲柄，在其他參數(shù)保持不變的前提下對機構(gòu)進行運動仿真，可以看出，通過改變機架后，原來的曲柄搖桿機構(gòu)變?yōu)榱穗p搖桿機構(gòu)。雙曲柄機構(gòu)的運動分析如圖4所示。
圖4的動畫演示中能夠看出，兩個搖桿都不能在整周范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，都在一定范圍內(nèi)做往復(fù)擺動，從圖4中的角速度圖中可以看出主動曲柄搖桿轉(zhuǎn)速為30°/S，而從動搖桿的轉(zhuǎn)速為不等速擺動，范圍在0°/S～35°/S之間。
在課堂教學(xué)過程中，通過四桿機構(gòu)的數(shù)字化仿真能夠使學(xué)生在較短的時間內(nèi)對機構(gòu)的倒置有清晰的認(rèn)識，同時提高了學(xué)生對計算機應(yīng)用的興趣和創(chuàng)新能力。
2.實驗教學(xué)的改革
由于課時的限制，“機械原理”課程實驗共有四次，具體安排如表1所示。
由表1看出：“卓越”班的實驗教學(xué)比較少，不能夠滿足學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)的需求。在實驗教學(xué)過程中，可以利用數(shù)字化仿真技術(shù)進行有效的彌補，同時也可以對以上實驗進行虛擬驗證。在實驗2機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)過程中，可以先讓學(xué)生根據(jù)實驗臺搭建不同的機構(gòu)，分析機構(gòu)的運動過程，并繪制機構(gòu)的運動簡圖，課下讓學(xué)生通過計算機根據(jù)所繪制的機構(gòu)運動簡圖建立所搭建的機構(gòu)模型，進行數(shù)字化仿真模擬，直觀形象地模擬實際搭建機構(gòu)的運動過程。而對于實驗3機構(gòu)運動參數(shù)測量與分析實驗，事先讓學(xué)生在計算機上對機構(gòu)進行數(shù)字化仿真，測量出機構(gòu)的位移、速度和加速度曲線，然后再與實驗測量的曲線進行相應(yīng)的比較。對于實驗中沒有的內(nèi)容，也可以通過對機構(gòu)的數(shù)字化仿真來培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力和機械創(chuàng)新設(shè)計的能力。
三、教學(xué)效果
通過數(shù)字化仿真技術(shù)在“機械原理”課程中的應(yīng)用，在理論教學(xué)過程中對所講授知識可以實時地進行虛擬仿真，有效改變傳統(tǒng)理論教學(xué)加實驗教學(xué)的方法，節(jié)省課時。在實驗教學(xué)中，通過數(shù)字化仿真技術(shù)和實驗相結(jié)合大大提高了學(xué)生對實驗的興趣，提高了學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計意識。
四、結(jié)束語
通過教學(xué)實踐表明，將數(shù)字化仿真技術(shù)引入到“機械原理”教學(xué)中具有較大的新穎性，促進了學(xué)生對“機械原理”課程基本理論的理解，實現(xiàn)了教學(xué)方法的創(chuàng)新。
新的教學(xué)方法能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在教學(xué)過程中學(xué)生能夠變被動接受為主動思考，通過對不同的方案進行實時仿真，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高分析問題、解決問題的能力。
數(shù)字化仿真技術(shù)在本門課程中的應(yīng)用鍛煉了學(xué)生將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合的能力，同時也提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。這種教學(xué)模式的探索為其他工程類專業(yè)基礎(chǔ)課程適應(yīng)“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的教學(xué)改革提供了借鑒經(jīng)驗。
參考文獻：
[1]毛婭.適應(yīng)“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的機械原理雙語教學(xué)探索與實踐[J].探索與踐，2006，4（13）：191-192.
[2]盧梅，李威，邱麗芳.虛擬仿真實驗技術(shù)在機械原理實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].儀器儀表用戶，2006，4（13）：25-26.
[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計教學(xué)；機械設(shè)計全過程訓(xùn)練；人才能力培養(yǎng)
大家都知道，機器是各部分之間具有確定相對運動的人為的實物組合，它能代替或減輕人類勞動來完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能。所以，機器的設(shè)計過程基本上應(yīng)包含兩個階段，即運動設(shè)計和構(gòu)形及工作能力設(shè)計兩個階段。前者是根據(jù)機器的預(yù)定動作要求，保證機器具有所需的確定的相對運動，其設(shè)計結(jié)果是機器運動原理圖和各組成機構(gòu)的運動簡圖，它好像動物的“骨骼”，這是機械原理課程所承擔(dān)的內(nèi)容。后者是在運動設(shè)計的基礎(chǔ)上，將抽象的運動簡圖轉(zhuǎn)換成具體的工程（結(jié)構(gòu)）圖，這猶如動物的“肢體”，并能按照各種設(shè)計理論，保證機器在一定的工況條件下和規(guī)定的運轉(zhuǎn)時間內(nèi)，具有正常的工作能力。其設(shè)計結(jié)果是制造單位所必需的工程圖和技術(shù)文件，這是機械設(shè)計課程所承擔(dān)的內(nèi)容。只有將兩者有機地結(jié)合起來，才是一個完整的機械設(shè)計過程。只有完成這兩個過程的訓(xùn)練，才能說完成了機械設(shè)計全過程的訓(xùn)練。這是機械專業(yè)人才具有創(chuàng)新能力的最基本的條件，也是我們培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最低要求，否則他們將要在今后工作中經(jīng)過較長時期的磨礪、摸索，甚至以半個人生為代價，才能具有這種能力，這將大大延緩人才的成長過程。
一、我國機械設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題
（1）過去“機械原理”課程中存在著“重分析、輕綜合，重理論、輕實踐”的現(xiàn)象，課程設(shè)計為運動分析和力分析（這不能稱為設(shè)計），甚至在教材中提出機器運動方案設(shè)計無規(guī)律可循。隨著教改的不斷深入，機械原理新教材已編入機器運動設(shè)計。機械原理課程設(shè)計已開展了不同類型和題目的整機運動設(shè)計，而且與計算機輔助設(shè)計結(jié)合起來，適應(yīng)了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。由于有些教師（尤其是老教師）沒有學(xué)習(xí)（或?qū)嵺`）過機器全過程設(shè)計，因此各校發(fā)展不一，有的只做機構(gòu)設(shè)計，不做整機運動設(shè)計，有的甚至至今仍只做運動及動力分析。但總的形勢是機械原理加強整機機構(gòu)設(shè)計并開展計算機應(yīng)用已成大勢所趨。
（2）“機械設(shè)計”課程以前被稱為“機械零件”課程，一直被公認(rèn)為對學(xué)生設(shè)計能力的培養(yǎng)和提升具有很大的作用，尤其是減速器設(shè)計作為學(xué)生的第一個課程設(shè)計幾乎是不可取代的。在“機械零件”改名為“機械設(shè)計”的時候，曾有些學(xué)校認(rèn)為機械設(shè)計若不包含機器的運動設(shè)計是片面的、不科學(xué)的。之后有些教師就把機械原理內(nèi)容加了進來，統(tǒng)稱為“機械設(shè)計”。在極個別教材中還加進了凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算，連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。但在大多數(shù)“機械設(shè)計”課程中，仍堅持原來“機械零件”課程的教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計，即只講通用零件設(shè)計和進行減速器課程設(shè)計，而機械原理中的三大常用機構(gòu)在“機械設(shè)計”課程中只有傳動機構(gòu)了，其他兩大機構(gòu)（即連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)）無影消失。學(xué)生不知道怎樣去進行這些機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算，也就是說在機械原理中學(xué)的連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)學(xué)生無法應(yīng)用，致使機械原理與“機械設(shè)計”課程內(nèi)容脫節(jié)。這兩門課程的課程設(shè)計分別為機器方案設(shè)計和減速器設(shè)計，致使兩個課程設(shè)計脫節(jié)。使學(xué)生摸不著頭腦，搞不清兩者之間的聯(lián)系。
（3）教會學(xué)生從運動原理圖繪制工程裝配圖及其零件圖，這在我國機械設(shè)計教學(xué)中還是空白。因此畢業(yè)設(shè)計離不開參考圖，甚至提出沒有參考圖就不能搞設(shè)計。如果按此邏輯，就無法實現(xiàn)原創(chuàng)性設(shè)計。學(xué)生畢業(yè)實習(xí)時到處搜集參考圖，畢業(yè)設(shè)計基本不搞方案及其運動設(shè)計，多為抄圖加校核，而且這種畢業(yè)設(shè)計方式也為大多數(shù)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師所認(rèn)可，認(rèn)為只要抄圖抄懂即可。這樣的畢業(yè)設(shè)計怎能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？
（4）我國機械設(shè)計教學(xué)沒有給學(xué)生提供一個動手實踐的機會。設(shè)計結(jié)果往往停留在圖紙或虛擬階段，無法檢驗正確與否，雖然舉辦了機械設(shè)計競賽和挑戰(zhàn)杯競賽，但參與的學(xué)生只占少數(shù)。
（5）我國機械專業(yè)教學(xué)改革思路有待深入探討，很多學(xué)校不知道從哪里著手，往往出去調(diào)研一遍，將收集的教學(xué)資料綜合起來取平均值即可，打不破舊的傳統(tǒng)，提不出新的方案。現(xiàn)在各門課程幾乎都在爭學(xué)時，都在進行教改，都在加強實踐環(huán)節(jié)，都在搞創(chuàng)新，舊的去不掉，新的要加進來，只好搞平均壓縮，缺乏整體觀念和權(quán)威，缺乏創(chuàng)新思維和人文素質(zhì)教育。
綜上所述，我國機械設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀令人堪憂，機械類畢業(yè)生基本上不會搞創(chuàng)新設(shè)計（或新產(chǎn)品開發(fā)），只有在工作崗位上經(jīng)過長時間的摸索才能具有這種能力。教育部于2010年啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。提出了教育界與工業(yè)界聯(lián)合制訂人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制；設(shè)立“工程實踐教育中心”，學(xué)生在企業(yè)學(xué)習(xí)一年，“真刀真槍”做畢業(yè)設(shè)計；改革完善工程教師職務(wù)聘任、考核制度等措施。我們認(rèn)為，若要完成上述一系列人才培養(yǎng)計劃，就必須重視對教學(xué)計劃及課程內(nèi)容的全面分析和適當(dāng)調(diào)整，否則是很難培養(yǎng)出具有原創(chuàng)性設(shè)計能力的卓越人才的。
二、機械設(shè)計教學(xué)改革的思路與建議
關(guān)鍵詞：定律；原理；守恒
【中圖分類號】G633.7
學(xué)好力學(xué)是學(xué)好物理的基礎(chǔ)。深入理解力學(xué)中的疑難點，學(xué)會分析解決問題的方法是學(xué)好力學(xué)的關(guān)鍵。形成疑難點的主要原因是同學(xué)們在學(xué)習(xí)物理時沒有深刻理解物理概念、規(guī)律及適用條件，常常將意義相近的概念混為一談，或者亂套公式，要通過對力學(xué)中常見疑難點的分析，糾正學(xué)生常犯典型錯誤，并給出簡明的分析和解決問題的方法。
一、動能定理和功能原理
功和能的概念及其相互聯(lián)系貫穿在高中物理教學(xué)的全部過程，它們是高中物理中最重要最基本的一些概念。
表示功的基本公式W=Fscosθ應(yīng)從三個方面去理解：a式中的s是指力的作用點的位移，公式中的F為恒力。b正確理解正功和負功的概念。力對物體做正功，力的方向和位移方向一致，表示動力做功；力對物體做負功表示力的方向和位移方向相反，表示物體克服阻力做功。C分清功和做功的意義，功是狀態(tài)量，做功是過程量。
做功的過程就是物體能量發(fā)生變化的過程，合外力對物體做的功，等于物體動能的變化，這一結(jié)論叫做動能定理。
學(xué)習(xí)動能定理時，應(yīng)明確下述兩點：a功和能是兩個不同概念，b動能和動量都是描述運動狀態(tài)的物理量，但動量是矢量，而動能是標(biāo)量；應(yīng)用范圍不同，動能是標(biāo)志物體機械運動轉(zhuǎn)化為一定量的其它形式的能力的一種量度，它是力對空間的一種積累，而動量是力對時間的一種積累。
如果物體既受動力作用，又受阻力作用，物體機械能的改變量就是外力所做功的代數(shù)和。即E2-E1=W動-W阻這個結(jié)論叫功能原理。
用功能原理解題的優(yōu)點是，只須確定初、末狀態(tài)機械能的變化，而不必考慮相當(dāng)復(fù)雜的運動過程。
功能原理是動能定理的延伸和擴展，動能定理是功能原理中一個最簡單的特例。如果物體僅在水平方向上做機械運動，不受靜電場力和彈力作用即無勢能變化那只須用動能定理求解；若運動過程中伴有重力勢能、彈性勢能電勢能的變化，就應(yīng)考慮用功能原理去求解。
三、動量守恒定律和機械能守恒定律
學(xué)習(xí)兩條守恒定律，應(yīng)明確以下五個問題
1、運用動量守恒定律，解決實際問題時應(yīng)注意下述三點a動量守恒定律的數(shù)學(xué)表達公式是一個矢量式，在列式之前首先要規(guī)定正方向；b定律中各速度都必須相對于同一參照系，c定律公式中等號兩邊各動量必須分別是作用前和作用后同一時刻的量。
2、掌握兩個以上的物體所構(gòu)成的系統(tǒng)的研究方法。動量守恒定律所研究的是物體系統(tǒng)間的相互作用。這里所說的物體系統(tǒng)可以是兩個物體組成的系統(tǒng)，也可以是兩個以上物體所組成的系統(tǒng)，對于兩個以上物體所組成的系統(tǒng)，在弄清物理過程以后，可以用隔離法，采取先分析后綜合的方法來分別處理。
3、在深刻理解機械能守恒定律成立的條件及其物理意義的基礎(chǔ)之上，正確選擇研究對象。物體在發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化時，機械能總量保持不變的條件是"沒有摩擦和介質(zhì)阻力"其含義是，我們所選擇的研究對象，從初態(tài)變化到末態(tài)的過程中對外不做功，外界對它也不做功，這樣初末態(tài)機械能總量才能保持不變。
4、把兩條守恒定律成立條件不要混為一談
如圖（1），木塊B與水平面間無摩擦，子彈A沿小平方向射入木塊后留在木塊內(nèi)，將彈簧壓縮到最短，將子彈開始射入木塊到彈簧壓縮到最短的過程中，動量不守恒，機械能不守恒，因為子彈射入木塊的過程中要克服木塊的摩擦阻力做功，轉(zhuǎn)化為熱能。即系統(tǒng)對外做功，故系統(tǒng)機械能不守恒；在彈簧被壓縮的過程中，系統(tǒng)又受到墻壁所施給的外力作用，故動量守恒定律也不成立。如果將圖中的子彈A和木塊B改為兩個彈性球，設(shè)A、B相碰的過程中不損失機械能，那么三者所組成的系統(tǒng)的機械能守恒，而動量不守恒。
綜上所述，同學(xué)們不難看出，兩條守恒定律各有其嚴(yán)格的成立的條件，它們之間相互獨立，不能互相取代，因為二者考慮問題的角度不同，動量守恒定律是從受力的角度去分析；而機械能守恒定律是從做功的角度去分析，兩條守恒定律成立的條件不能混為一談。
5、應(yīng)用兩條守恒定律解題的基本思路是：①首先要弄清物理過程，弄清整個過程性質(zhì)、細節(jié)和特征，把整個過程分解為幾個較簡單的子過程。②根據(jù)每一個子過程的性質(zhì)、細節(jié)和特征來判斷該過程符合哪一條守恒定律成立的條件，然后列出相應(yīng)的方程。③運用數(shù)學(xué)知識聯(lián)立求解，從這里我們可以看出：思維方法的特點是先分析后綜合，化整為零，各個擊破；解題能力分兩步，先把物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，再運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題，解題的關(guān)鍵在于通過弄清物理過程而理出簡明的解題思路。
如圖（2），在光滑小平地面上有一輛質(zhì)量為М的小車，車上裝有一個半徑為R的光滑圓環(huán)，一個質(zhì)量為m的小滑塊
從跟車面等高的平臺上以速度V。滑入圓環(huán)，試問，小滑塊的初速度V。應(yīng)滿足什么條件才能使它運動到環(huán)頂時恰好對環(huán)頂無壓力？
分析：小滑塊在光滑小車運動的過程中，即滑塊與車相互作用的過程中，系統(tǒng)的動量守恒。滑塊至圓環(huán)的最高點恰對環(huán)頂無壓力則mg=m①式中U為滑塊相對圓心O的線速度，設(shè)小車此時速度為V，并規(guī)定方向為正方向，則滑塊對地速度為-（u-v）對滑塊和小車組成系統(tǒng)
mV0=MV-m（u-v）②對系統(tǒng)而言機械能守恒 mv02=Mv2+m（u-v）2+2mgR ③
聯(lián)立 ①②③ V0=
參考文獻
【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計 原理 節(jié)能 礦山行業(yè) 研究
現(xiàn)如今，低碳環(huán)保、節(jié)能減排已經(jīng)成為人們時常掛在嘴邊的耳熟能詳?shù)牧餍性~匯，而實際上，這樣的事情都是說起來容易做起來難，國家雖然對此情況做出了相應(yīng)的規(guī)定，也頒布了一些有針對性的法律條文，也加強了這方面的監(jiān)督，但是收效甚微，很多問題仍然存在。工業(yè)行業(yè)特別是礦山行業(yè)本身就是能耗較高的產(chǎn)業(yè)，為了社會發(fā)展和工業(yè)需求的滿足，很多重型設(shè)備機械被設(shè)計研制出來，應(yīng)用到礦山的開采當(dāng)中，這些設(shè)備的耗能高，如何解決該行業(yè)中的環(huán)保問題，走上節(jié)能減排的道路，還是非常值得我們深入研究的。就目前的形勢來看，節(jié)能減排已經(jīng)成為世界的主題，就礦山機械行業(yè)這樣的耗能大的行業(yè)來說，將會給技術(shù)設(shè)備的研究設(shè)計提出更高的要求，礦山機械行業(yè)同時也面臨著更大的挑戰(zhàn)。
1 機械設(shè)計節(jié)能的背景
伴隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源的利用和消耗都是空前的強盛，這也進一步使環(huán)境問題更加的惡化，給自然生態(tài)和人們正常的生活帶來了嚴(yán)重的影響。我國自改革開放以來，一直非常注重工業(yè)生產(chǎn)，對環(huán)境問題的重視不夠，對環(huán)境的破壞現(xiàn)象越來越多。所以，必須將環(huán)境問題的關(guān)注提上日程。
背景分析。我國目前所面臨的節(jié)能減排的形勢是非常嚴(yán)峻的。工業(yè)生產(chǎn)一方面給人們的生活做出了突出的貢獻，另一方面也增加了能源物資的消耗，破壞了生態(tài)環(huán)境，影響了人們的生活質(zhì)量，阻礙了工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。礦山制造業(yè)在節(jié)能減排的過程中占據(jù)著重要的位置，無論是從礦山的開采、材料的冶煉、零部件的加工，還是機械的使用、報廢處理，這些都會不同程度的產(chǎn)生污染。礦山行業(yè)每年報廢淘汰的產(chǎn)品比較多，如果沒有進行合適的處理，不僅僅會造成極大的資源浪費，還將對自然環(huán)境造成極大的污染。所以，凡是從事機械制造的人員，身上都始終肩負著節(jié)能減排、降低污染、節(jié)約原料的責(zé)任，他們必須采取行之有效的措施，盡力完成這一艱巨的任務(wù)。
機械設(shè)計在節(jié)能減排的過程中作用非常大，機械生產(chǎn)首先從設(shè)計開始，機械的強度、壽命、制造和裝備的工藝性，材料和熱處理的選擇，使用和維修是否方便，是否具有回收和再利用的可能性等等，這些都是在機械設(shè)計階段必須進行決定和解決的。設(shè)計的過程中如果出現(xiàn)了錯誤或者是不足，在以后的生產(chǎn)和使用的過程中都將是無法進行更正的。所以，要想將節(jié)能減排落到實處，就必須重視機械的設(shè)計。設(shè)計的過程必須有合理的制度和嚴(yán)格的管理，設(shè)計師要參與到有關(guān)規(guī)定和制度的制定當(dāng)中來，這樣會使制度更加的全面合理。
2 機械設(shè)計中節(jié)能原理應(yīng)用的必要性
在機械設(shè)計的過程中，一般的設(shè)計單位都沒有進行統(tǒng)一和固定的能源消耗標(biāo)準(zhǔn)的明示，這直接導(dǎo)致了現(xiàn)代機械設(shè)計在加工的過程中，無法對優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝進行節(jié)能降耗的及時分析，同時由于目前采用的工藝技術(shù)和工藝流程等都相對成熟，在這樣的情況下，機械設(shè)計加工企業(yè)幾乎沒有對生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗問題進行綜合的分析和考慮，這在一定程度上提升了機械設(shè)計加工的企業(yè)在能源上的過量消耗。并且在生產(chǎn)的過程中，機械設(shè)計加工企業(yè)普遍都是比較關(guān)注機械加工的效率和精度，很少關(guān)注能源的消耗與浪費，因此很少有機械設(shè)計加工的企業(yè)會考慮如何提高設(shè)備的能源利用率，而進行科學(xué)合理的技術(shù)措施的采用，或者在機械設(shè)計加工的過程中，通過對整體能源消耗量進行有效控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。對于組織開展機械設(shè)計加工作業(yè)的具體操作人員來說，在生產(chǎn)的過程中，關(guān)注的一直都是工作效率，并且企業(yè)也沒有將能源消耗納入到績效考核中來，這樣的管理模式影響和制約了節(jié)能減排的實施。
3 機械設(shè)計節(jié)能的基本原理
礦山工程機械環(huán)境的性能情況和對環(huán)境的負荷在很大程度上都是由設(shè)計部門在設(shè)計的階段事先確定好的，所以進行節(jié)能型工程機械的開發(fā)研制最應(yīng)該注重的就是設(shè)計的階段。
3.1在材料和資源的選用上盡量選擇可再生利用的
在材料和資源的選擇上，各系統(tǒng)及部件的設(shè)計盡量選擇可回收、易分解、能再生的，同時在加工和使用的過程中對于環(huán)境的影響不大甚至是沒有污染的的材料，特別是對于結(jié)構(gòu)組件的設(shè)計，盡量選用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒無害的材料，提高工程機械材料可再生的可能性。
3.2在產(chǎn)品的零部件設(shè)計上，遵循長壽命、低能耗和減輕重量設(shè)計的原則
工程的設(shè)計人員應(yīng)該再保持主機的相關(guān)性能參數(shù)的前提下，盡可能的減少主機和附屬作業(yè)裝置或者是機具的體積和重量，提高動力傳動系統(tǒng)零部件的強度和耐久的性能，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化和高效率，進而降低對環(huán)境的負面影響。
3.3低公害、防滲漏、節(jié)能高效的發(fā)動機
在工程機械產(chǎn)品設(shè)計的過程中，盡量保證低公害、減震降噪、防滲漏、節(jié)能減排、高效，選用低公害的發(fā)動機，發(fā)動機是工程機械所有系統(tǒng)中對環(huán)境影響最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環(huán)保型冷增壓柴油機性能大大降低對環(huán)境的負荷。
4 機械設(shè)計節(jié)能基本原理在礦山行業(yè)中的具體措施應(yīng)用
伴隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，我國大型工程項目逐步開工，礦山工程施工機械的品種和數(shù)量已經(jīng)達到了比較可觀的程度，在全球范圍內(nèi)各地的機械數(shù)量還在不斷的增加。但是，大部分的工程機械對于能源的消耗、排放產(chǎn)生的污染物給環(huán)境都造成了不可估量的負荷。為實現(xiàn)大量工程機械對環(huán)境的污染最小化，加強對我們生活的地球資源的保護，實現(xiàn)全球經(jīng)濟環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，提高操作人員的工作安全性和工作的舒適性，盡可能的實現(xiàn)人、機、環(huán)境的高度親和統(tǒng)一，非常有必要根據(jù)礦山行業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進行工程機械產(chǎn)品的設(shè)計。但是隨著國內(nèi)外環(huán)境保護意識的增強，可以預(yù)見的是開發(fā)研制環(huán)保節(jié)能型的機械產(chǎn)品必將是今后礦山工程機械設(shè)計的主要潮流和趨勢。
4.1將節(jié)能理念融入到機械設(shè)計中
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，而環(huán)保意識在人們的心目中也逐漸的增強，在這樣的形勢下，機械設(shè)計無論是企業(yè)還是管理層都一致的認(rèn)識到：利用生產(chǎn)效率很難能夠提升和強化自身的市場競爭能力，通過節(jié)能基本原理的推廣和實施，不僅能夠幫助企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，并且能夠在激烈的市場競爭中，確保企業(yè)的市場競爭力，增強核心技術(shù)的優(yōu)勢。因此，在整個機械產(chǎn)品的生命周期中，機械設(shè)計加工企業(yè)必須始終做好節(jié)能基本理念的貫徹落實。機械設(shè)計加工企業(yè)需要加強設(shè)計人員的教育和培訓(xùn)，協(xié)助設(shè)計人員提升自身的業(yè)務(wù)能力，也能幫助設(shè)計人員不斷的進行節(jié)能知識的豐富，這樣才能在每一個機械產(chǎn)品設(shè)計方案中，有效的落實節(jié)能的目標(biāo)。
4.2將機械設(shè)計節(jié)能基本原理應(yīng)用在礦山機械加工設(shè)備的設(shè)計中
機械加工主要是指通過一種機械設(shè)備，對工件的外形尺寸或者是性能進行改造的全過程。在礦山行業(yè)中，大多數(shù)的應(yīng)用型設(shè)備都是經(jīng)過機械加工而形成的。機械化的生產(chǎn)過程，就難免會使用沖壓、焊接等機械設(shè)備，就單單從焊接工具的方面來看，針對指定的加工對象進行加工，并且按照既定的圖紙進行改造的時候，需要電力充分的支持，這就難免會在整個加工的流程中，浪費一定的能源。因此，將機械設(shè)計的技能原理應(yīng)用于礦山機械加工設(shè)備的設(shè)計中，是十分必要的，能產(chǎn)生很大的節(jié)能價值。
4.3將機械設(shè)計節(jié)能原理應(yīng)用到礦山升降機械的設(shè)計中
升降機械主要是利用壓力容器或者是鏈條達到促進升降設(shè)備移動的目的，主要是進行高空作業(yè)或者是高空維修時進行使用。正是由于升降設(shè)備使用的情況，要完成良好的高空作業(yè)，就必須具備強大的動力能量，才能保證將設(shè)備送至指定的高度，進行現(xiàn)場作業(yè)的實施。所以，升降機械在能源的消耗上是比較大的，這就需要進行相應(yīng)的改造。
結(jié)合節(jié)能型液壓升降機的工作情況和結(jié)構(gòu)原理，對主要的技術(shù)參數(shù)進行篩選和有效的討論，設(shè)計出來的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，工作比較可靠，并且工作效率較高，耗能低，在達成勢能回收的同時，又能增加液壓系統(tǒng)的工作平穩(wěn)性，可以給設(shè)計和制造以及使用單位一定的啟示。
5 結(jié)語
現(xiàn)如今，受企業(yè)自身的規(guī)模和實際的技術(shù)水平等因素的影響與制約，大部分的機械設(shè)計公司特別是中小型機械設(shè)計企業(yè)，在具體的操作中，一般的生產(chǎn)模式都是逐一進行單件產(chǎn)品生產(chǎn)，從而導(dǎo)致了企業(yè)無法進行流水線式生產(chǎn)模式推廣，在某種程度上增加了企業(yè)生產(chǎn)的能耗。所以，機械設(shè)計企業(yè)需要創(chuàng)新模式，積極推廣使用批量生產(chǎn)模式，幫助企業(yè)不斷優(yōu)化自身的內(nèi)部資源，降低加工生產(chǎn)的能耗。
綜上所述，將節(jié)能基本理念融入到現(xiàn)代機械設(shè)計之中，能夠有效的幫助企業(yè)實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展，否則在現(xiàn)如今激烈的市場競爭中，機械設(shè)計企業(yè)很難形成堅固的技術(shù)屏障，面對社會能源的日趨緊張的局面，市場將會淘汰能源消耗量大的企業(yè)。為此，機械設(shè)計企業(yè)必須采取相應(yīng)的措施，不斷的降低能耗，實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻：
[1]武成，袁振中，生瑞東.機械設(shè)計節(jié)能基本原理在礦山行業(yè)應(yīng)用研究[J].科學(xué)導(dǎo)報， 2015.
【關(guān)鍵詞】機械創(chuàng)新；設(shè)計；思維
在科技、經(jīng)濟飛速發(fā)展的新時代，創(chuàng)新是一個民族不斷向上的靈魂，是一個國家繁榮發(fā)展的不竭動力。而創(chuàng)新對于每個行業(yè)來說都是尋找生機和希望的必備條件。目前，大多數(shù)的機械設(shè)計公司都大力提倡員工采用新理念、新視角、新原理設(shè)計出產(chǎn)品，使自身企業(yè)更具競爭力。因此，如何強化機械設(shè)計創(chuàng)新、開發(fā)更廣泛的設(shè)計思維具有十分重要的意義。
1.機械創(chuàng)新設(shè)計和制造
一般情況下，創(chuàng)新設(shè)計先后經(jīng)過抽象思維、邏輯思維、全面分析和最后決策四個環(huán)節(jié)。抽象思維主要是是通過設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)新思維和智慧，提出新穎的有可能實施的想法，是創(chuàng)新設(shè)計必備過程。有了抽象思維過后再將想法具體化，考察其邏輯性和可行性，結(jié)合有關(guān)的科學(xué)理論知識、原理進行進一步的新穎的、可行的、具體化的機械設(shè)計。而全面分析則包含了創(chuàng)新設(shè)計過程中所涉及的所有可能性，綜合考慮技術(shù)的可行性、成本與性價比，最后設(shè)計出新的可以滿足人們生活和生產(chǎn)需要的機器或者其他產(chǎn)品。
1.1機械創(chuàng)新設(shè)計過程
機械創(chuàng)新設(shè)計的目的在于改善機械本身的功能、性能或者以更低的經(jīng)濟成本制造滿足生產(chǎn)生活需求的機械。目前，我國技術(shù)專家認(rèn)可的機械創(chuàng)新設(shè)計過程一般可分為四個部分，一是根據(jù)具體需求確定機械設(shè)計的基本原理，二是機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進，三是機械尺寸設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化，四是機械運動性能及動力參數(shù)優(yōu)化。機械創(chuàng)新設(shè)計與普通的機械設(shè)計并沒有實質(zhì)性的差異，主要的區(qū)別在于機械創(chuàng)新性設(shè)計注重發(fā)揮人的主觀能動性和創(chuàng)新能力的突破，在充分的調(diào)動人的積極性的同時創(chuàng)造出更加符合使用者需求的機械工具。
1.2機械創(chuàng)新設(shè)計的特點
機械創(chuàng)新設(shè)計主要包括四個特點：一是多學(xué)科知識交叉運用，互相融合，互相滲透；二是機械創(chuàng)新設(shè)計中，數(shù)字并非主要思考因素，而是應(yīng)該充分結(jié)合過往經(jīng)驗和相關(guān)的理論知識，合理判斷和提出可行的新的設(shè)計方案；三是機械創(chuàng)新設(shè)計不僅需要理論知識和經(jīng)驗，同時也十分注重靈感、想象力、創(chuàng)造力的作用，因此應(yīng)該最大程度發(fā)揮四者的作用；四是凡是設(shè)計創(chuàng)造類等實踐活動都需要不斷重復(fù)、嘗試，從中吸取經(jīng)驗，多級選擇最佳方案。在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，只有完全領(lǐng)略和充分展現(xiàn)以上四個特點，才能做出優(yōu)秀的創(chuàng)新設(shè)計。
2.機械創(chuàng)新設(shè)計思維
機械創(chuàng)新設(shè)計思維對于機械創(chuàng)新設(shè)計來說意義重大，只有通過不斷的改革創(chuàng)新和開拓進取，勇于突破現(xiàn)有的固定模式和局限，采取新的方法、體制、設(shè)計才能使自身在飛速發(fā)展的時代中保持領(lǐng)先，走在時代的前沿。
2.1機械創(chuàng)新設(shè)計思維的涵義
創(chuàng)新設(shè)計思維就是指在原有的科學(xué)理論知識、原理以及過往的設(shè)計和經(jīng)驗中設(shè)想出新穎的、更能滿足審美或者實用需求的設(shè)計方案。而對于機械設(shè)計人員來說，創(chuàng)新無疑是自身最核心的競爭力，通過提高產(chǎn)品的性能、降低產(chǎn)品的成本以及縮短生產(chǎn)時間來提高機械設(shè)計的性價比。在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，首先應(yīng)該有創(chuàng)造性思維，在前人的基礎(chǔ)上提出更加優(yōu)化的觀念，并將這些優(yōu)化的觀念付諸實踐，從而創(chuàng)造出新的不一樣的機械設(shè)計。創(chuàng)造性思維具有多維多向性的特點，強調(diào)聯(lián)想、靈感和感覺，并不是依靠固定的邏輯思維推理出來的，而是激發(fā)于機械創(chuàng)新設(shè)計人員的大腦。
2.2機械創(chuàng)造性思維的三大特征
2.2.1自由性
機械創(chuàng)造性思維最大的特征在于自由，創(chuàng)新是自由的，思想是自由的。機械創(chuàng)新設(shè)計人員可以在結(jié)合有關(guān)客觀科學(xué)理論的基礎(chǔ)上完全自由憑借自己的想象、靈感、直覺設(shè)計出新的機械，而不必有太多的思想束縛。在當(dāng)今變化趕不上計劃的經(jīng)濟時代，思維的自由符合現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。而在機械設(shè)計工作中，要不斷地有新的進步的成果，就必須突破原有的事物，消除固定思維的束縛，自由地翱翔在創(chuàng)新設(shè)計的天空中，只有不斷突破和創(chuàng)新才能設(shè)計出更令人滿意的成果。
2.2.2多向性
每個人的思維方式都不一樣，具有多向性的特點。而在機械創(chuàng)造性思維中，同樣具有多向性的特點，設(shè)計人員可以從不同角度去觀察和判斷問題，并且設(shè)想出完全不同視角的方案。設(shè)計的美妙恰巧在于它的多樣性和多向性，沒有固定的設(shè)想方向，任意一個方向都可以是設(shè)計者們延伸的目標(biāo)。多向性思維與創(chuàng)造力是相輔相成、密不可分的，一個機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中一定有過多向性的設(shè)想，從中擇優(yōu)進行實踐得出最后產(chǎn)品。因此，多向性思維是機械設(shè)計中十分重要的一點。
2.2.3獨創(chuàng)性
獨創(chuàng)性即設(shè)計出跟別人不一樣的產(chǎn)品，提出不一樣的理念，突破原有的固定模式，創(chuàng)造出新穎的進步的成果。獨創(chuàng)性是機械創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)，創(chuàng)新的目的在于獨創(chuàng)，擁有別人沒有的想法和成果。因此，在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，要學(xué)會從新的切入點思考問題，掌握不同的設(shè)計方法，敢于向原有的觀點提出新的看法，從而設(shè)計出具有獨創(chuàng)性、新穎的機械產(chǎn)品，更好滿足生活和生產(chǎn)的需求。
綜上所述，在機械創(chuàng)新設(shè)計的路途上還有很長一段路要走，在創(chuàng)新設(shè)計的過程中對于機械創(chuàng)造的創(chuàng)新思維非常重要，在遵行已有的設(shè)計基礎(chǔ)上，需要更長遠更有想象力的思維去推動機械創(chuàng)新設(shè)計的發(fā)展。 [科]
【參考文獻】
[1]王平，劉德仿.機械創(chuàng)新設(shè)計教育的研究與探討[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2007，16：34-35.
[2]游小紅，雷竹峰.機械創(chuàng)新設(shè)計的研究與發(fā)展[J].機械管理開發(fā)，2011，06：58+60.
