輪機工程專業(yè)機械設計課程設計教學探討

，丁天明，王偉軍，龔雅萍，盧金樹，張志斌

(浙江海洋學院 海運學院，浙江 舟山 316000)

機械設計課程設計是工科院校機械類、近機械類以及輪機工程、船電等非機械類專業(yè)的學生在學完機械設計基礎課程后進行的一個重要的實踐環(huán)節(jié)，也是大多數(shù)學生第一次接受較全面的設計能力的訓練。機械設計課程設計能為學生今后的專業(yè)課學習、專業(yè)課程設計、畢業(yè)設計以及畢業(yè)論文等奠定基礎，同時能夠?qū)窈髲氖录夹g工作產(chǎn)生極其重要的意義和深遠的影響。

一、機械設計課程設計教學中存在的問題

1.“機械設計基礎”課程學時分配少

“機械設計基礎”課程一般約為100學時，其主要內(nèi)容是介紹一般機械中常用機構和通用零部件的結構、運動特性、工作原理及有關的設計計算，并概述機械動力學的一些基本知識。隨著教學結構的調(diào)整，教學內(nèi)容有增無減，學時卻逐漸減少。浙江海洋學院的“機械設計基礎”課程現(xiàn)已調(diào)整為52+4學時(理論52學時，實驗4學時)，教學時間短，難以保證課程設計的質(zhì)量。

2.課程設計時間安排不合理

按照教學計劃，課程設計安排在第四學期的期末考試和短學期階段。完成課程設計的時間一般為3周，在這么短的時間內(nèi)，學生要完成20～30頁的設計計算說明書2份(紙質(zhì)稿、電子稿各一份)、減速器裝配圖1張、零件工作圖2張，同時還需要學習AutoCAD完成繪圖，難度可想而知。在期末考試階段學生還要應付很多課程考試，在短學期又安排了輪機工程專業(yè)的兩精通(精通艇筏與精通急救)、高級消防的理論學習與實操訓練，多方面原因造成課程設計沒有起到真正的理論聯(lián)系實際的實踐環(huán)節(jié)的作用，同時也會造成期末考試成績、兩精通和高級消防成績不理想。

3.課程設計選題面過窄

課程設計選題一般為帶式運輸機傳動裝置設計，用于帶式運輸機的減速器有直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪以及蝸桿蝸輪減速器。在給定運輸帶工作拉力(/N)、運輸帶工作速度(m/s)、卷筒直徑(/mm)一組數(shù)據(jù)以及工作條件、使用壽命、生產(chǎn)批量、動力來源、允許運輸帶速度誤差范圍等的情況下，每個學生獨立完成設計。由于是3個班級共100多人同時進行課程設計，這樣有可能出現(xiàn)一些學生的題目相同或非常相近，這也是客觀上造成抄襲現(xiàn)象嚴重的原因之一。

4.綜合運用知識能力不強

在機械設計課程設計的過程中，需要綜合運用到前面學到的機械制圖、輪機工程材料、工程力學、公差等先修課程以及剛學到的機械設計基礎課程。在設計計算說明書撰寫過程中，需要用到輪機工程材料里的材料選型、熱處理等內(nèi)容以及工程力學的彎矩、扭矩的計算及繪圖等知識，在減速器裝配圖、零件工作圖中需要運用機械制圖的三視圖、剖視圖、尺寸標注、技術要求等。從課程設計完成效果來看，學生對于這些先修課程的掌握程度不是很好，結果造成課程設計質(zhì)量不高。

5.“甩圖板”工程在課程設計中存在不足

傳統(tǒng)的課程設計采用丁字尺、圖板、三角板等工具，而現(xiàn)在絕大多數(shù)都是采用二維或三維CAD軟件進行課程設計。“甩圖板”工程的出現(xiàn)也是為了適應現(xiàn)代社會的新知識、新技術、新工藝以及現(xiàn)代市場經(jīng)濟的需要。在設計過程中，二維或三維CAD軟件具有無紙化、高效、快捷、經(jīng)濟、易保存等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)手工設計修改難、修改費時、修改次數(shù)多圖紙不清晰等缺點。但是二維或三維CAD中易保存、易拷貝的特點客觀上也是造成一些學生的課程設計質(zhì)量不高的原因之一。

6.課程設計內(nèi)容陳舊

一直以來，大部分工科院校機械類、近機械類等專業(yè)課程設計都是帶式運輸機的傳動裝置設計，且題目多年不變。不同專業(yè)的定位與培養(yǎng)目標各不相同，如果都是進行減速器裝置設計，就不能很好地反映專業(yè)特點。如輪機工程專業(yè)的畢業(yè)生一般從事現(xiàn)代船機修造、監(jiān)造、檢驗、修造經(jīng)營及機務管理等工作，而帶式運輸機的傳動裝置的設計不能很好地反映輪機工程的專業(yè)特點。

二、機械設計課程設計教學改革的建議

1.設計模式：“先分散后集中”

在課時較少的情況下，為了達到較高的課程設計質(zhì)量，需采用“先分散后集中”的模式。即先把設計計算說明書的撰寫分散安排到機械設計基礎課程教學中，然后再把裝配圖及零件工作圖的繪制集中安排在短學期中的3～4周集中完成。

2.時間安排：第四、第五或第六學期的短學期

如進行帶式運輸機傳動裝置的課程設計，則可以安排在第四學期的短學期；如進行專業(yè)方面的課程設計，則需要安排在第五或第六學期的短學期，因為專業(yè)知識的學習是在第五學期才開始。課程設計是一項重要的理論聯(lián)系實踐的教學環(huán)節(jié)，時間安排應該固定成為一種制度，尤其不能與其他重要課程的學習相沖突。具體時間分配為：二維或三維CAD軟件學習2周，裝配圖、零件工作圖2周。

3.選題：密切聯(lián)系輪機工程專業(yè)

課程設計的題目應多樣化并密切聯(lián)系輪機工程實踐?？梢杂衫蠋煷_定，也可以由學生按照自己的學習興趣來確定，以下幾種題目可以作為參考。

(1)變“帶式輸送機的傳動裝置設計”為“零部件或系統(tǒng)測繪與分析”。這類題目主要是針對成績或基礎較差的學生而設定的，研究對象為船舶柴油機的活塞、氣缸、曲軸等重要零部件以及淡水、海水、燃油、滑油等管路系統(tǒng)圖的測繪與分析，主要從運動、結構強度、工作能力、精度、材料、工藝等方面進行綜合分析[1]，既達到了課程設計的目的，也增加了對專業(yè)的了解與認識。

(2)零部件的三維虛擬設計。運用三維CAD軟件進行減速器箱體以及活塞、連桿、曲軸等船舶柴油機重要零部件的虛擬設計。現(xiàn)階段應用較多的三維CAD軟件有國產(chǎn)的CAXA，國外的Pro-E、UG、Solidworks等。采用這些軟件進行課程設計有很多優(yōu)點，如通過直觀的三維模型，增強學生的感性認識；通過干涉檢查，驗證學生的設計計算說明書是否正確；通過三維虛擬模型輸出二維投影圖，符合思維習慣,有利于建立創(chuàng)新形象思維。[2]

(3)采用三維CAD進行運動學、動力學及振動分析?；钊?、連桿、曲軸等零部件的三維虛擬模型建立后，可以繼續(xù)對這些零部件進行后續(xù)分析，如采用機械系統(tǒng)動力學分析軟件ADAMS進行運動學和動力學分析，具體步驟為：幾何建?！⒓s束—設置初始狀態(tài)—進行仿真—測量仿真結果。

(4)應用有限元進行強度分析。有限元分析已經(jīng)成為解決復雜的工程分析計算問題的有效途徑。有限元分析也可以作為三維虛擬設計的后續(xù)研究內(nèi)容，常用的軟件有ANSYS、SolidWorks、Unigraphics NX及Pro-E等，如利用ANSYS進行船舶柴油機曲軸的有限元分析，為曲軸設計和工作可靠性分析提供重要的理論與數(shù)據(jù)支持。

(5)液壓元件、系統(tǒng)的動態(tài)性能仿真。如采用EASY5、matlab/simulink等軟件進行液壓泵、液壓馬達等其他液壓元件或液壓系統(tǒng)動態(tài)性能仿真分析，不但鞏固了液壓知識，而且加強了液壓工程實踐的認識。

4.先修課程內(nèi)容穿插到機械設計基礎教學中

課程設計需要運用到機械制圖、輪機工程材料、工程力學、公差等先修課程的相關內(nèi)容。指導老師把相關先修課程的內(nèi)容有機穿插到機械設計基礎課程的相關部分講解，使學生在學習新知識的同時復習、鞏固、運用已有知識。例如,在講授齒輪傳動的承載能力時,要緊緊抓住先修課程(理論力學和材料力學) 中有關力的三要素、力的合成與分解及強度理論等內(nèi)容,結合具體零件進行分析和比較,使學生能很快地掌握這部分內(nèi)容。[3]

三、結 語

在機械設計課程設計的教學過程中，經(jīng)過課題組成員的不斷摸索和實踐，總結出加強課程設計與輪機工程專業(yè)的密切聯(lián)系、提高機械設計課程設計質(zhì)量的一些措施與方法。實踐證明，能夠較好地提高課程設計的質(zhì)量。

[1]曹 燕，曹秀洪.淺析高職《機械設計基礎》課程設計改革[J].泰州職業(yè)技術學院學報，2008(2)：62-63，76.

[2]胡昌軍.《機械設計基礎》課程教學改革的探索[J].池州學院學報，2007(5)：129-132.

[3]鄭阿路.提高機械設計基礎課程教學質(zhì)量的探討[J].集美航海學院學報，1997(1)：71-75.