时间：2023-05-30 10:35:16
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械创新设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
一、机械产品创新设计的原则
(一)经济效益最好原则
设计的机械零件既要功能满足客户要求,又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。设计上保证合理的原理方案,选用正确的材料;制造上考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。
(二)生态效益最好原则
不论是在产品制造过程中,还是在产品使用过程中,都要求产品对周围环境“零污染”。这就要求在设计过程中尽量选择低污染的材料及零部件,避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。
(三)安全可靠原则
安全可靠是机械产品品质的保证,必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。对于重型机械,一般要求有自锁装置和保险装置,以确保操作员人身安全。
二、机械产品创新设计方法研究
(一)创新技术主题的确定与分类
搜集的专利可以分为发明专利、实用新型专利和外观设计专利。发明和实用新型专利的说明书提供了发明或实用新型的技术特征,清楚、简要地表述请求专利保护的范围。外观设计专利提供了该外观设计的图片或照片,必要时会作一定的简要说明。在专利局专利分类方法的基础上,结合一般产品的特点,提出了一般产品创新技术主题的确定与分类方法。创新技术主题的确定应当以权利要求书为主,并适当结合说明书(包括说明书附图)。以权利要求书为主确定技术主题,应当完整地掌握权利要求中所记载的技术内容,如以独立权利要求来确定技术主题时,则应当将其前序部分记载的技术特征和特征部分记载的技术特征结合起来确定。下面以钻夹头为例,确定创新技术主题的方法有:
(1)对于发明专利和实用新型专利,一般情况下以独立权利要求中的前序部分记载的技术特征为主,将特征部分记载的技术特征看作是对前序部分的限定。例:一种新型锁紧式钻夹头,其特征在于:空心钻体的前端开有一截面为三角形的环形沟槽,所述前套的前端与该沟槽卡接。创新技术主题:以前套与丝母套之间的沟槽卡接为特征的锁紧式钻夹头。
(2)对于发明专利和实用新型专利的特殊情况,即独立权利要求中前序部分所描述的对象在分类表中没有确切位置的,以特征部分记载的技术特征为主,将前序部分记载的技术特征看作是对特征部分的限定。例:一种钻夹头,包括有一前套、一后套、一空心钻体和一丝母,在所述空心钻体中部台阶面与所述丝母后端面之间安装有一组滚珠,其特征在于:所述丝母为一整体结构件。创新技术主题:钻夹头的丝母为一整体结构件。
(二)基于专利的产品创新设计过程
创新的途径很多但它们都需要大量的已有知识和经验的支持。实践证明,除了基本的科学技术知识外,专利信息已经成为实现创新的最有效的知识来源之一。作为前人创新成果的结晶,相对其他知识,专利更富有创新性,技术含量高,可用性强因此,基于专利实现创新,就像站在前人的肩膀上实现创新,使创新开始就处于一个较高的基础上,大大提高创新效率和创新质量。通过将创新设计系统与制造行业PDM的集成,提出了基于专利和PDM的创新设计方法,其创新设计过程(如图1所示)。
产品配置是产品创新设计中的一项重点工作,根据制造企业的实际需求,采用三个层次的机械产品配置设计方法,分别是:基于零部件数据库的交互设计、基于历史的产品嫁接设计、基于规则的产品配置设计。
经过对相关制造企业的深入调查和分析,提出了基于专利技术和PDM的产品创新设计方法。该方法支持一般产品的开发创新和快速变型设计,提高零部件和生产过程标准化。通过将基于专利的产品创新设计方法和生产管理技术引入企业,必将增强企业的产品创新能力、有助于企业快速响应客户需求、提升管理水平,提高企业在市场中的综合竞争能力。
参考文献
关键词：机械机械构型创新设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
1 机械机构创新原理的功用
机构构型创新原理如为广大机械设计人员掌握和推广使用，将获得显著的社会效益和经济效益。
1.1 启迪新机构的创造与发明
机构创新原理以典型机构为原始机构，通过对机构运动学因素的变换开发新机构的创意，这是机构创新的核心。掌握和推广机构创新原理可以培养机械设计人员的创造性思维，推动技术革新创造发明的深入发展。
1.2 改善机构结构设计
应用机构同性异形变换，可获得一组具有相同运动性能的机构，供机械设计人员按机器工作性能要求选择，为改善机构结构设计创造了条件。
1.3 提高机构的传动性能
通过变换机构运动简图中运动学因素来改变机构的运动学性能；通过改变运动副受力状态来改变机构的力学性能，是开辟提高机构传动性能的有效途径。
1.4 统一机构分析与综合方法
机构创新原理揭示了各基本机构之间的联系，应用机构逆变换找到同性异形机构的原始机构后，可以直接应用现成的计算公式和有关手册，对各种异形同性机构进行分析与综合，既减轻了机构分析与综合中遇到的困难，又节省时间、不易出错，为统一机构分析与综合方法创造了条件。
2 机构选型的基本原则
在进行机构选型和组合时，设计者必须熟悉各种基本机构和常用机构的功能、结构和特点，并且还应该遵循下列的基本原则：
2.1 满足工艺动作和运动要求
选择机构首先应满足执行构件的工艺动作和运动要求。通常高副机构比较容易实现所要求的运动规律和轨迹，但是高副的曲面加工制造比较麻烦，而且高副元素容易因磨损而造成运动失真。低副机构虽然往往只能近似实现所要求的运动规律或轨迹，尤其当构件数目较多时，累计误差较大，设计也比较困难，但低副元素（圆柱面或平面）易于加工且容易达到加工精度要求。因此从全面考虑，优先采用低副机构。
2.2 结构最简单，传动链最短
在满足使用要求的前提下，机构的结构应尽可能简单，构件的数目要少，运动副数目也要少。这样不仅可以减少制造和装配的困难，减轻重量，降低成本，而且还可以减少机构的累计运动误差，提高机器的效率和工作可靠性。
2.3 原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量
目前机器的原动机多采用电动机，也有采用液压缸或气缸。在有液、气压动力源时尽量采用液压缸或气缸，这样有利于简化传动链和改善运动质量，而且具有减振、易于减速、操作方便等优点，特别对于具有多执行构件的工程机械、自动机，其优越性就更突出。
2.4 机构有尽可能好的动力性能
这一原则对于调整机械或者栽荷变化很大的机构尤应注意。对于调整机械，机构选型要尽量考虑其对称性，对机构或回转构件进行平衡使其质量合理分布，以求惯性力的平衡和减小动载荷。对于传力大的机构要尽量增大机构的传动角或减小压力角，以防止机构自锁，增大机器的传力效益，减小原动机的功率及其损耗。
2.5 加工制造方便，经济成本低
降低生产成本，提高经济效益是使产品有足够的市场竞争力的有力保证。在具体实施时，应尽可能选用低副机构，并且最好选用以转动副为主构成的低副机构，因为转动副元素比移动副元素更容易加工，也更容易达到精度要求。此外，在保证使用条件的前提下，尽可能选用结构简单的机构；尽可能选用标准化、系列化、通用化的元器件，以达到最大限度降低生产成本，提高经济效益的目的。
3 机构构型的创新设计
3.1 结构元素的变异与演化
结构元素主要是指结构的形状、数量、位置、联接等要素。经过变异的结构元素可适应不同的工作要求，或比原有结构具有更良好而完善的功能。
3.1.1 轴毂联接的结构元素变异与演化
轴毂联接的主要结构形式是键联接。单键的结构形状有方形、半圆形，主要靠键的侧面工作。当传递的转矩不能满足载荷要求时需要增加键的数量，就变为双键联接。若进一步增加其工作能力就出现了花键。花键的形状又有矩形、梯形、三角形、渐开线形，以及滚珠花键，将花键的形状继续变换，由明显的凹凸形状变换为不明显的，则就产生了无键联接，即成形轴联接。
3.1.2 棘轮传动的结构元素变异
棘爪头部的开关要适应于棘齿的结构形状，则分别有尖底、平底、滚子、叉形等结构；刺爪与棘齿的数量，位置应满足工作要求，有双棘爪、单棘爪；棘齿的位置应满足工作要求，则出现有棘齿布置在刺轮圆周上的，也有布置在棘轮端面上的。
3.1.3 各种槽销结构元素的变异
在机械中，销除了用于联接，还可用于定位、防松，以及作为安全装置中的过载剪断元件。销的结构形状多种多样，在结构形状变异与创新过程中，主要着眼于联接、定位可靠、装拆方便、快捷、成本低。开槽是为了防松，减少冲击和振动，也方便拆卸，槽的位置也因使用要求不同而各异，有的贯穿始终，有的设在中间，有的则开在端部。
3.1.4 改善工作性能的结构变异
在结构开关设计时，还要考虑到工作条件与外界因素对零件功能效果的影响。例如，对于调整带传动，为增加带的挠曲性，在带的非工作面上一般均开有横向沟槽；带轮一般制成鼓形，运转时保持带位于带轮的中部，以防止脱落；为避免带与带轮之间生成气势，影响传力的可靠性，在小带轮的轮缘上开有环形槽。
3.2 方便制造与操作的结构设计与创新
在满足使用功能的前提下，设计者应力求使所设计产品的结构工艺简单、消耗少、成本低、使用方便、操作容易、寿命长。
3.2.1 加工工艺的结构构型
对于机械加工零件，在构型上要考虑到使装卡、加工与测量时间比较短，设备费用低等因素。主要体现在加工面的形状力求简单，尺寸力求小，位置应方便装卡与刀具的退出，避免在斜面上钻孔，避免在内表面上进行复杂的加工等。
3.2.2 装配输送的结构构型
人工装配时，希望装配可靠、方便、省力。同时随着装配自动化程度的提高，装配自动生产线和装配机器人对结构形状的识别也提出了构型的要求。例如一种易装拆的V带轮，带轮由带锥孔的办毂和带外锥的轴套组成。这种带轮对轴的加工要求较低，联接可靠，装拆方便，不需要笨重的拆卸工具，不同的轴径只需要更换不同的轴套，因而也扩大了带轮的通用性。
3.2.3 简单结构
只有精炼的，简单的才是设计的进步，也是设计者的愿望。
（1）联接结构的简化。例如塑料结构的强度较差，用螺纹联接塑料零件很容易损坏，并且加工制造、安装装配都比较麻烦。若充分利用塑料零件弹性变形量大的特点，使搭钩与凹槽实现联接，装配过程简单、准确、操作方便。
（2）铰链结构的简化。由金属制成的铰链结构比较复杂，对于常用的载荷很小的铰链结构如果用塑料制作就可以将结构大大简化。
3.2.4 宜人结构
宜人结构是指机构设备的结构形状应适合人的生理和心理要求，使得操作安全、准确、省力、简便、减轻操作的疲劳，提高工作效率。
（1）提高操作能力的结构。操作者在操作机构设备和装置时需要用力，人处于不同姿势、不同方向、不同手段用力时发力能力差别很大。一般人的右手握力大于左手。脚力的大小也与姿势有关，一般坐姿时脚的推力大，当操作力超过50―150N时宜选脚力控制。用手操作的手轮、手柄或杠杆外形应设计得使手握舒服，不滑动，用脚操作最好采用坐姿，座椅要有靠背，脚踏板应设在座椅前正中位置。
（2）减少操作错误的结构。为减少操作错误，操作零件的外形要简单，容易辨认。操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者的手或脚能够得着的位置。应给操作者提供一个可减轻疲劳的座位，指示仪表在操作者视野范围之内。
结束语：综上所述，机构构型的创新设计并不是漫无目的的空想，而是基于现有的技术的改进或者创新以满足生产生活中的新要求。在具有一定的专业水平之后，如何激活创新意识和掌握创新方法才是解决问题的根本。
参考文献：
随着教育改革和素质教育的发展，创新教育已成为现阶段工程教育的核心内容，要求各大院校培养出具有创新意识、创新能力以及创新精神的高素质人才。开展机械创新设计教学是工科院校进行素质教育实践的基本要求，同时也是加强学生创新设计能力培养的根本途径。学校作为人才培养的重要场所，如何接近同企业之间的距离，提高学生的就业率，加强创新人才的培养尤为重要。这些都需要学校对现有的机械创新实验模式进行改革，将学校的实验教学课程同工厂的实际操作相联系，加强学生创新意识的培养，这对现代教学改革具有非常重要的意义。
二、机械创新设计教学开展的策略
1.更新传统教学观念
随着高新技术的发展，机械工程以及机械制造等行业也发生了较大变化，以计算机为代表的高新技术向机械行业渗透，现代的机电产品向着机电一体化的方向发展，这就需要对传统的机械课程进行调整。所以，课程设置方面需要建立以科学技术应用为辅助的科学体系，加强机械类专业教学的系统规划。在机械创新设计教学中，不同学校在系统教材的编写方面都做了大量的工作。从理论教学到实践教学，从课内教学到课外教学，都需要编写相应的教学大纲。在课程内容、课程设计、课程实验等方面创新内容，改变传统的教学思想和教学方法，将传统教学中以理论知识的传授为主的教学方式改变为以创新能力培养为主的教学方式。
2.加强学生创新能力的培养
学生创新能力的培养是机械创新设计教学的关键，也是提高教学质量的基本条件。一方面，学校实验室的规划要以机械类应用型人才培养为依据，加强实验设备经费的投入，可以通过为企业服务的方式获得企业的支持，加强资源共享。另一方面，在实验内容的安排和选择方面，改进陈旧的实验内容和实验手段，加强创造性实验和综合性实验。实验教学中发挥学生的主动操作能力，教师对学生的实践操作进行指导。同时，废除由教学人员包办，学生观察记录式的教学方法，加强现代教学方式的应用。
3.建立创新设计教学实验室
对于学校普遍存在的机械創新设备缺少的现状，应该加强虚拟仪器技术的应用，建立机械创新虚拟实验室。虚拟实验室不仅能够帮助学生消除因实验设备缺乏带来的影响，还能够减少学生因盲目操作对机械设备造成的损害。采用机械仿真运动分析方法能够获取重要的实验信息。
4.加强机械设计教学成果的创新
在机械创新设计教学中，创新理念、创新思维以及创新设计方法都是教学的重要环节，学生只有参与创新设计实践，才能够加强基础理论知识的应用，以此解决实际生活中的问题，培养学生的创造能力。因此，机械创新设计实验教学对学生理解课程教学内容，学习教学知识有重要作用。学生只有自己动手进行机械拆装和创造设计，才能够根据自己的思维方式和设计理念设计出不同结构形式的作品，使同一类型的作品拥有不同的运动功能和运动性能。由于学生之间的个体差异性，每个人的设计作品都具有独创性，其设计作品也有多种形式。教师在完成课程教学任务的同时也必须完成设计创作工作任务，需要对学生的作品给出相应的考核成绩。
加强机械创新设计教学改革对创新型人才的培养有很大帮助，能够巩固学生的专业知识，增强学生的学习兴趣，有利于挖掘学生的创新设计潜能，最终培养学生分析问题和解决问题的能力。为此，教师应该更新传统的教学观念，加强现代科学技术在教学中的应用，通过多样化的教学方式提高学生的实践能力和工程意识，使机械实验教学取得良好的教学效果，使学校工科教学上升到一个新的台阶。
参考文献：
[1]金 鑫，李倩文，杜新武，等.《机械创新设计》教学改革与实践[J].农业工程，2015，5（5）：105-107.
结构设计作为机械设计过程中至关重要的组成部分，所完成的工作是按照的机械原理进行机械图纸的设计。变元法是由德国科学家发明的方法，主要应用于机械相关设备的结构图纸的设计，其特点是具有创新性。本文针对变元法作出了一定的修改和完善，目的是让这种方法更容易被应用和理解。变元法在机械行业及相关领域有较为广泛的应用。我们在使用变元法的完成结构设计的过程中，是以完成这种产品的基本结构为前提，再进行其他新型设计思路的研发。变元法的含义主要包含两个方面：一方面，机械结构方面，这方面的变元法主要包括七个种类；另一方面，针对这部分的变元进行改变，创新性的实现不同种类的结构设计。以下是对7个变元的阐述：
1.1数量变元
数量变元指的是研究机械设备的所有的零部件或构件的全部的外形、工作面以及生产的点、线、面等都看做是构成零部件的基本元素，对这些基本元素的数据进行修改，完成针对机械设备构件的优化的目标。例如：为了实现简化的目的，在设计铸件零件的外形时，多使用直线设计的外形轮廓。
1.2形状变元
形状变元指的是从机械的形状方面对机械结构的外形和重要轮廓、加工表面以及所使用零部件的种类和尺寸进行优化调整，进而得出多种结构的创新设计，从而对整个机械进行优化调整。机械设计过程中这类因素的创新是把机械设备的运行原理转化为设计图纸的过程。例如，火力发电厂的冷渣机，为了能够把高温炉渣以最快的速度降低温度，技术人员采用了形状变元的方法对冷渣机进行优化设计，改变原有的单腔体为多腔体，提高了降低温度速率这一难题。
1.3材料变元
零部件选取多种类型的材料一般会改变这种零件的尺寸，进而生产工艺也会相应的变化，以至于改变了整体机械的外形和构造。我们可以针对材料的改变而设计出多种类型的构造方案。
1.4位置变元
位置变元指的是按照机械设备的构造位置的改变，实现多种类型设计方案的形成。例如，在针对焊缝零部件的焊接方法时，选择焊缝的位置非常重要，当我们选择在中心轴附近时，避免了零件由于收缩造成的弯曲变形。
1.5联接变元
联接变元指的是在设计过程中应该注意元素的两个方面：一方面，我们需要确定元素联接方法的改变。例如，工作中常见的焊接、热熔连接等；另一方面，我们需要研究针对任意一种联接方式的不同类型的联接结构的创新，进而得到不同类型的方案。例如，儿童玩具在设计过程中要尽量做到安全联接，我们可以设计成卡扣联接方式，这样不容易出现小孩误食螺丝的现象。
1.6尺寸变元
尺寸变元指的是高度、宽度、直线度、弯曲度等方面的内容。技术人员在针对这些元素进行创新设计时，一般侧重于改变零件的尺寸。完成对机械系统构件完善的目的。例如，技术人员想提升粉碎机的物料目数，针对动力副在整体机构上的相对位置做出了改变，进而完成了粉碎目数的提升，效果是原来的2倍。
1.7工艺变元
设计和工艺的关系是相互衔接和相辅相成的。每种零部件的加工方法和制造工艺各不相同，各类零部件与设备的加工和制造质量、生产周期、成本和使用年限也千差万别，进而制约着设备产品的构造。按照相应产品的工艺特性，结合使用以上7类变元，按照进行根据所设计机械产品的特点,灵活地运用上述7个变元,同时设计者依据所具备的知识、经验,运用创造性思维方法,如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感等,可构思出很多种结构方案。
2精密仪器与精密机械结构创新的必要性
当今社会是科技高速发展的时代，测量设备和机械构造的设计理念和方式都进行着完善和提升。如何让青年人可以快速的适应企业对适应性和才能的要求，成为我们大家亟待思考的问题。因此，在进行实习设计的课程教学过程中，引入前沿的、适应企业需求的人才培养方法和相应的实习方式和装备变成了必须考虑的问题。所有的测量设备或控制装置都具有相应的适应所在系统需求的系统或构造，那么在测量设备、控制装置确定的机械结构设计需求的基础上，如何使用先进的设计思路和多种类型的机械构造构件进行优化整合，建造适应系统需求的高端机械构件，是我们当前工程设计的重要方法。根据企业对人员的需求，按照建造机械系统和构造的整个阶段，依据以往的经验，侧重对机械设计的基础内容、方式、理念的研究；注重对系统构造的探索；注重研究、分析问题的方式方法和创新水平的提升。建立一整套面向企业所需求的能够操作精密设备和高科技仪器人才的培养方式非常重要。
3结构方案的评价与优化
【中图分类号】TD404【文献标识码】A【文章编号】1004-1079（2008）10-0207-01
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
一、把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。
二、严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
三、正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。
（广西科技大学 机械工程学院，广西 柳州 545006）
摘 要：通过一例大学生机械创新设计活动案例和指导教学方案，分析了机械创新设计活动中存在的问题，提出了相应的指导策略；指出指导教师应围绕能力培养这个根本目标，按照教学规范来实施学生的机械创新设计指导工作。
关键词 ：机械创新设计；存在问题；能力培养；指导方案
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）03-0233-03
基金项目：新世纪广西高等教育教学改革工程立项项目——机械类专业应用型本科机械设计系列课程的教学改革与实践（2012JGB181）
1 引言
机械创新设计能力是机械类专业学生专业综合素质的体现，是高等工程技术人才培养的目标之一。随着对创新能力重视程度的提高和各类学科竞赛的蓬勃开展，越来越多的大学生参与到机械创新设计活动之中。然而，以学科竞赛为导向的机械创新设计，使学生的目标过份倾向于作品成果本身，而没有从中有意识地学习到创新的思维和系统的工作方法。如何培养学生创新能力是我国当今高等教育研究的重要课题[1，2]，专门针对大学生学科竞赛指导的研究也是一个重要内容[3]。虽然机械类专业系列课程都强调机械创新能力的培养，但多数学生实际上是从参加学科竞赛开始接触机械创新设计的。尽管许多学生在各类学科竞赛中获奖，但是最后却依然没有养成系统的工程素质，更不用说较强的创新能力。本文总结了在指导大学生机械创新设计活动中获得的经验教训，对大学生机械创新设计的行为特点进行了分析和归纳，提出相应的指导策略，目的是让机械创新设计活动能够充分发挥其培养创新能力的作用。
2 大学生机械创新设计活动存在的问题
目前我国绝大多数高校并没有开设专门的机械创新设计的教学环节，学生的机械创新设计活动相当于课外科技兴趣小组行为，通常是围绕竞赛主题进行某一机械作品的设计制作，以参赛获奖为目标所进行的一种暂时性的活动。在这样的背景之下，很多学生的创新项目具有自发性特征，缺乏科学严密性和规范性。在指导大学生机械创新设计过程中，发现存在下述比较突出的问题：
2.1 选题的科学性不强
学生自己拟定机械创新课题时通常只注意作品的功能性，容易出现两个极端：一是基于朴素的常识而缺乏学术内涵，如很多学生把着眼点放在自行车、健身器材等司空见惯的产品上——第五届全国大学生机械创新设计大赛期间，在校内评选准备参赛的作品时发现，24件参选作品中涉及自行车的有8件，其中6件以折叠功能为创新点；涉及健身器材的4件，均以多功能为创新点，实质上只是把现有的健身器材简单的组合在一起；这些作品由于不能在产品的工作原理和主要功能方面做出明显的改进，因此不能算是一个合适的创新课题，大多数在评审中被淘汰了。二是仅凭在传媒中扑捉到的某些科技信息，动辄纳米航天，超越自己的能力甚至目前的科技水平，提出一些技术上难以实现的构思，最后也只能草草收场。
2.2 开发过程不规范
机械产品的开发过程要经历概念开发和产品规划、详细设计、样机制作、批量生产等阶段，设计阶段还包括方案设计和技术设计。由于没有经过系统的产品开发训练，学生在设计自己的机械创新作品时，很难严格遵循上述规范，缺少产品的规划和定位，开发过程中走一步看一步，不能区分方案设计和技术设计的作用，更不能按照阶段任务去执行；没有阶段性目标和完整的技术文件；容易把目光聚集在某些主要功能上，把这些功能的实现过程当成整个产品的开发过程，忽略整机功能和系统的协调。
2.3 计算分析能力不强
据调查，专业知识欠缺是学生完成机械创新的最大障碍[4]。由于专业知识不足导致不知道如何开始设计，或是了解设计步骤但不会运用设计理论来解决设计中遇到的问题，是学生在创新设计过程中遇到的最大技术难题。在上述评选作品中，几乎没有看到一份完整的设计计算说明书，很多设计甚至没有机构运动简图；尺度综合、运动学和动力学分析均存在错误，有的作品没有考虑连杆机构运动循环中的死点，有的甚至不能在静止状态下保持平衡。相对而言，学生针对齿轮、轴、轴承等通用机构和零件所进行的设计计算完成得较好，而对于那些超越课堂学习范围的专业机械以及动力学问题的分析计算则力不从心。
3 大学生机械创新设计活动的指导策略
顾名思义，在大学生机械创新设计活动中，指导教师的作用是“导”和“教”——“导”意味着教师不应参与具体的技术工作，而是恰当的引导学生自己完成创新设计；“教”即把创新设计当作一个教学过程，为人才培养目标服务。有的国内专家建议安排一定的创新设计课程学时，分配到《机械原理》和《机械设计》等相关课程当中[5]。因此，无论是从传授理论知识还是培养专业技能的角度，都应当把指导大学生机械创新设计当作一次教学活动，按照教学规范来实施。
3.1 做好教学规划
指导教师应根据创新设计的主题，制定相应的教学目的、教学内容、教学方法，引导学生自主学习相关的专业知识，学习必要的分析计算技能，完成一定的工程训练，让学生的工程素质得到全面提升。
3.2 引导学生正确选题
引导学生围绕创新设计主题开展调研，帮助学生发现和提出科学问题，结合学生自身的兴趣和知识水平拟定合适的创新设计题目。
3.3 规范学生设计过程
以项目的形式要求学生按照技术规范做好创新设计规划，提出项目实施的技术路线，合理安排项目进度。指导教师做好技术审查、进度监督工作。
3.4 指导学生分析计算
分析计算能力是专业知识的核心内容。对于刚刚进入专业理论学习阶段的大学生来说，要求他们具备很强的分析计算能力是不切实际的。因此指导教师要根据设计内容，明确提出关键零部件的设计计算和校核计算项目，指导学生学习相应的计算理论和方法步骤，完成项目设计中的分析计算工作。
需要指出的是：学生容易把作品的完成当作创新活动的终点，这不利于充分发挥创新设计活动在人才培养方面的作用。因此指导教师应与学生一起做好项目的总结归纳工作。一方面，归纳项目创新点和价值，形成技术成果，让学生在创新设计活动获得实际利益；另一方面，总结工作有助于帮助学生学习体会工作方法，形成工程能力。
4 机械创新设计活动指导案例与分析
第五届全国大学生机械创新设计大赛内容为“休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作”。自行车作为最常见的机械产品，以其为基础的改造设计自然成为了很多准备参赛学生的首选题目。在这些学生自发拟定的题目中，以折叠和变形为创新点的占绝大多数，与市场上已经存在的产品功能重叠，实现方案基本雷同，因此都不适合作为创新设计题目。针对这个现象，指导老师与学生一起分析了自行车的功能与大赛的主题，以及可能的创新思路。有一组学生依据“仿生法”[6]提出了一种“模拟骑马运动的娱乐型自行车”的作品构思，获得了指导教师的肯定。
评选出学生创新设计题目之后，指导教师根据创新设计内容拟定了相应的指导教学方案（表1）。
该方案中，指导教师帮助学生按照工程项目的形式制定了设计任务书，包括明确设计目标、技术参数、设计内容、技术路线、关键问题、进度安排等内容的修订，让学生学会了如何开始和规划一个研究课题。
在设计阶段，要求学生按照方案设计——技术设计的循序，设计组成员合理分工协作，分阶段完成相应的任务，按照预定的时间节点定时汇总更新设计成果，明确下一阶段目标。
在创新设计期间，指导教师不直接参与具体的技术工作，只是起到了引导思考和质量把关两个方面的作用，让学生通过查阅资料和分析评价，自己完成项目的设计和计算工作。学生面对“模拟骑马运动的自行车”这个课题，一开始并不知道从哪里开始入手。指导老师把设计内容分解为一个个具体的问题，首先让学生观察和分析骑马时人体的动作要点——身体的起伏、腿和手臂的屈伸、动作的协调关系等；然后考虑这些动作应该如何分解？采用哪种机构实现这些分解动作？以及机构的时序和协调，人机工程学等方面的问题。学生通过解决这些问题，提出和多个解决方案。指导教师再利用对各方案的技术经济评价，让学生自己选出了方案设计的最终结果。
“模拟骑马运动的娱乐型自行车”参加了第五届全国大学生机械创新设计大赛并在赛区获奖，还获得国家专利局授予的实用新型专利。参加本项目的学生后来继续开展科学研究，获得了学校大学生科技项目和广西大学生创新创业计划项目的资助。
5 结语
由于大学生参加机械创新设计活动多是被各种科技竞赛活动所吸引，因此在指导大学生机械创新设计活动时，在指导思想上除了看到这些竞赛活动对机械创新教育的积极促进作用的同时，也要清楚地意识到学生参加机械创新设计活动的功利性。功利性目标使得一些学生甚至指导教师只看重结果不重过程，从而大大削弱创新设计的人才培养作用。这对这种现象，本文分析了大学生机械创新设计活动中容易出现的失误和不足，从人才培养的角度提出了相应的指导策略，希望能为提高机械专业大学生的工程能力有所帮助。
参考文献：
（1）黄小龙。大学生机械创新设计能力培养的探索[J]。中国电力教育，2010（6）。
（2）黄。机电类本科生机电液一体化系统创新设计能力培养与实践[J]。教育教学论坛，2013（35）。
（3）任爱华，孙传琼。大学生机械创新设计大赛指导初探[J]。中国电力教育，2011（6）。
（4）王胜曼，张建华，孙晓燕。影响大学生机械创新能力的调查分析[J]。人力资源管理，2010（6）。
关键词： 案例教学 机械 创新设计
1.案例教学的定义和应用
在商业、企业管理中，案例通常被译作为“个案”、“实例”之意[1]，案例教学是一种以案例为基础的启发式教学方法，通常在老师的指导下，通过教师讲授基本知识、提出问题、组织学生讨论得到不同的答案、撰写案例分析报告等过程实现教学目标，改善教学效果，从而提高学生理论知识水平和解决实际问题能力。案例教学法起源于美国的哈佛大学商学院，首先被运用于法律教学中，后来被逐渐运用于医学、管理学、教育学等学科，培养了一大批能够解决实际问题的职业老板。深圳大学钟杏云针对案例教学进行了问卷调查，研究表明，案例教学法与其他传统教学法相比优势明显，最受学生期待和欢迎[2]。
2.案例教学的基本流程及注意事项
很多人认为案例教学就是举例教学，其实不然，案例教学是一种系统的教学活动[3]，通常有四个基本环节[4]，并且每个环节都有需要注意的地方：
（1）课前准备，根据教学目的确定教学重点、难点，并结合学生的知识背景、学习现状和心理特点，选择难易适度、具有挖掘潜力的典型案例[5]。选择案例时注意精选案例并建立自己的案例库，案例要新，主题要紧跟时代和经济生活步伐，保持学生兴趣。
（2）小组讨论，首先是分组，每组成员控制在5～10人之内，讨论的问题数量不宜过多，一般3～4个，讨论时可列出问题讨论提纲，提前发给学生。然后需要意识到案例教学不是万能的，在看到它有明显优点的同时，认识到它在教学实践中存在一些缺陷，如课堂秩序难以维持、讨论占据课堂时间使传授知识效率不高。为此，教学中应注意案例教学与传统讲授教学协调配合使用，使教学内容互相补充，既可维持课堂教学秩序，又可使学生学到的知识点更多。
（3）讨论后的总结，讨论后，教师需要对案例讨论结果进行归纳、总结与点评，这是案例教学的难点，因为案例教学不注重答案，在于过程，教师能否对学生的讨论结果进行高度概括与总结对学生学习兴趣与思维方式的培养起关键作用，为了激发学生的兴趣，点评时应采用激励方式。
（4）撰写书面总结报告，写报告前可通过调查问卷进行教学评价，结合评价结果来写，这样可更有效地把握案例教学效果，并有利于教学反思与提高。
3.在机械创新设计中引入案例教学的必要性
近年来，我国机械制造业高速发展，亟须具有创新能力的机械类应用型人才，我国提出从制造大国向制造强国转变这一目标，迫切要求提高大学生的机械创新设计能力。目前，国内许多高校机械创新设计教学的教材基本就是“创新设计理论、创新设计基础、创新设计实例”三大块内容，其中，理论和基础部分主要讲述创造性思维、创造原理、常用创新技法及相关例子，实例部分重点是对典型案例进行分析，类似于填鸭式教学模式，学生学习兴趣低下，机械创新能力培养与提高受到极大影响。因此，为改善教学效果，必须改革传统教学模式，采用案例驱动方式讲授相关内容、引导学生对这些案例进行讨论的启发式教学，让学生成为课堂的真正主体。机械创新设计是一门基于机械原理、机械设计的工科课程，目前，国内外学者对案例教学的研究很多，并取得比较大的成效，但在机械创新设计方面的研究较少，当前，国内主要通过开展“机械创新设计大赛”培养大学生的机械创新设计能力，但参与人数有限，为更好地培养大学生创新思维，可以将案例教学法应用在机械创新设计课堂教学中，改变传统教学模式。
4.在机械创新设计教学中如何开展案例教学
心理学认为，新鲜的事物对学生的吸引力较大，与生活紧密关联的事物总能引发学生的兴趣。国外有的研究表明，案例一般分成3种，第1种提供答案；第2种不提供答案，通过讨论得到；第3种为理论型的，目的在于提高学生的理论水平。在机械创新设计案例教学过程中，这三种案例可交叉使用，既可让学生增长知识，又不会让学生对过多的讨论产生厌倦情绪。随着计算机发展和多媒体技术的应用推广，案例教学内容和形式变得更加多样和丰富，使文本型案例发展为文本、图片、视频一体化的案例，案例形式的改变给课堂教学注入了新生力量，有利于培养学生的学习兴趣。研究表明，人的知识八层以上来源于视觉，其次听觉，最后是其他事物的影响，故视觉事物对人的学习至关重要[6]。当今互联网发达，资源比较丰富，有效利用网络资源和合理应用多媒体教学是现代教育的重要手段。因此，为激发学生的学习兴趣，在机械创新设计教学中讲述概念时还可以借助机械创新图片案例或视频短片案例，将学生带入某种生活情境中思考问题，并提出相关问题引导学生应用理论知识解决实际问题，网络机械图片、机械视频短片、机械创新设计比赛获奖作品视频等都是很好的案例材料，比较容易收集，教学中完全可以利用起来，当然，这些案例在课堂上需要结合教学目标导入，并由问题引入引导学生思考。
5.机械创新设计案例分析实例
我校被江西省教育厅列为省内十所应用型本科试点高校之一，为加快转型发展步伐，全校不断深化课程改革，倡导案例教学。在机械创新设计课程教学当中，通过问卷调查发现，当今大学生比较喜欢生活中的机械装置，因此收集了大量贴近于生活的机械创新图片案例和视频案例，建立了案例库，并用于教学过程，通过案例讲述相关概念，取得了较好的教学效果。所用案例当中，有直接给出答案的，有不提供答案通过讨论得到的，还有发展理论型的，最终目的是增长学生的机械创新知识，开拓学生的创新思维，下面列举两个机械创新设计教学案例：
案例一：讲授组合创新设计方法时，首先提出问题“下雨的夜晚，在没有路灯的情况下，需要携带什么工具便于出行”，以这类生活问题作为教学切入点，同时引入夜晚下雨的情景图片，将学生带入这一情境之中，这时有学生想到雨伞与手电筒，然后提出疑问“雨伞与手电筒一般需要两只手操作，如果身上还有行李箱，不便于手持手电，如何解决此类问题呢”？经过十分钟的讨论，就有了结果，其中一学生提出“可把手电筒装在伞的手柄上”，话语刚落，马上又有一学生提出“将手电加上某装置固定在头上”，还有一学生说“将雨伞固定在人的肩膀上”，当然还有学生提出其余想法，这里不再一一描述，最后点评“其实解决的方法很多，这些方法都能解决实际问题，但方法1，可以将两种东西变为一种东西，方便实用”，这时学生一片欢呼，课堂气氛活跃，答对的小组都有一种成就感，感觉创新不难。通过这个案例的讲解，既开拓了学生的创新思维，又让学生懂得了机械组合创新的概念，特别是激发了学生的学习兴趣。
案例二：讲授“逆向思维”内容时，先不讲概念，而是在课件上导入动物园的老虎，并有游客观看的图片，让学生想到“一般的动物园老虎是关起来的，人在铁栏外面观看”的生活常识，然后提出问题“老虎会因为被人控制而表现不出其野性，如何让人靠近老虎使人能够接近老虎，又不惊吓到老虎，而且更好地看到老虎的本性”？这个问题激起学生的好奇心，顿时课堂讨论气氛活跃，当然这个问题可能需要点时间思考，为了节约课堂时间并启发学生思考，通过多媒体展示动物世界里老虎的相关视频，引导学生站在拍摄者的角度思考问题，很快有学生提出“可用电视剧组用的摄像装置近距离拍摄”，又有学生提出“用直升机观看”，还有同学提出“拆除限制老虎活动范围的铁栏，让人进入铁笼车中，让车开进动物园，让老虎来看人，人在铁笼车上看老虎”，最后点评“这些方法都是可行的，但是方法1和2成本较高，方法3比较可行，人可看老虎，同样又可反过来老虎看人”。通过这个问题的思考与讨论，学生懂得了逆向思维这个概念，学会了如何通过逆向思维解决实际问题，从而为讲授“创新思维”其余内容提供理论基础。为了加深学生对这部分知识的理解，并将其应用在生活中，再次提出问题“以前检修车辆一般都是人趴在车底下，那现在用什么方式？以前抢修线路人爬电线杆，现在用什么”？经过一番思考与讨论，这时有的学生根据自己的生活经验告诉大家“检修车辆时，小车一般会被架起来，修大车时人一般会在修车坑里操作”，“抢修电线现在都用升降装置将工人升到相应高度”，最后点评“从大家的答案可知，大家的生活经验不错，可以想到这些问题的答案，在这门课中，这些都是创新方法知识的应用实例”。课堂教学在这样一个案例讨论过程中进行，学生学习兴趣浓厚，都能积极思考与讨论。
通过案例教学在机械创新设计课程中的实施，可将机械创新理论知识与生活、生产实际相结合，激发学生的学习兴趣，改变枯燥的教学氛围，激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性和主动性。在近几年机械创新设计教学中实施案例教学，取得了较好的教学效果，先前的上课模式、概念和理论致使很多同学低头上课，自采用案例教学法后，上课气氛活跃，学生积极参与创新实践，学生作品在第六届全国机械创新设计大赛上获江西赛区二等奖，还获得了国家实用新型专利，在全国第七届全国机械创新设计大赛中荣获江西省一等奖两项，其中有一项被推荐参加全国赛，通过初评已确定获得全国二等奖。
6.结语
机械创新设计对学生的创新思维和创新设计能力起着关键作用，本文阐述了案例教学的意义及对机械创新设计课程的作用，并结合教学实例探讨案例教学实施过程，提出了在课堂上根据机械创新设计课程教学目标引入不同形式的与理论知识相关的案例，有效组织学生讨论的案例教学，可以激发学生的学习兴趣，有效弥补传统教学模式的不足，改善教学效果，最终提高学生的机械创新设计能力。
参考文献：
[1]李玉霞.案例教学应用研究[J].西安欧亚学院学报，2009，7（1）：55-57.
[2]辛绍杰.案例教学在机械原理课程教学中的应用研究[J].中国校外教育，2010，（8）：216-217.
[3]闫冰洁.案例教学在材料力学教学中的应用[J].科技情报开发与经济，2007，17（7）：256-257.
[4]林忠.案例教学的实践与体会[J].东北财经大学学报，2012，（5）：81-82.
自动机械是指自动化程度较高的机械系统，其教学内容与“机械系统设计”类似。要培养创新能力，必须先具备坚实的基础理论和设计方法，因此我们根据自动机械与一般的机械系统相比，有自动化程度高、结构复杂等特点，在教学内容上以自动机械的四大结构组成部分，即驱动系统、传动系统、执行机构和控制系统为主要内容展开，着重共性问题，力求照顾到系统性和完整性，深入阐述了自动机械设计中普遍性的理论问题，重点分析自动机械中普遍应用的机构、装置的设计原理和方法以及现代控制技术，注重机械设计与现代机械设计理论和方法相结合，同时列举了大量实例，力求做到理论联系实际，突出专业特色和现代科学技术发展水平。课程内容不仅体现传统的机械及其设计方法，还体现了现代自动机械及其制造技术的新进展和现代设计方法的新应用，注重教学内容的更新。我们主要参考了崔久浩的“自动机械设计”一书，编辑出版了“自动机械设计”教材，在基本内容上比一般的“机械系统设计”教材更全面和丰富。在教学中，力求把发明创新意识贯穿于整个教学过程。教学过程中除了上述主要内容外，充分利用多媒体教学手段，通过大量的自动机械和机构的工作视频和照片提高教学效率，创造视觉的新感受，增强感性认识，激发学生的学习兴趣和热情，同时有效提高了教学效果和学生的知识面。在教学过程中，注重自动机械各组成部份的基本工作原理、结构特点和设计方法，淡化理论模型和推导。利用启发式、提问式、反问式等方法，激发学生的创造性和想象力，提高综合应用所学知识进行机械设计、探索新知识、新技术、开发新的机械产品的能力和水平。推荐并组织学生观看中央电视台的“我爱发明”节目，提高发明创造的兴趣，学习发明创造的一般思路和方法。支持鼓励学生参与教师发明专利的申请工作。增加课堂讨论环节，设计能激发学生发明创新意识的讨论题。例如：原理方案设计时，每组提出至少3种机器，每种机器采用两种以上的原理实现其功能。总体设计时，以小型代步工具为例，不限定条件，发挥学生的创造性，分组提出方案并讨论其特点和可行性。在讲述执行机构有关内容时，让学生提出分解用机器代替手工操作的动作，并提出可能实现这些动作的机构或组合机构并加以比较。在讲间歇机构和供料机构时，提示学生生活中可能应用的场合并让学生注意观察后，讨论为什么在此场合会应用此机构，是否可用其他机构代替，如果能用其他机构代替，就有可能创新发明新的装置或机器。另外，鼓励学生参加山东省机电产品创新大赛等各类校、省、全国创新大赛，并可在讨论课中做专题讨论论证方案，指导学生充分发挥想象力和创造性开发新的机械产品。在历年“山东省大学生机电产品创新设计竞赛”中获得了多个一等奖，在其他创新竞赛中也屡创佳绩。
二、考试考核方式的多样化
考试考核目标是使学生在掌握基本理论、基本知识和基本技能的基础上，增强职业素养与专业技能，提高分析问题及解决问题的能力，成为具有较强创新意识和实践能力的高技能人才。考试考核以有利于学生运用知识能力、实际工作能力和创新能力的培养，有利于学生学习方法的改变为指导思想，使教学工作的重点落实到学生创新能力的培养和自身素质的提高上。为了激励学生学习兴趣和创新性，笔者设计了以下考试考核方式。
1.大作业。分组整理讨论课中的讨论结果以及新的创新想法方案形成大作业，内容可是完整机械，也可是关键机构、部件；时间可从课程开始到最后笔试之前，期间还可通过邮件、QQ和微信以及校核心课程网等及时得到教师的指导。
2.答辩式。建立具有综合性、适宜答辩的试题库，成立答辩小组，答辩小组由至少3位教师组成，可包括助课研究生。考核时每个学生按顺序先后随机抽取题目，准备10分钟。准备时可翻阅参考资料以及和同学讨论，此时学生参与讨论的积极性非常高，不仅有利于抽到考题的学生掌握该知识，也使参与讨论的学生学习掌握了考题中的知识点，每个学生表面上是考核自己抽到的有限的考题，实际上在整个考核过程中，参与了几乎全部学生的考题准备，从而将考试变成了学生积极主动的学习、交流、巩固所学内容的过程，学生不再是应付考试，厌烦、害怕考试，同时也锻炼了学生综合利用所学知识、收集资料、口头表达的能力以及答辩和应变能力等，有利于将来找工作时的面试，这使得学生的收益是全方位的。
3.笔试。笔试在课程结束后，时间由学校统一安排，主要考核基本概念和理论。创新发明必须在掌握扎实的机械设计基本概念和理论基础上，因此，掌握这些概念非常重要。例如自动机械生产率的概念、评价工作性能的指标等。
三、紧密结合实际应用的课程设计
课程设计是自动机械设计课程的一个重要教学环节，是培养学生独立运用所学知识、综合分析和解决工程实际问题能力的重要教学步骤，为学生将来从事工程技术工作和毕业设计打下良好的基础。在此教学环节中，学生可将所学的自动机械设计知识应用于设计中，这是有效的练兵和检验，同时还可以提高、巩固教学效果的环节。因此，我们要紧密结合实际应用进一步加强培养学生的机械创新能力，使学生在课堂教学环节中的创新性想法得以进一步实现，距实际应用更进一步。注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神。
1.课程设计内容。在自动机械的四大结构组成部分，即驱动系统、传动系统、执行机构和控制系统中，驱动系统通常为选型设计，包括在总体设计的内容中，不单独作为课程设计题目，控制系统涉及电气电子液压、计算机等相关的学科知识较深，在课程设计中我们将这部分作为选做内容。因此，课程设计的主要内容包括传动系统、执行机构和总体设计三种。比较复杂的机械3个人一组，自由组合，每人主要负责一部分内容，其中总体设计的学生由小组成员推荐选举产生并担任组长，除了自己承担的内容外还要负责协调3个人的方案应能满足整机的任务书要求，完整一致。各种题目的具体内容如下是。（1）自动机械总体方案设计。①根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求的原理方案。②根据原理方案确定工艺方案。③确定工作循环时间，拟定机械的工作循环图。④确定采用的动力形式、总体布置、总体结构来设计机架。（2）执行机构设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析确定工艺操作动作、顺序、运动形式和运动规律。②拟定机构的选型与组合方案，提出多个方案分析并选择最佳的。③机构的设计计算，主要构件的运动分析、仿真等。④机构的结构设计，画机构简图，包括运动轨迹、极限位置图。（3）自动机械传动系统设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析工艺操作动作、各机构运动形式和运动规律选择动力机。②确定传动机构方案和采用的传动形式，分析传动效率和传动精度，提出多个方案并分析选择最佳的。③传动比分配、设计计算，主要零件的强度校核。④传动系统结构设计，画传动系统结构图。
2.课程设计题目。笔者精心设计了多于学生人数的课程设计题目和相应的任务书，制定了课程设计大纲和指导书。学生选题具有灵活性，可从给定的题目中选题，也鼓励自选题目。学生自选题目要经过论证方可作为课程设计题目并有一定的加分，同时要与教师的科研以及各种创新竞赛题目紧密结合，有效激发学生的学习兴趣和参与的积极性、主动性。山东省大学生机电产品创新设计竞赛每年暑期进行，而自动机械课程设计正好是每学年的第二学期，可以说这个学期是学生申请准备方案、进行结构设计的阶段。采取提前选题的方法可以使学生在上课期间有目的的听课，有充分的时间酝酿设计方案，使自动机械课程设计教学环节不局限于培养方案中设置的1周时间，有效地提高了课程设计的质量和效果，有些题目最后还申请了发明专利。“用于大粒种子的精密排种器”、“家用瓜子去皮机”、“顶尖可收集式仿形棉花打顶机”等项目就获得了山东省大学生机电产品创新设计竞赛的一等奖。
四、结语
关键词 机械原理 科技创新活动 创新设计能力
中图分类号：G424 文献标识码：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“谋创新就是谋未来”，“科技发展的方向就是创新、创新、再创新”。面对复杂的国内外形势以及我国的改革环境和发展任务，“创新”已经成为21世纪产品的重要“代言人”。作为培养人才的高等教育领域，高度重视学生的创新设计与实践能力培养，努力培养出高等创造型人才是高校教师责无旁贷的责任。①
机械原理主要研究机构组成原理、常用机构的特点及应用与设计、机构运动学及机构动力学、机械系统的方案设计等问题，②是学生掌握设计能力、提高创新思维的重要知识基础，因此，有着其他课程不可代替的作用。③
1 机械原理教学现状
机械原理是高等院校机械类专业的一门十分重要的主干技术基础课程，这门课程的主要目的是让学生认识和了解机械、为机械类有关专业课程学习打好理论基础，更重要的是为机械产品的创新设计、现有机械的合理使用和革新改造打下良好基础。
目前，在机械原理的教学过程中，教师一般较为注重于去“教”机构原理、运动学及动力学分析这些基本知识。通常老师讲解得仔细透彻，但学生往往自主学习能力不强、不够积极，且机械原理有些知识比较抽象，很多学生头脑中对一些机构没有感性认识，因此往往不能很快掌握、进而问题遗留拖延，导致积累更多问题，课堂效率低下。④
1.1 课堂理论教学与工程实践脱节
目前，我校机械原理的教学模式仍然偏重于理论知识的教学，且学生对课程中涉及到的常用机构普遍缺少直观认识，因此对一些内容不能做到很好理解。机械原理是机械类专业一门重要的专业基础课，由于不能将课堂上学到的原理知识与实践相结合，因此很多学生对老师讲解的知识难以理解，很难打好机械入门的基础。尽管机械原理课程也有相应的实验环节安排，例如认识机构、机构运动简图绘制等，但多数学生基本上走马观花，对机构认识很肤浅，仍然不能与课堂上学过的机构、原理联系起来，故实验效果很差。
机械原理目前多采用多媒体教学辅助教学，在课件中也有大量机构及其原理的应用实例，但由于课堂教学学时有限，有些学生没有生活、生产中机构的实际应用概念，故不能很好地将这些实例与理论知识联系起来，这些都造成了理论教学与工程实践的脱节。
1.2 机械原理知识不能融入到创新设计中
机械原理课程中，有些内容是比较枯燥的，在授课过程中如果不能激发学生的兴趣和能动性，那么学生对课程知识的掌握就更加不理想。机械原理课程是设计道路上的第一道关口，学生创新设计能力是机械原理教学中很重要的环节。很多学生有许多新颖的构思和创新的思想，但教师不能很好地引导他们将机械原理理论知识融入到创新设计中，不能开拓他们的创新思维，因此学生不能充分发挥想象力和创造性思维，不能将课堂上学到的知识灵活应用于实践中。
2 改变教学模式，利用各种课外科技创新设计活动提高创新设计能力
目前，国内外高校都十分重视培养学生的科技创新能力，我校机械原理课程建设结合理论知识与工程实践之间的密切联系，突出了对学生综合设计能力、创造性思维及创新设计能力的培养。在创新设计能力培养方面，特别提出通过参与教师科研项目、科技创新模块等加强对学生能力的培养。⑤
2.1 教学模块突出创新设计能力培养
机械原理课程教学模块分为两大主要模块：课堂理论教学模块与实践教学模块。
在课堂教学模块中，动力设计模块、机构设计模块为机械原理的基础模块，通过其学习使学生掌握机械原理机构分析、机构设计的基本原理和方法。另外，综合设计模块是前两个模块的延伸和提高，主要进行机械系统方案的设计，要求学生在所学机械原理理论知识的基础上，结合各种实践经验，充分发挥个人主观能动性及想象力，灵活运用现代设计理论和方法、技巧，设计出新颖独特、节能高效、紧凑灵巧的机械系统，这些对于培养工科机械类专业学生的综合设计水平、创新设计能力有尤为重要的意义。
在实践教学方面，包含实验教学模块、课程设计模块和科技创新模块。前两个模块注重对学生机械原理基本知识的实践掌握和巩固，科技创新模块则注重于鼓励、支持学生参加政府、教育厅等各部门举办的各类科技创新竞赛活动，将所学理论知识应用到实践中，以提高他们创新设计的能力。
2.2 科研项目多参与
在机械原理课堂教学中，把教师的科研项目、科技创新的理念融入其中，加强对学生创新设计能力的培养。根据自己的科研项目开展相关机构创新的教学内容，例如在学习平行四边形机构时，结合科研项目码垛机器人手臂、钢制容器壁面爬行机器人手臂的研究，使学生加深对平行四边形机构运动特征、应用、设计及其存在问题的深入理解，鼓励学生将所学机械原理理论知识与科研项目中实际设计结合起来，这样既提高了学生学习机械原理的兴趣，掌握、巩固并应用了所学的理论知识，又极大提高了创新设计能力和工程实践能力。
2.3 课外科技创新竞赛活动多参与
为了提高学生的创新设计能力，学校建立了三个层次的大学生课外科技创新活动的组织机构和保障、各种奖励措施对学生的课外科技活动提供制度及物质保障。⑥其中，第一层次为学生科技创新领导小组，由学校领导和有关职能部门牵头，另外由各领域知名专家教授组成，负责课外科技创新活动的发展规划和开展、筹集活动资金、工作协调及评比表彰等;第二层次为教学管理与服务组织，主要由学校教务处、科研处等具体实施、监控部门以及各二级学院的教学管理部门组成，负责课程教学过程的具体设计和组织实施、质量监控等;第三层次为课外科技创新活动组织实施，由共青团、学生会、各类学生社团等组成，负责课外科技创新实践活动的规划与具体实施。学校相关部门制定各类科技活动及竞赛奖励办法，依据参加赛事级别及获得奖项名次等级及时给予相应的表彰与奖励。
通过这些课外科技活动组织、保障措施和激励机制，能持续鼓励、支持保障学生参加各类课外科技创新实践活动，如山东省挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛、山东省大学生机电产品创新设计竞赛、山东省大学生科技创新大赛。学生根据竞赛主题与相关要求，结合所学理论知识，充分发挥想象力和创造性思维进行构思设计，构建产品的虚拟样机或实物模型，将理论与实践结合，极大提高了创新设计和工程实践的能力。
3 各类课外科技创新设计实践活动成果
目前，各种科技创新竞赛活动已成为大学生素质教育的重要项目。在课题组相关老师参与及指导下，学生能够在学习机械原理课程过程中或者结束该课程后，积极参加各种创新设计竞赛。在近几年参与大赛中，取得全国大学生机械创新设计大赛中二等奖2项，全国大学生过程装备创新与实践大赛中二等奖1项、三等奖2项;在第十四届山东省挑战杯学生课外学术科技作品竞赛中获得特等奖并推荐进入国赛;山东省大学生机电产品创新大赛中获一等奖9项、山东省大学生首届科技创新大赛一等奖1项、山东省电子产品设计大赛中获得一等奖1项等等。这些荣誉和奖项极大鼓舞了大学生们参加科技创新实践活动的积极性，提高了他们学习机械原理等课程的兴趣，更重要的是提高了将理论知识与实践相结合的能力、创新设计的能力。
4 结语
创新设计能力是工科机械类专业学生培养过程中非常重要的一个环节。本文分析了机械原理课程教学现状及其存在问题，提出在教学过程中融入创新设计，将科技创新实践与教学活动相结合，鼓励支持学生参与教师科研项目、参加各类科技创新竞赛。通过在教学活动中实践，极大提高了学生创新设计与工程实践的能力，取得了预期效果。
注释
① 袁爱霞，高中庸，李宝灵.机械原理与机构创新设计[J].高教论坛，2007（6）：78-79.
② 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社，2006.
③ 侯莉侠，侯俊才，郭红利等.在机械原理课程教学中引入创新设计的探讨[J].中国教育技术装备，2014（24）：139-140.
④ 巫海平.机械原理教学与创新设计相结合的实践与探索[J].职业技术，2013（6）：149-150.
关键词：按摩椅；机械传动系统；同步按摩；曲轴传动系统；偏心轮系统；模拟人手系统
中图分类号：TS665
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）24-0018-02
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，随之而来的工作压力也在不断加大，使得人们对自身健康愈加关注，长期久坐会引起背部疼痛僵硬，按摩椅作为一种消除疲劳的保健医疗器械越来越受到消费者的欢迎，尤其是自动按摩椅的出现，大大提高了其使用的舒适性，这对其内部机械传动系统结构设计也提出了更高的要求。通过市场的调研，我们发现虽然目前市场上有许多按摩设备，但他们不是性能单一就是价格昂贵，比如一台荣康按摩设备需要一万多块。基于此本方案通过对当前使用的按摩椅机械部分进行了创新设计与改进集成，研究出了一种基于按摩椅机械传动系统部分的创新设计思路。
1 按摩椅总体设计思路
根据对市场按摩椅调查结果的研究，采用创新与优化设计后，我们提出了一种基于按摩椅机械部分创新设计结构，其机械结构主要包括以曲轴实现多种动力同步传动的曲轴传动系统、实现腰部三维立体按摩的偏心轮系统与实现肩部揉捏的模拟人手系统等三种创新思路，图1所示的为按摩椅的外观三位模型及关键部位图示。针对市场的按摩椅调查研究，采用创新与优化设计完成了按摩椅的机械传动部分的实现，该按摩椅功能特点主要体现在颈部、肩部、背部、腰部等部位动力传动与按摩机构的创新设计。通过直流电机驱动减速器以及其他辅助结构运动最终带动曲轴系统转动，曲轴主要分为两路动力传递，一路是通过本身的中间凸起部分带动肩部仿真人手系统做来回往复运动；另外一路主要通过与锥齿轮以及蜗轮蜗杆实现动力传递方向的改变，带动头部、背部与腰部斜偏心轮系做循环往复运动。按摩椅的其他部分，诸如传动系统控制原理以及电动机等电路元件的安装可以根据使用者的需要进行常规选取，其工作原理设计流程图如图2所示。
2 基于机械传动系统按摩椅总体设计方案
2.1 曲轴传动系统实现多种动力传递
如图3所示为系统核心传动部分即曲轴传动系统。背部按摩系统有一个电动机提供动力，电动机通过减速器将动力传递给曲轴。曲轴连接的按摩机构分为颈部、肩部、背部和腰部按摩机构，颈部通过锥齿轮传动，带动颈部按摩头对颈部按摩；肩部与曲轴弯曲凸起部分连接，实现肩部按摩机构对肩部揉捏功能；背部按摩是通过蜗轮蜗杆机构实现两根横轴的转动，从而带动横轴上的椭圆轮对背部实现敲打功能；腰部按摩也是通过蜗轮蜗杆机构实现横轴的转动，这根轴上由两个椭圆轮和两个偏心圆轮组成，椭圆轮是对腰后部实现轻微敲打功能，偏心圆轮是对腰部两侧的按摩。曲轴系统的使用在对身体起到不同部位同步全面按摩的同时，也起到了简化系统结构的作用。当然由于按摩椅机械部分采用单轴动力传动系统，使得按摩椅不能单独使用某一部分的按摩功能，因此方案中的设计结构主要针对需要经常性用于全身按摩的场合，相比现有按摩椅的复杂结构具有更大的使用价值。
2.2 偏心轮系统实现腰部三维立体按摩
如图4所示的腰部偏心轮系统结构示意图，其中偏心圆轮是针对腰部的按摩机构。偏心圆轮是两个对称圆饼在横轴上呈非90?且偏心安放，当曲轴通过蜗轮蜗杆机构带动横轴转动时，偏心圆轮转动，在转动过程中人的腰部处于转轮中的位置不断改变，偏心轮将旋转运动转化为对腰部左右挤压运动，且对腰部的挤压力不断周期性变化，同时可以通过控制电机的转速以实现对按压力大小的控制，通过腰部两侧的对称偏心轮前后、左右和上下全方位的运动以实现三维立体的按压按摩效果，有效地缓解肌肉疲劳。
2.3 模拟人手系统实现对肩部的揉捏
如图5所示，肩部采用弯曲轴带动杆件前后运动，该处两个按摩杆件之间安装有弹簧（图中未标出），当连接在上面的杆件向后运动时，两个按摩机构在空心柱的阻挡下互相靠近，此时弹簧被压缩；当连接杆件向前运动时，两个按摩杆件由于弹簧的作用而张开，按摩机构的前后运动、上下张合运动就形成了类似于人手的揉捏灵活运动，同时按摩杆件上各点由于旋转造成的线速度不同，使得各点产生周期性变动的挤压力。
3 结语
本方案提出的设计思路主要针对人体的几个关键部位进行有效按摩，产品多个部分的设计达到健康、休闲和娱乐于一体的功能，并具有结构简单、使用方便等特点。
本方案主要有以下创新点：颈肩部采用的按摩机构能够仿真手一样自由灵活地进行揉捏按摩，即按摩机构的构件能够实现上下、前后运动；腰部、腿部和脚部按摩部位的斜置安装的偏心轮能够实现前后、左右和上下全方位的运动，使人体实现三维方向的按摩，以满足人的不同需求。
参考文献
[1] 廖汉元，孔建益．机械原理[M]．北京：机械工业出版社，2008．
[2] 濮良贵，纪名刚．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2006．
关键词：中职学生；机械专业；创新思维；培养
知识经济是以知识创新为动力的经济。谁在知识创新中领先，谁就能在经济竞争中占据优势。新的时代给我们教育发展带来了新的挑战，对人才素质提出了新的要求。在中职机械专业教学中，教师要不断培养学生创新意识，提高创新设计能力，积极促进学生的全面发展。
一、培养机械专业创新思维是现实所需
培养中职学校机械专业学生的创新思维对于学生的全面发展具有重要意义。首先，机械专业创新思维有利于增强学生的开拓精神。调动学生学习专业的积极性，学生可以提高对学习的兴趣，自我表现的欲望也会更强。其次，机械专业创新思维有利于提高学生的自我认识。在此过程中，学生能逐渐认识到机械专业的学习是自己的职业兴趣。再次，机械专业创新思维有利于学生的人格完善。培养学生创新思维有助于培养学生健康积极向上的心理状态，合理充分地安排各种科技创新教育活动，使学生积极参加课余文化活动。最后，培养机械专业创新思维能促进学生职业技能的提高。在培养机械专业的创新过程中，可以帮助学生建立扎实专业或者学科基础知识，培养创新设计能力、综合设计能力与协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高机械创新、设计、制作的实践工作能力，吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为培养优秀人才创造条件。
然而，考虑到机械专业学生的创新意识不强，长期以来在机械专业实习教学过程中，教师只注重学生专业技能的训练，在很大程度上忽略了对学生创新意识的培养。受传统教学观念的影响，教师在具体教学时，往往习惯于从教师的角度出发，学生的技能训练几乎都是按照教师制定的操作要领、工艺方案进行的，没有充分发挥学生的主体作用。过分重视学习成绩的优劣，评判学生的操作方法和工艺方案，设定统一的标准答案，严重扼杀了学生与生俱来的好奇心、想象力和创造意识。同时，很多学生因循守旧地一味服从、模仿，形成一种机械式解决问题的方式，不利于学生创造性的培养。
二、加强中职生机械专业创新思维培养的措施
1.完善专门课程设立
设立机械创新设计类专门课程可相对系统地介绍创新设计的知识和方法，提高创新意识，开发创造力。目前，不少学校在机械设计系列课程中增设了“机械创新设计”，通过系统地介绍机械创新设计的基础知识、机械创新设计的理论及方法、机械创新设计的实例等内容，使学生了解新机构、新机器创造发明的普遍规律及实用方法的应用，培养学生的工程意识，拓宽学生的知识面，开阔他们的技术视野，同时通过课程的实践性环节和创新成果的技术分析，帮助学生积累一些机械创新经验和新机构、新机器实用性创新结构方面的技术资料。
2.注重提高创新能力
机械专业系列课程具有独特的内容和地位，在其中渗透创新能力的培养有利于提高学生机械创新设计能力。首先，机械基础系列课程中包含着很多创新内容，要善于开发。“机械设计”中集成化设计与创新、模块化设计等，这些都是最新的设计理念。如轴、齿轮、轴承、法兰盘的集成化设计实例。其次，通过更新内容与体系，更新教学方法与手段对机械设计基础系列课程进行创新教学，着力培养学生的构思与表达能力、设计与创新能力、分析与综合能力，从而提高学生的创新设计能力。在“机械设计”教学中，精简内容，补充创新方案设计、商品化设计、价值工程设计等现代设计方法，同时结合教学内容，介绍国内外先进机械产品，激发学生的创新意识。
3.优化教学设计方案
培养创新思维，首先要从教师做起，教师要研究教学规律与学习规律。课堂教学中，采用多种现代化的教学手段，提高学生对课程内容的理解和掌握，更多地使用“启发式”“讨论式”等创新教学模式，引导学生参与课堂教学活动。另外，积极进行实验教学改革是提高学生机械创新能力的有效途径。根据机械学科注重实践与工程应用的特点，将实验教学改革的重点放在加强学生的动手能力、独立解决问题的能力和创新精神的培养上。
4.广泛开展实践活动
机械专业课程的实践活动不仅是知识学习的深入、活化，更是培养创新能力的必要环节。通过开展多种形式的机械创新实践活动，培养创新思维，进而不断提高学生的机械创新能力。目前，许多中职学校在这一方面已经进行了一些有益的探索，并取得了一些有益的经验。例如，举办相关的科技讲座、学术研讨会；配合课堂教学，组织课外兴趣小组进行各种设计性的科技活动；定期举行机械创新设计大赛；向学生开放机械创新设计制作实验室，充分利用实验室提供的创新设计制作条件以及国内外优秀设计产品的展示环境，激发学生的创新思维。
参考文献：
［1］李银清.浅谈中职机械专业教学中学生创新意识的培养.科教新报：教育科研，2011（26）.
［2］姚桂玲.例说中职机械专业实习教学中学生创新意识的培养.中国校外教育，2011（1）.
1机械机构构型创新设计概述
机械机构仍然是机器的重要组成部分。在现代机械产品的创新开发中,从原理的构思、运动尺寸的确定,机器性能的分析以及结构形状的探讨,无不和机构设计的基本理论和基本方法有着相当紧密的联系。机械机构构型创新设计的目的是按照要求设计出符合条件的新机构,在总体方案设计阶段突破传统的设计方法,采用创造性思维,实现从选型设计向构型设计的转变。机构构型创新设计是一个比较抽象和复杂的设计过程,在没有任何依据,凭空设计出一种新机构是非常困难的。所以,可以采用再生设计的方法来实现机械机构构型的创新设计,即借鉴和吸收现有的机构设计特点,运用创造性的思维和方法,通过类型创新得到新的机构构型。
2机械机构构型创新设计的原理
2.1机构组合原理
事实上,在结构设计中和运用实践中,运用用单一的机构不能满足要求,不能完成任务。齿轮机构具有良好的运动性能和动力特性,但运动形式太简单;棘轮机构尽管可以进行间歇运动,但他的运动特性太差;连杆机构运动简单,使用方便,但是很难实现一些特殊运动规律;凸轮机构可以实现任意运动,但是行程的可调性太差。所以,在实际运用中,单一的机构往往具有自身的缺陷与不足,而为了弥补各自的不足,在机构构型创新设计中我们可以把两种或两种以上的机构进行组合,充分利用各自的性能,发挥各自的优势,创造出符合要求的新型机构。
2.2机构变异原理
这种原理的而基本思路是:首先要确定一个原始机构,并对该机构的结构组成和功能约束进行分析。然后通过一般化的处理将机构运动简图转化为一般化的运动链。再采取措施使运动链的结构系列化,即将运动链进行排列组合,找出其中的不同结构形式。最后按照该机构构型的功能所赋予的约束条件,演化成众多的再生运动链和相应的新机构。
3机械机构构型创新设计的原则
机械行业是一个比较古老的行业,经过其漫长的发展和演进,已经形成了很多关于机械机构构型设计方面的原则,这些原则对机械机构构型设计实践重要的指导意义。事实上,也只有遵循这些基本原则,才有可能使具有实用价值的机构构型设计得以实现。总的来说,机械机构构型创新设计的原则包括以下几点。
3.1缩短机构运动链原则运动链太长会加大震动,增加积累误差,也增加了机械设计的成本。所以,在机构构型创新设计中,要尽量缩短运动链,以减小震动,减小积累误差,降低机械设计成本。
3.2恰当选择运动副原则运动副是两构件直接接触组成的可动连接,它限制了两构件之间的某些相对运动,在机械机构构型设计中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特点,低副在接触部分的压强较低,因而比高副更加耐磨损。在机械机构构型设计中,要充分认识高副和低副的不同特点,根据设计的实际需要选择使用,充分发挥运动副的优势,取长补短。
3.3恰当选择原动机原则原动机是指用能源产生原动力的一切机械,包括热力、水力、风力、电力发动机等,机械也需要原动机,以提供动力,保障正常的运行工作。在机械机构构型设计中,要根据机械的具体要求选择适合的原动机,为了保证机械的正常运行,在设计中,可以考虑采用多个原动机,以保障充足的动力。
3.4缩小机构的尺寸原则机构尺寸的大小对机械性能的发挥有着重要的作用。机构尺寸较小,占用的空间较少,有利于各个部分功能的发挥和空间的有效利用,反之,尺寸较大则不利于机械整体性能的发挥。为了缩小机构的尺寸,在设计中可以适当的选择凸轮、连杆、滑块等,以提高空间的使用效率,增加机械的整体性能。
4机械机构构型创新设计的实例
4.1利用组合原理创新设计的机械机构构型实例
设计一个间歇冲压装置并将该装置安装在一条流水生长线上,同时要求压力符合要求,结构紧凑,效率高。该设计方案电动机输出的是旋转运动。连杆1、连杆2和大轮构成凸轮-连杆-滑块结构,这种机构可以将旋转运动转化为直线往复运动。该设计的直线往复运动由连杆3、连杆4、连杆5构成,并且这三个连杆与中心呈对称分布,满足工作压力的要求。总之,该机构结构清晰,将旋转运动变成了直线往复运动,收到的效果也显着。此外,该机构拥有两个输出装置的配备,使得一机两用得以实现,不仅提高了机构构型的空间利用率,也有利于加工产品的效率的提高。
