【摘要】本文基于陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院的實驗教學平臺，結(jié)合機械原理與機械設計實驗教學概況和存在的問題，提出整合提升軟硬件建設、加大實驗室開放力度和實現(xiàn)理論實驗教學“雙師化”三個方面的教學改革思路，并進行初步成效分析，為高職院校同類課程的實驗教學改革提供一定的參考與借鑒。

【關鍵詞】機械原理與機械設計；實驗教學改革；成效分析

隨著現(xiàn)代職業(yè)技術的快速發(fā)展和社會、行業(yè)對技術技能型人才的需求不斷提升，機械原理與機械設計課程的實驗教學改革面臨著諸多挑戰(zhàn)。課程涉及的實驗設備、教學內(nèi)容、評量方式以及學生積極性都對教學效果有著顯著的影響，如何全面提升教學效果、調(diào)動學生積極性，是機械原理與機械設計課程的實驗教學改革致力于解決的主要問題。

1課程改革背景

1.1實驗教學概況。教研室遵循人才培養(yǎng)方案要求，在機械制造與自動化、機械設計與制造兩個專業(yè)中開設機械原理與機械設計課程，共計48學時教學外加36學時（兩周）課程設計，課程涵蓋的實驗主要包括以下三類：1.1.1演示類實驗。包含機構運動演示和機構運動簡圖測繪，前者目的是使學生了解構件間運動關系及主動件、從動件概念，并深化機構及其組成概念；后者主要要求學生掌握比例尺運用、視圖選取、運動副符號及自由度計算等方面。1.1.2驗證類實驗。包括齒輪范成原理實驗和齒輪參數(shù)測繪實驗，前者要求學生使用范成儀繪制正、負變位齒輪和標準齒輪，通過觀察、分析和比較，了解標準齒輪與變位齒輪的區(qū)別；后者要求學生使用游標卡尺測量奇、偶數(shù)齒輪基本參數(shù)，了解齒數(shù)、模數(shù)、分度圓、齒頂圓、齒根圓、齒距等參數(shù)和尺寸計算基本知識。1.1.3減速機拆裝試驗。該實驗為演示性試驗，10-20人一組，部分同學拆裝，部分同學觀看，主要了解減速機的結(jié)構、軸上零件的裝配關系、窺視孔、放油塞、油標尺、放氣孔、及吊鉤等附件的位置、尺寸大小等，為減速機設計奠定基礎。1.2教學改革前存在問題。1.2.1部分實驗設備老化，無法滿足實驗要求。由于實驗室搬遷和設備自身老化，部分實驗設備準確性、穩(wěn)定性和可靠性不足，此前開設的相當一部分演示與測繪實驗已無法開出，教學效果受到了較大影響。課程相關實驗在一段時間里主要是減速機拆裝實驗，但由于設備有限，分組時每組學生較多，限制了學生實踐能力的提高。1.2.2教學方法較為模式化。多數(shù)實驗教學模式較為固定，學生嚴格按照步驟詳細、易于操作的實驗指導書完成實驗，教師主要指出原則性錯誤并負責學生安全。該模式在培養(yǎng)學生嚴謹細致、精益求精的素養(yǎng)方面具有積極意義，但與激發(fā)學生求知欲、樹立其創(chuàng)新精神并最終解決實際工程問題的目標具有一定的矛盾。1.2.3個性化考核方式有待實現(xiàn)。目前考核內(nèi)容主要包括實驗完成度和按時到課情況。實驗內(nèi)容的設定方面未能充分反映學生的水平差異，學生完成的實驗項目以及實驗報告內(nèi)容基本相似，而考勤情況相同的學生基本會取得相同的實驗成績。評量方式與因材施教、個性化評估的初衷存在沖突。1.2.4學生的學習重視度有限。由于上述原因，外加本課程實驗為課內(nèi)實驗，并未單獨設置考核學分，學生對實驗環(huán)節(jié)的重視程度有限，直接導致日后進行課程設計和畢業(yè)設計時毫無頭緒，也對學生參與各級各類機械創(chuàng)新設計大賽和學歷提升方面產(chǎn)生了一定的負面影響。

2課程實驗教學的改革思路

摘要：基于工程教育專業(yè)認證，對傳統(tǒng)“機械原理”和“機械設計”課程設計進行教學改革探索。課程設計選題突出陶瓷機械特色，切合工作實踐，完善課程綜合性。對照專業(yè)認證標準從機械課程設計的教學內(nèi)容、教學目標和組織實施三方面提出了改革。

關鍵詞：工程教育專業(yè)認證；課程設計；陶瓷機械；教學改革

工程教育專業(yè)認證是針對高等學校工科專業(yè)實施的專門性認證，也是實現(xiàn)工程教育和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。高等教育質(zhì)量問題成為社會關注重點，為進一步提高工科專業(yè)教學質(zhì)量，對標國際標準，教育部于2006年啟動了工程教育專業(yè)認證試點工作，2013年，中國成為《華盛頓協(xié)議》預備會員，2016年正式加入國際工程教育組織[2]?！皺C械原理與機械設計課程設計”是機械類專業(yè)培養(yǎng)學生綜合機械設計能力和創(chuàng)新能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)[3]。課程主要任務為簡單結(jié)構運動分析，簡單的機械設計，旨在引導學生整合機械原理和機械設計的所學知識：機構運動簡圖、基本零部件設計校核、傳動方案設計等，以期培養(yǎng)學生工科思維。如何對“機械原理”和“機械設計”課程設計教學進行改革，以適應新時代工程教育認證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。

1對“機械原理”和“機械設計”課程設計現(xiàn)狀的分析

“機械原理”和“機械設計”作為機械專業(yè)學科非常重要的專業(yè)基礎課程，其課程設計大綱明確了常用機械零部件、機械傳動系統(tǒng)、聯(lián)系實際設計過程、正確的設計思想、分析和解決問題能力等要求指標。但傳統(tǒng)的課程設計難以滿足新時代工程教育專業(yè)認證標準。本校目前仍存在以下問題：①機械課程設計的選題較為單一?！皺C械原理”課程設計只是對典型機構、四桿機構或凸輪機構運動分析?！皺C械設計”課程設計一直以來都是以二級圓柱齒輪減速器作為設計題目。題目傳統(tǒng)單一，學生抄襲現(xiàn)象嚴重，不求甚解風氣較重。與工程教育專業(yè)認證標準的符合學校定位、適應經(jīng)濟發(fā)展需要的培養(yǎng)目標尚有差距。機械作為一門工科，理應與實際接軌，應與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，與社會發(fā)展需要契合，充分體現(xiàn)出各地區(qū)高校的機械專業(yè)特色。②機械課程設計的相關性不足。雖然機械原理中的執(zhí)行機構和機械設計中的零部件設計都得到了訓練，但學生學完機械基礎系列課程后，缺乏對整體機械的認識，“機械原理”課程設計著重于運動分析，“機械設計”課程設計著重于機構零部件性能參數(shù)，二者甚至不在同一機構中，兩門課程沒有建立必要的對接點，使學生沒有形成一個有機的整體系統(tǒng)工程的認識以及掌握機器設計的完整過程。

2課程設計改革探索

1機械設計節(jié)能的背景和基本原理

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于能源的利用和消耗逐漸增大，導致環(huán)境惡化問題日益嚴重，對于自然生態(tài)和人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懺絹碓絿乐亍Ｓ捎谥袊诟母镩_放初期一直注重工業(yè)化的發(fā)展，沒有對環(huán)境問題給予相當程度的重視，造成環(huán)境問題被破壞的現(xiàn)象越來越嚴重。因此，需要關注環(huán)境問題的發(fā)展和保護。

1.1機械設計節(jié)能的背景

我國在1972年就提出了“可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略，注重經(jīng)濟增長處于長期發(fā)展的模式中，但是由于這一時期，我國還沒有開始改革開放，經(jīng)濟發(fā)展和社會效益比較落后，工業(yè)化發(fā)展比較落后，國家的生態(tài)環(huán)境還比較好，但是在1978年，改革開放之后，國家在初期一直大力發(fā)展重工業(yè)，為了提高經(jīng)濟效益的發(fā)展，對我國的資源和能源進行過度開采，導致我國的環(huán)境破壞現(xiàn)象越來越嚴重。因此，我國在2003年提出“科學發(fā)展觀”的政策，促進人與自然和諧發(fā)展，合理有效的保護生態(tài)環(huán)境，增強生態(tài)資源和能源的使用效率，減少工業(yè)廢水和污染物的排放，是我國發(fā)展的當務之急。機器設備的能源消耗和尾氣排放是我國環(huán)境污染和破壞的重要原因之一，為了對環(huán)境進行合理有效的保護和治理，就需要開展節(jié)能減排促使，進行機械設計節(jié)能的開展，對環(huán)境進行有效的治理，提高經(jīng)濟效益。

1.2機械設計節(jié)能的基本原理

機械設計是按照使用要求對機械的工作原理、組成部分、運行模式、能量傳送、各部件的形態(tài)等進行規(guī)劃、分析、研究和計算，以及將其從理論的規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H制作基礎的工作流程。機械設計是機械工程主要的構成成分，也是決定機械效能的重要因素。為了減少機械類機器對環(huán)境的污染和破壞，就需要開展機械設計節(jié)能，其基本原理為：對實際機械體系的效能、動力能量、運行的使用效力以及機械體系的耗能速率等進行整合，然后運用相關的數(shù)學函數(shù)進行分析計算，通過一系列的設計計算和合理分析最終有效歸納合成，形成機械設計節(jié)能的工作原理，減少能源的消耗，促進可持續(xù)發(fā)展政策的進行。

1傳統(tǒng)機械原理課程設計中存在的問題

機械原理課程設計的內(nèi)容主要分為兩個階段:第一階段為機械系統(tǒng)的運動方案設計，要求學生通過對常用機構的組合或創(chuàng)新設計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求;第二階段為機構尺度綜合，以及對機械系統(tǒng)中指定機構進行運動分析和動態(tài)靜力分析。目前在機械原理課程設計的教學過程中主要存在問題:

(1)設計題目類型單一，實踐過程枯燥。設計任務主要以典型加工設備為對象，擬定機械傳動方案，對其主傳動機構進行運動分析和動態(tài)靜力分析，并在此基礎上通過限定執(zhí)行構件的速度波動以確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，最后設計其中的齒輪機構或凸輪機構。這樣的設計題目單一且缺乏新穎性，與學生的實際生活脫節(jié)。設計過程的枯燥使得學生無法正確認識課程設計的重要性，設計興趣不強，參與積極性不高，難以達到實踐目的。另外，由于設計題目比較成熟，與之配套的設計手冊和指導書等資料較多，其設計思路和模式比較程式化，因而學生不需太多思考，僅僅只是按照指導書的要求翻書查表，按部就班地進行模仿設計，這樣的題目不利于學生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng)和訓練。

(2)設計方法陳舊，實踐重點偏移。目前，在機構運動尺寸確定、機構運動分析及力分析等基本知識和基本技能的訓練中，學生主要采用圖解法或解析法。圖解法概念清晰，形象直觀，便于學生理解與分析，但設計精度差，效率低，當學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，學生通過模型建立和程序設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生具備較好的數(shù)學功底和編程設計能力，但實踐證明多數(shù)學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計就演變成了計算機語言的訓練］，偏離了機構綜合設計與分析的實踐目的。同時，繁瑣的程序編寫，也會影響學生創(chuàng)新設計的積極性。

(3)設計時間緊張，實踐內(nèi)容縮水。學校目前將機械原理課程設計和機械設計課程設計整合為3周的“機械綜合課程設計Ⅰ、Ⅱ”。由于從內(nèi)容上設置為同一機械系統(tǒng)的不同階段性設計，因而從時間上兩者并沒有嚴格區(qū)分開。統(tǒng)計表明歷屆學生完成機械原理課程設計所需的時間約為1－1．5周，相對而言學時緊張。為了追趕進度，學生避重就輕甚至是掩蓋問題。比如在機械系統(tǒng)運動方案設計階段，學生普遍采用仿型設計和改型設計的方法，照搬相近的設計案例，或是僅改變某些結(jié)構和尺寸，更有甚者忽略創(chuàng)新構思的環(huán)節(jié)設計直接進入常規(guī)設計，整個設計過程中，機械系統(tǒng)的方案設計和機構的選型設計等相關內(nèi)容體現(xiàn)不足乃至缺失，無法鍛煉學生的系統(tǒng)設計能力和創(chuàng)新設計能力。

2機械原理課程設計的教學改革與實踐

摘要:隨著我國社會的進步，各個行業(yè)對能源的需求量也在不斷的提升，在這樣的背景下，能源緊缺已經(jīng)成為了一個社會性問題，為了緩解我國的能源壓力，政府部門提出了節(jié)能減排的生產(chǎn)理念，要求各個行業(yè)在生產(chǎn)過程中，要對原有的生產(chǎn)模式進行優(yōu)化，減少對能源的消耗，減少各種有害物質(zhì)的排放。機械制造業(yè)是我國的重要行業(yè)，在機械設計的過程中，必須要把節(jié)能的理念帶入其中，減少機械設備運行對能源的消耗。對機械設計節(jié)能原理及其運用進行分析。

關鍵詞:機械設備;設計理念;節(jié)能環(huán)保

現(xiàn)階段，節(jié)能已經(jīng)成為了所有行業(yè)的發(fā)展目標，作為我國的重點行業(yè)，機械制造業(yè)在機械設計的過程中，也必須要遵循這樣的設計理念，通過設計理念的優(yōu)化，減少各種機械設備在使用過程中對能源的消耗，這樣的機械設計方式，充分迎合了我國當前的節(jié)能理念，同時，也可以緩解現(xiàn)階段的能源壓力。下文對此進行簡要的闡述。

1機械設計節(jié)能技術的原理

地球上任何機械運動都要遵循牛頓的力學定律，機械設計的節(jié)能原理，就是以能量守恒為理論基礎，通過能量的高效運用，實現(xiàn)機械設備的節(jié)能設計。在機械運動的過程中，各種能量之間可以實現(xiàn)互相轉(zhuǎn)化。在機械設備運行的過程中，勢能與動能之間往往不能實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，勢能在向動能轉(zhuǎn)化的過程中，會產(chǎn)生一定的變動，這樣就造成了能量的損耗，從而產(chǎn)生能源的過量消耗。而機械節(jié)能設計，就是對機械設備運行過程中產(chǎn)生的勢能波動進行控制，使勢能處于合理的范圍之內(nèi)，提升勢能與動能之間的轉(zhuǎn)化率，從而達到節(jié)能的設計效果;在機械設備的運行過程中，動能是保證設備運行的主要能量，機械設備的結(jié)構復雜，許多因素都會對設備的動能造成影響，產(chǎn)生了能量的消耗。為了減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，在機械設計的過程中，著重減小設備構件之間的摩擦力，降低機械設備運行過程中能量的損耗，通過這樣的方式，來實現(xiàn)機械設備的節(jié)能設計。在實際的設計過程中，可以從以下幾個方面入手，減少設備對能源的需求，首先，對設備的各種配件進行檢查，保證配件之間運行的默契程度，保證配件的精確度與設計精度充分吻合，減少運行問題的發(fā)生;其次，要在配件的材料上下功夫，選擇性能優(yōu)良的材料來制作各種構件;最后，要對機械設備的啟停程序進行優(yōu)化，通過上述方式，可以實現(xiàn)機械設備對能源的消耗，達到預期的設計目標。

2機械設計節(jié)能原理的運用

摘要：在分析研究國內(nèi)機械原理課程設計教學現(xiàn)狀的基礎上，結(jié)合本校的實際教學，對現(xiàn)有教學方式及存在的設計題目類型單一、手段落后、周期短時間緊、模仿設計以及缺乏團隊合作等問題進行了分析討論，歸納了主要的教學改革方法和內(nèi)容。文章最后從師資隊伍要求和學生成績評定兩個方面對教學改革工作做了進一步分析和探討。

關鍵詞：機械原理；課程設計；教學改革；綜述

一、概述

機械原理課程設計是高等院校機械類及近機類專業(yè)的一個重要教學實踐環(huán)節(jié)，是學生第一次較全面機械設計方面的初步訓練，為學生從事機械產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新設計打下必要的基礎。其核心是對機器的機械系統(tǒng)方案和機構方案進行設計，直接決定機械系統(tǒng)設計的質(zhì)量，是機械設計中最具有創(chuàng)新力的地方[1-2]。本課程設計的內(nèi)容主要包括兩個部分：第一部分為機械系統(tǒng)的運動方案設計，要求學生對常用機構進行組合或創(chuàng)新設計，實現(xiàn)簡單機械系統(tǒng)的功能需求；第二部分為機構尺度綜合，對機械系統(tǒng)中指定機構進行運動分析和動態(tài)靜力分析[3-4]。在大量查閱國內(nèi)公開發(fā)表的機械原理課程設計教學改革論文的基礎上，對現(xiàn)有的教學方法及改革成果進行了匯總，對其中比較有代表性的成果進行了梳理、歸納和探討，拋磚引玉，為大家開展相關教學改革提供有益的參考和借鑒，以期達到提高教學質(zhì)量、更好地培養(yǎng)適應新時代國家和社會發(fā)展需求的創(chuàng)新型工程人才的目標。

二、國內(nèi)現(xiàn)狀及存在的不足

（一）現(xiàn)狀。從現(xiàn)有的國內(nèi)資料和我?，F(xiàn)狀來看，機械原理課程設計的時長一般為1-2周，大多安排在機械原理理論課程教學的學期末集中進行。傳統(tǒng)的教學方式主要為：在課程設計開始時，教師對設計內(nèi)容進行集中講解，布置設計任務及要求，下達設計任務書；學生參照指導書進行機構組合，擬定運動循環(huán)圖，按照要求進行相關的設計計算；利用解析法對機構進行運動分析及尺寸設計，并利用計算機編程得到運動分析結(jié)果；最后畫出功能系統(tǒng)圖和機構運動簡圖、并利用圖解法對一些構件如凸輪等進行設計；簡單答辯后上交設計資料，教師評分。在整個實踐環(huán)節(jié)實施過程中，教師主要負責解答學生遇到的一些問題和督促檢查學生的設計進度，學生按步驟和程序進行設計。這種傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，在歷史上曾發(fā)揮過重要作用[5]，但隨著產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和對創(chuàng)新型工程人才需求的提升，已不能適應社會的需求。（二）存在的不足。1.設計題目類型單一陳舊教師根據(jù)指導書指定設計題目，多為一些加工型機械或者機床類設備的主傳動機構[3-4]，多數(shù)情況下一個班甚至全年級共用幾個題目，同一個題目之間只是設計參數(shù)略有不同。傳統(tǒng)的題目主要有：牛頭刨床[6]、平板印刷機和壓力機等，上述題目有部分和學生實際生活完全脫節(jié)[3]、有部分是已淘汰或即將被淘汰的機械，題目類型單一陳舊[1-5，7-11]，學生創(chuàng)新性設計的空間較少，積極性不強[2，9]。由于設計題目比較成熟[3-4]，多年不變[12]，在學生之間甚至網(wǎng)絡上都有很多現(xiàn)成的資料可供參考，不可避免出現(xiàn)雷同或抄襲現(xiàn)象[6-7，13]。其設計思路和模式比較程式化，僅通過對指導書翻書查表[3-4]，按部就班地就可以完成設計任務。2.設計手段落后，缺乏設計驗證環(huán)節(jié)對于機構運動尺寸確定、機構運動分析及動力分析等方面的設計，學生仍然采用圖解法或解析法[3-5，9-10，13-15]。為了避免抄襲，大多仍用手工繪圖和手寫設計說明書的形式，設計手段落后[8，11，14-15]。圖解法精度太低已不能滿足現(xiàn)代機械設計要求[14]，解析法對學生的理論分析要求比較高，并需要借助計算機編程進行分析[14，16]，手工繪圖和理論推導花費學生大量的時間和精力，關鍵還缺少最重要的環(huán)節(jié)———利用現(xiàn)代設計手段對設計方案進行可行性驗證和分析[9]，造成學生對設計質(zhì)量好壞沒有清晰、定量的標準，不利于培養(yǎng)學生全局觀和整體意識。3.模仿設計/參考設計，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力本實踐環(huán)節(jié)的核心是機械系統(tǒng)方案和機構方案設計，由于已有現(xiàn)成的教師或者指導書推薦的機構形式及其組合，學生所需做的工作就是按照自己的參數(shù)進行簡單修改，屬于一種系統(tǒng)方案和機構方案已定的模仿設計[4，8]或參考設計[2]。在整個設計過程中，受已有設計方案潛移默化地影響，思維模式被固化，很難鍛煉學生的系統(tǒng)設計能力和創(chuàng)新設計能力。4.設計周期短時間緊，學生沒有足夠的時間反復思考完成設計創(chuàng)造性設計工作是一項艱苦的腦力勞動過程，不可能一蹴而就，需不斷地反復思考修改[2]。所以設計需要足夠多的時間去查資料、構思及修改，反復應用理論知識以及現(xiàn)代設計手段進行設計、評價和驗證。而課程設計工作集中安排在1-2周內(nèi)完成，要在這么短的時間段內(nèi)完成各項設計任務本來就非常困難[3-4，7，10，13，17]，有時學生還需要準備課程的復習考試，因此他們不可避免會壓縮最重要也是最具創(chuàng)新性的方案構思和機構選型等方面的定性分析工作，使課程設計內(nèi)容明顯縮水[3，7]。5.單打獨斗為主，缺乏團隊協(xié)作精神在國內(nèi)現(xiàn)有的教育教學模式下，在大學四年里，許多高校學生不管是完成課程作業(yè)還是做課程設計、畢業(yè)設計，幾乎都是單打獨斗，普遍缺乏團隊協(xié)作、溝通交流能力方面的有效培養(yǎng)和訓練[5]。

摘要：機械設計作為機械工程領域的重要組成部分，其工作質(zhì)量至關重要，不僅關系到機械制造企業(yè)的工作效益，還決定著機械產(chǎn)品的性能。因此，在機械設計工作中，我們不僅要牢牢遵循機械設計的基本原理，還要兼顧當今社會發(fā)展所倡導的節(jié)能環(huán)保要求。從機械設計的基本原理入手，就其節(jié)能設計要點做了深入分析。

關鍵詞：機械設計；節(jié)能；環(huán)保；原理

隨著時代的發(fā)展，生態(tài)問題與能源危機日益嚴峻，極大影響了人們生活與生產(chǎn)，在這種時代背景下，節(jié)約能源、保護環(huán)境已成為全球共識。機械生產(chǎn)作為社會發(fā)展中不可或缺的產(chǎn)業(yè)，節(jié)能環(huán)保問題不容忽視。機械設計作為機械工程領域的第一工序，其在產(chǎn)品設計中除了考慮產(chǎn)品性能、質(zhì)量外，更要注重設備的節(jié)能型，盡可能的節(jié)省資源浪費，避免因為設備不具備節(jié)能性能而造成大量材料的浪費。文章從機械設計節(jié)能的原理入手，從實際出發(fā)通過能量分析提出了機械設計的節(jié)能方法。

1機械設計節(jié)能的重要性

我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)與西方國家相比，有著起步晚、起點低的特征，但伴隨改革開放以來國內(nèi)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，機械生產(chǎn)行業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展，在國家經(jīng)濟中占有重要地位。機械設計作為機械工程領域的重要組成部分，其對機械工程有著很大影響，近幾年來，受到國家節(jié)能減排、保護環(huán)境政策的影響，機械設計節(jié)能工作的開展已成為不可逆的趨勢，在這種時代背景下，要求機械設計人員充分考慮各種因素，除了保證機械產(chǎn)品的最初性能外，更要做好節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟性要求，我們首先要對這些內(nèi)容分析和整理，正確認識這些環(huán)節(jié)的工作要求。因此，在機械設計的時候，我們要對設備的配合及應用更加注意，力求機械設計在保持正常運轉(zhuǎn)的時候，盡可能的降低能量損耗，從而讓機械設計達到當前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

2機械設計的節(jié)能原理

摘要：隨著我國社會不斷的加強建設，對我國的能源消耗需求也不斷增大。這同時使得我國機械制造行業(yè)得到飛速的發(fā)展，機械設備的使用能夠幫助人們解決一些高難度的生產(chǎn)，同時使用機械來代替人力能夠有效的加速產(chǎn)品的生產(chǎn)促進經(jīng)濟發(fā)展，同時也解放了生產(chǎn)力。所以機械設備的推陳出新是十分重要的，高效率的機械能夠很好的帶動社會經(jīng)濟的發(fā)展。本文主要從機械設計節(jié)能基本原理的分析和應用進行探討。

關鍵詞：機械設計;節(jié)能;分析和應用

社會不斷的發(fā)展，機械設備不斷的更新。機械行業(yè)的發(fā)展正處于飛速發(fā)展的時代，機械行業(yè)是現(xiàn)代社會中的新寵兒。但是在機械行業(yè)中也存在著很大的競爭，機械的成本，機械的質(zhì)量和機械的工作能力對需求者來說都是關注的熱點。能創(chuàng)新出新的機械的發(fā)明，能夠有效的節(jié)約能源和保護環(huán)境對于機械企業(yè)來說也是非常重要的。在現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的理念下，能的機械能夠獲得國家和社會的不斷支持。

1機械設計節(jié)能背景和基本原理

1.1機械設計節(jié)能背景。隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展與高速的經(jīng)濟貿(mào)易交流，我國迎來了許許多多的挑戰(zhàn)和機遇。這對我國的經(jīng)濟發(fā)展來說起著積極的促進作用，但同時一些國外的先進設備也流入我國，對我國的現(xiàn)有的一些機械行業(yè)和相關企業(yè)發(fā)展都存在著巨大挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)促進了我國的機械設計發(fā)展，各種新型設備不斷更新，各個新技術不斷的出現(xiàn)。促進了我國的經(jīng)濟發(fā)展。機械節(jié)能設計，我國從很早就提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于環(huán)境和資源的開采都必須要有節(jié)制的開采，要從長遠的角度去看待資源問題。不能過度的開發(fā)資源，導致生態(tài)破壞。所以在這可持續(xù)發(fā)展的理念的指導下，促進了機械設計技能的發(fā)展。1.2機械節(jié)能設計的基本原理。機械節(jié)能設計是從機械的各個層面出發(fā)，對機械的組成部件和運轉(zhuǎn)原理以及能量傳送等進行合理的設計，以達到使用目的。機械的前期設計準備階段時機械工程中的重要組成部分，設計對于機械來說決定了機械產(chǎn)品的使用原理和使用性能及外觀。機械在使用中存在著巨大的能源消耗和污染排放，人們?yōu)榱撕芎玫慕鉀Q這一問題保護環(huán)境減少機械排放，對機械節(jié)能設計重視了起來。機械技能設計的基本原理是對機械的工作效率，機械的運轉(zhuǎn)效率，所需能量通過合理的設計進行一個整合。運用相關的先進的科技來達到節(jié)能目標。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念。

2機械設計節(jié)能基本原理的應用

1機械設計節(jié)能基本原理的分析

機械設備在工作的過程中，機械工作的損失功率以及有效功率之和就是能源消耗的功率。按照機械守恒原理，我們能夠推導出以下公式:NM=NSF+NCF+NR+dT/dt其中，NSF指的是其他作用力消耗的功率;NCF指的是有勢力所消耗的功率;NR表示的是無用功率;dT/dt指的是系統(tǒng)動能的變化率;NM指的是機械輸入的總功率。通過對該公式進行分析，可以得出機械設計節(jié)能基本原理如下:1．1減小機械勢能的變化范圍。由上述公式可知，系統(tǒng)勢能會對有勢力所消耗的功率造成一定的影響，當機械設備在工作的過程中，系統(tǒng)勢能一定會出現(xiàn)變化，在變化的過程中，會有一些勢能沒有得到有效應用的，這就會提高機械設備的有勢力消耗，從而增加機械設備的能源消耗。因此，在進行機械設計時，需要減小機械勢能的變化的范圍，以此來降低有勢力所消耗的功率，從而設計出節(jié)能的機械設備。1．2減少機械動能。動能是機械進行工作的最關鍵部分，一般來說，能源消耗就是在轉(zhuǎn)變成有效動能時產(chǎn)生的，在進行和動能有關機械的設計中，有很多影響動能的因素，比如:零件的材質(zhì)和制作的精確程度、機械設備的啟動和停止頻率等。因此，要想使機械設備具有更好的節(jié)能減排效果，就要減少機械設備生產(chǎn)和工作中的制動作用力以及摩擦力，增加機械設備有效動能的轉(zhuǎn)化。比如，選用新型的材料進行機械設備的生產(chǎn)、降低機械設備啟動和停止的頻率等。1．3減少無用功。機械設備在工作的過程中，會產(chǎn)生非常多的無用功，這些無用功會造成大量的能源消耗。比如，機械設備的工作表面和物體之間以及零件之間，都會產(chǎn)生一定的摩擦力，摩擦力做功會產(chǎn)生非常多的熱量，這些熱量就是無用功。另外，有些機械設備的部件會出現(xiàn)塑性或者彈性變形，這些變形就是由無用功引起的。因此，在進行機械設計時，需要降低機械設備的產(chǎn)生的無用功，從而減少機械設備的能源消耗，達到節(jié)能減排的目的［1］。

2機械設計節(jié)能基本原理的應用

2．1在升降機械方面的應用。升降機械主要是應用鏈條或者大壓力容器移動升降設備，進行高空維修或者高空作業(yè)。在實際的工作中，升降機械需要非常大的動力能量才能將升降設備送到需要的高度。觀察升降機械工作的過程可以看出，升降機械需要消耗很大的功率，從而產(chǎn)生非常大的無用功，亟需采取相應的節(jié)能措施。因此，需要根據(jù)機械設計節(jié)能，再結(jié)合電梯的設計原理進行升降機械的設計和優(yōu)化，以此來降低升降機械的能源浪費以及能源消耗。比如，當升降機械與曳引驅(qū)動機構保持一致的速度進行同等質(zhì)量貨物的提升時，曳引驅(qū)動機構可以有效維持升降機械的平衡，降低提升貨物過程中造成的能源損耗，確保升降機械的系統(tǒng)勢能維持常量或者在最小的范圍內(nèi)變化。2．2在機械加工設備方面的應用。機械加工設備在生活中的應用非常廣泛，機械加工設備在工作時消耗的能源也非常多，因此，機械加工設備也要采取一定的節(jié)能措施。比如，牛頭刨床，這種機械加工設備是依靠一個質(zhì)量比較大的主軸來進行操作的，這個主軸可以確保設備的穩(wěn)定運行，要想節(jié)約該設備的能耗，就要降低設備的輸入功率，應用機械設計節(jié)能的基本原理，在該設備的基礎上增加一個慣量比較大的飛輪，以此來降低設備主軸的速度變化，從而提升機械加工設備的功率，節(jié)約能耗。另外，在進行桌椅、衣櫥或者電腦等生活設備的加工時，可以采用電腦機械化來進行加工生產(chǎn)，減少沖壓以及焊接等設備的應用，以此來降低機械加工設備生產(chǎn)時造成的資源浪費。2．3在大型壓路機上的應用。大型壓路機是由三邊弧形的前沖擊輪以及后沖擊輪所組成的，沖擊輪的勢能是按照周期函數(shù)來呈現(xiàn)的，具有很大的變化空間以及變化范圍。因此，根據(jù)機械設計節(jié)能的基本原理可知，要想使大型壓路機節(jié)能，就要縮小大型壓路機系統(tǒng)勢能的變化范圍，當大型壓路機前沖擊輪以及后沖擊輪的勢能出相位達到一定的條件時，系統(tǒng)勢能就會在最小的范圍內(nèi)變化。另外，還可以將重心最低時候的沖擊輪勢能變化減小到最小的區(qū)間內(nèi)，這個區(qū)間越小，大型壓路機的節(jié)能效果就越好［2］。

3結(jié)語

綜上所述，機械設備的設計中亟需進行節(jié)能設計。分析可得，通過對機械設計節(jié)能基本原理的分析與應用可知，機械制造企業(yè)要將節(jié)能基本原理作為依據(jù)，通過改變機械勢能、動能以及無用功的方式進行節(jié)能設計，降低機械生產(chǎn)和工作中的能耗，真正實現(xiàn)節(jié)能減排，提高機械制造企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，從而提高機械制造業(yè)的發(fā)展。希望本文的研究可以幫助機械制造企業(yè)意識到節(jié)能的重要性。

一引言

為進一步促進我國工程教育的深化改革，加快建設我國向工程教育強國的轉(zhuǎn)變，更好地推進我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的升級，2017年，教育部提出了新工科建設[1]。建設與發(fā)展新工科成為我國由制造強國向創(chuàng)造強國發(fā)展的必然要求，高校培養(yǎng)新工科人才對當今社會新經(jīng)濟發(fā)展有重要戰(zhàn)略意義。大學生是實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的人才儲備，新工科人才的培養(yǎng)是當今社會對高等學校的迫切要求，也是高校義不容辭的職責[2]。

二機械原理課程地位

機械原理課程是機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術基本課程，其知識面更寬、適用性更廣、更接近工程實際，在培養(yǎng)新工科人才中將起到不可或缺的重要作用。本課程研究的內(nèi)容主要包括機構結(jié)構分析的基本知識、機構的運動分析、機器動力學、常用機構的分析與設計和機械系統(tǒng)的方案設計等問題[3]。通過本課程的學習，使學生掌握各種機構中的一些共性問題，理解基本原理，并初步具有設計機械系統(tǒng)方案的能力。本課程的學習為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習打好理論基礎，為機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計打下良好基礎，為機械的合理使用和革新改造打下良好基礎。本課程在創(chuàng)新機械所需的知識結(jié)構中占有核心地位，在高層次的人才培養(yǎng)中具有提升學生對機械新產(chǎn)品的開發(fā)和創(chuàng)新能力的作用[4]。

三實驗教學現(xiàn)狀

機械原理實驗教學是機械原理課程整個教學過程中的一個重要部分，是學生將機械的理論知識與工程實際相結(jié)合的必要手段，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)起著關鍵作用[5]。但是，目前的實驗教學存在一定的問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。（一）考核方式不完善。傳統(tǒng)的機械原理實驗教學一般是作為理論教學的輔助手段，大多依托于相應的理論課程。對實驗教學的考核也是依托于課程成績，沒有單獨的考核成績，只是作為最終課程考核成績的一小部分，一般占10%左右。實驗考核大多以實驗報告完成情況作為評分依據(jù)，很難體現(xiàn)出學生對知識的掌握程度。因此教師更加注重學生對課堂理論知識的掌握和理解，對實驗教學的重視程度不夠；學生為了應對課程考試，也僅僅是注重對理論知識的學習，對實驗課程學習的重視程度也不夠。這嚴重阻滯了學生工程實踐能力的培養(yǎng)，對學生的培養(yǎng)極為不利。（二）實驗教學模式滯后。傳統(tǒng)的機械原理實驗缺乏系統(tǒng)性，沒有形成一個完整的實驗教學體系[6]。實驗教學的基本要求僅僅停留在學生加深對理論知識的理解以及對課堂上所學理論知識的驗證，沒有發(fā)揮實驗教學的真正作用。在實驗的開設過程中，往往以教師的講解為主，學生很少思考，對實驗的原理和儀器的測試方法處于一知半解，甚至完全不懂的狀態(tài)，不主動參與實驗，做實驗的積極性不高，只是照本宣科的按照實驗指導書的步驟和方法進行，不能充分發(fā)揮學生作為實驗課堂的主體作用。這種實驗的開設對學生自身的鍛煉意義不大，學生只是為了完成任務，不能真正參與其中，實踐動手能力差，不能滿足當今社會對人才培養(yǎng)的要求。這些實驗的開設沒有體現(xiàn)實驗課程對學生創(chuàng)新能力發(fā)展的價值，只是加深了對理論知識的理解。（三）實驗手段簡單。傳統(tǒng)的機械原理實驗中，實驗手段比較簡單，主要以認知性和驗證性試驗為主，綜合設計性實驗沒有發(fā)揮作用[7]。例如機構結(jié)構創(chuàng)新設計實驗，學生沒有設計思路，為了應付實驗，搭建的機構過于簡單，而且完全按照書上已有的模型進行搭建，沒有自己的思考。這種實驗由于學時有限，沒有獲得充分的重視。但這種實驗恰恰是最能鍛煉學生的，培養(yǎng)學生如何根據(jù)所學知識解決現(xiàn)實生活中遇到問題的能力，能夠充分發(fā)揮學生的主觀作用，有理論教學不可替代的作用。