对《机械设计课程设计》的一次数字化教改实践与分析

张敏　唐利芹　鹿新建　黄辉祥

摘 要：在《机械设计课程设计》中引入综合性、系统性的数字化设计理念并进行了教改实践，请校内专家与企业专家参与了设计成果答辩，获得了校内外专家的好评，该教改对学生的设计能力、团队协作、工程思想与解决问题的能力提升很大，课程的教学效果得到提升。

关键词：数字化；机械设计基础课程设计；教改

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.211

0 前言

《机械设计课程设计》是在《机械设计》课程以后的一个实践性教学环节，其目的是对学生所学的理论课进行一次综合的全面的工程訓练，是全面掌握机械设计能力的重要步骤。课程设计的目标包括提升学生应用知识、选择方案、解决问题与进程规划等方面的能力。

作者所在学校的《机械设计课程设计》具有详细的流程与要求：通过2周的时间，完成二级减速器纸质版设计说明书的撰写与包括齿轮、低速轴和总装配图共3张零件图的绘制，最终完成设计成果答辩。尽管很多学校针对本课程有过不少数字化，尤其是图纸数字化方面的教改尝试，但综合性、系统性的数字化尝试，引入团队协作、有限元、工艺分析、成本分析、校内外专家共同答辩，可以预见对本课程的提升更大，因此，在本课程中进行了一次综合性、系统性的数字化尝试。

1 《机械设计课程设计》的数字化教改内容与实践

首先，向开始课程设计的学生介绍了数字化教改尝试的内容，并提出了完成设计的目标与要求，目标与要求包括数字版设计说明书、三维图纸、三维图纸转化修改而成的二维图纸、有限元受力分析、各个零件与装配的工艺与成本分析、校内外专家答辩与针对答辩进行修改方面的内容。4位同学组成了设计小组，协作完成本课程设计。

学生在课程设计的进行中，逐渐熟悉了三维软件的应用之后，很开心，加班加点，既加深了软件的应用，又更进一步理解课程设计的意义，对二级减速器的尺寸设计理解更到位。当尺寸不对，装配后软件系统会进行干涉检查并提醒。学生还不断互相交流沟通，分配各自的工作并互相衔接与写作。因为这4位同学的三维绘制，同班同学会相互观看，他们用三维软件制作出来的图纸供其他同学参考，使其他同学更加理解二级减速器的结构，又加绘了局部放大图。此外，还请校内教师进行有限元力建模与分析指导，学生领悟很多。

2 设计成果的校内外专家答辩意见

设计成果答辩中，校内外专家都积极评价了这种创新性的数字化教改实践，认为这种综合性、系统性的数字化设计的理念有利于提升学生的设计能力、团队协作、工程思想与解决问题的能力。针对设计说明书与图纸，校内外专家的提问与意见内容有明显特性与区别：

（1）校内专家关注点主要集中在流程与方法的合理性与正确性方面，具体包括：团队协作中，4位同学如何进行的协作与任务分配；在二级减速器设计阶段的两级传动比的分配，各个参数的选取与计算；在有限元分析方面，怎么施加的载荷与约束，方法是否合理；在三维模型方面，模型的可动性以及是否互相干涉；在图纸方面是否符合制图规范。（2）校外专家的关注点不同于校内专家对整个过程的把握，更为具体与细致：设计的合理性方面，如筋太弱、箱体厚度8mm最好改为15-20mm、轴承压盖与箱体之间加启盖螺钉、档油环上要加甩油用齿、轴肩偏小、齿轮做成减重结构、定位销偏长、轴入轴齿轮可以做成齿轮轴、齿轮到箱体臂距离太小、启盖螺钉上小孔多余等；工艺方面，如铸造工艺结构的铸造圆角和拨模斜度、轴承压盖处增加一个注油孔、轴承压盖上的螺栓应该是全螺纹螺栓、轴端加顶尖孔、安装孔处加锪平孔；图纸规范性方面如箱体箱盖上都没圆角、装配基准不对、材料牌号没有、定位销一定要有公差、油尺剖切位置不对、零件图中尺寸要圆整等。

企业专家关注的问题都是具体的，设计、结构、工艺或图纸方面的问题，通过改进这些问题，能让这个二级减速器更容易生产、装配与使用，如轴承压盖处增加一个注油孔在现用的课程指导书中是没有的；但企业专家意见和现有课程指导书有部分矛盾，如箱体厚度和键长都是根据指导书经验公式算出的，这表明了现有经验公式与企业习惯的区别。

3 关于本次数字化教改实践与分析

在整个设计与答辩过程中，学生、上课教师与答辩专家均对本次数字化教改实践满意，这种综合性、系统性的，引入三维图纸、有限元分析与专家答辩的课程设计有助于提升学生应用知识、选择方案、解决问题与进程规划等方面的能力，具体包括：

（1）学生能充分意识到进行数字化课程设计的优势并积极参与到整个过程：参与到教材的4位同学能认识到自己在整个过程中可以获得较大的能力提升，进而积极参与到整个过程中去，最终克服设计计算、软件操作、成本分析等方面的困难，完成设计。（2）能充分调动学生的各种综合知识，有利于培养学生的实践与工程思维：不同于传统纯手工画图停留在二维阶段，对各个结构都是修改参数、照搬照抄，4位同学在设计与建模中对结构、运动、功能等必须进行更深入的理解与分析，运用工艺、材料等知识进行理解和设计。（3）充分锻炼学生的团队写作能力：由于零件多，工作量大，4位同学需要分别完成个零件的建模并最终完成装配，满足尺寸配合要求，此外，前期的设计部分与后续的有限元分析也锻炼了协作与沟通能力。

4 结束语

《机械设计课程设计》中进行了综合性、系统性的教改实践，更好的完成了课程对培养学生应用知识、选择方案、解决问题与进程规划能力的要求，获得了校内外专家与参与学生的好评，在后续教学中可以获得进一步采用。

参考文献：

[1]王建，李钢.基于OBE的机械设计类课程设计“1234”模式探索[J].教育教学论坛，2019（09）：200-202.

[2]沈秋红，陈青.我国地方工科高校《机械设计课程设计》实践教学研究[J].中国农机化学报，2019，40（01）：215-218+230.

[3]姜魏梁，石怡.理实结合的机械设计课程设计教学改革与研究[J].课程教育研究，2019（02）：56-57.

基金项目：本文系南京工程学院高层次引进人才科研启动基金（YKJ201701）、南京工程学院校级教改项目（JG201711）与江苏省青蓝工程优秀教学团队资助的研究成果。

作者简介：张敏（1983-），男，河南商丘人，博士，讲师，研究方向：先进制造技术、特种加工、电火花加工、电弧加工。