基于赛教融合的机械设计基础课程实践

摘要：机械设计课程是高职院校大一学生机械类专业的基础课，学好机械设计基础课程对后续至关重要。通过i入机械创新设计大赛，旨在培养学生的实践动手能力，激发学生的创新思维，提高人才培养质量。

关键词：高职院校;机械设计;慧鱼模型

中图分类号：G420 文献标识码：A

机械设计基础课程是理论和实践都较强的课程，高职学生由于自身学习积极性等原因使得学生学不进，学生对抽象的理论、概念不感兴趣，而更倾向于具体的操作。因而，在机械设计课程教学中引入机械创新设计大赛（慧鱼组），学生通过搭建各种各样的模型，使得学生的参与感和获得感都增强了，有助于培养学生的实践能力，提高教学效果。

1机械设计基础课程教学现状

在高职院校机械设计基础教学中，老师大多是讲授式为主，学生被动地接受知识。而高职学生本身基础薄弱，学习积极性不高，学习态度不够端正，使得教学效果欠佳。为了提高教学质量，引入机械创新设计大赛（慧鱼组），学生能够组装各种各样的模型，学生有了动手的机会，学生的综合能力得到较大的提高。通过学生不断的打磨、组装、调试到最后出成品，然后参加大赛，如果能获奖，对学生来说也是一个莫大的荣誉。在组装模型的过程中，通过这一系列的实践过程，学生在理论与实践的结合中，体会到了机械设计基础课程的意义。

2机械创新设计大赛产品展示

2.1烘存一体智能升降衣橱模块

如今，随着人口老龄化的加剧，老年人在家中的生活能否自理成为当下的热点，为了更好地帮助老年人的正常起居，尤其是年龄较高的记忆力较差、身体不便的老年人，设计了一款烘存一体智能衣柜。

烘存一体智能升降衣橱模块有两大部分组成：升降折叠储物模块和烘存一体功能模块，主要的功能是辅助老人起居，其结构如图1所示。其中，升降折叠储物模块上面存放的是被褥、换季衣物等不经常使用的物品，而它的右下两储物格存放的是经常存取的衣物。左下方是梳妆台，方便化妆打理。并且对顶层的每个储物格都单独通过控制面板进行处理，需要找什么衣物只需按下按钮即可，如图2所示。当顶层储物格下降时，下面的两储物格会往里收缩。

对于顶层储物格下降动作，采用的是齿轮齿条机构来实现，特点是传动平稳，动作可靠。对于顶层储物格下降之后，每个小储物格要弹出才能存取衣物，这个动作是靠气动活塞缸来实现，动作灵活可靠。

在升降折叠储物模块中，考虑到房屋空间的合理布局和生活的便捷，设计了一款折叠式梳妆台。如图3所示，它具有占地面积小、结构简单实用等优点。

此外，在升降折叠储物模块上部，附带有智能穿衣提醒功能，它使用了一款安装在室外的传感器，传感器将探测的温度数据反馈给衣橱控制系统，程序就会点亮对应衣物的指示灯，提醒穿衣者穿合适的衣服，如图4所示。

第二大模块就是烘存一体模块，该模块可以对衣物在一定的温度范围内进行烘干，烘干后通过丝杠传动把衣物存入衣橱内。图5是烘存一体模块整体图，左边是存储区域，用于储存烘干好的衣物，右边是烘干区域，用于对未干的衣物烘干，烘干机采用电加热方式，烘干机内置温度传感器实时监控烘干机内温度，保证烘干机在合适的温度范围。图6是回转式转台烘干机，它能把悬挂在回转台两边的衣物通过旋转台旋转，从而对衣物加热。为了将烘干机内的衣物自动收进衣橱内，设计了四活节链抓取机构，如图7所示，对衣物抓取存放，此种结构稳定、动作可靠。

2.2智能分拣包装集成库

随着现代物流企业的发展，仓库中堆积的货物越来越多，对货物的管理已成为物流企业的一个难题。本项目设计了一款智能分拣包装集成库模型，它可以实现货物的分类、筛检、包装和入库于一体。

智能分拣包装集成库模型主要包括货物输送线、包装盒输送线、机械抓取臂、入库臺、入库巷道堆垛机、高架仓、微机控制器等几个部分组成。整体结构图如下图8所示。

货物输送线主要由电机、履带光敏传感器和摄像头等组成。电机旋转带动履带运转，物料被运送至履带末端，当被光敏传感器识别到时，履带停止转动，如图9所示。履带上方装有摄像头，用来识别物料的颜色，对物料进行分类。如下图10所示。在侧面装有一剔除装置，用于对不合尺寸要求的货物进行剔除，以达到筛选货物的目的，剔除装置时由一个直流电机带动刚性齿条来实现的。最终把需要包装的货物运送到指定位置。

在传送带的另一侧有一包装盒输送线，主要由电机、光敏传感器、气缸和斜坡组成。当物料在运输传送带上被识别时，控制器控制气缸中的推杆推动物料盒下滑到运输台，同时电机工作将空置的物料盒运送到指定的区域，等待下一步的工作。其结构如图12所示。

机械抓取臂主要由机械抓手和入库台组成。机械抓手由三个电机和一个齿轮齿条等机构组成，能实现机械抓手90°旋转。当物料停止在传送带时，摄像头识别到物料，机械抓手旋转到物料上方，抓手下降夹取物料，然后旋转放置到空物料盒中。其结构如图13所示。

入库台是由一个平板和一个推手机构等组成，当机械抓手抓取装有物料的包装盒放入到入库台时，电机工作驱使机械推手工作，使货物运输到巷道堆垛机上。其结构如图14所示。

入库巷道堆垛机主要由蜗轮蜗杆机构和电动机等结构组成，入库巷道堆垛机通过水平和竖直的蜗轮蜗杆机构来进行左右和上下移动，从而进行存取货物，具有作业方便、工作效率高等优点。入库巷道堆垛机分取货模块和存货模块，入库巷道机上的微动开关在编码电机运转时发送信号至微机控制器，以此来精确控制电机工作的时间。其结构如图15所示。

高架仓是用于存储货物的钢结构单元格，在单元格内存放托盘。把高架仓设计成可以随需求拓展存储空间，每个仓位纵向设计成V字形，可以有效增加入库位置的容错率。每一列仓位所存储的货物种类都是相同的，并且设有指示系统，方便人员观测货物存取状态。

以上两个模块是学生通过在实验室拼搭而来的，通过这样的拼搭，学生能更好地理解机械机构和机械原理，提高课堂教学效果。

3课程反思

通过机械创新设计（慧鱼组）平台，学生搭建各种模型，对机械设计课程中的一些常见机构（齿轮机构、蜗杆机构、凸轮机构、带传动等）有了更加深入的理解，可以运用知识，学生不再只是被动地接受知识，这样学生对这门课的掌握会更好。

此外，学生把做出的作品拿去参赛，在这个参赛过程中，学生的动手能力、信息收集能力、语言表达能力、文字书写能力、理解能力、综合素质等得到全面提升。

4结论

（1）通过参加机械创新设计比赛，增强学生的学习积极性，锻炼他们的动手能力，有助于激发他们的学习兴趣。

（2）通过参加各类竞赛，有助于培养学生的竞争意识和忧患意识，使学生更好地适应社会和对人才的要求。

作者简介：罗浩林（1988— ），男，硕士，初级，主要从事机械基础课程教学工作。