机械设计课程设计范文

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2.《机械设计》课程设计中的设计指导

2.1设计理念的解读

根据学生的实际情况，讲解设计的理念使学生理解何谓设计，然后学生在此次课程设计中才有可能按此理念去设计、去实践。故切合学生的心态，恰当的解读是很重要的。2.1.1首先，设计必须结合实际，不能脱离实际而设计由于学生从学校到学校，机械工程、设计实践的机会很少，什么叫“结合实际”，他们自己不好理解。虽然当前是课程设计，但作为老师，教学活动不应局限于此，既要着手于当下的设计，更重要的必须立足于未来，从为培养未来工程师的角度来考虑。

2.1.1.1选题方面，必须具有实际意义、具有应用性，不能脱离实际；本次课程设计中，题目是确定的。不久的将来，学生们会参加工作，若做设计性的工作，如果选题方面已定，不必说了；倘若是自主选题、或根据用户要求定课题，则应知道选题的原则和注意事项。需要慎重考虑设计题目是否合适，是否符合用户要求、是否符合国家环保要求、或至少不违背相关的法律、法规等（例如至少不能损害公众利益等）。

2.1.1.2课题的设计、制造等环节必须考虑实际实施，具有合理性、可行性，最好方便实现。此项内容涉及的环节因素很多，从思考角度方面：一方面是用户，站到用户立场考虑，尽量满足用户的需求；另一方面，对生产制造方而言，方便实施。应考虑的因素很多，但结合学生的情况，不宜要求太多，讲得太多，否则学生很难把握，只就目前较易理解和接受的来讲和要求。以设计时选材为例：一般用户希望产品价格低，机械产品零件常用金属材料，如钢、合金钢等，这些材料市场上易采购到（方便生产方），若一般碳素钢能用，就不一定要选合金钢，因为价格方面合金钢要贵一些，当然有其他考虑必须选用合金钢，则属另一种情况。如果设计选材选用昂贵材质，必然增加产品成本、使产品价格高，增加用户的经济负担。再如公差等级等方面涉及很多，从易于理解的精度等级方面给学生讲解，他们容易理解：低精度能满足实际要求，就不一定要选精度高的，例如9级齿轮就可以，就不必选8级。因为低精度易于实现、成本低。等等。

2.1.2设计与计算

课程设计中，不少同学搞不清设计和计算的关系，相当多的学生认为必须先计算，依据计算数值才能定零件参数；还有学生不管老师分配的原始参数，找来图纸资料参照就开始画图；这两种做法都有失偏颇。在设计中，要根据具体的问题来定，一般说来，设计中的一些零件是先计算，依据计算数值才能定零件参数，再具体结构设计，例如带式输送机传动装置中齿轮、轴；一些零件是参照资料（或图纸）或其他相关零件先选好，而后验算或核算，例如轴上用的滚动轴承，依据轴径先选择类型、型号，再做计算；有些零件目前无法计算，依据经验或参照类似零件直接设计、完成工作图的绘制、例如减速器箱体、箱座；一些零件，如不受载荷或载荷很小，不用计算，例如定位销。

2.1.3参考借鉴与自己设计

设计手册、设计相关资料等，是设计人员必须配备的。即使是对设计经验丰富的工程师，设计时仍需要借助手册、图册等设计相关资料，更何况是没有设计经历的同学。故设计中、继承和借鉴，参考前人的成果是正常的、也是应该的，依据设计手册、相关资料来完成自己的设计是必须的。否则，单单靠自己，完成一项设计是不大可能的。当然，参考、参照也不是盲目照抄，而是根据自己的设计问题去参考借鉴。而且设计中，运用标准、手册、图册和有关资料，解决实际问题的能力，是工程师的一项基本技能和要求。《机械设计》课程设计其中一项任务，就是培养和锻炼这项技能。故《机械设计》课程设计中，参考借鉴是必须的，另一方面，设计时根据具体情境，做出合适的选择在设计时更为重要，这有时只涉及《机械设计》、或某一科单科知识、有时要涉及多门相关先修课程知识的综合运用，在设计中，应用学过的理论知识做出自己认为合理的选择，就也是课程设计中的一项重要内容。

2.2设计的实施指导

首次布置课程设计时，先按照上述内容，对学生的课程设计做共同指导。以后的时间里，一般高校，课程设计安排3周（或2周），教师去设计教室实地具体指导是很重要的环节。去设计教室，针对学生提出的具体问题，个例问题、普遍性的问题的答疑、讨论，使学生在设计中去体会、理解设计，进而为毕业设计打基础，也为未来的工作奠定初步的基础。有少数教师把设计题目、任务布置后，很少去实际指导或不去指导，认为借此培养学生的独立性和创新能力，此种观点不敢苟同。笔者认为，教师的身体力行对学生是非常重要的教育。结论《机械设计》课程设计是机械类学生的首次重要的设计实践。教师的指导，尤其是对设计理念的讲解、针对他们存在的误区解读，对学生非常重要，因为设计理念是设计的核心，树立正确的设计理念对课程设计乃至学生以后的设计工作，意义重大。根据学生们习惯的考试心态，恰当的解读设计理念，使他们处理好设计与计算，参考借鉴资料与自己设计的关系等。使学生理解何谓设计，从而在课程设计中按此理念去设计、去实践体会。教师在讲解设计理念时，不求面面俱到，关键是能点出学生习惯的、与设计相背的思维模式与想法。他们暂时不好理解的，可以暂且不要求，这是首次布置时教师要做的。在以后的时间，指导教师最好能去设计教室实地具体指导，这是很重要的环节。这样能适时把握学生的动态，使他们不至于偏离设计的根本理念。对学生的个例问题、普遍性的问题的答疑、讨论，能加深学生对设计思想的理解，更好地把握设计的理念，以便顺利完成课程设计，为将来的设计奠定良好的基础。

作者:王红梅 单位:山东理工大学机械工程学院

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机械设计课程设计是机械类专业和近机类专业学生在学完机械设计及同类课程后所设置的一个重要的教学实践环节，也是工科院校学生第一次较全面、规范地机械设计的应用实训环节。通过课程设计这一教学环节，力求从课程内容上、从分析问题和解决问题的方法上、从设计思想上培养学生工程设计能力。其主要目的是培养学生综合应用机械设计基础课程及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，并使所学知识得到巩固、加深和融会贯通，协调应用；使学生学习和掌握一般机械设计的基本设计方法，设计步骤，培养独立设计能力，为今后专业课程设计及毕业设计打下基础；使学生在设计中得到基本技能训练，如计算、绘图、使用相关资料（手册、图册、标准和规范等），以及正确使用经验数据、公式，等等。

为了有效利用课程设计提高学生各种能力，我们针对传统课程设计进行了一些教学改革，具体措施如下。

一、设计任务改革

1.设计题目改革。将学生分组，传统的课程设计一般一个组一个设计数据，个别学生有依赖思想，不动脑筋，仿照甚至照抄别人的设计。改革后每个组设计任务不同（如有的组要求设计直齿轮传动，有的组要求设计斜齿轮传动），组内每个学生的设计数据也略有差异，这样基本上是一人一个设计题目，但组内成员设计题类似，既杜绝学生想照搬别人的思想，又利于组内讨论和学习，通过设计每个人的水平都会上一个台阶。

2.设计内容改革。在设计题目中添加一些限制条件，如要求一级圆柱齿轮减速器两齿轮中心距在90—130之间，在设计过程中如果学生传动比分配不好就难于达到这个要求，需返回重新设计计算强调设计过程中“三边”设计理念（即边计算，边画图，边修改），也使学生形成了优化设计方案的理念。

二、设计时间安排改革

传统的课程设计一般放在机械设计课程学完后二周进行，改革后将课程设计穿插于机械设计课程教学中，将课程教学内容分为两个项目，项目一为牛头刨床机械传动系统分析，项目二为带式输送机传动装置设计。课程设计的内容就穿插于项目二中教学，增加了原来课程教学中没有的电动机选择、传动方案选择、运动和动力参数计算等部分，这样学生可以根据运动和动力参数计算的结果进行带传动、齿轮传动、轴系结构等的设计。这样使学生通过设计这个主线把所学知识串起来，感受本课程各部分内容的有机联系，从而提高学习兴趣，自觉地投入学习，避免过去经常出现课程设计做完了才明白机械设计学的是什么的情况，课程学习更有目的性。

三、设计内容的变化

传统的课程设计都是把一些定式的设计作为内容，如带式运输机传动装置中的减速器设计。改革后将项目一机械传动系统分析应用作为一个创新项目的辅助设计，对培养学生创新意识、调动学习积极性和培养创造力有很大的作用。在课程设计中机械系统运动方案、设计内容等都可以自行选定，充分发挥学生的主观能动性。如学生设计的多功能灯罩、多用厨灶、吸尘黑板刷、玩具熊猫吐泡泡等都是非常具有创意的作品。这种与社会工作相接轨的设计模式能极大培养学生分析问题解决问题的能力，学生毕业后能快速适应社会。

四、绘图方式改革

传统的课程设计一般采用手工绘图，而且零件图一般选用轴或齿轮类零件，改革后采用手工绘制装配草图，用CAD软件绘制正式装配图及零件图，而且零件图要求每组有一套完整的非标准件零件的零件图。对个别CAD软件应用有难度的学生也允许用手工绘图。

五、答辩方式改革

传统的做法是设计完毕后统一答辩，其弊端是要留出答辩的时间较多，另外答辩中的问题学生没弄清的答辩后可能也不会再去探究了。改革则采用教师在辅导过程中就提出问题，要求学生回答，作为一个过程考核，这样在设计过程中老师能利用闲暇时间了解学生掌握知识的程度，学生也能通过问题弄清设计过程中要注意的一些细节及必须掌握的知识，达到课程设计的目的。

机械设计课程设计是相对比较繁杂的，通过采取以上改革措施可以在一定程度上调动起学生的积极性，并使抄袭的现象得到有效遏制，同时也激励大家既进行竞争又加强合作，最重要的是提高了学生应用所学知识解决问题的能力。模具0811班春同学在设计小结中写道：“通过两周时间的课程设计，我从中学到了很多东西，平时课堂上教师讲的知识点在课程设计过程中我们需要认真的连成‘线’，综合起来后才能将自己的减速器完整地、正确地设计出来，远比多上几节课更让我获益的多，希望今后能够多些此类型的课程，让我们所学的知识能够有一个大综合，既可以巩固知识、增长见识，更是为今后的工作进行的实战训练，同时，也让我们拾起了即将遗忘的大一的知识，让我们真正认识到复习巩固的重要性，远比老师叮嘱几遍来得更真切实在。”模具0811班冯灵同学则说：“啊！好累！好烦！好紧张！这是我心中的感慨。每天在跟时间赛跑，与自己的耐心相对抗。我发现人的潜力是无尽的，只要你去努力，那些不可想象的事情就没有那么难了。一分付出一分收获，这两周的课程设计我过得很充实，也学了很多。”

参考文献：

［1］景华荣，杭佑庭.高职机械设计教学与创新设计能力的培养［J］.中国教育技术装备，2009，（9）：43-44.

［2］刘建华，庞姗.《机械设计课程设计》改革的探索与实践［J］.湖南农机，2011，（09）.

［3］张健，起雪梅.基于加强教学环节的“机械设计课程设计”教学改革与实践［J］.长春理工大学学报，2011，（09）.

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课程设计是工科学生从学习书本知识向模拟工程设计过渡的重要训练环节，对训练学生初步熟悉工程设计的基本方法和步骤，正确使用工具书，以及培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力等，都具有显著的效果，在教学中一直受到高度重视。《机械设计基础》课程设计在该课程理论教学结束时进行，时间一般为两周。近几年来，我在指导学生进行《机械设计基础》课程设计时，遇到了一些困难，设计进行得并不顺利。主要原因有两点：一是学生的水平参差不齐，对理论知识理解掌握的差异较大，尤其是综合应用所学知识解决问题的能力普遍较差；二是钻研精神不够，主动性差，过于依赖教师的辅导。为了改变这种状况，我对课程设计的选题、组织实施以及成绩评定等环节做了一些积极的探索，收到了良好的效果。

根据学生不同水平，设计课题分为不同层次“齿轮减速器”是《机械设计基础》课程设计长期采用的典型课题，它具有以下诸多优点：一是齿轮减速器是机械传动中常用的传动装置，也是各种机械中通用的传动装置，与课程性质相一致；二是通过这类课题的设计实践，能够使学生得到较全面的训练，较好地达到设计教学目的；三是在难易程度和设计工作量方面应变性较强，便于根据需要灵活掌握。所以，我仍然选择“齿轮减速器”作为设计课题。考虑到学生水平参差不齐，同一班级中的学生之间存在较大差距，为了使设计课题的难易程度和工作量大小与学生的水平和能力相适应，既让每个学生都能顺利地完成设计任务，又能充分发挥优秀学生的潜能，我确定了复杂程度不同、工作量不同的三类设计课题，供不同层次的学生完成。学习成绩一般或较差的学生，所要完成的设计课题是“一级直齿圆柱齿轮减速器”，其难度不大，设计工作量适中；难度和设计工作量都较大的“一级斜齿圆柱齿轮减速器”和“二级直齿圆柱齿轮减速器”两个设计课题，供学习成绩好、能力强、肯钻研的优秀学生选择。

提前布置设计任务，把课程设计融合到理论教学之中课程设计是紧接在理论教学结束后进行的。通常的做法是在课程设计开始时布置设计任务。我在辅导学生设计时发现，有不少学生对设计时所要用到的理论知识和基本方法，虽然在前面理论教学中已经学过，但此时却不会应用，有的甚至已经忘记了，辅导时很费力气，影响课程设计的顺利进行。为了改变这种状况，我采取了提前布置设计任务的做法，把课程设计融合到课程的理论教学之中。在开学初把课程设计的任务书与课程的授课计划一起发给学生（学生暂不分组），让学生从学习本课程开始，就接触设计课题，在学习理论知识的过程中逐步熟悉设计课题。把设计课题分解成带传动、齿轮传动、轴传动和轴承等四个设计模块，融入有关章节的理论教学中去，把设计课题中的理论计算，如带传动设计、齿轮传动设计计算、轴的设计等，与教材中相应的练习题结合起来，作为课外练习布置给学生课后完成。由于这些课外作业与课程设计联系紧密，学生大多十分重视，积极性很高。到进行课程设计时，设计课题中的理论计算部分已经经过了一次演练，大多数学生对设计计算的方法和步骤已经不再陌生，只需用分组后各自的原始设计数据代替前面练习时的数据，将所作过的资料（计算）进行修改、连接整理，便可以较顺利地完成设计计算说明书的编写，把主要精力和时间用于结构设计和绘图，从而使绝大多数学生都能够顺利地按时完成设计任务。

设计任务分解到人，保证每个学生都能认真投入到课程设计中去每个学生都能积极参与并有所收获，是我组织实施课程设计的指导思想。为了实现这个目标，使每个学生都能认真地投入到课程设计中去，防止少数学生偷懒，我采取了以下措施：一是分组小、任务足，每个设计小组一般为两人。小组之间的原始设计数据各不相同，并且在小组内把设计任务分解到人，小组成员之间既相互合作，又都有自己的任务，人人都必须自己动手、抓紧时间才能按时完成。二是在设计过程中，强化平时考核，每天检查各小组的设计进度，记录每个学生的出勤情况，作为评定学生设计成绩的一个方面。三是准确把握设计工作量，在给每个学生分配设计任务时，根据能力不同区别对待，既做到任务充足，又保证每个学生只要抓紧时间都能按时完成。四是指导注重培养能力，对于大多数学生，指导的重点是设计的基本方法和步骤以及如何查阅设计资料和工具书；对较差的学生则以答疑的形式进行个别辅导。

图纸必须上机绘制，进一步提高学生计算机绘图能力计算机绘图是工科学生的一项必备技能，早已纳入《机械制图》课程的教学之中。在进行《机械设计基础》课程设计时，学生已经初步掌握了计算机绘图的基本技能。因此，在课程设计期间，我将CAD/CAM机房向学生开放，要求学生所有图纸必须用AutoCAD绘制。通过实践，我觉得这样做有三点益处：一是满足了学生上机操作的愿望，有利于调动学生的积极性；二是在计算机上绘出的图纸干净整齐，避免了过去用图版绘图存在线条粗细不匀、图面难以保持干净等问题，学生把自己绘制的图纸打印出来，容易产生成就感，有利于增强学生的自信心；三是给学生提供了一次把所学的CAD绘图技能应用于设计的机会，对进一步提高学生的计算机绘图技能大有益处。

充分重视答辩环节，促进学生反思和提高学生在完成设计后，把设计资料交给教师评阅，往往只关心成绩，而不关心自己的设计存在哪些问题，应当如何改进。因而，教师的评阅环节对学生的进步没有多大帮助。为了最大限度地提高课程设计的效果，尽可能使学生多受益，我在评阅设计资料时强化了答辩环节，通常安排一个下午进行答辩，答辩时请相关教师参与，把每班分为四个答辩组，每组两位教师，负责4～5个设计小组。学生的设计成绩由两部分组成：一是答辩教师在仔细审阅学生的设计资料的基础上，结合学生的答辩情况和设计课题的难易程度给出成绩，此成绩占设计成绩的70％；另一部分是平时考核成绩，由指导教师根据学生在设计过程中的表现，如遵守作息时间情况、是否按时独立完成等评定，占设计成绩的30％。

实践表明，以上做法能够较好地适应当前绝大多数学生的实际情况，充分调动学生的积极性，设计教学的整体质量有了明显的提高。效果最为显著的有两点：一是针对每个学生的实际水平分配不同的设计任务，使每个学生都必须认真去做，避免了过去按“优带差”分组常常演变成“优代差”的弊端。学习较差的学生不得不自己去完成设计任务，也和其他学生一样得到了锻炼，看到了自己的成绩，感受到成功的快乐，有利于增强他们的自信，对他们以后的进步大有益处。二是把课程设计贯穿到课程理论教学中，体现了理论联系实际的教学原则。不仅有效地提高了课程设计的效率，而且大大激发了学生的学习热情，使学生在学习有关章节时有了明确的针对性，看到了理论的应用性，学习的积极性明显增强，真正实现了课程设计与理论教学的互相促进，有利于该课程整体教学质量的提高。

参考文献

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关键词：

NX系统；机械设计；课程设计；教学改革

随着国家推进“中国制造2025”，“互联网+”与传统制造业全面融合，制造业信息化技术不断深入制造企业，对应用型人才的要求不断提高。机械设计作为应用型高校机械方向核心专业教学科目，其课程设计是强化课堂理论教学的综合型、应用型环节，涉及多方面机械专业基础课程知识的实际应用。贴近企业现实生产需求的机械设计课程设计，将切实增强应用型高校大学生分析解决实际机械设计相关问题的实战能力，培养学生的创新意识。传统的课程设计题目所涉及的机械传动装置或结构较为简单，大部分构件在机械设计课程中已经学过。课程设计对于学生的训练要求依旧突出手工计算、尺笔绘图，难以满足制造业信息化技术时代企业对信息化应用人才的能力要求。针对上述问题我校对机械设计课程设计的教学方案进行了全面改革，制定了基于NX系统软件设计过程的机械设计课程设计教案，任务指导书，形成了机械设计课程设计教学质量检验评价标准。通过与西门子公司的深度合作，利用信息化设计制造技术克服传统课程设计的枯燥烦琐，使学生能够将有限的时间、精力侧重于课程设计任务的机构方案设计、结构优化等应用性、创造性较强的内容上，从而提高学生的学习兴趣，培养学生先进的设计理念[1，2]。

一、信息化技术在机械设计中的应用

融入制造业信息化技术的工业产品三维仿真设计制造：三维软件智能造型—>实体零部件数控机床加工—>产品组装调试，许多制造企业已实现这一生产流程。西门子NX系统软件融合了三维智能造型、二维工程图生成、虚拟装配、机构运动仿真、运动学分析、装配干涉检验及结构受力分析等智能制造技术，功能强大。制造业信息化技术的应用，提高了机械产品设计的效率，在接下来的零部件CAE分析、CAM加工过程中，智能化设计的优势更加显著，与传统机械产品设计相比，产品质量也得到了大幅度提升。智能化设计可以使得复杂的产品设计及工程问题简单化，通过设计人员的规范化管理、设计任务的合理分工，使得机械产品设计过程中团队的协同性与个人的独立性并行，基于制造业信息化技术的机械产品设计流程如图1所示。

二、借助信息化技术开展机械设计课程设计

1.课程设计选题。目前机械产品设计可以是按照市场导向、没有参照的全新的创新设计，也可以是在现有产品的基础上模仿和改进的创新设计。我校机械设计课程设计的选题范围比较广，如结合教师科研课题，融合学生机械创新项目，参照课程设计任务书中的传统带式运输机传动装置、卷扬机传动装置等。但是对课程设计题目的完成要求基本一致：①理解机械产品的工作原理，对产品的零部件进行三维造型设计，运动学仿真、结构受力分析，完成机械产品二维装配工程图1张；②绘制重要承载轴、传动齿轮等部分零部件的二维工程图各1张；③编写机械产品设计说明书1份。本机械设计课程设计以三维虚拟模型总成及传统实物模型总成作为参照，学生通过对三维虚拟模型、传统实物模型的零部件测量核算、获取模型结构尺寸参数，对课程设计任务产品总成及其零部件进行设计。课程设计根据工作量的不同，以个人或小组团队为单位进行，各单位课程设计不同题，或者同题不同数据规格，以常见的减速器课程设计为例：根据减速器输出轴的输出功率选择合适的传动类型，经校核计算选择对应的齿轮类型、材料、参数，计算轴径、选择轴承等，各单位完成各自课程设计任务[3，4]。

2.课题三维智能设计。作为西门子NX授权教学培训高校，NX系统软件是机械类专业学生必修课程，经NX系统软件教学课程的训练学习，学生掌握了基本的NX系统软件三维智能设计、虚拟装配及运动学仿真的方法步骤，能够独立熟练的进行机械产品零部件设计。基于NX系统软件的三维智能设计，可以将学生的机械产品设计意图用虚拟三维模型形象的表达出来，当设计过程中发现产品零部件需要修改时，方便学生对任务产品结构尺寸参数进行修改，在面对构造较为复杂的大型课程设计任务产品时，也便于实现学生间的分工设计，团队合作。二级三轴式减速器箱体、箱盖、各级传动齿轮、轴等的设计，综合运用了机械设计专业课程中的典型零部件设计知识，零部件三维智能造型如图2所示。在NX系统软件上，将减速器各零部件的三维智能造型进行虚拟装配，通过装配爆炸图分析各零部件之间的装配关系。利用装配干涉检查功能，查看减速器总成设计是否合理，如存在干涉现象，则需优化设计参数，修改零部件三维模型。减速器装配总成及爆炸图如图3所示。

3.关键零部件的运动学分析。NX系统软件的运动学分析模块，可以方便快捷的对减速器传动轴、传动齿轮等关键零部件进行运动学分析，验证减速器总成设计效果是否合理。在确定输入或者输出任一运动参数的情况下，使用NX系统软件运动学分析即可计算获得整个减速器的运动参数，进而效验传动齿轮等关键零部件是否符合减速器的设计要求。对任务产品的装配总成进行干涉分析，可检查减速器各运动零部件在运行过程中是否与其他零部件发生碰撞等干涉现象，尤其齿轮与齿轮之间、齿轮与箱体之间，进而检查零部件的设计及装配方案是否合理。

4.主要零部件的受力分析。NX高级仿真和其他有限元分析软件基本操作一致，分为创建有限元模型、创建仿真模型和后处理。确定减速器输入轴的功率后，即可根据减速器的设计参数，计算获得各轴及传动尺寸的受力情况。通过NX系统软件对关键零件进行受力分析，进一步检验零部件和减速器整体设计装配是否合理。当确定某个零部件其结构关键部位受力情况超出了材料本身的许用应力时，需要对该零部件的结构参数进行重新效核计算，优化受力结构，从而使任务产品符合设计要求。

5.二维工程图的生成。将虚拟装配和模拟分析没有问题的减速器总成三维模型，及所有定型的零部件，经NX系统软件的工程图模块，智能转换生成包含三视图、轴测图等的二维工程图。对自动生成的尺寸标注进行检查修改，或手动添加尺寸标注，然后根据实际机械加工需要，标注相关加工信息、技术要求、工程图编号等，完成所有零部件及装配总成的二维工程图制作。NX系统软件作为高端CAD/CAE机械产品信息化设计软件，将其引入到应用型大学生机械设计课程设计中，符合当前“创新驱动、智能转型”大环境下企业、社会对应用型人才的迫切需求，改善了机械设计专业课程的教学质量，激发了学生的学习兴趣。但要制定出一套完整，且行之有效的基于NX系统软件的课程设计指导规范，仍有很多工作等待完善，如：如何检验及评判学生机械设计课程学习的质量？如何评价学生的创新设计能力？等等，都需要进一步实践、探索，开发出一套实用的基于制造业信息化技术的机械设计课程设计体系。

参考文献：

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中图分类号：G642.3 文献标识码：A

《机械设计基础》是机械类学生的一门核心专业课，而这门课的课程设计对同学们来讲，更是尤为重要，因为它是培养机械工程专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节，它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识，对一级圆柱齿轮减速机的所有部件进行一次系统和全面地设计。

一、课程设计的基本目的

l. 初步培养学生树立正确的设计思想和分析、解决工程实际问题的能力；掌握通用机械零件、机械传动装置设计的一般方法。

2. 复习巩固以前所学的机械制图、工程力学、工程材料、公差与配合等课程的理论知识，并在实际设计中应用和深化这些知识。

3. 培养学生设计的基本技能，如计算、绘图、查阅资料、熟悉标准和规范等能力，为专业设计和将来从事技术工作打下基础。

二、课程设计的基本要求

机械零件课程设计对学生总的要求是保质、保量、按时完成设计任务。具体要求：

1. 做好设计准备工作，包括收集、准备设计资料、绘图工具及用品。

2. 设计之前要认真研究课程设计任务书，分析题目，了解工作条件，明确设计要求和内容。

3. 设计中要认真复习所遇到的课程内容。如V带传动，齿轮传动，轴、轴承、联轴器和有关的联接件等。在教师的指导下，提倡独立思考，独立计算，独立绘图，独立完成课程设计。反对不求甚解，照抄数据，照搬图样，敷衍了事的行为。

4. 课程设计必须在规定教室进行，遵守学习制度和作息时间，按设计计划循序进行，以便指导教师随时掌握每个学生的情况，发现问题及时解决。

5. 注意掌握设计进度，按预订计划完成阶段性的目标。在底图设计阶段，注意设计计算与结构设计画图交替进行，采用“边计算、边画图、边修改”的正确设计方法。另外，在整个设计过程中应注意对设计资料和计算数据的保存和积累，保持记录的完整性。

6. 为了提高设计质量和降低设计成本，必须注意采用各种标准和规范，这也是评价设计质量的一项重要指标。在设计中，应严格遵守和执行国家标准、部颁标准及行业规范。对于非标准的数据，也应尽量修整成标准系列或选用优先系列。

7. 为使每个学生均能拿出一份较高质量的图样，在装配底图画出后，应呈交指导教师审查，修改无误后，再加工完成装配图。

8. 设计图样（包括装配图和零件图）和设计说明书完成之后，在有所准备的基础上参加设计答辩。

三、课程设计的基本任务

1. 设计题目：

设计一台冶金矿山胶带运输机用的单级直齿圆柱齿轮减速器。工作条件为：单方向运转、轻微冲击，工作期限为8年，每年按250天计算，每天工作8小时。传动示意图见下图1，设计分组参数见表1。

2. 设计任务

（1） 计算说明书一份

包括：⑴前言；⑵设计任务；⑶参考资料；⑷设计方案；⑸选电机确定传动比；⑹各轴运动及动力初算；⑺齿轮传动设计；⑻轴的设计；⑼滚动轴承寿命计算；⑽与密封；⑾箱体设计；⑿总结

（2）完成图纸工作量

⑴总图（装配图）一张，A1图纸；

⑵零件工作图1～2张，A3图纸。

3. 设计内容及进度

见表2。

四、课程设计过程中的重点

课程设计中的重点是编写设计说明书，课程设计说明书是课程设计的总结性文件，通过编写说明书，可以进一步培养学生分析、总结和表达的能力，巩固、深化在设计中所获得的知识，是课程设计工作的一个重要组成部分。说明书应概括地介绍课程设计的全貌，全面叙述设计中各部分的重要内容，要论证设计的合理性，特别是在有几个设计方案时，要进行比较论证，对各个计算环节要详细叙述，对数据和公式来源要注明出处以便查对。说明书要求系统性好，条理清楚，语言简练、文字通顺、字迹工整，图例清晰，图文并茂，充分表达自己的见解，尽量避免抄书，从设计一开始就应随时逐项记录设计内容、计算结果、分析意见和资料来源以及指导教师的意见、自己的见解和结论，每一设计阶段完成后，及时整理编写有关部分的说明书，待全部设计工作结束后，只要稍加整理，便可装订成册。

五、课程设计过程中的难点

课程设计中的难点一是轴的结构设计，二是减速器箱体的结构设计。

（一）轴的结构设计

轴在减速箱中是一个重要的零件，因为所有传动件都装在轴上，因此它有很多尺寸都要与其他零件的尺寸相吻合，否则就无法进行装配。所以在设计轴时，直径方向的尺寸和长度方向的尺寸的选取是同学们感到头疼的一个问题。

怎样来设计轴？按下面这个步骤来进行，可能你会觉得不那么难了。

1．初算轴的直径

联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度进行估算，即

式中：p为轴传递的功率(kW); n为轴的转速(r/min); C为由轴的材料和受载情况确定的系数。若轴的材料为45钢，通常取C=106～117。C值应考虑轴上弯矩对轴强度的影响，当只受转矩或弯矩相对转矩较小时，C取小值；当弯矩相对转矩较大时，C取大值。在多级齿轮减速器中，高速轴的转矩较小，C取较大值；低速轴的转矩较大，C应取较小值；中间轴取中间值。对其他材料牌号的轴，其C值参阅有关教材。

初算轴径还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d增大5%;有两个键槽时，d增大10%。然后将轴径圆整为标准值。

上述计算出的轴径，一般作为输入、输出轴外伸端最小直径；对中间轴，可作为最小直径，即轴承处的轴径；若作为装齿轮处的轴径，则C应取大值。

2．轴的结构设计

（1）确定轴的径向尺寸

①轴头直径尺寸确定 轴与齿轮、带轮和联轴器配合处的轴段直径称为轴头。如图2中的 应取标准值（参阅教材）。

② 轴颈直径尺寸确定

与滚动轴承配合处的轴段直径称为轴颈。在图2中，与滚动轴承内圈配合的轴颈 、 应符合滚动轴承标准；装有密封元件直径 ，应与密封元件的内孔直径尺寸一致。轴上两个支点的轴承，应采用相同的型号和尺寸，以便轴承座孔的加工。

③ 轴肩或轴环尺寸确定

相邻轴段的直径不同即形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，如图2中 、 尺寸变化所形成的轴肩或轴环。一般的定位轴肩，当配合处轴的直径小于80mm时，轴肩处的直径差可取7-10mm。用作滚动轴承内圈定位时，如 轴肩的直径应按轴承的安装尺寸要求确定。

如果两相邻轴段直径的变化仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时，两直径略有差值即可，一般取1～4mm，如图2中 、 的尺寸变化，并尽可能取整数。也可以采用相同公称直径而取不同的分差数值。

④轴肩处过渡圆角尺寸确定

为了降低应力集中，轴肩处的过渡圆角不宜过小。用作零件定位的轴肩，零件毂孔的倒角C或圆角半径 应大小轴肩处过渡圆角半径 ，以保证定位的可靠，如图3 所示。一般配合表面处轴肩和零件孔的圆角、倒角尺寸见所学教材。装滚动轴承处轴肩的过渡圆角半径应按轴承的安装尺寸要求取值（参阅所学教材）。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文

⑤ 砂轮越程槽、螺纹退刀槽尺寸确定

对车削或磨削加工的轴表面，应分别留出螺纹退刀槽及砂轮越程槽。相关尺寸可参考设计手册取值。

应注意，直径相近的轴段，其过渡圆角、越程槽、退刀槽等尺寸应一致，以便于加工。

（2）确定轴的轴向尺寸

轴的各段长度主要取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座、轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。

①轴头处长度尺寸确定

对于安装齿轮、带轮、联轴器的轴段，当这些零件靠其他零件（套筒、轴端挡圈等）顶住来实现轴向固定时，该轴段的长度应略短于相配轮毂的宽度2～3mm，以保证固定可靠，如图2中安装齿轮和联轴器的轴段。

②轴颈处长度尺寸确定

轴颈处轴向尺寸由轴承的位置和宽度来确定。根据以上对轴的各段直径尺寸设计和已选的轴承类型，可初选轴承型号和轴承外径等尺寸。

应注意，轴承在轴承座中的位置与轴承方式有关。当采用油时，轴承应尽量靠近箱体内壁，可只留少许距离。确定了轴承位置和已知轴承的尺寸后，即可在轴承座孔内画出轴承的图形。

③ 轴的外伸段长度尺寸确定

轴的外伸段长度尺寸取决于外伸轴段上安装的传动件尺寸和轴承盖的结构。如采用凸缘式轴承盖，应考虑装拆轴承盖螺钉所需的长度L(L可参考轴承端盖螺钉长度确定)。当外伸轴装有弹性套柱销联轴器时，应留有装拆弹性套柱销的必要尺寸A（A可由联轴器型号确定)，如图4所示。

（3） 轴上键槽的尺寸和位置

平键的剖面尺寸根据相应轴段的直径确定，键的长度应比轴段长度短5～10mm。键槽不要太靠近轴肩处，以避免由于键槽加重轴肩过渡圆角处的应力集中。

当轴上有多个键时，若轴径相差不大，各键可取相同的剖面尺寸；同时，布置在轴的同一方位，以便于轴上键槽的加工。

（二）减速器箱体的结构设计

减速器箱体起着支承和固定轴组件零件，保证传动件的啮合精度和良好以及轴组件的可靠密封更重要作用，其质量约占减速器总质量的30～50。设计箱体结构时必须综合考虑传动质量、加工工艺及成本等因素。箱体按其结构形状不同分为剖分式和整体式；按制造方式不同有铸造和焊接箱体。减速器的箱体多采用剖分式结构。

剖分式箱体由箱座与箱盖两部分组成，用螺栓联接起来构成一个整体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合，有利于轴系部件的安装和拆卸。立式大型减速器可采用若干个剖分面。图5为剖分式箱体。剖分接合面必须有一定的宽度，并且要求仔细加工，为了保证箱体的刚度，在轴承座处设有加强肋。箱体底座要有一定的宽度和厚度，以保证安装稳定性与刚度。

减速器箱体一般多用HT150、HT200制造。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，成本低。当承受重载时可采用铸钢箱体。

铸铁减速器箱体结构尺寸参阅表3。

（1）箱体要有足够的刚度 若箱体的刚度不够，在加工和使用过程中会引起变形，使轴承孔中心线过度偏斜而影响传动件的精度。为了保证轴承座的支承刚度，箱体设计应注意以下几点：

① 箱体的壁厚

箱体要有合理的壁厚，轴承座、箱体底座等处承受的载荷较大，其壁厚应更厚些。箱座、箱盖、轴承座、底座凸缘等的壁厚可参照表3确定。

② 轴承座联接螺栓凸台的设计

为提高剖分式箱体轴承座的刚度，轴承座两侧的联接螺栓应尽量靠近，为此需在轴承座旁设置螺栓凸台，如图6所示。

轴承座旁联接螺栓凸台的螺栓孔间距 为轴承盖外径。若S值过小，螺栓孔容易与轴承盖螺钉孔或箱体轴承座旁的输油沟相干涉。

螺栓凸台高度h与扳手空间的尺寸有关，如图6。查表确定螺栓直径和c1、c2，根据c1，用作图法可确定凸台的高度H。

为了便于制造，应将箱体上各轴承座旁螺栓凸台设计成相同高度。

③ 设置加强肋板。

为了提高轴承座附近箱体刚度，在平壁式箱体上可适当设置加强肋板。箱体还可设计成凸壁带内肋板的结构。肋板厚度可参照表3。

（2） 箱座高度

对于传动件采用浸油的减速器，箱座高度除了应满足齿顶圆到油池底面的距离小于30～50mm外，还应使箱体能容纳一定量的油，以保证和散热。

对于单级减速器，每传递1kW功率所需油量约为350～700cm3（小值用于低粘度油，大值用高粘度油）。多级减速器需油量按级数成比例增加。

设计时，在离开大齿轮顶圆为30～50mm处，画出箱体油池底面线，并初步确定箱座高度为： ≥ 。 为大齿轮顶圆直径， 为箱座底面至箱座油池底面的距离。

根据传动件的浸油深度确定油面高度，即可计算出箱体的贮油量。若贮油量不能满足要求，应适当将箱底面下移，增加箱座高度。

（3）箱盖外轮廓的设计

箱盖顶部外轮廓常以圆弧和直线组成。

大齿轮所在一侧的箱盖外表面圆弧半径 。 为大齿轮顶圆直径， 为箱盖壁厚。通常情况下，轴承座旁螺栓凸台处于箱盖圆弧内侧。

高速轴一侧箱盖外廓圆弧半径应根据结构由作图确定。―般可使高速轴轴承座螺栓凸台位于箱盖圆弧内侧，如图7所示。轴承座螺栓凸台的位置和高度确定后，取 ＞ ，画出箱盖圆弧。若取 画箱盖圆孤，则螺栓凸台将位于箱盖圆弧外侧。

当在主视图上确定了箱盖基本外廓后，便可在三个视图上详细画出箱盖的结构。

（4） 箱体凸缘尺寸

箱盖与箱座联接凸缘、箱底座凸缘要有一定宽度，可参照表3确定。

轴承座外端面应向外凸出5~10mm(见图7)，以便切削加工。箱体内壁至轴承座孔外端面的距离 (轴承座孔长度)为： 。

箱体凸缘联接螺栓应合理布置，螺栓间距不宜过大，一般减速器不大于150~200mm。

参考文献：

[1] 黄晓荣. 机械设计基础课程设计指导书[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.

篇6

在满足零件课程设计选题原则、不增加学生负担的前提下，为了提高学生对课程设计的兴趣和积极性，联系工程实际，结合校实训基地的产品选题。

校实训基地(原实习工厂)生产的“和面机”其传动系统是由电动机――带传动――一级齿轮传动――拔叉所组成。我们选择三角带传动――齿轮传动为题目，学生接触到了真实的产品，设计积极性和兴趣很高。在整个两周的设计中，自觉到工厂观察实物，查找资料，分析原动机的运动要求和存在的问题，分析要求设计的传动部分在整机工作中所起的作用以及整机对它的运动要求、位置要求、安装要求等，然后再进行设计计算和装配草图的绘制。

学生们在设计中发现，同一规格的三角带按自己设计计算要三根，而产品中却只需两根，这其中的原因就需要教师作适当的引导。笔者是这样引导学生的：教材中规范偏于保守、可靠，产品中要考虑产品的尺寸、重量及不连续工作等因素，因而采用两根带也能正常工作，但三角带的寿命要低些。

长期以来都是指导教师自己编数据编题目，而现在从生产实际中选题，对提高学生的设计水平和教师的教学水平都非常有益。但在选题中要注意选题的适当和题目的相对稳定，以利完成课程设计的教学要求。这样做，虽说肯定加大了教学的难度，要求教师有扎实的功底，设计前必须作充分准备。但这样的设计让学生体会到机械设计中既要参考原有样机，又要积极思考，有所创新，既满足了具体的理论联系实际的要求，又达到了综合训练的目的，较好地掌握了机械设计的基本方法，使学生初步展示了运用所学理论知识解决工程实际问题的能力，对自己以后的专业知识的学习和就业充满了信心。

二、通过减速器的拆装实验加强结构设计的认识

以往的课程设计中学生感到最困难的部分是减速器的结构设计。为了解决这一问题，在设计前，让学生动手拆装减速器。在教师的指导下，把学生分成若干个小组。每组一台减速器。首先引导学生观察外部结构，然后引导学生重点观察其内部结构，这是设计的核心部分，重点是掌握主要零部件间的相互配合关系。通过观察分析，学生进一步清楚了轴为什么设计咸台阶式，设计台阶式的轴主要考虑了哪些问题，学生更深地理解了轴的结构设计的主要考虑、轴上零件的轴向定位、承载能力、轴上零件的装拆、轴的各段加工方法和轴精度要求，比较全面地分析上述问题能较好地弥补了课堂上理论知识的不足。通过设计前教师指导学生的拆装实验，使抽象的问题具象化，增加了感性认识，为培养和提高了学生的实践动手能力创造了一个好的条件。教师的讲解与学生间的交流讨论，培养了学生具有一定的专业素质和设计能力，极大地调动了学生学习的主观能动性和学习热情，也能较好地发挥学生的观察力，思维想象力和创造力，并可使学生少走弯路，少出差错，较顺利地完成设计任务，又能较好地掌握产品技术设计阶段中结构设计的要点，为后续课程的专业设计打下扎实的基础。

三、课程设计的指导与成绩评定的改革

在设计中我们改革了以往的一题多用，而是采用了多题目、多数据，五人组成一个设计小组。在整个设计专用周内加强业务指导，一般集中讲授三次。第一次是拆装实验观察分析讲解，第二次下达设计任务，讲解机械设计的一般过程、设计事项，使学生不会感到盲目和无从下手。第三次在技术设计阶段，讲授结构设计的大致过程，针对年轻人思想活跃的特点，鼓励学生在总结前人经验的基础上有所创新，正确地设计零部件的结构，同时注意加工工艺，装拆的方便性、工作可靠性。在这个阶段的设计中把上一届学生设计质量差的装配图挂在教室中，并指出其中几处典型的结构不合理处，再定学生发言，逐个地把全部错误补充完整，直到基本清楚为止。启发学生根据所学的知识，查找资料，在自己的设计中充分考虑。

装配图和零件图的设计不仅培养了学生的绘图能力，更重要的是锻炼了用图纸表示设计意图和设计要求的能力。设计过程中组织学生相互间互查，以提高对技术文件的审核、鉴定的能力，同时提高了设计者对工作精益求精的态度和责任感。然后引导、启发学生编写设计说明书，具体要求为总结设计，表达设计思想，阐述设计方案，阐明设计依据，合理性、经济性及技术要求，锻炼了学生编写技术档案和文字表达的能力。

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Application of ADAMS in mechanical design and comprehensive applied curriculum design

Pan Jinkun

Nanjing institute of technology, Nanjing, 211167, China

Abstract: Introduce virtual prototyping technology to mechanical design and comprehensive applied curriculum design, take slotting mechanical system as example, establish guided bar oriented parameter model by virtue of ADAMS software, and carry out motion, dynamic simulation as well as optimization design over the model; it will be accurate, fast, convenient and visible by using ADAMS software to design curriculum, and contribute to reach satisfactory effect.

Key words: mechanical design and comprehensive applied curriculum design; ADAMS; motion, dynamic simulation; optimization design

机械原理和机械设计是机械设计制造及其自动化专业学生必修的两门技术基础课程。这两门课程在教学过程中均有实践性环节，分别为机械原理课程设计和机械设计课程设计，课程设计能够培养机械类专业学生的创新能力，是学生综合运用机械原理和机械设计课程所学的理论知识解决实际问题，获得工程技术训练的实践性教学环节。

目前机械原理课程设计和机械设计课程设计是各自独立、自成一体的，这就割裂了二者之间的有机联系。为了对学生进行系统训练，形成整机设计理念，我们将这2门课程设计结合起来，统称为机械设计综合实践课程设计。从产品设计的完整过程出发，编排课程设计的内容，做到课程设计的完整性、系统性和综合性。以插床机械设计为例，图1为机械系统示意图，课程设计分两个阶段进行。第一阶段安排在第四学期末，历时1周，对插床机械系统进行整体方案设计，对执行机构(导杆机构、凸轮机构)进行运动和动力学分析，该阶段为机械原理课程段的内容；第二阶段安排在第五学期末，历时2周，进行传动装置(减速器)的设计，选择电机型号，画出装配总图、零件图，完成整个设计，该阶段为机械设计课程段的内容。第一阶段为第二阶段提供了整体方案设计，还提供了第二阶段所必需的运动和动力分析以及相关尺寸参数。

下面以我校机械设计综合实践课程设计中插床机械设计为例，介绍ADAMS虚拟样机软件在建立插床导杆机构参数化模型，进行运动和动力学分析、优化设计方面的应用。

1ADAMS虚拟样机软件

美国MSC公司开发的ADAMS机械系统动力仿真分析软件，是集成了样机建模、仿真求解可视化后处理一体的虚拟样机分析平台。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。ADAMS包括3个最基本模块：ADAMS/View，ADAMS/Solver，ADAMS/PostProcessor。

ADAMS/View采用Windows风格的操作界面，提供了和用户直接交互的操作环境和样机模型的前处理功能，集成了建模工具、自动调用求解器进行仿真以及后处理程序的自动连接、模型的参数化及优化设计等接口。图2为ADAMS/View设计环境。

ADAMS/Solver是ADAMS的核心模块，ADAMS/View自动调用该模块，求解样机模型的静力学、运动学或动力学等一系列问题。

ADAMS/PostProcessor是用来处理仿真结果数据、显示仿真动画等的模块，它可以在ADAMS/View环境中进行，也可以脱离该环境独立运行。

2插床导杆机构运动、动力学分析

目前机构运动、动力学分析的主要方法有2种，一是图解法，二是解析法。图解法形象直观，但由于图纸幅面有限，只能分析机构的1～2个位置，且精确度不高；解析法精确度高，首先根据机构组成原理，把机构拆分成基本杆组，编制运动和动力学分析子程序，然后调用这些子程序进行分析。目前有现成的程序模块可以调用，但多是用Fortran语言编程的，该语言目前使用较少，我校机械类学生使用VB语言，因此，这些程序模块无法使用，学生自己编程时间上不允许，难度也很大，更无法对机构设计进行方案对比或变参数分析。上述情况严重影响到机械设计综合实践课程设计的教学效果和学生的学习积极性。基于此，我们在课程设计中采用ADAMS软件，建立了插床导杆机构的虚拟样机，通过仿真分析真实地再现机构运动，分析和比较多种机构设计方案，并对机构进行优化设计。

2.1 参数化建模

插床机械系统的执行机构由导杆机构和凸轮机构组成，图3为其机构示意图。电机经过传动装置(减速器)带动曲柄2转动，再通过导杆机构使装有刀具的滑块6沿导路Y-Y作往复运动，以实现刀具的切削运动。刀具向下运动时切削，刀具向上运动时为空回行程，要求刀具具有急回运动。

图3 插床执行机构

在ADAMS中建立插床导杆机构的参数化模型，并施加约束和驱动，其参数化模型见图4。通过参数化建模，将参数值设置为可以改变的量，在分析时，只需要改变有关参数值，就自动得到新的虚拟样机模型。用户也可预先拟定好一系列可变的参数，ADAMS会自动进行系列仿真，借此观察样机性能随参数变化的情况。

2.2 运动、动力学仿真分析

对导杆机构参数化模型进行仿真分析，本例中曲柄2的转速，转一周的时间为60/47s，因此，取End Time=1.2766，Steps=300 。

3插床导杆机构优化设计

以电机的功率消耗为测量目标，通过对机构中影响电机功率消耗的设计变量的优化，使机构在所受工作阻力不变的情况下，功率消耗的最大值达到最小。

要对电机功率消耗进行优化，必须要对已建立的导杆机构参数化模型进行参数分析。参数化分析用来了解各设计变量对样机性能的影响。对这些设计变量采用不同的参数值进行一系列的仿真，然后根据返回的分析结果，得出每个设计变量对样机性能(目标值)的影响大小，即敏感度。具体的方法包括：设计研究(Design Study)、试验设计(Design of Experiments，DOE)和优化分析(Optimization)。

设计研究(Design Study)显示改变一个设计变量对目标值的影响，可以用来确定设计变量对目标值影响的敏感程度。通过设计研究，确定出对电机功率消耗的最大值敏感度最大的七个设计变量，分析结果见表1。

表1 设计变量敏感度分析表

由表1知，设计变量DV_1，DV_2，DV_3，DV_4，DV_5，DV_6和DV_7的敏感度最大，即这7个设计变量的变化，对电机在相同工作阻力情况下功率消耗的最大值的影响最大。在ADAMS中对上述7个设计变量的取值范围进行适当限制，以电机功率消耗的最大值达到最小为优化目标，利用ADAMS软件进行优化设计，7个设计变量的最优值见表1。优化前、后电机功率消耗曲线如图7所示。

通过对图7中两种曲线的分析比较可以看出，优化后电机功率消耗的峰值有较大降低；而且优化前曲线的第二个拐点处，经过优化后变成了圆滑过渡，可以避免因功率骤减给电机带来的冲击，从而延长电机的使用寿命。

4结束语

将ADAMS虚拟样机软件应用到机械设计综合实践课程设计中，具有新颖性，改变了学生用图解法或解析法进行机构运动、动力学分析的传统做法。学生普遍反映用ADAMS软件进行课程设计精确、快捷、方便、直观，课程设计能达到满意的效果。为机械类专业学生后期专业课程如液压设计、动力学分析和优化设计等的学习，以及完成毕业设计，提供了一种优秀的辅助分析工具。

参考文献

[1] 朱理.机械原理(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2010

[2] 葛正浩.ADAMS 2007虚拟样机技术[M].北京：化学工业出版社，2010

[3] 胡志刚.牛头刨床六杆机构的多体动力学分析及优化设计[J].三峡大学学报(自然科学版)，2006，28(3)：226～229

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一、机械设计课程设计教学中存在的问题与不足

1.题目单一

传统的机械设计课程设计题目主要是各种传动装置中的减速器，一般多为圆柱、圆锥齿轮减速器和蜗杆传动减速器。尽管该题目能系统训练学生们对机械设计课程中的主要零部件的设计步骤和方法，使知识学得更扎实，设计能力有所提高。但这套设计题目缺乏新意，不利于培养同学们的创新思维与创新能力。

2.照搬照抄

由于设计题目陈旧，各种参考资料、网上资源针对该套设计有很多典型范例，甚至有完整的设计计算过程及参考图提供，使得有些同学在进行课程设计时，没有起到课程设计应有的训练作用。

3.计算机绘图欠普及

传统机械课程设计，手工绘图贯穿始终，工作强度大、效率低。同时，随着计算机技术的发展，CAD技术及其他三维设计软件在机械制造中的应用日趋广泛，使机械设计思想、设计方法与设计手段都发生了极大变化，这些变化对面向新世纪的高校机械类专业学生的计算机能力培养提出了许多新的要求。

4.相关课程基础不够扎实，直接影响了课程设计的效果和进度

除了机械设计基础以外，课程设计要用到工程图学、力学、工程材料、加工工艺以及互换性等多门课程的知识，这些课程中任何一门基础不牢固，都会在课程设计中表现出来，影响课程设计的教学效果。

5.考核制度不完善

机械设计课程设计的考核一般主要包含了三个部分：图面成绩50%、平时成绩30%和答辩成绩20%。但图面成绩和平时成绩实际上是一个比较笼统的成绩，老师们各凭印象标准，自行决断，并不能像正式考试那样给出一个让学生一目了然、欣然接受的成绩，考核缺乏标准性和透明度。对学生今后的学习和毕业设计产生不好的影响。

二、机械设计课程设计教学模式改革措施

（1）课程设计题目多样化和实用性。在进行理论教学时就对学生公布本学院各位老师的科研项目，让学生们主动去找他们感兴趣的内容，鼓励他们积极参与。组织学生参加大学生机械创新大赛或者由学生联系生产实践自创设计题目，老师提供课程设计指导讲义上的若干题目等，实践证明这种形式大大增强了学生学习的积极性和主动性。

（2）结合创新大赛，丰富设计选题。机械设计课程设计的题目首先要满足教学实践的基本要求，其次在规定的时间内能够完成。应当尝试结合全国机械设计创新大赛的主题进行自行选题与传统齿轮减速器设计题目并存来丰富课程设计的题目。鼓励同学们自主选题。通过结合创新大赛自主选题，其对有关理论的理解会更透彻，知识的掌握更牢固，创新能力也会得到提高。

（3）改革设计手段，加强计算机的运用能力。机械设计课程设计多在中高年级进行，学生已经学完了计算机技术基础课程，对CAD有了一定程度的掌握和了解。同时，由于在机械设计课程开课的同时，已经布置了设计任务，可以要求学生针对自己的兴趣学习某一种设计软件。早期的CAD技术已经发展的相当成熟，而Solidwork和Pro/En—gineer是参数化的三维CAD/CAM软件包，具有零件三维造型功能、装配设计功能、工程图功能以及仿真分析功能等，正逐渐成为先进制造技术的核心技术。

（4）传统的教学安排是在课程设计的教学周开始后才将课程设计任务书下发给每一位同学，学生拿到任务书才能进行有关的设计与绘图、可改变以往传统的教学顺序，将减速器设计的部分内容融于机械设计课程教学中，提早将课程设计任务布置给同学们。这样，他们可事先将传动零件的设计计算和标准件选择等完成，节省了在课程设计中所花的时间。此外，还可安排学生进行减速器的拆装实验，增加学生对减速器的组成及结构的感性认识，为后续的课程设计打下良好的基础。

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2设计任务分析

设计任务给定已知参数，让学生更加明确设计理念、熟悉设计过程。设计任务应有一定的难度，设计是一个“边计算、边画图、边修改”的过程，称为“三边”原则，笔者一般给设计任务增加一些限制条件，比如要求设计的减速器中心距在90～130mm，设计出来的减速器可在A1图纸上按1:1绘出。按这个条件设计可能就会有一个反复计算和修改的过程，从而让学生知道为什么要进行修改、如何修改参数来达到设计要求。

3设计计算要求

机械设计课程设计计算包括传动装置的运动和动力参数计算、带传动设计计算、齿轮传动设计计算、轴系结构设计计算等，这些计算在机械设计课程中都有，但要学生将其综合应用起来，并能明白为什么要进行这些计算，以及计算的过程如何达到设计任务的要求等。在设计计算中有许多经验参数需要查表查图，教师要正确引导学生利用这些数据，另外设计过程中必须遵循国家标准，如带轮直径及带长、齿轮模数、轴的直径系列、滚动轴承、键、联轴器等都有相应的国标，选用或计算数据都必须符合国家标准。这个计算就有3个限制条件，在第4、6、7步分别限制了带速（5～25m/s）、包角（1≥1200）及V带的根数（z≤7），如果不满足要求，则需回到前面重新选定参数、重新计算。齿轮传动的设计计算也有一个关键的数据中心距，若没在任务书规定的范围内也要重新计算，有的甚至要回到第一步运动和动力参数计算部分，重新分配传动比等，让学生深入体会设计过程的“三边”设计原则。通过设计计算，学生更加明白为什么要计算这些数据、怎样处理这些计算数据，从而将知识的运用达到一个新的高度。

4装配图设计

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【Abstract】This paper,"Mechanical Design" course teaching reform,the "Machine Design"course design from the choice of topics, teaching organizations how to design integrated into the curriculum and other aspects of teaching the theory among some reform measures to improve the training segment Teaching effectiveness.

【Key words】Curriculum design; "Mechanical Design "; management real integration; reform measures

【中图分类号】G718.5【文章标识码】A【文章编号】1326-3587（2011）04-0003-02

《机械设计基础》课程设计是高职机械类、近机类专业的一项重要的实训环节，是学生首次运用《机械设计基础》和其它先修课程的知识解决实际工程问题的实践。通过课程设计，学生可以了解机械设计的一般程序，熟悉和掌握常用机械零件、传动装置等机械设计的基本方法及步骤，学会查找资料和运用有关技术信息，培养创造性思维，增强自身科学的工程设计能力。

一、《机械设计基础》课程设计教学改革的必要性

1、高职《机械设计基础》课程理实一体化教学改革的需要。

高职院校教学改革的一个重要方面就是要加强实践教学环节，我校实行2加1教学模式改革，即前两年在学校学习，第三年进行顶岗实习。在校学习时间被大幅压缩。为了解决在《机械设计基础》课教学中内容的广泛性与授课学时的有限性之间的矛盾，我们按照以技术应用能力培养为主线，专业课以“应用为目的”，基础课以“必须够用为度”的教学改革思想，对《机械设计基础》课程进行了全面的改革，压缩总学时，实施理实一体化教学，把课堂理论教学与实验、实训、实习等教学环节有机的结合起来。课程设计作为针对《机械设计基础》所学专业内容进行的一项综合实训环节，设计内容、要求只能提升不能降低，而集中设计时间却从传统的2周压缩到1周，为了保证教学质量，改革势在必行。

2、高职学生主体情况的要求。

高校扩招后，高职学生整体基础下降，尤其是综合应用所学知识解决问题的能力普遍较差，同时还面临水平参差不齐，对理论知识理解掌握的差异较大，钻研精神不够，主动性差的问题。

二、改革措施

(一)提前布置设计任务，把课程设计融合到理论教学之中，明确设计目的。

如果按照传统的做法：在《机械设计基础》课程教学结束后才进行课程设计，并在课程设计开始时才布置设计任务，就会产生不少学生对设计时所要用到的《机械设计基础》课程理论教学中已经学过的理论知识和基本方法不会应用。况且一周时间内根本无法完成课程设计。因此必须提前布置设计任务，把课程设计融合到《机械设计基础》课程的理论教学之中。在开学初把课程设计的任务书发给学生，让学生从学习《机械设计基础》开始就接触课程设计课题，在学习理论知识的过程中理解课程设计。把设计分解成带传动、齿轮传动、轴传动和轴承等设计模块，融入到有关章节的理论教学中去，让教学中带传动设计、齿轮传动设计、轴的设计、轴承的选择等与相应的课程设计课题中的理论计算、结构设计结合起来。由于学习目的明确，学生重视，积极性很高。到进行集中课程设计时，课程设计的理论计算部分已经经过了一次演练，只需将所作过的资料按实际数据进行修改、整理，完

成设计说明书的编写，而把主要精力和时间用于方案优化和计算机绘图，使学生能按时保质保量完成设计任务。

(二)根据学生不同基础水平，让设计课题多样化，层次化。

1、设计题目应多样化，具有灵活性。

课程设计经久不衰的经典选题是各类减速器设计，“齿轮减速器”由于是机械传动中常用的传动装置，与课程性质相一致，能够使学生得到较全面的训练，较好地达到课程设计教学目的，同时在难易程度和设计工作量方面应变性较强，便于根据需要灵活掌握而作为典型课题长期采用。但从培养学生综合职业能力出发，课程设计以工程应用机械装置为设计任务，应强调实用性。教师在课程设计任务书中只需给出工作机的工作要求．而如何实现工作机功能的方案则由学生自己优化确定。教师只起引导作用。题目、方案应多样化，如让学生尝试混凝土搅拌机改良设计，带式运输机卷筒设计等项目。开拓设计思路，强调优化过程。

2、设计题目难易程度与学生基础相适应。

考虑到学生水平参差不齐，为了使设计课题的难易程度和工作量大小与学生的水平和能力相匹配，我们确定了内容不同、复杂程度不同、工作量不同的设计课题，供不同层次的学生完成。以“齿轮减速器”设计课题为例：学习成绩一般或较差的学生，需要完成的设计课题是“一级直齿圆柱齿轮减速器”，其难度不大，设计工作量适中；难度和设计工作量都较大的“一级斜齿圆柱齿轮减速器”或 “二级直齿圆柱齿轮减速器”设计课题，供学习成绩好、能力强、肯钻研的优秀学生选择。

(三)充分利用理实一体化教室，开展课程设计教学模式改革。

高职教学模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节。为了配合《机械设计基础》，《机械设计基础》课程设计教学，我们组建了满足一体化教学的多功能理实一体化教室，配置有多媒体，可以对全班进行授课；拥有连接Internet的通用计算机8台，既可以查询资料，还可以进行计算机辅助设计；装备有钻床等小型机床4台，创意组合式钢轴系结构30套，机构组合创新实验台10套，各种两级减速器5台，单级减速器10台，轴系拆装部件12套，常用传动机构实物及其模型50余套，提供学生拆装、认识设备和机构；同时还配备有常用手册、图册、计算工具、作图工具等进行常规的设计，满足《机械设计基础》课程设计的要求。

1、利用《机械设计基础》理实一体化教室，把课程设计融合到《机械设计基础》课程教学中。

开放理实一体化教室，使学生有更多的自主时间来安排学习，通过对减速器为代表的设备进行拆装，使学生实际了解减速器的结构以及各零件的作用，结构特点及装配关系；了解减速器的和密封；加深对轴系部件结构的认识。便于学生在设计中结合实际，选择合适的结构和尺寸，提高设计能力。

2、注重计算机辅助设计，加强计算机技术应用。

当下计算机辅助设计已经十分普及．企业对这方面的人才需求也与日俱增，目前在机械领域经常用到的绘图软件有AUTOCAD、CAXA、PRO／E、UG等。我校《机械设计基础》课程设计推荐使用AUTOCAD和UG软件，平面的图形可以用AUTOCAD绘制，立体的图形可以用UG绘制。学生通过零件图和装配图绘制，强化AUTOCAD和UG的使用能力，增强识图能力。

（四）、重视答辩环节，强调师生交流，提升实训效果。

充分重视答辩环节，促进学生反思和提高。学生在完成设计后，如果仅仅把设计资料交给教师评阅，往往只关心成绩，而忽略自己的设计存在的问题，不知如何改进。为了避免盲目抄袭，考查学生的设计思想和对设计的各个环节的认识程度，最大限度地提升课程设计的效果，我们在评阅设计时强化了答辩环节，答辩时请相关教师和企业人员参与，在答辩过程中对每位学生作有针对性的提问和讨论，了解学生的想法和对相关知识的掌握程度，对不正确的予以纠正，令其及时修改。因此答辩也是一个质疑和答疑的过程。

实践表明，上述改革措施较好地适应了当前高职学生的实际情况，使课程设计的整体质量有了明显的提高。充分利用一体化教室，把课程设计贯穿到《机械设计基础》课程教学中，体现了“教中学，学中做”原则，有利于提高《机械设计基础》课程整体教学质量，提高学生的职业能力。

【参考文献】

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一、教改思路

宝鸡职业技术学院从2002年以来，在认真调研、深入分析的基础上，在历届教学当中、采取边教学边教改的办法，逐项改革、稳步推进，进行了大胆的探索和实践。面临理论课时减少，但对学生实践能力和操作技能要求不断提高的实际情况，《机械设计基础》课程设计不但不能减少、不能削弱，而且要克服困难、积极应对、强化课程设计本领，提高实践操作技能，为顶岗实习和就业安置打下坚实的知识基础。

总结起来，我们的教改做法是：“整体提出设计思路，分步完成设计作业，前期进行‘部件’生产，后期完成‘设备’安装”。这种时间前移的思路，克服了理论教学与课程设计相互脱节的毛病，既节约了设计专用周宝贵的设计时间，同时又保证了正常的教学作业和大型课程设计的配套完成，使理论教学和课程设计互联互通、相互促进，达到了二者双赢的目的。

二、方案设置

结合三年制中专学生“年龄小、底子薄、实践知识欠缺”的特点，课程设计任务一般选择简单的单级直齿圆柱齿轮减速器设计。它的主要内容包括：齿轮传动设计、皮带传动设计、轴系部件设计、箱体设计、联接类（联轴器、键类、螺纹类）零件选择、密封选择等，基本可以涵盖机械设计课程的全部设计内容。

按照前述设计思路，在课程教学进行到学期中期时，这时常用机构已基本讲完，而通用零件刚开始讲授。此时，我们就将本门课程的课程设计任务书下发给学生，并用适当时间向学生进行整体设计思路讲解，使学生有一个概括的了解。然后结合教学课程的正常进行，在每一教学章节完后，逐项拆分设计任务并分步完成设计内容。这就像工厂生产设备一样，将零件的制造（分步设计）提前分散到各车间制造完成。

大部分设计内容可随着课程的进度进行，到学期末教学课程完成时，已基本完成分步设计。等到课程设计专用周时，学生即可按设计指导书的要求与步骤，利用3-4天时间，将分步设计内容进行整合，完成装配图绘制，同时编写设计说明书，进行答辩及后期资料整理工作，这样学生就可以轻松地完成整个课程设计任务。

三、方案分析

1.节省设计时间。按原有的方案，大量的设计内容集中在一周内完成，学生在短时间内要进行超强度的劳动，常常需要晚上进行通宵加班，才能按时完成设计任务，况且还要面临期末复习考试的压力。新方案由于大量的设计内容已预先随着教学课程而完成，设计专用周只进行整体组合，完成后期资料整理，因而，在3―4天时间内，大部分学生都可完成设计任务。既减轻了学生负担，又节约了设计时间。

2.保证设计质量。由于分步设计是随着课程进度进行的，在此过程中，学生在消化课程内容的基础上，设计思路比较清晰，设计计算时间相对较长，指导老师可以随堂进行示教讲授。同时教师可对设计结果和设计过程提前进行评审，学生改错时间也较长，因而，设计质量都可以得到保证。

3.考试与设计互不冲突。原有方案的课程设计安排在期末。此时又面临着别的课程的复习考试，学生既要进行高强度的课程设计，又要分心复习其余课程以迎接期末考试，容易引起二者的冲突，对此指导老师的意见也很大。现有方案由于设计时间的提前可以有效地解决这一矛盾，既保证了设计质量，又不影响学生期末考试，学生和教师比较满意。

4.对课堂教学有促进。如果没有课程设计和课堂教学的互联互通、相互配合，课堂教学就显得乏味且没有针对性，尤其是涉及设计内容讲得都比较空洞，学生接触不到实际的东西，等到后期再进行课程设计时，就显得无从下手。现有设计内容与课堂教学同步进行，二者可以起到互相促进、互相补充的作用。学生对课堂教学也爱学也能学得进，通过对几届学生的教学考核对比，课堂教学质量比以前有明显提高。

四、需要注意的几个问题

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《机械设计基础》是机械类、近机械类如轮机工程专业的一门必修主干课程，而课程设计则是继《机械设计基础》课程后的一个重要实践教学环节。通过课程设计，使学生获得一次完整、系统、全面的机械设计的训练，培养学生综合运用已学过的有关知识和理论，具备机械设计的基本能力、掌握基本设计方法和技能，并为学生今后的专业课学习、专业课设计、毕业设计以及毕业论文等奠定基础，同时能够对今后从事技术工作产生重要的意义和深远的影响。

近几年来随着教学改革的深入，学科建设的进行和课程体系的调整，课堂教学时数不断被压缩，而随着科学技术的进步，要求机械设计基础课程适应时展的需要，这样在教学过程中既要介绍传统的基础理论知识，同时还要不失时机地向学生介绍本课程与轮机专业的联系，介绍新的理论和技术在工业发展中的应用，因而课程的面广、内容多现象与课时短的矛盾愈发突出，课程设计的教学质量难以保证。

此外，在理论过程中许多学生反映，现在许多课程学得枯燥无味，不知道自己所学的课程将来到底有什么作用，这些情况反映了目前我们教学中存在的问题。笔者经过多年教学实践，对机械设计课程设计教学进行了一些改革的探索和思考。

1 课程设计的题目多样化

课程设计选题，通常大部分工科院校机械类、近机械类等专业课程设计都是带式运输机的传动装置设计，内容陈旧，且题目多年不变。不同专业的定位与培养目标各不相同，如果都是进行减速器装置设计，就不能很好地反映专业特点。轮机工程专业的毕业生一般从事现代船机修造、监造、检验、修造经营及机务管理等工作，而带式运输机的传动装置的设计不能很全面地反映轮机工程的专业特点。另外，由于是几个班多人同时进行课程设计，这样有可能出现一些学生的题目相同或非常相近，客观上会造成抄袭现象。

为此我们做了以下尝试：一方面继续保留原有的设计题目，同时，另开设一些与轮机专业有关的设计题目，如零部件或系统测绘与分析，研究对象为船舶柴油机的活塞、汽缸、曲轴等要零部件；海水、淡水、燃油、滑油等管路系统的测绘与分析，主要从运动、结构强度、工作能力、精度、材料、工艺等方面进行综合分析，既丰富了课程设计的内容，也增加了对专业知识的了解与认识，达到了课程设计的目的。

2 鼓励学生创新

改革原来在机械设计基础课程设计中教师抱着学生走的被动局面，鼓励同学主动观察日常生活中常见的机械装置，要求学生结合轮机专业，加强方案设计，提高学生学习兴趣，调动学习主动性，破除学生对创新设计的神秘感。为鼓励学生创新，我们向学生提供多个设计方案参考，学生也可提出自己更合理的设计方案。对于结构设计，不给学生过多的限制，而是充分发挥学生的想象力和创造性。为了解决学生对机械结构知识普遍缺乏的问题，让学生在设计前参观机械传动陈列室，使学生对结构设计有所启发。对于学生中普遍存在的工艺知识和公差知识的缺乏，结合课程设计实际进行必要的讲解和补充，使学生通过设计全面掌握和巩固机械设计的相关知识。另外，我们还积极鼓励学生在图版绘图完成之后，再利用CAD软件在计算机上进行设计，使学生通过课程设计来掌握现代化的设计手段和方法，但是不主张学生完全甩掉图版，否则在时间紧、任务重的情况下，会有部分同学拷贝偷袭现象存在。

3 培养学生的团队精神和协作能力

由于学生多，题目少，可对学生进行题目分组，几个人一个小组，一套题目。这样大家可分组坐在一起共同研究一个问题，该怎么设计这个，怎么设计那个，集思广义，博采众长，既优化了设计，又加深了理解，然后具体分工，确定每个人的具体零件。在制图过程中，不是各人干各人的，而是保持联系，保持一致。这样做既快又准确，效率高。不但锻炼了大家的机械设计技能，也培养了同学们的团队精神和协作能力，多届实践后，同学对这种团队协作具有较高的认可。

4 优化设计时间

按照教学计划课程设计安排在第四学期的期末考试阶段。完成课程设计的时间一般为1至2周，在这么短的时间内，学生要完成20页左右的计算说明书、减速器装配图1张；轴、及齿轮工作图2张，难度是不言而喻的。在期末考试阶段学生还要应付很多课程考试，轮机工程专业还有轮机考证的理论和实操训练课程，多方面原因造成相当一部分同学疲于应付课程设计，再加上学生对于一些先修课程的掌握程度不是很好，最终导致课程设计质量不高。

在这种课时较少的情况下，为提高课程设计质量，需采用“先分散后集中”的模式。即先把设计计算说明书的撰写分散安排到机械设计基础课程教学中，然后再把装配图及零件工作图的绘制集中安排在最后1、2周内。同时课程设计是一项重要的理论联系实践的教学环节，时间安排应该固定成为一种制度，尤其不能与其他重要课程的学习相冲突。

5 课程设计与课堂教学紧密结合

在机械设计教学过程中，应把课程设计中涉及到有关问题贯穿于整个教学过程中，把有关内容灵活的穿插到相关章节，比如齿轮、轴、带传动、滚动轴承、联轴器等，既是理论教学的重要内容，也是课程设计的重点，在授课过程中应讲清在课程设计的应用并强化。在习题练习中除完成普通习题外，还要强化与课程设计有关的题型，使学生感到学有所用，始终对课程设计抱有一定的参与欲望，既增加了学生的学习兴趣，又调动了学习主动性，加深巩固了相关知识。

6 应将先修课程内容适时适度的穿插到机械设计基础教学中

机械设计基础是一门综合性课程，必须先修了机械制图、轮机工程材料、、金属工艺学、工程力学、之后才能开设本课程，在课程设计的过程中，需要综合运用前面学到的相关知识。比如选则材料的时候，需要用到轮机工程材料里的材料选型、热处理等内容；在零件尺寸设计及强度计算中，需要运用到理论工程力学的知识进行受力分析，进行弯矩、扭矩的计算；在减速器装配图、零件工作图绘制过程中，需要运用机械制图的视图、剖视图、尺寸标注、技术要求等。从课程设计完成效果来看，学生对于这些先修课程遗忘的较多，灵活掌握程度不是很好，综合运用知识能力不强，结果造成课程设计质量不高。因此指导老师应把先修课程的内容适时适度的有机穿插到机械设计基础课程的相关部分讲解，使学生在学习新知识的同时，复习、巩固、运用已有知识，提高课程设计质量。

7 结语