機械革新人才培育研究

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引言

機械創新設計課程是機械類專業的一門重要專業課程。機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科學技術知識，進行創新構思[1]、設計出具有新穎性、創造性及實用性機械產品的一種實踐活動。培養學生的機械創新能力和工程意識，拓寬學生的知識面，開闊技術視野，積累機械創新經驗和實用性新結構的技術資料通過對機械創新設計課程教學的改革,取得了一定成效。

1、采用多媒體教學

通過制作電子課件，介紹機械創新設計的基礎知識、基本理論和基本方法，使學生了解創新設計的概念及過程，了解創新與人類進步的關系，明確實現技術進步的途徑，了解本課程的學習目的[1]、研究內容。提高了教學質量。

2．把全國機械創新設計比賽獲獎作品

介紹給學生通過對機械學科的“原理創新”、“機構創新”、“結構創新”和“產品外觀創新”等四大創新的介紹與實例展示，使學生掌握機械創新設計基本內容，增強機械創新設計意識和創新能力[2]。還通過介紹全國機械創新設計比賽獲獎作品，大大地激發了學生的學習興趣。這是2010年全國機械創新設計比賽廣西區一等獎作品，危急現場無人探測小車。

3．抓住關鍵點

機械的創新過程要經歷功能——機構——結構的思維過程[3]。機械結構設計就是將機構系統轉化為機械實體系統。是機械創新設計成敗關鍵之一。在講述機械結構創新設計這一章時，抓住重點難點。重點是機械結構設計的概念與基本要求，構件的結構與創新設計。難點是機械結構的組合創新設計。通過實例突破難點。

4．通過講解剖析目前的創造成果等具體實例，開闊同學的設計思路，擴大技術視野實例：可升降省力便攜式輪椅設計

4.1設計思想及基本內容基于人性化設計思想，力求克服市面上產品的一些缺陷，對驅動方式進行了創新設計，同時設計出具有能夠自我調節高度的輪椅座位。驅動方式從人機工程方面考慮，采用推桿形式使用戶用力比較舒適、方便，同時利用杠桿原理，具有省力的功能。對于升降機構，其目的主要在于提高殘疾人的自理能力，使其坐在輪椅上的上升后的高度約等于人正常站立的高度。同時要求輪椅盡可能的簡單、方便、成本低廉，更具人性化。使殘疾人的生活自理能力加強，同時享受到更加舒服，更具人性化的助殘機械，也滿足性能、成本方面的要求，使他們使用方便，攜帶方便，購買便宜。

4.2升降機構的設計

4.2.1升降機構的類型及比較(1)液壓或氣壓驅動機構——通過液壓缸或氣缸來實現升降。(2)螺桿副機構——通過旋轉螺母或螺桿來調節高度[4]。(3)叉桿機構——通過改變叉桿之間的角度來實現高度的調節。

4.2.2升降機構的方案確定通過對前三種方案的綜合比較，在第三種方案的基礎上，綜合所需達到的簡單、輕便、成本低的目標，設計了下述升降機構的方案，如圖3所示。該機構中滑輪能夠在滑道上滑動，使叉桿之間的角度可自由改變，通過轉動搖臂2，使絲桿轉動，從而調節a、b兩點之間的距離以改變叉桿角度，實現高度調節。

4.3驅動方式的設計

4.3.1省力機構的方案比較與選擇(1)曲柄滑塊機構——結構較簡單，但沒有省力功能，效率較低，且不可實現前后運動的自由切換[5]。(2)棘輪機構——可實現將間歇往復運動轉換為轉動，但無法實現前后運動的自由調節。(3)摩擦棘輪機構——結構簡單，可實現將間歇的往復運動轉化為轉動，但間歇運動機構運動時只有一個行程做功，另一個行程為無用功，即為間歇驅動，效率低。本設計采用兩套摩擦棘輪機構，一套機構能夠實現輪椅前進、后退、空擋、制動的切換；另一套機構實現間歇運動的連續驅動。

4.4本例設計特點：（1)升降機構可實現預定的升程，驅動搖臂所需力較小，驅動方式簡單，舒適。（2)驅動搖桿使驅動輪前進的力很小，用力方式非常方便、舒適，采用棘輪機構可圓滿實現前進、后退、空擋、制動，并且操作方便，可滿足使用要求。同時主輔棘輪能夠協調工作，使驅動搖桿能夠連續驅動，達到提高效率與速度的目的。（3)輪椅可達到預期折疊功能，攜帶、儲存方便。（4)輪椅制造成本低，可滿足廣大客戶的需求。

5．創新實踐實例：電動大門的設計

5.1電動大門的功能目標：實現大門的自動啟閉

5.2設計要求：門寬為4!6米，門高為1.5!2米啟閉時間為10秒左右。

5.3設計方案的構思：電動大門可分為平開門、推拉門和升降門。平開門可分為雙扇平開門和四扇平開門；腿拉門可分為整體推拉門和伸縮推拉門；升降門可分為整體升降門和卷閘門。從評分情況看，單扇推拉門和伸縮門得分較高，實際情況也是這兩種門應用最廣泛。但從美觀情況看，近期不銹鋼制作的伸縮門應用的最廣泛。

六．教改成果

《機械創新設計CAI課件》榮獲梧州學院第三屆高等教育教學軟件大賽評比一等獎。組織學生參加大學生機械創新設計比賽獲2011廣西機械創新設計比賽一等獎。這是我院2011廣西機械創新設計比賽一等獎作品：遙控式玻璃幕墻清潔車（如圖4所示）。通過組織學生參加大學生機械創新設計比賽，培養學生的創新設計意識、綜合設計能力與團隊協作精神；加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求通過創新思維，進行機械設計和工藝制作等實際工作能力。