【摘要】本文基于陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)概況和存在的問題，提出整合提升軟硬件建設(shè)、加大實(shí)驗(yàn)室開放力度和實(shí)現(xiàn)理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)“雙師化”三個(gè)方面的教學(xué)改革思路，并進(jìn)行初步成效分析，為高職院校同類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供一定的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；成效分析

隨著現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和社會(huì)、行業(yè)對(duì)技術(shù)技能型人才的需求不斷提升，機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革面臨著諸多挑戰(zhàn)。課程涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)量方式以及學(xué)生積極性都對(duì)教學(xué)效果有著顯著的影響，如何全面提升教學(xué)效果、調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，是機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革致力于解決的主要問題。

1課程改革背景

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)概況。教研室遵循人才培養(yǎng)方案要求，在機(jī)械制造與自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造兩個(gè)專業(yè)中開設(shè)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程，共計(jì)48學(xué)時(shí)教學(xué)外加36學(xué)時(shí)（兩周）課程設(shè)計(jì)，課程涵蓋的實(shí)驗(yàn)主要包括以下三類：1.1.1演示類實(shí)驗(yàn)。包含機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演示和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪，前者目的是使學(xué)生了解構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系及主動(dòng)件、從動(dòng)件概念，并深化機(jī)構(gòu)及其組成概念；后者主要要求學(xué)生掌握比例尺運(yùn)用、視圖選取、運(yùn)動(dòng)副符號(hào)及自由度計(jì)算等方面。1.1.2驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)。包括齒輪范成原理實(shí)驗(yàn)和齒輪參數(shù)測(cè)繪實(shí)驗(yàn)，前者要求學(xué)生使用范成儀繪制正、負(fù)變位齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪，通過觀察、分析和比較，了解標(biāo)準(zhǔn)齒輪與變位齒輪的區(qū)別；后者要求學(xué)生使用游標(biāo)卡尺測(cè)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(jì)算基本知識(shí)。1.1.3減速機(jī)拆裝試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)為演示性試驗(yàn)，10-20人一組，部分同學(xué)拆裝，部分同學(xué)觀看，主要了解減速機(jī)的結(jié)構(gòu)、軸上零件的裝配關(guān)系、窺視孔、放油塞、油標(biāo)尺、放氣孔、及吊鉤等附件的位置、尺寸大小等，為減速機(jī)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。1.2教學(xué)改革前存在問題。1.2.1部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化，無法滿足實(shí)驗(yàn)要求。由于實(shí)驗(yàn)室搬遷和設(shè)備自身老化，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性不足，此前開設(shè)的相當(dāng)一部分演示與測(cè)繪實(shí)驗(yàn)已無法開出，教學(xué)效果受到了較大影響。課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)在一段時(shí)間里主要是減速機(jī)拆裝實(shí)驗(yàn)，但由于設(shè)備有限，分組時(shí)每組學(xué)生較多，限制了學(xué)生實(shí)踐能力的提高。1.2.2教學(xué)方法較為模式化。多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較為固定，學(xué)生嚴(yán)格按照步驟詳細(xì)、易于操作的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成實(shí)驗(yàn)，教師主要指出原則性錯(cuò)誤并負(fù)責(zé)學(xué)生安全。該模式在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精的素養(yǎng)方面具有積極意義，但與激發(fā)學(xué)生求知欲、樹立其創(chuàng)新精神并最終解決實(shí)際工程問題的目標(biāo)具有一定的矛盾。1.2.3個(gè)性化考核方式有待實(shí)現(xiàn)。目前考核內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)完成度和按時(shí)到課情況。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)定方面未能充分反映學(xué)生的水平差異，學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容基本相似，而考勤情況相同的學(xué)生基本會(huì)取得相同的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。評(píng)量方式與因材施教、個(gè)性化評(píng)估的初衷存在沖突。1.2.4學(xué)生的學(xué)習(xí)重視度有限。由于上述原因，外加本課程實(shí)驗(yàn)為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，并未單獨(dú)設(shè)置考核學(xué)分，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視程度有限，直接導(dǎo)致日后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)毫無頭緒，也對(duì)學(xué)生參與各級(jí)各類機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和學(xué)歷提升方面產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。

2課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革思路

摘要：基于工程教育專業(yè)認(rèn)證，對(duì)傳統(tǒng)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)改革探索。課程設(shè)計(jì)選題突出陶瓷機(jī)械特色，切合工作實(shí)踐，完善課程綜合性。對(duì)照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)械課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和組織實(shí)施三方面提出了改革。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證；課程設(shè)計(jì)；陶瓷機(jī)械；教學(xué)改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證是針對(duì)高等學(xué)校工科專業(yè)實(shí)施的專門性認(rèn)證，也是實(shí)現(xiàn)工程教育和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。高等教育質(zhì)量問題成為社會(huì)關(guān)注重點(diǎn)，為進(jìn)一步提高工科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，教育部于2006年啟動(dòng)了工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作，2013年，中國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員，2016年正式加入國(guó)際工程教育組織[2]?！皺C(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”是機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。課程主要任務(wù)為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)計(jì)，旨在引導(dǎo)學(xué)生整合機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的所學(xué)知識(shí)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、基本零部件設(shè)計(jì)校核、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)等，以期培養(yǎng)學(xué)生工科思維。如何對(duì)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行改革，以適應(yīng)新時(shí)代工程教育認(rèn)證的新要求，是擺在各工科院校面前的一大挑戰(zhàn)。

1對(duì)“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的分析

“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”作為機(jī)械專業(yè)學(xué)科非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程設(shè)計(jì)大綱明確了常用機(jī)械零部件、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、聯(lián)系實(shí)際設(shè)計(jì)過程、正確的設(shè)計(jì)思想、分析和解決問題能力等要求指標(biāo)。但傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)難以滿足新時(shí)代工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。本校目前仍存在以下問題：①機(jī)械課程設(shè)計(jì)的選題較為單一。“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)只是對(duì)典型機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)一直以來都是以二級(jí)圓柱齒輪減速器作為設(shè)計(jì)題目。題目傳統(tǒng)單一，學(xué)生抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，不求甚解風(fēng)氣較重。與工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的符合學(xué)校定位、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的培養(yǎng)目標(biāo)尚有差距。機(jī)械作為一門工科，理應(yīng)與實(shí)際接軌，應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，與社會(huì)發(fā)展需要契合，充分體現(xiàn)出各地區(qū)高校的機(jī)械專業(yè)特色。②機(jī)械課程設(shè)計(jì)的相關(guān)性不足。雖然機(jī)械原理中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)中的零部件設(shè)計(jì)都得到了訓(xùn)練，但學(xué)生學(xué)完機(jī)械基礎(chǔ)系列課程后，缺乏對(duì)整體機(jī)械的認(rèn)識(shí)，“機(jī)械原理”課程設(shè)計(jì)著重于運(yùn)動(dòng)分析，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)著重于機(jī)構(gòu)零部件性能參數(shù)，二者甚至不在同一機(jī)構(gòu)中，兩門課程沒有建立必要的對(duì)接點(diǎn)，使學(xué)生沒有形成一個(gè)有機(jī)的整體系統(tǒng)工程的認(rèn)識(shí)以及掌握機(jī)器設(shè)計(jì)的完整過程。

2課程設(shè)計(jì)改革探索

1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的背景和基本原理

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于能源的利用和消耗逐漸增大，導(dǎo)致環(huán)境惡化問題日益嚴(yán)重，對(duì)于自然生態(tài)和人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懺絹碓絿?yán)重。由于中國(guó)在改革開放初期一直注重工業(yè)化的發(fā)展，沒有對(duì)環(huán)境問題給予相當(dāng)程度的重視，造成環(huán)境問題被破壞的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。因此，需要關(guān)注環(huán)境問題的發(fā)展和保護(hù)。

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的背景

我國(guó)在1972年就提出了“可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略，注重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)處于長(zhǎng)期發(fā)展的模式中，但是由于這一時(shí)期，我國(guó)還沒有開始改革開放，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)效益比較落后，工業(yè)化發(fā)展比較落后，國(guó)家的生態(tài)環(huán)境還比較好，但是在1978年，改革開放之后，國(guó)家在初期一直大力發(fā)展重工業(yè)，為了提高經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展，對(duì)我國(guó)的資源和能源進(jìn)行過度開采，導(dǎo)致我國(guó)的環(huán)境破壞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。因此，我國(guó)在2003年提出“科學(xué)發(fā)展觀”的政策，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展，合理有效的保護(hù)生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)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(guó)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。機(jī)器設(shè)備的能源消耗和尾氣排放是我國(guó)環(huán)境污染和破壞的重要原因之一，為了對(duì)環(huán)境進(jìn)行合理有效的保護(hù)和治理，就需要開展節(jié)能減排促使，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的開展，對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的治理，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的基本原理

機(jī)械設(shè)計(jì)是按照使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、組成部分、運(yùn)行模式、能量傳送、各部件的形態(tài)等進(jìn)行規(guī)劃、分析、研究和計(jì)算，以及將其從理論的規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際制作基礎(chǔ)的工作流程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程主要的構(gòu)成成分，也是決定機(jī)械效能的重要因素。為了減少機(jī)械類機(jī)器對(duì)環(huán)境的污染和破壞，就需要開展機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能，其基本原理為：對(duì)實(shí)際機(jī)械體系的效能、動(dòng)力能量、運(yùn)行的使用效力以及機(jī)械體系的耗能速率等進(jìn)行整合，然后運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，通過一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算和合理分析最終有效歸納合成，形成機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的工作原理，減少能源的消耗，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展政策的進(jìn)行。

摘要:隨著我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)對(duì)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(gè)社會(huì)性問題，為了緩解我國(guó)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(gè)行業(yè)在生產(chǎn)過程中，要對(duì)原有的生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化，減少對(duì)能源的消耗，減少各種有害物質(zhì)的排放。機(jī)械制造業(yè)是我國(guó)的重要行業(yè)，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，必須要把節(jié)能的理念帶入其中，減少機(jī)械設(shè)備運(yùn)行對(duì)能源的消耗。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理及其運(yùn)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)備;設(shè)計(jì)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(biāo)，作為我國(guó)的重點(diǎn)行業(yè)，機(jī)械制造業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，也必須要遵循這樣的設(shè)計(jì)理念，通過設(shè)計(jì)理念的優(yōu)化，減少各種機(jī)械設(shè)備在使用過程中對(duì)能源的消耗，這樣的機(jī)械設(shè)計(jì)方式，充分迎合了我國(guó)當(dāng)前的節(jié)能理念，同時(shí)，也可以緩解現(xiàn)階段的能源壓力。下文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。

1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)的原理

地球上任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)都要遵循牛頓的力學(xué)定律，機(jī)械設(shè)計(jì)的節(jié)能原理，就是以能量守恒為理論基礎(chǔ)，通過能量的高效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的過程中，各種能量之間可以實(shí)現(xiàn)互相轉(zhuǎn)化。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，勢(shì)能與動(dòng)能之間往往不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，勢(shì)能在向動(dòng)能轉(zhuǎn)化的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的變動(dòng)，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(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)，就是對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的勢(shì)能波動(dòng)進(jìn)行控制，使勢(shì)能處于合理的范圍之內(nèi)，提升勢(shì)能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化率，從而達(dá)到節(jié)能的設(shè)計(jì)效果;在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過程中，動(dòng)能是保證設(shè)備運(yùn)行的主要能量，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，許多因素都會(huì)對(duì)設(shè)備的動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，著重減小設(shè)備構(gòu)件之間的摩擦力，降低機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中能量的損耗，通過這樣的方式，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，可以從以下幾個(gè)方面入手，減少設(shè)備對(duì)能源的需求，首先，對(duì)設(shè)備的各種配件進(jìn)行檢查，保證配件之間運(yùn)行的默契程度，保證配件的精確度與設(shè)計(jì)精度充分吻合，減少運(yùn)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(gòu)件;最后，要對(duì)機(jī)械設(shè)備的啟停程序進(jìn)行優(yōu)化，通過上述方式，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備對(duì)能源的消耗，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理的運(yùn)用

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程領(lǐng)域的重要組成部分，其工作質(zhì)量至關(guān)重要，不僅關(guān)系到機(jī)械制造企業(yè)的工作效益，還決定著機(jī)械產(chǎn)品的性能。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，我們不僅要牢牢遵循機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理，還要兼顧當(dāng)今社會(huì)發(fā)展所倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保要求。從機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理入手，就其節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)做了深入分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；節(jié)能；環(huán)保；原理

隨著時(shí)代的發(fā)展，生態(tài)問題與能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，極大影響了人們生活與生產(chǎn)，在這種時(shí)代背景下，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已成為全球共識(shí)。機(jī)械生產(chǎn)作為社會(huì)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(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程領(lǐng)域的第一工序，其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中除了考慮產(chǎn)品性能、質(zhì)量外，更要注重設(shè)備的節(jié)能型，盡可能的節(jié)省資源浪費(fèi)，避免因?yàn)樵O(shè)備不具備節(jié)能性能而造成大量材料的浪費(fèi)。文章從機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的原理入手，從實(shí)際出發(fā)通過能量分析提出了機(jī)械設(shè)計(jì)的節(jié)能方法。

1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的重要性

我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)與西方國(guó)家相比，有著起步晚、起點(diǎn)低的特征，但伴隨改革開放以來國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程領(lǐng)域的重要組成部分，其對(duì)機(jī)械工程有著很大影響，近幾年來，受到國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境政策的影響，機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能工作的開展已成為不可逆的趨勢(shì)，在這種時(shí)代背景下，要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員充分考慮各種因素，除了保證機(jī)械產(chǎn)品的最初性能外，更要做好節(jié)能環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性要求，我們首先要對(duì)這些內(nèi)容分析和整理，正確認(rèn)識(shí)這些環(huán)節(jié)的工作要求。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們要對(duì)設(shè)備的配合及應(yīng)用更加注意，力求機(jī)械設(shè)計(jì)在保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，盡可能的降低能量損耗，從而讓機(jī)械設(shè)計(jì)達(dá)到當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。

2機(jī)械設(shè)計(jì)的節(jié)能原理

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)不斷的加強(qiáng)建設(shè)，對(duì)我國(guó)的能源消耗需求也不斷增大。這同時(shí)使得我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)得到飛速的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的使用能夠幫助人們解決一些高難度的生產(chǎn)，同時(shí)使用機(jī)械來代替人力能夠有效的加速產(chǎn)品的生產(chǎn)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也解放了生產(chǎn)力。所以機(jī)械設(shè)備的推陳出新是十分重要的，高效率的機(jī)械能夠很好的帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文主要從機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的分析和應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);節(jié)能;分析和應(yīng)用

社會(huì)不斷的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備不斷的更新。機(jī)械行業(yè)的發(fā)展正處于飛速發(fā)展的時(shí)代，機(jī)械行業(yè)是現(xiàn)代社會(huì)中的新寵兒。但是在機(jī)械行業(yè)中也存在著很大的競(jìng)爭(zhēng)，機(jī)械的成本，機(jī)械的質(zhì)量和機(jī)械的工作能力對(duì)需求者來說都是關(guān)注的熱點(diǎn)。能創(chuàng)新出新的機(jī)械的發(fā)明，能夠有效的節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境對(duì)于機(jī)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(jī)械能夠獲得國(guó)家和社會(huì)的不斷支持。

1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能背景和基本原理

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能背景。隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與高速的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交流，我國(guó)迎來了許許多多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。這對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說起著積極的促進(jìn)作用，但同時(shí)一些國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備也流入我國(guó)，對(duì)我國(guó)的現(xiàn)有的一些機(jī)械行業(yè)和相關(guān)企業(yè)發(fā)展都存在著巨大挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)促進(jìn)了我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展，各種新型設(shè)備不斷更新，各個(gè)新技術(shù)不斷的出現(xiàn)。促進(jìn)了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)，我國(guó)從很早就提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)于環(huán)境和資源的開采都必須要有節(jié)制的開采，要從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度去看待資源問題。不能過度的開發(fā)資源，導(dǎo)致生態(tài)破壞。所以在這可持續(xù)發(fā)展的理念的指導(dǎo)下，促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)技能的發(fā)展。1.2機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原理。機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)是從機(jī)械的各個(gè)層面出發(fā)，對(duì)機(jī)械的組成部件和運(yùn)轉(zhuǎn)原理以及能量傳送等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以達(dá)到使用目的。機(jī)械的前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段時(shí)機(jī)械工程中的重要組成部分，設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械來說決定了機(jī)械產(chǎn)品的使用原理和使用性能及外觀。機(jī)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(hù)環(huán)境減少機(jī)械排放，對(duì)機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)重視了起來。機(jī)械技能設(shè)計(jì)的基本原理是對(duì)機(jī)械的工作效率，機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，所需能量通過合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)整合。運(yùn)用相關(guān)的先進(jìn)的科技來達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念。

2機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的應(yīng)用

一、機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理及應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能原理又稱之為平衡節(jié)能原理，平衡理念是節(jié)能設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)思想。機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從改進(jìn)動(dòng)力源、減小摩擦、功率匹配節(jié)能這三個(gè)方面入手，充分考慮機(jī)械設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中所存在的能耗問題，盡量在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就加以改善，從源頭上減少能源的浪費(fèi)。

1.動(dòng)力源動(dòng)力源通常指的是機(jī)械設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)，在節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中要求盡量的減少發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入功率，同時(shí)盡可能增大其輸出功率，簡(jiǎn)單的說就是提高機(jī)械設(shè)備電能與動(dòng)能、勢(shì)能、熱能等的轉(zhuǎn)化率。在實(shí)際的應(yīng)用中這一設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)、減速停止這兩個(gè)階段中。例如，在停止設(shè)備的動(dòng)力輸入之后由于慣性的因素機(jī)械設(shè)備還會(huì)運(yùn)行一小會(huì)兒，通過合理的設(shè)計(jì)將這一部分動(dòng)能或者勢(shì)能儲(chǔ)存起來，在機(jī)械需要發(fā)動(dòng)的時(shí)候提供一部分初始動(dòng)力。

2.在設(shè)計(jì)過程中減小摩擦發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力必須通過齒輪、動(dòng)力傳送柱、動(dòng)力傳動(dòng)帶等傳遞給機(jī)械設(shè)備需要作用的部位，在這個(gè)過程中難以避免的會(huì)產(chǎn)生摩擦，損失一部分動(dòng)能。因此，需要在設(shè)計(jì)的過程中盡量較小各個(gè)組件之間的摩擦。例如，在“機(jī)械手”的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于其關(guān)節(jié)處都會(huì)采用光滑的圓柱、軸承和液壓柱進(jìn)行連接，同時(shí)在使用的過程中還會(huì)定期的用油進(jìn)行潤(rùn)滑。目的就是為了減少機(jī)械設(shè)備活動(dòng)處的摩擦，減少動(dòng)力的損失。

3.功率匹配節(jié)能，合理運(yùn)用節(jié)能合理的分析不同應(yīng)用環(huán)境下所需要的功率大小，有依據(jù)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)功率。例如，飲品加工傳動(dòng)帶所需的功率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于裝卸工廠所用的傳動(dòng)帶的功率。為了節(jié)約機(jī)械的購買費(fèi)用還可以利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，設(shè)置不同的檔位，根據(jù)實(shí)際功率需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)能源浪費(fèi)的原因

1機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的分析

機(jī)械設(shè)備在工作的過程中，機(jī)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(jī)械守恒原理，我們能夠推導(dǎo)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(shì)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(dòng)能的變化率;NM指的是機(jī)械輸入的總功率。通過對(duì)該公式進(jìn)行分析，可以得出機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理如下:1．1減小機(jī)械勢(shì)能的變化范圍。由上述公式可知，系統(tǒng)勢(shì)能會(huì)對(duì)有勢(shì)力所消耗的功率造成一定的影響，當(dāng)機(jī)械設(shè)備在工作的過程中，系統(tǒng)勢(shì)能一定會(huì)出現(xiàn)變化，在變化的過程中，會(huì)有一些勢(shì)能沒有得到有效應(yīng)用的，這就會(huì)提高機(jī)械設(shè)備的有勢(shì)力消耗，從而增加機(jī)械設(shè)備的能源消耗。因此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要減小機(jī)械勢(shì)能的變化的范圍，以此來降低有勢(shì)力所消耗的功率，從而設(shè)計(jì)出節(jié)能的機(jī)械設(shè)備。1．2減少機(jī)械動(dòng)能。動(dòng)能是機(jī)械進(jìn)行工作的最關(guān)鍵部分，一般來說，能源消耗就是在轉(zhuǎn)變成有效動(dòng)能時(shí)產(chǎn)生的，在進(jìn)行和動(dòng)能有關(guān)機(jī)械的設(shè)計(jì)中，有很多影響動(dòng)能的因素，比如:零件的材質(zhì)和制作的精確程度、機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)和停止頻率等。因此，要想使機(jī)械設(shè)備具有更好的節(jié)能減排效果，就要減少機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)和工作中的制動(dòng)作用力以及摩擦力，增加機(jī)械設(shè)備有效動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。比如，選用新型的材料進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)、降低機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)和停止的頻率等。1．3減少無用功。機(jī)械設(shè)備在工作的過程中，會(huì)產(chǎn)生非常多的無用功，這些無用功會(huì)造成大量的能源消耗。比如，機(jī)械設(shè)備的工作表面和物體之間以及零件之間，都會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦力，摩擦力做功會(huì)產(chǎn)生非常多的熱量，這些熱量就是無用功。另外，有些機(jī)械設(shè)備的部件會(huì)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(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要降低機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)生的無用功，從而減少機(jī)械設(shè)備的能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的［1］。

2機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的應(yīng)用

2．1在升降機(jī)械方面的應(yīng)用。升降機(jī)械主要是應(yīng)用鏈條或者大壓力容器移動(dòng)升降設(shè)備，進(jìn)行高空維修或者高空作業(yè)。在實(shí)際的工作中，升降機(jī)械需要非常大的動(dòng)力能量才能將升降設(shè)備送到需要的高度。觀察升降機(jī)械工作的過程可以看出，升降機(jī)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(yīng)的節(jié)能措施。因此，需要根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能，再結(jié)合電梯的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行升降機(jī)械的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以此來降低升降機(jī)械的能源浪費(fèi)以及能源消耗。比如，當(dāng)升降機(jī)械與曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)保持一致的速度進(jìn)行同等質(zhì)量貨物的提升時(shí)，曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以有效維持升降機(jī)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(jī)械的系統(tǒng)勢(shì)能維持常量或者在最小的范圍內(nèi)變化。2．2在機(jī)械加工設(shè)備方面的應(yīng)用。機(jī)械加工設(shè)備在生活中的應(yīng)用非常廣泛，機(jī)械加工設(shè)備在工作時(shí)消耗的能源也非常多，因此，機(jī)械加工設(shè)備也要采取一定的節(jié)能措施。比如，牛頭刨床，這種機(jī)械加工設(shè)備是依靠一個(gè)質(zhì)量比較大的主軸來進(jìn)行操作的，這個(gè)主軸可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，要想節(jié)約該設(shè)備的能耗，就要降低設(shè)備的輸入功率，應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的基本原理，在該設(shè)備的基礎(chǔ)上增加一個(gè)慣量比較大的飛輪，以此來降低設(shè)備主軸的速度變化，從而提升機(jī)械加工設(shè)備的功率，節(jié)約能耗。另外，在進(jìn)行桌椅、衣櫥或者電腦等生活設(shè)備的加工時(shí)，可以采用電腦機(jī)械化來進(jìn)行加工生產(chǎn)，減少?zèng)_壓以及焊接等設(shè)備的應(yīng)用，以此來降低機(jī)械加工設(shè)備生產(chǎn)時(shí)造成的資源浪費(fèi)。2．3在大型壓路機(jī)上的應(yīng)用。大型壓路機(jī)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(shì)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(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能的基本原理可知，要想使大型壓路機(jī)節(jié)能，就要縮小大型壓路機(jī)系統(tǒng)勢(shì)能的變化范圍，當(dāng)大型壓路機(jī)前沖擊輪以及后沖擊輪的勢(shì)能出相位達(dá)到一定的條件時(shí)，系統(tǒng)勢(shì)能就會(huì)在最小的范圍內(nèi)變化。另外，還可以將重心最低時(shí)候的沖擊輪勢(shì)能變化減小到最小的區(qū)間內(nèi)，這個(gè)區(qū)間越小，大型壓路機(jī)的節(jié)能效果就越好［2］。

3結(jié)語

綜上所述，機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中亟需進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。分析可得，通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能基本原理的分析與應(yīng)用可知，機(jī)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(jī)械勢(shì)能、動(dòng)能以及無用功的方式進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，降低機(jī)械生產(chǎn)和工作中的能耗，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而提高機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。希望本文的研究可以幫助機(jī)械制造企業(yè)意識(shí)到節(jié)能的重要性。

目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、生產(chǎn)規(guī)劃、加工制造已得到了比較廣泛和深入的研究，并取得初步成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所使用的方法，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可以概括為四類：

1系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的主要特征方法是：將設(shè)計(jì)的幾個(gè)設(shè)計(jì)元素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每一個(gè)設(shè)計(jì)擁有獨(dú)立的設(shè)計(jì)元素，各元素之間存在有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，這樣的話，所有的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行組合后，可以達(dá)到設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的任務(wù)。我國(guó)設(shè)計(jì)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)，基本上沿用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方式。另外，還借鑒了其他發(fā)達(dá)國(guó)家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，如下：

(1)產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)等都來源于用戶的需求，具體設(shè)計(jì)時(shí)，利用質(zhì)量功能布置方法從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)借助于生命系統(tǒng)理論，將產(chǎn)品看作有機(jī)體的生命系統(tǒng)，就是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程可以看成：功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)，產(chǎn)品的功能要求由生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用(機(jī)械設(shè)計(jì)中)分為兩個(gè)問題：

在走可持續(xù)道路的今天,一切會(huì)產(chǎn)生污染的企業(yè)都是不符合當(dāng)今世界的發(fā)展主題的。工業(yè)制造企業(yè)是產(chǎn)生污染的源頭之一,一方面現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展依賴機(jī)械制造,在現(xiàn)代社會(huì)的建設(shè)過程中,有很多地方都需要工業(yè)機(jī)械。另一方面制造企業(yè)產(chǎn)生的污染又是不符當(dāng)今世界的發(fā)展主題的,是不符合可持續(xù)發(fā)展的。在如此矛盾形勢(shì)下,有一個(gè)兩全其美之策就是實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、綠色制造。既滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)工業(yè)機(jī)械的需要,又沒有對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

1綠色設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)

綠色設(shè)計(jì)雖然發(fā)展的時(shí)間并不長(zhǎng),但是已經(jīng)形成了一套完整的技術(shù)系統(tǒng),有它特有的技術(shù)特點(diǎn)。綠色設(shè)計(jì)是融產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、壽命和環(huán)境于一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)是工業(yè)制造企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的第一步,在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到產(chǎn)品制造過程中的每一部,確保每一步都是于環(huán)境無害的。設(shè)計(jì)之初,設(shè)計(jì)者就應(yīng)該在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性,比如說機(jī)械制造成成品之后的可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性以及可重復(fù)性等。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)上述性質(zhì)應(yīng)該作為設(shè)計(jì)時(shí)的指導(dǎo)原則,時(shí)刻在設(shè)計(jì)的過程中體現(xiàn)出來。綠色設(shè)計(jì)方法具有綠色性、集成性和并行性。在設(shè)計(jì)的過程中,它首先是在綠色設(shè)計(jì)指導(dǎo)的原則下進(jìn)行的,設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素很多,有產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求等,在綠色設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這些因素,確保生產(chǎn)產(chǎn)品的這些因素都是環(huán)保的。在設(shè)計(jì)時(shí),一個(gè)很重要的因素是制造材料,由于材料不環(huán)保而導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)生污染是現(xiàn)代很多機(jī)械產(chǎn)品的通病。在設(shè)計(jì)的過程中使材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、包裝運(yùn)輸設(shè)計(jì)、使用維護(hù)設(shè)計(jì)、拆卸回收設(shè)計(jì)、報(bào)廢處置設(shè)計(jì)等多個(gè)設(shè)計(jì)階段同時(shí)進(jìn)行、相互協(xié)調(diào)。在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,都需要將設(shè)計(jì)信息以及評(píng)價(jià)結(jié)果等進(jìn)行及時(shí)的交流和反饋等,至于整體的設(shè)計(jì)方案更是要進(jìn)行反復(fù)論證,確保在制造過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是對(duì)環(huán)境無污染的,使產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。

2發(fā)展工業(yè)機(jī)械綠色設(shè)計(jì)制造的途徑

2.1重視綠色意識(shí)教育,建立并遵守環(huán)境保護(hù)體系

工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)、綠色制造,首要的一步是重視綠色意識(shí)教育。在我國(guó)的機(jī)械行業(yè)內(nèi)大力宣傳環(huán)保意識(shí),讓企業(yè)的每個(gè)員工都對(duì)環(huán)保有所了解并將環(huán)保進(jìn)行到底。在機(jī)械制造的整個(gè)周期中伴隨的環(huán)境問題進(jìn)行正確識(shí)別。只要是發(fā)現(xiàn)是有害環(huán)境的,立刻采取措施加以預(yù)防和有效處理。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)在制造的過程中,都要以環(huán)境控制的思維方式和行為模式制度化、慣性化,也就是說在設(shè)計(jì)和制造的過程中,每一個(gè)步驟、每一個(gè)環(huán)節(jié)都是環(huán)保的,甚至還要在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到產(chǎn)品報(bào)廢后的處理是否是符合可持續(xù)發(fā)展的原則的。