CC BY
10УДК 621 (01)
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
О.Н. Незамаева, старший преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет; (620075, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42 (тел.+7 912 201 41 24), ola-nez@mail.ru.)
Н.Н.Эльяш кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет; (620075, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42; (тел.+7 912 275 98 92), vasilisa4kota@yandex.ru)
Рецензент: Л. А. Новопашин кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, Е-mail: novopashi n-leoni d@ya. ш)
Ключевые слова: Лабораторная работа, геометрия зубчатых колес, сочетание традиционных и современных технологий, компьютерная программа, анализ результатов, оптимизация параметров, коррекция профиля зубьев.
Аннотация: Подготовка специалистов, соответствующих действующим образовательным стандартам, обусловливает потребность во внедрении современных информационных технологий в те или иные виды учебной работы. При этом эффективные методы традиционного обучения не должны потерять своей значимости.
В данной статье рассматривается возможность и целесообразность реализации оптимального сочетания теоретических расчетов, выполняемых при помощи компьютерных программ, с практическими действиями, предусмотренными лабораторным практикумом. Предлагаемая методика рассмотрена на примере выполнения лабораторного практикума по изучению геометрических параметров зубчатых передач. Практическая часть работы предусматривает имитацию нарезания зубчатых колес без смещения инструментальной рейки и со смещением её относительно заготовки. Посредством перебора вариантов с последующим анализом результатов студент получает оптимальные значения коэффициента смещения и абсолютного сдвига инструментальной рейки, исключающие подрез ножки зуба. Автоматизация расчетов позволяет исключить большой объем математических вычислений, а при изменении исходных данных устанавливается их взаимосвязь с получаемыми результатами. Это способствует формированию аналитических способностей обучающихся, а также закрепляет знания, полученные при изучении информатики.
Данная методика сочетания традиционных и современных информационных технологий способствует формированию мотивации обучающихся к дальнейшему непрерывному образованию и научно-исследовательской деятельности. Использование информационных технологий наряду с наглядностью традиционных практических действий способствует формированию компетенций, которые предполагают способность анализировать результаты, осознанно влиять на них, а также применять полученные знания для решения конкретных практических задач.
THE PERFORMANCE OF LABORATORY WORKSHOP ON TECHNICAL MECHANICS WITH THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGY
O. N. Nezamieva, senior lecturer of the Department of technological and transport machines of the Ural state agrarian University (tel.+7 912 201 41 24),
N.N. Elyash candidate of technical Sciences, associate Professor, associate Professor of technological and transport machines, Ural state agrarian University
(620075, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42; tel.+7 912 275 98 92).
Reviewer: L.A Novopashin candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33 - 63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: Laboratory work, geometry of gears, combination of traditional and modern technologies, computer program, analysis of results, optimization of parameters, correction of tooth profile.
Abstract: the Training of specialists, corresponding to the current educational standards, determines the need for the introduction of modern information technologies in certain types of educational work. At the same time, effective methods of traditional education should not lose their importance.
This article discusses the possibility and feasibility of the optimal combination of theoretical calculations performed with the help of computer programs, with practical actions provided by the laboratory workshop. The proposed method is considered on the example of the laboratory workshop on the study of geometric parameters of gears. The practical part of the work involves the simulation of cutting gears without shifting the tool rail and with its displacement relative to the workpiece. Through the selection of options, followed by the analysis of the results, the student receives the optimal values of the displacement coefficient and the absolute shift of the tool rail, excluding the undercut of the tooth leg. Automation of calculations makes it possible to exclude a large amount of mathematical calculations, and when changing the source data, their relationship with the results is established. This contributes to the
formation of analytical skills of students, as well as strengthens the knowledge gained in the study of computer science.
This method of combining traditional and modern information technologies contributes to the formation of motivation of students to further continuing education and research activities. The use of information technologies along with the visibility of traditional practical actions contributes to the formation of competencies that involve the ability to analyze the results, consciously influence them, as well as apply the knowledge to solve specific practical problems.
Цель исследований заключается в разработке методики выполнения лабораторного практикума на основе синергической модели, сочетающей традиционные и современные информационные технологии.
В современных условиях, когда основной задачей дидактики является повышение качества образования, встает вопрос о совершенствовании отдельных видов учебных работ. Подготовка специалистов в соответствии с образовательными стандартами требует применения современных информационно-коммуникационных технологий на основе создания новых методических разработок. При этом традиционные методы развития инженерного мышления не должны потерять своей значимости, поскольку компетентностные стандарты образования предполагают способность применять знания, умения и навыки в реальных практических ситуациях. Для формирования предусмотренных стандартами компетенций обучаемый, помимо приобретения профессиональных знаний, должен развивать личностные, коммуникационные, деятельностно-ориентированные качества.
В настоящее время создан ряд компьютерных программ, позволяющих избежать большого объема математических вычислений, стоит лишь ввести исходные данные и тут же получить результат [1, 2]. Чрезмерная формализация выполнения практических заданий с применением компьютерных программ приводит к тому, что студенты утрачивают смысл решаемых задач, не могут анализировать и прогнозировать получаемые результаты. Подобные затруднения не способствуют формированию исследовательских навыков; сам процесс лабораторного практикума лишен наглядности, которая может быть обеспечена графическими построениями с помощью традиционных методов.
Суть рационального сочетания традиционных методов выполнения практических задач с компьютерными технологиями состоит в том, что студенты не тратят время на громоздкие вычисления; при получении неудовлетворительных результатов они имеют возможность изменить один или несколько параметров и проанализировать функциональные зависимости, понять взаимосвязи явлений. Традиционные методы выполнения лабораторной работы с использованием прибора для имитации процесса нарезания зубчатого колеса обеспечивают при этом максимальную наглядность, которой лишены аналитические методы.
В курсе «Техническая механика» изучается тема «Проектирование зубчатых передач», которая является основной при изучении раздела «Механические передачи». По данной теме студенты выполняют лабораторный практикум «Изучение геометрических параметров зубчатых передач», который состоит из двух частей - расчетной и практической.
Расчетная часть лабораторного практикума по данной теме состоит в определении основных геометрических параметров зубчатых колес путем подстановки исходных данных в аналитические формулы [3]. Процесс этот - трудоемкий, однообразный, не несущий в себе развивающей компоненты обучения. При этом зачастую студенты не воспринимают зависимость получаемых результатов от изменения исходных параметров; сложные вычисления, выполняемые вручную, занимают большую часть времени и отвлекают от содержания и цели данной работы.
Предлагаемая методика выполнения лабораторного практикума с использованием компьютерных программ заключается в оптимальном сочетании традиционного обучения и современных информационных технологий, как инструмента формирования инженерных умений и навыков.
Для выполнения трудоемких вычислений разработаны две программы расчета геометрических параметров зубчатых колес: для колес, нарезаемых без смещения исходного производящего контура и для корригированных колес с положительным смещением. Исходные данные содержат как постоянные, так и переменные величины, посредством варьирования которых можно получить оптимальные значения геометрических параметров зубчатых колес.
Выполняя работу, студент вводит в таблицу, представленную на экране, заданное значение модуля зацепления, а также числа зубьев шестерни и колеса, как показано на приведенном рисунке 1. Если в результате расчета при заданном числе зубьев Ъ\ на шестерне образуется подрез ножки, то программа автоматически определяет коэффициент относительного смещения, абсолютный сдвиг инструментальной рейки и выполняет коррекцию профиля зубьев. Результаты расчета печатаются в виде таблицы геометрических параметров зубчатых колес, а также вычисляется коэффициент перекрытия для данной пары колес.
Рисунок 1 - Результаты автоматизированного расчета.
Практическая часть работы состоит в имитации нарезания профиля зуба на заготовке в виде бумажного круга с помощью прибора ТММ-42, воспроизводящего процесс нарезания зубьев -эвольвентографа. Нарезание профиля зубчатого колеса производится по принципу огибания, при котором средняя прямая инструментальной рейки перекатывается по делительной окружности нарезаемого колеса [4, с.49-53]. Прибор дает возможность нарезания нулевых и корригированных колес, благодаря чему студенты получают наглядное представление о способах изготовления зубчатых колес.
После выполнения практической части работы производится анализ основных геометрических параметров колес, нарезанных без смещения или со смещением, и результаты практических измерений сравниваются с данными, полученными путем расчета по предлагаемой программе.
Если анализ полученных данных показывает неудовлетворительный результат с точки зрения качественных характеристик, то студент имеет возможность исследовать влияние переменных исходных данных на результаты расчета, изменить их и получить оптимальные геометрические параметры и максимально возможный коэффициент перекрытия.
Использование данной методики обеспечивает сочетание элементов традиционных способов изучения дисциплины «Техническая механика», развивающих логику инженерного мышления, с достоинствами автоматизированного расчета; закрепляет практические навыки, полученные студентами при изучении информатики, и в то же время позволяет избежать чрезмерной формализации при изучении данного курса.
Раздел «Проектирование зубчатых передач» является одним из основных в составе дисциплин «Техническая механика», «Теория механизмов и машин» и служит базой для изучения последующих дисциплин. Полученные при выполнении лабораторного практикума навыки и умения могут использоваться студентами на дальнейших этапах обучения, в том числе при
Изменение геометрических параметров колес при положительной коррекции профиля (подрез ножки зуба, заострение вершин зубьев, толщина зуба и ширина впадины и т.д.) наглядно проиллюстрированы на бумажной заготовке (рис.2).
Рисунок 2 - Круг с вычерченными профилями зубьев колёс.
Практический этап работы заключается в том, что студент, используя полученные результаты автоматизированного расчета, производит смещение рейки от центра бумажной заготовки, повторяет процесс нарезания зубьев, получая при этом корригированный профиль зубьев [5, с. 124-127].
разработке курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», а также при выполнении выпускной квалификационной работы.
В результате исследований можно отметить, что оптимальное сочетание практических работ с одновременным использованием компьютерных программ позволяет снизить либо совсем исключить большой объем рутинных математических вычислений в пользу развития аналитических способностей обучающихся. При этом помимо формирования требуемых компетенций у студента появляется мотивация на использование полученных навыков в процессе дальнейшего образования, в том числе исследовательской деятельности. Литература
1. С.А. Попов, Г.А. Тимофеев Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин: учеб. пособие для втузов /Под ред. К.В. Фролова.- Москва «Высшая школа» 2002 - 411 с.
2. А.С. Коломейченко, Информационные технологии [Электронный ресурс] :учебное пособие /
A.С. Коломейченко, Н.В. Польшакова, О.В. Чеха. - Санкт-Петербург: Лань, 2018. - 228 с. -Режим доступа http// e.lanbook.com /101862.
3. О.Н. Незамаева, Н.Н. Эльяш Техническая механика. Учебное пособие. Часть 3. Детали машин:/ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет». Екатеринбург, 2018, 56с.
4. Б. А. Беляев Теория механизмов и машин : учеб. пособие к лабор. работам / Б. А. Беляев, А. П. Шевченко, А. А. Рязанов ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. - Владимир : Изд-во ВлГУ, 2016 -107 с.
5. Ю.Ф. Лачуга, А.Н. Воскресенский, М.Ю. Чернов Теория механизмов и машин. Кинематика, динамикаирасчет.- КолосС, 2008.- 304 с.: ил.
Literature
1. S. A. Popov, G. A. Timofeev Course design on the theory of mechanisms and mechanics of machines: studies. the allowance for high schools /Under the editorship of K. V. Frolov.- Moscow "Higher school" 2002 - 411 p .
2. A. S. Kolomiychenko, Information technologies [Electronic resource]: textbook / A. S. Kolomiychenko, N. In. Bolshakova, O. V. Czech. - St. Petersburg: LAN, 2018. - 228 p. - http// access Mode e.lanbook.com / 101862.
3. O. N. Nizamieva, N. N. Eliash Engineering mechanics. Textbook. Part 3. Machine details: / FGBOU IN "Ural state agrarian University". Yekaterinburg, 2018, 56c.
4. B. A. Belyaev, Theory of mechanisms and machines : textbook. manual to labor. works /
B. A. Belyaev, A. P. Shevchenko, A. A. Ryazanov ; Vladim. GOS. Univ.im. A. G. and N. G. Stoletovs. - Vladimir : publishing house of the Volga, 2016 -107 C.
5. Yu. F. Shack, A. N. Voskresensky, M. Yu. Chernov Theory of mechanisms and machines. Kinematics, dynamics and calculation.- Colossus, 2008.- 304 p.: II.
