樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)

李桂莉++武洪恩++戴向云++鐘佩思

摘 要：從方案選擇、技術(shù)設(shè)計(jì)、說明書以及成績評定四方面說明如何指導(dǎo)學(xué)生樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，通過課程設(shè)計(jì)提高自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識提出問題分析問題解決問題的能力，并培養(yǎng)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：《機(jī)械設(shè)計(jì)》 課程設(shè)計(jì) 方案 成績評定

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0235-02

《機(jī)械設(shè)計(jì)》是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨之三周的課程設(shè)計(jì)是一次綜合性與實(shí)踐性相結(jié)合的重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)不僅可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識提出問題分析問題解決問題的能力，還可以加強(qiáng)學(xué)生的技能訓(xùn)練，因此激發(fā)學(xué)生喜歡課程設(shè)計(jì)的興趣提高設(shè)計(jì)積極性，樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，對于搞好課程設(shè)計(jì)非常重要。

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)一般以傳統(tǒng)的減速器為設(shè)計(jì)題目，它涵蓋了《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的大部分內(nèi)容。主要包括：（1）傳動部分有帶傳動（或鏈傳動）、齒輪傳動（或蝸桿傳動））；（2）軸系零部件有軸、軸承、聯(lián)軸器等；（3）連接部分有螺紋連接、鍵（或花鍵）連接、銷連接等；另外還有箱體等輔助零件的設(shè)計(jì)，有很強(qiáng)的綜合性，是比較好的選擇。設(shè)計(jì)中用到的知識涉及《制圖基礎(chǔ)》、《制圖基礎(chǔ)應(yīng)用》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《互換性與技術(shù)測量》等多門課程，也是對前面所學(xué)知識的一次綜合應(yīng)用。為了充分調(diào)動學(xué)生的設(shè)計(jì)積極性，讓他們樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，本論文從方案選擇、技術(shù)設(shè)計(jì)說明書以及成績評定四方面對課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹[1-3]。

1 方案選擇

在授課的過程中，布置課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自覺地重視設(shè)計(jì)用到的知識。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自覺性，建議學(xué)生利用學(xué)校已建設(shè)好的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，提前了解課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)、要求、設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)的順序過程。在學(xué)完機(jī)械傳動部分，把每個(gè)同學(xué)的設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)下去，利于他們提前開始設(shè)計(jì)計(jì)算。為了培養(yǎng)同學(xué)們的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，5～6位同學(xué)設(shè)計(jì)一類題目，避免有些同學(xué)投機(jī)取巧，每人的數(shù)據(jù)都不相同。這樣同學(xué)們既不會覺得束手無策，又有一定的自由和約束。要求選用一級遠(yuǎn)距離傳遞，兩級齒輪傳動組成的三級減速傳動來滿足已知運(yùn)動條件的執(zhí)行構(gòu)件。于是，從原動機(jī)的選型、聯(lián)軸器的選型、遠(yuǎn)距離傳遞類型的選擇、齒輪傳動的選擇，可匯總出很多種方案。僅僅兩級齒輪傳動組成的減速器類型就有齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器等類型。齒輪減速器中兩齒輪對又可以設(shè)計(jì)成直齒輪、斜齒輪或錐齒輪，另外還可以有軟齒面和硬齒面之分，齒輪是否變位傳動等等，布置形式也有展開式、分流式或同軸式的不同。指導(dǎo)學(xué)生正確處理借鑒和創(chuàng)新的關(guān)系，相互交流學(xué)習(xí)，比較各種方案優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面考慮擇優(yōu)選擇。同學(xué)們通過網(wǎng)上的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)對課程設(shè)計(jì)有了初步了解，然后再通過交流學(xué)習(xí)，提出并最終選定適合的方案，同時(shí)明白任何一個(gè)問題的解決總是會有很多種方法，知識越多，解決的方案越多。明白知識的重要性，從而學(xué)習(xí)熱情會更高，樂作課程設(shè)計(jì)。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段的主要工作是確定各部件的外形及其基本尺寸，包括各部件之間的連接，并繪制出裝配圖和零件圖。

首先是按照給定的材料，確定執(zhí)行構(gòu)件的功率和轉(zhuǎn)速；然后按照三級減速中每級減速允許的傳動比和效率回推選擇合適的原動機(jī)；再確定出總傳動比和分配各級傳動比；再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并確定出實(shí)際各級的運(yùn)動及動力參數(shù)，并匯總結(jié)果。為減少學(xué)生走彎路，對于可能遇到的問題加以提示，并分階段進(jìn)行指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，為后一階段的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。在指導(dǎo)中不斷的提出問題，引導(dǎo)他們思考。例如：如果給定兩人同樣的數(shù)據(jù)最終要求他們交出不一樣的設(shè)計(jì)結(jié)果該怎么辦？如果是兩人來設(shè)計(jì)一個(gè)方案如何最快速度拿出設(shè)計(jì)結(jié)果？鼓勵(lì)他們提出問題，并找出盡可能多的可行的解決方法，在設(shè)計(jì)過程中得到快樂并提高設(shè)計(jì)的興趣。

通過授課過程中的多媒體課件提前介紹減速器的作用、外形、結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動傳遞過程，然后組織學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，動手拆裝減速器，熟悉減速器結(jié)構(gòu)，并通過查閱資料熟悉加工、制造、裝配等方面的相關(guān)知識，使學(xué)生對減速器有一個(gè)直觀、感性的認(rèn)識，然后開始具體設(shè)計(jì)。

2.1 機(jī)器的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)確定好的結(jié)構(gòu)方案，選擇原動件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速等），然后做運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)。選擇原動機(jī)時(shí)，要考慮實(shí)際的工作情況和經(jīng)濟(jì)性，電動機(jī)是最常用的原動機(jī)。選用已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的電動機(jī)時(shí)，要考慮其工作載荷（包括大小、特性和變化情況）、工作要求（包括轉(zhuǎn)速的大小、是否調(diào)速、是否反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的頻繁程度等）、工作環(huán)境（是否高溫、潮濕、易燃易爆、塵土等）、安裝要求、尺寸大小、重量等。要考慮其經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還要考慮其外廓尺寸和總傳動裝置的尺寸，一般是在考慮總結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的前提下初步分配傳動比，然后確定各運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)（速度、加速度、功率等）。

2.2 機(jī)器的動力學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動參數(shù)，初步計(jì)算各部件上所承受的載荷。由于零部件材料、尺寸尚未完全確定，不能精確驗(yàn)證是否合格。

2.3 主要零部件的工作能力設(shè)計(jì)

首先根據(jù)傳動的特點(diǎn)，確定傳動的順序；然后按照初步分配的傳動比設(shè)計(jì)前兩級傳動，并計(jì)算出實(shí)際傳動比；再將總傳動比除以這兩級的實(shí)際傳動比，用求出的數(shù)值設(shè)計(jì)第三級傳動；實(shí)際傳動比，求出各級軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速和功率，列表以備進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)高速軸時(shí)應(yīng)注意比較安裝齒輪處的軸徑和齒輪齒根圓的大小，是否用齒輪軸，如果是齒輪軸，則軸的材料和齒輪的材料必須一致。還要考慮軸的伸出端直徑和長度，要和安裝的帶輪轂孔直徑或電動機(jī)處的聯(lián)軸器的轂孔直徑要一致。低速軸是否會和中間軸的齒輪齒頂發(fā)生干涉，安裝帶輪（或鏈輪）的軸線應(yīng)和電動機(jī)、減速器的軸線高度相一致。設(shè)計(jì)軸的同時(shí)，選擇適合的聯(lián)軸器、軸承、鍵等標(biāo)準(zhǔn)件。主要零部件設(shè)計(jì)完成后，用類比法確定其他零部件尺寸。在設(shè)計(jì)過程中需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，全面考慮他們的結(jié)構(gòu)工藝性，對所有零部件的外形和尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在這一階段設(shè)計(jì)之初，指導(dǎo)老師先把往年出現(xiàn)的頻率多的問題講解清楚，提醒同學(xué)們重視，盡量避免設(shè)計(jì)過程中再出現(xiàn)類似問題。像軸上零件的定位、軸承的潤滑、配置方式等都需要考慮清楚。這些工作如果在上課過程中進(jìn)行，設(shè)計(jì)周就可以有比較充足的時(shí)間繪制圖形。endprint

2.4 裝配圖的繪制

繪制裝配圖是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的環(huán)節(jié)。為了布局合理，繪制裝配圖前必須確定裝配圖總體尺寸（總長、總寬和總高），然后根據(jù)圖紙的幅面選用合適的比例尺。指導(dǎo)老師提前強(qiáng)調(diào)合理布局的必要性，指導(dǎo)他們查閱資料，熟悉裝配圖上面應(yīng)包括的內(nèi)容：一組全面反映各零部件裝配關(guān)系的圖、總體尺寸和裝配尺寸、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和明細(xì)表等。允許同學(xué)們用他們熟悉的三維造型軟件構(gòu)件三維模型，對自己的設(shè)計(jì)有一個(gè)直觀認(rèn)識，然后用CAD軟件繪制裝配圖草圖。為提高他們的手工繪圖能力，統(tǒng)一要求上交手工繪制裝配圖和主要的零件圖。在同學(xué)們繪制裝配圖的過程中，指導(dǎo)老師多去設(shè)計(jì)教室指導(dǎo)，把共性錯(cuò)誤在黑板前講解后，再由他們自己找錯(cuò)誤，然后幾人相互找錯(cuò)誤，最后指導(dǎo)老師組織一組組的同學(xué)圍成一圈，針對某位同學(xué)繪制的圖形一起找問題。同學(xué)們在不斷改正錯(cuò)誤的過程中鞏固所學(xué)知識，逐漸喜歡上設(shè)計(jì)。

2.5 主要零件的校核

裝配圖繪制完成后，所有的零部件的具體尺寸完全確定。這時(shí)要對主要零部件（軸承、鍵等）進(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)證其是否符合要求。對于外形復(fù)雜的零件，一般還要進(jìn)行精確的強(qiáng)度校核。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)的修改零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，直到符合要求為止，裝配圖要做相應(yīng)修改。然后根據(jù)設(shè)計(jì)最后結(jié)果，繪制非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖。

隨著課程設(shè)計(jì)步步深入，同學(xué)們之間的協(xié)作能力得到提高，知識運(yùn)用能力得到增強(qiáng)，設(shè)計(jì)能力繪圖能力都得到提升，自然學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣也會越來越濃，越來越樂作課程設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)說明書

一份完整的設(shè)計(jì)，必須有條理清晰的設(shè)計(jì)說明書。通過說明書說明設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)結(jié)果以及設(shè)計(jì)中的所參考的資料。由于設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)往往會有調(diào)整和修改，所以，設(shè)計(jì)說明書通常是設(shè)計(jì)的最后一個(gè)總結(jié)的環(huán)節(jié)，要求說明書按照統(tǒng)一格式書寫，字體認(rèn)真格式規(guī)范內(nèi)容全面，說明建立一個(gè)好習(xí)慣的重要性，訓(xùn)練學(xué)生按要求書寫。

4 成績評定

在設(shè)計(jì)過程中，公開設(shè)計(jì)成績的考核辦法是同時(shí)注重過程和結(jié)果的綜合考慮多方面的因素：在全部完成設(shè)計(jì)工作量的前提下，看設(shè)計(jì)說明書中計(jì)算過程是否正確，計(jì)算結(jié)果是否與圖紙零件尺寸相符，圖形繪制、尺寸標(biāo)注等是否有錯(cuò)誤，圖面是否整潔，布局是否合理，書寫是否認(rèn)真規(guī)范完整，在設(shè)計(jì)中態(tài)度是否認(rèn)真等，給定一定的條件約束他們。在指導(dǎo)中，隨時(shí)和他們交流。通過交流看他們的設(shè)計(jì)主動性、積極性和應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，隨時(shí)對每個(gè)學(xué)生的完成情況給予評定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，并及時(shí)總結(jié)，以便他們在今后的設(shè)計(jì)中揚(yáng)長避短，不斷提高。

5 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)重要的一次實(shí)踐教學(xué)，對學(xué)生后續(xù)的設(shè)計(jì)和以后的工作具有重要意義。培養(yǎng)他們通過設(shè)計(jì)過程中的進(jìn)步和設(shè)計(jì)能力的提高得到快樂，樂在設(shè)計(jì)過程中。

參考文獻(xiàn)

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