“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)普遍性問題研究

任曉莉，韓海燕，曹　凡

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西西安710018）

“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)普遍性問題研究

任曉莉，韓海燕，曹凡

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西西安710018）

在國家關(guān)于培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才的背景下，結(jié)合“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)該實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的普遍性問題，分別從課程設(shè)計(jì)的方式方法及重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，給出了相應(yīng)的建議和解決方案。

應(yīng)用型本科；機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)中非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在此過程中學(xué)生需將所學(xué)的“機(jī)械設(shè)計(jì)”、“材料力學(xué)”、“理論力學(xué)”、“機(jī)械制圖”、“公差配合”、“機(jī)械制造工藝學(xué)”及“金屬工藝學(xué)”等諸多課程專業(yè)知識(shí)能夠綜合應(yīng)用和融會(huì)貫通；同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生以資料文獻(xiàn)為依據(jù)，培養(yǎng)其初步解決工程實(shí)際問題的能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。因此，如何促使學(xué)生結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)，優(yōu)質(zhì)高效地完成課程設(shè)計(jì)是本文所討論的重點(diǎn)。

1　“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”方式方法改革

1.1設(shè)計(jì)題目的確定

目前，一般院校仍以傳統(tǒng)題目“減速器設(shè)計(jì)”為主，統(tǒng)一安排。因?yàn)榇祟}目涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)課程中典型零部件，如傳動(dòng)帶、齒輪、軸、鍵、軸承、聯(lián)軸器及箱體等的設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力有一定的鍛煉。但該題目單一，設(shè)計(jì)參數(shù)較為接近。為使課程設(shè)計(jì)題目多樣性，在布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)之前，指導(dǎo)老師可提議學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣自擬題目。針對(duì)所提交的自擬題目，指導(dǎo)老師應(yīng)與其討論設(shè)計(jì)的可行性，對(duì)可行性較強(qiáng)的題目，進(jìn)一步完善并形成課程設(shè)計(jì)題目；或者提供一定數(shù)量的不同類型的貼近工程實(shí)踐的設(shè)計(jì)題目，供其參考選擇，或者指導(dǎo)老師可以國家或省市的機(jī)械設(shè)計(jì)大賽題目作為課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。這樣使學(xué)生的能力得到充分發(fā)揮，激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)避免了題目單一引發(fā)的抄襲現(xiàn)象。

1.2設(shè)計(jì)時(shí)間的安排

一般本科院校將課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程之后完成。要保證設(shè)計(jì)題目的多樣性，使部分同學(xué)根據(jù)個(gè)人興趣有充分準(zhǔn)備題目的時(shí)間，講授“機(jī)械設(shè)計(jì)”的老師應(yīng)在課程開設(shè)初期或中期征集題目。由于目前大多數(shù)高校的學(xué)時(shí)壓縮，為了使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，可讓學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)中涉及到的相關(guān)零件如皮帶、軸、軸承等，在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)的過程中完成。這樣可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容時(shí)，更有興趣和針對(duì)性；并且最大程度地避免學(xué)生在學(xué)期末規(guī)定的時(shí)段內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)時(shí)，因時(shí)間，教室、圖板或計(jì)算機(jī)等資源沖突，影響設(shè)計(jì)進(jìn)度及質(zhì)量；

1.3完成方式

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)很大一部分工作在于繪圖。隨著計(jì)算機(jī)的普及，以及二維、三維繪圖軟件在企業(yè)中推廣應(yīng)用，就要求學(xué)生在畢業(yè)求職前應(yīng)具備計(jì)算機(jī)繪圖能力，但是如果在課程設(shè)計(jì)中要求學(xué)生都使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件完成全部設(shè)計(jì)，難免造成學(xué)生之間復(fù)制的情況發(fā)生。

針對(duì)以上情況，可采取如下方法。安排部分計(jì)算機(jī)繪圖能力強(qiáng)的學(xué)生全部圖紙采用計(jì)算機(jī)繪制，但要求必須先手工完成裝配草圖繪制，待指導(dǎo)老師檢查后再在計(jì)算機(jī)上完成所有圖紙的繪制工作；另一部分計(jì)算機(jī)繪圖能力不強(qiáng)的同學(xué)，裝配圖要求手工繪制，零件圖必須計(jì)算機(jī)完成。這樣可以使計(jì)算機(jī)繪圖能力強(qiáng)的同學(xué)在提升的同時(shí)促使能力不強(qiáng)的學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行繪圖。計(jì)算機(jī)繪圖和手工繪圖均有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生都是一種鍛煉。手工繪圖可保持學(xué)生思維的連續(xù)性和完整性，圖紙一目了然，能很快發(fā)現(xiàn)問題和錯(cuò)誤；計(jì)算機(jī)繪圖快速，易修改，但視野受局限，不能全局性的檢閱圖紙，發(fā)現(xiàn)問題。指導(dǎo)老師可根據(jù)本校學(xué)生實(shí)際狀況靈活采用不同的設(shè)計(jì)方式。

2　設(shè)計(jì)中重點(diǎn)難點(diǎn)問題的分析及解決

2.1減速器草圖的繪制

減速器設(shè)計(jì)第二階段，減速器裝配草圖繪制對(duì)學(xué)生來說較為困難，無從下手。下面以兩級(jí)圓柱齒輪減速器為例，介紹裝配草圖的繪制步驟。

（1）繪制主視圖、俯視圖傳動(dòng)軸軸線：根據(jù)選定的圖幅和繪圖比例在圖紙上恰當(dāng)?shù)奈恢冒从?jì)算出的齒輪中心距a1、a2畫出高速軸、中間軸與低速軸的軸線。

（2）繪制齒輪廓線、減速器輪廓

1）在主視圖上先確定各齒輪分度圓圓心位置后，畫出各齒輪的節(jié)圓和大齒輪的齒頂圓；大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁距離取△1，在距離大齒輪頂圓△1處繪制出半徑為R2的箱體內(nèi)壁圓弧廓線，其中R2=R1+△1（R1為低速軸大齒輪齒頂圓半徑，△1≥1.2δ，箱體壁厚δ≥8）。減速器箱體底部?jī)?nèi)壁的位置由大齒輪的浸油深度決定，一般大齒輪齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x應(yīng)大于30～50mm，同時(shí)取箱體底部?jī)?nèi)壁距箱體外部底面的距離為δ+（5～10）mm，這樣就可以確定出剖分面至底面的高度H（圓整值），從而可確定箱體總高度。

2）在俯視圖上畫出對(duì)應(yīng)的齒輪廓線和箱體內(nèi)壁廓線。最好先從中間軸上開始畫，中間軸上的兩齒輪端面距離取8～15mm。取齒輪端面距箱體前后內(nèi)壁廓線的距離為△2≥δ（或10～15mm），這樣箱體內(nèi)部寬度就可以確定下來；小齒輪頂圓一側(cè)的內(nèi)壁線暫時(shí)不能確定，等主視圖高速軸軸承旁的聯(lián)接螺栓位置確定后，再進(jìn)行繪制。

（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在箱體結(jié)構(gòu)基本確定的基礎(chǔ)上完成的。先確定各軸最小端直徑尺寸，可按彎扭強(qiáng)度的計(jì)算公式估算，或按同類機(jī)械用類比的方法確定，或采用經(jīng)驗(yàn)公式確定高速軸最小軸徑。要注意的是，如果電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)高速軸，則其輸入端軸徑尺寸可按以上方式初步估算；然后選擇高速軸與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器，使選定的聯(lián)軸器一端的孔徑與電動(dòng)機(jī)輸出端軸徑相匹配，高速軸的軸徑尺寸除了必須大于等于估算的最小軸頸dmin外，還應(yīng)與選定聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)孔徑相匹配，按聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)孔徑來確定。在此基礎(chǔ)上初步選定軸承，確定軸承的定位、潤滑及密封方式，以及傳動(dòng)件的定位安裝方法。按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則以及兩頭小中間大的工藝要求設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸，在箱體輪廓草圖上逐步完成各軸徑及軸段尺寸的確定。

在軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于油液潤滑的軸承，需要考慮高速軸工作時(shí)小齒輪嚙合處擠壓出的油液大量地進(jìn)入高速軸軸承，造成泄漏和攪油損失，故應(yīng)在高速軸上靠近箱體內(nèi)側(cè)軸承端面處加擋油環(huán)。對(duì)于采用油脂潤滑的軸承，需在軸承靠箱體內(nèi)壁端面處設(shè)置封油環(huán)，以防止箱體內(nèi)油液飛濺沖刷軸承內(nèi)的潤滑脂，導(dǎo)致潤滑脂被稀釋或帶走。擋油環(huán)和封油環(huán)頂部距離軸承孔壁留有大約0.2 mm的間隙。

2.2箱體外部結(jié)構(gòu)及其他類型減速器設(shè)計(jì)需注意的問題

第三階段為箱體外部結(jié)構(gòu)及若干附件的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)過程需注意的問題較多，設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一般都有詳細(xì)的介紹，這里不再一一贅述。需要強(qiáng)調(diào)的是，軸承孔座旁聯(lián)接螺栓凸臺(tái)高度的確定，軸承孔座旁聯(lián)接螺栓中心線在左右方向的距離約等于軸承端蓋的外徑，盡量靠近軸承孔座。

對(duì)于單級(jí)齒輪減速器，在減速器裝配草圖的繪制階段，以齒輪的寬度中心線作為箱體的對(duì)稱線；圓錐圓柱齒輪減速器的箱體以小錐齒輪所在軸軸線為箱體對(duì)稱線。其余與兩級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)基本相同。

3　結(jié)束語

針對(duì)本文所提出的“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”，在實(shí)際教學(xué)中予以實(shí)踐應(yīng)用，取得了較好的教學(xué)效果，該教學(xué)思路及重點(diǎn)難點(diǎn)問題的提出與解決，在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)的不足。該實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生的工作態(tài)度、工作能力以及創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)方面有的積極作用，也為課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革提供一些參考范例。

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［2］任金泉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2003.

［3］駱?biāo)鼐?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)例與禁忌［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)［M］.浙江:浙江大學(xué)出版社，2009.

［5］陸玉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［6］郝秀紅，邱雪松，王瓊，等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革初探［J］.教學(xué)研究，2011，（3）:51-54.

Research on the UniversalProblem of the Practice Teaching of the Course Design ofMechanicalDesign

REN Xiao-li，HAN Hai-yan，CAO Fan
（City College，Xi'an Jiao Tong University，Xi'an Shaanxi 710018，China）

In the national context on cultivating innovative professionals，with"mechanical design course" Practical teaching training objectives，the universal problem of the practice of teaching，and ways and means of the key and difficult respectively，from course design were analyzed given the appropriate recommendations and solutions.

applied undergraduate；mechanical design；curriculum design；teaching practice

TP1

A

1672-545X（2016）05-0268-03

2016-02-26

任曉莉（1974-），女，陜西咸陽人，講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其液壓技術(shù)。