圖解法在機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)過程中的應(yīng)用

張燕燕，秦國帥，康紅偉

(黃河科技學(xué)院　工學(xué)院，鄭州　450063)

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圖解法在機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)過程中的應(yīng)用

張燕燕，秦國帥，康紅偉

(黃河科技學(xué)院工學(xué)院，鄭州450063)

摘要針對應(yīng)用型本科的培養(yǎng)特點，分析總結(jié)了機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中存在的問題。該文介紹了采用較直觀，且?guī)в幸欢ń忉尯退饕δ艿膱D解圖示教學(xué)方法，讓學(xué)生更容易、更方便地理解設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法，以便更好地完成機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，提高教學(xué)質(zhì)量，也為其他地方高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞圖解法；機(jī)械設(shè)計；課程設(shè)計；教學(xué)實踐

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是機(jī)械專業(yè)學(xué)生必不可少的一次實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。目前，各個高校大都采用的是比較經(jīng)典的題目《帶式輸送機(jī)的設(shè)計》，要求學(xué)生主要設(shè)計輸送機(jī)傳動系統(tǒng)中的齒輪減速器。在各類《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》以及《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》中，雖都有減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計圖樣，但是，由于圖樣是經(jīng)大比例縮小的，許多細(xì)節(jié)不能表達(dá)清楚，甚至還容易造成誤解[1-2]。

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的安排只有短短3周時間，在這個時間段里，正值期末考試，厚厚的一本設(shè)計指導(dǎo)書學(xué)生沒有時間閱讀。雖然，在此之前學(xué)生們也做過減速器模型的拆裝實驗，但實驗時間短，學(xué)生沒有留下更深的印象，甚至機(jī)器中某些零部件的名字和作用都不清楚，更不用說進(jìn)行合理的設(shè)計和正確的選取。另外，本次設(shè)計是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生第一次接觸這么復(fù)雜的裝配圖，從何處開始設(shè)計、怎么設(shè)計，令他們感到茫然；在繪制零件圖時，除了課本上講解過的V帶輪、齒輪、鏈輪及軸以外，對零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計或者是標(biāo)準(zhǔn)件、外購件的選取更是不知道如何下手。學(xué)生失去信心后就糊里糊涂地照抄圖，甚至是按比例描圖，不能很好地達(dá)到教學(xué)目的[3-4]。

在具有豐富設(shè)計生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的老師的指導(dǎo)下，我們分析了典型的減速器的結(jié)構(gòu)裝配圖，然后，局部分解并標(biāo)出該處關(guān)鍵零件的名稱、作用以及設(shè)計選取途徑，用圖解圖示的辦法，很好地詮釋了結(jié)構(gòu)設(shè)計及設(shè)計方法，直觀明了。經(jīng)過近幾年在教學(xué)過程中的不斷完善和補(bǔ)充，逐漸形成了一套圖解法的教學(xué)模式，取得了良好的效果。

1圖解法授課措施

圖示圖解法，就是將所表達(dá)的重點部分用圖示的辦法表現(xiàn)出來，同時注有簡潔的文字說明，相對純文字的敘述，圖解法作為一種教學(xué)方法，更加直觀、清晰、生動，容易被學(xué)生接受[5]。

1.1三維做出總裝配爆炸圖

在課程設(shè)計開始之前，指導(dǎo)教師利用三維軟件Pro/e或其他軟件做出一個三維的裝配模型圖，表現(xiàn)出減速器整體形狀，用三維爆炸圖來展示減速器各個部分的名稱和作用，讓學(xué)生對減速器有個感性認(rèn)識。

1.2用二維圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計

選擇視圖，從繪制裝配圖的第一條線開始，到整個裝配圖的完成，分步驟，每隔一個重要環(huán)節(jié)制成一張圖，這樣便于學(xué)生作為參考。

如圖1所示為在裝配圖繪制時，中心線位置的確定、畫好齒輪后箱體內(nèi)外壁線的位置、潤滑油溝的位置，及上下箱體凸緣的寬度和厚度。其中，分箱面凸緣的寬度尺寸A=δ+c1+c2，此處的c1和c2是分箱面連接螺栓的扳手空間尺寸，查機(jī)械設(shè)計手冊可得。

如圖2所示為如何確定減速器中高低速軸的各軸段的直徑和長度及支撐軸承的型號和位置。

圖1　減速器內(nèi)外壁位置

圖2　確定軸的結(jié)構(gòu)

用類似于圖1和圖2的過程圖共計25張，基本上就能夠把減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程表達(dá)出來。教學(xué)時，可以將這部分圖紙做成PPT，逐張圖按照順序給學(xué)生講解設(shè)計過程。

1.3分析結(jié)構(gòu)重點和學(xué)生容易出錯的部位

根據(jù)減速器實際生產(chǎn)和裝配的實踐經(jīng)驗，再針對學(xué)生對結(jié)構(gòu)常見的疑惑和設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的錯誤和問題、注意事項等，采用局部放大的形式，制作成圖片，同時，用文字形式簡述該局部的名稱、作用以及設(shè)計依據(jù)的出處和設(shè)計要求。

如減速器上檔油盤的設(shè)計注意事項，當(dāng)齒輪速度大于等于2m/s時，采用飛濺潤滑，但不希望飛濺起來的潤滑油直接進(jìn)入軸承，所以在箱體和箱蓋的結(jié)合面處加油溝和導(dǎo)油結(jié)構(gòu)，把油引入軸承，同時在小齒輪處加檔油盤。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　檔油盤的結(jié)構(gòu)

另外，軸承的選用和位置的確定時需注意:軸承外圈端面要與箱體內(nèi)表面有5～10mm的距離，軸承使用時一定要考慮便于拆裝，因此軸肩尺寸和軸套尺寸一定要嚴(yán)格按照軸承標(biāo)準(zhǔn)中給出的尺寸進(jìn)行設(shè)計。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　軸承結(jié)構(gòu)和位置設(shè)計

對繪圖容易出錯的地方用圖形表達(dá)出來，讓學(xué)生避免出現(xiàn)同樣的錯誤。如圖5所示的是螺紋連接處的畫法；同時把學(xué)生畫圖時容易遺忘的地方也局部放大重點表達(dá)出來，如圖6所示的是六角螺栓和油塞的畫法和位置，畫圖時要嚴(yán)格按照設(shè)計手冊所規(guī)定的尺寸畫，油塞設(shè)計位置時要考慮能夠把全部的油放完。

圖5　螺栓的畫法

圖6　油標(biāo)和油塞的位置和機(jī)構(gòu)

用以上這樣的圖片共40張，基本上就可以把減速器設(shè)計過程清晰明了地展示給學(xué)生。最后，繪制出一張典型減速器的正規(guī)裝配圖，把以上的局部說明，按照相關(guān)位置標(biāo)出文字，授課時，先將局部圖片用PPT形式給學(xué)生講述。學(xué)生繪制圖紙時，將帶有說明的裝配圖掛在教室，以方便學(xué)生隨時查看，提高學(xué)習(xí)效率。

2注意事項

2.1注重圖紙表達(dá)的完整性

學(xué)生先期所學(xué)的機(jī)械制圖，更多的是注重了零件圖形部分的表達(dá)，在本次課程設(shè)計中零件圖和裝配圖的設(shè)計，更要注重圖紙內(nèi)容的完整性，不僅僅是要正確表現(xiàn)零件的結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)尺寸的正確標(biāo)注、適當(dāng)?shù)募庸ひ?、材料的合理選擇；以及熱處理要求等信息，力爭完整、正確、全面的圖紙表達(dá)能力的培養(yǎng)[6]。

2.2邊計算邊設(shè)計

部分學(xué)生只重視數(shù)據(jù)計算，不重視結(jié)構(gòu)設(shè)計，總認(rèn)為制圖前，要把各個尺寸計算出來，導(dǎo)致整個設(shè)計費工費時。要提醒學(xué)生有些地方是邊結(jié)構(gòu)設(shè)計邊定尺寸的。

2.3嚴(yán)格按照國標(biāo)制圖

標(biāo)準(zhǔn)件選擇與裝配結(jié)構(gòu)，必須按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制圖。例如，安裝軸承位置的軸肩尺寸、端蓋形式及其尺寸、密封件位置對軸的要求等，應(yīng)該按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計，不能自由發(fā)揮。對國標(biāo)沒有明確規(guī)定的部分零部件，也要參照《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》推薦內(nèi)容設(shè)計。

3結(jié)束語

經(jīng)過幾年的實際應(yīng)用，圖解法教學(xué)取得了很好的效果。學(xué)生能夠更快地進(jìn)入設(shè)計狀態(tài)，思路清晰；能夠更加方便快捷地運用工具書，照抄圖描圖現(xiàn)象明顯減少；課程設(shè)計完成質(zhì)量得以提高，良好、優(yōu)秀率增加。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]紀(jì)小剛.機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中存在的問題及對策[J].無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，7(3):59-61.

[2]郭登明，劉明堯，江 山.提高機(jī)械類畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，1(2):104-106.

[3]李文斌，董長雙，軋 剛.機(jī)械工程類本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)教學(xué)探討[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2007，25(3):69-72.

[4]張燕燕，馬小玲，何春霞.“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”項目任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)探究[J].中國電力教育.2012(26):72-73.

[5]郭清，韓文偉.固定選題教學(xué)模式在實踐課程中的應(yīng)用研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11(5):93-96.

[6]明興祖，唐川林，吳吉平，等.機(jī)械大類專業(yè)實踐教學(xué)體系與內(nèi)容創(chuàng)新[J].實驗科學(xué)與技術(shù).2011，9(6):157-161.

Application of Graphical Method in Mechanical Design Course

ZHANG Yanyan，QIN Guoshuai，KANG Hongwei

(InstituteofEngineering，HuangheScienceandTechnologyUniversity，Zhengzhou450093，China)

AbstractAccording to the characteristics of training application-oriented，this paper analyzed and summarized disadvantages of “mechanical design course design” in this school.Aiming at the students’ lack of practical experience，mechanical drawing less training，difficult drawing in structure design，this paper introduces a graphical icons teaching method.This method has a certain interpretation and indexing function.It motivates students more easily understand the design contents and design methods，and makes students better complete the curriculum design of machinery design.Meawhile，the quality of teaching can be improved.It also provided reference for the reform of innovative talent of mechanics in local universities.

Key wordsgraphical methods; mechanical design; course design; teaching practice

收稿日期:2014-12-12；修改日期: 2015-07-24

基金項目：河南省重點學(xué)科——機(jī)械設(shè)計制造及其自動化項目。

作者簡介：張燕燕(1981-)，女，碩士，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計課程的教學(xué)及研究工作。

中圖分類號TH12；G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.040