論如何提高《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)質(zhì)量

王妍靜

摘? 要：《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是一門針對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的設(shè)計(jì)實(shí)踐課。該課程覆蓋了《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中所講解的大部分零件的設(shè)計(jì)、計(jì)算以及校核，設(shè)計(jì)任務(wù)繁重。因此，為學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)下能夠很好地完成課程設(shè)計(jì)帶來了較大的難度。該文結(jié)合《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，從方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)計(jì)算、草圖繪制、裝配圖繪制等方面探討了如何提高《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)質(zhì)量的方法，對(duì)今后的課程設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)? 機(jī)械設(shè)計(jì)? “三邊”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則? 減速器

中圖分類號(hào)：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）02（b）-0239-03

On How to Improve the Teaching Quality of Machinery Design Course Design

WANG Yanjing

（College of Mechanical Engineering，Shenyang Ligong University， Shenyang Liaoning Province， 110026 China）

Abstract： Machinery Design Course Design is a design practice course for mechanical students. This course covers the design， calculation and check of most parts explained in the course of mechanical design， and the design task is heavy. Therefore， it brings great difficulty for students to complete the course design well in limited class hours. Combined with the problems existing in the teaching of Machinery Design Course Design， this paper discusses how to improve the teaching quality of Machinery Design Course Design from the aspects of scheme design， data calculation and sketch drawing and assembly drawing，which has certain guiding significance for the future course design.

Key Words： Machinery Design Course Design; Mechanical design; "Three-sided" design criteria;Retarder

《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的題目通常為一般用途的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主體即為圓柱齒輪減速器。因?yàn)闇p速器包括了《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的大部分零部件，具有典型的代表性。

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了學(xué)生在進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》過程中常見的一些問題，針對(duì)相關(guān)問題提出了一些改進(jìn)措施和方法，為提高《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)質(zhì)量給出了一些針對(duì)性建議與分析。

1? 方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

傳動(dòng)方案的擬定是設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置的第一步，其合理性決定著整個(gè)設(shè)計(jì)過程的成敗。在擬定傳動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)遵循以下原則[1]。

1.1 帶傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)上

帶傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、能緩沖吸振，故此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用帶的彈性滑動(dòng)以及過載打滑等特點(diǎn)，將帶傳動(dòng)安置在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)。

1.2 鏈傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的低速級(jí)上

鏈傳動(dòng)受其結(jié)構(gòu)限制，具有“多邊形效應(yīng) ”。因此，會(huì)引發(fā)附加動(dòng)載荷和速度波動(dòng)。故應(yīng)將鏈傳動(dòng)安置在傳動(dòng)裝置的低速級(jí)。

1.3 開式齒輪傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的低速級(jí)上

開式齒輪沒有保護(hù)裝置以及良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)，故摩擦磨損是其主要失效形式。為了提高開式齒輪的壽命，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增大模數(shù)，增大分度圓直徑，減少齒數(shù)。故應(yīng)將開式齒輪傳動(dòng)安置在傳動(dòng)裝置的低速級(jí)。

1.4 錐齒輪傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)上

高速級(jí)上齒輪所受轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速高，故設(shè)計(jì)出來的錐齒輪尺寸小，以便于錐齒輪的加工。因此，應(yīng)將錐齒輪傳動(dòng)安置在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)。

1.5 斜齒輪傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)上

在二級(jí)展開式減速器中，既有斜齒輪，又有直齒輪時(shí)，一般應(yīng)把斜齒輪傳動(dòng)安置在減速器的高速級(jí)上。因?yàn)樾饼X輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性優(yōu)于同等參數(shù)的直齒輪。

1.6 蝸桿傳動(dòng)應(yīng)放在傳動(dòng)裝置的高速級(jí)上

對(duì)于蝸輪蝸桿傳動(dòng)，一般應(yīng)把蝸桿傳動(dòng)放在減速器的高速級(jí)上，以此獲得較小的設(shè)計(jì)尺寸。

另外，特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，高速級(jí)的小齒輪一定要遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，避免造成軸向載荷分布系數(shù)過大。

2? 數(shù)據(jù)計(jì)算

傳動(dòng)方案確定之后，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇、傳動(dòng)比的分配以及傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算。在此過程中學(xué)生容易犯錯(cuò)的地方具體如下[2]。

2.1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇不合理

一般，學(xué)生應(yīng)優(yōu)先選用同步轉(zhuǎn)速為1 500 r/min和1 000 r/min的電動(dòng)機(jī)，盡可能避免選3 000 r/min和750 r/min的電動(dòng)機(jī)。

2.2 傳動(dòng)比分配不合理

帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在2～4之間;開式齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在4～6之間;閉式齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在3～5之間;錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在2～3之間;蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在7～40之間。

如傳動(dòng)比不滿足如上要求，就要重新選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)以及同步轉(zhuǎn)速。二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)比可按下式分配：;對(duì)于同軸式圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)比可按下式分配：;對(duì)于圓錐—圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)比可按下式分配：。

2.3 不會(huì)選擇參數(shù)計(jì)算

在確定各軸的輸入轉(zhuǎn)矩時(shí)，學(xué)生通常會(huì)存有疑問究竟是帶入電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm，還是帶入電動(dòng)機(jī)所需功率Pd。實(shí)際上帶入這兩個(gè)參數(shù)任一均可，只不過帶入Pm后，計(jì)算的結(jié)果會(huì)保守一些，推薦學(xué)生帶入Pd。

3? 草圖繪制

草圖繪制階段是一個(gè)“邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改”的過程，稱為“三邊”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[3]。為了避免學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)抄襲、雷同現(xiàn)象，一般會(huì)規(guī)定減速器中心距末位得是“偶數(shù)”。在設(shè)計(jì)軸徑時(shí)，應(yīng)遵循如下原則：最小軸徑處按最小軸徑公式計(jì)算并圓整;有標(biāo)準(zhǔn)件的地方應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑要求;滿足軸上零件的軸向定位;方便軸上零件安裝與拆卸。有了約束條件，那么在草圖的繪制過程中，就有可能會(huì)反復(fù)計(jì)算和修改某一參數(shù)以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這就充分體現(xiàn)了“邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改”的“三邊”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

3.1 減速器中心距末位是“偶數(shù)”

對(duì)于直齒圓柱齒輪中心距末位“擇偶”后，應(yīng)對(duì)直齒圓柱齒輪進(jìn)行變位;對(duì)于斜齒圓柱齒輪中心距末位“擇偶”后，應(yīng)對(duì)斜齒圓柱齒輪的螺旋角β加以重新計(jì)算。

在歷年的課設(shè)答辯的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)湊中心距后，根本不對(duì)齒輪原始參數(shù)重新計(jì)算，從而造成整個(gè)設(shè)計(jì)失敗。

另外，為了避免高速級(jí)齒輪潤(rùn)滑不良，高速級(jí)與低速級(jí)兩對(duì)齒輪的中心距不應(yīng)相差過大。同時(shí)高速級(jí)與低速級(jí)兩對(duì)齒輪的中心距也不能相差太小，比如高速級(jí)中心距150 mm，低速級(jí)中心距160 mm，這會(huì)造成高 速級(jí)的大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。一般這種問題，學(xué)生通常會(huì)在繪制草圖的時(shí)候方能發(fā)現(xiàn)。

最后強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，高速級(jí)中心距不能小于100 mm。

3.2 高速級(jí)最小軸徑的確定

3.2.1 減速器的高速級(jí)與帶傳動(dòng)相連

此時(shí)高速級(jí)最小軸徑的確定方法為[2]：

式中：A0為材料常數(shù);

P1為高速軸的功率，kw。

n1為高速軸的轉(zhuǎn)速，r/，min。

3.2.2 減速器的高速級(jí)與聯(lián)軸器相連

此時(shí)高速級(jí)最小軸徑的確定方法為[4]：先按最小軸徑公式（1）確定最小軸徑，之后選擇合適的聯(lián)軸器，結(jié)合聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)孔徑，最終確定出高速軸的最小軸徑。特別強(qiáng)調(diào)，在選擇聯(lián)軸器時(shí)應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的軸伸連接尺寸“D”。

3.3 高速軸其他段軸徑的確定

高速軸其他段軸徑的確定方法應(yīng)本著如下原則：有標(biāo)準(zhǔn)件的地方應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)件的軸徑要求;滿足軸上零件的軸向定位;方便軸上零件安裝與拆卸。

如圖2所示，在φ30處，此處軸肩為定位軸肩[5]，軸肩高度;又由于此處有標(biāo)準(zhǔn)件氈圈，氈圈要求安裝軸徑得是“5”的倍數(shù)。兩條約束加持之下，最終計(jì)算出高速軸第二段軸徑d=30 mm。

如圖2所示，在φ35處，此處軸肩為過渡軸肩[6]，軸肩高度;又由于此處有標(biāo)準(zhǔn)件滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承要求安裝軸徑得是“5”的倍數(shù);另外是為了減小軸的精加工表面，以及方便滾動(dòng)軸承拆裝。三條約束加持之下，最終計(jì)算出高速軸第三段軸徑d=35 mm。

4? 裝配圖繪制

在繪制裝配圖的主視圖時(shí)，學(xué)生們?nèi)菀追稿e(cuò)誤的地方就是“H”值的確定?！癏”值的確定方法如下式： 。低速級(jí)大齒輪，hs約為1個(gè)齒高～（1/6～1/3）個(gè)齒輪半徑;高速級(jí)大齒輪，hf約為0.7個(gè)齒高，但不小于10 mm。具體情況如圖3所示。

“H”值的確定，一方面充分考慮了二級(jí)展開式圓柱齒輪潤(rùn)滑優(yōu)良，另一方面又保證減速器結(jié)構(gòu)盡可能緊湊。

5? 結(jié)語(yǔ)

《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》包括傳動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)選擇、齒輪設(shè)計(jì)、軸系的設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器的選擇、軸承的選擇等。涉及零件之廣 ，計(jì)算工作量之多，繪制圖紙量之大都有目共睹。對(duì)于大三的機(jī)械專業(yè)本科生而言，難度不言而喻。在設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)有這樣那樣的困難與錯(cuò)誤。因此指導(dǎo)教師應(yīng)更加盡職盡責(zé)，悉心指導(dǎo)。指導(dǎo)時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)明扼要，重點(diǎn)突出，避免學(xué)生走彎路，或者少走彎路。

參考文獻(xiàn)

[1] 李育錫，董海軍.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2020.

[2] 濮良貴，陳國(guó)定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2019.

[3] 曾德芝，陳睿.高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)理論教學(xué)研究——評(píng)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》[J].有色金屬（冶煉部分），2020（12）：127.

[4] 劉軍，張濤.基于新工科背景的機(jī)械設(shè)計(jì)課程創(chuàng)新[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2020，37（S2）：268-270.

[5] 楊小高，丁德瓊.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技術(shù)型人才過程培養(yǎng)的《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐教學(xué)改革[J].科技資訊，2020，18（9）：70-71，74.

[6] 黃志誠(chéng)，潘金波，王興國(guó).工程認(rèn)證背景下“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究[J].科技與創(chuàng)新，2020（23）：46-47，50.