樂作《機械設計》課程設計

李桂莉++武洪恩++戴向云++鐘佩思

摘 要：從方案選擇、技術設計、說明書以及成績評定四方面說明如何指導學生樂作《機械設計》課程設計，通過課程設計提高自己綜合運用所學知識提出問題分析問題解決問題的能力，并培養良好的設計習慣。

關鍵詞：《機械設計》 課程設計 方案 成績評定

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

《機械設計》是機械類專業學生一門重要的專業基礎課，隨之三周的課程設計是一次綜合性與實踐性相結合的重要的教學環節。通過課程設計不僅可以提高學生綜合應用所學知識提出問題分析問題解決問題的能力，還可以加強學生的技能訓練，因此激發學生喜歡課程設計的興趣提高設計積極性，樂作《機械設計》課程設計，對于搞好課程設計非常重要。

《機械設計》課程設計一般以傳統的減速器為設計題目，它涵蓋了《機械設計》課程的大部分內容。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計，有很強的綜合性，是比較好的選擇。設計中用到的知識涉及《制圖基礎》、《制圖基礎應用》、《理論力學》、《材料力學》、《機械原理》、《機械設計》、《互換性與技術測量》等多門課程，也是對前面所學知識的一次綜合應用。為了充分調動學生的設計積極性，讓他們樂作《機械設計》課程設計，本論文從方案選擇、技術設計說明書以及成績評定四方面對課程設計的指導進行了詳細的介紹[1-3]。

1 方案選擇

在授課的過程中，布置課程設計的內容，促使學生在學習過程中自覺地重視設計用到的知識。為了激發學生的學習積極性和自覺性，建議學生利用學校已建設好的在線學習系統，提前了解課程設計的目的、任務、要求、設計條件及設計的順序過程。在學完機械傳動部分，把每個同學的設計條件和設計數據下發下去，利于他們提前開始設計計算。為了培養同學們的團結協作能力，5～6位同學設計一類題目，避免有些同學投機取巧，每人的數據都不相同。這樣同學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動條件的執行構件。于是，從原動機的選型、聯軸器的選型、遠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計成直齒輪、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。指導學生正確處理借鑒和創新的關系，相互交流學習，比較各種方案優缺點，從經濟性、可靠性方面考慮擇優選擇。同學們通過網上的在線學習系統對課程設計有了初步了解，然后再通過交流學習，提出并最終選定適合的方案，同時明白任何一個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，從而學習熱情會更高，樂作課程設計。

2 技術設計

技術設計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，確定執行構件的功率和轉速；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；再確定出總傳動比和分配各級傳動比；再進行詳細設計并確定出實際各級的運動及動力參數，并匯總結果。為減少學生走彎路，對于可能遇到的問題加以提示，并分階段進行指導，及時發現問題解決問題，為后一階段的設計打下良好的基礎。在指導中不斷的提出問題，引導他們思考。例如：如果給定兩人同樣的數據最終要求他們交出不一樣的設計結果該怎么辦？如果是兩人來設計一個方案如何最快速度拿出設計結果？鼓勵他們提出問題，并找出盡可能多的可行的解決方法，在設計過程中得到快樂并提高設計的興趣。

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、結構以及運動傳遞過程，然后組織學生進實驗室，動手拆裝減速器，熟悉減速器結構，并通過查閱資料熟悉加工、制造、裝配等方面的相關知識，使學生對減速器有一個直觀、感性的認識，然后開始具體設計。

2.1 機器的運動學設計

根據確定好的結構方案，選擇原動件的參數（功率、轉速等），然后做運動學設計。選擇原動機時，要考慮實際的工作情況和經濟性，電動機是最常用的原動機。選用已經標準化的電動機時，要考慮其工作載荷（包括大小、特性和變化情況）、工作要求（包括轉速的大小、是否調速、是否反轉、反轉的頻繁程度等）、工作環境（是否高溫、潮濕、易燃易爆、塵土等）、安裝要求、尺寸大小、重量等。要考慮其經濟性，同時還要考慮其外廓尺寸和總傳動裝置的尺寸，一般是在考慮總結構盡可能緊湊的前提下初步分配傳動比，然后確定各運動構件的運動參數（速度、加速度、功率等）。

2.2 機器的動力學設計

結合各部分的結構和運動參數，初步計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，不能精確驗證是否合格。

2.3 主要零部件的工作能力設計

首先根據傳動的特點，確定傳動的順序；然后按照初步分配的傳動比設計前兩級傳動，并計算出實際傳動比；再將總傳動比除以這兩級的實際傳動比，用求出的數值設計第三級傳動；實際傳動比，求出各級軸的實際轉速和功率，列表以備進行軸的設計。設計高速軸時應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處的聯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生干涉，安裝帶輪（或鏈輪）的軸線應和電動機、減速器的軸線高度相一致。設計軸的同時，選擇適合的聯軸器、軸承、鍵等標準件。主要零部件設計完成后，用類比法確定其他零部件尺寸。在設計過程中需要很好地協調各零件的結構和尺寸，全面考慮他們的結構工藝性，對所有零部件的外形和尺寸進行結構化設計。在這一階段設計之初，指導老師先把往年出現的頻率多的問題講解清楚，提醒同學們重視，盡量避免設計過程中再出現類似問題。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行，設計周就可以有比較充足的時間繪制圖形。endprint

2.4 裝配圖的繪制

繪制裝配圖是整個設計過程中最重要的環節。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），然后根據圖紙的幅面選用合適的比例尺。指導老師提前強調合理布局的必要性，指導他們查閱資料，熟悉裝配圖上面應包括的內容：一組全面反映各零部件裝配關系的圖、總體尺寸和裝配尺寸、技術要求、標題欄和明細表等。允許同學們用他們熟悉的三維造型軟件構件三維模型，對自己的設計有一個直觀認識，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，統一要求上交手工繪制裝配圖和主要的零件圖。在同學們繪制裝配圖的過程中，指導老師多去設計教室指導，把共性錯誤在黑板前講解后，再由他們自己找錯誤，然后幾人相互找錯誤，最后指導老師組織一組組的同學圍成一圈，針對某位同學繪制的圖形一起找問題。同學們在不斷改正錯誤的過程中鞏固所學知識，逐漸喜歡上設計。

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。這時要對主要零部件（軸承、鍵等）進行強度校核，驗證其是否符合要求。對于外形復雜的零件，一般還要進行精確的強度校核。根據校核的結果，反復的修改零件的結構和尺寸，直到符合要求為止，裝配圖要做相應修改。然后根據設計最后結果，繪制非標準件的零件圖。

隨著課程設計步步深入，同學們之間的協作能力得到提高，知識運用能力得到增強，設計能力繪圖能力都得到提升，自然學生的設計興趣也會越來越濃，越來越樂作課程設計。

3 設計說明書

一份完整的設計，必須有條理清晰的設計說明書。通過說明書說明設計任務、設計目的、設計過程、設計結果以及設計中的所參考的資料。由于設計過程中的設計數據往往會有調整和修改，所以，設計說明書通常是設計的最后一個總結的環節，要求說明書按照統一格式書寫，字體認真格式規范內容全面，說明建立一個好習慣的重要性，訓練學生按要求書寫。

4 成績評定

在設計過程中，公開設計成績的考核辦法是同時注重過程和結果的綜合考慮多方面的因素：在全部完成設計工作量的前提下，看設計說明書中計算過程是否正確，計算結果是否與圖紙零件尺寸相符，圖形繪制、尺寸標注等是否有錯誤，圖面是否整潔，布局是否合理，書寫是否認真規范完整，在設計中態度是否認真等，給定一定的條件約束他們。在指導中，隨時和他們交流。通過交流看他們的設計主動性、積極性和應用所學知識解決問題的能力，隨時對每個學生的完成情況給予評定，及時發現問題解決問題，并及時總結，以便他們在今后的設計中揚長避短，不斷提高。

5 結語

機械設計課程設計是機械類專業重要的一次實踐教學，對學生后續的設計和以后的工作具有重要意義。培養他們通過設計過程中的進步和設計能力的提高得到快樂，樂在設計過程中。

參考文獻

[1] 張建中.機械設計基礎課程設計[M]，中國礦業大學出版社，2003.

[2] 濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].9版.高等教育出版社，2013.

[3] 戴向云，王海霞，李桂莉.試論如何指導機械設計課程設計[J].科技信息，2011（29）：10，104.

[4] 盧學玉，劉利國.《機械設計》課程設計的教學研究[J].教法研究，2013（27）：47-48.endprint