“機械設計課程設計”實踐教學普遍性問題研究

任曉莉，韓海燕，曹　凡

（西安交通大學城市學院，陜西西安710018）

“機械設計課程設計”實踐教學普遍性問題研究

任曉莉，韓海燕，曹凡

（西安交通大學城市學院，陜西西安710018）

在國家關于培養創新型專業人才的背景下，結合“機械設計課程設計”實踐教學培養目標，對該實踐教學中出現的普遍性問題，分別從課程設計的方式方法及重點難點進行了分析，給出了相應的建議和解決方案。

應用型本科；機械設計；課程設計；實踐教學

機械設計課程設計是機械類及近機類專業學生學習中非常重要的實踐教學環節。在此過程中學生需將所學的“機械設計”、“材料力學”、“理論力學”、“機械制圖”、“公差配合”、“機械制造工藝學”及“金屬工藝學”等諸多課程專業知識能夠綜合應用和融會貫通；同時引導學生以資料文獻為依據，培養其初步解決工程實際問題的能力和嚴謹的工作態度，增強創新意識。因此，如何促使學生結合自身專業知識，優質高效地完成課程設計是本文所討論的重點。

1　“機械設計課程設計”方式方法改革

1.1設計題目的確定

目前，一般院校仍以傳統題目“減速器設計”為主，統一安排。因為此題目涵蓋了機械設計課程中典型零部件，如傳動帶、齒輪、軸、鍵、軸承、聯軸器及箱體等的設計，使學生對所學知識的應用能力有一定的鍛煉。但該題目單一，設計參數較為接近。為使課程設計題目多樣性，在布置課程設計任務之前，指導老師可提議學生根據個人興趣自擬題目。針對所提交的自擬題目，指導老師應與其討論設計的可行性，對可行性較強的題目，進一步完善并形成課程設計題目；或者提供一定數量的不同類型的貼近工程實踐的設計題目，供其參考選擇，或者指導老師可以國家或省市的機械設計大賽題目作為課程設計內容。這樣使學生的能力得到充分發揮，激發同學們的創新意識，同時避免了題目單一引發的抄襲現象。

1.2設計時間的安排

一般本科院校將課程設計時間安排在“機械設計”課程之后完成。要保證設計題目的多樣性，使部分同學根據個人興趣有充分準備題目的時間，講授“機械設計”的老師應在課程開設初期或中期征集題目。由于目前大多數高校的學時壓縮，為了使學生在較短時間內完成設計任務，可讓學生對設計中涉及到的相關零件如皮帶、軸、軸承等，在“機械設計”課程學習的過程中完成。這樣可以使學生在學習“機械設計”課程內容時，更有興趣和針對性；并且最大程度地避免學生在學期末規定的時段內完成課程設計時，因時間，教室、圖板或計算機等資源沖突，影響設計進度及質量；

1.3完成方式

機械設計課程設計很大一部分工作在于繪圖。隨著計算機的普及，以及二維、三維繪圖軟件在企業中推廣應用，就要求學生在畢業求職前應具備計算機繪圖能力，但是如果在課程設計中要求學生都使用計算機繪圖軟件完成全部設計，難免造成學生之間復制的情況發生。

針對以上情況，可采取如下方法。安排部分計算機繪圖能力強的學生全部圖紙采用計算機繪制，但要求必須先手工完成裝配草圖繪制，待指導老師檢查后再在計算機上完成所有圖紙的繪制工作；另一部分計算機繪圖能力不強的同學，裝配圖要求手工繪制，零件圖必須計算機完成。這樣可以使計算機繪圖能力強的同學在提升的同時促使能力不強的學生學會應用計算機繪圖軟件進行繪圖。計算機繪圖和手工繪圖均有自身獨特的優點，對學生都是一種鍛煉。手工繪圖可保持學生思維的連續性和完整性，圖紙一目了然，能很快發現問題和錯誤；計算機繪圖快速，易修改，但視野受局限，不能全局性的檢閱圖紙，發現問題。指導老師可根據本校學生實際狀況靈活采用不同的設計方式。

2　設計中重點難點問題的分析及解決

2.1減速器草圖的繪制

減速器設計第二階段，減速器裝配草圖繪制對學生來說較為困難，無從下手。下面以兩級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、俯視圖傳動軸軸線：根據選定的圖幅和繪圖比例在圖紙上恰當的位置按計算出的齒輪中心距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，畫出各齒輪的節圓和大齒輪的齒頂圓；大齒輪頂圓與箱體內壁距離取△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）。減速器箱體底部內壁的位置由大齒輪的浸油深度決定，一般大齒輪齒頂到油池底面的距離應大于30～50mm，同時取箱體底部內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）在俯視圖上畫出對應的齒輪廓線和箱體內壁廓線。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壁廓線的距離為△2≥δ（或10～15mm），這樣箱體內部寬度就可以確定下來；小齒輪頂圓一側的內壁線暫時不能確定，等主視圖高速軸軸承旁的聯接螺栓位置確定后，再進行繪制。

（3）軸的結構設計

軸的結構設計是在箱體結構基本確定的基礎上完成的。先確定各軸最小端直徑尺寸，可按彎扭強度的計算公式估算，或按同類機械用類比的方法確定，或采用經驗公式確定高速軸最小軸徑。要注意的是，如果電動機直接驅動高速軸，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機的聯軸器，使選定的聯軸器一端的孔徑與電動機輸出端軸徑相匹配，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，還應與選定聯軸器的標準孔徑相匹配，按聯軸器的標準孔徑來確定。在此基礎上初步選定軸承，確定軸承的定位、潤滑及密封方式，以及傳動件的定位安裝方法。按等強度設計原則以及兩頭小中間大的工藝要求設計軸的結構尺寸，在箱體輪廓草圖上逐步完成各軸徑及軸段尺寸的確定。

在軸系結構設計過程中，對于油液潤滑的軸承，需要考慮高速軸工作時小齒輪嚙合處擠壓出的油液大量地進入高速軸軸承，造成泄漏和攪油損失，故應在高速軸上靠近箱體內側軸承端面處加擋油環。對于采用油脂潤滑的軸承，需在軸承靠箱體內壁端面處設置封油環，以防止箱體內油液飛濺沖刷軸承內的潤滑脂，導致潤滑脂被稀釋或帶走。擋油環和封油環頂部距離軸承孔壁留有大約0.2 mm的間隙。

2.2箱體外部結構及其他類型減速器設計需注意的問題

第三階段為箱體外部結構及若干附件的設計，該設計過程需注意的問題較多，設計指導書一般都有詳細的介紹，這里不再一一贅述。需要強調的是，軸承孔座旁聯接螺栓凸臺高度的確定，軸承孔座旁聯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。

對于單級齒輪減速器，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稱線。其余與兩級圓柱齒輪減速器設計基本相同。

3　結束語

針對本文所提出的“機械設計課程設計”，在實際教學中予以實踐應用，取得了較好的教學效果，該教學思路及重點難點問題的提出與解決，在一定程度上彌補了現有實踐教學的不足。該實踐教學對學生的工作態度、工作能力以及創新性思維的培養方面有的積極作用，也為課程設計教學改革提供一些參考范例。

［1］濮良貴，紀名剛.機械設計［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［2］任金泉.機械設計課程設計［M］.西安:西安交通大學出版社，2003.

［3］駱素君.機械設計課程設計實例與禁忌［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［4］陳秀寧，施高義.機械設計課程設計［M］.浙江:浙江大學出版社，2009.

［5］陸玉.機械設計課程設計［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［6］郝秀紅，邱雪松，王瓊，等.機械設計課程設計教學改革初探［J］.教學研究，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：機械設計制造及其液壓技術。