《機械設計基礎》課程設計的思考

鹿新建+李鋼+唐利芹

摘要：《機械設計基礎》課程設計現(xiàn)采用尺規(guī)繪圖，與當前的計算機繪圖相脫節(jié)。通過差異化題目要求，避免計算機繪圖時可能的千篇一律，并給出了差異化的幾點建議。采用計算機繪圖后，對于一級齒輪減速器設計，工作量幾乎不變；對于二級齒輪減速器設計，工作量可以得到顯著壓縮。同時，通過計算機繪圖可以了解繪圖軟件，增加了學生的工作適應性。

關鍵詞：機械設計；課程設計；差異化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）27-0215-02

一、引言

《機械設計基礎》屬于本科院校機械類創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材，一般安排在大學二年級，課程設計是其重要的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，題目是設計帶式輸送機的減速器（圖1所示），提供的原始參數(shù)有：輸送機轉速、有效拉力、卷筒直徑和工作壽命。著重考查學生對齒輪傳動、鍵連接、軸承設計等教學重點的把握程度。為了學生避免學生進行相互“借鑒”，要求學生進行尺規(guī)繪圖，完成裝配圖1張（0號或1號）和齒輪軸零件圖1張（2號圖）。

對于信息化不斷提高、三維設計軟件不斷涌現(xiàn)的當下，進行尺規(guī)繪圖，有些與時代脫節(jié)，現(xiàn)將本人的思考進行總結，以供參考。

1.為什么要進行尺規(guī)繪圖？其中的一個原因是避免電腦繪圖時進行的“復制”、“粘貼”，實現(xiàn)繪圖成果的多樣性。通過與“標準”或“參考圖紙”的比較，給出一個合理的成績。

對此，個人認為，可以從增加課程設計的多樣性出發(fā)，避免最終結果的千篇一律。如何實現(xiàn)呢？這就需要進行發(fā)散性思維，突破傳統(tǒng)思維定勢。結合本人多年的工程實踐經(jīng)驗，提出了以下的差異化方案：

（1）鑄造箱體和焊接箱體。隨著我國鑄造成本的逐步（主要是環(huán)境成本）提高，鑄造件的價格呈現(xiàn)逐步提升的趨勢，目前的價格大約是6000圓/噸（以HT300為例，消失模費用另算），個別地區(qū)甚至達到了9000圓/噸，顯著高于焊接件的約4000圓/噸的價格水平。由此，可以樹立學生的成本意識。此外，對于焊接件的設計（坡口形式、焊縫形式和相關熱處理等）需要查閱相關手冊，可以鍛煉學生查閱資料的能力。

（2）剖分結構和整體結構。剖分結構的最大優(yōu)點在于安裝的便利性，存在的問題在于剖分面有可能會滲油，同時，加工量偏大。考慮整體結構（圖2所示）一方面可以減少零件數(shù)量，另一方面可以減小加工量，缺點是要考慮零件的裝配工藝性。但是，這樣可以鍛煉學生解決實際問題的能力，積極主動的修改設計。

（3）滾動軸承與滑動軸承。減速器不一定要用滾動軸承。滾動軸承存在壽命問題，而滑動軸承如果采用靜壓結構可以實現(xiàn)無磨損，而且運行精度不差與滾動軸承；一般而言，滑動軸承成本要略低些；此外，滑動軸承剛性要好于滾動軸承。相應的潤滑系統(tǒng)也要做調(diào)整。而且，還可以實現(xiàn)滾動軸承與滑動軸承的混用，如高速端用滾動軸承，低速端用滑動軸承；或者在同一部位進行滾動軸承+滑動軸承的組合使用（日本AIDA 的HMX系列機型連桿部位曾采用這種配置方式）。

（4）自帶潤滑與潤滑系統(tǒng)。現(xiàn)有的課程設計給出了脂潤滑（圖3）和油潤滑兩種方式。在脂潤滑中，給出了軸承內(nèi)側的密封蓋。理論上，這種設計是可以的，但是在工程實踐中，可以選用帶密封蓋的深溝球軸承（對于直齒傳動），保留需要密封側的密封蓋，另一側敞開，方便加潤滑脂。對于二級齒輪減速的油潤滑結構而言，由于兩級齒輪減速的速比不同，造成低速級和高速級的大齒輪尺寸不同，按照浸油深度為齒輪半徑的1/6標準，低速級大齒輪滿足了，高速級則不能滿足，需要增加惰輪。但是，如果采用外置獨立潤滑系統(tǒng)，則不存在增加惰輪的問題。在選擇潤滑系統(tǒng)的同時，將接觸到相關的潤滑量計算、油管和接頭的選擇等，可以增加其知識量。

（5）中間軸設計（二級減速器）。圖3中的中間軸為經(jīng)典結構，一方面承受齒輪的重量，另一方面?zhèn)鬟f扭矩，為轉軸。可以將其固定在箱體上，兩齒輪連成一體，滑套在軸上，此時，此軸轉化為固定芯軸。

二、設計工作量

現(xiàn)有的課程設計工作量分為兩種，一級圓柱齒輪減速器，時間為一周；二級圓柱齒輪減速器，時間為兩周。除了必要的設計（大約1—1.5天）計算外，其余時間均用在了繪圖。

改成計算機繪圖后，需要增加相關繪圖軟件的復習時間，大約1天。三維模型繪制時間約1天，三維模型裝配與檢查（含裝配模擬）大約需要0.5天。工程圖標注大約需要1天時間。因此，對于一級圓柱齒輪減速器設計而言，設計所需時間沒有發(fā)生大的變化。對于二級齒輪減速器設計而言，則留出了較多時間。可以將課程設計進一步壓縮至1.5周以內(nèi)。

如果對于學生有更高的要求，可以要求學生對箱體和傳動零件進行有限元分析、制作減速器動作動畫、裝配和拆解過程動畫等。兩周時間完全可以滿足。

三、其他

對于機械制造專業(yè)的學生而言，可以在此基礎上開展機械制造相關的課程設計，這些設計包括：毛坯圖繪制、材料定額、工時定額、加工工藝過程卡片。可以和工藝CAPP、MasterCAM等軟件聯(lián)合使用。從而為全面的獲取設計產(chǎn)品的成本信息資料奠定基礎。

改成計算機繪圖后，一方面可以鞏固學生已有工程制圖知識，另一方面通過對現(xiàn)有三維制圖軟件的應用，將會進一步提高學生以后的崗位工作適應能力。

四、結論

《機械設計基礎》課程設計是學習本課程的重要環(huán)節(jié)，通過采用差異化的題目要求設置，避免了計算機繪圖的千篇一律，同時能夠更緊密地結合工程實際，讓學生在設計過程中樹立成本意識、考慮裝配工藝性等，采用計算機軟件繪圖，可以提高學生的制圖和三維軟件應用能力。

參考文獻：

[1]朱玉.機械設計基礎[M].北京：北京大學出版社，2013.

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[3]葛正浩，胡正剛.Pro/E三維機械設計實例教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

Abstract：Construction with ruler and compasses is applied in the course of "Basic Mechanical Design"，which is out of step with the current computer drawing. Monotonous results can be avoided by differentiation requirements when using computer drawing and some suggestions on differentiation were given also. For 1-stage gear reducer design the workload is almost unchanged and the 2-stage gear reducer design significantly compressed when using computer aided design（CAD）. At the same time，the CAD software can be understand and the work adaptability for student can be increased by using CAD.

Key words：mechanical design；course design；differentiation