論如何提高《機械設計課程設計》教學質量

王妍靜

摘? 要：《機械設計課程設計》是一門針對機械類專業學生進行的設計實踐課。該課程覆蓋了《機械設計》課程中所講解的大部分零件的設計、計算以及校核，設計任務繁重。因此，為學生在有限的學時下能夠很好地完成課程設計帶來了較大的難度。該文結合《機械設計課程設計》教學環節中存在的問題，從方案設計、數據計算、草圖繪制、裝配圖繪制等方面探討了如何提高《機械設計課程設計》教學質量的方法，對今后的課程設計具有一定指導意義。

關鍵詞：機械設計課程設計? 機械設計? “三邊”設計準則? 減速器

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：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

《機械設計課程設計》的題目通常為一般用途的機械傳動裝置設計。設計的主體即為圓柱齒輪減速器。因為減速器包括了《機械設計》課程的大部分零部件，具有典型的代表性。

筆者結合多年的教學經驗，總結出了學生在進行《機械設計課程設計》過程中常見的一些問題，針對相關問題提出了一些改進措施和方法，為提高《機械設計課程設計》教學質量給出了一些針對性建議與分析。

1? 方案設計環節

傳動方案的擬定是設計傳動裝置的第一步，其合理性決定著整個設計過程的成敗。在擬定傳動方案時，應遵循以下原則[1]。

1.1 帶傳動應放在傳動裝置的高速級上

帶傳動傳動平穩、噪音低、能緩沖吸振，故此，設計時應充分利用帶的彈性滑動以及過載打滑等特點，將帶傳動安置在傳動裝置的高速級。

1.2 鏈傳動應放在傳動裝置的低速級上

鏈傳動受其結構限制，具有“多邊形效應 ”。因此，會引發附加動載荷和速度波動。故應將鏈傳動安置在傳動裝置的低速級。

1.3 開式齒輪傳動應放在傳動裝置的低速級上

開式齒輪沒有保護裝置以及良好的潤滑系統，故摩擦磨損是其主要失效形式。為了提高開式齒輪的壽命，設計時應增大模數，增大分度圓直徑，減少齒數。故應將開式齒輪傳動安置在傳動裝置的低速級。

1.4 錐齒輪傳動應放在傳動裝置的高速級上

高速級上齒輪所受轉矩小，轉速高，故設計出來的錐齒輪尺寸小，以便于錐齒輪的加工。因此，應將錐齒輪傳動安置在傳動裝置的高速級。

1.5 斜齒輪傳動應放在傳動裝置的高速級上

在二級展開式減速器中，既有斜齒輪，又有直齒輪時，一般應把斜齒輪傳動安置在減速器的高速級上。因為斜齒輪傳動的平穩性優于同等參數的直齒輪。

1.6 蝸桿傳動應放在傳動裝置的高速級上

對于蝸輪蝸桿傳動，一般應把蝸桿傳動放在減速器的高速級上，以此獲得較小的設計尺寸。

另外，特別強調一點，高速級的小齒輪一定要遠離轉矩輸入端，避免造成軸向載荷分布系數過大。

2? 數據計算

傳動方案確定之后，應進行相應的電動機型號的選擇、傳動比的分配以及傳動參數的計算。在此過程中學生容易犯錯的地方具體如下[2]。

2.1 電動機轉速選擇不合理

一般，學生應優先選用同步轉速為1 500 r/min和1 000 r/min的電動機，盡可能避免選3 000 r/min和750 r/min的電動機。

2.2 傳動比分配不合理

帶傳動和鏈傳動的傳動比應在2～4之間;開式齒輪傳動的傳動比應在4～6之間;閉式齒輪傳動的傳動比應在3～5之間;錐齒輪傳動的傳動比應在2～3之間;蝸桿傳動的傳動比應在7～40之間。

如傳動比不滿足如上要求，就要重新選擇電動機的型號以及同步轉速。二級展開式圓柱齒輪減速器，傳動比可按下式分配：;對于同軸式圓柱齒輪減速器，傳動比可按下式分配：;對于圓錐—圓柱齒輪減速器，傳動比可按下式分配：。

2.3 不會選擇參數計算

在確定各軸的輸入轉矩時，學生通常會存有疑問究竟是帶入電動機的額定功率Pm，還是帶入電動機所需功率Pd。實際上帶入這兩個參數任一均可，只不過帶入Pm后，計算的結果會保守一些，推薦學生帶入Pd。

3? 草圖繪制

草圖繪制階段是一個“邊計算、邊畫圖、邊修改”的過程，稱為“三邊”設計準則[3]。為了避免學生在設計過程中出現抄襲、雷同現象，一般會規定減速器中心距末位得是“偶數”。在設計軸徑時，應遵循如下原則：最小軸徑處按最小軸徑公式計算并圓整;有標準件的地方應滿足標準件的軸徑要求;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，就有可能會反復計算和修改某一參數以達到設計要求。這就充分體現了“邊計算、邊畫圖、邊修改”的“三邊”設計準則。

3.1 減速器中心距末位是“偶數”

對于直齒圓柱齒輪中心距末位“擇偶”后，應對直齒圓柱齒輪進行變位;對于斜齒圓柱齒輪中心距末位“擇偶”后，應對斜齒圓柱齒輪的螺旋角β加以重新計算。

在歷年的課設答辯的過程中，筆者發現很多同學湊中心距后，根本不對齒輪原始參數重新計算，從而造成整個設計失敗。

另外，為了避免高速級齒輪潤滑不良，高速級與低速級兩對齒輪的中心距不應相差過大。同時高速級與低速級兩對齒輪的中心距也不能相差太小，比如高速級中心距150 mm，低速級中心距160 mm，這會造成高 速級的大齒輪與低速軸發生干涉。一般這種問題，學生通常會在繪制草圖的時候方能發現。

最后強調一點，高速級中心距不能小于100 mm。

3.2 高速級最小軸徑的確定

3.2.1 減速器的高速級與帶傳動相連

此時高速級最小軸徑的確定方法為[2]：

式中：A0為材料常數;

P1為高速軸的功率，kw。

n1為高速軸的轉速，r/，min。

3.2.2 減速器的高速級與聯軸器相連

此時高速級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，之后選擇合適的聯軸器，結合聯軸器的標準孔徑，最終確定出高速軸的最小軸徑。特別強調，在選擇聯軸器時應考慮電動機的軸伸連接尺寸“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本著如下原則：有標準件的地方應滿足標準件的軸徑要求;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;又由于此處有標準件氈圈，氈圈要求安裝軸徑得是“5”的倍數。兩條約束加持之下，最終計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;又由于此處有標準件滾動軸承，滾動軸承要求安裝軸徑得是“5”的倍數;另外是為了減小軸的精加工表面，以及方便滾動軸承拆裝。三條約束加持之下，最終計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，學生們容易犯錯誤的地方就是“H”值的確定。“H”值的確定方法如下式： 。低速級大齒輪，hs約為1個齒高～（1/6～1/3）個齒輪半徑;高速級大齒輪，hf約為0.7個齒高，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展開式圓柱齒輪潤滑優良，另一方面又保證減速器結構盡可能緊湊。

5? 結語

《機械設計課程設計》包括傳動裝置方案設計、運動和動力參數選擇、齒輪設計、軸系的設計、聯軸器的選擇、軸承的選擇等。涉及零件之廣 ，計算工作量之多，繪制圖紙量之大都有目共睹。對于大三的機械專業本科生而言，難度不言而喻。在設計的過程中難免會有這樣那樣的困難與錯誤。因此指導教師應更加盡職盡責，悉心指導。指導時，應簡明扼要，重點突出，避免學生走彎路，或者少走彎路。

參考文獻

[1] 李育錫，董海軍.機械設計課程設計[M].北京：高等教育出版社，2020.

[2] 濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2019.

[3] 曾德芝，陳睿.高職院校機械設計基礎課程設計理論教學研究——評《機械設計基礎課程設計》[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械設計課程創新[J].機械設計，2020，37（S2）：268-270.

[5] 楊小高，丁德瓊.基于創新創業技術型人才過程培養的《機械設計課程設計》實踐教學改革[J].科技資訊，2020，18（9）：70-71，74.

[6] 黃志誠，潘金波，王興國.工程認證背景下“機械原理”與“機械設計”課程設計教學改革研究[J].科技與創新，2020（23）：46-47，50.