樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)

李桂莉++武洪恩++戴向云++鐘佩思

摘 要：從方案選擇、技術(shù)設(shè)計(jì)、說明書以及成績(jī)?cè)u(píng)定四方面說明如何指導(dǎo)學(xué)生樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，通過課程設(shè)計(jì)提高自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)提出問題分析問題解決問題的能力，并培養(yǎng)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：《機(jī)械設(shè)計(jì)》 課程設(shè)計(jì) 方案 成績(jī)?cè)u(píng)定

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0235-02

《機(jī)械設(shè)計(jì)》是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，隨之三周的課程設(shè)計(jì)是一次綜合性與實(shí)踐性相結(jié)合的重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計(jì)不僅可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)提出問題分析問題解決問題的能力，還可以加強(qiáng)學(xué)生的技能訓(xùn)練，因此激發(fā)學(xué)生喜歡課程設(shè)計(jì)的興趣提高設(shè)計(jì)積極性，樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，對(duì)于搞好課程設(shè)計(jì)非常重要。

《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)一般以傳統(tǒng)的減速器為設(shè)計(jì)題目，它涵蓋了《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的大部分內(nèi)容。主要包括：（1）傳動(dòng)部分有帶傳動(dòng)（或鏈傳動(dòng)）、齒輪傳動(dòng)（或蝸桿傳動(dòng)））；（2）軸系零部件有軸、軸承、聯(lián)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(shè)計(jì)，有很強(qiáng)的綜合性，是比較好的選擇。設(shè)計(jì)中用到的知識(shí)涉及《制圖基礎(chǔ)》、《制圖基礎(chǔ)應(yīng)用》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《互換性與技術(shù)測(cè)量》等多門課程，也是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的設(shè)計(jì)積極性，讓他們樂作《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)，本論文從方案選擇、技術(shù)設(shè)計(jì)說明書以及成績(jī)?cè)u(píng)定四方面對(duì)課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹[1-3]。

1 方案選擇

在授課的過程中，布置課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自覺地重視設(shè)計(jì)用到的知識(shí)。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自覺性，建議學(xué)生利用學(xué)校已建設(shè)好的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，提前了解課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)、要求、設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)的順序過程。在學(xué)完機(jī)械傳動(dòng)部分，把每個(gè)同學(xué)的設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)下去，利于他們提前開始設(shè)計(jì)計(jì)算。為了培養(yǎng)同學(xué)們的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，5～6位同學(xué)設(shè)計(jì)一類題目，避免有些同學(xué)投機(jī)取巧，每人的數(shù)據(jù)都不相同。這樣同學(xué)們既不會(huì)覺得束手無策，又有一定的自由和約束。要求選用一級(jí)遠(yuǎn)距離傳遞，兩級(jí)齒輪傳動(dòng)組成的三級(jí)減速傳動(dòng)來滿足已知運(yùn)動(dòng)條件的執(zhí)行構(gòu)件。于是，從原動(dòng)機(jī)的選型、聯(lián)軸器的選型、遠(yuǎn)距離傳遞類型的選擇、齒輪傳動(dòng)的選擇，可匯總出很多種方案。僅僅兩級(jí)齒輪傳動(dòng)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(duì)又可以設(shè)計(jì)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(dòng)等等，布置形式也有展開式、分流式或同軸式的不同。指導(dǎo)學(xué)生正確處理借鑒和創(chuàng)新的關(guān)系，相互交流學(xué)習(xí)，比較各種方案優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面考慮擇優(yōu)選擇。同學(xué)們通過網(wǎng)上的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)課程設(shè)計(jì)有了初步了解，然后再通過交流學(xué)習(xí)，提出并最終選定適合的方案，同時(shí)明白任何一個(gè)問題的解決總是會(huì)有很多種方法，知識(shí)越多，解決的方案越多。明白知識(shí)的重要性，從而學(xué)習(xí)熱情會(huì)更高，樂作課程設(shè)計(jì)。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)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(zhí)行構(gòu)件的功率和轉(zhuǎn)速；然后按照三級(jí)減速中每級(jí)減速允許的傳動(dòng)比和效率回推選擇合適的原動(dòng)機(jī)；再確定出總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比；再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并確定出實(shí)際各級(jí)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)，并匯總結(jié)果。為減少學(xué)生走彎路，對(duì)于可能遇到的問題加以提示，并分階段進(jìn)行指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，為后一階段的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。在指導(dǎo)中不斷的提出問題，引導(dǎo)他們思考。例如：如果給定兩人同樣的數(shù)據(jù)最終要求他們交出不一樣的設(shè)計(jì)結(jié)果該怎么辦？如果是兩人來設(shè)計(jì)一個(gè)方案如何最快速度拿出設(shè)計(jì)結(jié)果？鼓勵(lì)他們提出問題，并找出盡可能多的可行的解決方法，在設(shè)計(jì)過程中得到快樂并提高設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)傳遞過程，然后組織學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)手拆裝減速器，熟悉減速器結(jié)構(gòu)，并通過查閱資料熟悉加工、制造、裝配等方面的相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生對(duì)減速器有一個(gè)直觀、感性的認(rèn)識(shí)，然后開始具體設(shè)計(jì)。

2.1 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)確定好的結(jié)構(gòu)方案，選擇原動(dòng)件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速等），然后做運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)。選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)，要考慮實(shí)際的工作情況和經(jīng)濟(jì)性，電動(dòng)機(jī)是最常用的原動(dòng)機(jī)。選用已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的電動(dòng)機(jī)時(shí)，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(zhuǎn)速的大小、是否調(diào)速、是否反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的頻繁程度等）、工作環(huán)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(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還要考慮其外廓尺寸和總傳動(dòng)裝置的尺寸，一般是在考慮總結(jié)構(gòu)盡可能緊湊的前提下初步分配傳動(dòng)比，然后確定各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（速度、加速度、功率等）。

2.2 機(jī)器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，初步計(jì)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(yàn)證是否合格。

2.3 主要零部件的工作能力設(shè)計(jì)

首先根據(jù)傳動(dòng)的特點(diǎn)，確定傳動(dòng)的順序；然后按照初步分配的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)前兩級(jí)傳動(dòng)，并計(jì)算出實(shí)際傳動(dòng)比；再將總傳動(dòng)比除以這兩級(jí)的實(shí)際傳動(dòng)比，用求出的數(shù)值設(shè)計(jì)第三級(jí)傳動(dòng)；實(shí)際傳動(dòng)比，求出各級(jí)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速和功率，列表以備進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)高速軸時(shí)應(yīng)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(dòng)機(jī)處的聯(lián)軸器的轂孔直徑要一致。低速軸是否會(huì)和中間軸的齒輪齒頂發(fā)生干涉，安裝帶輪（或鏈輪）的軸線應(yīng)和電動(dòng)機(jī)、減速器的軸線高度相一致。設(shè)計(jì)軸的同時(shí)，選擇適合的聯(lián)軸器、軸承、鍵等標(biāo)準(zhǔn)件。主要零部件設(shè)計(jì)完成后，用類比法確定其他零部件尺寸。在設(shè)計(jì)過程中需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，全面考慮他們的結(jié)構(gòu)工藝性，對(duì)所有零部件的外形和尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在這一階段設(shè)計(jì)之初，指導(dǎo)老師先把往年出現(xiàn)的頻率多的問題講解清楚，提醒同學(xué)們重視，盡量避免設(shè)計(jì)過程中再出現(xiàn)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(jìn)行，設(shè)計(jì)周就可以有比較充足的時(shí)間繪制圖形。endprint

2.4 裝配圖的繪制

繪制裝配圖是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的環(huán)節(jié)。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(jù)圖紙的幅面選用合適的比例尺。指導(dǎo)老師提前強(qiáng)調(diào)合理布局的必要性，指導(dǎo)他們查閱資料，熟悉裝配圖上面應(yīng)包括的內(nèi)容：一組全面反映各零部件裝配關(guān)系的圖、總體尺寸和裝配尺寸、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和明細(xì)表等。允許同學(xué)們用他們熟悉的三維造型軟件構(gòu)件三維模型，對(duì)自己的設(shè)計(jì)有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí)，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(tǒng)一要求上交手工繪制裝配圖和主要的零件圖。在同學(xué)們繪制裝配圖的過程中，指導(dǎo)老師多去設(shè)計(jì)教室指導(dǎo)，把共性錯(cuò)誤在黑板前講解后，再由他們自己找錯(cuò)誤，然后幾人相互找錯(cuò)誤，最后指導(dǎo)老師組織一組組的同學(xué)圍成一圈，針對(duì)某位同學(xué)繪制的圖形一起找問題。同學(xué)們?cè)诓粩喔恼e(cuò)誤的過程中鞏固所學(xué)知識(shí)，逐漸喜歡上設(shè)計(jì)。

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(shí)要對(duì)主要零部件（軸承、鍵等）進(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)證其是否符合要求。對(duì)于外形復(fù)雜的零件，一般還要進(jìn)行精確的強(qiáng)度校核。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)的修改零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，直到符合要求為止，裝配圖要做相應(yīng)修改。然后根據(jù)設(shè)計(jì)最后結(jié)果，繪制非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖。

隨著課程設(shè)計(jì)步步深入，同學(xué)們之間的協(xié)作能力得到提高，知識(shí)運(yùn)用能力得到增強(qiáng)，設(shè)計(jì)能力繪圖能力都得到提升，自然學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣也會(huì)越來越濃，越來越樂作課程設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)說明書

一份完整的設(shè)計(jì)，必須有條理清晰的設(shè)計(jì)說明書。通過說明書說明設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)結(jié)果以及設(shè)計(jì)中的所參考的資料。由于設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)往往會(huì)有調(diào)整和修改，所以，設(shè)計(jì)說明書通常是設(shè)計(jì)的最后一個(gè)總結(jié)的環(huán)節(jié)，要求說明書按照統(tǒng)一格式書寫，字體認(rèn)真格式規(guī)范內(nèi)容全面，說明建立一個(gè)好習(xí)慣的重要性，訓(xùn)練學(xué)生按要求書寫。

4 成績(jī)?cè)u(píng)定

在設(shè)計(jì)過程中，公開設(shè)計(jì)成績(jī)的考核辦法是同時(shí)注重過程和結(jié)果的綜合考慮多方面的因素：在全部完成設(shè)計(jì)工作量的前提下，看設(shè)計(jì)說明書中計(jì)算過程是否正確，計(jì)算結(jié)果是否與圖紙零件尺寸相符，圖形繪制、尺寸標(biāo)注等是否有錯(cuò)誤，圖面是否整潔，布局是否合理，書寫是否認(rèn)真規(guī)范完整，在設(shè)計(jì)中態(tài)度是否認(rèn)真等，給定一定的條件約束他們。在指導(dǎo)中，隨時(shí)和他們交流。通過交流看他們的設(shè)計(jì)主動(dòng)性、積極性和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，隨時(shí)對(duì)每個(gè)學(xué)生的完成情況給予評(píng)定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，并及時(shí)總結(jié)，以便他們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)中揚(yáng)長避短，不斷提高。

5 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)重要的一次實(shí)踐教學(xué)，對(duì)學(xué)生后續(xù)的設(shè)計(jì)和以后的工作具有重要意義。培養(yǎng)他們通過設(shè)計(jì)過程中的進(jìn)步和設(shè)計(jì)能力的提高得到快樂，樂在設(shè)計(jì)過程中。

參考文獻(xiàn)

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