《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)的思考

鹿新建+李鋼+唐利芹

摘要：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)現(xiàn)采用尺規(guī)繪圖，與當(dāng)前的計(jì)算機(jī)繪圖相脫節(jié)。通過(guò)差異化題目要求，避免計(jì)算機(jī)繪圖時(shí)可能的千篇一律，并給出了差異化的幾點(diǎn)建議。采用計(jì)算機(jī)繪圖后，對(duì)于一級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)，工作量幾乎不變；對(duì)于二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)，工作量可以得到顯著壓縮。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)繪圖可以了解繪圖軟件，增加了學(xué)生的工作適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；差異化

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）27-0215-02

一、引言

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》屬于本科院校機(jī)械類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材，一般安排在大學(xué)二年級(jí)，課程設(shè)計(jì)是其重要的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，題目是設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的減速器（圖1所示），提供的原始參數(shù)有：輸送機(jī)轉(zhuǎn)速、有效拉力、卷筒直徑和工作壽命。著重考查學(xué)生對(duì)齒輪傳動(dòng)、鍵連接、軸承設(shè)計(jì)等教學(xué)重點(diǎn)的把握程度。為了學(xué)生避免學(xué)生進(jìn)行相互“借鑒”，要求學(xué)生進(jìn)行尺規(guī)繪圖，完成裝配圖1張（0號(hào)或1號(hào)）和齒輪軸零件圖1張（2號(hào)圖）。

對(duì)于信息化不斷提高、三維設(shè)計(jì)軟件不斷涌現(xiàn)的當(dāng)下，進(jìn)行尺規(guī)繪圖，有些與時(shí)代脫節(jié)，現(xiàn)將本人的思考進(jìn)行總結(jié)，以供參考。

1.為什么要進(jìn)行尺規(guī)繪圖？其中的一個(gè)原因是避免電腦繪圖時(shí)進(jìn)行的“復(fù)制”、“粘貼”，實(shí)現(xiàn)繪圖成果的多樣性。通過(guò)與“標(biāo)準(zhǔn)”或“參考圖紙”的比較，給出一個(gè)合理的成績(jī)。

對(duì)此，個(gè)人認(rèn)為，可以從增加課程設(shè)計(jì)的多樣性出發(fā)，避免最終結(jié)果的千篇一律。如何實(shí)現(xiàn)呢？這就需要進(jìn)行發(fā)散性思維，突破傳統(tǒng)思維定勢(shì)。結(jié)合本人多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(guó)鑄造成本的逐步（主要是環(huán)境成本）提高，鑄造件的價(jià)格呈現(xiàn)逐步提升的趨勢(shì)，目前的價(jià)格大約是6000圓/噸（以HT300為例，消失模費(fèi)用另算），個(gè)別地區(qū)甚至達(dá)到了9000圓/噸，顯著高于焊接件的約4000圓/噸的價(jià)格水平。由此，可以樹立學(xué)生的成本意識(shí)。此外，對(duì)于焊接件的設(shè)計(jì)（坡口形式、焊縫形式和相關(guān)熱處理等）需要查閱相關(guān)手冊(cè)，可以鍛煉學(xué)生查閱資料的能力。

（2）剖分結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)。剖分結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)在于安裝的便利性，存在的問(wèn)題在于剖分面有可能會(huì)滲油，同時(shí)，加工量偏大?？紤]整體結(jié)構(gòu)（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(diǎn)是要考慮零件的裝配工藝性。但是，這樣可以鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，積極主動(dòng)的修改設(shè)計(jì)。

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

（4）自帶潤(rùn)滑與潤(rùn)滑系統(tǒng)?，F(xiàn)有的課程設(shè)計(jì)給出了脂潤(rùn)滑（圖3）和油潤(rùn)滑兩種方式。在脂潤(rùn)滑中，給出了軸承內(nèi)側(cè)的密封蓋。理論上，這種設(shè)計(jì)是可以的，但是在工程實(shí)踐中，可以選用帶密封蓋的深溝球軸承（對(duì)于直齒傳動(dòng)），保留需要密封側(cè)的密封蓋，另一側(cè)敞開，方便加潤(rùn)滑脂。對(duì)于二級(jí)齒輪減速的油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)而言，由于兩級(jí)齒輪減速的速比不同，造成低速級(jí)和高速級(jí)的大齒輪尺寸不同，按照浸油深度為齒輪半徑的1/6標(biāo)準(zhǔn)，低速級(jí)大齒輪滿足了，高速級(jí)則不能滿足，需要增加惰輪。但是，如果采用外置獨(dú)立潤(rùn)滑系統(tǒng)，則不存在增加惰輪的問(wèn)題。在選擇潤(rùn)滑系統(tǒng)的同時(shí)，將接觸到相關(guān)的潤(rùn)滑量計(jì)算、油管和接頭的選擇等，可以增加其知識(shí)量。

（5）中間軸設(shè)計(jì)（二級(jí)減速器）。圖3中的中間軸為經(jīng)典結(jié)構(gòu)，一方面承受齒輪的重量，另一方面?zhèn)鬟f扭矩，為轉(zhuǎn)軸?？梢詫⑵涔潭ㄔ谙潴w上，兩齒輪連成一體，滑套在軸上，此時(shí)，此軸轉(zhuǎn)化為固定芯軸。

二、設(shè)計(jì)工作量

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

改成計(jì)算機(jī)繪圖后，需要增加相關(guān)繪圖軟件的復(fù)習(xí)時(shí)間，大約1天。三維模型繪制時(shí)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(biāo)注大約需要1天時(shí)間。因此，對(duì)于一級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)所需時(shí)間沒(méi)有發(fā)生大的變化。對(duì)于二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)而言，則留出了較多時(shí)間?？梢詫⒄n程設(shè)計(jì)進(jìn)一步壓縮至1.5周以內(nèi)。

如果對(duì)于學(xué)生有更高的要求，可以要求學(xué)生對(duì)箱體和傳動(dòng)零件進(jìn)行有限元分析、制作減速器動(dòng)作動(dòng)畫、裝配和拆解過(guò)程動(dòng)畫等。兩周時(shí)間完全可以滿足。

三、其他

對(duì)于機(jī)械制造專業(yè)的學(xué)生而言，可以在此基礎(chǔ)上開展機(jī)械制造相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)包括：毛坯圖繪制、材料定額、工時(shí)定額、加工工藝過(guò)程卡片?？梢院凸に嘋APP、MasterCAM等軟件聯(lián)合使用。從而為全面的獲取設(shè)計(jì)產(chǎn)品的成本信息資料奠定基礎(chǔ)。

改成計(jì)算機(jī)繪圖后，一方面可以鞏固學(xué)生已有工程制圖知識(shí)，另一方面通過(guò)對(duì)現(xiàn)有三維制圖軟件的應(yīng)用，將會(huì)進(jìn)一步提高學(xué)生以后的崗位工作適應(yīng)能力。

四、結(jié)論

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)本課程的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)采用差異化的題目要求設(shè)置，避免了計(jì)算機(jī)繪圖的千篇一律，同時(shí)能夠更緊密地結(jié)合工程實(shí)際，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中樹立成本意識(shí)、考慮裝配工藝性等，采用計(jì)算機(jī)軟件繪圖，可以提高學(xué)生的制圖和三維軟件應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]朱玉.機(jī)械綜合課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]葛正浩，胡正剛.Pro/E三維機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：化學(xué)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