《机械设计基础》课程设计的思考

鹿新建+李钢+唐利芹

摘要：《機械设计基础》课程设计现采用尺规绘图，与当前的计算机绘图相脱节。通过差异化题目要求，避免计算机绘图时可能的千篇一律，并给出了差异化的几点建议。采用计算机绘图后，对于一级齿轮减速器设计，工作量几乎不变；对于二级齿轮减速器设计，工作量可以得到显著压缩。同时，通过计算机绘图可以了解绘图软件，增加了学生的工作适应性。

关键词：机械设计；课程设计；差异化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）27-0215-02

一、引言

《机械设计基础》属于本科院校机械类创新型应用人才培养规划教材，一般安排在大学二年级，课程设计是其重要的培养环节，题目是设计带式输送机的减速器（图1所示），提供的原始参数有：输送机转速、有效拉力、卷筒直径和工作寿命。着重考查学生对齿轮传动、键连接、轴承设计等教学重点的把握程度。为了学生避免学生进行相互“借鉴”，要求学生进行尺规绘图，完成装配图1张（0号或1号）和齿轮轴零件图1张（2号图）。

对于信息化不断提高、三维设计软件不断涌现的当下，进行尺规绘图，有些与时代脱节，现将本人的思考进行总结，以供参考。

1.为什么要进行尺规绘图？其中的一个原因是避免电脑绘图时进行的“复制”、“粘贴”，实现绘图成果的多样性。通过与“标准”或“参考图纸”的比较，给出一个合理的成绩。

对此，个人认为，可以从增加课程设计的多样性出发，避免最终结果的千篇一律。如何实现呢？这就需要进行发散性思维，突破传统思维定势。结合本人多年的工程实践经验，提出了以下的差异化方案：

（1）铸造箱体和焊接箱体。随着我国铸造成本的逐步（主要是环境成本）提高，铸造件的价格呈现逐步提升的趋势，目前的价格大约是6000圆/吨（以HT300为例，消失模费用另算），个别地区甚至达到了9000圆/吨，显著高于焊接件的约4000圆/吨的价格水平。由此，可以树立学生的成本意识。此外，对于焊接件的设计（坡口形式、焊缝形式和相关热处理等）需要查阅相关手册，可以锻炼学生查阅资料的能力。

（2）剖分结构和整体结构。剖分结构的最大优点在于安装的便利性，存在的问题在于剖分面有可能会渗油，同时，加工量偏大。考虑整体结构（图2所示）一方面可以减少零件数量，另一方面可以减小加工量，缺点是要考虑零件的装配工艺性。但是，这样可以锻炼学生解决实际问题的能力，积极主动的修改设计。

（3）滚动轴承与滑动轴承。减速器不一定要用滚动轴承。滚动轴承存在寿命问题，而滑动轴承如果采用静压结构可以实现无磨损，而且运行精度不差与滚动轴承；一般而言，滑动轴承成本要略低些；此外，滑动轴承刚性要好于滚动轴承。相应的润滑系统也要做调整。而且，还可以实现滚动轴承与滑动轴承的混用，如高速端用滚动轴承，低速端用滑动轴承；或者在同一部位进行滚动轴承+滑动轴承的组合使用（日本AIDA 的HMX系列机型连杆部位曾采用这种配置方式）。

（4）自带润滑与润滑系统。现有的课程设计给出了脂润滑（图3）和油润滑两种方式。在脂润滑中，给出了轴承内侧的密封盖。理论上，这种设计是可以的，但是在工程实践中，可以选用带密封盖的深沟球轴承（对于直齿传动），保留需要密封侧的密封盖，另一侧敞开，方便加润滑脂。对于二级齿轮减速的油润滑结构而言，由于两级齿轮减速的速比不同，造成低速级和高速级的大齿轮尺寸不同，按照浸油深度为齿轮半径的1/6标准，低速级大齿轮满足了，高速级则不能满足，需要增加惰轮。但是，如果采用外置独立润滑系统，则不存在增加惰轮的问题。在选择润滑系统的同时，将接触到相关的润滑量计算、油管和接头的选择等，可以增加其知识量。

（5）中间轴设计（二级减速器）。图3中的中间轴为经典结构，一方面承受齿轮的重量，另一方面传递扭矩，为转轴。可以将其固定在箱体上，两齿轮连成一体，滑套在轴上，此时，此轴转化为固定芯轴。

二、设计工作量

现有的课程设计工作量分为两种，一级圆柱齿轮减速器，时间为一周；二级圆柱齿轮减速器，时间为两周。除了必要的设计（大约1—1.5天）计算外，其余时间均用在了绘图。

改成计算机绘图后，需要增加相关绘图软件的复习时间，大约1天。三维模型绘制时间约1天，三维模型装配与检查（含装配模拟）大约需要0.5天。工程图标注大约需要1天时间。因此，对于一级圆柱齿轮减速器设计而言，设计所需时间没有发生大的变化。对于二级齿轮减速器设计而言，则留出了较多时间。可以将课程设计进一步压缩至1.5周以内。

如果对于学生有更高的要求，可以要求学生对箱体和传动零件进行有限元分析、制作减速器动作动画、装配和拆解过程动画等。两周时间完全可以满足。

三、其他

对于机械制造专业的学生而言，可以在此基础上开展机械制造相关的课程设计，这些设计包括：毛坯图绘制、材料定额、工时定额、加工工艺过程卡片。可以和工艺CAPP、MasterCAM等软件联合使用。从而为全面的获取设计产品的成本信息资料奠定基础。

改成计算机绘图后，一方面可以巩固学生已有工程制图知识，另一方面通过对现有三维制图软件的应用，将会进一步提高学生以后的岗位工作适应能力。

四、结论

《机械设计基础》课程设计是学习本课程的重要环节，通过采用差异化的题目要求设置，避免了计算机绘图的千篇一律，同时能够更紧密地结合工程实际，让学生在设计过程中树立成本意识、考虑装配工艺性等，采用计算机软件绘图，可以提高学生的制图和三维软件应用能力。

参考文献：

[1]朱玉.机械设计基础[M].北京：北京大学出版社，2013.

[2]朱玉.机械综合课程设计[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]葛正浩，胡正刚.Pro/E三维机械设计实例教程[M].北京：化学工业出版社，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