浅析《机械设计基础》课程在第二课堂中的实践——以摩天轮式停车场的研制为例

潘纪平 于晓文* 沈阳工学院 机械与运载学院

1 概述

1.1 开展第二课堂活动的意义

第二课堂活动是校园文化的一项核心内容，也是校园文化建设的重要标志。

开展学生第二课堂活动，能给学生一个展示其爱好、特长的机会，更有利于培养学生的学习兴趣与特长，培养了师生创新能力的同时，还丰富了学生校园文化生活，进而树立了良好的学校形象。

1.2 《机械设计基础》课程内容

《机械设计基础》课程是机类和近机类各专业必修的专业基础课，是以常用机构和通用零部件为研究对象，其研究内容有两方面：一是组成机器的常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系、间歇机构）的设计；一是以一般尺寸和常用工作参数下通用零部件（螺纹连接、键连接、带传动、齿轮传动、滚动轴承、轴、联轴器）的设计。通过本门课程的学习，能培养学生具有分析机构和选择传动方案的能力；具有分析、选用和设计机械零部件及简单机械传动装置的能力；具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

2 摩天轮式停车场中心轴直径的确定

摩天轮式停车场中心轴与电动机轴通过联轴器联接，根据摩天轮式停车场所需传递的转矩和转速，先确定电动机型号，之后初步确定中心轴的直径。

其轴径可按下式求得：d = (0.8～1.0)d电机。

也就是说，如果摩天轮式停车场中心轴通过联轴器与电动机轴联接，则外伸段轴径与电动机轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。换句话说，摩天轮式停车场中心轴外伸段轴径和电动机轴径均应在所选联轴器毂孔最大、最小直径的允许范围内。最终摩天轮式停车场中心轴外伸段轴径具体选多大还得结合联轴器的型号和内孔直径。具体计算如下：

根据传动装置的工作条件，选用联轴器轴孔直径为12mm，其联轴器的公称转矩大于计算转矩。所以中心轴直径确定为12mm，能满足要求。

3 摩天轮式停车场中心轴上键的选择

《机械设计基础》课程中键的选择包括类型选择和尺寸选择。平键联接中平键的两侧面为工作面，零件工作时靠键与键槽侧面的推压传递运动和转矩。其结构简单，装拆方便，对中性好，但只能用做轴上零件的周向固定。摩天轮式停车场中心轴上有两个键，一个是连接联轴器，一个是连接转盘，由于是静连接，要求有一定的定心性，因此选择平键连接，选用圆头普通平键（A型），键的材料为45钢。

在平键的尺寸选择中，平键的剖面尺寸b×h，按照轴径d查取有关标准得出。轴径d=12mm，查GB/T 1096—2003得b=5mm、h=5mm。而键的长度L则根据被连接件的轮毂长度而定，一般取比轮毂长度小5～10 mm，且满足标准长度系列，由此选择平键的长度为16mm。

键联接强度的校核计算主要是验算它的挤压应力，使计算应力小于材料的许用应力。许用挤压应力按键、轴、轮毂三者材料最弱的选取，一般是轮毂材料最弱。经校核平键的尺寸满足强度要求。

4 摩天轮式停车场中心轴上滚动轴承的选用

轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,并承受载荷。根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承。滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件，滚动轴承绝大多数已经标准化，具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等特点，广泛应用在现代机器中。

《机械设计基础》课程中滚动轴承的选择包括类型选择和尺寸选择。滚动轴

承类型的选择取决于工作载荷、转速、支承刚性、安装精度等，主要取决于工作载荷。主要承受径向载荷时，选择径向接触轴承；主要承受轴向载荷时，如果转速不高时选择轴向接触轴承；同时承受径向载荷和轴向载荷均较大时，当转速较高时选择角接触球轴承，当转速较低时选择圆锥滚子轴承；如果承受径向力较大，轴向力较小时选择深沟球轴承；如果承受轴向力较大，径向力较小时选择深沟球轴承+推力球轴承。依据上述选择原则，摩天轮式停车场中心轴上选择圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的型号确定为30101。

经寿命校核，30101 型号的圆锥滚子轴承满足要求。

5 结论

通过对《机械设计基础》课程的学习，使我们掌握了通用零部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的基础件及设计简单的机器的能力。摩天轮式停车场的研制是《机械设计基础》课程在第二课堂中的很好地应用与实践。