王妍靜

摘? 要：《機械設(shè)計課程設(shè)計》是一門針對機械類專業(yè)學(xué)生進行的設(shè)計實踐課。該課程覆蓋了《機械設(shè)計》課程中所講解的大部分零件的設(shè)計、計算以及校核，設(shè)計任務(wù)繁重。因此，為學(xué)生在有限的學(xué)時下能夠很好地完成課程設(shè)計帶來了較大的難度。該文結(jié)合《機械設(shè)計課程設(shè)計》教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，從方案設(shè)計、數(shù)據(jù)計算、草圖繪制、裝配圖繪制等方面探討了如何提高《機械設(shè)計課程設(shè)計》教學(xué)質(zhì)量的方法，對今后的課程設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計課程設(shè)計? 機械設(shè)計? “三邊”設(shè)計準(zhǔn)則? 減速器

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)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(shè)計課程設(shè)計》的題目通常為一般用途的機械傳動裝置設(shè)計。設(shè)計的主體即為圓柱齒輪減速器。因為減速器包括了《機械設(shè)計》課程的大部分零部件，具有典型的代表性。

筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，總結(jié)出了學(xué)生在進行《機械設(shè)計課程設(shè)計》過程中常見的一些問題，針對相關(guān)問題提出了一些改進措施和方法，為提高《機械設(shè)計課程設(shè)計》教學(xué)質(zhì)量給出了一些針對性建議與分析。

1? 方案設(shè)計環(huán)節(jié)

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

1.1 帶傳動應(yīng)放在傳動裝置的高速級上

帶傳動傳動平穩(wěn)、噪音低、能緩沖吸振，故此，設(shè)計時應(yīng)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(yīng)放在傳動裝置的低速級上

鏈傳動受其結(jié)構(gòu)限制，具有“多邊形效應(yīng) ”。因此，會引發(fā)附加動載荷和速度波動。故應(yīng)將鏈傳動安置在傳動裝置的低速級。

1.3 開式齒輪傳動應(yīng)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(tǒng)，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(shè)計時應(yīng)增大模數(shù)，增大分度圓直徑，減少齒數(shù)。故應(yīng)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(yīng)放在傳動裝置的高速級上

高速級上齒輪所受轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速高，故設(shè)計出來的錐齒輪尺寸小，以便于錐齒輪的加工。因此，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(wěn)性優(yōu)于同等參數(shù)的直齒輪。

1.6 蝸桿傳動應(yīng)放在傳動裝置的高速級上

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

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

2? 數(shù)據(jù)計算

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

2.1 電動機轉(zhuǎn)速選擇不合理

一般，學(xué)生應(yīng)優(yōu)先選用同步轉(zhuǎn)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(yīng)在2～4之間;開式齒輪傳動的傳動比應(yīng)在4～6之間;閉式齒輪傳動的傳動比應(yīng)在3～5之間;錐齒輪傳動的傳動比應(yīng)在2～3之間;蝸桿傳動的傳動比應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)計算

在確定各軸的輸入轉(zhuǎn)矩時，學(xué)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(shù)任一均可，只不過帶入Pm后，計算的結(jié)果會保守一些，推薦學(xué)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(shè)計準(zhǔn)則[3]。為了避免學(xué)生在設(shè)計過程中出現(xiàn)抄襲、雷同現(xiàn)象，一般會規(guī)定減速器中心距末位得是“偶數(shù)”。在設(shè)計軸徑時，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)件的地方應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)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(fù)計算和修改某一參數(shù)以達到設(shè)計要求。這就充分體現(xiàn)了“邊計算、邊畫圖、邊修改”的“三邊”設(shè)計準(zhǔn)則。

3.1 減速器中心距末位是“偶數(shù)”

對于直齒圓柱齒輪中心距末位“擇偶”后，應(yīng)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(yīng)對斜齒圓柱齒輪的螺旋角β加以重新計算。

在歷年的課設(shè)答辯的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)湊中心距后，根本不對齒輪原始參數(shù)重新計算，從而造成整個設(shè)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(yīng)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(fā)生干涉。一般這種問題，學(xué)生通常會在繪制草圖的時候方能發(fā)現(xiàn)。

最后強調(diào)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(shù);

P1為高速軸的功率，kw。

n1為高速軸的轉(zhuǎn)速，r/，min。

3.2.2 減速器的高速級與聯(lián)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(lián)軸器，結(jié)合聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)孔徑，最終確定出高速軸的最小軸徑。特別強調(diào)，在選擇聯(lián)軸器時應(yīng)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(yīng)本著如下原則：有標(biāo)準(zhǔn)件的地方應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件氈圈，氈圈要求安裝軸徑得是“5”的倍數(shù)。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(biāo)準(zhǔn)件滾動軸承，滾動軸承要求安裝軸徑得是“5”的倍數(shù);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(xué)生們?nèi)菀追稿e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(yōu)良，另一方面又保證減速器結(jié)構(gòu)盡可能緊湊。

5? 結(jié)語

《機械設(shè)計課程設(shè)計》包括傳動裝置方案設(shè)計、運動和動力參數(shù)選擇、齒輪設(shè)計、軸系的設(shè)計、聯(lián)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(yè)本科生而言，難度不言而喻。在設(shè)計的過程中難免會有這樣那樣的困難與錯誤。因此指導(dǎo)教師應(yīng)更加盡職盡責(zé)，悉心指導(dǎo)。指導(dǎo)時，應(yīng)簡明扼要，重點突出，避免學(xué)生走彎路，或者少走彎路。

參考文獻

[1] 李育錫，董海軍.機械設(shè)計課程設(shè)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(shè)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(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計理論教學(xué)研究——評《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)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(shè)計課程創(chuàng)新[J].機械設(shè)計，2020，37（S2）：268-270.

[5] 楊小高，丁德瓊.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技術(shù)型人才過程培養(yǎng)的《機械設(shè)計課程設(shè)計》實踐教學(xué)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(rèn)證背景下“機械原理”與“機械設(shè)計”課程設(shè)計教學(xué)改革研究[J].科技與創(chuàng)新，2020（23）：46-47，50.