《机械设计基础》课程设计的思考

《机械设计基础》课程设计的思考

《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。