摘要：《机械设计课程设计》是一门针对机械类专业学生进行的设计实践课。该课程覆盖了《机械设计》课程中所讲解的大部分零件的设计、计算以及校核，设计任务繁重。因此，为学生在有限的学时下能够很好地完成课程设计带来了较大的难度。该文结合《机械设计课程设计》教学环节中存在的问题，从方案设计、数据计算、草图绘制、装配图绘制等方面探讨了如何提高《机械设计课程设计》教学质量的方法，对今后的课程设计具有一定指导意义。
关键词：机械设计课程设计；机械设计；“三边”设计准则；减速器
《机械设计课程设计》的题目通常为一般用途的机械传动装置设计。设计的主体即为圆柱齿轮减速器。因为减速器包括了《机械设计》课程的大部分零部件，具有典型的代表性。笔者结合多年的教学经验，总结出了学生在进行《机械设计课程设计》过程中常见的一些问题，针对相关问题提出了一些改进措施和方法，为提高《机械设计课程设计》教学质量给出了一些针对性建议与分析。
1方案设计环节
传动方案的拟定是设计传动装置的第一步，其合理性决定着整个设计过程的成败。在拟定传动方案时，应遵循以下原则[1]。
1.1带传动应放在传动装置的高速级上
带传动传动平稳、噪音低、能缓冲吸振，故此，设计时应充分利用带的弹性滑动以及过载打滑等特点，将带传动安置在传动装置的高速级。
1.2链传动应放在传动装置的低速级上
链传动受其结构限制，具有“多边形效应”。因此，会引发附加动载荷和速度波动。故应将链传动安置在传动装置的低速级。
1.3开式齿轮传动应放在传动装置的低速级上
开式齿轮没有保护装置以及良好的润滑系统，故摩擦磨损是其主要失效形式。为了提高开式齿轮的寿命，设计时应增大模数，增大分度圆直径，减少齿数。故应将开式齿轮传动安置在传动装置的低速级。
1.4锥齿轮传动应放在传动装置的高速级上
高速级上齿轮所受转矩小，转速高，故设计出来的锥齿轮尺寸小，以便于锥齿轮的加工。因此，应将锥齿轮传动安置在传动装置的高速级。
1.5斜齿轮传动应放在传动装置的高速级上
在二级展开式减速器中，既有斜齿轮，又有直齿轮时，一般应把斜齿轮传动安置在减速器的高速级上。因为斜齿轮传动的平稳性优于同等参数的直齿轮。
1.6蜗杆传动应放在传动装置的高速级上
对于蜗轮蜗杆传动，一般应把蜗杆传动放在减速器的高速级上，以此获得较小的设计尺寸。另外，特别强调一点，高速级的小齿轮一定要远离转矩输入端，避免造成轴向载荷分布系数过大。
2数据计算
传动方案确定之后，应进行相应的电动机型号的选择、传动比的分配以及传动参数的计算。在此过程中学生容易犯错的地方具体如下[2]。
2.1电动机转速选择不合理
一般，学生应优先选用同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机，尽可能避免选3000r/min和750r/min的电动机。
2.2传动比分配不合理
带传动和链传动的传动比应在2~4之间；开式齿轮传动的传动比应在4~6之间；闭式齿轮传动的传动比应在3~5之间；锥齿轮传动的传动比应在2~3之间；蜗杆传动的传动比应在7~40之间。如传动比不满足如上要求，就要重新选择电动机的型号以及同步转速。二级展开式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：减4.1~3.1ii12=；对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：减==iii3412；对于圆锥—圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：减锥ii41=。
2.3不会选择参数计算
在确定各轴的输入转矩时，学生通常会存有疑问究竟是带入电动机的额定功率Pm，还是带入电动机所需功率Pd。实际上带入这两个参数任一均可，只不过带入Pm后，计算的结果会保守一些，推荐学生带入Pd。
3草图绘制
草图绘制阶段是一个“边计算、边画图、边修改”的过程，称为“三边”设计准则[3]。为了避免学生在设计过程中出现抄袭、雷同现象，一般会规定减速器中心距末位得是“偶数”。在设计轴径时，应遵循如下原则：最小轴径处按最小轴径公式计算并圆整；有标准件的地方应满足标准件的轴径要求；满足轴上零件的轴向定位；方便轴上零件安装与拆卸。有了约束条件，那么在草图的绘制过程中，就有可能会反复计算和修改某一参数以达到设计要求。这就充分体现了“边计算、边画图、边修改”的“三边”设计准则。
3.1减速器中心距末位是“偶数”
对于直齿圆柱齿轮中心距末位“择偶”后，应对直齿圆柱齿轮进行变位；对于斜齿圆柱齿轮中心距末位“择偶”后，应对斜齿圆柱齿轮的螺旋角β加以重新计算。在历年的课设答辩的过程中，笔者发现很多同学凑中心距后，根本不对齿轮原始参数重新计算，从而造成整个设计失败。另外，为了避免高速级齿轮润滑不良，高速级与低速级两对齿轮的中心距不应相差过大。同时高速级与低速级两对齿轮的中心距也不能相差太小，比如高速级中心距150mm，低速级中心距160mm，这会造成高图1某牛头刨床传动方案121234速级的大齿轮与低速轴发生干涉。一般这种问题，学生通常会在绘制草图的时候方能发现。最后强调一点，高速级中心距不能小于100mm。
3.2高速级最小轴径的确定
3.2.1减速器的高速级与带传动相连此时高速级最小轴径的确定方法为[2]:31101npd≥A式中：A0为材料常数；P1为高速轴的功率，kW。n1为高速轴的转速，r/,min。3.2.2减速器的高速级与联轴器相连此时高速级最小轴径的确定方法为[4]：先按最小轴径公式（1）确定最小轴径，之后选择合适的联轴器，结合联轴器的标准孔径，最终确定出高速轴的最小轴径。特别强调，在选择联轴器时应考虑电动机的轴伸连接尺寸“D”。
3.3高速轴其他段轴径的确定
高速轴其他段轴径的确定方法应本着如下原则：有标准件的地方应满足标准件的轴径要求；满足轴上零件的轴向定位；方便轴上零件安装与拆卸。如图2所示，在φ30处，此处轴肩为定位轴肩[5]，轴肩高度；又由于此处有标准件毡圈，毡圈要求安装轴径得是“5”的倍数。两条约束加持之下，最终计算出高速轴第二段轴径d=30mm。如图2所示，在φ35处，此处轴肩为过渡轴肩[6]，轴肩高度；又由于此处有标准件滚动轴承，滚动轴承要求安装轴径得是“5”的倍数；另外是为了减小轴的精加工表面，以及方便滚动轴承拆装。三条约束加持之下，最终计算出高速轴第三段轴径d=35mm。
4装配图绘制
在绘制装配图的主视图时，学生们容易犯错误的地方就是“H”值的确定。“H”值的确定方法如下式：。低速级大齿轮，hs约为1个齿高~（1/6~1/3）个齿轮半径；高速级大齿轮，hf约为0.7个齿高，但不小于10mm。具体情况如图3所示。“H”值的确定,一方面充分考虑了二级展开式圆柱齿轮润滑优良，另一方面又保证减速器结构尽可能紧凑。
5结语
《机械设计课程设计》包括传动装置方案设计、运动和动力参数选择、齿轮设计、轴系的设计、联轴器的选择、轴承的选择等。涉及零件之广，计算工作量之多，绘制图纸量之大都有目共睹。对于大三的机械专业本科生而言，难度不言而喻。在设计的过程中难免会有这样那样的困难与错误。因此指导教师应更加尽职尽责，悉心指导。指导时，应简明扼要，重点突出，避免学生走弯路，或者少走弯路。
参考文献
[1]李育锡,董海军.机械设计课程设计[M].北京:高等教育出版社,2020.
[2]濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2019.
[3]曾德芝,陈睿.高职院校机械设计基础课程设计理论教学研究——评《机械设计基础课程设计》[J].有色金属(冶炼部分),2020(12):127.
[4]刘军,张涛.基于新工科背景的机械设计课程创新[J].机械设计,2020,37(s2):268-270.
[5]杨小高,丁德琼.基于创新创业技术型人才过程培养的《机械设计课程设计》实践教学改革[J].科技资讯,2020,18(9):70-71,74.
[6]黄志诚,潘金波,王兴国.工程认证背景下“机械原理”与“机械设计”课程设计教学改革研究[J].科技与创新,2020(23):46-47,50.
作者：王妍静 单位：沈阳理工大学机械工程学院
返回机械论文列表