图解法在机械设计教学中的应用
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摘要
针对应用型本科的培养特点，分析总结了机械设计课程设计中存在的问题。该文介绍了采用较直观，且带有一定解释和索引功能的图解图示教学方法，让学生更容易、更方便地理解设计内容和设计方法，以便更好地完成机械设计课程设计，提高教学质量，也为其他地方高校创新人才培养提供一定的参考价值。
关键词
机械设计课程设计是机械专业学生必不可少的一次实践性教学环节。目前，各个高校大都采用的是比较经典的题目《带式输送机的设计》，要求学生主要设计输送机传动系统中的齿轮减速器。在各类《机械设计课程设计指导书》以及《机械设计课程设计手册》中，虽都有减速器结构设计图样，但是，由于图样是经大比例缩小的，许多细节不能表达清楚，甚至还容易造成误解［1－2］。机械设计课程设计的安排只有短短3周时间，在这个时间段里，正值期末考试，厚厚的一本设计指导书学生没有时间阅读。虽然，在此之前学生们也做过减速器模型的拆装实验，但实验时间短，学生没有留下更深的印象，甚至机器中某些零部件的名字和作用都不清楚，更不用说进行合理的设计和正确的选取。另外，本次设计是机械类专业的学生第一次接触这么复杂的装配图，从何处开始设计、怎么设计，令他们感到茫然;在绘制零件图时，除了课本上讲解过的V带轮、齿轮、链轮及轴以外，对零件的结构设计或者是标准件、外购件的选取更是不知道如何下手。学生失去信心后就糊里糊涂地照抄图，甚至是按比例描图，不能很好地达到教学目的［3－4］。在具有丰富设计生产实践经验的老师的指导下，我们分析了典型的减速器的结构装配图，然后，局部分解并标出该处关键零件的名称、作用以及设计选取途径，用图解图示的办法，很好地诠释了结构设计及设计方法，直观明了。经过近几年在教学过程中的不断完善和补充，逐渐形成了一套图解法的教学模式，取得了良好的效果。
1图解法授课措施
图示图解法，就是将所表达的重点部分用图示的办法表现出来，同时注有简洁的文字说明，相对纯文字的叙述，图解法作为一种教学方法，更加直观、清晰、生动，容易被学生接受［5］。
1.1三维做出总装配爆炸图在课程设计开始之前，指导教师利用三维软件Pro/e或其他软件做出一个三维的装配模型图，表现出减速器整体形状，用三维爆炸图来展示减速器各个部分的名称和作用，让学生对减速器有个感性认识。
1.2用二维图纸进行结构设计选择视图，从绘制装配图的第一条线开始，到整个装配图的完成，分步骤，每隔一个重要环节制成一张图，这样便于学生作为参考。如图1所示为在装配图绘制时，中心线位置的确定、画好齿轮后箱体内外壁线的位置、油沟的位置，及上下箱体凸缘的宽度和厚度。其中，分箱面凸缘的宽度尺寸A=δ+c1+c2，此处的c1和c2是分箱面连接螺栓的扳手空间尺寸，查机械设计手册可得。如图2所示为如何确定减速器中高低速轴的各轴段的直径和长度及支撑轴承的型号和位置。用类似于图1和图2的过程图共计25张，基本上就能够把减速器结构设计的整个过程表达出来。教学时，可以将这部分图纸做成PPT，逐张图按照顺序给学生讲解设计过程。
1.3分析结构重点和学生容易出错的部位根据减速器实际生产和装配的实践经验，再针对学生对结构常见的疑惑和设计过程中容易出现的错误和问题、注意事项等，采用局部放大的形式，制作成图片，同时，用文字形式简述该局部的名称、作用以及设计依据的出处和设计要求。如减速器上档油盘的设计注意事项，当齿轮速度大于等于2m/s时，采用飞溅，但不希望飞溅起来的油直接进入轴承，所以在箱体和箱盖的结合面处加油沟和导油结构，把油引入轴承，同时在小齿轮处加档油盘。详细结构如图3所示。另外，轴承的选用和位置的确定时需注意:轴承外圈端面要与箱体内表面有5～10mm的距离，轴承使用时一定要考虑便于拆装，因此轴肩尺寸和轴套尺寸一定要严格按照轴承标准中给出的尺寸进行设计。详细结构如图4所示。对绘图容易出错的地方用图形表达出来，让学生避免出现同样的错误。如图5所示的是螺纹连接处的画法;同时把学生画图时容易遗忘的地方也局部放大重点表达出来，如图6所示的是六角螺栓和油塞的画法和位置，画图时要严格按照设计手册所规定的尺寸画，油塞设计位置时要考虑能够把全部的油放完。用以上这样的图片共40张，基本上就可以把减速器设计过程清晰明了地展示给学生。最后，绘制出一张典型减速器的正规装配图，把以上的局部说明，按照相关位置标出文字，授课时，先将局部图片用PPT形式给学生讲述。学生绘制图纸时，将带有说明的装配图挂在教室，以方便学生随时查看，提高学习效率。
2注意事项
2.1注重图纸表达的完整性学生先期所学的机械制图，更多的是注重了零件图形部分的表达，在本次课程设计中零件图和装配图的设计，更要注重图纸内容的完整性，不仅仅是要正确表现零件的结构，还应该强调尺寸的正确标注、适当的加工要求、材料的合理选择;以及热处理要求等信息，力争完整、正确、全面的图纸表达能力的培养［6］。
2.2边计算边设计部分学生只重视数据计算，不重视结构设计，总认为制图前，要把各个尺寸计算出来，导致整个设计费工费时。要提醒学生有些地方是边结构设计边定尺寸的。
2.3严格按照国标制图标准件选择与装配结构，必须按照国家相关标准制图。例如，安装轴承位置的轴肩尺寸、端盖形式及其尺寸、密封件位置对轴的要求等，应该按照相关标准要求设计，不能自由发挥。对国标没有明确规定的部分零部件，也要参照《机械设计课程设计手册》推荐内容设计。
3结束语
经过几年的实际应用，图解法教学取得了很好的效果。学生能够更快地进入设计状态，思路清晰;能够更加方便快捷地运用工具书，照抄图描图现象明显减少;课程设计完成质量得以提高，良好、优秀率增加。
参考文献
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［2］郭登明，刘明尧，江山.提高机械类毕业设计质量的研究［J］.长江大学学报(自然科学版)，2004，1(2):104－106.
［3］李文斌，董长双，轧刚.机械工程类本科生毕业设计(论文)教学探讨［J］.太原理工大学学报(社会科学版)，2007，25(3):69－72.
［4］张燕燕，马小玲，何春霞.“机械设计基础”项目任务驱动式教学探究［J］.中国电力教育.2012(26):72－73.
［5］郭清，韩文伟.固定选题教学模式在实践课程中的应用研究［J］.实验科学与技术，2013，11(5):93－96.
［6］明兴祖，唐川林，吴吉平，等.机械大类专业实践教学体系与内容创新［J］.实验科学与技术.2011，9(6):157－161.
作者：张燕燕 秦国帅 康红伟 单位：黄河科技学院 工学院