_機械設計_實驗教學中的應用

1、2013年7月第12卷第4期（總第64期）安陽工學院學報JournalofAnyangInstituteofTechnologyJul.2013Vol.12No.4（Gen.No.64）＊收稿日期：20130113作者簡介：康博（1985），男，北京市人，安陽工學院機械工程系教師，碩士，主要研究方向：機械設計、機電一體化技術。反求設計在《機械設計》實驗教學中的應用康博，梁永政，朱艷芳（安陽工學院機械工程學院，河南安陽455000）摘要：

2、根據(jù)《機械設計》中的減速器拆裝實驗的教學經(jīng)驗，在教學中引入了先進的反求設計方法，取得了較好的教學效果，大大提高了學生的設計能力和解決實際問題的能力。關鍵詞：減速器；反求設計；機械設計中圖分類號：G420文獻標志碼：A文章編號：16732928（2013）04012502《機械設計》課程是面向機械類和近機類各專業(yè)中研究機械共性問題的主干專業(yè)基礎課，其目的在于應用機械設計理論和方法，培養(yǎng)學生從事機械設計、使用和維護的綜合能力和開發(fā)創(chuàng)新能力，

3、特別是對于培養(yǎng)復合型、理論與實際相結合、具有創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力的人才方面起著十分重要的作用。由于本課程是工科類的一門專業(yè)基礎課程，所以《機械設計》的課程實驗是教學中不可缺少的重要實踐環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的重要手段。我校在《機械設計》的實驗教學過程中，積極進行教學改革，變單一的驗證性實驗為綜合性和設計性實驗，大力開展綜合性和設計性實驗教學，其中減速器拆裝實驗就是本課程中一個綜合性的實驗。在該實驗的教學過程中，我

4、校《機械設計》教學團隊不斷地進行改革和創(chuàng)新，把最新的設計思想和設計理念引入到實驗的教學活動中。下面，對于我們進行的改革和創(chuàng)新進行介紹。1減速器拆裝實驗的介紹減速器拆裝實驗是學生在進行了《機械設計》課程的學習的基礎上需要完成的一個綜合性的實驗教學的環(huán)節(jié)，也為后續(xù)的《機械設計》課程設計打下堅實的基礎。通過這個實驗學生可以了解常見的減速器的結構，掌握齒輪、滾動軸承和軸之間的裝配形式，掌握減速器內部裝配和調整的過程，掌握減速器的各個參數(shù)的測量方

5、法。通過這個實驗能夠使學生對于《機械設計》課程當中齒輪傳動、滾動軸承和軸這三個章節(jié)的內容有了更具體的認識和體會，能夠更好地把書本上的理論知識和實際問題聯(lián)系起來。2減速器拆裝實驗教學存在的問題為了培養(yǎng)學生的工程實踐能力和團隊合作能力，我們將45個學生組成一組，讓他們先觀察減速器的內部結構，并且用機械簡圖表示減速器的內部結構（如圖1），然后思考減速器的拆卸順序和拆卸方法，將減速器內部的零件從箱體上拆下并觀察每個零件在減速器的運動過程中起到的

6、作用。圖1減速器的內部結構簡圖在觀察過后，讓學生利用測量工具，對減速器的一些重要零件尺寸進行測量并記錄。在測量過程當中會對一些標準件和常用件進行測量，例如：齒輪、螺栓和滾動軸承。我校實驗室當中的減速器都是標準的減速器，其上的零件都是標準件，但是在學生測量的過程中，由于測量方法和測量誤差的原因，同一個零件不同的學生測量的結果并不相同。例如：對一個同樣的M10的螺栓進行測量，在實驗報告上有的學生記錄該螺栓的大徑是9.7mm，有的學生記錄該螺

7、栓的直徑是9.8mm等等。又例如，在齒輪參數(shù)的測量中，很多學生無法很精確的找到齒輪的分度圓，進而不知道該如何測量分度圓的直徑，以及如何測量齒輪的模數(shù)等等一系列問題。3減速器拆裝實驗教學中存在問題的解決根據(jù)以上教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題，我們在該實驗的教學過程中引入較為先進的機械設計方法，即反求設計（也稱逆向工程）。安陽工學院學報2013年反求設計是指針對消化吸收先進技術的一系列分析方法和應用技術的組合。它主要根據(jù)先進產品設備的實物、軟件、圖紙

8、、技術文件或者影像資料等作為研究對象，應用現(xiàn)代設計理論的方法進行系統(tǒng)的分析和研究，掌握其關鍵技術，進而開發(fā)出同類的先進產品。雖然對于《機械設計》這門課來說，主要是對于傳統(tǒng)機械設計的方法進行講解，但是無論在理論課的教學中還是在實驗課程的教學環(huán)節(jié)中，我們都盡可能地將先進的設計理念引入到教學中來，讓學生盡可能地了解最新的設計手段和設計方法，在日后的設計工作當中，能夠把先進的設計手段、設計方法和傳統(tǒng)的、經(jīng)典的設計手段和方法想結合，更好地運用所學

9、的知識解決實際問題。對于減速器拆裝這個實驗來說，在教學過程中充分將教師教的主體和學生的主觀能動性結合起來，讓學生了解反求設計的簡單思路和過程，和學生一起探索解決減速器中零件測量存在的一些問題。3.1齒輪參數(shù)的測量在齒輪參數(shù)的測量中，學生無法很準確地找到齒輪的分度圓，更無法精確地測出齒輪分度圓的直徑，以及齒輪的模數(shù)。為了高效、精確地測得齒輪的參數(shù)，我們可以引導學生利用反求設計的方法進行測量。學生可以很容易測得齒輪的齒頂圓直徑da，通過計數(shù)

10、可以數(shù)出齒輪的齒數(shù)z，如果該減速器是斜齒圓柱齒輪減速器，還可以測得斜齒輪的螺旋角β，另外，由于該齒輪是標準齒輪，還可以得知齒輪的壓力角α=20，齒頂高系數(shù)ha=1，頂隙系數(shù)C=0.25，根據(jù)齒頂圓直徑的計算公式可以反求齒輪的模數(shù)m。但是，這樣反求出來的齒輪模數(shù)大多都不是標準模數(shù)系列，這時，我們讓學生思考，理論課中齒輪的模數(shù)是國家標準規(guī)定了的，不應該是一個任意的值，這時學生會對照標準模數(shù)系列表，將模數(shù)就近圓整成標準模數(shù)系列，從而可以確定齒

11、輪的模數(shù)m。根據(jù)這個標準的模數(shù)m，以及齒輪的齒數(shù)z，和壓力角，齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，就可以確定該齒輪的各幾何尺寸參數(shù)，并再將這些幾何參數(shù)填入實驗報告的記錄表格中。通過這樣反求設計的方法，培養(yǎng)學生測定齒輪參數(shù)的能力，為日后的相關設計工作打下基礎。3.2螺栓參數(shù)的測量在減速器中有多種多樣的螺栓，為了能夠確定其尺寸，在實驗中，要求學生主要對螺栓的大徑（即公稱直徑）進行測量。學生測得的大徑由于誤差原因不一定是標準值，在教學過程中，讓學生讓學生根

12、據(jù)自己測得的大徑，到國家標準中查找相接近的標準螺栓進行圓整。最終，將圓整后的螺栓公稱直徑記錄在實驗報告中。通過這樣的簡單的反求方法，能夠培養(yǎng)學生在工程實踐中以國家標準為依據(jù)的能力。4總結在減速器的實驗教學中，我校教學團隊已經(jīng)全面推廣將反求設計的思想引入到教學中，通過這樣的方式，學生在后續(xù)課程的學習和實踐當中，能夠利用類似的設計手段進行設計，取得了良好的效果。我們在《機械設計》的理論課程教學中和課程實驗的教學中，還在繼續(xù)推廣類似這樣的教育

13、教學方法和形式，更好地培養(yǎng)機械類學生的設計能力和工程素養(yǎng)。參考文獻:[1]濮良貴，紀名剛.機械設計8版[M].北京：高等教育出版社，2006.[2]梁永政，趙亞東.機械設計教學改革探討[J].安陽工學院學報，2010(4).[3]黃大宇.機械設計課程教學內容改革的探索[J].科技信息（學術版），2008（24）.[4]葉素娣.淺談機械設計基礎與學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)[J].蕪湖職業(yè)技術學院學報，200810（1）.（責任編輯：孫繼軍）126