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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
中图分类号：G64 文献标识码：A文章编号：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
《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
對于蜗轮蜗杆传动，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1 500 r/min和1 000 r/min的电动机，尽可能避免选3 000 r/min和750 r/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;蜗杆传动的传動比应在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：;对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：;对于圆锥—圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：。
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150 mm，低速级中心距160 mm，这会造成高 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100 mm。
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]：
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=30 mm。
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=35 mm。
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10 mm。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.
关键词：机械设计课程设计 机械设计 “三边”设计准则 减速器
中图分类号：G64 文献标识码：A文章编号：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
《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
對于蜗轮蜗杆传动，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1 500 r/min和1 000 r/min的电动机，尽可能避免选3 000 r/min和750 r/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;蜗杆传动的传動比应在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：;对于同轴式圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：;对于圆锥—圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：。
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150 mm，低速级中心距160 mm，这会造成高 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100 mm。
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]：
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=30 mm。
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=35 mm。
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10 mm。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.