机械设计课程中轴系结构实验系统的设计.pdfVIP

张秀芳等：机械设计课程中轴系结构实验系统的设计 机械设计课程中轴系结构实验系统的设计 张秀芳刘爱华 (山东交通学院工程机械系) 摘要：轴系结构是机械系统的重要组成部分，也是机械设计课程教学的重点内容。由于轴系结构设计涉 及问题较多、实践性强，长期以来始终是教学中的薄弱环节。针对这种现象我们开发了这套轴系结构实验 系统，学生在学习这部分内容时使用这套系统会加深对知识的理解，而教师可以使用其中的课件系统把较 为抽象的轴系结构设计问题转化成为具体问题，使得课堂教学环节变得生动灵活，并能提高教学效率。 关键词：轴系结构实验系统设计 引 言 轴是直接支持传动零件和其它轴上零什以传递运动和动力的重要零什。机器的工作能力和工作质量在 很大程度上与轴有关。 轴系结构是机械系统的重要组成部分，也是机械设计课程教学的重点内容。轴一般都是非标准件，在 使用前都要根据需要自己设计。由于轴系结构涉及问题较多、实践性强，长期以来始终是教学中的薄弱环 节。 为了提高在教学过程中学生在学习轴系结构设计部分的积极性，使得整个过程更加直观，特别开发了 这套实验系统供学生和老师使用。经课堂和实践教学环节的实践，不仅培养了学生的动手能力，而且通过 这套系统使教师的课堂讲授更加生动、直观。 1．实验系统的基本组成 在通常情况下，轴系的结构设计中要注意使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。其主要的要求是：① 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆(制造安装要求)：②轴和轴上零件要有准确的工作位置(定位)；③ 各零件要牢固而可靠地相对固定(固定)；④改善受力状况，减小应力集中Il】。我们设计的这套实验系统针 对这些基本要求，从学生和教师两方面入手着力形象直观的表达需要注意的知识点，把抽象问题直观化、 具体化，使得课本知识更易掌握。 系统主要有实验仪器以及针对实验仪器开发的实验用仿真软件、实验课件三部分来组成。实验仪器我 们选择了天津大学机械工程学院机零机原教研室开发研制的“模块化轴系结构设计实验装置”，这套实验仪 器包含的内容广，包含的零件种类多，几乎囊括了轴系结构设计部分全部的知识点，另外就是整个的试验 过程设计的合理。 但是通过多次学生实验发现，这套实验仪器存在着一个缺点，那就是刚刚开始时学生感觉无从下手， 需要一定的时间让学生了解整个的实验流程，在有限的时间内很难完成实验。因此我们开发了相应的软件 和课件系统供学生在实验前使用，这样可以保证学生在短时间内完成实验，又加深了对知识的巩围理解， 经教学使用效果良好。 (1)实验仪器这套由天津大学机械工程学院机零机原教研室开发研制的“模块化轴系结构设计实验 装置”主要针对减速器，在单级齿轮减速器输入轴、二级齿轮减速器输入轴、蜗杆减速器输入轴、二级齿 轮减速器中间轴、锥齿轮减速器输入轴五种方案类型中，分别根据轴系结构中的轴承类型、轴承的固定方 式以及其他零件的安装进行细分，最终分为了20个设计题目，具体的划分可见本套实验仪器的《轴系结构 设计实验装置方案表》。 在实验前，学生需根据所选方案的规定条件设计轴系结构的装配图，然后利用该装置按草图进行装配， 468 全国机械设计教学研讨会议(2006) 它可以实现学生多种合理的及不合理的轴系结构设计方案(其中不合理的设计是按学生学习中常见的错误 考虑的，能实现的典型结构错误类型达数十种)，通过装配过程和结果判断轴系结构设计是否合理及错误原 因【2Jo 在实验中学生首先应根据所选的方案号在实验仪器所提供的模块化轴段中选择所需要的组装成阶梯轴 (由于每种方案中提供了多种相似轴段，因此可以组装多种形式的阶梯轴，但只有一种最合理)，这是实现 总体设计功能的关键。 (2)实验课件由于整套实验仪器提供的零件较多，实验课件主要针对在实验的开头学生感觉无从下 手这一点，向学生顺序的演示整个实验过程。包括所选方案提供的所有零件，阶梯轴的设计、零件的安装 (包括装配顺序、轴向和周向定位的确定等)。 在这一课件中，为了能够清楚并且形象的表达整个实验过程，我们把里面涉及到的所有零件进行了三 维造型，并把每种设计方案按照装配的顺序进行了动态演示。本课件包含实验简介、实验原理、实验步骤、 每种实验方案的实验过程(