淺析《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程在第二課堂中的實(shí)踐
——以摩天輪式停車場的研制為例

潘紀(jì)平 于曉文* 沈陽工學(xué)院 機(jī)械與運(yùn)載學(xué)院

1 概述

1.1 開展第二課堂活動(dòng)的意義

第二課堂活動(dòng)是校園文化的一項(xiàng)核心內(nèi)容，也是校園文化建設(shè)的重要標(biāo)志。

開展學(xué)生第二課堂活動(dòng)，能給學(xué)生一個(gè)展示其愛好、特長的機(jī)會(huì)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與特長，培養(yǎng)了師生創(chuàng)新能力的同時(shí)，還豐富了學(xué)生校園文化生活，進(jìn)而樹立了良好的學(xué)校形象。

1.2 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是機(jī)類和近機(jī)類各專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是以常用機(jī)構(gòu)和通用零部件為研究對(duì)象，其研究內(nèi)容有兩方面：一是組成機(jī)器的常用機(jī)構(gòu)（平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系、間歇機(jī)構(gòu)）的設(shè)計(jì)；一是以一般尺寸和常用工作參數(shù)下通用零部件（螺紋連接、鍵連接、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承、軸、聯(lián)軸器）的設(shè)計(jì)。通過本門課程的學(xué)習(xí)，能培養(yǎng)學(xué)生具有分析機(jī)構(gòu)和選擇傳動(dòng)方案的能力；具有分析、選用和設(shè)計(jì)機(jī)械零部件及簡單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力；具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力。

2 摩天輪式停車場中心軸直徑的確定

摩天輪式停車場中心軸與電動(dòng)機(jī)軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接，根據(jù)摩天輪式停車場所需傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，先確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)，之后初步確定中心軸的直徑。

其軸徑可按下式求得：d = (0.8～1.0)d電機(jī)。

也就是說，如果摩天輪式停車場中心軸通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸聯(lián)接，則外伸段軸徑與電動(dòng)機(jī)軸徑不得相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器。換句話說，摩天輪式停車場中心軸外伸段軸徑和電動(dòng)機(jī)軸徑均應(yīng)在所選聯(lián)軸器轂孔最大、最小直徑的允許范圍內(nèi)。最終摩天輪式停車場中心軸外伸段軸徑具體選多大還得結(jié)合聯(lián)軸器的型號(hào)和內(nèi)孔直徑。具體計(jì)算如下：

根據(jù)傳動(dòng)裝置的工作條件，選用聯(lián)軸器軸孔直徑為12mm，其聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩大于計(jì)算轉(zhuǎn)矩。所以中心軸直徑確定為12mm，能滿足要求。

3 摩天輪式停車場中心軸上鍵的選擇

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程中鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇。平鍵聯(lián)接中平鍵的兩側(cè)面為工作面，零件工作時(shí)靠鍵與鍵槽側(cè)面的推壓傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對(duì)中性好，但只能用做軸上零件的周向固定。摩天輪式停車場中心軸上有兩個(gè)鍵，一個(gè)是連接聯(lián)軸器，一個(gè)是連接轉(zhuǎn)盤，由于是靜連接，要求有一定的定心性，因此選擇平鍵連接，選用圓頭普通平鍵（A型），鍵的材料為45鋼。

在平鍵的尺寸選擇中，平鍵的剖面尺寸b×h，按照軸徑d查取有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出。軸徑d=12mm，查GB/T 1096—2003得b=5mm、h=5mm。而鍵的長度L則根據(jù)被連接件的輪轂長度而定，一般取比輪轂長度小5～10 mm，且滿足標(biāo)準(zhǔn)長度系列，由此選擇平鍵的長度為16mm。

鍵聯(lián)接強(qiáng)度的校核計(jì)算主要是驗(yàn)算它的擠壓應(yīng)力，使計(jì)算應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。許用擠壓應(yīng)力按鍵、軸、輪轂三者材料最弱的選取，一般是輪轂材料最弱。經(jīng)校核平鍵的尺寸滿足強(qiáng)度要求。

4 摩天輪式停車場中心軸上滾動(dòng)軸承的選用

軸承的功用是支承軸及軸上零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損,并承受載荷。根據(jù)支承處相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的摩擦性質(zhì)，軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承，分別簡稱為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，具有摩擦阻力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代機(jī)器中。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程中滾動(dòng)軸承的選擇包括類型選擇和尺寸選擇。滾動(dòng)軸

承類型的選擇取決于工作載荷、轉(zhuǎn)速、支承剛性、安裝精度等，主要取決于工作載荷。主要承受徑向載荷時(shí)，選擇徑向接觸軸承；主要承受軸向載荷時(shí)，如果轉(zhuǎn)速不高時(shí)選擇軸向接觸軸承；同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷均較大時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)選擇角接觸球軸承，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)選擇圓錐滾子軸承；如果承受徑向力較大，軸向力較小時(shí)選擇深溝球軸承；如果承受軸向力較大，徑向力較小時(shí)選擇深溝球軸承+推力球軸承。依據(jù)上述選擇原則，摩天輪式停車場中心軸上選擇圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承的型號(hào)確定為30101。

經(jīng)壽命校核，30101 型號(hào)的圓錐滾子軸承滿足要求。

5 結(jié)論

通過對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)，使我們掌握了通用零部件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，進(jìn)而具有綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，研究改進(jìn)或開發(fā)新的基礎(chǔ)件及設(shè)計(jì)簡單的機(jī)器的能力。摩天輪式停車場的研制是《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程在第二課堂中的很好地應(yīng)用與實(shí)踐。