用系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)機(jī)械傳動(dòng)教學(xué)的探討

陳俊超

摘 要：機(jī)械傳動(dòng)是機(jī)械基礎(chǔ)課程的主要教學(xué)內(nèi)容，其目的是培養(yǎng)學(xué)生分析、研究、設(shè)計(jì)、應(yīng)用傳動(dòng)裝置的能力。為達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果，在筆者教學(xué)實(shí)踐中探索了許多行之有效的教學(xué)方法和手段。本文主要談?wù)勗谶\(yùn)用系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)教學(xué)的嘗試中的一些體會(huì)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程理論？指導(dǎo)教學(xué)？方法探討

“機(jī)械”一詞代表著發(fā)明創(chuàng)造，靈活巧妙，在教學(xué)中教師應(yīng)該創(chuàng)造性地運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法來指導(dǎo)機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)，揭示機(jī)械與人、環(huán)境的密切聯(lián)系。教會(huì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)和利用系統(tǒng)論的思想和方法，并能將其運(yùn)用到實(shí)際工作中。

一、教會(huì)學(xué)生樹立整體觀

在講授機(jī)械傳動(dòng)這一大塊內(nèi)容時(shí)，首先要給學(xué)生樹立整體的概念。系統(tǒng)論認(rèn)為，系統(tǒng)在整體上的性質(zhì)并不等于它的各組成部分在孤立狀態(tài)下性質(zhì)的機(jī)械相加，而且強(qiáng)調(diào)不同層次以及整體與部分之間的相互聯(lián)系和相互作用。一部機(jī)械的功能，絕不只是各零、部件功能的集合，而是要把機(jī)器當(dāng)做整體來考慮。

對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同樣應(yīng)從整體系統(tǒng)來考慮，一方面它與其他部分構(gòu)成機(jī)器整體，并且其自身也由各傳動(dòng)要素所組成；另一方面，各種單一的傳動(dòng)形式也可以巧妙地組合成次級(jí)系統(tǒng)。教師應(yīng)把系統(tǒng)工程的理論和方法引入傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的教學(xué)和研究中，找出不同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各組合件間的協(xié)調(diào)關(guān)系、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)器整體的協(xié)調(diào)關(guān)系，找出這些關(guān)系的一般規(guī)律，從而使學(xué)生深刻理解機(jī)械原理，認(rèn)識(shí)和利用機(jī)械的綜合最優(yōu)功能。

在教學(xué)中運(yùn)用系統(tǒng)工程理論來分析或綜合機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其要素的功能和結(jié)構(gòu)，研究傳動(dòng)系統(tǒng)中整體與部分、結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，描述傳動(dòng)系統(tǒng)的不同組成要素，分析和評(píng)價(jià)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的效果及影響因素等等，能使學(xué)生全面把握零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)器、運(yùn)動(dòng)副、傳動(dòng)比、模數(shù)、輪系等基本概念和基本公式，又能了解和學(xué)會(huì)機(jī)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等基本分析方法。

例如講授機(jī)器的重要部分軸系零件時(shí)，可按該零件的類型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、功能、選用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)講授，尤其是標(biāo)準(zhǔn)件都有它特定的功能結(jié)構(gòu)及標(biāo)記。構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)單元，利用不同構(gòu)件的組合，就可形成各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；改變構(gòu)件的大小、形狀、尺寸等參數(shù)，就可以改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)形式，甚至演化成其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)各種構(gòu)件進(jìn)行不同組合時(shí)的結(jié)構(gòu)、功能、參數(shù)的分析、研究和比較，總結(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造原理、原則和方法，對(duì)提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力都很有幫助。

二、利用實(shí)物和模型化教學(xué)

利用實(shí)物和模型化教學(xué)能加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生觀察和抽象思維能力。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界中最基本的一種運(yùn)動(dòng)形式，構(gòu)件之間的相對(duì)確定運(yùn)動(dòng)關(guān)系也可用數(shù)理方法描述。例如用傳動(dòng)比描述主、從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；行程速比系數(shù)反映了四桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性；凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用位移曲線描繪，其剛性或柔性沖擊等運(yùn)動(dòng)特性可生動(dòng)地體現(xiàn)出來，齒輪的重要參數(shù)模數(shù)的設(shè)定更為齒輪的設(shè)計(jì)、制造提供了方便。

在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，有很多參數(shù)要進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算或查表，某些參數(shù)數(shù)據(jù)的變化將直接影響傳動(dòng)的效果，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)器的性能。例如斜齒輪螺旋角的設(shè)計(jì)，太大了軸向力就大，太小了其斜齒的優(yōu)越性就體現(xiàn)不出來；凸輪的壓力角與凸輪的基圓半徑也存在著有害分力與凸輪尺寸之間的矛盾；齒輪分度圓上齒形角的大小，直接影響輪齒的形狀和傳動(dòng)效果。因此，怎樣對(duì)各種傳動(dòng)的性能、動(dòng)作、參數(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析、比較、優(yōu)化設(shè)計(jì)和選用，也是培養(yǎng)學(xué)生技能的一個(gè)重要方面。又如，當(dāng)實(shí)際要求實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)形式時(shí)，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，有螺旋傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等多種形式可供選擇，在教學(xué)中，教師可以進(jìn)行傳動(dòng)方案的模擬，可靠性分析，最優(yōu)化選用，并作出綜合評(píng)價(jià)，使系統(tǒng)在整體上達(dá)到最佳目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的最優(yōu)綜合效果。

三、明確機(jī)械學(xué)習(xí)與人和環(huán)境的密切關(guān)系

有人認(rèn)為“機(jī)械”是簡單呆板的代名詞，其實(shí)這是一種誤解，我們應(yīng)該以全新的觀念重新認(rèn)識(shí)機(jī)械。在教學(xué)中，運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法作指導(dǎo)，不僅要介紹機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)造原理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究機(jī)器各組成部分的結(jié)構(gòu)、功能及組合規(guī)律，同時(shí)要指出機(jī)械同人與環(huán)境的密切聯(lián)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)中也會(huì)逐步認(rèn)識(shí)和利用系統(tǒng)論的思想和方法，并能用系統(tǒng)論的思想和方法指導(dǎo)他們以后的工作實(shí)踐。

（作者單位：南陽市高級(jí)技工學(xué)校）