金屬切削機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈分析及擬定教學(xué)難點(diǎn)的突破

王志聰（唐山勞動(dòng)高級(jí)技工學(xué)校 河北 唐山 063300）

金屬切削機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈分析及擬定教學(xué)難點(diǎn)的突破

王志聰
（唐山勞動(dòng)高級(jí)技工學(xué)校 河北 唐山 063300）

本文結(jié)合教學(xué)實(shí)際，著重論述了主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的分析及擬定中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題教學(xué)的理解與把握，即通過(guò)簡(jiǎn)單化、直觀化、對(duì)比化等措施深入淺出地解析問(wèn)題，并進(jìn)行歸納總結(jié)，逐一擊破教學(xué)難點(diǎn)。巧妙利用實(shí)例、習(xí)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，很好地完成教學(xué)。

金屬切削機(jī)床；主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈；傳動(dòng)特性；難點(diǎn)突破

勞動(dòng)版《金屬切削機(jī)床》作為高職院校機(jī)械類專業(yè)教材，對(duì)有一定代表性的機(jī)床進(jìn)行介紹、分析、總結(jié)、概括，進(jìn)而歸納出機(jī)床的一般設(shè)計(jì)原理與原則，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)床選擇、使用、調(diào)整及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的思路，從而提高學(xué)生分析與解決問(wèn)題的實(shí)際能力。由于該教材知識(shí)面廣，具有一定的深度，所以學(xué)生理解起來(lái)比較吃力。而該教材的第二章第二節(jié)“主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的分析及擬定的基本原理”這種情況尤為突出。

對(duì)于重點(diǎn)問(wèn)題，要講清、講透；難點(diǎn)問(wèn)題要深入淺出，使學(xué)生易于理解，感到難點(diǎn)不難。要做到這兩點(diǎn)，就要求教師必須吃透教材，尋找行之有效的方法，來(lái)突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。而我們這一節(jié)內(nèi)容可以說(shuō)既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。說(shuō)其重要，因?yàn)樗^詳細(xì)地分析了有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)組的轉(zhuǎn)換規(guī)律，為機(jī)床的設(shè)計(jì)打開了思路，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好了鋪墊；說(shuō)其難，因?yàn)檫@部分知識(shí)獨(dú)立性強(qiáng)，相對(duì)生疏，同時(shí)知識(shí)點(diǎn)多，彼此聯(lián)系緊密。因此，講授中必須要突破這個(gè)難點(diǎn)，其重要性才能彰顯。

筆者經(jīng)過(guò)對(duì)教材的認(rèn)真鉆研和幾輪的教學(xué)實(shí)踐，感覺(jué)要想突破這個(gè)難點(diǎn)，應(yīng)考慮以下幾種措施。

繁瑣分析，簡(jiǎn)單法

為使主軸轉(zhuǎn)速能獲得連續(xù)而不重復(fù)且以φ為公比的等比數(shù)列，變速傳動(dòng)系統(tǒng)中各變速組的傳動(dòng)比必須符合一定的規(guī)律。為了得到這個(gè)規(guī)律，教材中所舉的X6132有三個(gè)傳動(dòng)組，各組傳動(dòng)副數(shù)分別為3、3、2，共18級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)分析主軸轉(zhuǎn)速與各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的速比關(guān)系及傳動(dòng)組級(jí)比之間的關(guān)系，得出了傳動(dòng)組特性（也稱為級(jí)比指數(shù)）。

這個(gè)分析過(guò)程既要熟悉傳動(dòng)系統(tǒng)的組成，又要通過(guò)轉(zhuǎn)速圖找出主軸相應(yīng)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)過(guò)程。三個(gè)傳動(dòng)組中，既要有傳動(dòng)比假定不變的，又要有變化的，整個(gè)過(guò)程繁瑣、復(fù)雜。對(duì)于剛剛接觸這部分知識(shí)的學(xué)生來(lái)講，的確有點(diǎn)摸不著頭緒，弄不清分析這些的目的。所以筆者認(rèn)為應(yīng)該由易到難，故而在講授中應(yīng)該先直接分析同一傳動(dòng)組中各傳動(dòng)副之間的速比規(guī)律，省略其與主軸轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，這樣就很容易得到結(jié)論，使問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

無(wú)形知識(shí)，直觀法

仍以傳動(dòng)組特性χ為例，教材中提到了χ的計(jì)算方法，但是對(duì)于大多數(shù)不長(zhǎng)于計(jì)算的技校生來(lái)講，這無(wú)疑又多了一道學(xué)習(xí)的障礙。實(shí)際上除了計(jì)算之外，傳動(dòng)組特性χ在轉(zhuǎn)速圖上也有明確的表示。

如圖1所示，χ的數(shù)值就是同一傳動(dòng)組中相鄰傳動(dòng)比連線相距的格數(shù)，這樣由計(jì)算變成了數(shù)格，既簡(jiǎn)單又直觀。但實(shí)際上每個(gè)傳動(dòng)組中的χ?jǐn)?shù)值為什么必須等于擴(kuò)大順序在該組之前各傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的乘積，這也是困擾學(xué)生的關(guān)鍵所在。例如，倘若X6132中第一擴(kuò)大組φχ中的χ不等于3而等于2，則表示在轉(zhuǎn)速圖上相鄰傳動(dòng)比連線相距2個(gè)格，結(jié)果什么樣呢？無(wú)疑用圖來(lái)反映最理想，將會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的重復(fù)，如圖2所示。如果比3大，將會(huì)使轉(zhuǎn)速不連續(xù)，規(guī)律性變差。又如，在速比合理分配的問(wèn)題中，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高、最低速是確定的，中間各軸的轉(zhuǎn)速則隨傳動(dòng)比分配方案不同而不同。如圖3所示，軸I的轉(zhuǎn)速A點(diǎn)和軸V的轉(zhuǎn)速E點(diǎn)已定時(shí)，運(yùn)動(dòng)可通過(guò)折線A-B-C-D-E所代表的各傳動(dòng)副傳動(dòng)，或通過(guò)折線A-B'-C'-D'-E所代表的各傳動(dòng)副傳動(dòng)。顯然，采用第一種方案時(shí)，中間各軸的轉(zhuǎn)速較高，這樣所需傳遞的扭矩較小，軸、齒輪等傳動(dòng)件的尺寸可以小些，以保證結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等要求。

所以借助于圖形來(lái)說(shuō)明問(wèn)題就會(huì)很自然地得到其設(shè)計(jì)的原則即“前多后少”、“前緩后急”。當(dāng)然，如果條件允許，還可以借助于多媒體課件教學(xué)等擴(kuò)充教學(xué)手段，既能活躍課堂氣氛，又能使視聽設(shè)備完美地呈現(xiàn)出來(lái)，表現(xiàn)力更強(qiáng)。這種全方位的描述法，能夠直接地提供教學(xué)素材，有效地彌補(bǔ)文字、口頭表達(dá)形象性的不足，再加上教師的引導(dǎo)講解，將有助于學(xué)生得到更清晰的印象，形成良好的記憶。

綜合知識(shí)，單一法

教材中還涉及了結(jié)構(gòu)網(wǎng)及其選擇的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)網(wǎng)的作用主要是用來(lái)分析與比較機(jī)床的傳動(dòng)方案，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)的分析可以得出傳動(dòng)系統(tǒng)的組成（即傳動(dòng)軸數(shù)、傳動(dòng)組數(shù)和傳動(dòng)副數(shù)）、傳動(dòng)組的特性、變速級(jí)數(shù)、變速范圍、傳動(dòng)順序、擴(kuò)大順序等。這部分內(nèi)容由于知識(shí)點(diǎn)多，問(wèn)題錯(cuò)綜復(fù)雜，難度較大。為了能夠清晰、明確地分析出各個(gè)方案的優(yōu)劣與可行性，就要化整為零，層層分析，分散難點(diǎn)。

例如，X6132的傳動(dòng)方案共有18種，即要對(duì)18種結(jié)構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行分析，逐一比較得出結(jié)論。這里只任取其中兩種進(jìn)行示例性的簡(jiǎn)單分析，如圖4所示，從速比的分配角度看，顯然方案2的中間軸變速范圍過(guò)大，即高速過(guò)高，低速過(guò)低。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)其尺寸大，結(jié)構(gòu)緊湊性變差。從變速范圍考慮，方案一的R1=φ（z-z/zm）= 1.26（18-18/2）=1.269=8，該方案符合變速范圍8～10的要求。而方案2的變速范圍R2=16.78超出了范圍要求。所以方案一性能好。這樣利用學(xué)生熟悉的知識(shí)逐步將復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成幾個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，可以使學(xué)生更易于接受。

相近知識(shí)，比較法

比較法就是確定事物同異關(guān)系的思維過(guò)程和方法。傳動(dòng)組特性與變速范圍都可以通過(guò)轉(zhuǎn)速圖上格數(shù)來(lái)反映，這兩個(gè)在傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)為2時(shí)，在轉(zhuǎn)速圖上所反映的格數(shù)又相同，所以學(xué)生容易混淆，另外對(duì)最后一擴(kuò)大組的變速范圍與主軸的變速范圍也易迷糊。前文已提到傳動(dòng)組特性表示同一傳動(dòng)組中相鄰傳動(dòng)比連線相距的格數(shù)。變速范圍在教材中提到，傳動(dòng)系統(tǒng)的變速范圍表示為該傳動(dòng)組從動(dòng)軸上所具有的格數(shù)。這句話講得不太清楚，從計(jì)算來(lái)看——

級(jí)比 ψ=φχ若第 m擴(kuò)大組的傳動(dòng)組特性 χm=Z0·Z1· Z2······Zm-1

第m組的變速范圍Rm=φxm（zm-1）

公比φ的冪指數(shù)在計(jì)算上有明顯區(qū)別，當(dāng)然通過(guò)圖示反映也很直觀，如圖5所示，該傳動(dòng)組有三個(gè)傳動(dòng)副，傳動(dòng)組特性是χj則其變速范圍為Rj，在轉(zhuǎn)速圖上表示為同一轉(zhuǎn)速點(diǎn)所引出傳動(dòng)比連線最大與最小所跨開的格數(shù)，即數(shù)值上等于該組傳動(dòng)組特性與本組傳動(dòng)副數(shù)減1的乘積。再有對(duì)于變速范圍這一問(wèn)題教材中提到了主軸的變速范圍和傳動(dòng)組的變速范圍，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為最后一擴(kuò)大組的從動(dòng)軸就是主軸。但實(shí)際上如果擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，就是主軸。不一致，就不是。下面以一致為例，最后一擴(kuò)大組如果為m組，則其變速范圍等于Rm=φxm（zm-1），而主軸的變速范圍為各個(gè)傳動(dòng)組變速范圍的乘積，化簡(jiǎn)后得到Rn=φz-1。仍以X6132為例，其主軸的變速范圍為Rn=φz-1=φ18-1= φ17，三個(gè)傳動(dòng)組中基本組R0=φ2，第一擴(kuò)大組 R1=φ6，第二擴(kuò)大組 R2=φ9，顯然最后一擴(kuò)大組的變速范圍與主軸的變速范圍不等。主軸的變速范圍為每個(gè)傳動(dòng)組變速范圍的乘積Rn=R0· R1·R2=φ2·φ6·φ9=φ17。運(yùn)用比較法教學(xué)，可使教學(xué)內(nèi)容豐富，教學(xué)思路寬廣，不但能開拓學(xué)生的思維空間，還能培養(yǎng)學(xué)生的想象和思維能力。

特殊情況，明確法

教材中所介紹的屬于主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，即轉(zhuǎn)速無(wú)空缺，無(wú)重復(fù)的常規(guī)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)規(guī)律性強(qiáng)，滿足于結(jié)構(gòu)式：

Z=Z0χ0·Z1χ1·Z2χ2......Zmχm，且χ0等于1。

常規(guī)方案一般為 4=21×226=31×238=21×22×24

9=31×3312=31×23×2618=31×33×2924=31×23×26×212

實(shí)際上轉(zhuǎn)速重復(fù)的非常規(guī)設(shè)計(jì)也有規(guī)律，例如：

3=21×2（2-1）5=31×2（3-1）7=21×22×2（4-1）

10=31×23×2（6-2）11=31×23×2（6-1）

通過(guò)這些方案，可知轉(zhuǎn)速重復(fù)的非常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z'=Z-j=Z0χ0·Z1χ1·Z2χ2......Zmχ（m-j）重復(fù)的級(jí)數(shù)為j。

如12級(jí)速度12=31×23×26不重復(fù)11=31×23×2（6-1）必然有一級(jí)重復(fù)10=31×23×2（6-2）必然有二級(jí)重復(fù)

實(shí)際這種非常規(guī)設(shè)計(jì)在最常見(jiàn)的CA6140中就得到了應(yīng)用。CA6140采用了分支傳動(dòng)，其低速分支傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)式Z'= 18=24-6=21×32×26×2（12-6），有6級(jí)重復(fù)轉(zhuǎn)速，之所以采用非常規(guī)設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)椴捎贸Ｒ?guī)設(shè)計(jì)時(shí)最后擴(kuò)大組的變速范圍R3= 16，已超出了極限值8～10。這樣將特殊情況給學(xué)生列舉出來(lái)，可以加深學(xué)生對(duì)該問(wèn)題的理解，同時(shí)也拓寬了學(xué)生的思路。

教無(wú)定法，貴在得法。通過(guò)教師對(duì)教材的分析與把握，找出行之有效的教學(xué)方法，突破難點(diǎn)過(guò)程中注意引發(fā)學(xué)生思考，引起學(xué)生注意，掌握契機(jī)，歸納總結(jié)，再配以必要的精選習(xí)題加以輔助，使學(xué)生學(xué)有所依，學(xué)有所用，由淺入深，循序上升，一定會(huì)取得較滿意的教學(xué)效果。

[1]顧維邦.金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2]戴曙.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[3]勞動(dòng)部教材辦.金屬切削機(jī)床[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

G712

A

1672-5727（2011）03-0090-02

王志聰，男，唐山市豐南區(qū)唐山勞動(dòng)高級(jí)技工學(xué)校機(jī)床加工系講師，研究方向?yàn)闄C(jī)床加工及其教學(xué)。