淺析職中機(jī)械教學(xué)中輪系的識(shí)別

輪系，又名齒輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由種類繁多的齒輪組合而成，某些還運(yùn)用到了摩擦輪。它作為機(jī)械設(shè)備中的重要組成部分，在實(shí)際生活中扮演著非常重要的角色，可以這么講，我們已經(jīng)離不開它了，它猶如人們的第三只手臂，撼動(dòng)著整個(gè)宇宙，控制著社會(huì)的節(jié)奏。

按照輪系傳動(dòng)時(shí)各齒輪的軸線位置是否固定分為定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系和混合輪系三大類。不同的輪系擁有不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，生產(chǎn)生活中為了加深對(duì)輪系的了解，進(jìn)一步分清相互間的差異，更好地認(rèn)識(shí)其功能，研究開發(fā)設(shè)計(jì)出更加讓人滿意、功能更強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)備，有必要對(duì)輪系進(jìn)行識(shí)別。那么，在職中機(jī)械教學(xué)中，如何引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別輪系呢？

一、定軸輪系的識(shí)別

所謂定軸輪系，就是在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中，各齒輪的幾何中心的相對(duì)位置保持不變，一般分為平面定軸輪系和空間定軸輪系。

構(gòu)成平面輪系的齒輪都是在同一個(gè)水平面上運(yùn)轉(zhuǎn)的，多用于比較簡單的機(jī)械設(shè)備。教學(xué)該內(nèi)容時(shí)，教師可以請(qǐng)實(shí)驗(yàn)管理員為每一個(gè)小組都準(zhǔn)備一個(gè)去掉外殼，只剩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鐘表，并提供相應(yīng)的PPT圖片。通過觀察實(shí)物、圖片，發(fā)現(xiàn)：鐘表的所有齒輪都是固定轉(zhuǎn)動(dòng)的且分布在一個(gè)平面或幾個(gè)相互平行的平面內(nèi)，只是轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向不一樣。接著，教師請(qǐng)學(xué)生舉出平面定軸輪系應(yīng)用的其他實(shí)例，如“車床的掛輪箱”、“汽車的齒輪變速箱”等，進(jìn)一步鞏固理解這一知識(shí)點(diǎn)。最后共同總結(jié)出識(shí)別二維定軸輪系的要點(diǎn)：一看齒輪幾何中心的相對(duì)位置是否固定；二看其運(yùn)動(dòng)是否在同一個(gè)平面或相互平行的平面內(nèi)。

空間定軸輪系與平面定軸輪系的差別是分布空間不同，空間輪系的各齒輪分布于三維空間中，作用范圍更加廣闊，占據(jù)的空間也比較大。鑒于學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)較少，不易舉例，而且教學(xué)時(shí)又難以提供相應(yīng)的實(shí)際物體供學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究，可主要通過與平面定軸輪系進(jìn)行對(duì)比，對(duì)空間定軸輪系的整體特點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)簡介，然后直接舉一個(gè)例題進(jìn)行共同探討，如右圖所示，

通過蝸桿1、蝸輪2將運(yùn)動(dòng)由軸Ⅰ傳遞給軸Ⅱ，利用直齒圓錐齒輪3、4嚙合再將運(yùn)動(dòng)傳遞給軸Ⅲ，最后由直齒圓柱齒輪5、6嚙合傳遞給軸Ⅳ并輸出，整個(gè)過程是在一個(gè)空間內(nèi)完成的，且各齒輪的相對(duì)位置沒有發(fā)生變化。因此，筆者認(rèn)為，對(duì)于空間輪系的識(shí)別，大致和平面輪系一樣，只是其關(guān)注的重點(diǎn)在空間變化之上，這也是定義平面與空間的直接原因。

二、周轉(zhuǎn)輪系的識(shí)別

周轉(zhuǎn)輪系與定軸輪系最大的區(qū)別，就是其在傳動(dòng)的過程中，至少有一個(gè)齒輪的幾何中心不是固定的，它會(huì)根據(jù)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)來變化自己中心的位置。這種系統(tǒng)自身擁有更加靈活的特性，一般運(yùn)用在比較復(fù)雜、功能更加強(qiáng)大的設(shè)備之中。

對(duì)于《機(jī)械基礎(chǔ)》中周轉(zhuǎn)輪系的識(shí)別，主要是采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，讓他們親自接觸一些設(shè)備，再由教師做一些必要的指導(dǎo)與講評(píng)。比如指導(dǎo)老師在與相關(guān)單位進(jìn)行溝通以后，組織了一次課外實(shí)習(xí)活動(dòng)，實(shí)習(xí)的地點(diǎn)就在附近的一家汽車修理廠，在那，學(xué)生可以了解一下周轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的差動(dòng)輪系，該系統(tǒng)主要運(yùn)用在汽車的驅(qū)動(dòng)橋。目前，大多汽車的驅(qū)動(dòng)都是由差動(dòng)輪系來完成的，通過差速器來實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪差速運(yùn)動(dòng)，從而控制整體汽車平穩(wěn)運(yùn)行。

周轉(zhuǎn)輪系的另一形式就是行星輪系，其內(nèi)部齒輪的運(yùn)行軌跡，類似于銀河系中的行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。由此，筆者認(rèn)為識(shí)別周轉(zhuǎn)輪系，主要是先看齒輪幾何中心是否變化，如果齒輪幾何中心變化，那么再根據(jù)齒輪的運(yùn)動(dòng)軌跡來判定是差動(dòng)輪系還是行星輪系，如果內(nèi)部齒輪運(yùn)動(dòng)類似于行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，則表明就是行星輪系，否則就是差動(dòng)輪系

三、混合輪系的識(shí)別

混合輪系的識(shí)別是建立在前面兩種輪系的識(shí)別基礎(chǔ)之上的。前面談到的定軸輪系，不管是平面輪系或空間輪系，其所有齒輪的幾何中心位置都是固定的，整體運(yùn)動(dòng)較為簡單；周轉(zhuǎn)輪系與定軸輪系則相反，整體可以伸縮，功能較為強(qiáng)大。而混合輪系則是二者的集大成者，其運(yùn)用更加靈活。如果能較好地、較充分地掌握了前面兩種輪系的特征和不同點(diǎn)，那么識(shí)別混合輪系就水到渠成、一目了然了。

因此，筆者認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)輪系類型的識(shí)別，應(yīng)該從大到小，由外到里，化整為零，逐步分析。主要有這幾個(gè)步驟：縱觀整個(gè)體系，先將所有的齒輪體系找出來并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)；其次，逐一擊破，針對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)，先判斷是定軸系統(tǒng)還是周轉(zhuǎn)系統(tǒng)，判斷依據(jù)是齒輪幾何中心位置是否有變化；最后，是對(duì)輪系的細(xì)致化判別，對(duì)于定軸輪系，主要是根據(jù)平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng)為判別依據(jù)的，而對(duì)于周轉(zhuǎn)輪系的細(xì)分，則主要依據(jù)行星輪系的特點(diǎn)來判斷，因?yàn)槠浔容^簡單、容易判別。

總之，以輪系為基礎(chǔ)的形形色色、功能強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)備，拓寬了人們涉及的領(lǐng)域，使人類的“力量”越來越強(qiáng)大。因此，對(duì)于輪系的識(shí)別，無論是更好地利用，還是更好地研發(fā)，都顯得非常重要。

（責(zé)任編輯 黃春香）