在《液壓傳動(dòng)》授課中以教促研，教研相長(zhǎng)

蔣林 向燕慧 陳新元 趙慧 胡琪

1 引言

教學(xué)與科研是大學(xué)中兩個(gè)比較重要的方面，科研體現(xiàn)一個(gè)高校辦學(xué)水平，教學(xué)是高校之根，教學(xué)質(zhì)量直接影響辦學(xué)質(zhì)量。

高水平大學(xué)將學(xué)科建設(shè)、教學(xué)、科研相結(jié)合，提升大學(xué)整體綜合實(shí)力，增強(qiáng)其社會(huì)服務(wù)功能，擴(kuò)大學(xué)校的影響力。世界知名高校都是學(xué)科建設(shè)、教學(xué)、科研相結(jié)合的典范，如麻省理工學(xué)院（MIT）、柏林工業(yè)大學(xué)和劍橋大學(xué)在學(xué)校發(fā)展過程中重視教學(xué)與科研的協(xié)調(diào)發(fā)展，使教學(xué)和科研方面一直保持高水平與高質(zhì)量。

教師的教學(xué)內(nèi)容離不開科學(xué)研究成果，有些教學(xué)內(nèi)容本身就是科研成果，科研成果作為教學(xué)內(nèi)容會(huì)使教學(xué)跟生動(dòng)更有趣;反過來教學(xué)的過程中教師對(duì)一些知識(shí)、原理與理論會(huì)有新的認(rèn)識(shí)，這反過來會(huì)促進(jìn)或指導(dǎo)教師做研究。

2 教學(xué)對(duì)科研的促進(jìn)

筆者從事液壓傳動(dòng)教學(xué)多年，其中有對(duì)斜盤式軸向柱塞泵的變量機(jī)構(gòu)的描述，其結(jié)構(gòu)見圖1。變量機(jī)構(gòu)由缸筒1，活塞2和伺服閥芯3組成;斜盤4通過撥叉機(jī)構(gòu)5與活塞2下端鉸接，利用活塞2的上下移動(dòng)來改變斜盤傾角;當(dāng)用手柄使伺服閥芯3向下移動(dòng)時(shí)，上面的進(jìn)油閥口打開，活塞也向下移動(dòng)，活塞2移動(dòng)時(shí)又使伺服閥上的閥口關(guān)閉，最終使活塞2自身停止運(yùn)動(dòng);同理，當(dāng)手柄使伺服閥芯3向上移動(dòng)時(shí)，變量活塞向上移動(dòng)。

圖1 斜盤式軸向柱塞泵的變量機(jī)構(gòu)

圖2 旋轉(zhuǎn)液壓自伺服關(guān)節(jié)

筆者多次咀嚼這段話的意思，發(fā)覺這個(gè)設(shè)計(jì)很巧妙，它利用活塞2的結(jié)構(gòu)與伺服閥芯3配合，使活塞2通過油道c和d，來感知伺服閥芯3的位置，并推動(dòng)活塞2使其保持對(duì)伺服閥芯3的位置跟隨，活塞2既實(shí)現(xiàn)活塞的功能又作為伺服閥芯3的閥體，這樣使該結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)便;通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了位置的內(nèi)反饋，這個(gè)想法太好了，筆者當(dāng)時(shí)就想若能把變量機(jī)構(gòu)的原理抽象出來，并應(yīng)用在別處一定能夠設(shè)計(jì)出很多巧妙的機(jī)械。這讓筆者聯(lián)想到自己科研上的一個(gè)難題，在液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)中都是用外置的伺服閥加上位置檢測(cè)傳感器來控制，使液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)比較臃腫，要是能把液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)通過與變量機(jī)構(gòu)原理類似的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)反饋就好了，通過一段時(shí)間的鉆研終于把這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了，這種結(jié)構(gòu)見圖2。

旋轉(zhuǎn)液壓自伺服關(guān)節(jié)的工作原理是：當(dāng)閥芯相對(duì)于閥套靜止時(shí)，此時(shí)閥芯上的矩形槽與閥套上的矩形口都不相通，從而油液不能進(jìn)入工作腔，旋轉(zhuǎn)液壓自伺服關(guān)節(jié)處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)閥芯相對(duì)于閥套逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位于如圖1所示的位置時(shí)，高壓油會(huì)通過進(jìn)油口進(jìn)入高壓油通道，然后進(jìn)入閥套P口，再由閥套P口進(jìn)入閥套A口，最后通過閥體上的第一矩形閥口進(jìn)入第一工作腔，同時(shí)第二工作腔的低壓油則通過閥體的第二矩形閥口進(jìn)入閥套B口，然后進(jìn)入閥套T口，最后通過低壓油通道回到油箱。故高壓油會(huì)推動(dòng)葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使閥體（閥套和閥體固定在一起）跟隨閥芯運(yùn)動(dòng)，隨著閥體的轉(zhuǎn)動(dòng)，閥套與閥芯之間的開口度逐漸變小，直至關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)閥體對(duì)閥芯的位置跟蹤。同理可得，當(dāng)閥芯相對(duì)于閥套順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，高壓油會(huì)通過進(jìn)油口進(jìn)入高壓油通道，然后進(jìn)入閥套P口，再由閥套P口進(jìn)入閥套B口，最后通過閥體的第二矩形閥口進(jìn)入第二工作腔，同時(shí)第一工作腔的低壓油則通過閥體的第一矩形閥口進(jìn)入閥套A口，然后進(jìn)入閥套T口，最后通過低壓油通道回到油箱。

上述結(jié)構(gòu)中閥芯7與閥體8間通過一些油道與閥口相配合實(shí)現(xiàn)閥體8與閥芯7的位置反饋，這個(gè)原理與變量機(jī)構(gòu)中的較類似;此中的閥體8也是既作為閥體用又作為缸體中的轉(zhuǎn)子用，一物實(shí)現(xiàn)了多種功能，精簡(jiǎn)了機(jī)構(gòu)，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械的內(nèi)反饋，保證閥體8對(duì)閥芯7的位置跟隨。

在這基礎(chǔ)上筆者申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利近7項(xiàng)，并獲得一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金的支持，這是典型的教學(xué)對(duì)科研的促進(jìn)例證，同時(shí)筆者產(chǎn)生的科研成果也可以作為上課的教學(xué)素材。

3 教研相長(zhǎng)

同時(shí)在上《控制原理》時(shí)講機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)反饋時(shí)同學(xué)們老是覺得很抽象，于是筆者就結(jié)合旋轉(zhuǎn)液壓自伺服關(guān)節(jié)來講內(nèi)反饋，這樣同學(xué)們一聽就懂了。這樣通過一個(gè)來回，自己的教學(xué)與科研都上了一個(gè)檔次。

高素質(zhì)與創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)需要教學(xué)與科研相結(jié)合，在教學(xué)上需要把一些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行概括、歸納、并抽象其原理實(shí)質(zhì)，并配以科研成果來佐證，使學(xué)生看到知識(shí)的應(yīng)用前景;同時(shí)對(duì)教學(xué)中一些抽象其原理的深刻理解也為科研中解決難題提供了創(chuàng)新的動(dòng)力與源泉。最終達(dá)到教研相長(zhǎng)，老師與學(xué)生相得益彰。

4 結(jié)語

以上是對(duì)機(jī)械類教學(xué)改革的初步探索，期望能給教育工筆者一點(diǎn)借鑒。

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課題名稱：2009年湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目：依托科研成果開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐（2009187）