用系統工程理論指導機械傳動教學的探討

陳俊超

摘 要：機械傳動是機械基礎課程的主要教學內容，其目的是培養學生分析、研究、設計、應用傳動裝置的能力。為達到最優的教學效果，在筆者教學實踐中探索了許多行之有效的教學方法和手段。本文主要談談在運用系統工程理論指導機械傳動系統教學的嘗試中的一些體會。

關鍵詞：系統工程理論？指導教學？方法探討

“機械”一詞代表著發明創造，靈活巧妙，在教學中教師應該創造性地運用系統工程的理論和方法來指導機械基礎教學，揭示機械與人、環境的密切聯系。教會學生在學習中認識和利用系統論的思想和方法，并能將其運用到實際工作中。

一、教會學生樹立整體觀

在講授機械傳動這一大塊內容時，首先要給學生樹立整體的概念。系統論認為，系統在整體上的性質并不等于它的各組成部分在孤立狀態下性質的機械相加，而且強調不同層次以及整體與部分之間的相互聯系和相互作用。一部機械的功能，絕不只是各零、部件功能的集合，而是要把機器當做整體來考慮。

對傳動機構同樣應從整體系統來考慮，一方面它與其他部分構成機器整體，并且其自身也由各傳動要素所組成；另一方面，各種單一的傳動形式也可以巧妙地組合成次級系統。教師應把系統工程的理論和方法引入傳動機構的教學和研究中，找出不同傳動機構中各組合件間的協調關系、傳動機構與機器整體的協調關系，找出這些關系的一般規律，從而使學生深刻理解機械原理，認識和利用機械的綜合最優功能。

在教學中運用系統工程理論來分析或綜合機械傳動系統及其要素的功能和結構，研究傳動系統中整體與部分、結構與功能關系，描述傳動系統的不同組成要素，分析和評價機械傳動系統的效果及影響因素等等，能使學生全面把握零件、構件、機構、機器、運動副、傳動比、模數、輪系等基本概念和基本公式，又能了解和學會機構分析、運動分析、動力分析及技術經濟分析等基本分析方法。

例如講授機器的重要部分軸系零件時，可按該零件的類型、結構、特點、功能、選用等環節進行系統講授，尤其是標準件都有它特定的功能結構及標記。構件是組成機構的運動單元，利用不同構件的組合，就可形成各類傳動機構；改變構件的大小、形狀、尺寸等參數，就可以改變機構的運動或運動形式，甚至演化成其他傳動機構。對各種構件進行不同組合時的結構、功能、參數的分析、研究和比較，總結傳動系統的構造原理、原則和方法，對提高教學效果、培養學生綜合分析問題和解決問題的能力都很有幫助。

二、利用實物和模型化教學

利用實物和模型化教學能加深學生的感性認識，培養學生觀察和抽象思維能力。機械運動是自然界中最基本的一種運動形式，構件之間的相對確定運動關系也可用數理方法描述。例如用傳動比描述主、從動輪的運動關系；行程速比系數反映了四桿機構的急回運動特性；凸輪機構中從動桿的運動規律可用位移曲線描繪，其剛性或柔性沖擊等運動特性可生動地體現出來，齒輪的重要參數模數的設定更為齒輪的設計、制造提供了方便。

在機械傳動系統中，有很多參數要進行設計、計算或查表，某些參數數據的變化將直接影響傳動的效果，進而影響整個機器的性能。例如斜齒輪螺旋角的設計，太大了軸向力就大，太小了其斜齒的優越性就體現不出來；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效果。因此，怎樣對各種傳動的性能、動作、參數與技術經濟指標進行分析、比較、優化設計和選用，也是培養學生技能的一個重要方面。又如，當實際要求實現旋轉運動變換成直線運動形式時，在常用的機械傳動中，有螺旋傳動、齒條傳動、曲柄滑塊機構、凸輪機構等多種形式可供選擇，在教學中，教師可以進行傳動方案的模擬，可靠性分析，最優化選用，并作出綜合評價，使系統在整體上達到最佳目標，實現傳動系統的最優綜合效果。

三、明確機械學習與人和環境的密切關系

有人認為“機械”是簡單呆板的代名詞，其實這是一種誤解，我們應該以全新的觀念重新認識機械。在教學中，運用系統工程的理論和方法作指導，不僅要介紹機械系統的構造原理和運動規律，研究機器各組成部分的結構、功能及組合規律，同時要指出機械同人與環境的密切聯系。學生在學習中也會逐步認識和利用系統論的思想和方法，并能用系統論的思想和方法指導他們以后的工作實踐。

（作者單位：南陽市高級技工學校）