王志聰（唐山勞動高級技工學(xué)校 河北 唐山 063300）

金屬切削機(jī)床主運動傳動鏈分析及擬定教學(xué)難點的突破

王志聰
（唐山勞動高級技工學(xué)校 河北 唐山 063300）

本文結(jié)合教學(xué)實際，著重論述了主運動傳動鏈的分析及擬定中幾個關(guān)鍵問題教學(xué)的理解與把握，即通過簡單化、直觀化、對比化等措施深入淺出地解析問題，并進(jìn)行歸納總結(jié)，逐一擊破教學(xué)難點。巧妙利用實例、習(xí)題，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，很好地完成教學(xué)。

金屬切削機(jī)床；主運動傳動鏈；傳動特性；難點突破

勞動版《金屬切削機(jī)床》作為高職院校機(jī)械類專業(yè)教材，對有一定代表性的機(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)計原理與原則，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)床選擇、使用、調(diào)整及簡單設(shè)計的思路，從而提高學(xué)生分析與解決問題的實際能力。由于該教材知識面廣，具有一定的深度，所以學(xué)生理解起來比較吃力。而該教材的第二章第二節(jié)“主運動傳動鏈的分析及擬定的基本原理”這種情況尤為突出。

對于重點問題，要講清、講透；難點問題要深入淺出，使學(xué)生易于理解，感到難點不難。要做到這兩點，就要求教師必須吃透教材，尋找行之有效的方法，來突出重點，突破難點。而我們這一節(jié)內(nèi)容可以說既是重點又是難點。說其重要，因為它較詳細(xì)地分析了有級變速傳動系統(tǒng)中傳動組的轉(zhuǎn)換規(guī)律，為機(jī)床的設(shè)計打開了思路，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好了鋪墊；說其難，因為這部分知識獨立性強(qiáng)，相對生疏，同時知識點多，彼此聯(lián)系緊密。因此，講授中必須要突破這個難點，其重要性才能彰顯。

筆者經(jīng)過對教材的認(rèn)真鉆研和幾輪的教學(xué)實踐，感覺要想突破這個難點，應(yīng)考慮以下幾種措施。

繁瑣分析，簡單法

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，變速傳動系統(tǒng)中各變速組的傳動比必須符合一定的規(guī)律。為了得到這個規(guī)律，教材中所舉的X6132有三個傳動組，各組傳動副數(shù)分別為3、3、2，共18級轉(zhuǎn)速，通過分析主軸轉(zhuǎn)速與各傳動組中傳動副的速比關(guān)系及傳動組級比之間的關(guān)系，得出了傳動組特性（也稱為級比指數(shù)）。

這個分析過程既要熟悉傳動系統(tǒng)的組成，又要通過轉(zhuǎn)速圖找出主軸相應(yīng)轉(zhuǎn)速的傳動過程。三個傳動組中，既要有傳動比假定不變的，又要有變化的，整個過程繁瑣、復(fù)雜。對于剛剛接觸這部分知識的學(xué)生來講，的確有點摸不著頭緒，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組中各傳動副之間的速比規(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，使問題簡單化。

無形知識，直觀法

仍以傳動組特性χ為例，教材中提到了χ的計算方法，但是對于大多數(shù)不長于計算的技校生來講，這無疑又多了一道學(xué)習(xí)的障礙。實際上除了計算之外，傳動組特性χ在轉(zhuǎn)速圖上也有明確的表示。

如圖1所示，χ的數(shù)值就是同一傳動組中相鄰傳動比連線相距的格數(shù)，這樣由計算變成了數(shù)格，既簡單又直觀。但實際上每個傳動組中的χ?jǐn)?shù)值為什么必須等于擴(kuò)大順序在該組之前各傳動組的傳動副數(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)速圖上相鄰傳動比連線相距2個格，結(jié)果什么樣呢？無疑用圖來反映最理想，將會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的重復(fù)，如圖2所示。如果比3大，將會使轉(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)速則隨傳動比分配方案不同而不同。如圖3所示，軸I的轉(zhuǎn)速A點和軸V的轉(zhuǎn)速E點已定時，運動可通過折線A-B-C-D-E所代表的各傳動副傳動，或通過折線A-B'-C'-D'-E所代表的各傳動副傳動。顯然，采用第一種方案時，中間各軸的轉(zhuǎn)速較高，這樣所需傳遞的扭矩較小，軸、齒輪等傳動件的尺寸可以小些，以保證結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，效率高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等要求。

所以借助于圖形來說明問題就會很自然地得到其設(shè)計的原則即“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，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，單一法

教材中還涉及了結(jié)構(gòu)網(wǎng)及其選擇的問題。結(jié)構(gòu)網(wǎng)的作用主要是用來分析與比較機(jī)床的傳動方案，通過對結(jié)構(gòu)網(wǎng)的分析可以得出傳動系統(tǒng)的組成（即傳動軸數(shù)、傳動組數(shù)和傳動副數(shù)）、傳動組的特性、變速級數(shù)、變速范圍、傳動順序、擴(kuò)大順序等。這部分內(nèi)容由于知識點多，問題錯綜復(fù)雜，難度較大。為了能夠清晰、明確地分析出各個方案的優(yōu)劣與可行性，就要化整為零，層層分析，分散難點。

例如，X6132的傳動方案共有18種，即要對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大，即高速過高，低速過低。強(qiáng)度計算時其尺寸大，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)生熟悉的知識逐步將復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成幾個簡單的問題，可以使學(xué)生更易于接受。

相近知識，比較法

比較法就是確定事物同異關(guān)系的思維過程和方法。傳動組特性與變速范圍都可以通過轉(zhuǎn)速圖上格數(shù)來反映，這兩個在傳動組的傳動副數(shù)為2時，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。前文已提到傳動組特性表示同一傳動組中相鄰傳動比連線相距的格數(shù)。變速范圍在教材中提到，傳動系統(tǒng)的變速范圍表示為該傳動組從動軸上所具有的格數(shù)。這句話講得不太清楚，從計算來看——

級比 ψ=φχ若第 m擴(kuò)大組的傳動組特性 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)在計算上有明顯區(qū)別，當(dāng)然通過圖示反映也很直觀，如圖5所示，該傳動組有三個傳動副，傳動組特性是χj則其變速范圍為Rj，在轉(zhuǎn)速圖上表示為同一轉(zhuǎn)速點所引出傳動比連線最大與最小所跨開的格數(shù)，即數(shù)值上等于該組傳動組特性與本組傳動副數(shù)減1的乘積。再有對于變速范圍這一問題教材中提到了主軸的變速范圍和傳動組的變速范圍，學(xué)生往往會認(rèn)為最后一擴(kuò)大組的從動軸就是主軸。但實際上如果擴(kuò)大順序與傳動順序一致，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傳動組變速范圍的乘積，化簡后得到Rn=φz-1。仍以X6132為例，其主軸的變速范圍為Rn=φz-1=φ18-1= φ17，三個傳動組中基本組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傳動組變速范圍的乘積Rn=R0· R1·R2=φ2·φ6·φ9=φ17。運用比較法教學(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)速無空缺，無重復(fù)的常規(guī)設(shè)計。這種設(shè)計規(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

實際上轉(zhuǎn)速重復(fù)的非常規(guī)設(shè)計也有規(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）

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

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

實際這種非常規(guī)設(shè)計在最常見的CA6140中就得到了應(yīng)用。CA6140采用了分支傳動，其低速分支傳動鏈的結(jié)構(gòu)式Z'= 18=24-6=21×32×26×2（12-6），有6級重復(fù)轉(zhuǎn)速，之所以采用非常規(guī)設(shè)計，主要是因為采用常規(guī)設(shè)計時最后擴(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，可以加深學(xué)生對該問題的理解，同時也拓寬了學(xué)生的思路。

教無定法，貴在得法。通過教師對教材的分析與把握，找出行之有效的教學(xué)方法，突破難點過程中注意引發(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[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[3]勞動部教材辦.金屬切削機(jī)床[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

G712

A

1672-5727（2011）03-0090-02

王志聰，男，唐山市豐南區(qū)唐山勞動高級技工學(xué)校機(jī)床加工系講師，研究方向為機(jī)床加工及其教學(xué)。