劉海川

摘要：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高職院校機(jī)類、近機(jī)類專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課。目前，在教學(xué)內(nèi)容不減，學(xué)時(shí)被壓縮的情況下，一些關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)必須要得到完美的解決，這樣才能顯現(xiàn)出主干技術(shù)課程的重要性，才有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)與掌握。

關(guān)鍵詞：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》；關(guān)鍵問題；知識(shí)點(diǎn)；解決方案

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）07-0146-02

高等職業(yè)技術(shù)教育是高等教育的重要組成部分。隨著我國(guó)高等職業(yè)教育的快速發(fā)展與壯大，這就要求我們必須重視高等職業(yè)技術(shù)教育整體內(nèi)容板塊的改革與建設(shè)。各學(xué)科、各行業(yè)必須結(jié)合自身的具體情況來加強(qiáng)和豐滿高等職業(yè)技術(shù)教育的內(nèi)涵，以更好地適應(yīng)技術(shù)應(yīng)用型高技能人才培養(yǎng)的需求?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)常用機(jī)械和通用零件的認(rèn)知能力、應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)專業(yè)課程和從事專業(yè)技術(shù)活動(dòng)工作的必備基礎(chǔ)。通過多年來的教學(xué)與實(shí)踐及學(xué)生的反饋，我認(rèn)為要想搞好《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》這門課的教學(xué)工作，就必須對(duì)以下一些關(guān)鍵問題（知識(shí)點(diǎn)）要特別引起注意。

一、關(guān)于機(jī)構(gòu)特性問題

常用機(jī)構(gòu)這部分內(nèi)容的特點(diǎn)是：“各章節(jié)自成體系，內(nèi)容互不相干?！睂W(xué)生最頭痛的也是這部分內(nèi)容，咎其原因就是教材與教師講解的問題。也就是說教材本身沒有明顯地提供一條解決“各章節(jié)自成體系，互不相干”這一問題的思路，再加之這部分內(nèi)容本身就很抽象，教師的重視程度又不夠。這就給學(xué)生的學(xué)習(xí)、理解帶來很大的困難；對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的鞏固、發(fā)揮造成較大的障礙。所以在講解這部分內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)引起特別注意。要抓住一條主線，找出問題中的主要矛盾，去解決、去突破。常用機(jī)構(gòu)這部分內(nèi)容中的主要矛盾就是機(jī)構(gòu)特性問題。對(duì)教材仔細(xì)、認(rèn)真地進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)教材中都暗藏著一條貫穿整個(gè)這一部分的主線—“幾何因素決定了機(jī)構(gòu)的特性”。抓住這條主線去挖掘、去討論，就可將這部分內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系起來。幫助學(xué)生理解記憶，而且使學(xué)生悟出認(rèn)識(shí)問題、解決問題的方法。

1.平面四桿機(jī)構(gòu)中：（a）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本類型是：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。類型是根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)特征—有沒有曲柄、有幾個(gè)曲柄來命名的。而運(yùn)動(dòng)特征又是由各桿的幾何長(zhǎng)度（格拉肖夫判別式）來決定的。（b）平面連桿機(jī)構(gòu)中，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件，往返速度不同的性質(zhì)稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。急回特性的實(shí)際意義是：壓縮非生產(chǎn)性時(shí)間、提高工效、提高工作質(zhì)量。而機(jī)構(gòu)有無急回特性，則僅取決于極位夾角θ，即搖桿位于兩個(gè)極限位置時(shí)，曲柄與曲柄之間所夾的銳角稱為極位夾角。有極位夾角則有急回特性，極位夾角越大，急回特性越明顯。（c）對(duì)機(jī)構(gòu)而言，要求機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性，即運(yùn)轉(zhuǎn)輕松、省力、摩擦小、效率高、運(yùn)行成本低。傳力性的好壞，則僅取決于壓力角的大小，而與其他力的大小、速度、加速度、角速度的大小、高低沒有任何關(guān)系。機(jī)構(gòu)中主動(dòng)件通過中間件作用在從動(dòng)件上的力的方向與力的作用點(diǎn)的速度方向之間所夾銳角α稱為壓力角。壓力角越小，傳力性越好。（d）死（止）點(diǎn)位置問題，亦取決于壓力角（α＝90°）。此位置處，機(jī)構(gòu)自鎖。

2.凸輪機(jī)構(gòu)中：從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律會(huì)引起剛性沖擊、柔性沖擊等。這些沖擊、振動(dòng)是由s=r-r0所決定的。另凸輪機(jī)構(gòu)傳力性的好壞，取決于壓力角的大小，而壓力角的大小又是由基圓半徑來決定的。凸輪機(jī)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)尺寸（基圓半徑）的大小與傳力性的好壞是一對(duì)矛盾。

3.齒輪傳動(dòng)中：（a）正確嚙合條件：基節(jié)相等，既“Pb1=Pb2”；（b)連續(xù)傳動(dòng)的條件：實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度■≥Pb。這里基節(jié)與實(shí)際嚙合線長(zhǎng)度均為幾何長(zhǎng)度。

4.螺旋副中：（a）圓周力F的大小取決于λ和ρv；（b）能否自鎖取決于λ＜ρv是否成立；（c）效率的高低亦取決于λ和ρv。凡是能自鎖的機(jī)構(gòu)，效率總是小于50﹪.這里λ和ρv均為幾何角度。

5.帶傳動(dòng)中：傳動(dòng)帶的疲勞破壞與最大應(yīng)力和繞轉(zhuǎn)次數(shù)有關(guān)。而最大應(yīng)力和繞轉(zhuǎn)次數(shù)主要是由小帶輪的最小基準(zhǔn)直徑ddmax決定的（彎曲應(yīng)力占最大應(yīng)力的80﹪強(qiáng)）。

6.鏈傳動(dòng)中：傳動(dòng)（滾子）鏈在工作過程中，不可避免所產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)及噪音（動(dòng)力不均勻性），以節(jié)距p大小的影響為主要。節(jié)距越大，沖擊、振動(dòng)及噪音越顯著，反之亦反。所以實(shí)際使用中要重視對(duì)節(jié)距的控制?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐活動(dòng)中應(yīng)采用“小節(jié)距，多排鏈，多齒數(shù)，低轉(zhuǎn)速”的使用方法。以上分析主要說明一個(gè)問題——“幾何因素決定了機(jī)構(gòu)特性”。這里的“幾何因素”是指幾何長(zhǎng)度或幾何角度。按照這一思路對(duì)機(jī)構(gòu)特性分析進(jìn)行切入、分析、講解，會(huì)收到意想不到的效果，真可謂事半功倍。

二、關(guān)于中心距可分性問題

由于某些因素的影響，齒輪傳動(dòng)中心距略有變化（理論與實(shí)際有所不同）并不會(huì)影響傳動(dòng)比的恒定性，漸開線齒輪傳動(dòng)的這種特性稱為中心距可分性。中心距可分性是漸開線齒輪傳動(dòng)的獨(dú)特特性。其他像擺線齒輪傳動(dòng)、圓弧齒輪傳動(dòng)等都不具備這一特性，所以這類齒輪傳動(dòng)在使用時(shí)就受到了諸多的限制。正因?yàn)闈u開線齒輪傳動(dòng)具有這一獨(dú)特的特性，所以對(duì)漸開線齒輪的設(shè)計(jì)、加工、安裝、使用、維護(hù)、保養(yǎng)提供了方便，降低了成本，從而才使得漸開線齒輪傳動(dòng)得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)于這一問題對(duì)于一般學(xué)生來說都只當(dāng)做一條結(jié)論一記了之，但善于思考的學(xué)生就要問：“為什么中心距變化傳動(dòng)比不變？”傳動(dòng)比是否恒定是與節(jié)點(diǎn)有關(guān)，節(jié)點(diǎn)固定，傳動(dòng)比才恒定，這是學(xué)生的理解。那么你簡(jiǎn)單地用傳動(dòng)比與基圓半徑有關(guān)，基圓半徑不變傳動(dòng)比就不變，這樣回答就滿足不了學(xué)生的求知欲，應(yīng)給一個(gè)信服的證明。

證明：（1)可先求出標(biāo)準(zhǔn)中心距時(shí)的傳動(dòng)比：

i=■=■=■=■

（2）中心距變化后，畫出新的位置，這時(shí)節(jié)點(diǎn)變到了P′點(diǎn)，

同理仍可證明：i=■=■=■=■

通過以上兩次同一種方法的證明就可更圓滿地說明漸開線齒輪傳動(dòng)具有中心距可分性，也可對(duì)齒廓嚙合基本定律（Willis定律）做更進(jìn)一步的解釋。

三、關(guān)于傳動(dòng)比的問題

機(jī)械設(shè)備為什么要減速？我國(guó)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速序列為：3000、1500、1000、750、600rpm。轉(zhuǎn)速越低、磁極對(duì)數(shù)越多、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸越大、質(zhì)量越大、工作時(shí)溫度、價(jià)格越高。所以工程應(yīng)用中1000轉(zhuǎn)以下的電動(dòng)機(jī)一般不用。為了獲得較大的力或力矩，工作機(jī)的速度或轉(zhuǎn)速一般是較低的（石油抽油機(jī)沖次一般是3～5次/分），這就需要在電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置減速裝置。傳動(dòng)比是傳動(dòng)裝置的特性參數(shù)。傳動(dòng)比說起來很簡(jiǎn)單，即為：

i=■=■=■=±■

再仔細(xì)問一下：傳動(dòng)比的含義是什么？這一問題對(duì)機(jī)械類學(xué)生而言應(yīng)該是一個(gè)基本常識(shí)問題，但沒有幾位學(xué)生能回答上來。這就說明教材中沒有重視這一問題，再就是教師講解時(shí)沒意識(shí)到。傳動(dòng)比的含義：（a）反映了兩輪轉(zhuǎn)速相差的程度（減速或增速）。（b)反映了兩輪尺寸相差的程度（對(duì)齒輪傳動(dòng)還反映了中心距的大?。＃╟）反映了降速增矩的程度。（d）對(duì)齒輪傳比還說明了兩輪的轉(zhuǎn)向問題。以上就是傳動(dòng)比的含義，學(xué)生一定要知道，這也是一個(gè)“門面”問題。

四、關(guān)于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

大多教材對(duì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題處理得不理想，內(nèi)容比較零亂，寥寥幾筆，一帶而過。這就造成學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用過程中，感到比較模糊，摸不著頭腦，無從下手。特別是在機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)中，這種現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為突出。這就說明軸的結(jié)構(gòu)問題沒有從根本上得到解決。我認(rèn)為在講轉(zhuǎn)軸時(shí)，應(yīng)該以軸的功用為主線來展開。轉(zhuǎn)軸的功用有三：（a）支承回轉(zhuǎn)零件；（b）使回轉(zhuǎn)零件在軸上具有正確的、確定的工作位置；（c）傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。支持回轉(zhuǎn)零件和傳遞轉(zhuǎn)矩，表面上看是一個(gè)強(qiáng)度問題，實(shí)質(zhì)是一個(gè)尺寸問題。使回轉(zhuǎn)零件具有正確的、確定的工作位置，表面上看說得是軸上零件要定位固定，軸系要固定的問題，實(shí)質(zhì)是軸的形狀問題。尺寸問題通過計(jì)算倒是容易解決，但形狀問題的解決就不是一蹴而就的了，它要牽扯到方方面面的因素（難點(diǎn)）。尺寸和形狀的綜合就是結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)問題是這一章的核心問題，以轉(zhuǎn)軸功用為主線來展開，將各部分有機(jī)地聯(lián)系起來，最后就可解決轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)問題?！坝袡C(jī)地聯(lián)系”是什么意思？它就是一種方法：“邊計(jì)算，邊繪圖，邊修改”——軸設(shè)計(jì)計(jì)算的方法。在今后的教學(xué)過程中還應(yīng)在戰(zhàn)略層面上積極進(jìn)行探索和完善，把教學(xué)工作做得更好。