勞動版《金屬切削機床》作為高職院校(xiào)機械類專業教材,對有一定代表性的機床進行介紹、分析、總(zǒng)結、概(gài)括,進而歸納出機床的一(yī)般設計(jì)原理與原則, 能夠有效培養學生對機床選擇、使用、調(diào)整及簡單設計的思路,從而提高學生分析與解決問題的實際能力。由於該教(jiāo)材知識麵廣,具有(yǒu)一定的(de)深度(dù),所以學生理解起來比較吃力。而該教材(cái)的(de)第二章第二節(jiē)“主運動傳動鏈的分析及擬定的(de)基本原理”這種情況尤為突出。
對於重點(diǎn)問題,要講清、講透;難點問題要(yào)深(shēn)入(rù)淺出,使學生易於理解,感(gǎn)到難點(diǎn)不難。要(yào)做到這兩點,就要求教師必須吃透教材,尋找(zhǎo)行之有(yǒu)效的方(fāng)法,來突出重點,突破難點。而我們這一節內容可以說既是重點又是難點。說其重要,因為(wéi)它較詳細地分析了(le)有級變速傳動係統中傳動組的轉換規律,為機床的設計打開了思路,為後續學習做(zuò)好(hǎo)了鋪墊;說其難,因為這部分知識獨立性強,相對生疏,同時知識點多,彼此聯係緊密。因此,講授中必須要(yào)突破這個難點,其重要性(xìng)才能彰顯。筆者經過對(duì)教材的認真鑽研和幾輪的教學實踐(jiàn),感覺要想突破這個難點,應考慮以下幾種措施。
繁瑣(suǒ)分析,簡單法為使主軸轉速能獲得連續而不重(chóng)複(fù)且以φ 為公比的等比數列, 變速傳動係統中各變速組的傳動(dòng)比必須符合一定的規律。為了得到這個規(guī)律,教材中所舉的X6132 有三個傳動組,各組傳動副數分別為3、3、2,共18 級轉速,通過分(fèn)析主(zhǔ)軸轉速與各傳(chuán)動(dòng)組中傳動(dòng)副的(de)速比關係及傳動組級比之間的關係,得出(chū)了傳動組特性(也稱為級比指數)。
這(zhè)個分析過程既要熟悉傳動係(xì)統的組成,又要(yào)通過轉速圖找出(chū)主軸相應轉速的傳動過程。三個傳動組中,既要有傳動比假定不變的(de),又要有變化的,整個過程繁瑣、複雜。對於剛剛(gāng)接觸(chù)這(zhè)部分知識的學生(shēng)來(lái)講,的確有點摸不著頭緒,弄不清分析這些的(de)目的。所以筆者認為應(yīng)該由易(yì)到難,故而在講授(shòu)中應該先直接分析同一傳動組(zǔ)中各傳(chuán)動副之間的速比規律,省略其與主軸轉速間的關係, 這樣就很容易得到結論, 使(shǐ)問題簡(jiǎn)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, 但是對於大多數(shù)不長於計算(suàn)的技校生來講, 這無疑又多了一道學習(xí)的障礙。實際上除了計算之外, 傳動組特性χ 在轉速圖上也有(yǒu)明確的表示。
如圖1 所示,χ 的數值就是同一傳動組(zǔ)中相鄰傳動比連線相距的格數,這樣由計算變(biàn)成了數格,既(jì)簡單又直觀。但實際上每個傳動組中的χ 數值為什麽必須(xū)等於擴大順序在該組(zǔ)之前各(gè)傳動組的傳動副數的乘積,這也是困擾學生的關鍵所在。例如,倘若X6132 中第一擴大組φχ 中的χ不等於3 而等於2, 則表示在轉速圖上相鄰(lín)傳動比連線(xiàn)相距2個格,結果什麽樣(yàng)呢? 無(wú)疑用圖(tú)來反映最理想,將會出現轉速的重複,如圖2 所示。如果比3 大,將會使轉速不連續,規律性變差。又(yòu)如,在速比合理分配的問題(tí)中,如果電機轉速和(hé)主軸最高、最低速是確(què)定的,中(zhōng)間各軸的轉速則隨傳動比分配方案不同而不同。如圖3 所示,軸I 的轉速(sù)A 點和軸V 的(de)轉速E 點已定時,運動可(kě)通過折線A-B-C-D-E 所代表的各傳動副傳動,或通(tōng)過折線A-B’-C’-D’-E 所(suǒ)代表的(de)各傳動副傳動。顯然,采用第一種方案時,中間各軸的轉速較高,這樣所需傳遞(dì)的扭矩較小,軸、齒輪等傳動件(jiàn)的(de)尺寸可以小些,以保證(zhèng)結構緊湊,重量輕,效率高,運轉平穩等要求。
所以借助於圖形來說明問題就會很自然地得到其設計的原則即(jí)“前多後少”、“前緩後急”。當(dāng)然,如果條件允許,還可(kě)以借助(zhù)於多媒體課(kè)件教學等擴充教學手段, 既(jì)能(néng)活躍課堂(táng)氣氛,又能使視聽設備完美地呈現出來,表現力更強。這種全方位的描述法,能夠直接地提供教學素材,有效地彌補文字、口頭表達形象性(xìng)的不足,再加上教師的(de)引導講解,將(jiāng)有助於學生得到更清晰的印象,形成良好的記(jì)憶。
綜(zōng)合知(zhī)識,單一法教材中還涉及了結構網及其選擇(zé)的(de)問(wèn)題。結構網的作用主要是用來分析與比較機(jī)床的傳動方案(àn),通過(guò)對結構網(wǎng)的分析可以得出傳動係統的組成(即傳動軸數、傳動組數和傳動副數)、傳動組的特性(xìng)、變速級數、變速範圍、傳動順序、擴大順序等。這部分內容由於知識(shí)點多,問題錯(cuò)綜複雜,難度較(jiào)大。為了能夠清晰、明確地分析出各個方案的優劣與可(kě)行性(xìng),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(jí)要對18 種結構網進行分析,逐一比較(jiào)得出結論(lùn)。這裏隻任取其中兩種進行示例性的簡單分析(xī),如圖(tú)4 所(suǒ)示,從速比的分配角度看,顯然(rán)方案2 的中(zhōng)間軸變速範圍過大,即高速過高,低速過低。強度計算時其尺寸大,結構緊湊性變差。從變速(sù)範圍考慮,方案一的(de)R1=φ(z-z/zm)=1.26(18-18/2)=1.269=8,該方案符合變速(sù)範圍8~10 的要求。而方案2 的變(biàn)速範圍R2=16.78 超出了範圍要求。所以方案一性能好。
這樣利用學生熟悉的知識(shí)逐步將複雜(zá)的問題轉換成幾個簡單的問題,可以使學生更(gèng)易於接受(shòu)。
相(xiàng)近知識,比(bǐ)較(jiào)法比較法(fǎ)就是確定事物同異關係的(de)思維過程和方法。傳動組特性與變速範圍都可以通過轉速圖上格數來反映,這兩個在傳(chuán)動組的(de)傳動副數為2 時, 在轉(zhuǎn)速圖上所反映的(de)格(gé)數又相同,所(suǒ)以學生(shēng)容易混淆,另外對最後(hòu)一擴大組的變速範(fàn)圍與主軸(zhóu)的變速範圍也易迷糊。前(qián)文已(yǐ)提到傳動組特(tè)性表示(shì)同一傳動組中(zhōng)相鄰傳動比連線相距的格數。變速範圍在教材中提到,傳動係統的變速範圍表示為該傳動組從動軸上所具有(yǒu)的格數。這句話講得不太清楚,從計算來看———級比ψ =φχ 若第m 擴大組的傳動組特性χm =Z0·Z1·Z2······Zm-1第m 組的變(biàn)速範圍Rm=φxm(zm-1)公比φ 的冪指數(shù)在計算上有明顯區別,當然通過圖示反(fǎn)映也(yě)很直觀,如(rú)圖5 所示,該傳動組有三個傳動副,傳動組特性是χj則其變速範圍(wéi)為Rj,在轉速(sù)圖上表示為(wéi)同一轉速(sù)點所引(yǐn)出傳動(dòng)比連線最大與最小所跨開的格數,即數值上等(děng)於該組傳動組特性與本組傳動副數減1 的(de)乘積。再有對於變速範圍這一問題教材中提到了主軸的變速(sù)範圍和傳動組的變速範圍,學生往往會認為(wéi)最後一擴大組的從動軸就是主軸。但實際上如果擴大順序與傳動順序一致,就是主軸。不一致,就不是。下麵以一致為例,最後一擴大組如果為m 組,則其變速範圍等於Rm=φxm(zm-1),而主軸的變速範(fàn)圍為各個傳動組變速(sù)範圍的乘積, 化簡(jiǎn)後得到Rn=φz-1。仍以X6132 為例, 其主軸(zhóu)的變速範圍為Rn=φz-1=φ18-1=φ17 ,三個傳動組中基本組R0=φ2 ,第一擴大組R1=φ6,第二(èr)擴大(dà)組(zǔ)R2=φ9, 顯然最後一(yī)擴大組的變速範(fàn)圍與主軸的變(biàn)速範圍不等。主軸的變速範圍為每個傳動組變(biàn)速範圍的乘積Rn=R0·R1·R2=φ2·φ6·φ9=φ17。運用比較法教學,可使教學內容豐富(fù),教學思路寬廣,不但(dàn)能開拓學生的思維空間,還能培養學生的(de)想象和(hé)思維能力。
特殊情況,明確法教材中所(suǒ)介(jiè)紹(shào)的屬於主軸轉速為連續的等比數列,即轉速無空(kōng)缺,無重複(fù)的常規設計。這種(zhǒng)設計規(guī)律性強,滿足於結構式:
實際這種非常規設計在最常見的CA6140 中就(jiù)得(dé)到了應用。CA6140 采用了分支傳動,其低速分支傳動鏈(liàn)的結構式Z’=18=24-6=21×32×26×2(12-6),有(yǒu)6 級重複轉速,之所(suǒ)以采用非常規(guī)設計, 主要是因為(wéi)采用常規設計時最後擴大組的變速範圍R3=16,已超出了極限(xiàn)值8~10。這樣將特殊(shū)情況給學生列舉出來,可以加深學生對(duì)該問題的理(lǐ)解,同時也(yě)拓寬了學生的思路。
教無(wú)定法,貴在得法。通過教師對(duì)教材的分析與把握,找出行之有效的教學方法, 突破難點過程中注意引發學生思考,引起學生注意,掌握契機,歸納總結,再配以必要的精選習(xí)題加以輔助,使學生學有所依,學有所用,由淺入深,循序上升,一(yī)定會取得較滿意的教學效果(guǒ)。
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