勞動版《金屬切削機(jī)床》作為高職(zhí)院校機械類專(zhuān)業教材,對有一定代(dài)表性的機床進行(háng)介紹、分析、總結、概括,進而歸納出機床(chuáng)的一般設計原理與原則, 能夠有效培養學生對機床選擇、使用、調(diào)整及簡單設計(jì)的思路,從而提高學生(shēng)分析(xī)與解決(jué)問題的實際(jì)能(néng)力。由於該教材知識麵廣,具有(yǒu)一定的深度,所以學生理解起來比較吃力。而該教材的第二章第二節“主運動傳動鏈的分析及擬定的基本原(yuán)理”這種情況尤為突出。
對於重點問題,要講清、講透;難點問題要深入淺出,使學生易於理解,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(tū)出重點,突破(pò)難點。而我們這一節內容可以說(shuō)既是重點又是(shì)難點(diǎn)。說其重要,因為它較詳細地分析(xī)了有級變速傳動(dòng)係統中傳動(dòng)組的轉換規律,為機床的(de)設(shè)計(jì)打開了思路,為後續學習做好了鋪墊;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(xì)緊密。因此,講授中必須要突破這個難點,其重要性才能彰顯。筆者經過對教材的(de)認真鑽研和幾輪的教學實踐,感覺(jiào)要想突(tū)破這(zhè)個難點,應考慮以下幾種措施。
繁(fán)瑣分析,簡單法為使主軸轉速能獲得連續而不重(chóng)複且以φ 為公比的等比數列, 變速傳動係統中各變速組的傳動比必須符合一定(dìng)的規(guī)律。為了(le)得到這個規律,教材中(zhōng)所舉的X6132 有三個傳(chuán)動組,各組傳動副數分別為(wéi)3、3、2,共18 級(jí)轉速,通過分析(xī)主軸轉速與各傳動(dòng)組中傳動副的速比關係及傳動組級比之間的關係,得出了傳動組特(tè)性(也稱為級比指數)。
這個分析過程既要熟悉傳(chuán)動係統的組成,又要通過轉速圖找出主(zhǔ)軸相應轉速的傳動過程。三個傳動(dòng)組中,既要有傳動比假定不變的,又要有變化的,整個(gè)過(guò)程繁瑣、複(fù)雜。對於剛剛接觸這部分知識的學生來講,的確有點摸不著頭緒,弄不清分析這(zhè)些的(de)目的(de)。所以筆者(zhě)認為應該由易到難(nán),故而在(zài)講(jiǎng)授中應該先直接分(fèn)析同一傳動組中各傳動副之間的速比規律,省略(luè)其與主軸轉速間的關係, 這樣就很容易得(dé)到結論, 使問題簡單化。
無形知識,直觀法仍以傳動組特(tè)性χ 為例, 教材中提到了χ 的(de)計算方法, 但是對於大多數不長於計算的技校生來講, 這無疑又(yòu)多了一道學習的障礙。實際上除了(le)計算(suàn)之外, 傳動組特性χ 在(zài)轉速圖上也有(yǒu)明確的表示(shì)。
如圖1 所示,χ 的數值(zhí)就(jiù)是同一傳動組中相(xiàng)鄰傳動比連線相距的格數,這樣由(yóu)計算變成了數(shù)格,既簡單(dān)又直觀。但實際上每個傳動組中(zhōng)的χ 數值為什麽必須等於擴大順序在該組之前各傳動組的傳動(dòng)副數的乘積,這也是困擾學生的關鍵所在。例如(rú),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(zài)轉速圖上相鄰傳動比連線相距2個格,結(jié)果(guǒ)什麽樣呢? 無疑用圖來反映最理想,將會出現轉(zhuǎn)速的重複,如圖2 所示。如果(guǒ)比3 大,將會使轉速不連續,規律性(xìng)變差(chà)。又如,在速比合理分配的問題中,如果電機轉速和主軸最高、最(zuì)低速是確定的,中間各軸的轉速則隨傳動比分配方案不(bú)同而不(bú)同。如圖3 所示(shì),軸(zhóu)I 的轉速A 點和軸V 的轉速E 點已定(dìng)時(shí),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(shé)線A-B’-C’-D’-E 所代表的各傳動副傳動(dòng)。顯然,采用第一種(zhǒng)方案時,中間各軸的轉速較高,這樣所需傳遞的扭矩較小,軸、齒輪等傳動件(jiàn)的尺寸可以小些,以保證結(jié)構緊湊,重量輕,效率高,運轉平穩(wěn)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“前多後(hòu)少”、“前緩後急”。當然,如果條件允許,還可以借助於(yú)多媒體課件教學等擴(kuò)充(chōng)教學手段, 既能活躍(yuè)課堂氣(qì)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(xiào)地彌補文字、口頭表達形象性的不足,再(zài)加上教師的引導講解,將有助於學生得到更清晰的印象,形(xíng)成良好的(de)記憶。
綜合知識(shí),單(dān)一法教材中還涉及了結構網及其選擇的問題。結構(gòu)網的作用(yòng)主要是用來分(fèn)析與比較(jiào)機床(chuáng)的傳動方案,通過對結構網的分析可以得出傳動係統(tǒng)的組成(即傳動軸數、傳動組數和傳動副數)、傳動組的特性、變速級數、變(biàn)速範圍、傳動順(shùn)序、擴大(dà)順序等。這部分內容由於知識點多,問題錯(cuò)綜複雜(zá),難度較大。為了能夠清晰、明確地分析出各個方(fāng)案的優劣與可行(háng)性,就要化整為零,層層分析(xī),分散難點(diǎn)。
例如,X6132 的傳動方案共有18 種,即要對18 種結構網進行分析,逐一比較得出結(jié)論。這(zhè)裏隻任取其中(zhōng)兩種進行(háng)示例性的簡(jiǎn)單分析,如圖4 所示(shì),從速比的分配角度(dù)看,顯然方案2 的中間軸變速(sù)範圍過大(dà),即(jí)高速過高,低速過低。強(qiáng)度計算時其尺寸(cùn)大,結構緊湊性變差。從變(biàn)速範圍考慮,方案一的R1=φ(z-z/zm)=1.26(18-18/2)=1.269=8,該方案符合變速範圍8~10 的要求(qiú)。而方案2 的變速(sù)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逐步將複雜的問題轉換成(chéng)幾個簡單的問題,可以使學生更易於(yú)接受。
相近知識,比較(jiào)法比較法就是確定事物同異關係的思維過程和方(fāng)法。傳動組特性與(yǔ)變速範(fàn)圍都可以通過轉速圖上格數來反映,這兩個在傳動組的傳動副數為2 時(shí), 在轉速圖上(shàng)所反映的格數又相同,所以學生容易混淆,另外對最後一擴大組的變速範圍與主軸的變速範圍(wéi)也易迷糊。前文已提到傳動(dòng)組特性表示同一(yī)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(sù)範圍表示為該傳動組從動軸上所具有的格數。這句話講得(dé)不太清楚(chǔ),從計算來看———級比ψ =φχ 若第m 擴大(dà)組的傳動組特性χm =Z0·Z1·Z2······Zm-1第m 組的變速範圍Rm=φxm(zm-1)公比φ 的冪指數在計算上有明顯區別,當然通過圖(tú)示反映也很直觀,如圖5 所(suǒ)示(shì),該傳動組有三個(gè)傳動副,傳動組特性是χj則其變速範圍為Rj,在(zài)轉(zhuǎn)速圖上表示為同一轉速點所引出傳動比連線最大與最小所跨(kuà)開的格數(shù),即數值上等於該組傳動組特性與本(běn)組傳動副(fù)數減1 的乘積。再有對於變速範圍這一問題(tí)教(jiāo)材中提到了主軸的變速範(fàn)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(dà)順序與傳動順序一致,就是主軸。不一致,就不是(shì)。下麵以(yǐ)一致為例,最後一擴(kuò)大組如果為m 組,則(zé)其變速範圍等於Rm=φxm(zm-1),而主軸的變(biàn)速範圍為各個傳動(dòng)組變速範圍的乘積(jī), 化簡後得到Rn=φz-1。仍以X6132 為例, 其主軸的變速範圍為Rn=φz-1=φ18-1=φ17 ,三個傳動(dòng)組中基(jī)本組R0=φ2 ,第一擴(kuò)大組R1=φ6,第二擴大組R2=φ9, 顯然最後一擴大組的變速範圍(wéi)與(yǔ)主軸的變速(sù)範圍不等。主軸的變速範圍為每個傳動組變速範圍的(de)乘積Rn=R0·R1·R2=φ2·φ6·φ9=φ17。運用比較法教(jiāo)學,可使教學內容豐富,教學思路寬廣,不但能開拓學生的思維空間,還能培養學生的想象和思維能力。
特殊情況,明確法教材(cái)中所介紹的屬於主軸轉速(sù)為連續的等比數列,即轉速無空缺,無重複的常規設(shè)計(jì)。這種設計規律性強,滿足於結構(gòu)式:
實際這種非常規(guī)設計在最常見的CA6140 中就得到(dào)了應用。CA6140 采用了分支傳動,其低速分(fèn)支傳動鏈(liàn)的(de)結構(gòu)式Z’=18=24-6=21×32×26×2(12-6),有6 級重複(fù)轉速,之所以采(cǎi)用非常規設計, 主(zhǔ)要是因為采用常規(guī)設計時最後擴大組的(de)變速範圍R3=16,已超出了極限值8~10。這樣將特殊情況給(gěi)學生列舉(jǔ)出來,可以加深學生對該問題的理解,同時也拓寬(kuān)了學生的思路。
教無定法,貴(guì)在得法。通過教師(shī)對教材的分析(xī)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(qǐ)學生注意,掌握契機(jī),歸納總結,再配以必要的精選習題加以輔助,使學生學有所依,學有所用,由淺入深,循序上升,一定會取(qǔ)得(dé)較滿意的教學效果。
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