劉海川

摘要：《機(jī)械設(shè)計基礎(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)時被壓縮的情況下，一些關(guān)鍵的知識點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)計基礎(chǔ)》；關(guān)鍵問題；知識點；解決方案

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)活動工作的必備基礎(chǔ)。通過多年來的教學(xué)與實踐及學(xué)生的反饋，我認(rèn)為要想搞好《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》這門課的教學(xué)工作，就必須對以下一些關(guān)鍵問題（知識點）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，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)它的運動特征—有沒有曲柄、有幾個曲柄來命名的。而運動特征又是由各桿的幾何長度（格拉肖夫判別式）來決定的。（b）平面連桿機(jī)構(gòu)中，往復(fù)運動的從動件，往返速度不同的性質(zhì)稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。急回特性的實際意義是：壓縮非生產(chǎn)性時間、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，即搖桿位于兩個極限位置時，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）對機(jī)構(gòu)而言，要求機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性，即運轉(zhuǎn)輕松、省力、摩擦小、效率高、運行成本低。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)中主動件通過中間件作用在從動件上的力的方向與力的作用點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：從動件不同的運動規(guī)律會引起剛性沖擊、柔性沖擊等。這些沖擊、振動是由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矛盾。

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

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.帶傳動中：傳動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.鏈傳動中：傳動（滾子）鏈在工作過程中，不可避免所產(chǎn)生的沖擊、振動及噪音（動力不均勻性），以節(jié)距p大小的影響為主要。節(jié)距越大，沖擊、振動及噪音越顯著，反之亦反。所以實際使用中要重視對節(jié)距的控制。現(xiàn)場實踐活動中應(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”是指幾何長度或幾何角度。按照這一思路對機(jī)構(gòu)特性分析進(jìn)行切入、分析、講解，會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，齒輪傳動中心距略有變化（理論與實際有所不同）并不會影響傳動比的恒定性，漸開線齒輪傳動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的獨特特性。其他像擺線齒輪傳動、圓弧齒輪傳動等都不具備這一特性，所以這類齒輪傳動在使用時就受到了諸多的限制。正因為漸開線齒輪傳動具有這一獨特的特性，所以對漸開線齒輪的設(shè)計、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得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)于這一問題對于一般學(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比不變？”傳動比是否恒定是與節(jié)點有關(guān)，節(jié)點固定，傳動比才恒定，這是學(xué)生的理解。那么你簡單地用傳動比與基圓半徑有關(guān)，基圓半徑不變傳動比就不變，這樣回答就滿足不了學(xué)生的求知欲，應(yīng)給一個信服的證明。

證明：（1)可先求出標(biāo)準(zhǔn)中心距時的傳動比：

i=■=■=■=■

（2）中心距變化后，畫出新的位置，這時節(jié)點變到了P′點，

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具有中心距可分性，也可對齒廓嚙合基本定律（Willis定律）做更進(jìn)一步的解釋。

三、關(guān)于傳動比的問題

機(jī)械設(shè)備為什么要減速？我國電動機(jī)轉(zhuǎn)速序列為：3000、1500、1000、750、600rpm。轉(zhuǎn)速越低、磁極對數(shù)越多、電動機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸越大、質(zhì)量越大、工作時溫度、價格越高。所以工程應(yīng)用中1000轉(zhuǎn)以下的電動機(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），這就需要在電動機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置減速裝置。傳動比是傳動裝置的特性參數(shù)。傳動比說起來很簡單，即為：

i=■=■=■=±■

再仔細(xì)問一下：傳動比的含義是什么？這一問題對機(jī)械類學(xué)生而言應(yīng)該是一個基本常識問題，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，再就是教師講解時沒意識到。傳動比的含義：（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（對齒輪傳動還反映了中心距的大小）。（c）反映了降速增矩的程度。（d）對齒輪傳比還說明了兩輪的轉(zhuǎn)向問題。以上就是傳動比的含義，學(xué)生一定要知道，這也是一個“門面”問題。

四、關(guān)于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

大多教材對軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題處理得不理想，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，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）傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。支持回轉(zhuǎn)零件和傳遞轉(zhuǎn)矩，表面上看是一個強(qiáng)度問題，實質(zhì)是一個尺寸問題。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，實質(zhì)是軸的形狀問題。尺寸問題通過計算倒是容易解決，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）。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：“邊計算，邊繪圖，邊修改”——軸設(shè)計計算的方法。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。