關(guān)于機(jī)械原理教學(xué)法問題的研究與思考

夏立利

(白城師范學(xué)院，吉林 白城 137000)

“機(jī)械原理”是機(jī)械類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它研究的問題都是工程實際問題，它直接為生產(chǎn)實踐服務(wù)。通過多年的教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為，在“機(jī)械原理”課程教學(xué)中只有密切聯(lián)系實際，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)其對機(jī)構(gòu)及機(jī)器的研究與分析的能力，最終提高學(xué)生設(shè)計與開拓創(chuàng)新的能力，以達(dá)到提高學(xué)生的整體素質(zhì)的目的。

一、應(yīng)用實例,啟發(fā)學(xué)生思考,以提高其學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械原理之前，不但學(xué)習(xí)了理論基礎(chǔ)課，還進(jìn)行過金工實習(xí)，在實習(xí)中操作過多種機(jī)床與機(jī)器，在日常生活中也接觸過各種簡單的機(jī)械，這就要求教師在教學(xué)中善于利用這些機(jī)器的實例，引導(dǎo)學(xué)生思索，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，恰當(dāng)?shù)匾脤嵗?。比如在學(xué)習(xí)平面連桿機(jī)構(gòu)時，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容以公共汽車上的車門啟閉機(jī)構(gòu)為例，來說明曲柄滑塊機(jī)械的應(yīng)用，它雖不象一般的機(jī)構(gòu)簡圖上畫的那樣典型，但也正好說明它在實際運用中的靈活性。還啟發(fā)學(xué)生去觀察促使電風(fēng)扇搖頭的雙搖桿機(jī)構(gòu);縫衣機(jī)為了達(dá)到縫紉的目的，而采用多種機(jī)構(gòu)相互配合來實現(xiàn)這一工作要求，如針桿的上下運動是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，提線動作是由園柱凸輪來完成，送布運動是由幾組凸輪機(jī)構(gòu)相互配合來實現(xiàn)。有時還可利用各種折疊式家具，進(jìn)行直觀教學(xué)，引導(dǎo)大家一邊觀察，一邊思考與分析:如何設(shè)計才能保證折疊家具有折疊時尺寸最小，張開時又有最好的穩(wěn)定性。聯(lián)系實際的教學(xué)方法集知識性、趣味性與實踐性于一體，使學(xué)生在掌握了理論知識之后，又有了分析實際問題的能力，也啟發(fā)了他們的創(chuàng)新性思維。

二、結(jié)合生產(chǎn)實際知識,培養(yǎng)工程觀念

由于機(jī)械原理是一門工程實用性很強(qiáng)的課程，其理論與設(shè)計方法是緊密聯(lián)系實際應(yīng)用的。目前所使用的教材由于篇幅所限，除了齒輪以外，都沒有介紹其加工的方法，但有些內(nèi)容，不適當(dāng)介紹其加工方法，它的設(shè)計方法和應(yīng)用范圍肯定是混淆不清的。以凸輪機(jī)構(gòu)為例，凸輪輪廓的設(shè)計有圖解法與解析法兩種。但這兩種方法并不是通用的，如果要加工單個的靠模凸輪，最經(jīng)濟(jì)的方法是用鉗工加工法，即先在毛坯上劃線，然后用普通鉆床或銑床進(jìn)行粗加工，再用鉗工方法修整，直到符合圖紙要求。這里的劃線，就是圖解法。如果加工批量較大，要求的精度較高，則要求用數(shù)控機(jī)床加工凸輪。這時就要應(yīng)用解析法來設(shè)計凸輪輪廓。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的不同類型表達(dá)凸輪輪廓的方程式可用極坐標(biāo)形式，也可用直角坐標(biāo)形式。如果是大批量生產(chǎn)，則既不用鉗工法，也不用數(shù)控機(jī)床，最經(jīng)濟(jì)的方法是借助靠模在加工凸輪的專用機(jī)床上加工。當(dāng)然介紹加工方法也得有個“度”，講多了就沖淡了機(jī)械原理本身的教學(xué)內(nèi)容。

在機(jī)械原理教學(xué)中需在多處用到圖解法與解析法，這兩種方法各有其利弊。圖解法是一種傳統(tǒng)的方法，也是一種實用的工程方法，它形象直觀，概念清晰，并且具有工程所要求的足夠的精確度。隨著計算機(jī)的普及，在機(jī)械原理教學(xué)中，應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行機(jī)械的分析與設(shè)計已越來越普及，因此計算準(zhǔn)確、快速并能實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計的解析法在教學(xué)中所占的份量就越來越大。計算機(jī)在機(jī)械原理學(xué)科中的應(yīng)用，主要在如下幾個方面:①利用其計算功能，用解析法推導(dǎo)出所需的計算公式，然后編制成程序，進(jìn)行計算。如在機(jī)械的運動分析及受力分析中，求機(jī)械在一個運動循環(huán)中的位置、速度、加速度，各運動機(jī)械的反力及作用在原動件上的平衡力;在凸輪輪廊的設(shè)計中，按推桿的運動規(guī)律設(shè)計出相應(yīng)的凸輪輪廓。②應(yīng)用其繪圖功能，繪制機(jī)構(gòu)的運動曲線和動力特性曲線，為機(jī)構(gòu)的選型及設(shè)計提供重要的資料。③可以實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，在一定的條件下綜合出最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。

三、通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力

機(jī)械原理的課程設(shè)計是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生第一次對一個簡單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合運用所學(xué)理論進(jìn)行較全面的設(shè)計思想和設(shè)計方法的初步訓(xùn)練，是一個十分重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它對于本課程的理論教學(xué)和啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維，以至對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來的工作都有著深刻長遠(yuǎn)的影響。學(xué)生在開始學(xué)習(xí)機(jī)械原理時，往往期望過高，以為只要通過這門課的學(xué)習(xí)，懂得了“原理”，就能設(shè)計新的機(jī)器，希望這門課能解決以后要學(xué)的專業(yè)課的內(nèi)容。但是當(dāng)他們學(xué)完各種機(jī)構(gòu)以后，又不知怎樣才能將其綜合應(yīng)用，以完成生產(chǎn)實踐所需要的創(chuàng)新，設(shè)計新的機(jī)器，這個任務(wù)只有課程設(shè)計才能擔(dān)當(dāng)。

在課程設(shè)計之始，可以應(yīng)用一個機(jī)構(gòu)的實例，來講解整個機(jī)器的設(shè)計過程。例如要設(shè)計一臺內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，設(shè)計人員首先要分析了解該機(jī)的應(yīng)用場合、要求的輸出功率和速度、選用材料、分析燃料燃燒的過程、所產(chǎn)生的力使活塞產(chǎn)生的運動;確定該機(jī)械運動輸出的形式，并根據(jù)活塞運動和輸出運動的要求，以及進(jìn)氣、排氣、點火等各種動作的控制和協(xié)調(diào)，確定所要采用的機(jī)構(gòu)類型，或設(shè)計新的機(jī)構(gòu);確定機(jī)構(gòu)的尺寸和各構(gòu)件間的相對位置;根據(jù)受力變化的情況、工作情況和強(qiáng)度、壽命等條件確定各個零件的形狀、尺寸、材料及質(zhì)量配置;還要考慮提高效率、節(jié)省制造費用和維修費用等問題。而課程設(shè)計所要完成的主要是機(jī)械運動方案的設(shè)計，即整體方案的設(shè)計，它是整個機(jī)械設(shè)計工作的基礎(chǔ)。運動方案設(shè)計的好壞，對機(jī)器能否完成預(yù)定的任務(wù)，能否正常工作和工作質(zhì)量的優(yōu)劣有決定性的作用。成功的設(shè)計往往是基于運動方案的突破、創(chuàng)新。而實現(xiàn)同一運動要求可以有不同的方法和途徑，因而運動方案的設(shè)計又是最富有創(chuàng)造性的工作。

在課程設(shè)計的選題上，筆者選擇了同學(xué)們在金工實習(xí)中多次操作應(yīng)用過的牛頭刨床，要求學(xué)生對其運動方案進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計中，首先要求根據(jù)工作要求畫出運動循環(huán)圖，然后對各構(gòu)件所要求的相對運動，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型與綜合。這中間要綜合運用學(xué)生們以前所學(xué)到的運動學(xué)、動力學(xué)等各方面的知識來進(jìn)行設(shè)計計算，也要合理地設(shè)計各種機(jī)構(gòu)才能實現(xiàn)所需的運動。由于學(xué)生對設(shè)計的對象的各種運動要求比較熟悉，通過設(shè)計他們又明白了機(jī)器的動作是怎樣才能合理協(xié)調(diào)。因此收效較大。