《機械基礎》的難點剖析

《機械基礎》是職業技術學校機械類專業的主要專業基礎課，是一門理論與實踐性很強的重要課程。該課程較為抽象，概念多，知識面廣，學生懼學、厭學。如何教好、學好，關鍵是否能抓好教學重點、難點，能否突破教學難點，這直接關系到課堂教學的成敗。下面筆者就兩個教學難點，談一談粗淺的看法。

一、差動螺旋傳動

差動螺旋傳動是螺旋傳動的難點，內容抽象，不易理解。筆者認為，把問題直觀化、簡單化是關鍵。在教學過程中，筆者就普通螺旋傳動、差動螺旋傳動問題，采取舉例的形式，如馬路上行駛的汽車，或人在運行的自動扶梯走動等。在自動扶梯問題中，筆者提問學生:“先設自動扶梯向上運動為‘+’，若自動扶梯不運動，沿扶梯向上走了3米，那相對地面走了多少米?方向如何?”學生回答:“3米，向上。”筆者又問:“如果不動，隨扶梯向上3米，那相對地面走了多少米?方向如何?”學生回答:“3米，向上。”筆者接著問:“假如自動扶梯向上運動了2米，還是沿著扶梯向上走了0.8米，那相對地面走了多少米?方向如何?學生回答:“2.8米，向上”。筆者又問:“假如自動扶梯向上運動了2米，又沿著扶梯向上走了2.4米，那相對地面走了多少米?方向如何?”學生回答:“4.4米，向上”。筆者又問:“假如自動扶梯向上運動了2米，沿著扶梯向下走了0.8米，那相對地面走了多少米?方向如何?”學生回答:“1.2米，向上”。筆者問:“假如自動扶梯向上運動了兩米，又沿著扶梯向下走了2.4米，那相對地面走了多少米?方向如何?”學生回答:“0.4米，向下”。這個例子是初中物理學過的多個參照物的問題，學生容易理解。《機械基礎》中的普通螺旋傳動、差動螺旋傳動中的固定螺母就相當于自動扶梯問題中的地面，活動螺母相當于沿運動的扶梯運動的人，螺桿相當于運行的自動扶梯。螺桿移動，帶動螺桿上的活動螺母一起向某個方向移動，若活動螺母在螺桿上不作移動，就是普通螺旋傳動;若同時，活動螺母在螺桿上也做相對移動(相當于舉例中的人在運行的自動扶梯走動)，因此，活動螺母的位移與螺桿的位移(相對于固定螺母)就不相等(不一致)了。

固定螺母、活動螺母旋向相反，相當于人在扶梯的走動方向與扶梯的運動方向相同;固定螺母、活動螺母旋向相同，相當于人在扶梯的走動方向與扶梯的運動方向相反，又分:(1)人的速度小于扶梯的速度(人與扶梯相對地面的位移方向相同)，(2)人的速度大于扶梯的速度(人與扶梯相對地面的位移方向相反)。從而順利得到活動螺母的位移大小的計算公式和方向的判斷方法:第一，就普通螺旋傳動，位移:L=NPh;方向是由左右手定則判斷。第二，就差動螺旋傳動，在固定螺母、活動螺母旋向相同時，位移:L=N(Ph1-Ph2);方向:①L為“正”，活動螺母移動方向與螺桿移動方向相同;②L為“負”，活動螺母移動方向與螺桿移動方向相反。在固定螺母、活動螺母旋向相反時，位移:L=N(Ph1+Ph2);方向:活動螺母移動方向與螺桿移動方向相同。

二、鉸鏈四桿機構

鉸鏈四桿機構是四桿機構的基本形式，也是其他多桿機構的基礎。學好鉸鏈四桿機構有利于提高學生對機械的興趣，有助于開發學生的機械智力。在教學中，筆者先讓學生在網上看汽車窗雨刷的工作情況，再看家用縫紉機的踏板機構，觀察采用了什么樣的結構設計，從而引出平面四桿機構概念。筆者告訴學生，鉸鏈四桿機構是平面連桿機構的一種結構形式，由四個構件相互用鉸銷聯接而成。根據機構中各桿間的相對長度和機架的選取，鉸鏈四桿機構分為曲柄搖桿機構、雙搖桿機構、雙曲柄機構等三種基本形式。在分析鉸鏈四桿機構的形式特征時，把準備好的硬紙板、圖釘發給學生，讓學生用硬紙板制成四根長度為45、100、70、120的桿，順次用圖釘連接，依次改變固定件。通過動手操作，學生掌握了鉸鏈四桿機構的三種基本形式，總結出曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構的運動特征，最后得到鉸鏈四桿機構基本形式形成條件。

該內容的重中之重是急回和死點產生原因，產生原因的推導有一定難度，在教學過程中主要以問題誘導方式分步進行化解。筆者借助多媒體，先播放一個短片，讓學生帶著這樣一個問題去看，即“影片中刨刀的往復運動速度是否相同?”學生很快可以看出，刨刀的運動速度不一樣，當它進行切削加工時速度較慢，而不做功的回程速度較快。這時，筆者告訴學生，刨刀的這種運動特性稱為急回特性。那么，這急回特性是如何產生的呢?它產生的條件是什么，它在生產中又有什么意義呢?帶著這些問題進入新課的學習。急回特性的形成，要借助于教具。首先，筆者演示曲柄搖桿機構，提出問題。學生根據前面的內容，結合圖片演示不難看出，曲柄做等速回轉時，會使從動的搖桿獲得變速擺動，也就是它的空回行程比工作行程速度要快，從而得到這樣一個結論:在曲柄搖桿機構中存在有急回特性。其次，繼續演示機構，提出共線的問題。學生很快會發現在曲柄回轉這一周的過程中會和連桿出現兩次共線，而且兩者共線時，搖桿剛好處于一左一右兩個極限位置，并在圖中明確地表示出來。第三，通過分別分析搖桿的工作行程和空回行程，鼓勵學生說出自己的答案以提高其探究的興趣。第四，最后通過演示牛頭刨床的主運動，讓學生找出急回特性在生產中的實際意義。經過前面一系列的分析，學生不難發現，刀具不做功的空回行程速度較快，所用時間就短，縮短了非工作時間，一定會提高工作效率。通過這個過程，使學生把課本中的理論知識迅速與生產實踐結合起來，培養了學生善觀察、懂分析、理論聯系實際的良好學習習慣。

除此之外，死點位置的導入也是一個重要的問題。筆者會給學生觀看縫紉機踏板機構的工作過程，并提出這樣一個問題:“如果對踏板機構操作不夠熟練常會出現什么現象?”學生結合生活經驗很快會給找到答案:踏板很容易卡死不能動或出現飛輪的倒轉。這時，筆者會告訴學生，踏板被卡死不動的這個位置在機械中稱為死點位置，從而引入對該問題的探究。死點產生的原因是第二個難點，筆者采用了以下方式進行分解:第一，結合踏板機構提出問題:“這踏板機構屬于已經學過的哪種基本類型?”。學生立刻會想到，它是以搖桿為主動件的曲柄搖桿機構。第二，根據曲柄搖桿機構繼續提問:“曲柄被搖桿帶動回轉一周過程中會被卡幾次?這被卡住的死點位置又有什么特殊性?”筆者一方面演示機構的運動，另一方面拿出課前準備好的幾個曲柄搖桿機構的簡易模型，讓學生分組分別感受一下它的實際運動情況，學生很快可以得到曲柄回轉一周會被卡兩次，而這兩個位置剛好是曲柄和連桿的共線位置。第三，明確死點在實踐中的應用。一提到應用，學生一般都會想到死點的出現，會使機構不能正常運轉。這時，引導學生從死點產生的原因出發并結合踏板機構和機車車輪的實例，找出三種克服的辦法。例如，縫紉機上采用了一個較大的鐵輪，既增加了機頭的轉速，又利用其慣性使腳踏板順利越過死點位置。其實死點還有它有用的一面，筆者給出鉆床夾緊機構這個實例，讓學生了解死點在實踐中有益的一面。通過對死點有害、有益兩方面的分析，引導學生一分為二地看待問題和解決問題。

(作者單位:河南省三門峽市技工學校)