淺析飛機系統機械類附件教學方法

嵇　寧

(西安航空學院 飛行器學院，陜西 西安 710077)

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淺析飛機系統機械類附件教學方法

嵇寧

(西安航空學院 飛行器學院，陜西 西安 710077)

針對飛機系統機械類附件在教學中的難點進行分析，指出了學生難理解的原因。有針對性地提出了分解講解的教學思路：零件結構開始，逐步添加零件，直到組件結構，最后講解附件工作原理。實踐教學效果良好，為機械機構類附件的教學提供了一個比較可行的方法。

附件；機構；零件結構；分解；教學方法

課程是高校人才培養過程中最具基礎性的要素[1]，在課程教學中培養學生的工程設計能力，及機械認知能力，是飛機系統機械類課程教學研究中的重要課題[2]。

飛機的構造非常復雜，其中工作系統眾多，有液壓系統、操縱系統、燃油系統、環控系統等等。每個系統都是由許多的附件組成，這些附件大部分是機械機構類，即通過機械零組件的動作實現其功能。學生學習這些系統附件的目的，是為了掌握各個系統的功用、組成和工作原理，進而能夠掌握機械類附件的結構，提高對機械機構的認知能力，增強專業素質。

本文將著重分析機械類附件在教學過程中遇見的一些問題，并提出相應的解決辦法。

1　問題

飛機系統附件基本都是由多個零件組成的機械機構，通常采用的教學方法是課堂教學，通過課堂上播放幻燈片，展示結構圖，進行講解。這些附件的圖都是裝配圖，二維圖。學生主要是通過裝配圖來了解附件的結構和工作原理。

目前教學中存在的問題是，學生理解這些機構有困難。當比較復雜的裝配圖以幻燈片形式在屏幕上展示時，學生看不明白，對附件結構里的零件組成和相互關系理解困難，尤其是對零件的結構、零件之間的空間關系，缺乏想象力。對于零件之間的動作過程和工作原理聯想困難，想象不出其工作過程。具體表現為：

1.1讀裝配圖困難

當一個裝配圖展示在眼前時，面對多個零件組成的裝配圖剖面，在眾多的有點眼花繚亂的剖面線里，要找出獨立于其它零件的零件，搞清零件形狀結構，需要對裝配圖有較強的理解力和空間想象力。而學生的這種想象力是比較缺乏的，主要是相關能夠鍛煉讀圖能力的課程太少，工程實踐的訓練也不夠。所以，學生難以從裝配圖中分離出單個零件。

1.2理解工作原理困難

這些機械類附件的工作原理，主要是零件的動作過程，以及各個零件的相互作用。比如，軸與孔的配合和運動、彈簧的伸縮、零件移動中的受力等等。在復雜的裝配機構中，要理解這些機構運動，都需要想象力，需要對機構有很強的認知能力，也需要工程實踐經驗。這些學生都是比較缺乏的。

如何解決上述問題？既然復雜的裝配結構不能理解，就從學生能夠理解的結構講起。所以，本文建議采取分解講解的方法。先將零件從裝配圖中分解，再進行分步裝配，最后，完整講解裝配關系，進而講解工作原理。也就是從簡單的零件個體入手，先理解簡單的結構，再進行兩個零件之間的組裝，三個零件之間的組裝，使學生逐漸理解零件之間的裝配關系。對工作原理也是分別講解單個或少量零件之間的工作，并逐漸增加零件促其理解較多零件之間的工作過程，最后理解完整機構的工作過程。這樣，由簡到繁，由易到難，使學生能夠比較容易理解結構與工作原理。

以“飛機結構與系統”課程中起落架液壓收放作動筒的卡環鎖為例，分析學生學習中的困難和解決問題的辦法。

卡環鎖結構示意圖如圖1所示。

圖1　液壓作動筒卡環鎖的工作示意圖

2　分析

該主起落架液壓收放作動筒的功用，是利用油壓的力量，驅動活塞桿伸出和縮回，從而收上主起落架和放下主起落架。當主起落架放下時，如圖2a所示，作動筒撐住主起落架的減震支柱。

a)作動筒安裝位置

b) 作動筒受外力作用

卡環鎖功用是當作動筒活塞桿伸出時，外力要使活塞桿縮回，如圖2b所示。卡環鎖將其鎖在伸出位置，外力不能使其縮回。從而使作動筒相當一個撐桿一樣，撐住主起落架，保證起落架被鎖在放下位置。在需要收起落架時，用油液可以打開卡環鎖，使活塞桿縮回，將起落架收上。

卡環鎖在作動筒里，由五個主要零件組成：卡環、錐形活塞、活塞桿、作動筒的外筒，還有彈簧。這幾個零件的巧妙組合，構成了卡環鎖機構，如圖3所示。

圖3　關鍵零件裝配關系圖

要想搞懂這個機構，就要搞懂這幾個零件。由圖3我們可以了解。最好理解的是彈簧，這是個通用的結構，功用是提供彈簧力。

卡環是第一個難理解的零件，這是個關鍵零件。從圖3中看，是個圓環。顧名思義，卡環是卡住的圓環。卡住什么，怎樣卡？在機械結構中，這類零件都是要變形的。因此這個圓環應該有缺口。但圖中看不見卡環的缺口。卡環在工作中，要壓縮膨脹。要理解它需要相當的工程經驗，缺乏一定的工程基礎是比較難想象出卡環的結構，這是第一個難點。

第二個難理解的零件是錐形活塞。這個零件叫活塞，但是與活塞桿不連在一起，是分開的。與普通的活塞結構不一樣，錐形活塞與活塞桿不是固定連接，是滑動連接。另外，它的錐形不突出，與卡環相接觸的地方為錐形。與外筒內表面配合，有密封圈，與活塞桿配合，也有密封圈。而且都有相對移動。這是第二個難點。

第三個難理解的零件是活塞桿。活塞桿比較細長，內部是空心的，是個套筒類結構。為了提高強度，內部被固定桿支撐著。它與錐形活塞是不連接的，是滑動配合。與彈簧的關系為彈簧裝在其左端環槽內，使活塞桿與錐形活塞之間有彈簧力作用。與卡環的關系為活塞桿上有圓環凸臺，與卡環相互作用，上鎖就是卡環擋圓環凸臺，使得活塞桿不能移動，這也是一個結構的關鍵所在。這是第三個難點。

對于這樣三個理解難點，學生的問題到底是什么呢？根據多年的教學實踐，上課時學生的反應，下課后與學生的交流，學生提的問題，以及作業與考試等情況，發現主要是對零件結構的理解不到位，造成后面的工作原理等一系列理解困難的問題。

a)在外筒內　　　　　　　　　b)在上鎖位置

具體表現為，對于卡環，看不懂圖，看不懂結構。如圖4所示，卡環在裝配圖中比較小，只有兩個對稱于軸線的剖視圖，其它的線條都被擋住了，看不到卡環的開口地方。

因此學生出現的第一個問題是把卡環理解成兩個零件，沒有把這兩個視圖理解成一個零件的兩個(對稱)剖視圖。學生出現的第二個問題，是不知道卡環是有缺口的。對卡環的名稱不理解。第三個問題，是不理解卡環的變形情況，在收縮時結構與張開在鎖槽里的結構，如圖4-b所示。也就是說，對卡環怎么會在內筒里(圖4-a)，又怎么會在鎖槽里的這種變化，缺乏想象力。

對于錐形活塞(見圖5)，從結構上也有理解難度。它有別于一般的活塞，有兩個視圖，較大，屬回轉體，有兩個環形槽，放密封圈，擋住油液，形成左右腔。密封圈是非金屬件，剖視圖是網格線。學生出現問題是對網格線的零件理解有些難度，對形成左右兩個腔，缺乏想象。在油液作用下，錐形活塞要相對內筒和活塞桿移動，在活塞桿縮回時錐形活塞的位置(圖5-a)和伸出時的位置(圖5-b)，并且還有作用力。學生對錐形活塞在油液作用下的移動過程，以及撐住卡環的位置關系理解困難。

對于活塞桿，即好理解，又不好理解。其主要結構是一個空心桿，這一點能夠看懂。但是，左端的固定彈簧的環槽，以及關鍵結構——擋卡環的圓環凸臺，這些學生覺得都是不太好理解的。如圖6所示。

a)在左端位置

b)在右端位置

上述這些問題，構成了學生理解難的第一個方面，即零件結構理解困難。

第二個難以理解的方面是卡環鎖的工作過程。工作過程分為上鎖和開鎖過程。上鎖的過程有三個關鍵點，一是卡環張開彈入外筒鎖槽的過程。二是錐形活塞插入卡環中，致使卡環不能收縮的過程。三是上鎖后活塞桿縮不回來的過程。如圖6-b所示。

在第一個關鍵點，學生對卡環張開的過程想象力比較欠缺。第二個關鍵點，學生較難理解卡環與錐形活塞的裝配關系。第三個關鍵點，學生要具備綜合想象力。能夠想象出活塞桿如何被卡環擋住的，卡環又是如何不能縮小，錐形活塞發揮了什么作用。如圖6-a所示。

開鎖過程有兩個關鍵點。一是油液的流動作用于錐形活塞的情況。二是錐形活塞移動出卡環，卡環收縮，退出鎖槽的過程。油液從收上接頭流入，作用在哪個零件上，怎么能夠發揮什么作用。

第一個難點，要理解油液與活塞有作用力，這個作用力會使得錐形活塞向左移動，壓縮彈簧，活塞桿此時不動，依然被卡環擋住，如圖7-a所示。學生在想象油液流動產生作用力方面有困難，油液為何能夠推動活塞移動想象不出。

a)錐形活塞向左移

b)卡環逐漸縮回

第二個難點是開鎖的動作。當錐形活塞退出卡環時，卡環才在活塞桿圓環凸臺的壓迫下，由于外筒錐面作用，收縮直徑，脫離鎖槽，逐漸移入外筒內表面。如圖7-b所示。這樣，卡環不再阻擋活塞桿了，就開鎖了。教學時，學生對卡環被錐面壓迫收縮，不理解。主要因為缺乏工程經驗，對機械機構的常規動作缺乏認知。

綜上所述，在學習卡環鎖這一機械機構中學生遇見的困難，概括起來就是三點，一對零件結構不理解；二對零件之間的裝配關系不理解；三對零件組成機構的工作過程不理解。

3　解決方法

對于讀圖能力的問題，因學生課程有限，不能拿出大量的時間去鍛煉識圖能力，那么只能從課堂上解決。對于工程經驗缺乏的問題，因學生進行工程訓練的時間也很短，不足以積累相當的工程經驗，只能通過分解結構，解決零件機構的理解問題。

因此，本文建議的辦法是：將機構分解，先把每個零件單獨拿來講。學生對單個零件圖的理解能力還是可以的。再結合起來講解裝配關系，使其能夠由簡到難地理解裝配關系，最后再講工作原理就比較簡單了。

對卡環鎖來說，先將卡環鎖分解為卡環、錐形活塞、活塞桿和作動筒外筒等幾個關鍵零件，分別理解零件結構。

首先，解決卡環問題，先畫一個卡環的軸側圖，如圖8-a所示。然后，再畫卡環與鎖槽和內筒的關系，卡環壓縮在內筒里面的情形，張開在鎖槽內的情形，如圖8-b、8-c所示。這樣畫的原因是軸側圖屬立體圖，好理解，很容易建立形象。只畫卡環與內筒裝配圖，零件少，剖視圖比較簡單，卡環與內筒的裝配關系比較容易理解。

a)卡環

b)卡環壓縮在內筒

c)卡環張開在鎖槽

其次，錐形活塞。先單獨畫一個零件圖，可用三維實體造型，如圖9-a所示。三維造型，立體感強，非常好理解。再畫與外筒配合關系，以及與密封圈的配合關系，如圖9-b所示。這樣，錐形活塞的結構與基本裝配關系就清楚了。

第三，活塞桿。屬于套筒結構，比較好理解，不用畫立體圖。只畫出其與外筒和固定桿的裝配圖，分解出其與外筒的關系，在縮回(左端)的情況，如圖10-a所示。在伸出(右端)的情況，如圖10-b所示。這樣，就比較好理解活塞桿的結構與基本裝配關系了。另外，通過這個圖，學生可以非常容易地看到活塞桿的運動情況。

以上教學可以幫助學生實現，一是零件結構理解了。通過圖8、圖9和圖10，學生基本能夠理解單個零件卡環、錐形活塞和活塞桿的結構，對內筒的結構也比較清楚了。

二是組件裝配關系理解了。對這些由兩個零件組成的組件，卡環與內筒，錐形活塞與內筒，活塞桿與內筒，簡單的裝配關系也都有了初步的了解。

接下來，再了解三個零件之間的裝配關系。先了解卡環與活塞桿及外筒的關系，如圖11所示。

a)錐形活塞實體圖

b)錐形活塞與外筒、密封圈關系

a) 活塞桿在外筒內

b) 活塞桿在伸出位置

a)在鎖槽位置—卡環張開

b)在外筒內表面位置—卡環收縮

畫出卡環、活塞桿及內筒之間的關系，如圖11所示。它展示了卡環與活塞桿在內筒右端(圖11-a)和在內筒左端(圖11-b)的關系。從這個圖中，可以看到，沒有錐形活塞，外力可以推動活塞桿縮回，活塞桿上的圓環凸臺碰到卡環，卡環將被迫縮小，進入內筒。此時卡不住，阻擋不住活塞桿，因此上不了鎖。卡環內圓里沒有錐形活塞，所以上不了鎖，以此理解錐形活塞的作用。

再了解錐形活塞、活塞桿與外筒的裝配關系，彈簧與活塞桿關系，與錐形活塞的關系，如圖12所示。不畫卡環，畫其它零件的關系。從圖中，可以看到錐形活塞與活塞桿的關系，是在活塞桿上可以移動，有密封圈，擋住油液，使錐形活塞左右兩面將作動筒分成左右兩腔。彈簧對錐形活塞和活塞桿有彈簧力作用。

從圖中明顯可以看到，此時也上不了鎖，因為沒有卡環，活塞桿被外力推著縮回，沒有東西擋住活塞桿的圓環凸臺。所以，沒有卡環，是不行的。以此理解卡環的作用。

最后，將這些零件裝在一起，就是總的裝配圖。有以前的鋪墊，再講解活塞桿上鎖，就能夠比較好地理解。如圖13所示。當油液使活塞桿伸出到右端時，卡環張開彈入鎖槽，錐形活塞在彈簧力作用下，插入卡環內圓中，完成上鎖過程。如圖13-a所示。

再從圖13-b中看到，當外力推活塞桿使其縮回時，卡環擋住活塞桿上的圓環凸臺，卡環受力要收縮，錐形活塞插在卡環內表面使其不能收縮，卡環就不能移動，活塞桿圓環凸臺被卡環擋住，這樣，活塞桿就不能縮回。這就是上鎖。實際上，理解這個圖就是通過圖12再加上卡環，就可理解此機構。

a)活塞桿在收縮位置

b)活塞桿在伸出位置

圖12錐形活塞與活塞桿、外筒之間關系

a)關鍵件裝配關系

b)局部放大

a)正在開鎖

b)已經開鎖

以此為基礎，再理解開鎖過程，如圖14所示。油液進入后，先對錐形活塞作用，壓迫其向左移，壓縮彈簧。當錐形活塞移出卡環內圓面時，卡環在活塞桿圓環擠壓下，沿外筒錐面逐漸收縮。如圖14-a所示。當卡環外徑收縮到與外筒內徑一致時，自然滑入外筒內表面。然后，將不再阻擋活塞桿圓環凸臺，活塞桿可以縮回，即開鎖，如圖14-b所示。此時，活塞桿在油液壓力下，縮回。

到這里，我們先后通過圖8、圖9、圖10的零件圖，了解零件結構，再通過圖11、圖12的裝配圖，了解分部裝配關系。通過圖13了解總裝配關系。最后通過圖13、圖14理解了上鎖和開鎖的工作原理。這樣，我們就按照這種分解的方法，將卡環鎖的零件結構、裝配關系和工作原理就都講清楚了，學生也就比較好理解了。

4　結語

從知識點的角度看，知識點不是孤立存在的,它們之間相互依賴,表現為前驅知識點和后繼知識點的關系。在課程的講解過程中,只有前驅知識點講解之后,才能講解后繼知識點[3]。本文所介紹的這種分解的方法便是基于此。

經過在課堂上試講，分解卡環鎖機構后的講解效果，明顯較之前好，學生首先能夠理解卡環、錐形活塞和活塞桿等關鍵件，接著能夠理解這些零件之間的組件裝配關系，理解卡環鎖機構的裝配關系，進而就能夠比較容易地理解工作原理了。

一種教學方法只有適應教學內容的這種要求才能稱為科學的教學方法，并無萬能、始終如一的教學方法[4]。

教學是一個復雜的過程，要想取得比較好的效果，就要從教的方面入手，研究教的方法。也要從學的方面了解，了解學生能夠理解什么，理解程度如何。使學生能夠建立新學知識、已學知識、所掌握的知識簇之間的關聯[5]。這樣，教學相長，互相促進，才能夠加強學生對復雜結構和原理的理解，提高教學質量，也能夠使得專業課程的教學水平達到新的高度。

本文所講的教學方法，只是具體的教學經驗，還未上升到理論的高度。教學論對教學實踐的觀照與指導，旨在為教師教學行為和教學實踐提供行動依據[6]。因此，只有對這種方法進行理論研究，搞清學生在學習專業知識時的心理活動，弄清教學中各環節的作用，才能夠掌握其中的教學規律，實現對多數專業課教學的指導意義。

[1] 羅丹.課程建設：高等教育質量提升的關鍵[J].高等工程教育研究，2011(3)：140-146.

[2] 雷慶，王敏.從課程視角看工程設計能力培養[J].高等工程教育研究，2011(5)：152-156.

[3] 畢保祥，龔平娟，柳幼松.專業基礎課內容與知識點信息處理[J].高等工程教育研究2011(4)：153-156.

[4] 高天明.教學方法研究：歷程、問題與反思[J].西北師大學報，2001,38(3)：75-81.

[5] 鐘紹春，王偉.關于信息技術促進教學方法創新的思考[J].中國電化教育，2013(2)：106-110.

[6] 陳曉端，毛紅芳.教學論對教學實踐指導的困境、意義、方式和限度[J].教育研究，2016，37(5)：84-91.

[責任編輯、校對：梁春燕]

Brief Analysis of the Teaching Method of the Mechanical Attachment in Aircraft System

JINing

(School of Aircraft,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

This article conducts an analysis of the difficult points in the teaching of the mechanical attachment in aircraft system,points out the reason why it is difficult for students to understand them,and presents the idea of decomposed explanation:explaining in the sequence of component structure,component,assembly structure,and finally the working principle of the attachment,thus offering a feasible teaching method for the teaching of the mechanical mechanism attachment.

attachment;mechanism;component structure;decompose;teaching method

2016-08-25

嵇寧(1961-)，男，江蘇揚州人，教授，主要從事飛機結構與系統的教學與研究。

G642.0

A

1008-9233(2016)05-0087-07