唯物辯證法因果關系在精度設計中的應用*
——以互換性與技術測量課程中滾動軸承結合的精度設計為例

吳林峰 范素香 侯艷君 吳金妹 高丹

華北水利水電大學機械學院 鄭州 450045

0 引言

課程思政不僅是課程教學改革的探索，更是課程育人本位和教育本源的回歸和重塑[1]。很長時間以來，專業課程的“育人”功能被弱化。隨著課程思政的提出，專業課教師的“育人”職責和使命強化了，但是課程思政與思政教育往往成為“兩張皮”，大大削弱了教育的時效性[2]。筆者從事專業課程教學20 余年，利用唯物辯證法原理總結出一套解決和分析問題的方法。該方法具有普遍性和時效性，值得在工科課程中推廣應用。本文以機械類和近機類核心課程互換性與技術測量中滾動軸承結合的精度設計為例，說明唯物辯證法之因果關系原理是如何分析和解決精度設計問題的，該思政方法的融入是如何實現“潤物無聲”與“三位一體”育人目標的[3]。

1 唯物辯證法因果原理

唯物辯證法因果關系認為，世界萬物都是普遍聯系的，任何一種現象（結果）的產生都是由其他現象（原因）引起的，任何一種現象（原因）都會產生與之相關的現象（一定的結果）。沒有無因之果，也沒有無果之因。

2 課程教學目標和課程思政目標的定位

互換性與技術測量課程具有知識點多、標準概念多、理論聯系實際強的三大特點。受學時限制，教師在講授過程中，缺乏對精度設計的具體實施；學生在學習過程中，感覺知識淺，沒有理論，實際解決問題時又無從下手。針對該種現象，課程組以課程思政與知識傳授和能力培養為抓手，引入唯物辯證法因果關系，來解決幾何量精度設計這一難點和重點，從根本上克服理論與實踐之間的脫節。幾何量精度設計包括孔、軸配合的尺寸精度、幾何公差和表面輪廓精度三個方面的設計內容。在機械產品的設計制造研發過程中，三種幾何量精度設計是必不可少的。以客觀事物也就是產品表現出來的具體使用要求作為結果，以產生這種結果的因素作為原因，產品的精度設計以滾動軸承結合的精度設計一章為例進行，該方法適用于精度設計的所有內容，可以推廣到相關專業，值得相關專業課程教師借鑒。

2.1 章節課程教學目標的定位

課程教學目標確定為：1）了解滾動軸承的互換性特點與使用要求；理解滾動軸承內徑和外徑的公差帶及其特點；了解關于軸承的相關國家標準。2）掌握滾動軸承公差帶特點，滾動軸承與孔、軸配合的精度設計方法、內容和步驟，實現具備其他產品精度設計和分析問題的能力。

2.2 章節思政目標的定位

課程思政目標確定為：1）借鑒唯物主義辯證法之因果關系，掌握事物的因果關系，根據事物具有的或呈現的原因推導結果，或根據事物已經產生的結果尋找出導致該種結果產生的原因；培養學生處理和分析問題的能力和方法，以不變應萬變。2）借用現有相關精度設計標準，培養學生以標準為依據，借鑒前人的研究成果，采用類比法分析問題的能力，以及凡事有法可依、有據可循的規則意識和職業道德。3）創新與繼承共存：新產品研發之際，盡可能選用標準件和通用件，把主要精力投入核心技術研究之中，突出工作重心，增強社會競爭力，實現創新與繼承統一，相互依存。激發學生創新之際，使其不忘做好知識的繼承。

3 課堂教學設計

3.1 引入

唯物辯證法因果原理認為，事物之間存在著因果聯系，因果之間既有先行后續，又有引起和被引起的關系，原因與結果相互區別相互聯系。

3.2 滾動軸承結合的孔軸配合的原因與結果分析

滾動軸承部件其互換性特點是完全互換性，滾動軸承結合的精度的設計，是指滾動軸承的精度選擇及與其相配合的軸孔精度設計。軸孔的精度設計包括尺寸精度、幾何精度和表面輪廓精度設計三方面內容。滾動軸承作為標準件，與其相配合的軸相結合時采用基孔制，與其相配合的孔相結合時采用基軸制。

設計時，一般選擇用減速器中軸承和軸孔配合工況進行分析。

軸承內圈和軸配合時，因軸承為標準件（原因），軸承孔為基準孔（原因），選用基孔制（結果）；工作時軸承內圈與軸一起轉動（原因），需要過盈配合來實現（結果）。軸孔裝配后，為了保證配合過盈值（原因），對軸的圓柱度需要有一定的要求（結果）；同時軸承和軸之間在軸向上，也需要確定軸向位置關系（原因），對軸承與軸相配合的軸肩處，需要軸向定位，即對軸肩端面處有圓跳動要求。軸表面輪廓精度設計，為了便于加工和采用等精度加工等級原則，需要選擇和確定軸表面粗糙度。

軸承外圈與外殼孔配合時，同理，軸承為標準件，軸承外圈為基準軸，選用基軸制；工作時軸承外圈被軸承座孔支撐與固定，軸承外圈和軸承座孔之間選用間隙或松過渡配合；軸承與軸承座裝配后，為了保證配合間隙值，對軸承座孔要求一定的圓柱度；軸承座孔表面輪廓精度設計，為了便于加工和采用等精度加工等級原則，需要選擇和確定軸承座孔表面粗糙度。

以上就是軸承結合精度設計中因果邏輯關系分析，具體內容如表1（前四列）所示。

表1 軸承結合精度設計因果邏輯關系表

3.3 滾動軸承與孔、軸配合精度設計

3.3.1 確定軸承精度等級

一般用減速器，選擇圓錐滾子軸承，來承受軸向力和徑向力，選用中等精度的6x 級，即可滿足要求。根據前期軸承和軸頸配合尺寸，軸承內孔和外圓公稱尺寸分別是Φ60mm 和Φ110mm。

3.3.2 軸頸和軸承座孔尺寸精度設計

根據文獻[4]表6-5（標準GB/T 275-2015《滾動軸承配合》）中“運轉狀態”縱列“中循環負荷及擺動負荷”“一般通用機械”，“負荷狀態”縱列中“正常負荷”“圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承”和“軸承公稱內徑/mm”縱列中“＞40 ～100”選項，“公差帶”縱列中“m5 ②”選項，根據表6-5下方注釋②可知，“由于圓錐滾子軸承對徑向游隙和縱向游隙影響不大，可降低一個精度等級，圓錐滾子軸承可用m6、k6 代替m5”。所以，一般用減速器軸頸精度，輸入軸選擇m6 公差帶，輸出軸選擇k6 公差帶。為了保證配合過盈值，與軸承內圈配合軸頸表面采用包容要求，即軸頸尺寸精度為Φ60m6E。

同理，根據文獻[4] 表6-4（或標準GB/T 275-2015《滾動軸承配合》）中“運轉狀態”（選擇擺動負荷）、“負荷狀態”（選擇正常），軸承座孔選擇公差帶中J7 或JS7，根據文獻[4]表6-4下方注釋，要求從左至右選擇J7。

3.3.3 軸頸和軸承座孔幾何精度設計

確定軸頸與軸承內圈配合軸（Φ60m6）幾何公差，根據文獻[4]表6-7 中“公稱尺寸/mm”選項中“>50~80”，軸承精度等級中6x，其圓柱度公差值對應為5.0μm，外殼軸肩6x 級對應端面圓跳動值為15μm。確定與軸承外圈配合外殼孔（Φ110J7）幾何公差，根據文獻[4]表6-7 中“公稱尺寸/mm”對應選項“＞80 ～120”，軸承精度等級6x 對應的外殼孔圓柱度公差為6.0μm，外殼軸肩端面圓跳動公差為15μm。

3.3.4 軸頸和外殼孔表面粗糙度設計

軸頸精度為6 級精度，根據文獻[4]表6-6，選擇同等級加工，軸頸表面粗糙度Ra 值選擇0.8μm（磨削加工獲得），軸肩端面表面粗糙度Ra 值選擇3.2μm（磨削加工獲得）；同理對于外殼孔表面和端面粗糙度Ra 值也選擇采用磨削加工方法獲得加工精度，分別選擇1.6μm 和3.2μm。精度設計結果如表1（最后一列）所示。

3.3.5 精度設計的標注方法

將以上與軸承外圈配合的外殼孔和與軸承內孔配合的軸頸部分的精度設計結果在零件圖和裝配圖上標注（如圖1 所示），未標注精度不需要進行檢測。

圖1 滾動軸承結合的孔軸精度設計標注

4 課后教學設計

講授滾動軸承配合的精度設計之后，以班級為單位，分組安排兩個任務。任務之一是，三分之一學生查閱中外軸承應用和發展現狀，三分之一學生查閱軸承有哪些核心技術、我國軸承技術與國外技術有什么不同，三分之一學生查閱我國軸承技術有哪些突破。任務之二是了解軸承這部分內容和前期已經學習過的哪門課程的哪個知識點有什么聯系，與后期將要學習的機械設計課程軸承章節知識有什么聯系。對于以上兩個任務，形成相關文字記錄，一周之后以小組為單位進行分組匯報和討論。

5 總結與實施效果

將唯物辯證法因果關系引入產品精度設計教學過程中，可以推廣到該課程其他零部件產品精度設計中，也適用于其他專業課程；根據標準選擇精度等級和相應的加工，便于采用同類型設備加工，培養了學生遵守職業規范和理論聯系實際的意識、成本意識、綠色可持續發展意識。

本課程將知識傳授、素質提升與思想政治教育緊密結合，富有實效性和通用性，教學效果優秀，受到了同行教師的充分肯定和學生的認可。2019年，本課程作為華北水利水電大學示范性課堂項目建設立項；2020 年，本課程作為學校思政樣板課程建設立項；2021 年，本課程作為學校機械類專業課程思政教學團隊的課程之一建設立項；同年，該課程被評為省級一流課程（線上線下混合式課程）。學生將精度設計與“機械創新大賽”等科學競賽相結合，獲得省級及以上獎勵10 余項。