用物理知识排除“差动螺旋传动”学习的障碍

徐菊芳

摘要：差动螺旋传动是《机械基础》这门课程的难点，它是对口单招考试中年年出现的基本题。在教学实践中，学生较难理解“差动”的含义，特别是在计算上和方向的判断上有一定困难。用物理中的知识再结合实践能更好地排除学生学习中的障碍。

关键词：机械基础；差动螺旋传动；物理；障碍

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）32-0186-02

差动螺旋传动是《机械基础》中螺旋传动章节中的难点，也是重点。每年对口单招的高考试题中都要出现，考试的题型一般是选择题和填空题。虽然分数比重不大，但正确率并不高。原因是学生没有领会这个知识点，理解上有障碍。

一、学生学习“差动螺旋传动”的障碍

学生学习“差动螺旋传动”的障碍主要有以下几点：①“差动”从字面意思容易误导学生认为“差”就是“减”的意思，所以求移动件位移时，学生会不假思索地用L=N（ph1-ph2）计算；②公式L=N（ph1±ph2 ），ph1，ph2不知道对应的是哪个螺旋副的导程，这样就会影响移动螺母的移动方向的判断；③已知移动螺母的位移和一个螺旋副导程，求另一个螺旋副的导程时，学生往往不知道要进行讨论；④移动件的移动方向要运用“左右手定则”，判断时由于螺杆、螺母的运动形式不同，最后移动件的移动方向有区别，学生不能正确理解及操作；⑤“差动螺旋传动”实际是两种普通螺旋传动形式运动的叠加，学生往往只根据“螺杆转动，螺母移动”普通螺旋传动的形式来直接判断活动螺母的移动方向。

二、产生障碍的原因及排除方法

1.“差动”含义的理解出现差异

原因：受教师和教材的影响，以前教材有两种公式L=N（ph1±ph2），其中减法公式可以产生极小位移，我们称为“差动螺旋传动”；加法公式产生较大位移，我们称为“复合螺旋传动”。而现在“差动螺旋传动”是指由两个螺旋副组成、使活动螺母与螺杆产生差动（即不一致）的螺旋传动，此时的“差动”并不是单一地代表“减”。

排除方法：根据两螺旋副的旋向来确定公式，旋向相同用减法公式，旋向相反用加法公式。

2.公式中的ph1，ph2对应的导程不清楚

原因：不知道公式L=N（ph1±ph2 ）的由来。

排除方法：可以根据初中所学的物理知识进行排除。“差动螺旋传动”是两个运动的叠加，可以视为两物体的相对运动。例如，人走在自动扶梯上，求人相对地面移动了多少？这个实例可以进行对比理解“差动螺旋传动”，如图1，螺杆1相当于扶梯，移动螺母2相当于人。螺杆的位移由固定螺母的导程决定，因而把自动扶梯相对地面的位移当做固定螺母3的导程。而活动螺母相对螺杆移动的位移由活动螺母导程决定，因而人相对扶梯移动的位移当做活动螺母2的导程，求人相对地面移动的位移就是相当于计算移动螺母相对机架的位移，在前面的ph1就是固定螺母的导程，因为它的移动是相对机架而言的。

3.已知移动螺母的移动位移和一个螺旋副导程，求另一个螺旋副的导程时，学生往往不知道要进行讨论

原因：不理解“差动螺旋传动”的原理，认知不够完善。两螺旋副旋向相同时用L=N（ph1-ph2），旋向相反时用L=N（ph1+ph2），已知条件没有说明是哪种情况，做题时就必须进行讨论，可能两种情况都符合要求。

排除方法：利用物理知识进行类比。例如，已知移动螺母向左的位移，固定螺母的导程，求活动螺母的导程？我们可以这样理解：移动螺母向左的位移看做人相对地面上升的位移，固定螺母的导程可以看做扶梯相对地面上升的位移，求人相对扶梯移动的位移。可以计算一下，这个题是否有两种情况：一种情况是人相对扶梯的移动方向和扶梯相对地面的位移是相同的，这时人相对地面上升的位移=扶梯相对地面上移的位移+人相对扶梯上升的位移；另一种情况是人相对扶梯的移动方向和扶梯相对地面相反，这时人相对地面上升的位移=扶梯相对地面上升的位移—人相对扶梯下移的位移。由此可以看出，答案并不是唯一的，求人相对扶梯移动的位移可能是上移的距离，也可能是下移的距离。也就是说，活动螺母的导程和旋向有关，旋向可能是右旋，也可能是左旋。

4.移动件的移动方向要运用“左右手定则”，判断时由于螺杆、螺母的运动形式不同，最后移动件的移动方向也有区别，学生不能正确理解及操作

原因：在题目中有两种普通螺旋传动的形式，一种是螺母不动，螺杆移动；另一种是螺杆转动，螺母移动。用“左右手定则”判断移动件的移动方向时，必须判别是上述哪种运动形式，才能得出正确的答案。学生往往在判断形式时概念不清导致出错。

排除方法：必须找到固定螺母（机架），与之对应的就是螺母不动、螺杆移动的形式，另一种就是螺杆转动、螺母移动的形式。这样，运用“左右手定则”时就不会把移动件的移动方向弄反。

5.“差动螺旋传动”实际是两种普通螺旋传动形式的运动组成，学生往往只根据“螺杆转动，螺母移动”普通螺旋传动的形式来判断活动螺母的移动方向

原因：学生不清楚“差动螺旋传动”的原理，此运动是两个运动的叠加，则移动方向取决于物理知识中这两个运动的方向和位移。

排除方法：利用物理知识进行类比。例如，人走在上升的扶梯上，问人相对地面是上升还是下降？这取决与两个因素：人相对扶梯是上升还是下降，也就是说人和自动扶梯的移动方向是否一致；人相对扶梯移动的位移与自动扶梯相对地面移动的位移大小的关系。结论是：如果人相对扶梯的运动方向和自动扶梯一致，也就是人相对扶梯的运动方向是上升的，那么不管人相对扶梯移动距离的大小，则人相对地面是上升的。如果人相对扶梯的运动方向和自动扶梯不一致，也就是人相对扶梯的运动方向是下降的，那么人相对地面是上升还是下降就取决于人相对扶梯下降的位移与扶梯相对地面上升的位移。如果人相对扶梯下降的位移大于扶梯相对地面上升的位移，则人相对地面是下降的；如果人相对扶梯下降的位移小于扶梯相对地面上升的位移，则人相对地面是上升的。把固定螺母看做地面，螺杆看做扶梯，活动螺母看做人，判断活动螺母的移动方向实际和上述判断人上升或下降的方法类似。

接受新知识一般遵循温故而知新的规律，通过旧知识推导出新知识，这样学生理解起来就比较轻松，也不会忘记，做题时不容易出错。本文通过物理中的相对运动的叠加进行类比，排除“差动螺旋传动”学习的障碍。对口单招高考常见的是填空题和选择题，笔者总结了做题步骤：①两螺旋副的旋向是否一致；②旋向不一致就用L=N（ph1+ph2），移动螺母方向可由任意一个螺旋副进行判断，但要注意是哪种形式，否则就会弄错；③旋向一致时用L=N（ph1+ph2），注意导程的含义，上式的结果是“正”则移动螺母方向和螺杆移动方向一致，结果是“负”则移动螺母方向和螺杆移动方向相反。还有更快捷的方法，看哪个导程大。导程大的那个螺旋副决定移动螺母的移动方向；④如果要求旋向或某个导程时，必须分两种情况讨论，具体情况具体对待。