用系统工程理论指导机械传动教学的探讨

陈俊超

摘 要：机械传动是机械基础课程的主要教学内容，其目的是培养学生分析、研究、设计、应用传动装置的能力。为达到最优的教学效果，在笔者教学实践中探索了许多行之有效的教学方法和手段。本文主要谈谈在运用系统工程理论指导机械传动系统教学的尝试中的一些体会。

关键词：系统工程理论？指导教学？方法探讨

“机械”一词代表着发明创造，灵活巧妙，在教学中教师应该创造性地运用系统工程的理论和方法来指导机械基础教学，揭示机械与人、环境的密切联系。教会学生在学习中认识和利用系统论的思想和方法，并能将其运用到实际工作中。

一、教会学生树立整体观

在讲授机械传动这一大块内容时，首先要给学生树立整体的概念。系统论认为，系统在整体上的性质并不等于它的各组成部分在孤立状态下性质的机械相加，而且强调不同层次以及整体与部分之间的相互联系和相互作用。一部机械的功能，绝不只是各零、部件功能的集合，而是要把机器当做整体来考虑。

对传动机构同样应从整体系统来考虑，一方面它与其他部分构成机器整体，并且其自身也由各传动要素所组成；另一方面，各种单一的传动形式也可以巧妙地组合成次级系统。教师应把系统工程的理论和方法引入传动机构的教学和研究中，找出不同传动机构中各组合件间的协调关系、传动机构与机器整体的协调关系，找出这些关系的一般规律，从而使学生深刻理解机械原理，认识和利用机械的综合最优功能。

在教学中运用系统工程理论来分析或综合机械传动系统及其要素的功能和结构，研究传动系统中整体与部分、结构与功能关系，描述传动系统的不同组成要素，分析和评价机械传动系统的效果及影响因素等等，能使学生全面把握零件、构件、机构、机器、运动副、传动比、模数、轮系等基本概念和基本公式，又能了解和学会机构分析、运动分析、动力分析及技术经济分析等基本分析方法。

例如讲授机器的重要部分轴系零件时，可按该零件的类型、结构、特点、功能、选用等环节进行系统讲授，尤其是标准件都有它特定的功能结构及标记。构件是组成机构的运动单元，利用不同构件的组合，就可形成各类传动机构；改变构件的大小、形状、尺寸等参数，就可以改变机构的运动或运动形式，甚至演化成其他传动机构。對各种构件进行不同组合时的结构、功能、参数的分析、研究和比较，总结传动系统的构造原理、原则和方法，对提高教学效果、培养学生综合分析问题和解决问题的能力都很有帮助。

二、利用实物和模型化教学

利用实物和模型化教学能加深学生的感性认识，培养学生观察和抽象思维能力。机械运动是自然界中最基本的一种运动形式，构件之间的相对确定运动关系也可用数理方法描述。例如用传动比描述主、从动轮的运动关系；行程速比系数反映了四杆机构的急回运动特性；凸轮机构中从动杆的运动规律可用位移曲线描绘，其刚性或柔性冲击等运动特性可生动地体现出来，齿轮的重要参数模数的设定更为齿轮的设计、制造提供了方便。

在机械传动系统中，有很多参数要进行设计、计算或查表，某些参数数据的变化将直接影响传动的效果，进而影响整个机器的性能。例如斜齿轮螺旋角的设计，太大了轴向力就大，太小了其斜齿的优越性就体现不出来；凸轮的压力角与凸轮的基圆半径也存在着有害分力与凸轮尺寸之间的矛盾；齿轮分度圆上齿形角的大小，直接影响轮齿的形状和传动效果。因此，怎样对各种传动的性能、动作、参数与技术经济指标进行分析、比较、优化设计和选用，也是培养学生技能的一个重要方面。又如，当实际要求实现旋转运动变换成直线运动形式时，在常用的机械传动中，有螺旋传动、齿条传动、曲柄滑块机构、凸轮机构等多种形式可供选择，在教学中，教师可以进行传动方案的模拟，可靠性分析，最优化选用，并作出综合评价，使系统在整体上达到最佳目标，实现传动系统的最优综合效果。

三、明确机械学习与人和环境的密切关系

有人认为“机械”是简单呆板的代名词，其实这是一种误解，我们应该以全新的观念重新认识机械。在教学中，运用系统工程的理论和方法作指导，不仅要介绍机械系统的构造原理和运动规律，研究机器各组成部分的结构、功能及组合规律，同时要指出机械同人与环境的密切联系。学生在学习中也会逐步认识和利用系统论的思想和方法，并能用系统论的思想和方法指导他们以后的工作实践。

（作者单位：南阳市高级技工学校）