“机械自锁”的教学与反思

朱代根，杨灿宇，王 远，程 斌，邓婷婷

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650224)

教学管理

“机械自锁”的教学与反思

朱代根，杨灿宇，王 远，程 斌，邓婷婷

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明 650224)

“机械自锁”是《机械原理》中的一个重要章节，在理论教学与实践应用中占有重要地位。从实践教学经验出发，详细介绍了本章节内容的教学导入技巧、教学思路设计，以及教学难点和重点的讲解技巧。教学实践表明，该教学方法有效地激发了学生的学习兴趣，取得了理想的教学效果。

机械原理；机械自锁；教学与反思

《机械原理》作为机械类专业的一门专业基础课，是机械创新设计思想的源泉。其有机地将工程制图、理论力学、机械制造基础等课程的知识融为一体，主要为学生应用所学理论知识解决工程实际中所遇到的问题提供指导，该课程是保证专业基础课与专业课之间平稳过渡与适度衔接的重要课程，在学生的创新能力和实践能力培养中占有重要地位。

“机械自锁”是《机械原理》中的一个重要章节，在各类考试中一般规定其所占分值为8%～12%。自锁在机械工程实际应用中具有十分重要的意义[1-3]：①在进行机械设计时，为使机械能够顺利地完成预期的运动，必须防止该机械在运动方向发生自锁；②有些机械的工作必须具有自锁特性，以达到节能、高效、安全等目的[4-6]。机械自锁条件的确定是教学中的一个难点，在以往的研究中，主要讨论自锁现象在工程上的应用及移动副自锁条件的判定[7]，对机械自锁的教学问题讨论较少。本文将笔者教研小组多年来的教学经验和所取得的显著教学效果与各位同仁分享，旨在为“机械自锁”及同类课程的教学提供一定的经验及借鉴。

1 教学技巧

1.1 教学导入技巧

教学导入是课堂教学的起始环节，课堂教学导入可以激发学生的学习兴趣，让学生明确本堂课的教学目标、重点难点，活跃课堂气氛，直接提高课堂教学质量。因此，在本节教学中，采用了实物模型法、播放动画法及设问启发式导入法。

授课前，演示图1所示的三种机械自锁模型，用实物模型分别演示斜面机构、靠墙梯子、偏心夹具的运动情况。由小到大缓慢改变图1(a)中的斜面倾角φ，让学生仔细观察斜面上滑块的运动情况；由小到大缓慢改变图1(b)中的梯子与墙面倾角夹角φ，让学生仔细观察斜面上滑块的运动情况；由小到大缓慢改变图1(c)偏心夹具中凸轮圆心A与回转中心O的相对位置，让学生仔细观察夹具的运动情况。播放生活中其他的机械自锁应用情况。实物展示与动画演示完成后，给学生提出“某些机械，从其结构来看，只要加上一定的驱动力，按常理就应该能够使其沿着有效驱动力作用的方向活动，但有时候为什么无法使它活动”，让学生带着疑惑，进入到本章节内容的学习中。

图1 教学导入用机械自锁图

1.2 教学思路技巧

教学思路是指教师对课堂教学所专门设计的教学过程，通过教学思路设计使课堂教学内容由简至繁，由浅至深，激发学生的求知欲，得到满意的教学效果。因此，在本节教学中，教学思路为：自锁现象→自锁意义→自锁条件→机械自锁条件确定→章节小结。其中，讲解自锁现象和自锁意义时，应以实物和视频形式展示生活中的机械自锁，如爬树器、颚式破碎机、螺旋器械等。讲解自锁条件时，应简要复习平面机构的力分析、机械的效率，重点回顾摩擦总反力的方向确定，强调驱动力的概念及意义。最后，对本章作出章节小结，并布置相关课后练习。

1.3 教学难点和重点

从多年来的学生作业和考试情况可知，学生对机械自锁条件确定方法掌握的不够深入，都是死记硬背，依葫画瓢式答题。特别是对驱动力、生产阻力的判断有待进一步提高。因此本章节内容的难点和重点为机械自锁条件确定。

对于机械自锁条件确定，多数教材都是从运动副自锁、生产阻力≤0、效率η≤0、自锁的概念四个方面来判断。根据教学经验，学生对运动副自锁的确定很容易理解，但对从自锁的概念或意义的角度来确定自锁却很难理解，因此，在教学中只讲解运动副自锁、生产阻力≤0、效率η≤0三种判别自锁的方法。下面以斜面机构为例，采用以上三种方法分别讲解机械自锁条件的判别。

图2 斜面机构

(1)运动副自锁的条件：

移动副发生自锁的条件为滑块上驱动力与接触面法线夹角位于其摩擦角之内。如图2所示，当滑块沿斜面向左下方滑动时，G为驱动力，φ为斜面的倾角，β为摩擦角。驱动力G与接触面法线夹角为φ，因此自锁条件为φ≤β。

转动副发生自锁的条件为轴颈上的驱动力F作用于摩擦圆之内，即a≤ρ。

(2)通过生产阻力判别机械自锁：

如果机械发生自锁，则无论驱动力如何增大，机械都不能运动；这时不能对外作功，因此生产阻力≤0。如图2所示，G为驱动力，F为生产阻力，F=Gtan(φ-β)，机械发生自锁时生产阻力F≤0，则自锁条件为φ≤β。

(3)通过效率判别机械自锁：

2 教学反思

兴趣是最好的老师，讲授本章节内容时，应通过实物模型和视频来展示机械自锁在现实生活中的广泛应用，引导学生思考生活中还有哪些地方可以应用到机械自锁，以调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。

在教学安排上，教学内容应由简单到复杂、由易到难，以增强学生的自信心，激发学生的求知欲。

章节中难点和重点内容的选择和讲解，将对学生的学习质量起到至关重要的作用。在章节内容中，以机械自锁条件确定为难点和重点内容，深入展开讲解运动副自锁、生产阻力≤0、效率η≤0三种判别机械自锁的方法，对从自锁的概念或意义的角度来判别机械自锁的方法进行了舍弃。

授课过程中，应结合实例来讲解机械自锁问题，并给学生留出一定的时间来理解和提问。课程小结时，只复习本章节中难点和重点。在课后习题的选择上，应选择难度适中并且在实际生活中常见的机械或机构作为习题。

3 结束语

“机械自锁”是《机械原理》中的一个重要章节，在理论教学与实践应用中都占有重要地位。是学生进行后续课程学习的必备知识，也是学生将来从事机械产品开发的基础知识。经过多年来的教学发现，巧妙设计教学导入，合理设计教学思路及有效讲解教学重点、难点内容对激发学生学习兴趣，提高教学效果都能起到事半功倍的作用。

[1] 张春，杨明金，陈建，等.带有自锁式关节的农业六足机器人能耗优化模型及验证[J].农业工程学报，2016(18)：73-83.

[2] 刘艳妍，杨晋，马学鹏，等.上推式快锻液压机活动横梁转动自锁条件研究[J].机械工程学报，2014(8)：66-72.

[3] 孙吉平，高志，黄靖远，等.链环式超越离合器自锁条件及数学模型[J].清华大学学报：自然科学版，2003(8)：1031-1034.

[4] 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013：78-81.

[5] 王玉杰.摩擦中的自锁现象及其在工程上的应用[J].机械工程与自动化，2006(3)：150-151.

[6] 罗月云.自锁现象在工程上的应用[J].安庆师范学院学报：自然科学版，1998(3)：70-73.

[7] 杨益梅，黄霞春.摩擦与自锁条件的确定[J].机械研究与应用，2007(3)：35-36.

(责任编辑 王琦)

Teaching and Reconsidering on“Mechanical Self-Locking”

ZHU Dai-gen，YANG Can-yu，WANG Yuan，CHENG Bin，DENG Ting-ting

(College of Machinery and Communication，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China)

“Mechanical Self-Locking”is an important chapter of the course “Theory of Machines and Mechanisms”，and occupies a significant position in theory teaching and practical application.In this paper，starting from the practical teaching experience over the past years，the teaching skills of introduction to the chapter，the design of teaching ideas，and teaching difficulties and focus are described in detail.The teaching practices have proved that the teaching method has not only effectively stimulated the students' interest in learning，but also achieved ideal teaching effects.

Theory of Machines and Mechanisms；mechanical self-locking；teaching and reconsidering

2017-02-28

西南林业大学教育科学研究项目“‘机械原理课程设计’课程教学改革与建设”(YB201626)；云南省教育厅引领品牌专业建设项目“机械设计制造及其自动化”(51600631)

朱代根(1979-)，男，云南昆明人，副教授，硕士研究生导师，硕士，主要从事机械设计及原理的教学和科研工作，E-mail：argen243@163.com。

G642.3；TH132

A

2095-2953(2017)06-0050-03