《互換性與技術(shù)測量》的實用性創(chuàng)新教學(xué)改革探索

萬怡男 單瑞霞

(煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院機(jī)電系 山東煙臺 264005)

《互換性與技術(shù)測量》是機(jī)械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。它主要研究機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)及使用過程中的尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度等的確定以及制造過程中如何控制其適度的偏差。本課程涉及科目廣，綜合應(yīng)用很強(qiáng)，是機(jī)械設(shè)計和制造的核心技術(shù)之一，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)。

機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計思想和意圖要靠工程圖紙體現(xiàn)，但是圖紙只是繪制了產(chǎn)品的理論結(jié)構(gòu)及組成，而產(chǎn)品要滿足實際使用要求的另外核心問題：尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度和配合的類型等只能靠本課程所學(xué)習(xí)的內(nèi)容來解決。

《互換性與技術(shù)測量》這門課程的最大特點是：概念多、術(shù)語多、規(guī)定多，非?？菰镫y以記住。學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣，只是為了應(yīng)付考試。在實際設(shè)計過程中，對一些設(shè)計及工藝參數(shù)不會用、不會選。這種現(xiàn)象就像瓶頸一樣嚴(yán)重制約了學(xué)生的后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)效果，限制了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的能力。

最近幾年，很多學(xué)校也都在進(jìn)行相關(guān)課程的改革，但是效果并不太理想。為了打造和建設(shè)國家及學(xué)院要求的金課，實現(xiàn)實用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合多年來我校的教學(xué)實踐經(jīng)驗，《互換性與技術(shù)測量》課程組對這門課從教學(xué)內(nèi)容到教學(xué)方法等進(jìn)行了全面改革。改革的核心內(nèi)容概括為：“采用線上線下混合教學(xué)加新型實驗輔助的教學(xué)方法”。所有教改措施都是圍繞“實用性、創(chuàng)新性”這一核心主題。主要包括三部分內(nèi)容：

（1）教學(xué)內(nèi)容的重新設(shè)置：使所學(xué)內(nèi)容更具有實用性、更有利于各專業(yè)課的聯(lián)系。

（2）教學(xué)方法的改革：實行線上、線下相結(jié)合的混合教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的知識求解能力、創(chuàng)新能力和超前思維能力。

（3）實驗內(nèi)容和實驗方法的改革：重新建設(shè)和規(guī)劃實驗室，新的實驗室除了能夠完成基本實驗項目外，還要能滿足設(shè)計新的實驗項目的要求。

具體教學(xué)改革措施如下。

1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

本課程的教材一般是前面部分章節(jié)講述尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度等基本知識，后面部分章節(jié)講述軸、軸承、螺紋、鍵、齒輪等的典型零件的公差及檢測。前后內(nèi)容跳躍性太大，不系統(tǒng)。我們的教改方案是將尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度作為本課程的重點，為機(jī)械設(shè)計精度打下基礎(chǔ)，典型零件的公差與檢測作為實例進(jìn)行全課程的貫穿，讓學(xué)生把所學(xué)知識即時地應(yīng)用到實際設(shè)計中，以達(dá)到活學(xué)活用、即學(xué)即用，靈活掌握的目的。

在整個教學(xué)過程中以“通用減速器”為主要案例，將減速器的各個零件的各類精度設(shè)計及檢測貫穿整個教學(xué)過程，改變以往課程教學(xué)過程中案例零碎、不連貫、不系統(tǒng)、學(xué)生難以掌握的狀況，使學(xué)生在完成本門課的學(xué)習(xí)后，能合理地完成從零件圖到裝配圖的精度設(shè)計。

在教學(xué)過程中我們以減速器的軸類零件和箱體零件的尺寸精度設(shè)計作為孔、軸尺寸公差與配合設(shè)計案例，以減速器的傳動軸與箱體及端蓋的幾何精度設(shè)計作為零件幾何公差與表面粗糙度案例，以減速器內(nèi)各種齒輪、鍵、軸承、螺紋等的尺寸和精度的選擇作為典型零件的設(shè)計使用要求的案例。

具體操作：以減速器傳動軸的設(shè)計過程為例。要求學(xué)生根據(jù)軸上零件（滾動軸承、齒輪等）對軸的精度要求，確定軸的各部位尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度。對教學(xué)內(nèi)容有序安排如下：

（1）在確定軸的尺寸精度時，主要讓學(xué)生理解軸的直徑的極限偏差，應(yīng)根據(jù)軸上零件與軸頸相配合的關(guān)系確定；

①裝滾動軸承部位，如何按滾動軸承公差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；

②裝齒輪部位,如何按齒輪公差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；

③裝聯(lián)軸器的部位,如何按鍵聯(lián)結(jié)公差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

（2）在確定軸的幾何精度時，讓學(xué)生理解包容要求如何確定；軸徑的圓柱度公差、圓跳動公差的標(biāo)注原理，鍵的對稱中心面的平行度公差標(biāo)注的原理。

①軸頸的徑向結(jié)合面應(yīng)采用包容要求是為了保證軸的配合性質(zhì)。

②與滾動軸承配合的軸頸應(yīng)標(biāo)注圓柱度公差是因為軸承套圈是薄壁零件，容易變形，如果軸頸的形位誤差不合理很容易引起滾道變形,導(dǎo)致軸承工作時產(chǎn)生較大振動和噪音，所以應(yīng)對軸頸規(guī)定比包容要求更嚴(yán)格的圓柱度公差。

③有定位要求的軸頸或軸肩應(yīng)標(biāo)注圓跳動公差，這是因為軸徑是軸承、齒輪的徑向定位面，軸肩是軸承、齒輪的軸向定位面，為避免裝配后軸承、齒輪歪斜影響旋轉(zhuǎn)精度，對軸徑或軸肩應(yīng)規(guī)定軸向圓跳動公差。

④鍵的對稱中心面應(yīng)標(biāo)注平行度公差是為了保證鍵寬與鍵槽寬之間具有足夠的接觸面積和可裝配性，工作負(fù)荷均勻，對中性好。

（3）表面粗糙度參數(shù)確定主要是根據(jù)滾動軸承配合、鍵槽配合等不同部位的配合要求不同而取值不同。

①滾動軸承配合面表面粗糙度參數(shù)值。

②鍵槽配合表面的粗糙度參數(shù)值：配合表面的粗糙度Ra值取1.6～6.3um；非配合表面的粗糙度Ra值取6.3～12.5um。

③與密封件接觸的表面粗糙度參數(shù)值Ra的上限值一般取為0.8～1.6μm。常用Ra的上限值取為1.6μm。

通過這一系列的訓(xùn)練過程，學(xué)生不但掌握了基礎(chǔ)理論還學(xué)會了在設(shè)計中的靈活運用技巧。

2 教學(xué)方法的改革

靈活利用現(xiàn)代信息化教學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方式融合，實行線上、線下相結(jié)合的混合教學(xué)方法?？梢苑譃槿阶摺?/p>

（1）課前預(yù)習(xí)：設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，并利用solidwork軟件制作動畫、優(yōu)秀教師錄課并選擇網(wǎng)站上優(yōu)秀視頻指導(dǎo)學(xué)生完成預(yù)習(xí)目標(biāo)。

（2）課中：因材施教采用啟發(fā)式、互動式、翻轉(zhuǎn)式及云班課等多種教學(xué)方法，提高學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和高階思維。

（3）課后作業(yè)：利用教學(xué)平臺布置基礎(chǔ)型作業(yè)和實際應(yīng)用型作業(yè)。實際應(yīng)用型作業(yè)主要是常用機(jī)械零部件的設(shè)計。例如讓學(xué)生設(shè)計與給定滾動軸的相配合的外殼孔、軸的精度并進(jìn)行標(biāo)注；常用鍵聯(lián)結(jié)的精度設(shè)計及標(biāo)注；齒輪精度設(shè)計及標(biāo)注等多種形式的練習(xí)。使學(xué)生通過作業(yè)掌握基礎(chǔ)知識進(jìn)而提升應(yīng)用能力，并具有一定的探究性和個性化，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

3 實驗內(nèi)容和實驗方法的教學(xué)改革

良好的教學(xué)效果離不開實驗的輔助。傳統(tǒng)的實驗只是完成演示，對學(xué)生知識的掌握幫助較小。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置的需要，增添設(shè)備，重新規(guī)劃實驗室的建設(shè)，建成“創(chuàng)新型”實驗室。新建實驗室包括虛擬仿真實驗室和實體實驗室。虛擬實驗室通過與相關(guān)公司合作采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)而成。虛擬現(xiàn)實是最近幾年才出現(xiàn)的新科技，簡單說就是通過電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，使操作者產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺等器官的反應(yīng)，如同身在操作現(xiàn)場一樣，可以身臨其境觀察三度空間內(nèi)的事物。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械設(shè)計與制造、教學(xué)等諸多領(lǐng)域。對于當(dāng)今社會的教學(xué)方式，不能單純地依靠教師講授的形式。三維技術(shù)應(yīng)用可以使學(xué)習(xí)更形象生動，學(xué)生更容易理解和掌握。復(fù)雜的實驗先通過三維課件演示再進(jìn)行實際的操作,例如，“通用減速器”的拆裝及測量實驗，首先通過三維課件給學(xué)生展示減速器的結(jié)構(gòu)及作用，然后展示手動拆卸和裝配的過程：從箱座到主動軸的結(jié)合、從動軸的結(jié)合到軸套、箱蓋、軸承端蓋等到端蓋螺釘?shù)冗M(jìn)行詳細(xì)的三維展示。在這個過程中進(jìn)一步展示各類零件的尺寸精度、形狀和位置精度及表面粗糙度的要求及作用，以及它們對減速器質(zhì)量的影響。最后是學(xué)生實際拆裝操作及進(jìn)行齒輪、軸、軸承的各參數(shù)測量。這樣的實驗過程使學(xué)生對相關(guān)參數(shù)的設(shè)計理解更加透徹。新實驗室還可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求設(shè)計相關(guān)實驗內(nèi)容。例如，教師提供軸、齒輪、箱體、軸承端蓋的零件圖及實際工件讓學(xué)生根據(jù)實驗室已有的實驗儀器，檢測軸、齒輪是否合格等。

通過實驗幫助提高課程實施的多樣性和有效性，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在實驗中學(xué)、探究中學(xué)。有利于增強(qiáng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識，為學(xué)生提供更豐富、便捷的學(xué)習(xí)方式。整個課程結(jié)束后，學(xué)生也可以根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容完成課程設(shè)計并設(shè)計相關(guān)的實驗內(nèi)容和過程。

當(dāng)代的大學(xué)生和以往的學(xué)生相比有更開放的思維，有更多的知識通道，傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難適應(yīng)學(xué)生的需求。當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展對人才培養(yǎng)也提出了不同層次的要求，除了為學(xué)生打下雄厚的理論知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)研究型人才外，社會還需要大量的實用性、創(chuàng)新性人才。通過這一系列的教學(xué)改革措施，使得我校在培養(yǎng)實用性、創(chuàng)新性人才方面，取得了很好的效果，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗。在今后的教學(xué)過程中，會努力探索更好的教學(xué)模式，把《互換性與技術(shù)測量》打造成新工科專業(yè)的一門耀眼的金課。