前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的機械設計基礎中軸承部分教學內容，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：軸承是《機械設計基礎》的重要教學環節，分為滑動軸承和滾動軸承兩部分，現有教學內容呈現方式容易使學生將兩種軸承形成對立而忽略了二者的內在聯系。通過分析兩種軸承(滑動軸承、滾動軸承)在高速精密壓力機傳動系統中的應用變遷，表明不同形式軸承與不同的技術水平相對應，而且呈現上升的發展規律；分析了徑向滑動軸承和圓柱滾子軸承的結構統一性；通過分析兩種軸承的兩種應用案列，表明兩種軸承可以實現統一(組合使用及混合使用)；結合Triz理論中的最終理想解、次理想解、系統裁剪理論進一步對軸承部分教學內容進行分析，有利于學生創新能力的培養。上述教學內容的增加有助于“新工科”背景下學生能力的提升。
關鍵詞：軸承；發展性；統一性；創新
隨著“新工科”改革倡議的提出，使得教學應當促成學生個人效能、知識能力、學習能力、技術能力和社會能力的培養，并讓學生達成人文、科學與技術基礎知識，智力與實踐技能基礎，職業能力，倫理、價值、態度與行為，社區與全球意識，綜合與應用學習等6項本質性學習成果。這就要求我們在教學時，不但要傳授具體工科知識，還需要適當結合文科等其他方面知識(哲學、創新理論等)，使得學生能力得以全面提升?！稒C械設計基礎》是我院面向非機械專業開設的專業基礎課。軸承，顧名思義“軸之承載”，其作用是為各種軸提供支撐作用，是一種重要的工業零部件，是該課程的重要教學內容。一般按照滑動軸承和滾動軸承分開講授，其重點在于滑動軸承的類型和特點、非液體摩擦滑動軸承的設計計算、滾動軸承的類型特點及代號含義、滾動軸承的選擇計算等。工科教學應當結合大量的工程實例進行講解，以提高學生用用科學知識解決工程實際的能力，現有的教學內容中雖然安排了部分工程實例，但是相對零散，缺乏一定的系統性。教學內容在形式上是獨立的兩部分，容易使學生將兩種形式的軸承對立起來，在工程實踐上，兩種形式的軸承存在發展性和統一性。此外，在教授給學生知識的同時，還應當注重創新能力的培養,對于本部分的內容分，也可以從Triz視角進行解讀。
一發展性
高速精密壓力機是一種特殊的機械壓力機，其技術含量很高。國內高速精密壓力機經歷了30余年的發展歷程，在不同時期的傳動系統結構上采用了不同的軸承形式。上世紀90年代末期國內某型高速精密壓力機主軸在安裝有滑動軸承的上橫梁內旋轉，通過連桿（滑動軸承結構）將動力輸出至滑塊，實現沖壓。傳動系統內的滑動軸承設計按非液體摩擦考慮，計算時核算[p]和[pv]值，由于當時的模具水平較低，因此能夠實現200次/min以內的高速精密沖壓。進入2000年以后，隨著微電機市場需求的擴大以及模具技術的提升，高速精密壓力機需要進一步提速到300次/min左右。原有機型[pv]值超過許用值、上橫梁孔系加工精度不足、滑動軸承采用合鏜工藝而粗糙度過高、滑動軸承材料性能偏低、潤滑系統油量（遞進式潤滑系統，壓力達6.3MPa，流量僅1L/min）不足等也進一步限制了速度的提升，造成滑動軸承部位異常磨損，甚至“燒傷”。為了實現該型高速精密壓力機的提速需求，將主軸上的軸承改為滾動軸承成為了發展的必然。將滑動軸承改為滾動軸承首先要解決的是承載能力問題，需要考慮的是承載能力、轉速、使用壽命和熱膨脹因素。目前，國內大部分高速精密壓力機制造企業均采用圖2或與之類似的方案。采用滾動軸承后，由于其較高的制造精度，減少了摩擦熱量，通過合理選擇滾動軸承形式，可以適應上橫梁孔系的加工誤差，從而為提速創造了條件。2008年后，國內高速精密壓力機已經可以滿足大部分的客戶需求。但是對于部分高端用戶不僅需要更高速度（對于進口先進模具可以實現400次/min的沖壓速度），還需要更高剛性和可靠性。滾動軸承在受力過程中為點或線接觸，剛性顯著低于滑動軸承，而且滾動體受力時的位置不同也對剛度造成影響。高速精密壓力機的運轉速度的進一步提升為滑動軸承從非液體摩擦向液體摩擦創造了條件，從而實現運轉過程中非接觸，無磨損。但對于滾動軸承而言，則存在著內部元件失效產生的壽命問題。因此，一部分“先富起來”的用戶在產品升級時將目光投向了國外進口產品。其典型特征是采用滑動軸承作為支撐和受力元件，輔以大流量潤滑泵站系統（壓力一般在1.5MPa左右，流量達每分鐘幾十甚至上百升）。從高速精密壓力機傳動系統中的軸承經歷了從滑動軸承到滾動軸承再到滾動軸承的發展趨勢，類似哲學中提到的否定之否定定律，每一次的否定都是進步，都滿足了當時的市場需求，代表了事物螺旋式上升的發展趨勢。
二統一性
滾動軸承是一種標準化的工業產品，外徑尺寸大，承載力略低；滑動軸承很少以標準化產品的形式出現，外徑尺寸小。二者能否進行統一呢？對于圓柱滾子軸承，其滾子長徑比進一步加大，則是滾針軸承?？梢杂脴O限的思維進一步考慮，當長徑比無限增大（不考慮工藝性），滾針與套圈接觸的線將逐漸加密，接近面，實現與徑向滑動軸承的統一；對于有法蘭邊的徑向滑動軸承，其法蘭邊的作用主要是限位，NJ型圓柱滾子軸承也可以實現類似的功能，因此，二者存在功能上的統一。某型開式高速精密壓力機的曲軸傳動部件，在左右兩側的曲軸支撐部位采用了滾動軸承（NJ型圓柱滾子軸承）+滑動軸承的組合形式。其設計理念在于當沖壓瞬間，滑動軸承承受主要的負荷，非沖壓時則由滾動軸承帶動，實現了將兩種軸承優勢的發揮。在設計時需要考慮滾動軸承游隙與滑動軸承間隙的匹配以及裝拆工藝性。這種結構應當屬于從滑動軸承向滾動軸承過渡的中間階段?！稒C械設計基礎》課程設計內容一般為一級或二級齒輪減速器，軸與箱體的連接均采用滾動軸承。容易使學生對減速器形成思維定勢。某型快速壓力機上橫梁傳動部件本質上為一減速器，其作用是降低速度滿足沖壓需求，同時提供一定的扭矩輸出。其高速部分采用的為滾動軸承，低速重載部分則采用的是滑動軸承。如果低速部分也使用滾動軸承，將會造成裝配困難、徑向尺寸加大以及經濟性差。
三創新性
Triz是創新方法解決理論的俄文英文音譯（TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch）縮寫，用于指導工程實踐中疑難問題的解決，是一種打破傳統思維定勢的科學方法。通過軸承部分的學習，可以嘗試讓學生對其進行總結，很容易得出軸承的功能是形成低副（移動副和轉動副），從而使學生將本章內容與前述章節相聯系。借助于最終理想解IFR從結構層面對軸承進行分析，對于軸承這一系統而言，最理想的結果是實現軸承的功能，而不存在軸承這一系統。那么，如何進行實現呢？可以讓低副的兩個相對運動構件之間自動形成，這就要求在設計時候注重兩構件之間合理的硬度差，保證其耐磨性能。但是對于高速重載，則未必能實現，需要退一步，也就是次理想解。如何實現呢？可以引導學生向在運動副之間增加場的角度考慮，場的形式可以是氣體場、液體場、電磁場等。從而使學生將所學到的基礎知識和新的科技應用相結合。通過系統裁剪方法對滾動軸承進行分析，構成滾動軸承的套圈、滾動體和保持架都可以進行適當裁剪。當去掉保持架時，滾動軸承則可以轉化成滿裝形式或ADB軸承（AutonomousDecentralizedBearing自主分散軸承，通過外圈滾道特殊設計，實現滾動體運轉時的自動分布）；當去掉套圈時，可以將套圈的功能轉移到箱體或軸上，需要該部位進行特殊處理；當將滾動體去除后，則直接轉化成滑動軸承。此外，還可以借助于系統進化法則，對滾動軸承這一成熟系統進行進一步的分析，可以套用向超系統進化、向微觀系統進化等法則進行引導學生思考，在此不再贅述。還可以給出一些軸承發熱的案列，引導學生運用創新方法進行解決。
四結論
通過介紹高速精密壓力機傳動系統中軸承由滑動軸承到滾動軸承再到滑動軸承的變化，表明軸承在具體的應用中存在發展性，通過徑向滑動軸承和圓柱滾子軸承的結構分析以及兩個應用實例，表明滾動軸承和滑動軸承可以實現統一性，組合使用可以發揮各自優勢。此外，結合Triz中的部分理論對軸承進行了進一步解讀，能夠提高學生的創新意識。
參考文獻
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作者:鹿新建 李鋼 單位:南京工程學院機械工程學院
