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一、鏈傳動設計部分內容的教學邏輯構建

鏈傳動這部分的教學目標應該是：學生掌握鏈傳動的優缺點、應用范圍、常見類型、套筒滾子鏈和套筒鏈的結構構成；掌握鏈傳動速度不均勻性產生的原因、傳動比計算方法、動載荷產生的原因；掌握鏈傳動工作拉力、離心拉力、垂度拉力及軸上載荷的計算方法；掌握鏈傳動主要參數的確定方法、參數大小對性能的影響過程；掌握鏈傳動的設計過程和步驟；弄清鏈輪的結構特點、鏈傳動的空間布置方法、潤滑方法、張緊方法；了解齒形鏈的設計方法。根據上述教學目標，筆者構建了鏈傳動設計部分的教學邏輯：1．講解鏈傳動的優缺點。應明確鏈傳動的優缺點是通過與皮帶傳動和齒輪傳動相比較而得出的，鏈傳動是典型的介于皮帶傳動和齒輪傳動之間的一種傳動形式；2．講解鏈傳動的結構構成特點。鏈的類型有三種，即傳動鏈、起重鏈、曳引鏈三種。最常用的是傳動鏈，傳動鏈主要用來傳遞動力，傳動鏈又可分為套筒鏈、套筒滾子鏈（簡稱滾子鏈）、齒形鏈和成型鏈。滾子鏈是最為常用的一種傳動鏈，講解其結構時要結合結構示意圖進行講解，并說明每一部分的功能；3．講解鏈輪的結構。這里要分成滾子鏈鏈輪和齒形鏈鏈輪兩種鏈輪來講解。要結合鏈輪的結構圖，說明滾子鏈輪的齒形為什么是“三圓弧一直線”結構，齒形鏈鏈輪為什么要做成直邊的齒形，說清楚鏈輪的幾個主要結構參數，以及如何計算這些幾何參數，說清楚鏈和鏈輪的常用材料是什么；4．講解鏈傳動的運動特性。這部分要通過示意圖和公式推導，證明鏈傳動時為何會產生速度的變化、為何會產生加速度、為何會產生沖擊載荷，以及這些參數的計算表達，進而揭示鏈傳動規律性變化的運動特性本質；5．講解鏈傳動的受力分析。受力分析要結合前面的運動分析及前面的皮帶傳動的有關公式推導過程進行講解，結合示意圖，說清楚工作拉力、離心拉力、垂度拉力的產生原因及公式計算方法；6．講解傳動鏈的傳動失效形式。這部分要結合鏈傳動的過程中，各元件的運動方式、受力分析進行講解，指出影響每一種失效形式的因素有哪些及如何影響；7．講解功率曲線及鏈傳動選型方法。這部分要結合鏈傳動的失效形式進行講解，說明功率曲線的由來，如何根據功率曲線進行實際選型，以及如何進行鏈傳動的靜強度計算；8．講解鏈傳動設計步驟。設計步驟其實就是最為重要的設計思想，是實際設計過程需要遵守的設計流程。這部分的講解可以結合一個設計題目進行講解，通過設計過程，讓學生弄懂鏈傳動的設計步驟。這部分的教學還要告訴學生如何選擇諸如鏈輪齒數、傳動比、鏈節距、中心距、鏈節數等參數，說明這些參數的數值過大或過小會產生什么樣的性能影響；9．講解鏈傳動的布置和張緊。這部分要說明為什么鏈傳動與帶傳動的布置方法會有所區別，講清楚鏈傳動的張緊意義與皮帶傳動的區別，講解張緊方法及注意事項。按照上述的教學邏輯，教師將可以實現知識點上的教學連續性和相互關聯性，便于實施層層遞進的教學過程，方便學生的學習和掌握。

二、鏈傳動設計部分幾個重點內容的教學方法

鏈傳動的教學內容雖然很多，但關鍵是要抓住最為關鍵的幾部分，其他部分難度不大，可望迎刃而解。鏈傳動這部分的教學難點和重點包括：鏈傳動的運動特性、鏈傳動的受力及失效形式、鏈傳動的結構與參數選擇。為了提高上述幾個難點部分的教學效果，筆者采用了以下的教學方法。

（一）結合示意圖和公式推導深入分析鏈傳動的運動特性講解過程中先結合鏈傳動的動畫，讓學生看清楚，鏈傳動是如何工作的。在此基礎上，結合圖2進行講解。從圖2可以看出，當鏈繞在鏈輪上時，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。因此鏈傳動的運動情況和繞在多邊形輪子上的帶傳動很相似，邊長相當于鏈節距p，邊數相當于鏈輪齒數z。輪子每轉一周，帶子轉過的長度應為np，當兩鏈輪轉速分別為n2和n3時，存在關系式。

（二）結合公式推導講解鏈傳動的受力及失效形式講解鏈傳動的受力分析時，應結合皮帶傳動的受力分析講解。首先要說明鏈傳動與皮帶傳動的不同在于，鏈傳動是一種嚙合傳動，它不是靠摩擦力實現動力傳遞的。因此，它的工作拉力可以直接應用功率P（kW）和鏈速ν（m／s）進行計算。計算公式為。和皮帶傳動一樣，鏈傳動也存在離心拉力，計算方法與皮帶傳動的離心拉力完全一樣，離心拉力Fc的大小取決于每米鏈長的質量q和鏈速ν，可以用下面的方程進行計算。和皮帶傳動不同的是，鏈傳動由于不需要很大的張緊力，所以松邊一般會有比較大的垂度，加之鏈的質量較大，會產生垂度拉力Ff。這一定要結合圖3進行講解。可以看出，這個力學模型是一個高度簡化的處理方法，將鉸接的鏈節看作一個剛體，從中間對稱斷開，而將鏈與鏈輪嚙合處看作是自由鉸接點，采用力矩平衡的方法建立力學平衡關系，并推導出垂度拉力的計算公式。該力學平衡關系。

（三）深入分析鏈傳動的參數選擇及確定方法這部分的講解要結合鏈傳動的設計步驟進行。一般來說，設計滾子鏈時的原始數據為：傳動的功率、小鏈輪和大鏈輪的轉速（或傳動比）、原動機種類、載荷性質及傳動用途等。設計步驟可以歸納為：選擇鏈輪齒數z1、z2，確定傳動比i，確定鏈傳動的型號，確定鏈節距，確定中心距和鏈長，鏈速和鏈輪的極限轉速，計算鏈傳動作用在軸上的力FQ等7個環節。這些環節說到底就是確定有關參數。在講解選擇大小鏈輪齒數時，關鍵是小鏈輪齒數的選擇，大鏈輪齒數根據傳動比自然就同時產生了。要說清楚小鏈輪齒數對鏈傳動的平穩性和使用壽命有較大的影響，鏈輪齒數不宜過多或過少。過少時：1．增加傳動的不均勻性和動載荷；2．增加鏈節間的相對轉角，從而增大功率消耗；3．增加鉸鏈承壓面間的壓強（因齒數少時，鏈輪直徑小，鏈的工作拉力將增加），從而加速鉸鏈磨損等；4．增加鏈傳動的圓周力，從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。可以看出，若Δp不變（磨損量一定），則鏈輪齒數愈多，分度圓直徑的增量Δd就愈大，所以鏈節愈向外移，鏈從鏈輪上脫落下來的可能性也就愈大，鏈的使用期限也就愈短。因此，鏈輪最多齒數限制。在講解傳動比的確定方法時，說明鏈傳動的傳動比一般i≤8，推薦i＝2～3．5，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10（個別情況可到15）。要說清楚傳動比過大和過小會產生什么樣的問題。比如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現跳齒，破壞正常嚙合，但傳動比過小則會使得傳動的變速效果降低。設計時如何最終確定合適的傳動比，一定要綜合考慮。鏈傳動的型號確定很簡單，就是根據額定功率和小鏈輪的轉速－功率曲線即可確定。但在確定過程中，教師一定要告訴學生，確定的型號并不是唯一的，可以根據自己面對的實際設計要求進行一定的調整。比如說，如果動載荷不是一個關鍵的問題，希望鏈傳動的鏈條數少一些，可以選擇上一級大型號的鏈傳動；如果希望鏈的動載荷小一些，可以選擇低一級的鏈傳動型號。當然，這時可能需要采用多排鏈傳動。從而讓學生掌握如何靈活地在應用中選擇鏈傳動型號。鏈節距是鏈傳動十分重要的參數。在講解過程中，教師要告訴學生，鏈節距越大，鏈和鏈輪齒各部分尺寸也愈大，鏈的拉曳能力也越大，但傳動的速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加，并講清楚為什么會有上述因果關系。要告訴學生，在設計時，在承載能力足夠條件下，應選取較小節距的單排鏈，高速重載時，可選用小節距的多排鏈。一般，載荷大、中心距小、傳動比大時，選小節距多排鏈；速度不太高、中心距大、傳動比小時選大節距單排鏈。中心距的選擇同樣也是一個權衡的過程，因為當鏈速不變，中心距小、鏈節數少的傳動，在單位時間內同一鏈節的屈伸次數勢必增多，因此會加速鏈的磨損。中心距大、鏈較長，則彈性較好，抗震能力較高，又因磨損較慢，所以鏈的使用壽命較長。但中心距如果太大，又會發生松邊上下顫動的現象，使傳動運行不平穩。因此，實際設計時，推薦的最適宜的中心距a＝（30～50）p。但要告訴學生，這樣的確定方法只是一種近似的方法，關鍵是實際工作中要不斷摸索。比如可以采用類比法、實驗法等以經驗為驅動的方法，通過實踐逐漸掌握最佳的中心距確定方法。鏈速的確定要結合前面關于鏈傳動的動載荷現象進行講解，因為鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m／s。如果鏈和鏈輪的制造質量很高，鏈節距較小，鏈輪齒數較多，安裝精度很高，以及采用合金鋼制造的鏈，則鏈速也允許超過20m／s～30m／s。每一種型號的鏈都存在一個最佳轉速和極限轉速，可以通過有關手冊查到，告訴學生盡可能在最佳速度下設計，但不是絕對的。鏈輪軸上的受力FQ計算只要應用公式就可以算出來。但要告訴學生，為了減少鏈傳動過程中鏈輪軸上的力，應該盡量減少鏈的松邊垂度，并介紹減少垂度的有關方法。在上述有關設計步驟和參數確定方法講完后，教師要結合一個鏈傳動的設計例題進行強化，讓學生真正掌握設計過程及每一步應該解決的問題。

三、結束語

本文以鏈傳動的教學方法為對象，從鏈傳動部分內容的教學邏輯構建、結合示意圖和公式推導深入分析鏈傳動的運動特性、結合公式推導講解鏈傳動的受力及失效形式、深入分析鏈傳動的參數選擇及確定方法等幾個方面，系統分析了鏈傳動的教學方法，指出教學過程應該注意的事項。但教學過程中還要就鏈傳動的一些其他內容進行認真思考。比如教授套筒鏈和套筒滾子鏈的結構時，應說清楚套筒滾子鏈與套筒鏈的結構區別，為什么套筒滾子鏈的效率會更高？應說清楚為什么鏈傳動中的鏈節數一般要取偶數，鏈節數為奇數時為什么要采用過渡鏈節，過渡鏈節會帶來什么問題？為何在全部使用過渡鏈節時可以起到很好的緩沖作用？為什么鏈板要做成“8”字形，意義是什么？多排鏈的排數為何要進行限制？這些都是設計思想，需要強化。再比如齒形鏈傳動更適合高速傳動，其內在的結構原因是什么？為什么齒形鏈在工作過程中的聲音會很小？這些也要從結構原理上進行講解……可以看出，雖然鏈傳動的結構并不復雜，其應用也非常普遍和常見，但鏈傳動這一部分的教學無論在原理分析、結構參數的確定及設計計算過程的細節問題上，都需要我們在教學過程中認真對待，探索更為有效的教學方法。

作者：安琦單位：華東理工大學機械與動力工程學院