浅析飞机系统机械类附件教学方法

嵇　宁

(西安航空学院 飞行器学院，陕西 西安 710077)



浅析飞机系统机械类附件教学方法

嵇宁

(西安航空学院 飞行器学院，陕西 西安 710077)

针对飞机系统机械类附件在教学中的难点进行分析，指出了学生难理解的原因。有针对性地提出了分解讲解的教学思路：零件结构开始，逐步添加零件，直到组件结构，最后讲解附件工作原理。实践教学效果良好，为机械机构类附件的教学提供了一个比较可行的方法。

附件；机构；零件结构；分解；教学方法

课程是高校人才培养过程中最具基础性的要素[1]，在课程教学中培养学生的工程设计能力，及机械认知能力，是飞机系统机械类课程教学研究中的重要课题[2]。

飞机的构造非常复杂，其中工作系统众多，有液压系统、操纵系统、燃油系统、环控系统等等。每个系统都是由许多的附件组成，这些附件大部分是机械机构类，即通过机械零组件的动作实现其功能。学生学习这些系统附件的目的，是为了掌握各个系统的功用、组成和工作原理，进而能够掌握机械类附件的结构，提高对机械机构的认知能力，增强专业素质。

本文将着重分析机械类附件在教学过程中遇见的一些问题，并提出相应的解决办法。

1　问题

飞机系统附件基本都是由多个零件组成的机械机构，通常采用的教学方法是课堂教学，通过课堂上播放幻灯片，展示结构图，进行讲解。这些附件的图都是装配图，二维图。学生主要是通过装配图来了解附件的结构和工作原理。

目前教学中存在的问题是，学生理解这些机构有困难。当比较复杂的装配图以幻灯片形式在屏幕上展示时，学生看不明白，对附件结构里的零件组成和相互关系理解困难，尤其是对零件的结构、零件之间的空间关系，缺乏想象力。对于零件之间的动作过程和工作原理联想困难，想象不出其工作过程。具体表现为：

1.1读装配图困难

当一个装配图展示在眼前时，面对多个零件组成的装配图剖面，在众多的有点眼花缭乱的剖面线里，要找出独立于其它零件的零件，搞清零件形状结构，需要对装配图有较强的理解力和空间想象力。而学生的这种想象力是比较缺乏的，主要是相关能够锻炼读图能力的课程太少，工程实践的训练也不够。所以，学生难以从装配图中分离出单个零件。

1.2理解工作原理困难

这些机械类附件的工作原理，主要是零件的动作过程，以及各个零件的相互作用。比如，轴与孔的配合和运动、弹簧的伸缩、零件移动中的受力等等。在复杂的装配机构中，要理解这些机构运动，都需要想象力，需要对机构有很强的认知能力，也需要工程实践经验。这些学生都是比较缺乏的。

如何解决上述问题？既然复杂的装配结构不能理解，就从学生能够理解的结构讲起。所以，本文建议采取分解讲解的方法。先将零件从装配图中分解，再进行分步装配，最后，完整讲解装配关系，进而讲解工作原理。也就是从简单的零件个体入手，先理解简单的结构，再进行两个零件之间的组装，三个零件之间的组装，使学生逐渐理解零件之间的装配关系。对工作原理也是分别讲解单个或少量零件之间的工作，并逐渐增加零件促其理解较多零件之间的工作过程，最后理解完整机构的工作过程。这样，由简到繁，由易到难，使学生能够比较容易理解结构与工作原理。

以“飞机结构与系统”课程中起落架液压收放作动筒的卡环锁为例，分析学生学习中的困难和解决问题的办法。

卡环锁结构示意图如图1所示。

图1　液压作动筒卡环锁的工作示意图

2　分析

该主起落架液压收放作动筒的功用，是利用油压的力量，驱动活塞杆伸出和缩回，从而收上主起落架和放下主起落架。当主起落架放下时，如图2a所示，作动筒撑住主起落架的减震支柱。

a)作动筒安装位置

b) 作动筒受外力作用

卡环锁功用是当作动筒活塞杆伸出时，外力要使活塞杆缩回，如图2b所示。卡环锁将其锁在伸出位置，外力不能使其缩回。从而使作动筒相当一个撑杆一样，撑住主起落架，保证起落架被锁在放下位置。在需要收起落架时，用油液可以打开卡环锁，使活塞杆缩回，将起落架收上。

卡环锁在作动筒里，由五个主要零件组成：卡环、锥形活塞、活塞杆、作动筒的外筒，还有弹簧。这几个零件的巧妙组合，构成了卡环锁机构，如图3所示。

图3　关键零件装配关系图

要想搞懂这个机构，就要搞懂这几个零件。由图3我们可以了解。最好理解的是弹簧，这是个通用的结构，功用是提供弹簧力。

卡环是第一个难理解的零件，这是个关键零件。从图3中看，是个圆环。顾名思义，卡环是卡住的圆环。卡住什么，怎样卡？在机械结构中，这类零件都是要变形的。因此这个圆环应该有缺口。但图中看不见卡环的缺口。卡环在工作中，要压缩膨胀。要理解它需要相当的工程经验，缺乏一定的工程基础是比较难想象出卡环的结构，这是第一个难点。

第二个难理解的零件是锥形活塞。这个零件叫活塞，但是与活塞杆不连在一起，是分开的。与普通的活塞结构不一样，锥形活塞与活塞杆不是固定连接，是滑动连接。另外，它的锥形不突出，与卡环相接触的地方为锥形。与外筒内表面配合，有密封圈，与活塞杆配合，也有密封圈。而且都有相对移动。这是第二个难点。

第三个难理解的零件是活塞杆。活塞杆比较细长，内部是空心的，是个套筒类结构。为了提高强度，内部被固定杆支撑着。它与锥形活塞是不连接的，是滑动配合。与弹簧的关系为弹簧装在其左端环槽内，使活塞杆与锥形活塞之间有弹簧力作用。与卡环的关系为活塞杆上有圆环凸台，与卡环相互作用，上锁就是卡环挡圆环凸台，使得活塞杆不能移动，这也是一个结构的关键所在。这是第三个难点。

对于这样三个理解难点，学生的问题到底是什么呢？根据多年的教学实践，上课时学生的反应，下课后与学生的交流，学生提的问题，以及作业与考试等情况，发现主要是对零件结构的理解不到位，造成后面的工作原理等一系列理解困难的问题。

a)在外筒内　　　　　　　　　b)在上锁位置

具体表现为，对于卡环，看不懂图，看不懂结构。如图4所示，卡环在装配图中比较小，只有两个对称于轴线的剖视图，其它的线条都被挡住了，看不到卡环的开口地方。

因此学生出现的第一个问题是把卡环理解成两个零件，没有把这两个视图理解成一个零件的两个(对称)剖视图。学生出现的第二个问题，是不知道卡环是有缺口的。对卡环的名称不理解。第三个问题，是不理解卡环的变形情况，在收缩时结构与张开在锁槽里的结构，如图4-b所示。也就是说，对卡环怎么会在内筒里(图4-a)，又怎么会在锁槽里的这种变化，缺乏想象力。

对于锥形活塞(见图5)，从结构上也有理解难度。它有别于一般的活塞，有两个视图，较大，属回转体，有两个环形槽，放密封圈，挡住油液，形成左右腔。密封圈是非金属件，剖视图是网格线。学生出现问题是对网格线的零件理解有些难度，对形成左右两个腔，缺乏想象。在油液作用下，锥形活塞要相对内筒和活塞杆移动，在活塞杆缩回时锥形活塞的位置(图5-a)和伸出时的位置(图5-b)，并且还有作用力。学生对锥形活塞在油液作用下的移动过程，以及撑住卡环的位置关系理解困难。

对于活塞杆，即好理解，又不好理解。其主要结构是一个空心杆，这一点能够看懂。但是，左端的固定弹簧的环槽，以及关键结构——挡卡环的圆环凸台，这些学生觉得都是不太好理解的。如图6所示。

a)在左端位置

b)在右端位置

上述这些问题，构成了学生理解难的第一个方面，即零件结构理解困难。

第二个难以理解的方面是卡环锁的工作过程。工作过程分为上锁和开锁过程。上锁的过程有三个关键点，一是卡环张开弹入外筒锁槽的过程。二是锥形活塞插入卡环中，致使卡环不能收缩的过程。三是上锁后活塞杆缩不回来的过程。如图6-b所示。

在第一个关键点，学生对卡环张开的过程想象力比较欠缺。第二个关键点，学生较难理解卡环与锥形活塞的装配关系。第三个关键点，学生要具备综合想象力。能够想象出活塞杆如何被卡环挡住的，卡环又是如何不能缩小，锥形活塞发挥了什么作用。如图6-a所示。

开锁过程有两个关键点。一是油液的流动作用于锥形活塞的情况。二是锥形活塞移动出卡环，卡环收缩，退出锁槽的过程。油液从收上接头流入，作用在哪个零件上，怎么能够发挥什么作用。

第一个难点，要理解油液与活塞有作用力，这个作用力会使得锥形活塞向左移动，压缩弹簧，活塞杆此时不动，依然被卡环挡住，如图7-a所示。学生在想象油液流动产生作用力方面有困难，油液为何能够推动活塞移动想象不出。

a)锥形活塞向左移

b)卡环逐渐缩回

第二个难点是开锁的动作。当锥形活塞退出卡环时，卡环才在活塞杆圆环凸台的压迫下，由于外筒锥面作用，收缩直径，脱离锁槽，逐渐移入外筒内表面。如图7-b所示。这样，卡环不再阻挡活塞杆了，就开锁了。教学时，学生对卡环被锥面压迫收缩，不理解。主要因为缺乏工程经验，对机械机构的常规动作缺乏认知。

综上所述，在学习卡环锁这一机械机构中学生遇见的困难，概括起来就是三点，一对零件结构不理解；二对零件之间的装配关系不理解；三对零件组成机构的工作过程不理解。

3　解决方法

对于读图能力的问题，因学生课程有限，不能拿出大量的时间去锻炼识图能力，那么只能从课堂上解决。对于工程经验缺乏的问题，因学生进行工程训练的时间也很短，不足以积累相当的工程经验，只能通过分解结构，解决零件机构的理解问题。

因此，本文建议的办法是：将机构分解，先把每个零件单独拿来讲。学生对单个零件图的理解能力还是可以的。再结合起来讲解装配关系，使其能够由简到难地理解装配关系，最后再讲工作原理就比较简单了。

对卡环锁来说，先将卡环锁分解为卡环、锥形活塞、活塞杆和作动筒外筒等几个关键零件，分别理解零件结构。

首先，解决卡环问题，先画一个卡环的轴侧图，如图8-a所示。然后，再画卡环与锁槽和内筒的关系，卡环压缩在内筒里面的情形，张开在锁槽内的情形，如图8-b、8-c所示。这样画的原因是轴侧图属立体图，好理解，很容易建立形象。只画卡环与内筒装配图，零件少，剖视图比较简单，卡环与内筒的装配关系比较容易理解。

a)卡环

b)卡环压缩在内筒

c)卡环张开在锁槽

其次，锥形活塞。先单独画一个零件图，可用三维实体造型，如图9-a所示。三维造型，立体感强，非常好理解。再画与外筒配合关系，以及与密封圈的配合关系，如图9-b所示。这样，锥形活塞的结构与基本装配关系就清楚了。

第三，活塞杆。属于套筒结构，比较好理解，不用画立体图。只画出其与外筒和固定杆的装配图，分解出其与外筒的关系，在缩回(左端)的情况，如图10-a所示。在伸出(右端)的情况，如图10-b所示。这样，就比较好理解活塞杆的结构与基本装配关系了。另外，通过这个图，学生可以非常容易地看到活塞杆的运动情况。

以上教学可以帮助学生实现，一是零件结构理解了。通过图8、图9和图10，学生基本能够理解单个零件卡环、锥形活塞和活塞杆的结构，对内筒的结构也比较清楚了。

二是组件装配关系理解了。对这些由两个零件组成的组件，卡环与内筒，锥形活塞与内筒，活塞杆与内筒，简单的装配关系也都有了初步的了解。

接下来，再了解三个零件之间的装配关系。先了解卡环与活塞杆及外筒的关系，如图11所示。

a)锥形活塞实体图

b)锥形活塞与外筒、密封圈关系

a) 活塞杆在外筒内

b) 活塞杆在伸出位置

a)在锁槽位置—卡环张开

b)在外筒内表面位置—卡环收缩

画出卡环、活塞杆及内筒之间的关系，如图11所示。它展示了卡环与活塞杆在内筒右端(图11-a)和在内筒左端(图11-b)的关系。从这个图中，可以看到，没有锥形活塞，外力可以推动活塞杆缩回，活塞杆上的圆环凸台碰到卡环，卡环将被迫缩小，进入内筒。此时卡不住，阻挡不住活塞杆，因此上不了锁。卡环内圆里没有锥形活塞，所以上不了锁，以此理解锥形活塞的作用。

再了解锥形活塞、活塞杆与外筒的装配关系，弹簧与活塞杆关系，与锥形活塞的关系，如图12所示。不画卡环，画其它零件的关系。从图中，可以看到锥形活塞与活塞杆的关系，是在活塞杆上可以移动，有密封圈，挡住油液，使锥形活塞左右两面将作动筒分成左右两腔。弹簧对锥形活塞和活塞杆有弹簧力作用。

从图中明显可以看到，此时也上不了锁，因为没有卡环，活塞杆被外力推着缩回，没有东西挡住活塞杆的圆环凸台。所以，没有卡环，是不行的。以此理解卡环的作用。

最后，将这些零件装在一起，就是总的装配图。有以前的铺垫，再讲解活塞杆上锁，就能够比较好地理解。如图13所示。当油液使活塞杆伸出到右端时，卡环张开弹入锁槽，锥形活塞在弹簧力作用下，插入卡环内圆中，完成上锁过程。如图13-a所示。

再从图13-b中看到，当外力推活塞杆使其缩回时，卡环挡住活塞杆上的圆环凸台，卡环受力要收缩，锥形活塞插在卡环内表面使其不能收缩，卡环就不能移动，活塞杆圆环凸台被卡环挡住，这样，活塞杆就不能缩回。这就是上锁。实际上，理解这个图就是通过图12再加上卡环，就可理解此机构。

a)活塞杆在收缩位置

b)活塞杆在伸出位置

图12锥形活塞与活塞杆、外筒之间关系

a)关键件装配关系

b)局部放大

a)正在开锁

b)已经开锁

以此为基础，再理解开锁过程，如图14所示。油液进入后，先对锥形活塞作用，压迫其向左移，压缩弹簧。当锥形活塞移出卡环内圆面时，卡环在活塞杆圆环挤压下，沿外筒锥面逐渐收缩。如图14-a所示。当卡环外径收缩到与外筒内径一致时，自然滑入外筒内表面。然后，将不再阻挡活塞杆圆环凸台，活塞杆可以缩回，即开锁，如图14-b所示。此时，活塞杆在油液压力下，缩回。

到这里，我们先后通过图8、图9、图10的零件图，了解零件结构，再通过图11、图12的装配图，了解分部装配关系。通过图13了解总装配关系。最后通过图13、图14理解了上锁和开锁的工作原理。这样，我们就按照这种分解的方法，将卡环锁的零件结构、装配关系和工作原理就都讲清楚了，学生也就比较好理解了。

4　结语

从知识点的角度看，知识点不是孤立存在的,它们之间相互依赖,表现为前驱知识点和后继知识点的关系。在课程的讲解过程中,只有前驱知识点讲解之后,才能讲解后继知识点[3]。本文所介绍的这种分解的方法便是基于此。

经过在课堂上试讲，分解卡环锁机构后的讲解效果，明显较之前好，学生首先能够理解卡环、锥形活塞和活塞杆等关键件，接着能够理解这些零件之间的组件装配关系，理解卡环锁机构的装配关系，进而就能够比较容易地理解工作原理了。

一种教学方法只有适应教学内容的这种要求才能称为科学的教学方法，并无万能、始终如一的教学方法[4]。

教学是一个复杂的过程，要想取得比较好的效果，就要从教的方面入手，研究教的方法。也要从学的方面了解，了解学生能够理解什么，理解程度如何。使学生能够建立新学知识、已学知识、所掌握的知识簇之间的关联[5]。这样，教学相长，互相促进，才能够加强学生对复杂结构和原理的理解，提高教学质量，也能够使得专业课程的教学水平达到新的高度。

本文所讲的教学方法，只是具体的教学经验，还未上升到理论的高度。教学论对教学实践的观照与指导，旨在为教师教学行为和教学实践提供行动依据[6]。因此，只有对这种方法进行理论研究，搞清学生在学习专业知识时的心理活动，弄清教学中各环节的作用，才能够掌握其中的教学规律，实现对多数专业课教学的指导意义。

[1] 罗丹.课程建设：高等教育质量提升的关键[J].高等工程教育研究，2011(3)：140-146.

[2] 雷庆，王敏.从课程视角看工程设计能力培养[J].高等工程教育研究，2011(5)：152-156.

[3] 毕保祥，龚平娟，柳幼松.专业基础课内容与知识点信息处理[J].高等工程教育研究2011(4)：153-156.

[4] 高天明.教学方法研究：历程、问题与反思[J].西北师大学报，2001,38(3)：75-81.

[5] 钟绍春，王伟.关于信息技术促进教学方法创新的思考[J].中国电化教育，2013(2)：106-110.

[6] 陈晓端，毛红芳.教学论对教学实践指导的困境、意义、方式和限度[J].教育研究，2016，37(5)：84-91.

[责任编辑、校对：梁春燕]

Brief Analysis of the Teaching Method of the Mechanical Attachment in Aircraft System

JINing

(School of Aircraft,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

This article conducts an analysis of the difficult points in the teaching of the mechanical attachment in aircraft system,points out the reason why it is difficult for students to understand them,and presents the idea of decomposed explanation:explaining in the sequence of component structure,component,assembly structure,and finally the working principle of the attachment,thus offering a feasible teaching method for the teaching of the mechanical mechanism attachment.

attachment;mechanism;component structure;decompose;teaching method

2016-08-25

嵇宁(1961-)，男，江苏扬州人，教授，主要从事飞机结构与系统的教学与研究。

G642.0

A

1008-9233(2016)05-0087-07