摘要：轴承是《机械设计基础》的重要教学环节，分为滑动轴承和滚动轴承两部分，现有教学内容呈现方式容易使学生将两种轴承形成对立而忽略了二者的内在联系。通过分析两种轴承(滑动轴承、滚动轴承)在高速精密压力机传动系统中的应用变迁，表明不同形式轴承与不同的技术水平相对应，而且呈现上升的发展规律；分析了径向滑动轴承和圆柱滚子轴承的结构统一性；通过分析两种轴承的两种应用案列，表明两种轴承可以实现统一(组合使用及混合使用)；结合Triz理论中的最终理想解、次理想解、系统裁剪理论进一步对轴承部分教学内容进行分析，有利于学生创新能力的培养。上述教学内容的增加有助于“新工科”背景下学生能力的提升。
关键词：轴承；发展性；统一性；创新
随着“新工科”改革倡议的提出，使得教学应当促成学生个人效能、知识能力、学习能力、技术能力和社会能力的培养，并让学生达成人文、科学与技术基础知识，智力与实践技能基础，职业能力，伦理、价值、态度与行为，社区与全球意识，综合与应用学习等6项本质性学习成果。这就要求我们在教学时，不但要传授具体工科知识，还需要适当结合文科等其他方面知识(哲学、创新理论等)，使得学生能力得以全面提升。《机械设计基础》是我院面向非机械专业开设的专业基础课。轴承，顾名思义“轴之承载”，其作用是为各种轴提供支撑作用，是一种重要的工业零部件，是该课程的重要教学内容。一般按照滑动轴承和滚动轴承分开讲授，其重点在于滑动轴承的类型和特点、非液体摩擦滑动轴承的设计计算、滚动轴承的类型特点及代号含义、滚动轴承的选择计算等。工科教学应当结合大量的工程实例进行讲解，以提高学生用用科学知识解决工程实际的能力，现有的教学内容中虽然安排了部分工程实例，但是相对零散，缺乏一定的系统性。教学内容在形式上是独立的两部分，容易使学生将两种形式的轴承对立起来，在工程实践上，两种形式的轴承存在发展性和统一性。此外，在教授给学生知识的同时，还应当注重创新能力的培养,对于本部分的内容分，也可以从Triz视角进行解读。
一发展性
高速精密压力机是一种特殊的机械压力机，其技术含量很高。国内高速精密压力机经历了30余年的发展历程，在不同时期的传动系统结构上采用了不同的轴承形式。上世纪90年代末期国内某型高速精密压力机主轴在安装有滑动轴承的上横梁内旋转，通过连杆（滑动轴承结构）将动力输出至滑块，实现冲压。传动系统内的滑动轴承设计按非液体摩擦考虑，计算时核算[p]和[pv]值，由于当时的模具水平较低，因此能够实现200次/min以内的高速精密冲压。进入2000年以后，随着微电机市场需求的扩大以及模具技术的提升，高速精密压力机需要进一步提速到300次/min左右。原有机型[pv]值超过许用值、上横梁孔系加工精度不足、滑动轴承采用合镗工艺而粗糙度过高、滑动轴承材料性能偏低、润滑系统油量（递进式润滑系统，压力达6.3MPa，流量仅1L/min）不足等也进一步限制了速度的提升，造成滑动轴承部位异常磨损，甚至“烧伤”。为了实现该型高速精密压力机的提速需求，将主轴上的轴承改为滚动轴承成为了发展的必然。将滑动轴承改为滚动轴承首先要解决的是承载能力问题，需要考虑的是承载能力、转速、使用寿命和热膨胀因素。目前，国内大部分高速精密压力机制造企业均采用图2或与之类似的方案。采用滚动轴承后，由于其较高的制造精度，减少了摩擦热量，通过合理选择滚动轴承形式，可以适应上横梁孔系的加工误差，从而为提速创造了条件。2008年后，国内高速精密压力机已经可以满足大部分的客户需求。但是对于部分高端用户不仅需要更高速度（对于进口先进模具可以实现400次/min的冲压速度），还需要更高刚性和可靠性。滚动轴承在受力过程中为点或线接触，刚性显著低于滑动轴承，而且滚动体受力时的位置不同也对刚度造成影响。高速精密压力机的运转速度的进一步提升为滑动轴承从非液体摩擦向液体摩擦创造了条件，从而实现运转过程中非接触，无磨损。但对于滚动轴承而言，则存在着内部元件失效产生的寿命问题。因此，一部分“先富起来”的用户在产品升级时将目光投向了国外进口产品。其典型特征是采用滑动轴承作为支撑和受力元件，辅以大流量润滑泵站系统（压力一般在1.5MPa左右，流量达每分钟几十甚至上百升）。从高速精密压力机传动系统中的轴承经历了从滑动轴承到滚动轴承再到滚动轴承的发展趋势，类似哲学中提到的否定之否定定律，每一次的否定都是进步，都满足了当时的市场需求，代表了事物螺旋式上升的发展趋势。
二统一性
滚动轴承是一种标准化的工业产品，外径尺寸大，承载力略低；滑动轴承很少以标准化产品的形式出现，外径尺寸小。二者能否进行统一呢？对于圆柱滚子轴承，其滚子长径比进一步加大，则是滚针轴承。可以用极限的思维进一步考虑，当长径比无限增大（不考虑工艺性），滚针与套圈接触的线将逐渐加密，接近面，实现与径向滑动轴承的统一；对于有法兰边的径向滑动轴承，其法兰边的作用主要是限位，NJ型圆柱滚子轴承也可以实现类似的功能，因此，二者存在功能上的统一。某型开式高速精密压力机的曲轴传动部件，在左右两侧的曲轴支撑部位采用了滚动轴承（NJ型圆柱滚子轴承）+滑动轴承的组合形式。其设计理念在于当冲压瞬间，滑动轴承承受主要的负荷，非冲压时则由滚动轴承带动，实现了将两种轴承优势的发挥。在设计时需要考虑滚动轴承游隙与滑动轴承间隙的匹配以及装拆工艺性。这种结构应当属于从滑动轴承向滚动轴承过渡的中间阶段。《机械设计基础》课程设计内容一般为一级或二级齿轮减速器，轴与箱体的连接均采用滚动轴承。容易使学生对减速器形成思维定势。某型快速压力机上横梁传动部件本质上为一减速器，其作用是降低速度满足冲压需求，同时提供一定的扭矩输出。其高速部分采用的为滚动轴承，低速重载部分则采用的是滑动轴承。如果低速部分也使用滚动轴承，将会造成装配困难、径向尺寸加大以及经济性差。
三创新性
Triz是创新方法解决理论的俄文英文音译（TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch）缩写，用于指导工程实践中疑难问题的解决，是一种打破传统思维定势的科学方法。通过轴承部分的学习，可以尝试让学生对其进行总结，很容易得出轴承的功能是形成低副（移动副和转动副），从而使学生将本章内容与前述章节相联系。借助于最终理想解IFR从结构层面对轴承进行分析，对于轴承这一系统而言，最理想的结果是实现轴承的功能，而不存在轴承这一系统。那么，如何进行实现呢？可以让低副的两个相对运动构件之间自动形成，这就要求在设计时候注重两构件之间合理的硬度差，保证其耐磨性能。但是对于高速重载，则未必能实现，需要退一步，也就是次理想解。如何实现呢？可以引导学生向在运动副之间增加场的角度考虑，场的形式可以是气体场、液体场、电磁场等。从而使学生将所学到的基础知识和新的科技应用相结合。通过系统裁剪方法对滚动轴承进行分析，构成滚动轴承的套圈、滚动体和保持架都可以进行适当裁剪。当去掉保持架时，滚动轴承则可以转化成满装形式或ADB轴承（AutonomousDecentralizedBearing自主分散轴承，通过外圈滚道特殊设计，实现滚动体运转时的自动分布）；当去掉套圈时，可以将套圈的功能转移到箱体或轴上，需要该部位进行特殊处理；当将滚动体去除后，则直接转化成滑动轴承。此外，还可以借助于系统进化法则，对滚动轴承这一成熟系统进行进一步的分析，可以套用向超系统进化、向微观系统进化等法则进行引导学生思考，在此不再赘述。还可以给出一些轴承发热的案列，引导学生运用创新方法进行解决。
四结论
通过介绍高速精密压力机传动系统中轴承由滑动轴承到滚动轴承再到滑动轴承的变化，表明轴承在具体的应用中存在发展性，通过径向滑动轴承和圆柱滚子轴承的结构分析以及两个应用实例，表明滚动轴承和滑动轴承可以实现统一性，组合使用可以发挥各自优势。此外，结合Triz中的部分理论对轴承进行了进一步解读，能够提高学生的创新意识。
参考文献
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作者:鹿新建 李钢 单位:南京工程学院机械工程学院
