一種動感的鉸鏈四桿機構(gòu)綜合實驗平臺的研究綜述

1、    一種動感的鉸鏈四桿機構(gòu)綜合實驗平臺的研究綜述    熊艷紅+朱志強【摘 要】鉸鏈四桿機構(gòu)知識點一直是機械課堂教學(xué)的重點和難點，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式晦澀難懂，教學(xué)效果差。為激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生積極性，挖掘?qū)W生的潛能，增強學(xué)生的創(chuàng)造力和激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，并將生硬的課本知識具體化、生動化、形象化地展示給學(xué)生，項目組擬研制一種動感的鉸鏈四桿機構(gòu)綜合實驗平臺，重點對擬設(shè)計平臺的研究背景、研究目的和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述，并項目的研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述。【關(guān)鍵詞】鉸鏈四桿機構(gòu)；實驗平臺；綜述0 研究背景百年大計，教育為

2、本。隨著人們對教育的日益重視，教育教學(xué)質(zhì)量成為人們越發(fā)關(guān)注的問題?，F(xiàn)今學(xué)校的教學(xué)方式多為黑板或投影儀教學(xué)，過程枯燥，缺乏趣味性和娛樂性，往往老師花費很大的氣力講解，學(xué)生卻不能很好地理解所講的知識，雖然也有到實驗室利用教具上課的課時，但現(xiàn)有的教學(xué)器材普遍存在外形呆板、功能單一、體積龐大、缺乏生動活潑性等等問題，這不僅使教學(xué)工作無法順利展開，而且大大影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。為了解決以上問題，項目組設(shè)計了奔騰的鉸鏈四桿機構(gòu)綜合實驗平臺，以便激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生積極性，挖掘?qū)W生的潛能，增強學(xué)生的創(chuàng)造力，激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，并將學(xué)生學(xué)習(xí)的知識碎片整理融合為一體從而更好的應(yīng)用于

3、現(xiàn)實生活中，因此，設(shè)計出能夠使課堂教學(xué)更加豐富、更具吸引力的機械實驗平臺，這也將是未來課堂教具發(fā)展的必然趨勢。1 研究目的和意義鉸鏈四桿機構(gòu)知識點一直是機械原理教學(xué)的重點和難點，但目前高校在機械原理課程教學(xué)中對該知識點仍普遍釆用傳統(tǒng)教學(xué)模式，對鉸鏈四桿機構(gòu)進(jìn)行運動、動力分析、演示和實驗主要采用圖解法和解析法。圖解法雖形象直觀但一張圖紙只能了解機構(gòu)的某個或某幾個位置的運動特性且準(zhǔn)確性差，當(dāng)對機構(gòu)一系列位置進(jìn)行運動分析時，需要反復(fù)作圖，真正進(jìn)行起來也很繁瑣、采用解析法并借助計算機雖能精確的獲得一系列位置的分析結(jié)果，但計算機程序編制十分繁瑣，且不能實現(xiàn)變參數(shù)分析由于這兩種方法的局限性，很大程度上影響

4、了學(xué)生的積極性和教學(xué)質(zhì)量。加之學(xué)校每年購買實驗設(shè)備的經(jīng)費有限，陳舊老化和復(fù)雜昂貴的教學(xué)儀器己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的硬件要求，尤其隨著學(xué)生人數(shù)的增加，大型實驗儀器在數(shù)量上也經(jīng)受著巨大挑戰(zhàn)，這樣不可避免地會影響教學(xué)質(zhì)量。另外在機械原理課程教學(xué)中，由于學(xué)校場所及教學(xué)環(huán)境的限制，往往很難在課堂上配備相應(yīng)的大型機械實體模型和大型實驗平臺，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺乏對機械運動規(guī)律的直觀了解。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢國內(nèi)用計算機程序和仿真軟件對鉸鏈四桿機構(gòu)進(jìn)行運動仿真和虛擬模擬的，但這往往是紙上談兵，許多現(xiàn)象和規(guī)律往往和實際情況是不相符的。國外文獻(xiàn)有關(guān)鉸鏈四桿機構(gòu)這一領(lǐng)域的研究主要停留在理論研究與分析，開

5、展實驗研究以及實驗到目前為止在相關(guān)文獻(xiàn)中沒有查詢到。部分文獻(xiàn)對鉸鏈四桿機構(gòu)的研究主要停留在手動狀態(tài)，每個實驗平臺一次只能簡單的演示鉸鏈四個機構(gòu)的多個狀態(tài)的其中一個狀態(tài)，缺乏連貫性和生動趣味性。綜上，目前相關(guān)的實驗裝置都不能自動一條龍的演示鉸鏈四桿機構(gòu)的所有狀態(tài)，不能實時數(shù)字顯示漸變的桿長和實時激光描繪桿的運動軌跡，也不能沿光桿可隨意的向上奔騰，資料文獻(xiàn)也沒有相關(guān)理論研究，這和大學(xué)生的生動活潑的天性不相匹配，不利于激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生積極性，挖掘?qū)W生的潛能，激活學(xué)生的創(chuàng)造力，不便于將生硬的課本知識具體化、生動化、形象化地展示給學(xué)生，達(dá)到事半功倍的效果， 為此本項目組研制一套動感的鉸鏈四個機構(gòu)

6、綜合實驗平臺。3 項目的研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題研究內(nèi)容：本課題在三維建模和動畫仿真的基礎(chǔ)上，研制一套動感的鉸鏈四桿機構(gòu)綜合實驗平臺，該平臺可自動一條龍的演示鉸鏈四桿機構(gòu)的所有狀態(tài)，具體內(nèi)容如下：1）研制一套四桿機構(gòu)桿長漸變伸長裝置，該裝置可使桿長逐漸的伸長和縮短，從而促使四桿機構(gòu)桿長和條件發(fā)生改變，進(jìn)而保證鉸鏈四桿機構(gòu)各個狀態(tài)的逐漸變化；2）研制一套四桿機構(gòu)桿長突變伸長裝置，該裝置可使桿長突然的伸長和縮短，從而促使四桿機構(gòu)桿長和條件發(fā)生突變，進(jìn)而保證鉸鏈四桿機構(gòu)各個狀態(tài)的突然變化。3）研制一套單向滑塊裝置，該滑塊向上自動解鎖，向下自動鎖死，從而使機構(gòu)主體在曲柄滑塊狀態(tài)時沿光桿能夠自由的向上

7、奔騰。4）研制一套螺旋卡環(huán)離合裝置，該裝置可使相對轉(zhuǎn)動的兩根桿輕松自動對接為一根桿，實現(xiàn)由曲柄搖桿機構(gòu)和雙曲柄滑塊機構(gòu)快速自動變換。5）研制一套鎖緊機構(gòu)，利用該機構(gòu)使實驗臺在演示雙曲柄、曲柄搖桿狀態(tài)時在導(dǎo)向桿上固定不動，而在演示雙曲柄滑塊狀態(tài)時在導(dǎo)線桿上自動解鎖上下滑動。6）研制一套數(shù)顯裝置，利用該裝置可實時數(shù)字顯示不斷變動的桿長。7）研制一套激光描述軌跡裝置，利用該裝置可實時動感的描繪桿運動軌跡。8）研制一套控制和電氣系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可自由的控制整個實驗平臺的運動。擬解決的關(guān)鍵問題：1）解決鉸鏈四桿機構(gòu)的各個狀態(tài)自動連貫動感演示的問題。四桿機構(gòu)的單個狀態(tài)易于演示，但將四桿機構(gòu)的各種變化狀態(tài)生

8、動活潑的展示給學(xué)生，使學(xué)生“玩中學(xué)，學(xué)中玩”是本課題的一個難點。2）解決相對高速轉(zhuǎn)動的兩根桿在某一時刻輕松自動在規(guī)定角度對接為一根桿的問題，實現(xiàn)由曲柄搖桿機構(gòu)和雙曲柄滑塊機構(gòu)快速自動變換，只有兩桿順利合一，才能使自由度為2的不具有確定相對運動的五桿機構(gòu)順利轉(zhuǎn)化為自由度為1具有確定運動的四桿機構(gòu)。3）解決沿光桿自由的向上奔騰的難題。該裝置應(yīng)向上自動解鎖，向下自動鎖死，向上自動解鎖和向下自動鎖死是一對相互矛盾的問題，如何找到兩者的平衡點相當(dāng)重要。4）解決在演示雙曲柄、曲柄搖桿狀態(tài)時在導(dǎo)向桿上固定不動，而在演示雙曲柄滑塊狀態(tài)時在導(dǎo)線桿上自動解鎖上下滑動的問題。【參考文獻(xiàn)】1金德聞，張濟(jì)川，廖金聲，張曉雪.四桿機構(gòu)運動彈性動力學(xué)實驗臺j.實驗技術(shù)與管理，1991，8（5）：71-