綜合性、設(shè)計(jì)方案性機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)》探索

1、綜合性、設(shè)計(jì)性機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)探索- 機(jī)械制造論文綜合性、設(shè)計(jì)性機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)探索潘莉萍，萬(wàn)朝燕，宋春雨，熊兆江，劉林林（大連交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連116028 ）摘要：為進(jìn)一步提高機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平，探索并設(shè)計(jì)了一種綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)為工科學(xué)生重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程 機(jī)械原理的教學(xué)及首項(xiàng)課程設(shè)計(jì) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 服務(wù)。實(shí)驗(yàn)改變了以往機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)多為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的局面， 其訓(xùn)練內(nèi)容涉及常用機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、 機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等。 實(shí)驗(yàn)在加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性、運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題的理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力等

2、方面具有一定的意義。關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)組合；機(jī)械原理；實(shí)驗(yàn)；機(jī)械系統(tǒng)中圖分類號(hào)： G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1674-9324（2014 ）22-0175-02隨著我國(guó)由“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變的歷史性跨越，高校的實(shí)踐教學(xué)愈加受到廣泛的重視1 ， 2 。而對(duì)于培養(yǎng)目標(biāo)為“培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、富有創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級(jí)專門(mén)人才”和“以工為主，以軌道交通為特色”的大學(xué)來(lái)說(shuō)，逐步將演示性、 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改變?yōu)榫C合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)， 以強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的機(jī)械綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更是迫在眉睫。一、問(wèn)題的提出機(jī)械原理課程是工科機(jī)

3、械類各專業(yè)的一門(mén)承上啟下的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到重要的橋梁作用。該課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能， 學(xué)會(huì)常用機(jī)構(gòu)的分析和綜合方法，并具有進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)機(jī)械原理課程的教學(xué)體系中，具有十分重要的地位， 除了能使學(xué)生鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解外，更是理論結(jié)合實(shí)際、 提高學(xué)生的動(dòng)手能力、啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維的必要手段。以往傳統(tǒng)的機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪、漸開(kāi)線齒廓范成原理 和回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡 等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)近幾年的努力，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為開(kāi)創(chuàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)探

4、索了道路。為了進(jìn)一步深入開(kāi)展綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與實(shí)踐，課題組研發(fā)了此項(xiàng)機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)的目的及任務(wù)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練內(nèi)容涉及常用機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等，該實(shí)驗(yàn)的目的為：1.培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，提高其綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力；2.通過(guò)對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及搭接，加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性、運(yùn)動(dòng)干涉等問(wèn)題的理解， 培養(yǎng)學(xué)生觀察問(wèn)題、 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力； 通過(guò)實(shí)驗(yàn)的多方案設(shè)計(jì)培養(yǎng)發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；3.培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作能力及團(tuán)隊(duì)精神。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)可根據(jù)學(xué)生理論知識(shí)掌握程度，自選或指定以下機(jī)構(gòu)之一

5、： 內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)；精壓機(jī)機(jī)構(gòu)；牛頭刨床機(jī)構(gòu)；齒輪曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；齒輪曲柄擺塊機(jī)構(gòu)；雙滑塊機(jī)構(gòu)插床機(jī)構(gòu)；篩料機(jī)構(gòu)；凸輪五桿機(jī)構(gòu)；間歇運(yùn)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)等。實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主，構(gòu)思2 3 個(gè)可行方案，比較各方案優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)優(yōu)選方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)， 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖， 進(jìn)行實(shí)物搭接和試運(yùn)轉(zhuǎn)； 在老師引導(dǎo)下學(xué)生發(fā)現(xiàn)所搭接機(jī)構(gòu)的不足之處，并提出改進(jìn)措施。三、實(shí)驗(yàn)原理、方法與步驟1.實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)選用湖南長(zhǎng)慶機(jī)電科教有限公司生產(chǎn)制造的CQJP D機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)臺(tái)為實(shí)驗(yàn)裝置：實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)架（如圖1 所示）：實(shí)驗(yàn)臺(tái)組件：該試驗(yàn)臺(tái)組件涵蓋了機(jī)械原理課程中講到的各種機(jī)構(gòu)的典型構(gòu)件：連桿和滑塊、齒輪和齒條、凸輪、槽輪和撥盤(pán)等，

6、如圖2 所示。另外還提供了用于連接、固定和鎖緊等輔助功能的組件：復(fù)合鉸鏈、主/ 從動(dòng)軸、鉸鏈支座、壓緊螺栓、層面限位套、高副鎖緊彈簧、齒條護(hù)板等。2.實(shí)驗(yàn)原理。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其原動(dòng)件的數(shù)目等于其所具有的自由度的數(shù)目。 因此，如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架及與機(jī)架相連的原動(dòng)件從機(jī)構(gòu)中拆分開(kāi)來(lái)，則由其余構(gòu)件構(gòu)成的構(gòu)件組必然為一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組。而這個(gè)自由度為零的構(gòu)件組， 有時(shí)還可以拆分成更簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組，將最后不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡(jiǎn)稱為桿組3 。由桿組定義， 組成平面機(jī)構(gòu)的基本桿組應(yīng)滿足條件：F=3n-2P1-Ph=0式中： n 為桿組中的構(gòu)件

7、數(shù)； P1 為桿組中的低副數(shù)；Ph 為桿組中的高副數(shù)。由于構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目均應(yīng)為整數(shù)，故當(dāng)n 、P1、Ph取不同數(shù)值時(shí)，可得各類基本桿組。當(dāng)Ph=0 時(shí)，桿組中的運(yùn)動(dòng)副全部為低副，稱為低副桿組。其F=3n-2P1=0，故 n=2P1/3 ，故 n 應(yīng)當(dāng)是 2 的倍數(shù)，而 P1應(yīng)當(dāng)是 3 的倍數(shù)，即 n=2 、 4、 6 ，P1=3 、6 、 9 。當(dāng)n=2 ，P1=3 時(shí)，基本桿組稱為級(jí)組。 級(jí)組是應(yīng)用最多的基本桿組，絕大多數(shù)的機(jī)構(gòu)均由級(jí)桿組組成。 n=4 ， P1=6 時(shí)的基本桿組稱為級(jí)桿組。由上述分析可知，機(jī)構(gòu)的組成原理為： 任何平面機(jī)構(gòu)都是由若干個(gè)基本桿組（阿蘇爾桿組） 依次聯(lián)接到原動(dòng)

8、件和機(jī)架上而構(gòu)成。此原理即為機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與搭接實(shí)驗(yàn)的基本原理。3.實(shí)驗(yàn)的方法與步驟。掌握平面機(jī)構(gòu)組成原理；熟悉實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；確定設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的類型，構(gòu)思2 至 3個(gè)可行方案， 比較各方案優(yōu)缺點(diǎn)； 對(duì)優(yōu)選方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；將優(yōu)選方案正確拆分成基本桿組；正確拼接各基本桿組， 將基本桿組按運(yùn)動(dòng)傳遞規(guī)律順序聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上，進(jìn)行實(shí)物搭接和試運(yùn)轉(zhuǎn)； 按要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)從培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的構(gòu)思和動(dòng)手實(shí)踐能力出發(fā)，能夠使學(xué)生受到三個(gè)層次的訓(xùn)練： 掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能， 驗(yàn)證所學(xué)的理論， 加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解； 課程學(xué)習(xí)與工程實(shí)際結(jié)合， 初步具有進(jìn)行新型機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力；鼓勵(lì)學(xué)生自己結(jié)合有生產(chǎn)背景的實(shí)際課題提出設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)，在鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、 分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)：1 王汝貴，蔡敢為 .兩自由度可控機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)裝置研制J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2012 ， 31 （12 ）：3-5 ，11.2 蔡書(shū)平，桂亮 .機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用研究 J. 高校實(shí)驗(yàn)室工作研究， 2012