綜合性、設計方案性機械原理實驗》探索

1、綜合性、設計性機械原理實驗探索-機械制造論文綜合性、設計性機械原理實驗探索潘莉萍，萬朝燕，宋春雨，熊兆江，劉林林（大連交通大學機械工程學院，遼寧大連 116028）摘要：為進一步提高機械原理實驗的教學水平，探索并設計了一種 綜合性、設計性實驗機構組合設計與搭接實驗。該實驗為工科學生重要的技術基礎課程機械原理的教學及首項課程設計機械原理課程設計服務。 實驗改變了以往機械原理實驗多為演示性、 驗證性實驗的局面，其訓練內(nèi)容涉及 常用機構、組合機構設計與分析、機械系統(tǒng)方案設計等。實驗在加深學生對機構 運動特性、運動干涉等問題的理解，培養(yǎng)學生觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力，培養(yǎng) 學生發(fā)散思維和創(chuàng)新設計能力等方

2、面具有一定的意義。關鍵詞 ：機構組合；機械原理；實驗；機械系統(tǒng)中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1674-9324 （2014） 22-0175-02隨著我國由“制造大國”向“制造強國”轉變的歷史性跨越，高校的實 踐教學愈加受到廣泛的重視1，2。而對于培養(yǎng)目標為“培養(yǎng)具有社會責任感、 基礎扎實、知識面寬、富有創(chuàng)新精神與實踐能力的應用型高級專門人才”和“以 工為主，以軌道交通為特色”的大學來說， 逐步將演示性、驗證性實驗改變?yōu)榫C 合性、設計性實驗，以強化對學生的機械綜合設計能力、 實踐動手能力及工程意 識、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更是迫在眉睫。一、問題的提出機械原理課程是工科機械

3、類各專業(yè)的一門承上啟下的重要技術基礎課，在學生從理論學習到實際設計的轉化過程中起到重要的橋梁作用。該課程的任務是使學生掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會 常用機構的分析和綜合方法，并具有進行機械系統(tǒng)設計的初步能力。由此可見， 實驗教學在整個機械原理課程的教學體系中， 具有十分重要的地位，除了能使學 生鞏固和加深對理論知識的認識與理解外，更是理論結合實際、提高學生的動手 能力、啟迪學生的創(chuàng)新思維的必要手段。 以往傳統(tǒng)的機械原理實驗項目多為 機 構運動簡圖測繪、漸開線齒廓范成原理和回轉件的動平衡等驗證性實驗。 經(jīng)過近幾年的努力，實驗室研發(fā)了平面連桿機構設計實驗，為開創(chuàng)設計性

4、實驗探索了道路。為了進一步深入開展綜合性、設計性實驗的設計、開發(fā)與實踐， 課題組研發(fā)了此項機構組合設計與搭接實驗。二、實驗的目的及任務設計性、綜合性實驗機構組合設計實驗的訓練內(nèi)容涉及常用機構、組合機構設計與分析、機械系統(tǒng)方案設計等，該實驗的目的為：1. 培養(yǎng)學生機構運動方案的構思與設計，提高其綜合利用所學知識解決實際問題的能力和動手能力；2. 通過對實際工程問題的機構設計及搭接，加深學生對機構運動特性、運動干涉等問題的理解，培養(yǎng)學生觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力；通過實驗的多方 案設計培養(yǎng)發(fā)散思維和創(chuàng)新設計能力；3. 培養(yǎng)學生協(xié)作能力及團隊精神。此項實驗的任務可根據(jù)學生理論知識 掌握程度，自選或指定

5、以下機構之一：內(nèi)燃機機構；精壓機機構；牛頭刨床機構； 齒輪一曲柄搖桿機構；齒輪一曲柄擺塊機構；雙滑塊機構插床機構；篩料機構； 凸輪一五桿機構；間歇運動組合機構等。實驗以學生為主，構思23個可行方案，比較各方案優(yōu)缺點；對優(yōu)選 方案進行詳細設計，繪制機構運動簡圖，進行實物搭接和試運轉；在老師引導下 學生發(fā)現(xiàn)所搭接機構的不足之處，并提出改進措施。三、實驗原理、方法與步驟1. 實驗裝置。實驗選用湖南長慶機電科教有限公司生產(chǎn)制造的CQJP D機構運動創(chuàng)新設計方案實驗臺為實驗裝置：實驗臺機架（如圖1所示）：實驗臺機架用2實驗臺組件實驗臺組件：該試驗臺組件涵蓋了機械原理課程中講到的各種機構的典型構件：連桿和

6、滑塊、齒輪和齒條、凸輪、槽輪和撥盤等，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：復合鉸鏈、主/從動軸、鉸鏈支座、壓緊螺栓、層面限位套、高副鎖緊彈簧、齒條護板等。2. 實驗原理。機構具有確定運動的條件是其原動件的數(shù)目等于其所具有的自由度的數(shù)目。因此，如將機構的機架及與機架相連的原動件從機構中拆分開 來，則由其余構件構成的構件組必然為一個自由度為零的構件組。而這個自由度為零的構件組，有時還可以拆分成更簡單的自由度為零的構件組，將最后不能再 拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡稱為桿組3。由桿組定義， 組成平面機構的基本桿組應滿足條件：F=3n-2P1-

7、Ph=0式中：n為桿組中的構件數(shù)；P1為桿組中的低副數(shù);Ph為桿組中的高副數(shù)。由于構件數(shù)和運動副數(shù)目均應為整數(shù)，故當n、P1、Ph取不同數(shù)值時，可得各類基本桿組。當 Ph=O時，桿組中的運動副全部為低副， 稱為低副桿組。其F=3n-2P1=0，故n=2P1/3，故n應當是2的倍數(shù)，而P1 應當是3的倍數(shù)，即n=2、4、6，P仁3、6、9。當n=2，P仁3時， 基本桿組稱為U級組。U級組是應用最多的基本桿組，絕大多數(shù)的機構均由U級 桿組組成。n=4，P仁6時的基本桿組稱為川級桿組。由上述分析可知，機構的 組成原理為：任何平面機構都是由若干個基本桿組 （阿蘇爾桿組）依次聯(lián)接到原 動件和機架上而構成

8、。此原理即為機構組合設計與搭接實驗的基本原理。3. 實驗的方法與步驟。掌握平面機構組成原理；熟悉實驗中的實驗 設備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；確定設計機構的類型，構思2至3個可行方案，比較各方案優(yōu)缺點；對優(yōu)選方案進行詳細設計，繪制機構運動簡 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 運動傳遞規(guī)律順序聯(lián)接到原動件和機架上， 進行實物搭接和試運轉；按要求完 成實驗報告。此項實驗從培養(yǎng)學生機構運動方案的構思和動手實踐能力出發(fā)，能夠使 學生受到三個層次的訓練：掌握實驗的基本技能，驗證所學的理論，加深對所 學知識的理解；課程學習與工程實際結合，初步具有進行新型機構創(chuàng)新設計的 能力；鼓勵學生自己結合有生產(chǎn)背景的實際課題提出設計目標，進行原理方案設計，在鍛煉動手實踐能力的同時，加強學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能 力的培養(yǎng)。參考文獻：1 王汝貴，蔡敢為兩自由度可控機構動態(tài)性能實驗裝置研制J.實驗室 研究與探索，2012 , 31 (12): 3-5 , 11.2 蔡書平，桂亮.機械運動學與動力學實驗教學應用研究J.高校實驗室 工作研究