对机构运动简图测绘实验教学的一点体会

2010-09-21鲁学海袁祖强

中国科技信息 2010年21期

关键词：曲柄滑块构件

鲁学海袁祖强

南京工业大学机械与动力工程学院 210009

对机构运动简图测绘实验教学的一点体会

鲁学海袁祖强

南京工业大学机械与动力工程学院 210009

阐述了开设机构运动简图测绘实验课的重要性。针对学生在做机构运动简图测绘实验中普遍存在的问题，从培养学生创新思维和分析问题、解决问题的能力出发，提出了解决问题方法。取得了良好的效果。

机械原理；机构运动简图测绘；实验教学

1、引言

机构运动简图测绘实验，是《机械原理》课程的一个综合型实验项目。它不仅能使学生在动手、观察、思维等各方面得到训练和发展，而且还能培训学生严谨、求实的科学态度，全方位提高学生的综合素质和能力，为学生以后的发展打下坚实的基础。

机构是人为的实物组合，用来传递运动和动力的。工程设计常采用连杆机构或凸轮机构来满足较为复杂的运动规律，平面连杆机构是由若干个刚性构件用运动付连接而成的机构。在进行机构综合分析时，首先将能画出表达运动特征的机构运动简图，它在《机械原理》课程中属重要环节。但是一般学生在上课以后，普遍反映所学的概念并不难懂，但实际掌握挺抽象，不知如何深入理解。加上学生对机械的感性知识掌握得太少，虽然见过一些机器，但只见其外表，对其构造、组成原理、运动情况等一点也不了解。课堂上把实物抽象的构件运动付、运动链等概念，用一些简单的符号来代表，同学们对这些符号不容易接受，使学生处于被动的学习状态。在学完“平面连杆机构及其设计”之后，及时进行机构运动简图的测绘实验课，让学生亲自动手测绘实际机器的机构运动，加强了感性认识。

2、机构运动简图测绘内容及方法

（1）我们选用多种机械的机构模型和一些简单具有一定代表性的实际机器进行测绘。按综合考虑，难易结合，在进行测绘时，要求机构模型按比例尺绘制机构运动简图并标出机构名称、有关尺寸以及自由度的计算，实际机械实物只要求画出机构示意图，使图与实物大致成比例即可，并计算自由度。以上我们所安排这些最基本的内容，能够举一反三的特点，为进一步去了解构件的组成及其联接方式和运动情况。通过机构模型和机械实物的测绘，能使学生从理论抽象的转入到实践感性认识的深化。

（2）在上实验课之前，我们要求每位同学认真预习实验指导书，使学生对所做该实验的实验目的、原理、内容和步骤有了一个全面的熟悉和了解，从而提高了实验效果和质量，并把一些问题带到实验教学中去解决。

（3）测绘机构运动简图时，①将机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构运动的情况，从而确定机构运动的构件的数目。②根据两构件间接触情况及相对运动的特点，确定各运动付的种类。③合理选择视图，一般选和运动平面相平行的平面作为视图的投影面。④测出各运动付间的相对位置，标出有关的尺寸。⑤选择适当比例尺，用一些简单的线条和规定的运动符号来代表构件和运动付。并计算自由度，学会判别机构运动的确定性。按要求独立完成机构运动简图的测绘。

3、机构运动简图测绘中常见问题及解决方法

在多年的机构运动简图测绘实验教学中，同学们普遍存在以下主要问题。针对这些问题，我们提出相应的解决方法。

（1）基本概念不清楚

实验课进行机械综合分析时，为了突出表达机构的运动特征，常撇开构件的实际复杂的外形和运动付的具体构造，而用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动付，选择适当的比例尺，测出各运动付间的相对位置和有关尺寸，测绘机构运动简图。当在实验实际中，有一些学生还是按照模型的外形机构照葫芦画瓢。例如，有一个最基本简单的油泵模型，名称是曲柄摇杆机构，正确的机构简图如图1。

图1

但有些学生却画成如图2，为何他们会把摇杆画成弯形呢？就是因为原状是弯曲的。还有像剪床模型，名称是曲柄滑块机构，由于其中一滑块实际形状很大，它把整个机构给包容了，那么，有的学生就按着原状给画出像门框状。以上并非什么大错，但说明学生对绘制机构运动简图时，基本要求还没有真正理解，概念上认识不清，经过现场的指点，物件的形状及运动付的具体构造可以忽略，而用简单的线条和所规定的运动付符号来代替。使学生豁然开朗，留下较深刻的印象。

（2）对演化机构认识不够

在我们实验中，机构模型基本上都是偏心轮机构，四杆机构的演化。学生在课堂上也许听懂了，但看到实际机械实物或机构模型之后就无从下手，有的运动付一眼就能看出，但有的判别就比较困难，如回转付中心，就不太容易看出，它却被转动付B的半径扩大至超过曲柄的长度，这时曲柄便变成一个几何中心（B付中心）与回转中心不相重合的圆盘，那么，画时先从何处入手呢？首先从原动件开始，按运动传递的顺序，将画出回转付中心与机架相联接，然后，再画出几何中心与回转中心相联接（两中心间的距离等于曲柄的长度），那么连杆长度又是如何确定呢？往往扩大后的B付是一个大的圆环，问题所在就是要找出扩大后的B付中心，（几何中心）才能定出连杆的长度，（几何中心到滑块或摇杆中心的距离）。有的学生就直接把连杆的长度确定在大圆环外与滑块或摇杆中心的距离作为连杆的长度，这是不对的。还有前面所述的回转中心与几何中心的距离就是曲柄的长度。不错，那么在实际实物中又是如何测得的呢？经过指导，学生们才恍然大悟，这样的测量是比较精准的，也就是将几何中心位置摇至最低点，然后再将几何中心位置摇至最高点，这两点的距离之差除以2，就等于曲柄的长度尺寸。

（3）分析能力不够

表示的机构在结构和形状上是千变万化的。如一个机构实物油泵模型，学生在这一模型上出问题的比较多，看似比较复杂，实际要能真正理解了，搞懂了画起来也就很简单了。有两个圆盘，各与机架相联，大圆盘固定不动，但在圆心上装有一导杆插入在小圆盘上的滑块里，随小圆盘同时能转360°位置，正确的画法如图3，属转动导杆机构，自由度计算F=3× 3×2×4=1机构运动时确立的。而有的学生却把它画成如图4，滑块与机架相联，滑块只能在那里摇动而不能转360°，那么把转动导杆机构却画成了曲柄摇块机构了，而于实际机构不相符。这表明学生对自己所画出来的机构简图，并没有作深入的分析和了解，画好了简图应和实物对照分析，这个机构的关键点是这滑块能否能转360°，虽然构件数目是相同的，但机架选择的不同，那么机构的性质就变化了。

图3

图4

4、结语

通过实验课的实际接触，学生有了一定的感性认识，开阔了思路，对所学到的理论知识的理解加深了。通过对机构的运动情况分析，从原动件到执行构件运动的传递情况，就清楚地看到各构件的运动，能想到怎样才会使其运动是确定的。这些都反映说明了《机械原理》课的教学，不能只是在课堂上将原理上讲清楚，还要通过结合实际机械实物进行讲解，更能使学生知道实际机械的状况。结合真实的机器进行实验教学，可以提高学生的学习兴趣，学习效果得到了改善。学生在绘制机构运动简图的技巧能力上得到了进一步提高。很多学生体会到两节课时间并不长，但收效非常明显，这对今后走上工作岗位，打下了良好的基础，理论教学与实验实践相结合，得到了学生的好评。培养学生不但有一定的理论知识，并要有一定的实践经验，具有分析和解决问题的能力，所以实验教学是理论基础知识的提高重要环节。

实践表明该实验教学，得到了学生的肯定，提高了学习兴趣，调动了学生的积极性、主动性和创造性，有效的提升了学生对所学到的理论知识的消化，同时也提高了学生的实际动手和分析问题、解决问题的能力。