机构运动简图测绘实验教学难点及对策

吴广峰+宋伟玲

摘要：机构运动简图测绘实验是机械类和近机械类专业的必修实验课，实验可以提高学生分析问题解决问题的能力。以实验教学中常用的模型为例，分析实验教学难点，并针对问题提出相应对策，使学生通过分析能透过机构实物认识到每一个活动构件的本质属性。

关键词：机构运动简图；实验教学；构件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0267-02

引言：

机构运动简图测绘实验是“机械原理”与“机械设计基础”两门课程的一个基础实验环节，属于实验必修课。学生通过机器或机构实物模型的测绘，不仅可以提高运动分析的能力，而且还可以培养学生严谨务实的科学态度，为全方位地提高学生的机械创新思维打下一定的基础，也能在一定程度上提高学生的设计能力。

一、机构运动简图绘制步骤

机构运动简图的绘制步骤如下：

1.分析机构的动作原理、组成情况和运动情况，确定其组成的各构件，识别机架、原动件和从动件。

2.沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。

3.恰当地选择运动简图的视图平面。

4.选择适当的比例尺μL（μL=实际尺寸（m）/图示长度（mm））。

5.从原动件开始，逐个确定运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用机构的运动简图符号和简单线条，按传动顺序绘制机构运动简图，并在原动件上标出箭头以表示其运动方向，并沿着原动件依次用数字标注构件，用字母标注运动副。

二、实验教学中的难点及对策

（一）学生对机构模型的简化能力不够

下面以偏心回转油泵模型为例进行分析。

机构动作分析：如图1所示，偏心回转油泵是机构运动简图测绘中经常出现的机构模型。原动件为偏心轮1，顺时针转动时油从右侧进入，左侧流出。

机构组成分析：偏心轮1和摆杆2的接触方式为面接触转动副；2的摆杆插入摇块3中，组成移动副；摇块3连接在机架上，可以转动，为固定在机架上的转动副。偏心轮的转动中心为A，几何中心为B，摇块3的几何中心为C。

教学难点及对策：

1.偏心轮的几何中心和转动中心之间的距离可以简化为曲柄，偏心轮和外侧构件构成的转动副可以简化为曲柄末端的转动副B。

2.绘制机构运动简图时，一定要先正确分析运动副的类型，在对应的位置画出运动副的代号，然后再用直线将各运动副连起来即可，机构的具体外形，应该忽略。

（二）学生对运动构件的分类模糊，个别构件不知如何正确表达

下面以柱塞式摇块泵和齿轮摆杆机构为例进行分析。

1.柱塞式摇块泵。机构动作分析：图2是柱塞式摇块泵，当机构工作时，曲柄1绕A点顺时针周转，泵底部右侧油道为进油孔，左侧油道为出油孔，杆件2在抽油的过程中充当活塞，在摇块3内往复滑动。

机构组成分析：曲柄1和摆杆2之间的连接方式为转动副；摆杆2插入摇块3中，组成移动副；摇块3连接在机架上，可以转动，为固定在机架上的转动副。曲柄转动中心为A，曲柄1和摆杆2铰接点为B，摇块3的几何中心为C。

教学难点及对策：

（1）此机构中摇块3体积很大，以至于很多同学不知道如何表达这个构件，究其原因，是对构件的运动性质以及简化方法没有理解透彻。

（2）第一，构件本身可以绕某点转动（有转动副）；第二，构件的转动通常是由一个杆件类零件来驱动的。只要掌握这两个要点，就能准确判断构件是否为摇块。

2.齿轮摆杆机构。机构动作分析：图3是齿轮摆杆机构，当机构工作时，小齿轮1绕A点逆时针周转，大齿轮则在小齿轮的带动下顺时针周转，大齿轮上铰接了方形摇块3，摇块3随着大齿轮做回转运动的同时带动摆杆4做出左右摆动的动作，此机构常用在牛头刨床进给机构中。

机构组成分析：小齿轮1、大齿轮2和摆杆4均用铰链固定在机架上，小齿轮1和大齿轮2之间连接方式为齿轮高副，摇块3和摆杆4之间的连接方式为移动副；摇块3通过铰链固定在齿轮上，可以绕固定点C转动。小齿轮1转动中心为A，大齿轮2转动中心为B，摇块3的铰链中心为C，摆杆4的铰链固定位置为D。

教学难点及对策：

（1）此机构中摇块3为方形，嵌入到摆杆4的滑槽内，很多同学分析出了摇块构件，但是画机构运动简图的时候却化成了图4的样子，这种画法看似正确，其实是错误的，通过自由度计算就可以轻易验证机构运动简图的正确性。齿轮摆杆机构只有一个原动件且运动是确定的，所以自由度应该为1。

图3的画法，自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1，故机构运动简图正确。

图4的画法，自由度F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-1=2，故机构运动简图错误。

（2）图4的错误在于画出了一个不存在的构件5，实际上摇块3和大齿轮2是固连在一起的，用直线加焊接符号就可以恰当地表示摇块的这种位置特征。在机构运动简图的测绘中，不光要分析正确，而且要思考如何正确地表达构件间的相对关系。在完成简图绘制后，要验算自由度F，确保简图的正确性。

三、结束语

实践表明，在机构运动简图测绘实验教学中，针对主要问题点进行重点讲解和辅导，可以明显提高学生绘制机构运动简图的技巧、速度和能力。使学生在两节课的时间内，充分地认识到自己学到的理论知识在实际生产生活中的广泛应用，提高学生对机械课程的学习兴趣，同时也提高了学生分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

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[5]李琳，李杞仪.机械原理[M].北京：中国轻工业出版社，2009.