多功能四桿機構(gòu)組合式教具的介紹與運用

古紅星 高國勝 范 菁

（西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院，四川 成都 610500）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，老師們在給學(xué)生講解運動機構(gòu)時，光靠單純的講述，往往難以給同學(xué)們直觀的描述，于是，教具就顯得非常有必要了。各個學(xué)科都在一定程度上需要教具，特別是有關(guān)機械的課程，機械的運動多變，軌跡復(fù)雜，教具則有助于學(xué)生的理解和觀察，方便教學(xué)，同時，直觀的教具能給同學(xué)們更清晰的感受，更深刻的印象。但是，簡單的制作就會浪費資源，提高成本，于是，我們便設(shè)想，將四桿機構(gòu)教具多功能化，節(jié)省材料，一物多用。

為了幫助學(xué)生理解和觀察運動多變，軌跡復(fù)雜的機械運動，也能呈現(xiàn)多種機構(gòu)同時運動的實體感觀，為了節(jié)約不必要的資源浪費和減少特別制作的成本，現(xiàn)對一種用于機械設(shè)計、機械原理、材料力學(xué)、大學(xué)物理等學(xué)科中用于機械運動原理教學(xué)的多功能四桿機構(gòu)組合式教具的設(shè)計制作進行深入探討，并介紹其功能與應(yīng)用。

本多功能四桿機構(gòu)教具的有益效果是：

（1）特別適用于與機械運動原理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的學(xué)科中的機械運動及相關(guān)知識的演示與講解；

（2）可實現(xiàn)：導(dǎo)桿機構(gòu)、偏心曲柄搖桿機構(gòu)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、凸輪推桿機構(gòu)等九大機構(gòu)運動演示及教學(xué)；

（3）各桿件上不同的顏色使之在運轉(zhuǎn)中鮮明區(qū)分，給以觀看者清晰、明了、真實、簡單的感觸。

1 方案

圖1

按圖1所示，四個墩座A、B、C、D為有機玻璃塊粘接在底盤2下平面的四個直角處對稱分布；在底盤2中間設(shè)置有A槽、B槽、C槽，L型桿14“土”字端嵌在底盤2平面左邊的A槽上，土字桿8安裝在底盤2的C槽上并固定，滑塊3套進土字桿8的下部；凸輪7中心孔與土字桿8上方的孔及曲柄A6-1一端處的孔對齊，凸輪7在中間、用螺栓連接固定；凹形塊9粘接在土字桿8上端處，推桿10插入凹形塊9內(nèi)，曲柄A6-1另一端處的孔與圓盤5上的孔相對應(yīng)，與搖桿B4-2、搖桿A4-1的一端孔對齊用螺栓連接固定；搖桿A4-1的另一端孔與滑塊3上的孔螺栓連接，搖桿B4-2的另一端孔與曲柄B6-2的一端孔螺栓連接；曲柄B6-2的另一端孔與L型桿14的上端孔用螺栓連接，L型桿14中部用銷釘A11-1、銷釘B11-2將十字架13安裝在L型桿14的兩個孔上，十字架13上的兩個滑槽即滑槽D、滑槽E內(nèi)套入雙滑塊A12-1、雙滑塊B12-2；導(dǎo)桿15有孔的下端頭插入導(dǎo)塊16內(nèi)，導(dǎo)桿15下端頭上的孔與土字桿8下端的孔螺栓連接；曲柄C17的一端孔與土字桿8中間的孔螺栓連接，曲柄C17的另一端的孔與搖桿C18一端孔及導(dǎo)塊16上的孔螺栓連接；滑桿19插入搖桿C18的沉頭孔，滑桿19嵌入L型桿14上端橫向的導(dǎo)槽F內(nèi)；軸承20為圓柱滾子軸承，安裝在土字桿8上部與凸輪7聯(lián)接處。上述的各個桿件噴上不同的顏色，便于機構(gòu)運動時區(qū)分；連接的孔均為沉頭孔，連接最終時沉頭孔朝外對稱。

2 使用說明

對心曲柄滑塊機構(gòu)演示：如圖1所示，轉(zhuǎn)動凸輪7帶動曲柄A6-1繞著凸輪7中心做圓周運動，搖桿A4-1做來回擺動并推動滑塊3沿著土字桿8做上下往復(fù)直線運動，以實現(xiàn)對心曲柄滑塊機構(gòu)運動演示及教學(xué)；偏心輪機構(gòu)演示：如圖1所示，轉(zhuǎn)動凸輪7帶動曲柄A 6-1和圓盤5繞著凸輪中心做圓周運動，搖桿A 4-1做擺動，以實現(xiàn)偏心輪機構(gòu)運動演示及教學(xué)；雙曲柄機構(gòu)演示：如圖1所示，轉(zhuǎn)動凸輪7帶動曲柄A 6-1繞著凸輪中心做圓周運動，搖桿B 4-2做擺動，曲柄B 6-2繞著L型桿14上端的孔做圓周運動，以實現(xiàn)雙曲柄機構(gòu)運動演示及教學(xué)；曲柄搖桿機構(gòu)演示:如圖1所示，將曲柄B 6-2替換為搖桿18，其余組裝不變，通過轉(zhuǎn)動凸輪7帶動曲柄A 6-1繞著凸輪中心做圓周運動，搖桿B 4-2、搖桿18做擺動，以實現(xiàn)曲柄搖桿機構(gòu)運動演示及教學(xué)；雙搖桿機構(gòu)演示:如圖1所示，在雙曲柄機構(gòu)的基礎(chǔ)上，將L型桿14由A槽移動到B槽固定，通過正反轉(zhuǎn)動凸輪7帶動曲柄A 6-1、曲柄B 6-2做來回擺動，搖桿B 4-2跟著做擺動，以實現(xiàn)雙搖桿機構(gòu)運動演示及教學(xué)；凸輪推桿機構(gòu)演示:如圖1所示，轉(zhuǎn)動凸輪7，推動推桿10在凹形塊9內(nèi)做上下往復(fù)直線運動，以實現(xiàn)凸輪推桿機構(gòu)運動演示及教學(xué)；雙滑塊機構(gòu)演示:如圖1所示，轉(zhuǎn)動十字架13，雙滑塊A 12-1、雙滑塊B 12-2分別沿著滑槽D、E做往復(fù)運動，以實現(xiàn)雙滑塊機構(gòu)運動演示及教學(xué)；偏心曲柄滑塊機構(gòu)演示:如圖2所示，轉(zhuǎn)動曲柄17，曲柄17繞著土字桿8中間的孔做圓周運動，帶動搖桿18擺動，接連帶動滑桿19沿著L型桿14上的導(dǎo)槽F做往復(fù)直線運動，以實現(xiàn)偏心曲柄滑塊機構(gòu)運動演示及教學(xué)；擺動導(dǎo)桿機構(gòu)演示:如圖2所示，轉(zhuǎn)動曲柄17，曲柄17繞著土字桿8中間的孔做圓周運動，帶動導(dǎo)塊16擺動，接連帶動導(dǎo)桿15繞著土字桿8下端的孔做往復(fù)擺動運動，實現(xiàn)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)運動演示教學(xué)。

3 主要創(chuàng)新點簡介

該教具可實現(xiàn)：導(dǎo)桿機構(gòu)、偏心曲柄搖桿機構(gòu)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、凸輪推桿機構(gòu)等九大機構(gòu)運動演示及教學(xué)；該教具特別適用于與機械運動原理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的學(xué)科，如：機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、大學(xué)物理等學(xué)科中的運動副、急回特性、傳力特征、剛體平面運動分析、相對運動、絕對運動、牽連運動等機械運動及相關(guān)知識的演示與講解；該教具采用組合式結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)多種運動形式同時演示及教學(xué)，便于拆卸、運輸、組裝，也更利于機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，容易實現(xiàn)保護與維修，節(jié)約不必要的資源浪費和減少特別制作的成本。

4 結(jié)論

我們針對現(xiàn)有老師們在給學(xué)生講解運動機構(gòu)時，光靠單純的講述，往往難以給同學(xué)們直觀的描述，要想給學(xué)生最直觀的感受和理解，靠圖片和講解也有一定的難度的問題，提出了一種用于機械運動原理教學(xué)的多功能四桿機構(gòu)教具。本多功能四桿機構(gòu)教具采用組合式多種機構(gòu)運轉(zhuǎn)設(shè)計，能清晰直觀的演示各種機構(gòu)動作和急回特性、傳力特征等相關(guān)機械運動原理知識教學(xué)。

［1］錢志遠.推陳出新的錄像設(shè)備[J].電子世界，2000（10）:12.