拼裝在機構(gòu)設計實驗中的重要性

劉春花 王心吟

【摘要】介紹了機構(gòu)設計實驗的內(nèi)容，提出拼裝是機構(gòu)設計實驗的重點和難點，實驗過程中要拋開設計“有用論”。拼裝前首先要熟悉實驗臺及其零部件，在拼裝過程中，針對構(gòu)件之間的干涉、構(gòu)件尺寸的確定提供了一些指導方法。

【關(guān)鍵詞】機構(gòu)設計 ?拼裝 ?干涉

【基金項目】校精品實驗建設項目（JS201405）。

【中圖分類號】G642.43 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0234-01

“機械原理”課程的任務在于使高校學生掌握機構(gòu)學和機械動力學的基本理論，并初步具有擬定機械運動方案、分析和設計機構(gòu)的能力。“機構(gòu)設計實驗”是“機械原理”課程實驗中一個非常重要的實驗項目，該實驗對培養(yǎng)學生的綜合設計能力和實踐動手能力，對實現(xiàn)“機械原理”教學目標具有重要作用[1]。

一、機構(gòu)設計實驗簡介

機構(gòu)設計實驗采用的是CQJP-D機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設計實驗臺，該實驗臺提供了一個電機;機架中有5根鉛垂立柱，均可沿X方向移動;每個立柱上有三個滑塊，可在立柱上沿Y方向移動。教學方法是讓學生在了解實驗臺及其零部件之后，自行設計機構(gòu)然后在實驗臺上拼裝使之能順利運轉(zhuǎn)起來，實驗采用小組形式進行，每個小組2～3人。

整個實驗主要包括機構(gòu)運動方案設計、機構(gòu)拼裝、實驗數(shù)據(jù)處理三部分。在實驗實施過程中，教師主要是實驗過程的設計者，而實驗的真正活動主體是學生，從認識設備、自主選題、確立方案，到機構(gòu)搭接、運動調(diào)試、運轉(zhuǎn)成功、撰寫報告，學生始終是主體[2]。

二、機構(gòu)拼裝

機構(gòu)拼裝是設計的實現(xiàn)過程，是檢驗設計是否可行的第一步，根據(jù)教學經(jīng)驗，拼裝是機構(gòu)設計實驗的重點和難點。根據(jù)設計的機構(gòu)簡圖，通過搭接，調(diào)試運轉(zhuǎn)，反復操作，直至機構(gòu)運動達到預定的要求，且構(gòu)件不干涉，運動平穩(wěn)安全。它可以讓學生的設計從抽象到具體，從平面的機構(gòu)，通過實際的零部件組合轉(zhuǎn)化成真正的機械結(jié)構(gòu)。在這個過程中，學生經(jīng)常會遇到各種各樣預料之外的困難，如零件選用不正確、構(gòu)件位置不合適、構(gòu)件之間的干涉等問題，導致機構(gòu)無法運轉(zhuǎn)。在這個過程中，學生要學會發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，進而解決問題[3]。

1.了解實驗臺及其零部件

因為設計是以機構(gòu)簡圖的形式表達出來，學生要根據(jù)簡圖選擇合適的零件，拼裝出與自己的設計相一致的機構(gòu)。一些學生因為不能準確地找出自己需要的零部件而耗費很多時間，最根本的原因是對實驗臺不熟悉。俗語說“磨刀不誤砍柴工”，在動手搭接實驗機構(gòu)之前，一定要先了解實驗設備、零部件和工具，注意區(qū)分各零部件的結(jié)構(gòu)和使用場合，熟悉機械工具的使用方法，這會對機構(gòu)拼裝起到事半功倍的效果。

構(gòu)件與構(gòu)件之前的連接少不了螺釘，該實驗臺提供了兩種螺釘，一種是緊連接螺釘，連接的兩個零件之間沒有相對運動;一種是松連接螺釘，連接的兩零件之間有相對運動。如果應該用松螺釘連接的位置如果選用了緊螺釘連接，相當于增加了約束，勢必會影響機構(gòu)的運行;雖然應該用緊螺釘連接的地方選用了松連接，從外觀看對機構(gòu)的運行沒有什么影響，但實際上增加了機構(gòu)的自由度。所以，無論是從機構(gòu)能順利運轉(zhuǎn)，還是從機械的嚴謹性來說，都要求學生選用正確的螺釘連接方式。

2.構(gòu)件的干涉

在動手拼裝之前，應該對所設計的機構(gòu)有一個宏觀的把握，不致于出現(xiàn)拼裝未完成卻發(fā)現(xiàn)立柱和滑塊不夠用。例如，機構(gòu)中最左側(cè)的固定位置應該安裝在機架最左邊的立柱上，最上側(cè)的固定位置應該安裝在最上面的立柱滑塊上。

如果把機構(gòu)的各構(gòu)件都安裝同一個平面內(nèi)，機構(gòu)在運轉(zhuǎn)時構(gòu)件通常都會發(fā)生干涉。這個問題的解決方法就是通過選用不同長度的軸和限位套筒把構(gòu)件安裝在不同的平面內(nèi)，但這些平面要相互平行，且都平行于機架鉛垂面[4]。需要注意的是各平面之間的距離要盡可能的短，平面之間的距離越長，對機構(gòu)運行的影響越大。

3.構(gòu)件尺寸的確定

機構(gòu)的最終設計方案以及構(gòu)件的尺寸實際上都是由拼裝過程確定的。一方面，基于學生現(xiàn)有的理論知識，讓學生在設計機構(gòu)時就把構(gòu)件尺寸準確的確定下來，有些難度，特別是一些復雜的機構(gòu);另一方面，學生即使在設計時確定了尺寸，受機架尺寸的限制空間不夠時仍然要變化構(gòu)件長度。所以我們允許學生在拼裝過程中邊實驗邊調(diào)節(jié)構(gòu)件長度，直至得到想要的運動規(guī)律，實際的構(gòu)件尺寸就可以直接從拼裝圖中測量出來[5]。受實驗學時的限制，拼裝過程時間比較緊迫。構(gòu)件長度的問題學生雖然可以通過反復實驗來解決，但是教師也不能袖手旁觀，否則學生可能在一個構(gòu)件上花費很長時間。教師要能夠根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗，給學生一個引導方向，如是把一跟桿更換成更長的還是更短的，這樣學生就能更快的完成拼裝。

4.“有用”和“無用”

在實驗過程中，教師和學生都要拋開設計“有用論”，不可能每個人都是設計師，不能要求每個同學設計的機構(gòu)都具有實際應用價值。只要在實驗過程中，學生的綜合設計和實踐能力得到了提高，目的就達到了。學生可能會設計出很多能夠拼裝運轉(zhuǎn)，但是沒有實際應用價值的機構(gòu)，這些看似“無用”的設計恰恰催生了一些新穎的機構(gòu);而且誰又能保證，現(xiàn)在看起來“無用”的機構(gòu)在將來不會在實際生活中應用呢。

在機構(gòu)設計實驗過程中，學生從“無”到“有”，要“造”出新機構(gòu)來，并達到功能要求，需要親自動手從100多個組件中準確地找出自己需要的組件，并安裝到實驗臺架上，使其有合理的秩序和空間位置，并將構(gòu)件的尺寸調(diào)整到合適位置。這個過程，使學生能形成和發(fā)展自身創(chuàng)造力，并能提高學生的工程實踐能力。

參考文獻：

[1]李曼林，趙巖.平面連桿機構(gòu)設計實驗的開發(fā)與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（2）：31-34.

[2]付曉莉，車江寧，張偉杰.機構(gòu)創(chuàng)新設計實驗立體化教學模式研究[J].實驗室科學，2011，14（2）：41-43.

[3]胡思寧，蘆書榮，魏艷春.機構(gòu)運動創(chuàng)新設計實驗的實踐與探索[J].科技信息，2008，19：202-204.

[4]付曉莉，車江寧，張偉杰.機構(gòu)創(chuàng)新設計實驗立體化教學模式研究[J] .實驗室科學，2011，14（2）：41-43.

[5]吳青鳳，江帆，龍云.機械創(chuàng)新設計實驗的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（9）：170-176.

作者簡介：

劉春花（1983-），女，山東菏澤人，碩士，實驗師，主要從事機械原理與機械設計實驗教學工作。