機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)及對(duì)策

吳廣峰+宋偉玲

摘要：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪實(shí)驗(yàn)是機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生分析問題解決問題的能力。以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的模型為例，分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)，并針對(duì)問題提出相應(yīng)對(duì)策，使學(xué)生通過分析能透過機(jī)構(gòu)實(shí)物認(rèn)識(shí)到每一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的本質(zhì)屬性。

關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；構(gòu)件

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）46-0267-02

引言：

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪實(shí)驗(yàn)是“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”兩門課程的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，屬于實(shí)驗(yàn)必修課。學(xué)生通過機(jī)器或機(jī)構(gòu)實(shí)物模型的測(cè)繪，不僅可以提高運(yùn)動(dòng)分析的能力，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，為全方位地提高學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新思維打下一定的基礎(chǔ)，也能在一定程度上提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制步驟

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制步驟如下：

1.分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理、組成情況和運(yùn)動(dòng)情況，確定其組成的各構(gòu)件，識(shí)別機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件。

2.沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，逐一分析每兩個(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，以確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。

3.恰當(dāng)?shù)剡x擇運(yùn)動(dòng)簡圖的視圖平面。

4.選擇適當(dāng)?shù)谋壤擀蘈（μL=實(shí)際尺寸（m）/圖示長度（mm））。

5.從原動(dòng)件開始，逐個(gè)確定運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并用各運(yùn)動(dòng)副的代表符號(hào)、常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)和簡單線條，按傳動(dòng)順序繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并在原動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向，并沿著原動(dòng)件依次用數(shù)字標(biāo)注構(gòu)件，用字母標(biāo)注運(yùn)動(dòng)副。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的難點(diǎn)及對(duì)策

（一）學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)模型的簡化能力不夠

下面以偏心回轉(zhuǎn)油泵模型為例進(jìn)行分析。

機(jī)構(gòu)動(dòng)作分析：如圖1所示，偏心回轉(zhuǎn)油泵是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪中經(jīng)常出現(xiàn)的機(jī)構(gòu)模型。原動(dòng)件為偏心輪1，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)油從右側(cè)進(jìn)入，左側(cè)流出。

機(jī)構(gòu)組成分析：偏心輪1和擺桿2的接觸方式為面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)副；2的擺桿插入搖塊3中，組成移動(dòng)副；搖塊3連接在機(jī)架上，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，為固定在機(jī)架上的轉(zhuǎn)動(dòng)副。偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A，幾何中心為B，搖塊3的幾何中心為C。

教學(xué)難點(diǎn)及對(duì)策：

1.偏心輪的幾何中心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的距離可以簡化為曲柄，偏心輪和外側(cè)構(gòu)件構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副可以簡化為曲柄末端的轉(zhuǎn)動(dòng)副B。

2.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，一定要先正確分析運(yùn)動(dòng)副的類型，在對(duì)應(yīng)的位置畫出運(yùn)動(dòng)副的代號(hào)，然后再用直線將各運(yùn)動(dòng)副連起來即可，機(jī)構(gòu)的具體外形，應(yīng)該忽略。

（二）學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的分類模糊，個(gè)別構(gòu)件不知如何正確表達(dá)

下面以柱塞式搖塊泵和齒輪擺桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行分析。

1.柱塞式搖塊泵。機(jī)構(gòu)動(dòng)作分析：圖2是柱塞式搖塊泵，當(dāng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，曲柄1繞A點(diǎn)順時(shí)針周轉(zhuǎn)，泵底部右側(cè)油道為進(jìn)油孔，左側(cè)油道為出油孔，桿件2在抽油的過程中充當(dāng)活塞，在搖塊3內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)。

機(jī)構(gòu)組成分析：曲柄1和擺桿2之間的連接方式為轉(zhuǎn)動(dòng)副；擺桿2插入搖塊3中，組成移動(dòng)副；搖塊3連接在機(jī)架上，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，為固定在機(jī)架上的轉(zhuǎn)動(dòng)副。曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A，曲柄1和擺桿2鉸接點(diǎn)為B，搖塊3的幾何中心為C。

教學(xué)難點(diǎn)及對(duì)策：

（1）此機(jī)構(gòu)中搖塊3體積很大，以至于很多同學(xué)不知道如何表達(dá)這個(gè)構(gòu)件，究其原因，是對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以及簡化方法沒有理解透徹。

（2）第一，構(gòu)件本身可以繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)（有轉(zhuǎn)動(dòng)副）；第二，構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)通常是由一個(gè)桿件類零件來驅(qū)動(dòng)的。只要掌握這兩個(gè)要點(diǎn)，就能準(zhǔn)確判斷構(gòu)件是否為搖塊。

2.齒輪擺桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)動(dòng)作分析：圖3是齒輪擺桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，小齒輪1繞A點(diǎn)逆時(shí)針周轉(zhuǎn)，大齒輪則在小齒輪的帶動(dòng)下順時(shí)針周轉(zhuǎn)，大齒輪上鉸接了方形搖塊3，搖塊3隨著大齒輪做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)擺桿4做出左右擺動(dòng)的動(dòng)作，此機(jī)構(gòu)常用在牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。

機(jī)構(gòu)組成分析：小齒輪1、大齒輪2和擺桿4均用鉸鏈固定在機(jī)架上，小齒輪1和大齒輪2之間連接方式為齒輪高副，搖塊3和擺桿4之間的連接方式為移動(dòng)副；搖塊3通過鉸鏈固定在齒輪上，可以繞固定點(diǎn)C轉(zhuǎn)動(dòng)。小齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A，大齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)中心為B，搖塊3的鉸鏈中心為C，擺桿4的鉸鏈固定位置為D。

教學(xué)難點(diǎn)及對(duì)策：

（1）此機(jī)構(gòu)中搖塊3為方形，嵌入到擺桿4的滑槽內(nèi)，很多同學(xué)分析出了搖塊構(gòu)件，但是畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的時(shí)候卻化成了圖4的樣子，這種畫法看似正確，其實(shí)是錯(cuò)誤的，通過自由度計(jì)算就可以輕易驗(yàn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的正確性。齒輪擺桿機(jī)構(gòu)只有一個(gè)原動(dòng)件且運(yùn)動(dòng)是確定的，所以自由度應(yīng)該為1。

圖3的畫法，自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1，故機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖正確。

圖4的畫法，自由度F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-1=2，故機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖錯(cuò)誤。

（2）圖4的錯(cuò)誤在于畫出了一個(gè)不存在的構(gòu)件5，實(shí)際上搖塊3和大齒輪2是固連在一起的，用直線加焊接符號(hào)就可以恰當(dāng)?shù)乇硎緭u塊的這種位置特征。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的測(cè)繪中，不光要分析正確，而且要思考如何正確地表達(dá)構(gòu)件間的相對(duì)關(guān)系。在完成簡圖繪制后，要驗(yàn)算自由度F，確保簡圖的正確性。

三、結(jié)束語

實(shí)踐表明，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖測(cè)繪實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對(duì)主要問題點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解和輔導(dǎo)，可以明顯提高學(xué)生繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的技巧、速度和能力。使學(xué)生在兩節(jié)課的時(shí)間內(nèi)，充分地認(rèn)識(shí)到自己學(xué)到的理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

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