机械原理与机构创新设计

2007年12月第6期

　　　高教论坛Higher Education Forum

Dec. 2007. No 16

机械原理与机构创新设计

袁爱霞　高中庸　李宝灵

(广西工学院机械工程系, 广西　柳州　545006)

摘　要:培养学生创新能力已成为高校一项重要的教改内容用, 并对机构创新设计实践作一个简介。

关键词:机械原理; 指导作用; ; 中图分类号:T 文章编号:1671-9719(2007) 06-0078-02

方案的设计。由机械原理课程研究的内容不难看出, 机械原理的知识在机构创新设计中具有重要的指导作用。同时, 这门课程也为学生提供了极为广阔的创新天地。

1. 常用机构的分析与设计———机构创新设计的

　　一、引言

“创新是一个民族进步的灵魂, 是国家兴旺发达的不竭动力”。当今知识经济时代, 各行各业为了适应激烈的竞争, 对创造型人才的渴求与日俱增。作为培养人才的教育领域, 对学生创新能力的培养已得到前所未有的高度重视, 培养学生创新能力已成为高校一项重要的教改内容, 努力培养出创造型的人才是我们每一位教师责无旁贷的责任。机械原理课程是一门实践性和创新性很强的技术基础课程, 机械原理方面的知识, 在新机械的创造中起到不可或缺的基础作用。因此, 我们在教学中, 不仅要使学生具备坚实的机械原理知识, 还要重视培养学生的创新意识和创新能力。

　　二、机械原理知识在机构创新设计中的指导作用

　　机械原理课程研究的内容主要包括几个方面[1]:(1) 机构结构分析的基本知识。研究机构的组成及机构运动简图的画法, 机构具有确定运动的条件以及机构的组成原理及结构分类。(2) 机构的运动分析。无论分析现有机械还是创新新的机械, 分析机构的运动都是必不可少的。(3) 机器动力学。

(4) 常用机构的分析与设计。(5) 机械传动系统运动

基础

常用机构是指机器中普遍使用的机构, 如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。各种机器, 即便是非常复杂的机器, 其机械部分也无非是由常用机构组合而成。所以, 机械原理中关于常用机构的运动及工作特性的分析及其设计方法, 这些知识对于进行机械创新设计来说都是必须具备的基础知识。如要求设计一具有曲柄和急回运动的机构, 在进行机构方案设计的过程中, 必须应用到机械原理中机构具有曲柄的条件和急回运动的条件以及机构设计的知识, 才能使所创意的机构达到设计要求。

2. 机构的组成原理———机构创新设计的基本原

理

任何平面机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而成的, 这就是机构的组成原理[1]。显然, 机构的组成原理对于我们进行机构的创新设计具有十分重要的指导意义。当我们设计新机构时, 根据机构的组成原理, 可先选定机架, 所取原动件的数目等于机构自由度数, 并将原动件用运动副与机架相联, 然后, 再将若干个基本杆组依次联接与原动件和机架上即可。如图1所示, 我们将二个Ⅱ级杆组构件2与3和构件4与5依次联接于原动件1和机架6上, 便得到一个六杆机构。依次类推, 可创意出各种各样型式新颖、用途各异的

收稿日期:2007-09-23

) , 女, 副教授, 主要从事机械设计作者简介:袁爱霞(1963—

及理论方面的研究.

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机构。可见, 这样的练习, 可提高学生学习课程的兴趣, 有利于激发学生的创造力和能动性

。

基础课, 它在专业教学中占有十分突出的地位, 在机械原理教学中加强创新能力培养对学生今后的成长具有举足轻重的作用。为此, 各校都表现出前所未有的重视, 纷纷加大经费投入, 改善教学条件。机构创意组合或机构组合创新实验台, 便是寓机械原理知识于其中, 用于加强学生创新能力培养的新型教学设备。学生做实验时, 应用所学的机械原理知识, 进行创意构思, 根据自己的创意构思, 拼装出各种机构模型, 然后进行模拟演示, 据此修正自己的设计, 使之完善。更为先进的机构创意实验台, 还具有参数可视化分析功能, 可检测构件的运动参数, 并通过计算机显示运动曲线, , 验, 。, 更是使得机构创新。只要拥有机构设计与分析的软件, 便可以在计算机上方便、快捷地进行各种机构创新设计并进行运动仿真。我校历来重视在机械原理教学中加强创新能力的培养。我们在现有的机械原理实验室的基础上, 建成了一个开放的机构创新设计实验室。组建学生创新设计兴趣小组, 充分发挥团队作用进行创新实践。课堂上, 教师进行创新示范启发, 课后师生互动, 通过应用有关设计软件在计算机上进行创新设计, 利用机构创意组合拼装实验台, 拼装各种创意机构等各种途径, 实现自己的机构创新构思。有的创新小组, 在老师的指导下, 长期坚持进行创新实践活动, 制作出了不少机构创新实物作品, 并取得了较好的效果。我校学生所设计的作品“可伸缩折叠帐篷”和“数显增力扳手”分别获第一届中南地区大学生机械创新设计大赛二等奖和三等奖。2006年我校选送了五件作品参加第二届全国大学生机械创新设计大赛广西赛区比赛, 全部作品均获奖, 其中图4所示的“三位一体健身器”和“多功能手持健身器”分别获一等奖的第1名和第

4名。“三位一体健身器”还被自治区推荐参加第二

图1　机构的组成

3. 机构具有确定运动条件———检验、修改设计

方案

我们所创意出来的机构应当能够按工作要求进行运动和动力的传递与变换, 因此, 当原动件按给定的运动规律运动时, 其余构件的运动应当完全确定。能否满足这一要求呢? 应用机械原理中机构具有确定运动的条件, 便可方便地得出结论有确定运动的条件。例如图2a ) , 根据文件[1]、[2], 我们计算其自由度F , F =3n -(2P l +P h ) =3×4-(2×6) =0, 表明不能动。为使之能运动, 应增加自由度, 如果只有一个原动件, 根据机构具有确定运动的条件, 增加一个活动构件和一个低副, 便可达到目的, 修改后方案如图2b ) 所示, 当然还有其他的修改方案

。

图2　机构设计方案的修改

4. 机构的变异———创造新型机构

当所选机构不能全面满足要求时, 我们可以通过改变构件的结构形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增加辅助构件等方法获得新的机构或特性。如在槽轮机构中, 如果将槽轮的直径增大为无穷大, 槽数为无穷多, 那么槽轮机构就变异为图3所示的间歇直动的槽条机构。不难看出, 学习机构变异方法, 可以激发学生的创造性思维, 设计出富有创意的机构方案

。

届全国大学生机械创新设计大赛, 并获得三等奖。我校机械原理课程也被评为自治区级精品课程

。

图4　三位一体健身器

图3　槽条机构

　　三、机构创新设计实践

机械原理是机械类各专业必修的一门重要技术

(下转第48页)

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最后由教师或电脑指出学生未注意到的问题或理解不透彻的问题, 使学生加深对课程内容的正确理解, 从而逐步提高其自学能力和解决问题的能力。学生及时了解自己掌握知识的情况, 老师也知道自己教的效果如何。所以, 既培养了学生的能力, 也提高了老师的教学效果。最终达到了教学相长的目的。

　　四、教师素质的自我提高

“数据结构”课程的教学要求之一是训练学生进行复杂程序设计的技能和培养良好程序设计的风格, 实习题中问题比平时的习题复杂得多, 也更接近实际, 它着眼于理论与应用的结合, 使学生学会如何把书上学到的知识用于解决实际问题, 培养软件开发所需要的实践能力, 使书本的知道变“活”, , , 计, 用户界面设计, 程序设计基本技能和技巧, 多人合作, 以达到一整套软件工程规范的训练和科学作风的培养。因此, 课程设计实习是对学生的一种全面的综合训练, 是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。但由于种种原因“, 数据结构”课程常常被当成纯理论课, 缺少了这一必要的教学环节, 因此达不到所要求的教学效果。　　五、运用计算机辅助教学手段

“数据结构”课程着眼于培养学生的抽象思维和创造能力, 要想教好学生, 综合素质。。由此可见, ; , ; 以达到教学相长, 及时的总, 调整教学内容和教学方法。

(责任编辑:梁弘毅)

R in the T eaching of Data Structure

DU Zuo -yang

(School of Comp uter Science , Sout h China Normal U niversity ,

Guangzhou , Guangdong , China 510631)

Abstract :It ’s no doubt that data structure is very important , and the teaching method of data structure is also very mature. However , the teaching of data structure faces challenge because of new information technology ’s development , and can not keep up with the development of times. This article probes the research and teaching informs about the course of data structure and introduces some methods and understandings about this course f rom the practical angle. We present a new teaching mode by the experience of many researchers.

K eyw ords :data structure ; teaching mode ; e -read over marginalia (上接第79页)

　　四、结束语

机械原理是一门理论与实践紧密结合的技术基础课程, 有着极为广泛的工程应用背景, 是进行创新能力培养的很好阵地。青年学生思想活跃, 身上蕴藏着巨大的创新潜能, 如果教师重视对学生进行创新启发和指导, 多与学生互动, 学生的创新才华一定会得到充分的施展。这对于提高教学质量, 培养出

适应社会发展需要的人才将具有非常积极的作用。参　考　文　献:

[1]孙桓, 陈作模. 机械原理[M ].北京:高等教育出版社, 2001.

[2]黄华梁, 彭文生. 机械设计基础[M ].北京:高等教育出版

社,2001.

(责任编辑:吴　声)

Mechanical Principle and Mechanism Creative Design

YUAN Ai -xia GAO Zhong -yong L I Bao -ling

(Depart ment of Mechanical Engineering , Guangxi Instit ute of Technology , Liuzhou Guangxi , 545005)

Abstract :Training the students ’creative ability has become an important content of teaching reform in college. The paper states that the knowledge of mechanical principle has important guidance roles on mechanism creative design , and has the brief intro 2duction to the practice of the mechanism creative design.

K eyw ords :mechanical principle ; guidance roles ; mechanism creative design ; ability to create

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