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机械原理与机构创新设计 |
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作者：袁爱霞 高中庸 李宝灵 |
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一、引言
"创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不场动力"。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。作为堵养人才的教育领城，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贵无旁贷的资任。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断设计中的指导作用
机械原理课程研究的内容主要包括几个方面:（1）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-机构创新设计的基础
常用机构是指机器中普通使用的机构，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，才能使所创愈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。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，可创愈出各种各样型式新颖、用途各异的机构。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。
3.机构具有确定运动条件-检验、修改设计方案
我们所创惫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。机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目。这就是机构具有确定运动的条件。据此我们可检验所创愈出的机构是否具有确定的运动并进行修改。例如图2。为某一创意的机构设计方案，根据文件[1].[2]，我们计算其自由度F.F=3n-(2P1+Ph)=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。如在棺轮机构中，如果将棺轮的直径增大为无穷大，核数为无穷多，那么柑轮机构就变异为图3所示的间歇直动的相条机构。不难粉出，学习机构变异方法，可以激发学生的创造性思维，设计出畜有创意的机构方案。
图3 槽条机构
三、机构创断设计实践
机械原理是机械类各专业必修的一门重要技术基础课，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，各校都表现出前所并有的重视，纷纷加大经费投人，改普教学条件。机构创意组合或机构组合创新实验台，便是寓机械原涯知识于其中，用于加强学生创新能力培养的新型全学设备。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，拼装出各种扫构模型，然后进行模拟演示，据此修正自己的设计使之完菩.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，并通处计算机显示运动曲线，从而了解机构运动规律及返动状况，便于修改设计方案。通过机构创新拼装多验，可以大大提高学生的创新意识和实践动手能力机械原理知识与计算机的结合，更是使得机构创亲设计的手段得以迅速发展。只要拥有机构设计与分析的软件，便可以在计算机上方便、快捷地进行各乖机构创新设计并进行运动仿真。我校历来重视在扫械原理教学中加强创新能力的培养。我们在现有合机械原理实验室的基础上，建成了一个开放的机和创新设计实验室。组建学生创新设计兴趣小组，劳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，通过应用有关设计车件在计算机上进行创新设计，利用机构创意组合扫装实验台，拼装各种创意抓构等各种途径，实现自我的机构创新构思。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，制作出了不少机构仓新实物作品，并取得了较好的效果。我校学生所衫计的作品"可伸缩折登帐篷"和"数显增力扳手"分另获第一届中南地区大学生机械创新设计大赛二等岁和三等奖。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，连部作品均获奖，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名和男4名。"三位一体健身器"还被自治区推荐参加第二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抬区级精品课程。
图4 健身器
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。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/28/2008) |
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