組合連桿的設(shè)計(jì)*

王曉波，秦永康

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程技術(shù)系，河南新鄉(xiāng)453006)

1 引言

教具是以傳播科技、教書育人為目的的實(shí)物，是教學(xué)活動中不可缺少的教學(xué)工具，教具的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):(1)直觀性，(2)實(shí)踐性，(3)有研究價值，(4)典型性，(5)需要語言媒介、文字媒介配合。近些年來，隨著多媒體在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，教具的使用逐漸減少，但是，多媒體教學(xué)有它的缺點(diǎn)，教具的直觀性和實(shí)踐性是多媒體所無法代替的，特別是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容有針對性制作的自制教具。

在機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，桿件是經(jīng)常涉及的內(nèi)容，如機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的平面連桿機(jī)構(gòu)，工程力學(xué)中的靜力學(xué)和材料力學(xué)也涉及桿件的分析。以前，平面連桿教具在教學(xué)中的應(yīng)用很普遍，一些教師也自己制作，如王培秦在機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)中制作了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)［1］，但該機(jī)構(gòu)過于簡單，沒有變化，只適合講解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的組成條件。林風(fēng)設(shè)計(jì)的自動連桿曲線繪制儀，可以改變連桿長度，演示幾種常見的四桿機(jī)構(gòu)并繪制出連桿曲線［2］，但組合形式單一，桿長的變化也有限。盧存光、謝泗淮設(shè)計(jì)的組合式可調(diào)平面連桿機(jī)構(gòu)模型，通過可調(diào)式機(jī)架，構(gòu)成各種平面連桿機(jī)構(gòu)模型［3］，但如作為教具，機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜，桿的長度調(diào)節(jié)也有限。目前，隨著各種軟件的發(fā)展，對于平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動分析，更多采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真，如王會等借助于軟件VB6.0進(jìn)行可視化編程實(shí)現(xiàn)可視化，同時實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真［4］。葛曉忠等以平面六桿機(jī)構(gòu)為例，在UG/Motion模塊中，用動畫來表現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程，為優(yōu)化機(jī)構(gòu)提供參考［5］，但這些方法在高職教學(xué)中卻不適用。

通過機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)實(shí)踐，設(shè)計(jì)出適合教學(xué)的組合連桿機(jī)構(gòu)，本教具設(shè)計(jì)總的思路就是結(jié)構(gòu)簡單，組合靈活，變化多樣。通過把連桿中間做成透槽，實(shí)現(xiàn)多桿固定連接來改變連桿的長度，或多桿鉸接組成各種平面連桿機(jī)構(gòu)。

該機(jī)構(gòu)由連桿、小支座、底板、繪圖板、支架、筆架、手柄、蝶形螺母和螺桿組成，在需要時還可以附加滑塊等其他零件，以實(shí)現(xiàn)多功能的使用目的。

2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本教具設(shè)計(jì)總的思路就是結(jié)構(gòu)簡單，組合靈活，變化多樣。通過把連桿中間做成透槽，實(shí)現(xiàn)各種靈活的連接。

1)連桿:呈長條形，桿中間做成透槽，兩端有通孔。透槽和通孔可以實(shí)現(xiàn)各連桿的自由連接，連接方式有兩種，第一種是兩個連桿之間的固定連接，第二種是連桿間的鉸接，形成轉(zhuǎn)動副。為方便進(jìn)行拆裝，連接時用蝶形螺母和螺桿，可根據(jù)需要選擇合適長度的螺桿。透槽的作用還可以用來固定手柄、筆架等其他零件，還可以根據(jù)需要固定銷軸作為鉸接點(diǎn)。

2)繪圖板:繪圖板中有透槽，用來安裝固定板，作為構(gòu)件的機(jī)架。

3)底板:底板用來安置繪圖板。繪圖板下邊固定在底板上，上邊固定于大支座上。

4)筆架:一端為螺孔，用平頭螺釘固定到需要繪制軌跡的點(diǎn)處;另一端為帶錐度的孔，用來插入粉筆或鉛筆等。

5)固定手柄和活動手柄:用來驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動，其中活動手柄一端為螺桿，用來固定到主動件的適當(dāng)位置，另一端為軸，軸上有套筒，可以靈活轉(zhuǎn)動。

6)裝配圖:各零件的連接示意圖見圖1。其中1是蝶形螺母和螺桿，2是連桿，3是透槽，4是繪圖板，5是底座，6是筆架，7是活動手柄，8是固定手柄，9是固定板。

圖1 連桿連接方式示意圖

3 機(jī)構(gòu)的作用

它主要作為教具，也可以作為機(jī)械設(shè)計(jì)的輔助試驗(yàn)裝置，主要作用有:

1)講解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式、曲柄存在的條件(桿長和條件)、急回運(yùn)動、死點(diǎn)等特性。

2)講解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化。

3)講解幾種簡單四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4)繪制連桿上各點(diǎn)的運(yùn)動軌跡圖。

5)在工程力學(xué)的受力分析中，構(gòu)建力學(xué)模型，進(jìn)行受力分析。

6)按一定比例模擬實(shí)際機(jī)構(gòu)，用實(shí)驗(yàn)法來顯示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況和軌跡。

4 結(jié)語

通過在教學(xué)實(shí)踐中的總結(jié)，設(shè)計(jì)出組合連桿教具，可以用于多個課程的教學(xué)，不僅提高教師的教學(xué)、科研能力，還可以使學(xué)生更加容易理解課程內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也能夠起到引導(dǎo)學(xué)生積極參與課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，從而多角度多層次地提高教學(xué)效果。

［1］ 王培秦.自制簡易教具加深內(nèi)容理解［J］.中原職業(yè)技術(shù)教育，1994，(03):55.

［2］ 盧存光，謝泗淮.組合式可調(diào)平面連桿機(jī)構(gòu)模型［P］.CN92220340.7，1992.

［3］ 林風(fēng).自動連桿曲線繪制儀［P］.CN86205879，1986.

［4］ 王會，伊連云，孫如軍.平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，18(4):39－42.

［5］ 葛曉忠，詹葵華，鐘克.基于U G的平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析與應(yīng)用［J］.東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，34(3):332－334.