機構運動簡圖測繪實驗教學難點及對策

吳廣峰+宋偉玲

摘要：機構運動簡圖測繪實驗是機械類和近機械類專業的必修實驗課，實驗可以提高學生分析問題解決問題的能力。以實驗教學中常用的模型為例，分析實驗教學難點，并針對問題提出相應對策，使學生通過分析能透過機構實物認識到每一個活動構件的本質屬性。

關鍵詞：機構運動簡圖；實驗教學；構件

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0267-02

引言：

機構運動簡圖測繪實驗是“機械原理”與“機械設計基礎”兩門課程的一個基礎實驗環節，屬于實驗必修課。學生通過機器或機構實物模型的測繪，不僅可以提高運動分析的能力，而且還可以培養學生嚴謹務實的科學態度，為全方位地提高學生的機械創新思維打下一定的基礎，也能在一定程度上提高學生的設計能力。

一、機構運動簡圖繪制步驟

機構運動簡圖的繪制步驟如下：

1.分析機構的動作原理、組成情況和運動情況，確定其組成的各構件，識別機架、原動件和從動件。

2.沿著運動傳遞路線，逐一分析每兩個構件間相對運動的性質，以確定運動副的類型和數目。

3.恰當地選擇運動簡圖的視圖平面。

4.選擇適當的比例尺μL（μL=實際尺寸（m）/圖示長度（mm））。

5.從原動件開始，逐個確定運動副的相對位置，并用各運動副的代表符號、常用機構的運動簡圖符號和簡單線條，按傳動順序繪制機構運動簡圖，并在原動件上標出箭頭以表示其運動方向，并沿著原動件依次用數字標注構件，用字母標注運動副。

二、實驗教學中的難點及對策

（一）學生對機構模型的簡化能力不夠

下面以偏心回轉油泵模型為例進行分析。

機構動作分析：如圖1所示，偏心回轉油泵是機構運動簡圖測繪中經常出現的機構模型。原動件為偏心輪1，順時針轉動時油從右側進入，左側流出。

機構組成分析：偏心輪1和擺桿2的接觸方式為面接觸轉動副；2的擺桿插入搖塊3中，組成移動副；搖塊3連接在機架上，可以轉動，為固定在機架上的轉動副。偏心輪的轉動中心為A，幾何中心為B，搖塊3的幾何中心為C。

教學難點及對策：

1.偏心輪的幾何中心和轉動中心之間的距離可以簡化為曲柄，偏心輪和外側構件構成的轉動副可以簡化為曲柄末端的轉動副B。

2.繪制機構運動簡圖時，一定要先正確分析運動副的類型，在對應的位置畫出運動副的代號，然后再用直線將各運動副連起來即可，機構的具體外形，應該忽略。

（二）學生對運動構件的分類模糊，個別構件不知如何正確表達

下面以柱塞式搖塊泵和齒輪擺桿機構為例進行分析。

1.柱塞式搖塊泵。機構動作分析：圖2是柱塞式搖塊泵，當機構工作時，曲柄1繞A點順時針周轉，泵底部右側油道為進油孔，左側油道為出油孔，桿件2在抽油的過程中充當活塞，在搖塊3內往復滑動。

機構組成分析：曲柄1和擺桿2之間的連接方式為轉動副；擺桿2插入搖塊3中，組成移動副；搖塊3連接在機架上，可以轉動，為固定在機架上的轉動副。曲柄轉動中心為A，曲柄1和擺桿2鉸接點為B，搖塊3的幾何中心為C。

教學難點及對策：

（1）此機構中搖塊3體積很大，以至于很多同學不知道如何表達這個構件，究其原因，是對構件的運動性質以及簡化方法沒有理解透徹。

（2）第一，構件本身可以繞某點轉動（有轉動副）；第二，構件的轉動通常是由一個桿件類零件來驅動的。只要掌握這兩個要點，就能準確判斷構件是否為搖塊。

2.齒輪擺桿機構。機構動作分析：圖3是齒輪擺桿機構，當機構工作時，小齒輪1繞A點逆時針周轉，大齒輪則在小齒輪的帶動下順時針周轉，大齒輪上鉸接了方形搖塊3，搖塊3隨著大齒輪做回轉運動的同時帶動擺桿4做出左右擺動的動作，此機構常用在牛頭刨床進給機構中。

機構組成分析：小齒輪1、大齒輪2和擺桿4均用鉸鏈固定在機架上，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副；搖塊3通過鉸鏈固定在齒輪上，可以繞固定點C轉動。小齒輪1轉動中心為A，大齒輪2轉動中心為B，搖塊3的鉸鏈中心為C，擺桿4的鉸鏈固定位置為D。

教學難點及對策：

（1）此機構中搖塊3為方形，嵌入到擺桿4的滑槽內，很多同學分析出了搖塊構件，但是畫機構運動簡圖的時候卻化成了圖4的樣子，這種畫法看似正確，其實是錯誤的，通過自由度計算就可以輕易驗證機構運動簡圖的正確性。齒輪擺桿機構只有一個原動件且運動是確定的，所以自由度應該為1。

圖3的畫法，自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1，故機構運動簡圖正確。

圖4的畫法，自由度F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-1=2，故機構運動簡圖錯誤。

（2）圖4的錯誤在于畫出了一個不存在的構件5，實際上搖塊3和大齒輪2是固連在一起的，用直線加焊接符號就可以恰當地表示搖塊的這種位置特征。在機構運動簡圖的測繪中，不光要分析正確，而且要思考如何正確地表達構件間的相對關系。在完成簡圖繪制后，要驗算自由度F，確保簡圖的正確性。

三、結束語

實踐表明，在機構運動簡圖測繪實驗教學中，針對主要問題點進行重點講解和輔導，可以明顯提高學生繪制機構運動簡圖的技巧、速度和能力。使學生在兩節課的時間內，充分地認識到自己學到的理論知識在實際生產生活中的廣泛應用，提高學生對機械課程的學習興趣，同時也提高了學生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

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