石嵐

（廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510515）

基于工程實例的平面機構(gòu)教學(xué)設(shè)計

石嵐

（廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510515）

根據(jù)高職機械基礎(chǔ)教學(xué)要求，從學(xué)生的實際出發(fā)，結(jié)合工程實例，設(shè)計了一次涵蓋繪制平面機構(gòu)運動簡圖、計算平面機構(gòu)自由度、平面機構(gòu)設(shè)計等知識點的平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析習(xí)題課，據(jù)此探討了如何結(jié)合工程實例講解、啟發(fā)、示范、討論及練習(xí)，特別是對變式問題、創(chuàng)新性問題如何啟發(fā)和討論。

工程實例；平面機構(gòu)；運動簡圖；平面機構(gòu)自由度

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是學(xué)習(xí)機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)；是各類機構(gòu)的運動分析和設(shè)計、機械系統(tǒng)設(shè)計和新機構(gòu)設(shè)計的必要方法，其重點是平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法、平面機構(gòu)自由度的計算。筆者在學(xué)生已具備平面機構(gòu)運動簡圖概念、平面機構(gòu)自由度的計算方法的基礎(chǔ)上，以平面機構(gòu)教學(xué)中重點、難點為切入口，從學(xué)生的實際出發(fā)，結(jié)合工程實例，設(shè)計了一次涵蓋繪制平面機構(gòu)運動簡圖、計算平面機構(gòu)自由度、平面機構(gòu)設(shè)計等知識點的平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析習(xí)題課。教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生進一步掌握平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法、平面機構(gòu)自由度的計算，了解平面機構(gòu)設(shè)計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新意識，提高他們的自我學(xué)習(xí)能力。

平面機構(gòu)運動簡圖的繪制

1.啟發(fā)學(xué)生回憶相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生回答問題：（1）什么是機構(gòu)運動簡圖？（2）畫平面機構(gòu)運動簡圖的步驟、注意事項是什么？

2.采用多媒體展示一鄂式破碎機的工作動畫（見圖1）。

3.引導(dǎo)學(xué)生觀察鄂式破碎機運動、讀懂題：（1）鄂式破碎機有幾個構(gòu)件？哪個是主動件、機架？（2）構(gòu)件1的回轉(zhuǎn)中心與幾何中心的位置關(guān)系如何？（3）構(gòu)件1、2、3、4之間有沒有相對運動？彼此之間是什么關(guān)系？用什么運動副表示？

4.學(xué)生觀察、思考、討論。教師結(jié)合課件與學(xué)生一起歸納：（1）機構(gòu)共有4個構(gòu)件，構(gòu)件1為主動件，構(gòu)件4為機架；（2）構(gòu)件1為偏心軸，其回轉(zhuǎn)中心與幾何中心不重合。（3）構(gòu)件1的一端與機架4相連、一端與動鄂2相連，是轉(zhuǎn)動的關(guān)系，用轉(zhuǎn)動副表示；構(gòu)件3一端與動鄂2相連、另一端與機架4相連，是轉(zhuǎn)動的關(guān)系，用轉(zhuǎn)動副表示。

圖1 鄂式破碎機

5.學(xué)生練習(xí)，教師巡視、點撥，并用PPT課件演示（見圖2）。

圖2 鄂式破碎機運動簡圖

6.討論：繪制機構(gòu)運動簡圖的難點。

學(xué)生思考、討論，教師結(jié)合課件與學(xué)生一起歸納：繪制機構(gòu)運動簡圖的難點一般在于判斷構(gòu)件之間的相互運動關(guān)系、運動副的具體結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的抽象化等等。通過多看實例，多練習(xí)可以提高解決問題的能力。

下面關(guān)于泵的習(xí)題針對性較強，要提醒學(xué)生仔細觀察、認(rèn)真思考。

7.用多媒體展示一泵的工作動畫（見圖3）。

圖3泵

8.提出問題：動畫中泵的構(gòu)件 2與3、構(gòu)件3與4之間是怎樣的關(guān)系？如何表示？

9.學(xué)生觀察、思考、討論，教師啟發(fā)：構(gòu)件2與3是相互移動的關(guān)系，用移動副表示；構(gòu)件3與4是相互轉(zhuǎn)動的關(guān)系，用轉(zhuǎn)動副表示，且構(gòu)件4是機架，構(gòu)件1是主動件。

10.學(xué)生練習(xí)，教師巡視、點撥，并用PPT課件演示（見圖4）。

11.教師小結(jié)：繪制機構(gòu)運動簡圖的要領(lǐng)是：找出各構(gòu)件，分清主動件、機架；弄清楚構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系并用運動副符號正確表示出來；按比例確定各運動副的相對位置。

平面機構(gòu)自由度的計算

1.啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想、回憶相關(guān)知識：（1）平面機構(gòu)自由度F的計算；（2）平面機構(gòu)具有確定運動的條件；（3）計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項。

圖4 泵的運動簡圖

2.用多媒體展示一篩料機的運動簡圖（見圖5）。

圖5 篩料機的運動簡圖

3.引導(dǎo)學(xué)生讀懂題：（1）機構(gòu)共有幾個可動構(gòu)件？（2）機構(gòu)中有沒有復(fù)合鉸鏈、局部約束、虛約束？在哪里？如何處理？

4.學(xué)生觀察、思考、討論。教師結(jié)合課件與學(xué)生一起歸納：機構(gòu)共有7個可動構(gòu)件；A、E為復(fù)合鉸鏈，由于相應(yīng)處的構(gòu)件數(shù)為3，所以，其低副的個數(shù)為2；B、C中有一個為虛約束，因此，只算一個低副，重復(fù)部分不算；D為局部約束，不算運動副。

5.學(xué)生練習(xí)，教師巡視、點撥，并用PPT課件演示（見圖5）。

∴機構(gòu)具有確定的運動。

機構(gòu)設(shè)計訓(xùn)練

1.用多媒體展示一簡易沖床（見圖6）。

2.提出問題：圖6中的簡易沖床能工作嗎？為什么？

3.學(xué)生觀察、思考、討論，教師啟發(fā)：機構(gòu)的自由度F＝3×3-2×4-1= 0，機構(gòu)不動，所以，該機構(gòu)的設(shè)計錯誤，簡易沖床不能工作。

圖6 簡易沖床圖

4.討論：如何使簡易沖床具有確定的運動（工作）？

學(xué)生觀察、思考、討論，教師啟發(fā)：因為機構(gòu)的主動件W=1，所以，若使簡易沖床具有確定運動，必須使機構(gòu)自由度F＝1，可采用以下兩種思路：增加一個可動構(gòu)件和低副；或者減少一個低副、增加一個高副，即：

5.請學(xué)生提出機構(gòu)修改與設(shè)計方案。

學(xué)生上講臺畫修改方案；教師講評學(xué)生的方案 （合理與不合理的地方），并結(jié)合PPT課件示范、講解修改方案：

可采用n↑、PL↑→F=1思路，如圖7所示，是其中的幾種方案：

圖7 修改方案

∴機構(gòu)具有確定運動。

或采用PL↓、PH↑→F=1思路，圖8所示是方案中的一種：

∴機構(gòu)具有確定運動。

圖8 修改方案

學(xué)生反饋預(yù)測預(yù)計部分學(xué)生對繪制復(fù)雜機構(gòu)的運動簡圖、機構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)有一定困難。

調(diào)控設(shè)計選擇比較典型的問題進行討論、講解、示范和練習(xí)；著力于對變式問題進行啟發(fā)和討論；對創(chuàng)新性問題，引導(dǎo)學(xué)生識別和思考。結(jié)合課件和講練，采用不同的教學(xué)手段和方法，把這三種不同層次的練習(xí)有機地結(jié)合起來（不是簡單的重復(fù)，而是努力促成學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識的形成和遷移），引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，觸類旁通，以利于學(xué)生形成一定的技能、技巧，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和專業(yè)創(chuàng)新精神，實現(xiàn)教與學(xué)的和諧統(tǒng)一。

[1]石嵐，李純斌.機械基礎(chǔ)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2010.

[2]上官同英，熊娟.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2010.

[3]曾宗福.機械基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]張建中.機械設(shè)計基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練指南[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]劉應(yīng)輝，課堂教學(xué)法基礎(chǔ)實用手冊[M].海口：海南出版社，2007.

[6]王逢賢.學(xué)與教的原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[7]張立昌.創(chuàng)新·創(chuàng)新教育·教育創(chuàng)新[OL].[2006-03-14].http：//202.121.15.143/ aspfiles/document/b04/ab040208.asp.

石嵐（1962—），女，廣東興寧人，碩士，廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，機械工程師，研究方向為機械設(shè)計。

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1672-5727（2012）06-0082-02