石嵐

（廣東機電職業技術學院 廣東 廣州 510515）

基于工程實例的平面機構教學設計

石嵐

（廣東機電職業技術學院 廣東 廣州 510515）

根據高職機械基礎教學要求，從學生的實際出發，結合工程實例，設計了一次涵蓋繪制平面機構運動簡圖、計算平面機構自由度、平面機構設計等知識點的平面機構結構分析習題課，據此探討了如何結合工程實例講解、啟發、示范、討論及練習，特別是對變式問題、創新性問題如何啟發和討論。

工程實例；平面機構；運動簡圖；平面機構自由度

平面機構的結構分析是學習機構設計的基礎；是各類機構的運動分析和設計、機械系統設計和新機構設計的必要方法，其重點是平面機構運動簡圖的繪制方法、平面機構自由度的計算。筆者在學生已具備平面機構運動簡圖概念、平面機構自由度的計算方法的基礎上，以平面機構教學中重點、難點為切入口，從學生的實際出發，結合工程實例，設計了一次涵蓋繪制平面機構運動簡圖、計算平面機構自由度、平面機構設計等知識點的平面機構結構分析習題課。教學目標是使學生進一步掌握平面機構運動簡圖的繪制方法、平面機構自由度的計算，了解平面機構設計，激發學生學習積極性和創新意識，提高他們的自我學習能力。

平面機構運動簡圖的繪制

1.啟發學生回憶相關知識，引導學生回答問題：（1）什么是機構運動簡圖？（2）畫平面機構運動簡圖的步驟、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.引導學生觀察鄂式破碎機運動、讀懂題：（1）鄂式破碎機有幾個構件？哪個是主動件、機架？（2）構件1的回轉中心與幾何中心的位置關系如何？（3）構件1、2、3、4之間有沒有相對運動？彼此之間是什么關系？用什么運動副表示？

4.學生觀察、思考、討論。教師結合課件與學生一起歸納：（1）機構共有4個構件，構件1為主動件，構件4為機架；（2）構件1為偏心軸，其回轉中心與幾何中心不重合。（3）構件1的一端與機架4相連、一端與動鄂2相連，是轉動的關系，用轉動副表示；構件3一端與動鄂2相連、另一端與機架4相連，是轉動的關系，用轉動副表示。

圖1 鄂式破碎機

5.學生練習，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：繪制機構運動簡圖的難點。

學生思考、討論，教師結合課件與學生一起歸納：繪制機構運動簡圖的難點一般在于判斷構件之間的相互運動關系、運動副的具體結構以及構件的抽象化等等。通過多看實例，多練習可以提高解決問題的能力。

下面關于泵的習題針對性較強，要提醒學生仔細觀察、認真思考。

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：動畫中泵的構件 2與3、構件3與4之間是怎樣的關系？如何表示？

9.學生觀察、思考、討論，教師啟發：構件2與3是相互移動的關系，用移動副表示；構件3與4是相互轉動的關系，用轉動副表示，且構件4是機架，構件1是主動件。

10.學生練習，教師巡視、點撥，并用PPT課件演示（見圖4）。

11.教師小結：繪制機構運動簡圖的要領是：找出各構件，分清主動件、機架；弄清楚構件之間的相對運動關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。

平面機構自由度的計算

1.啟發學生聯想、回憶相關知識：（1）平面機構自由度F的計算；（2）平面機構具有確定運動的條件；（3）計算平面機構自由度時應注意的事項。

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.引導學生讀懂題：（1）機構共有幾個可動構件？（2）機構中有沒有復合鉸鏈、局部約束、虛約束？在哪里？如何處理？

4.學生觀察、思考、討論。教師結合課件與學生一起歸納：機構共有7個可動構件；A、E為復合鉸鏈，由于相應處的構件數為3，所以，其低副的個數為2；B、C中有一個為虛約束，因此，只算一個低副，重復部分不算；D為局部約束，不算運動副。

5.學生練習，教師巡視、點撥，并用PPT課件演示（見圖5）。

∴機構具有確定的運動。

機構設計訓練

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.學生觀察、思考、討論，教師啟發：機構的自由度F＝3×3-2×4-1= 0，機構不動，所以，該機構的設計錯誤，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）？

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

5.請學生提出機構修改與設計方案。

學生上講臺畫修改方案；教師講評學生的方案 （合理與不合理的地方），并結合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：

∴機構具有確定運動。

圖8 修改方案

學生反饋預測預計部分學生對繪制復雜機構的運動簡圖、機構設計的學習有一定困難。

調控設計選擇比較典型的問題進行討論、講解、示范和練習；著力于對變式問題進行啟發和討論；對創新性問題，引導學生識別和思考。結合課件和講練，采用不同的教學手段和方法，把這三種不同層次的練習有機地結合起來（不是簡單的重復，而是努力促成學生專業基礎知識的形成和遷移），引導學生舉一反三，觸類旁通，以利于學生形成一定的技能、技巧，培養學生的專業能力和專業創新精神，實現教與學的和諧統一。

[1]石嵐，李純斌.機械基礎[M].上海：復旦大學出版社，2010.

[2]上官同英，熊娟.機械設計基礎[M].上海：復旦大學出版社，2010.

[3]曾宗福.機械基礎[M].北京：化學工業出版社，2007.

[4]張建中.機械設計基礎學習與訓練指南[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]劉應輝，課堂教學法基礎實用手冊[M].海口：海南出版社，2007.

[6]王逢賢.學與教的原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[7]張立昌.創新·創新教育·教育創新[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，廣東機電職業技術學院副教授，機械工程師，研究方向為機械設計。

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1672-5727（2012）06-0082-02