拼裝在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的重要性

劉春花 王心吟

【摘要】介紹了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，提出拼裝是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程中要拋開設(shè)計(jì)“有用論”。拼裝前首先要熟悉實(shí)驗(yàn)臺及其零部件，在拼裝過程中，針對構(gòu)件之間的干涉、構(gòu)件尺寸的確定提供了一些指導(dǎo)方法。

【關(guān)鍵詞】機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ?拼裝 ?干涉

【基金項(xiàng)目】校精品實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目（JS201405）。

【中圖分類號】G642.43 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0234-01

“機(jī)械原理”課程的任務(wù)在于使高校學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論，并初步具有擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力。“機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”是“機(jī)械原理”課程實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，對實(shí)現(xiàn)“機(jī)械原理”教學(xué)目標(biāo)具有重要作用[1]。

一、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)簡介

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用的是CQJP-D機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺，該實(shí)驗(yàn)臺提供了一個(gè)電機(jī);機(jī)架中有5根鉛垂立柱，均可沿X方向移動(dòng);每個(gè)立柱上有三個(gè)滑塊，可在立柱上沿Y方向移動(dòng)。教學(xué)方法是讓學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)臺及其零部件之后，自行設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)然后在實(shí)驗(yàn)臺上拼裝使之能順利運(yùn)轉(zhuǎn)起來，實(shí)驗(yàn)采用小組形式進(jìn)行，每個(gè)小組2～3人。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)主要包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)拼裝、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理三部分。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，教師主要是實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)者，而實(shí)驗(yàn)的真正活動(dòng)主體是學(xué)生，從認(rèn)識設(shè)備、自主選題、確立方案，到機(jī)構(gòu)搭接、運(yùn)動(dòng)調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)成功、撰寫報(bào)告，學(xué)生始終是主體[2]。

二、機(jī)構(gòu)拼裝

機(jī)構(gòu)拼裝是設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程，是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否可行的第一步，根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，拼裝是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡圖，通過搭接，調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)，反復(fù)操作，直至機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)達(dá)到預(yù)定的要求，且構(gòu)件不干涉，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)安全。它可以讓學(xué)生的設(shè)計(jì)從抽象到具體，從平面的機(jī)構(gòu)，通過實(shí)際的零部件組合轉(zhuǎn)化成真正的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣預(yù)料之外的困難，如零件選用不正確、構(gòu)件位置不合適、構(gòu)件之間的干涉等問題，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，學(xué)生要學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，進(jìn)而解決問題[3]。

1.了解實(shí)驗(yàn)臺及其零部件

因?yàn)樵O(shè)計(jì)是以機(jī)構(gòu)簡圖的形式表達(dá)出來，學(xué)生要根據(jù)簡圖選擇合適的零件，拼裝出與自己的設(shè)計(jì)相一致的機(jī)構(gòu)。一些學(xué)生因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確地找出自己需要的零部件而耗費(fèi)很多時(shí)間，最根本的原因是對實(shí)驗(yàn)臺不熟悉。俗語說“磨刀不誤砍柴工”，在動(dòng)手搭接實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)之前，一定要先了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備、零部件和工具，注意區(qū)分各零部件的結(jié)構(gòu)和使用場合，熟悉機(jī)械工具的使用方法，這會(huì)對機(jī)構(gòu)拼裝起到事半功倍的效果。

構(gòu)件與構(gòu)件之前的連接少不了螺釘，該實(shí)驗(yàn)臺提供了兩種螺釘，一種是緊連接螺釘，連接的兩個(gè)零件之間沒有相對運(yùn)動(dòng);一種是松連接螺釘，連接的兩零件之間有相對運(yùn)動(dòng)。如果應(yīng)該用松螺釘連接的位置如果選用了緊螺釘連接，相當(dāng)于增加了約束，勢必會(huì)影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)行;雖然應(yīng)該用緊螺釘連接的地方選用了松連接，從外觀看對機(jī)構(gòu)的運(yùn)行沒有什么影響，但實(shí)際上增加了機(jī)構(gòu)的自由度。所以，無論是從機(jī)構(gòu)能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，還是從機(jī)械的嚴(yán)謹(jǐn)性來說，都要求學(xué)生選用正確的螺釘連接方式。

2.構(gòu)件的干涉

在動(dòng)手拼裝之前，應(yīng)該對所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)有一個(gè)宏觀的把握，不致于出現(xiàn)拼裝未完成卻發(fā)現(xiàn)立柱和滑塊不夠用。例如，機(jī)構(gòu)中最左側(cè)的固定位置應(yīng)該安裝在機(jī)架最左邊的立柱上，最上側(cè)的固定位置應(yīng)該安裝在最上面的立柱滑塊上。

如果把機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件都安裝同一個(gè)平面內(nèi)，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)構(gòu)件通常都會(huì)發(fā)生干涉。這個(gè)問題的解決方法就是通過選用不同長度的軸和限位套筒把構(gòu)件安裝在不同的平面內(nèi)，但這些平面要相互平行，且都平行于機(jī)架鉛垂面[4]。需要注意的是各平面之間的距離要盡可能的短，平面之間的距離越長，對機(jī)構(gòu)運(yùn)行的影響越大。

3.構(gòu)件尺寸的確定

機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)方案以及構(gòu)件的尺寸實(shí)際上都是由拼裝過程確定的。一方面，基于學(xué)生現(xiàn)有的理論知識，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)就把構(gòu)件尺寸準(zhǔn)確的確定下來，有些難度，特別是一些復(fù)雜的機(jī)構(gòu);另一方面，學(xué)生即使在設(shè)計(jì)時(shí)確定了尺寸，受機(jī)架尺寸的限制空間不夠時(shí)仍然要變化構(gòu)件長度。所以我們允許學(xué)生在拼裝過程中邊實(shí)驗(yàn)邊調(diào)節(jié)構(gòu)件長度，直至得到想要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)際的構(gòu)件尺寸就可以直接從拼裝圖中測量出來[5]。受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，拼裝過程時(shí)間比較緊迫。構(gòu)件長度的問題學(xué)生雖然可以通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)來解決，但是教師也不能袖手旁觀，否則學(xué)生可能在一個(gè)構(gòu)件上花費(fèi)很長時(shí)間。教師要能夠根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗(yàn)，給學(xué)生一個(gè)引導(dǎo)方向，如是把一跟桿更換成更長的還是更短的，這樣學(xué)生就能更快的完成拼裝。

4.“有用”和“無用”

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師和學(xué)生都要拋開設(shè)計(jì)“有用論”，不可能每個(gè)人都是設(shè)計(jì)師，不能要求每個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)都具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。只要在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力得到了提高，目的就達(dá)到了。學(xué)生可能會(huì)設(shè)計(jì)出很多能夠拼裝運(yùn)轉(zhuǎn)，但是沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的機(jī)構(gòu)，這些看似“無用”的設(shè)計(jì)恰恰催生了一些新穎的機(jī)構(gòu);而且誰又能保證，現(xiàn)在看起來“無用”的機(jī)構(gòu)在將來不會(huì)在實(shí)際生活中應(yīng)用呢。

在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生從“無”到“有”，要“造”出新機(jī)構(gòu)來，并達(dá)到功能要求，需要親自動(dòng)手從100多個(gè)組件中準(zhǔn)確地找出自己需要的組件，并安裝到實(shí)驗(yàn)臺架上，使其有合理的秩序和空間位置，并將構(gòu)件的尺寸調(diào)整到合適位置。這個(gè)過程，使學(xué)生能形成和發(fā)展自身創(chuàng)造力，并能提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曼林，趙巖.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（2）：31-34.

[2]付曉莉，車江寧，張偉杰.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)立體化教學(xué)模式研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14（2）：41-43.

[3]胡思寧，蘆書榮，魏艷春.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與探索[J].科技信息，2008，19：202-204.

[4]付曉莉，車江寧，張偉杰.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)立體化教學(xué)模式研究[J] .實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011，14（2）：41-43.

[5]吳青鳳，江帆，龍?jiān)?機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（9）：170-176.

作者簡介：

劉春花（1983-），女，山東菏澤人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。