機(jī)械課程中機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的虛約束問題教學(xué)探討*

摘" 要" 機(jī)構(gòu)自由度的分析是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)，也是機(jī)械工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)機(jī)械課程的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。在機(jī)構(gòu)自由度的分析中，由于虛約束存在的多樣性、復(fù)雜性、隱蔽性，部分教師和大多數(shù)學(xué)生難以真正掌握虛約束的本質(zhì)特性，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算錯(cuò)誤的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)特性的理解。因此，針對(duì)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算時(shí)的虛約束問題開展教學(xué)方法的研究探討，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞" 機(jī)械課程；機(jī)構(gòu)自由度；虛約束

中圖分類號(hào)：G642" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）10-0113-04

0" 引言

機(jī)構(gòu)自由度的分析計(jì)算是機(jī)械原理[1]、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[2]、機(jī)器人學(xué)[3-4]等機(jī)械方面課程的重要內(nèi)容，由于機(jī)構(gòu)自由度分析存在諸如局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束等問題，教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)都存在不同程度的困難。特別是機(jī)構(gòu)自由度分析計(jì)算時(shí)的虛約束問題，更是部分教師和大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程的棘手難題[5]。因此，針對(duì)機(jī)構(gòu)自由度分析計(jì)算及虛約束的本質(zhì)特性問題開展教學(xué)方法探討，對(duì)提升諸如機(jī)械原理[6-7]、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[8]、機(jī)器人學(xué)[9]等課程的教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

1" 機(jī)構(gòu)自由度的定義及其注意事項(xiàng)

1.1" 理清歷史脈絡(luò)，掌握自由度內(nèi)涵

教師授課時(shí)可首先由機(jī)構(gòu)自由度的發(fā)展歷程出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹從俄國數(shù)學(xué)家和機(jī)械學(xué)家Chebyshev提出機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式150年來，國內(nèi)外學(xué)者如Sylvester、Grübler、Hochman、Kutzbach、Wal-dron、張啟先、黃真等開展機(jī)構(gòu)自由度研究的概況，讓學(xué)生了解機(jī)構(gòu)自由度分析的淵源及其重要性；……