機(jī)械原理與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

一、引言
        "創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不場(chǎng)動(dòng)力"。當(dāng)今知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，各行各業(yè)為了適應(yīng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)創(chuàng)造型人才的渴求與日俱增。作為堵養(yǎng)人才的教育領(lǐng)城，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已得到前所未有的高度重視，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力已成為高校一項(xiàng)重要的教改內(nèi)容，努力培養(yǎng)出創(chuàng)造型的人才是我們每一位教師貴無(wú)旁貸的資任。機(jī)械原理課程是一門實(shí)踐性和創(chuàng)新性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，機(jī)械原理方面的知識(shí)，在新機(jī)械的創(chuàng)造中起到不可或缺的基礎(chǔ)作用。因此，我們?cè)诮虒W(xué)中，不僅要使學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的機(jī)械原理知識(shí)，還要重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
二、機(jī)械原理知識(shí)在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)作用
機(jī)械原理課程研究的內(nèi)容主要包括幾個(gè)方面:（1）機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識(shí)。研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫法，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件以及機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類。（2）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。無(wú)論分析現(xiàn)有機(jī)械還是創(chuàng)新新的機(jī)械，分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是必不可少的。（3）機(jī)器動(dòng)力學(xué)。（4）常用機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)。（5）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。由機(jī)械原理課程研究的內(nèi)容不難看出，機(jī)械原理的知識(shí)在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中具有重要的指導(dǎo)作用。同時(shí)，這門課程也為學(xué)生提供了極為廣闊的創(chuàng)新天地。
常用機(jī)構(gòu)是指機(jī)器中普通使用的機(jī)構(gòu)，如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。各種機(jī)器，即便是非常復(fù)雜的機(jī)器，其機(jī)械部分也無(wú)非是由常用機(jī)構(gòu)組合而成。所以，機(jī)械原理中關(guān)于常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及工作特性的分析及其設(shè)計(jì)方法，這些知識(shí)對(duì)于進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都是必須具備的基礎(chǔ)知識(shí)。如要求設(shè)計(jì)一具有曲柄和急回運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須應(yīng)用到機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件和急回運(yùn)動(dòng)的條件以及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)，才能使所創(chuàng)愈的機(jī)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2、機(jī)構(gòu)的組成原理-機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理
任何平面機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接于原動(dòng)件和機(jī)架上而成的，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。顯然，機(jī)構(gòu)的組成原理對(duì)于我們進(jìn)行機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有十分重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，可先選定機(jī)架，所取原動(dòng)件的數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，并將原動(dòng)件用運(yùn)動(dòng)副與機(jī)架相聯(lián)，然后，再將若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接與原動(dòng)件和機(jī)架上即可。我們將二個(gè)II級(jí)桿組構(gòu)件2與3和構(gòu)件4與5依次聯(lián)接于原動(dòng)件1和機(jī)架6上，便得到一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)。
依次類推，可創(chuàng)愈出各種各樣型式新穎、用途各異的機(jī)構(gòu)�？梢�，這樣的練習(xí)，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和能動(dòng)性。
3、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件-檢驗(yàn)、修改設(shè)計(jì)方案
我們所創(chuàng)憊出來(lái)的機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠按工作要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞與變換，因此，當(dāng)原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)完全確定。能否滿足這一要求呢?應(yīng)用機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，便可方便地得出結(jié)論。機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。這就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。據(jù)此我們可檢驗(yàn)所創(chuàng)愈出的機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行修改。為某一創(chuàng)意的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)文件[1].[2]，我們計(jì)算其自由度F.F=3n-(2P1+Ph)=3*4-(2*6)=0，表明不能動(dòng)。為使之能運(yùn)動(dòng)，應(yīng)增加自由度，如果只有一個(gè)原動(dòng)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)低副，便可達(dá)到目的，修改后方案如圖2b所示，當(dāng)然還有其他的修改方案。
4、機(jī)構(gòu)的變異-創(chuàng)造新型機(jī)構(gòu)
當(dāng)所選機(jī)構(gòu)不能全面滿足要求時(shí)，我們可以通過(guò)改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、運(yùn)動(dòng)尺寸、更換機(jī)架或原動(dòng)件、增加輔助構(gòu)件等方法獲得新的機(jī)構(gòu)或特性。如在棺輪機(jī)構(gòu)中，如果將棺輪的直徑增大為無(wú)窮大，核數(shù)為無(wú)窮多，那么柑輪機(jī)構(gòu)就變異為圖3所示的間歇直動(dòng)的相條機(jī)構(gòu)。不難粉出，學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)變異方法，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，設(shè)計(jì)出畜有創(chuàng)意的機(jī)構(gòu)方案。
三、機(jī)構(gòu)創(chuàng)斷設(shè)計(jì)實(shí)踐
機(jī)械原理是機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，它在專業(yè)教學(xué)中占有十分突出的地位，在機(jī)械原理教學(xué)中加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)對(duì)學(xué)生今后的成長(zhǎng)具有舉足輕重的作用。為此，各校都表現(xiàn)出前所并有的重視，紛紛加大經(jīng)費(fèi)投人，改普教學(xué)條件。機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合或機(jī)構(gòu)組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)，便是寓機(jī)械原涯知識(shí)于其中，用于加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新型全學(xué)設(shè)備。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械原理知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)意構(gòu)思，根據(jù)自己的創(chuàng)意構(gòu)思，拼裝出各種掃構(gòu)模型，然后進(jìn)行模擬演示，據(jù)此修正自己的設(shè)計(jì)使之完菩.更為先進(jìn)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)臺(tái)，還具有參數(shù)可視化分析功能，可檢測(cè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通處計(jì)算機(jī)顯示運(yùn)動(dòng)曲線，從而了解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及返動(dòng)狀況，便于修改設(shè)計(jì)方案。通過(guò)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新拼裝多驗(yàn)，可以大大提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力機(jī)械原理知識(shí)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，更是使得機(jī)構(gòu)創(chuàng)親設(shè)計(jì)的手段得以迅速發(fā)展。只要擁有機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的軟件，便可以在計(jì)算機(jī)上方便、快捷地進(jìn)行各乖機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。我校歷來(lái)重視在掃械原理教學(xué)中加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我們?cè)诂F(xiàn)有合機(jī)械原理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，建成了一個(gè)開放的機(jī)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室。組建學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)興趣小組，勞分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。課堂上，教師進(jìn)行創(chuàng)新示范啟發(fā)，課后師生互動(dòng)，通過(guò)應(yīng)用有關(guān)設(shè)計(jì)車件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，利用機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合掃裝實(shí)驗(yàn)臺(tái)，拼裝各種創(chuàng)意抓構(gòu)等各種途徑，實(shí)現(xiàn)自我的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)思。有的創(chuàng)新小組，在老師的指導(dǎo)下長(zhǎng)期堅(jiān)持進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，制作出了不少機(jī)構(gòu)倉(cāng)新實(shí)物作品，并取得了較好的效果。我校學(xué)生所衫計(jì)的作品"可伸縮折登帳篷"和"數(shù)顯增力扳手"分另獲第一屆中南地區(qū)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽二等歲和三等獎(jiǎng)。2006年我校選送了五件作品參加第二屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽廣西賽區(qū)比賽，連部作品均獲獎(jiǎng)，其中圖4所示的"三位一體健身器和多功能手持健身器"分別獲一等獎(jiǎng)的第1名和男4名。"三位一體健身器"還被自治區(qū)推薦參加第二屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，并獲得三等獎(jiǎng)我校機(jī)械原理課程也被評(píng)為自抬區(qū)級(jí)精品課程。

MY-519  空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)新組合及虛擬演示實(shí)驗(yàn)臺(tái)