機械原理與機構(gòu)創(chuàng)新設計

一、引言
        "創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不場動力"。當今知識經(jīng)濟時代，各行各業(yè)為了適應激烈的競爭，對創(chuàng)造型人才的渴求與日俱增。作為堵養(yǎng)人才的教育領城，對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已得到前所未有的高度重視，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力已成為高校一項重要的教改內(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旁貸的資任。機械原理課程是一門實踐性和創(chuàng)新性很強的技術(shù)基礎課程，機械原理方面的知識，在新機械的創(chuàng)造中起到不可或缺的基礎作用。因此，我們在教學中，不僅要使學生具備堅實的機械原理知識，還要重視培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
二、機械原理知識在機構(gòu)創(chuàng)新設計中的指導作用
機械原理課程研究的內(nèi)容主要包括幾個方面:（1）機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識。研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)運動簡圖的畫法，機構(gòu)具有確定運動的條件以及機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類。（2）機構(gòu)的運動分析。無論分析現(xiàn)有機械還是創(chuàng)新新的機械，分析機構(gòu)的運動都是必不可少的。（3）機器動力學。（4）常用機構(gòu)的分析與設計。（5）機械傳動系統(tǒng)運動方案的設計。由機械原理課程研究的內(nèi)容不難看出，機械原理的知識在機構(gòu)創(chuàng)新設計中具有重要的指導作用。同時，這門課程也為學生提供了極為廣闊的創(chuàng)新天地。
常用機構(gòu)是指機器中普通使用的機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等。各種機器，即便是非常復雜的機器，其機械部分也無非是由常用機構(gòu)組合而成。所以，機械原理中關于常用機構(gòu)的運動及工作特性的分析及其設計方法，這些知識對于進行機械創(chuàng)新設計來說都是必須具備的基礎知識。如要求設計一具有曲柄和急回運動的機構(gòu)，在進行機構(gòu)方案設計的過程中，必須應用到機械原理中機構(gòu)具有曲柄的條件和急回運動的條件以及機構(gòu)設計的知識，才能使所創(chuàng)愈的機構(gòu)達到設計要求。
2、機構(gòu)的組成原理-機構(gòu)創(chuàng)新設計的基本原理
任何平面機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次聯(lián)接于原動件和機架上而成的，這就是機構(gòu)的組成原理。顯然，機構(gòu)的組成原理對于我們進行機構(gòu)的創(chuàng)新設計具有十分重要的指導意義。當我們設計新機構(gòu)時，根據(jù)機構(gòu)的組成原理，可先選定機架，所取原動件的數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)，并將原動件用運動副與機架相聯(lián)，然后，再將若干個基本桿組依次聯(lián)接與原動件和機架上即可。我們將二個II級桿組構(gòu)件2與3和構(gòu)件4與5依次聯(lián)接于原動件1和機架6上，便得到一個六桿機構(gòu)。
依次類推，可創(chuàng)愈出各種各樣型式新穎、用途各異的機構(gòu)�？梢�，這樣的練習，可提高學生學習課程的興趣，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)造力和能動性。
3、機構(gòu)具有確定運動條件-檢驗、修改設計方案
我們所創(chuàng)憊出來的機構(gòu)應當能夠按工作要求進行運動和動力的傳遞與變換，因此，當原動件按給定的運動規(guī)律運動時，其余構(gòu)件的運動應當完全確定。能否滿足這一要求呢?應用機械原理中機構(gòu)具有確定運動的條件，便可方便地得出結(jié)論。機構(gòu)的原動件的數(shù)目應等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。這就是機構(gòu)具有確定運動的條件。據(jù)此我們可檢驗所創(chuàng)愈出的機構(gòu)是否具有確定的運動并進行修改。為某一創(chuàng)意的機構(gòu)設計方案，根據(jù)文件[1].[2]，我們計算其自由度F.F=3n-(2P1+Ph)=3*4-(2*6)=0，表明不能動。為使之能運動，應增加自由度，如果只有一個原動件，根據(jù)機構(gòu)具有確定運動的條件，增加一個活動構(gòu)件和一個低副，便可達到目的，修改后方案如圖2b所示，當然還有其他的修改方案。
4、機構(gòu)的變異-創(chuàng)造新型機構(gòu)
當所選機構(gòu)不能全面滿足要求時，我們可以通過改變構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、運動尺寸、更換機架或原動件、增加輔助構(gòu)件等方法獲得新的機構(gòu)或特性。如在棺輪機構(gòu)中，如果將棺輪的直徑增大為無窮大，核數(shù)為無窮多，那么柑輪機構(gòu)就變異為圖3所示的間歇直動的相條機構(gòu)。不難粉出，學習機構(gòu)變異方法，可以激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，設計出畜有創(chuàng)意的機構(gòu)方案。
三、機構(gòu)創(chuàng)斷設計實踐
機械原理是機械類各專業(yè)必修的一門重要技術(shù)基礎課，它在專業(yè)教學中占有十分突出的地位，在機械原理教學中加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)對學生今后的成長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)費投人，改普教學條件。機構(gòu)創(chuàng)意組合或機構(gòu)組合創(chuàng)新實驗臺，便是寓機械原涯知識于其中，用于加強學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新型全學設備。學生做實驗時，應用所學的機械原理知識進行創(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，然后進行模擬演示，據(jù)此修正自己的設計使之完菩.更為先進的機構(gòu)創(chuàng)意實驗臺，還具有參數(shù)可視化分析功能，可檢測構(gòu)件的運動參數(shù)，并通處計算機顯示運動曲線，從而了解機構(gòu)運動規(guī)律及返動狀況，便于修改設計方案。通過機構(gòu)創(chuàng)新拼裝多驗，可以大大提高學生的創(chuàng)新意識和實踐動手能力機械原理知識與計算機的結(jié)合，更是使得機構(gòu)創(chuàng)親設計的手段得以迅速發(fā)展。只要擁有機構(gòu)設計與分析的軟件，便可以在計算機上方便、快捷地進行各乖機構(gòu)創(chuàng)新設計并進行運動仿真。我校歷來重視在掃械原理教學中加強創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我們在現(xiàn)有合機械原理實驗室的基礎上，建成了一個開放的機和創(chuàng)新設計實驗室。組建學生創(chuàng)新設計興趣小組，勞分發(fā)揮團隊作用進行創(chuàng)新實踐。課堂上，教師進行創(chuàng)新示范啟發(fā)，課后師生互動，通過應用有關設計車件在計算機上進行創(chuàng)新設計，利用機構(gòu)創(chuàng)意組合掃裝實驗臺，拼裝各種創(chuàng)意抓構(gòu)等各種途徑，實現(xiàn)自我的機構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)思。有的創(chuàng)新小組，在老師的指導下長期堅持進行創(chuàng)新實踐活動，制作出了不少機構(gòu)倉新實物作品，并取得了較好的效果。我校學生所衫計的作品"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)大學生機械創(chuàng)新設計大賽二等歲和三等獎。2006年我校選送了五件作品參加第二屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽廣西賽區(qū)比賽，連部作品均獲獎，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大學生機械創(chuàng)新設計大賽，并獲得三等獎我校機械原理課程也被評為自抬區(qū)級精品課程。

MY-519  空間機構(gòu)創(chuàng)新組合及虛擬演示實驗臺