刘春花 王心吟

【摘要】介绍了机构设计实验的内容，提出拼装是机构设计实验的重点和难点，实验过程中要抛开设计“有用论”。拼装前首先要熟悉实验台及其零部件，在拼装过程中，针对构件之间的干涉、构件尺寸的确定提供了一些指导方法。

【关键词】机构设计  拼装  干涉

【基金项目】校精品实验建设项目（JS201405）。

【中图分类号】G642.43 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0234-01

“机械原理”课程的任务在于使高校学生掌握机构学和机械动力学的基本理论，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力。“机构设计实验”是“机械原理”课程实验中一个非常重要的实验项目，该实验对培养学生的综合设计能力和实践动手能力，对实现“机械原理”教学目标具有重要作用[1]。

一、机构设计实验简介

機构设计实验采用的是CQJP-D机构运动方案创新设计实验台，该实验台提供了一个电机;机架中有5根铅垂立柱，均可沿X方向移动;每个立柱上有三个滑块，可在立柱上沿Y方向移动。教学方法是让学生在了解实验台及其零部件之后，自行设计机构然后在实验台上拼装使之能顺利运转起来，实验采用小组形式进行，每个小组2～3人。

整个实验主要包括机构运动方案设计、机构拼装、实验数据处理三部分。在实验实施过程中，教师主要是实验过程的设计者，而实验的真正活动主体是学生，从认识设备、自主选题、确立方案，到机构搭接、运动调试、运转成功、撰写报告，学生始终是主体[2]。

二、机构拼装

机构拼装是设计的实现过程，是检验设计是否可行的第一步，根据教学经验，拼装是机构设计实验的重点和难点。根据设计的机构简图，通过搭接，调试运转，反复操作，直至机构运动达到预定的要求，且构件不干涉，运动平稳安全。它可以让学生的设计从抽象到具体，从平面的机构，通过实际的零部件组合转化成真正的机械结构。在这个过程中，学生经常会遇到各种各样预料之外的困难，如零件选用不正确、构件位置不合适、构件之间的干涉等问题，导致机构无法运转。在这个过程中，学生要学会发现问题，分析问题，进而解决问题[3]。

1.了解实验台及其零部件

因为设计是以机构简图的形式表达出来，学生要根据简图选择合适的零件，拼装出与自己的设计相一致的机构。一些学生因为不能准确地找出自己需要的零部件而耗费很多时间，最根本的原因是对实验台不熟悉。俗语说“磨刀不误砍柴工”，在动手搭接实验机构之前，一定要先了解实验设备、零部件和工具，注意区分各零部件的结构和使用场合，熟悉机械工具的使用方法，这会对机构拼装起到事半功倍的效果。

构件与构件之前的连接少不了螺钉，该实验台提供了两种螺钉，一种是紧连接螺钉，连接的两个零件之间没有相对运动;一种是松连接螺钉，连接的两零件之间有相对运动。如果应该用松螺钉连接的位置如果选用了紧螺钉连接，相当于增加了约束，势必会影响机构的运行;虽然应该用紧螺钉连接的地方选用了松连接，从外观看对机构的运行没有什么影响，但实际上增加了机构的自由度。所以，无论是从机构能顺利运转，还是从机械的严谨性来说，都要求学生选用正确的螺钉连接方式。

2.构件的干涉

在动手拼装之前，应该对所设计的机构有一个宏观的把握，不致于出现拼装未完成却发现立柱和滑块不够用。例如，机构中最左侧的固定位置应该安装在机架最左边的立柱上，最上侧的固定位置应该安装在最上面的立柱滑块上。

如果把机构的各构件都安装同一个平面内，机构在运转时构件通常都会发生干涉。这个问题的解决方法就是通过选用不同长度的轴和限位套筒把构件安装在不同的平面内，但这些平面要相互平行，且都平行于机架铅垂面[4]。需要注意的是各平面之间的距离要尽可能的短，平面之间的距离越长，对机构运行的影响越大。

3.构件尺寸的确定

机构的最终设计方案以及构件的尺寸实际上都是由拼装过程确定的。一方面，基于学生现有的理论知识，让学生在设计机构时就把构件尺寸准确的确定下来，有些难度，特别是一些复杂的机构;另一方面，学生即使在设计时确定了尺寸，受机架尺寸的限制空间不够时仍然要变化构件长度。所以我们允许学生在拼装过程中边实验边调节构件长度，直至得到想要的运动规律，实际的构件尺寸就可以直接从拼装图中测量出来[5]。受实验学时的限制，拼装过程时间比较紧迫。构件长度的问题学生虽然可以通过反复实验来解决，但是教师也不能袖手旁观，否则学生可能在一个构件上花费很长时间。教师要能够根据自己的知识和经验，给学生一个引导方向，如是把一跟杆更换成更长的还是更短的，这样学生就能更快的完成拼装。

4.“有用”和“无用”

在实验过程中，教师和学生都要抛开设计“有用论”，不可能每个人都是设计师，不能要求每个同学设计的机构都具有实际应用价值。只要在实验过程中，学生的综合设计和实践能力得到了提高，目的就达到了。学生可能会设计出很多能够拼装运转，但是没有实际应用价值的机构，这些看似“无用”的设计恰恰催生了一些新颖的机构;而且谁又能保证，现在看起来“无用”的机构在将来不会在实际生活中应用呢。

在机构设计实验过程中，学生从“无”到“有”，要“造”出新机构来，并达到功能要求，需要亲自动手从100多个组件中准确地找出自己需要的组件，并安装到实验台架上，使其有合理的秩序和空间位置，并将构件的尺寸调整到合适位置。这个过程，使学生能形成和发展自身创造力，并能提高学生的工程实践能力。

参考文献：

[1]李曼林，赵岩.平面连杆机构设计实验的开发与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（2）：31-34.

[2]付晓莉，车江宁，张伟杰.机构创新设计实验立体化教学模式研究[J].实验室科学，2011，14（2）：41-43.

[3]胡思宁，芦书荣，魏艳春.机构运动创新设计实验的实践与探索[J].科技信息，2008，19：202-204.

[4]付晓莉，车江宁，张伟杰.机构创新设计实验立体化教学模式研究[J] .实验室科学，2011，14（2）：41-43.

[5]吴青凤，江帆，龙云.机械创新设计实验的研究[J].实验技术与管理，2013，30（9）：170-176.

作者简介：

刘春花（1983-），女，山东菏泽人，硕士，实验师，主要从事机械原理与机械设计实验教学工作。