機械原理與機構創(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創(chuàng)新設計中的指導作用
機械原理課程研究的內容主要包括幾個方面:（1）機構結構分析的基本知識。研究機構的組成及機構運動簡圖的畫法，機構具有確定運動的條件以及機構的組成原理及結構分類。（2）機構的運動分析。無論分析現(xiàn)有機械還是創(chuàng)新新的機械，分析機構的運動都是必不可少的。（3）機器動力學。（4）常用機構的分析與設計。（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容不難看出，機械原理的知識在機構創(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。
常用機構是指機器中普通使用的機構，如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等。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組合而成。所以，機械原理中關于常用機構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，在進行機構方案設計的過程中，必須應用到機械原理中機構具有曲柄的條件和急回運動的條件以及機構設計的知識，才能使所創(chuàng)愈的機構達到設計要求。
2、機構的組成原理-機構創(chuàng)新設計的基本原理
任何平面機構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，這就是機構的組成原理。顯然，機構的組成原理對于我們進行機構的創(chuàng)新設計具有十分重要的指導意義。當我們設計新機構時，根據(jù)機構的組成原理，可先選定機架，所取原動件的數(shù)目等于機構自由度數(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級桿組構件2與3和構件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。
依次類推，可創(chuàng)愈出各種各樣型式新穎、用途各異的機構。可見，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具有確定運動的條件，便可方便地得出結論。機構的原動件的數(shù)目應等于機構的自由度數(shù)目。這就是機構具有確定運動的條件。據(jù)此我們可檢驗所創(chuàng)愈出的機構是否具有確定的運動并進行修改。為某一創(chuàng)意的機構設計方案，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)機構具有確定運動的條件，增加一個活動構件和一個低副，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、機構的變異-創(chuàng)造新型機構
當所選機構不能全面滿足要求時，我們可以通過改變構件的結構形狀、運動尺寸、更換機架或原動件、增加輔助構件等方法獲得新的機構或特性。如在棺輪機構中，如果將棺輪的直徑增大為無窮大，核數(shù)為無窮多，那么柑輪機構就變異為圖3所示的間歇直動的相條機構。不難粉出，學習機構變異方法，可以激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，設計出畜有創(chuàng)意的機構方案。
三、機構創(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，紛紛加大經費投人，改普教學條件。機構創(chuàng)意組合或機構組合創(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)意構思，根據(jù)自己的創(chuàng)意構思，拼裝出各種掃構模型，然后進行模擬演示，據(jù)此修正自己的設計使之完菩.更為先進的機構創(chuàng)意實驗臺，還具有參數(shù)可視化分析功能，可檢測構件的運動參數(shù)，并通處計算機顯示運動曲線，從而了解機構運動規(guī)律及返動狀況，便于修改設計方案。通過機構創(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合，更是使得機構創(chuàng)親設計的手段得以迅速發(fā)展。只要擁有機構設計與分析的軟件，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，利用機構創(chuàng)意組合掃裝實驗臺，拼裝各種創(chuàng)意抓構等各種途徑，實現(xiàn)自我的機構創(chuàng)新構思。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  空間機構創(chuàng)新組合及虛擬演示實驗臺