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機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)的定義范文第1篇

人才培養(yǎng)模式受到本國社會、經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展以及歷史文化背景等多種因素的制約和影響。不同的教育理念和培養(yǎng)模式支配著相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整,教學(xué)資源的配備以及教學(xué)方法的改革。專業(yè)知識的傳授是教育的主要內(nèi)容之一,而創(chuàng)新意識、思維和能力的開發(fā)、培養(yǎng)則是教育更本質(zhì),更核心的內(nèi)容。創(chuàng)新意識、思維與能力的培養(yǎng)是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量工作中不可回避的問題,也是對教學(xué)改革的深層次研究與探索。因此在教學(xué)中,不應(yīng)出現(xiàn)重書本輕實踐、重知識輕能力、重傳授輕創(chuàng)新的情況,而應(yīng)是“基礎(chǔ)、實踐、創(chuàng)新”教育的和諧統(tǒng)一。機(jī)械原理課程屬于機(jī)械專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課,通過對當(dāng)前社會的人才需求進(jìn)行分析,結(jié)合其課程以及授課對象的特點,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等幾個方面對機(jī)械原理教學(xué)的創(chuàng)新模式進(jìn)行探討和詮釋。

一、教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

創(chuàng)新教育的目的就是培養(yǎng)和提高受教育者的創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)新精神。要實現(xiàn)此目的,首先從改變教學(xué)內(nèi)容入手,重視介紹學(xué)科發(fā)展的新動態(tài)、新方向、新內(nèi)容,注重激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動學(xué)生的積極性,讓學(xué)生了解更多更新的理論、技術(shù)與方法。例如,在緒論部分的講述中,以往的內(nèi)容主要是針對本課程的研究對象、基本概念、課程的地位和作用以及本課程的學(xué)習(xí)方法等展開的。但是,為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識,調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新積極性,除了經(jīng)典部分的闡述外,還有必要結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,重點闡述機(jī)械原理學(xué)科的發(fā)展動向。如在機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論發(fā)展發(fā)面,可以讓學(xué)生了解:為了廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù),當(dāng)今社會也迫切希望開展包括對液壓、電磁、光電等非機(jī)械傳動元件的廣義機(jī)構(gòu)設(shè)計。在對機(jī)構(gòu)的平衡問題進(jìn)行介紹時,引申到機(jī)構(gòu)的動力學(xué)研究,進(jìn)而讓學(xué)生了解到大型機(jī)械設(shè)備的故障診斷和在線監(jiān)測都是現(xiàn)代研究者關(guān)注的重點。有意識地將一些機(jī)械原理學(xué)科前沿的研究引入教學(xué)內(nèi)容中,如微型機(jī)械的研究,它不是將傳統(tǒng)的機(jī)械直接微型化,而是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇,是涉及多學(xué)科的綜合技術(shù)的應(yīng)用,也推動了處于機(jī)械原理學(xué)科前沿的微型機(jī)構(gòu)學(xué)分支的產(chǎn)生。結(jié)合一些相關(guān)視頻資料,學(xué)生在課堂上獲取到這些知識的同時,興趣也被調(diào)動了起來,拓寬了知識面和視野。讓學(xué)生意識到“創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂,是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力”,“一個沒有創(chuàng)新能力的民族,難以屹立于世界民族之林”[3]。

此外,在教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新改革中,還可以嘗試重心的轉(zhuǎn)移,強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng),突出計算機(jī)的應(yīng)用。教師在教學(xué)過程中逐漸實現(xiàn)淡化圖解計算分析,強(qiáng)化解析法內(nèi)容的教學(xué),進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的綜合認(rèn)識。這種重心轉(zhuǎn)移體現(xiàn)在:由圖解法為主向解析法為主轉(zhuǎn)變,使計算理論與計算機(jī)技術(shù)統(tǒng)一起來,提高機(jī)構(gòu)設(shè)計的效率和正確性;由手動設(shè)計計算向計算機(jī)自動計算轉(zhuǎn)變,提高學(xué)生計算機(jī)應(yīng)用能力;由過去重機(jī)構(gòu)分析計算向重機(jī)構(gòu)綜合轉(zhuǎn)變,提高學(xué)生機(jī)構(gòu)方案構(gòu)思與設(shè)計創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用知識解決實際問題的能力。在教學(xué)中不斷地營造創(chuàng)新環(huán)境,大大提高了學(xué)生的創(chuàng)新積極性。

二、教學(xué)方法的創(chuàng)新

教學(xué)方法應(yīng)該能夠配和教學(xué)內(nèi)容的改革。創(chuàng)新素質(zhì)就是指由知識結(jié)構(gòu)、智慧品質(zhì)、人格品質(zhì)三種成分有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的綜合素質(zhì)。創(chuàng)新教育就是要培養(yǎng)具有這種綜合創(chuàng)新素質(zhì)的學(xué)生。在當(dāng)前課堂教學(xué)中,以知識傳授為主導(dǎo)的教學(xué)方法并未根本改變,教與學(xué)的關(guān)系是以教師為主導(dǎo)、為中心的,這種方式在某種程度上制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及其創(chuàng)新潛能的發(fā)揮。在機(jī)械原理課程的教學(xué)方法上,應(yīng)加強(qiáng)與學(xué)生的互動,要將以教師為主的“灌輸式”教學(xué)向以啟發(fā)式、問題式、討論式教學(xué)為主的新的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變,讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí),真正成為教學(xué)活動的主體。以學(xué)生為本的創(chuàng)新教育教學(xué)方法可以通過以下幾個方面來實現(xiàn):鼓勵學(xué)生不迷信書本知識、不迷信權(quán)威觀點,敢于提出問題,無論課堂內(nèi)外,對于任何問題都應(yīng)多問幾個為什么。如對“極位夾角”的概念解釋,大部分教材上的定義是“搖桿處于兩極限位置時,相應(yīng)的曲柄位置線所夾的銳角”。在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考,對這個廣泛應(yīng)用的定義提出質(zhì)疑———是否所有的“極位夾角”都是銳角,是否有鈍角的情況存在,而不是直接給出學(xué)生更完善的定義。在這個過程中,學(xué)生開始學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題,也開始嘗試如何自己解決問題。

鼓勵學(xué)生的求異思維和發(fā)散思維,開闊學(xué)生的思路。當(dāng)然,創(chuàng)新離不開科學(xué)的根基,引導(dǎo)學(xué)生要堅持科學(xué)的思維,在提出自己獨特見解的同時,也應(yīng)該能用科學(xué)的理論對其進(jìn)行解釋和驗證。鼓勵學(xué)生多參加親身實踐,只有親自動手驗證了創(chuàng)新思維的正確性,才能真正達(dá)到創(chuàng)新的目的。機(jī)械原理是一門既有高度的抽象性,又有很強(qiáng)實踐性的課程。如機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析與力分析模型等都是從實際機(jī)械中抽象出來的,許多的概念需要通過動態(tài)過程才能得到準(zhǔn)確描述。原來的教學(xué)方法大多通過教師手工繪制或?qū)㈧o態(tài)圖展示給學(xué)生,教學(xué)效果并不理想。因此,現(xiàn)在的教學(xué)方法中采用多媒體手段教學(xué),課件中涵蓋了豐富的三維動畫、趣味的圖片、簡潔的文字等。通過教師講解、動態(tài)演示與板書相結(jié)合的方式,使學(xué)生在學(xué)習(xí)中可直觀地了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程及其所具有的特性、產(chǎn)生的各種現(xiàn)象,加快了學(xué)生對諸如“死點”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激發(fā)起學(xué)生的好奇心,強(qiáng)化了直覺思維,加深了學(xué)生對這些概念所表達(dá)物理意義的理解程度。

三、教學(xué)手段的創(chuàng)新

在教學(xué)手段上,著重培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)的整體認(rèn)識,注重學(xué)生的參與,與機(jī)械原理課程設(shè)計、機(jī)械原理創(chuàng)新實驗相結(jié)合,加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)基礎(chǔ)理論知識的理解。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)過的知識,獨立解決工程實際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,使學(xué)生得到一次較完整的設(shè)計方法的基本訓(xùn)練。在機(jī)械原理課程設(shè)計中,教師通過介紹創(chuàng)新設(shè)計的方法和展示創(chuàng)造發(fā)明實例,啟迪學(xué)生創(chuàng)新的思維,讓學(xué)生了解設(shè)計過程,掌握設(shè)計方法。在設(shè)計過程中,能在認(rèn)真思考的基礎(chǔ)上提出自己的見解,充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性,不是簡單的抄襲或沒有根據(jù)的臆造。教師僅指明設(shè)計思路,主要啟發(fā)學(xué)生獨立思考。設(shè)計方案確定后,安排學(xué)生向小組成員介紹自己的方案,并與其他成員討論,這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動了學(xué)習(xí)主動性,又破除學(xué)生對創(chuàng)新設(shè)計的神秘感,有助于讓學(xué)生對自己的設(shè)計方案有全面的認(rèn)識,使學(xué)生受益匪淺。

機(jī)械原理創(chuàng)新實驗是一個針對機(jī)械類或相關(guān)專業(yè)學(xué)生的開放性動手實驗。它是一個很好地培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力、獨立工作能力、創(chuàng)造能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力的平臺。學(xué)生自己擬定、設(shè)計機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案,根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理對桿組進(jìn)行拆分,再將構(gòu)件正確拼裝實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動,這個過程就要求學(xué)生必須將所學(xué)的理論知識充分地運(yùn)用到具體的實驗中去。例如,學(xué)生要設(shè)計并實現(xiàn)一個具有急回特性的送料機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)就有多種搭建方案,實驗過程中學(xué)生首先提交自己根據(jù)要求擬定的設(shè)計方案,繪制該平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖,再計算所有的桿長、角度、位移等數(shù)據(jù),然后在此基礎(chǔ)上將運(yùn)動簡圖搭建為能夠正確運(yùn)動的實驗機(jī)構(gòu)。設(shè)計過程中學(xué)生將會接觸到機(jī)械原理的各大機(jī)構(gòu),也會進(jìn)一步深入了解各大機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點,而搭建過程又會涉及到機(jī)械設(shè)計及零件的知識。將學(xué)生分為多組,同組學(xué)生共同擬定實驗方案、協(xié)同完成實驗,最后各自撰寫實驗報告。在設(shè)計和拼接過程中學(xué)生會遇到各種在理論學(xué)習(xí)中很少遇到的問題,在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中學(xué)生各方面的能力也得到了很好的綜合培養(yǎng)。該創(chuàng)新實驗用問題法、探究式教育來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研能力,讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了許多課本上學(xué)不到或曾經(jīng)被忽略的知識,參加過創(chuàng)新實驗的學(xué)生都深有體會。

機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)的定義范文第2篇

關(guān)鍵詞： 機(jī)械基礎(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗 教學(xué)平臺

1.引言

機(jī)械基礎(chǔ)課程是近機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，具有理論與實際緊密聯(lián)系的特征。其中實驗教學(xué)是本門課程的重要組成部分，通過實驗強(qiáng)化理論聯(lián)系實際的能力。隨著高校的不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)眾多，原有實驗場地、儀器、實驗教師均不能滿足實驗要求，影響了教學(xué)效果，因此實驗改革勢在必行。

2.機(jī)械基礎(chǔ)實驗的特點

根據(jù)教學(xué)大綱，機(jī)械基礎(chǔ)實驗包括：常用機(jī)構(gòu)認(rèn)知實驗、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的測繪實驗、齒輪范成實驗和帶傳動實驗。常用機(jī)構(gòu)認(rèn)知實驗主要是展示常用結(jié)構(gòu)的形式，分析其工作原理，包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪、圓錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒輪系和間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)等內(nèi)容。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的測繪實驗，為學(xué)生展示較為復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，像多桿機(jī)構(gòu)、齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)、凸輪與連桿組合機(jī)構(gòu)等。讓學(xué)生動手對這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行測繪，繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析，計算機(jī)構(gòu)的自由度。該實驗可提高學(xué)生的繪圖能力，使其對機(jī)械結(jié)構(gòu)分析有更深刻的認(rèn)識，形成對現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的能力。齒輪范成實驗是演示范成法加工漸開線齒輪的基本原理及漸開線齒輪齒廓曲線的形成過程，通過齒輪范成儀進(jìn)行模擬齒輪切削過程，學(xué)生了解齒輪加工方法，掌握齒輪加工時產(chǎn)生的根切現(xiàn)象，學(xué)會正確加工齒輪的方法。帶傳動實驗主要通過實驗驗證歐拉公式的正確性，使學(xué)生掌握摩擦傳動的特性。

3.實驗的虛擬實現(xiàn)

針對各實驗，教師先利用三維建模軟件如Solidworks、UG等進(jìn)行機(jī)構(gòu)的實體建模。然后利用三維建模軟件中的運(yùn)動仿真模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真。在運(yùn)動仿真中，可跟蹤零件的運(yùn)動軌跡，分析各構(gòu)件的運(yùn)動情況。將各個視角的運(yùn)動圖轉(zhuǎn)化成視頻文件，實驗時點擊相應(yīng)視角，即可觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況。學(xué)生可以選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動的一個具置，用尺子測量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖表述出機(jī)構(gòu)，依據(jù)所畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖進(jìn)行自由度計算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。范成實驗進(jìn)行演示，觀察根切產(chǎn)生的原因，熟悉產(chǎn)生根切現(xiàn)象齒輪的形狀，為實際工作中杜絕根切現(xiàn)象打下基礎(chǔ)。帶傳動實驗，調(diào)整帶輪包角，對帶施加初拉力，在臨界打滑的狀態(tài)，記錄刻度盤上的刻度緊邊拉力，驗證歐拉公式。最后完成實驗報告，上傳到教師郵箱。

虛擬實驗過程中最關(guān)鍵的是如何在網(wǎng)絡(luò)的框架下，完成建模零件的虛擬裝配，并且進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真，檢查各零件的干涉現(xiàn)象。為實現(xiàn)以上目的，首先要進(jìn)行各零件進(jìn)行建模，利用三維有限元軟件如SolidWorks或UG進(jìn)行各零件建模，如各種形狀的桿件、不同類型的齒輪、凸輪及間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。然后進(jìn)行裝配，利用軟件自帶功能，生成爆炸視圖效果，轉(zhuǎn)化成視頻文件，供學(xué)生從不同角度觀察復(fù)雜機(jī)構(gòu)。更進(jìn)一步，可以采用SolidWorks和3DMAX對機(jī)械組件進(jìn)行實體建模；用CULT3D和JAVA結(jié)合對實體模型進(jìn)行多視角處理，完成模型的平移、放縮、旋轉(zhuǎn)等功能；以VirTools和VSL（Virtools scripting Language）對動畫中的實體模型進(jìn)行軌跡控制；最后用網(wǎng)頁技術(shù)將各種資源進(jìn)行整合。利用SolidWorks運(yùn)動仿真模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，跟蹤零件的運(yùn)動軌跡，分析機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力，建立各種復(fù)雜的實際系統(tǒng)仿真模型。為了設(shè)計的動畫和材質(zhì)能夠形象地演示出零件的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。在3D Studio MAX動畫中，為模擬自然界中各種物體表現(xiàn)出來的千差萬別的材料質(zhì)感，應(yīng)從三個方面定義模型的色彩特征，即色彩、紋理模型及屬性。除定義幾何物體的色彩外，還需定義光的色彩及類型。而運(yùn)動軌跡的設(shè)定，則是在系統(tǒng)機(jī)械零部件動態(tài)過程虛擬設(shè)計中，采用關(guān)鍵幀法來設(shè)計運(yùn)動軌跡。首先在某些幀（稱為關(guān)鍵幀）預(yù)先設(shè)定好物體的位置及屬性，然后在這些關(guān)鍵幀之間進(jìn)行樣條或線性插值來完成運(yùn)動軌跡的設(shè)定。

采用Solidworks建立模型，完成了動態(tài)過程的設(shè)計后，要利用Cult3D對模型進(jìn)行交互性設(shè)計，主要步驟：

（1）用3DMAX軟件建立三維場景，然后將其通過相應(yīng)的Cult3D export plug-in轉(zhuǎn)換為Cult 3D（*.c3d）文件格式。模型經(jīng)過3DMAX軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，導(dǎo)出模型到Cult 3D Designer作為交互設(shè)計的對象。

（2）用Cult 3D Designer把*.c3d打開，添加交互動作，并進(jìn)行編輯。

（3）把制作好的文件保存為網(wǎng)頁格式文件，Project文件制作完成后進(jìn)行壓縮就可以制作網(wǎng)頁接收文件（*.co），最后將*.co文件嵌入HTML網(wǎng)頁。

4.網(wǎng)絡(luò)平臺的搭建

虛擬實驗教學(xué)平臺面向教師、學(xué)生和實驗管理員三大類對象，他們分布在網(wǎng)絡(luò)終端，可以在任何使用TCP/IP連接網(wǎng)絡(luò)的地方使用這個系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Client/Server兩層結(jié)構(gòu)，由本地虛擬實驗管理服務(wù)器和遠(yuǎn)程客戶組成，平臺的網(wǎng)絡(luò)傳輸使它們通過局域網(wǎng)或者INTERNET連接成一個有機(jī)的整體。實驗的虛擬操作在學(xué)生本地機(jī)器上進(jìn)行，而實驗的管理配置，教師對學(xué)生的實驗的教學(xué)交互則通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，相對于很多把實驗過程放在服務(wù)器上進(jìn)行的平臺來說，本平臺減輕了服務(wù)器處理數(shù)據(jù)的壓力，同時在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)帶寬沒有達(dá)到可能的時候，減少了系統(tǒng)內(nèi)部之間信息的傳輸量，對網(wǎng)絡(luò)速度的限制減少，因此更適合廣大的大專院校使用，整個平臺的構(gòu)成如下圖所示。

5.結(jié)語

機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)路實驗系統(tǒng)不僅提供了良好的人機(jī)交互功能，而且提供了實驗教學(xué)的新思路，大大降低機(jī)械學(xué)科的教育成本，改善相關(guān)實驗的實訓(xùn)環(huán)境，優(yōu)化教學(xué)過程，解決實驗教學(xué)活動中普遍存在的實驗設(shè)備不足、型號落后難以更新?lián)Q代跟上科技發(fā)展的困難。實踐表明，虛擬實驗?zāi)芄?jié)省教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)的定義范文第3篇

同時還解釋了動瞬心線沿定瞬心線做無滑動的滾動，有利于學(xué)生加深理解，為瞬心線機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計提供幫助。

關(guān)鍵詞：動瞬心線 定瞬心線 瞬心線機(jī)構(gòu)

Abstract：In view of the centrode problem of planar hinge four-bar linkage in the course of mechanical principle， method of graphic and analytic is applied to clearly show the drawing process of moving centrode and fixed centrode， as well as the trajectory equation of centrode in an analytic mode. The reason of moving centrode rolling without sliding along the fixed centrode is also explained in order to help student understand the theory， and design the centrode mechanism.

Key Words：moving centrode；fixed centrode；centrode mechanism

中圖分類號：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0213-01

1 問題的提出

針對機(jī)械原理課程教學(xué)過程中，學(xué)生對某些原理性的概念普遍感覺抽象難以理解的特點，通過合理安排課程設(shè)計內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，啟發(fā)創(chuàng)造性思維，可采用課后小組討論、鼓勵多查找專業(yè)文獻(xiàn)等方式，加強(qiáng)對學(xué)生綜合分析問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文以瞬心線為例，采用作圖法和解析法進(jìn)行研究，幫助學(xué)生加深對概念的理解，以更好地分析和設(shè)計相關(guān)瞬心線機(jī)構(gòu)。

2 瞬心線概念

由基本理論可知，瞬心的位置是隨兩構(gòu)件的運(yùn)動而變動的，它將在各自構(gòu)件上形成一條軌跡，即為瞬心線。對于平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，以AD為機(jī)架，兩個連架桿的瞬心以A/D為起始/終止點的為定瞬心線，以B/C為起始/終止點的為動瞬心線，而且動瞬心線沿著定瞬心線作無滑動的純滾動。

上述的描述晦澀難懂，給學(xué)生的理解帶來很大問題。下面將采用兩種方法，詳細(xì)闡述：

2.1 作圖法分析

根據(jù)已知條件，機(jī)架AD桿固定不動，連桿BC轉(zhuǎn)動，可以確定一條瞬心線即定瞬心線。同理采用機(jī)構(gòu)倒置方法，將連桿BC作為機(jī)架，構(gòu)件AD相對于新的機(jī)架的瞬心構(gòu)成另一條瞬心線，即動瞬心線。作圖過程如圖1和圖2所示。

由于機(jī)架AD桿固定不動，2、3、4桿長度確定，并做相對轉(zhuǎn)動，因此定瞬心線與動瞬心線形狀不變。在畫動瞬心線時，無論1、3桿相對位置如何，2、4桿延長線的交點，即為兩條瞬心線重合點。同時在轉(zhuǎn)動過程中，1、3桿相對位置不同，所以其重合點的位置會發(fā)生變化。根據(jù)瞬心的定義可知，無論是動瞬心線還是定瞬心線，都表示1、3兩個桿件相對速度為零的軌跡，由于分析時機(jī)架選擇的不同，兩條瞬心線的轉(zhuǎn)動角速度不同，因此動瞬心線相對于定瞬心線做滾動。

2.2 解析法分析

假定在定瞬心線上任意取一點E，連線AE、DE，分別減去AB、CD，以B為圓心，B’E為半徑，以C為圓心，C’E為半徑分別作圓，交于點E’，于是根據(jù)靜瞬心線便可確定動瞬心線。即：

AE=AB+BE’

DE=DC+CE’

只要確定了靜瞬心線，就可以確定動瞬心線

下面確定定瞬心線的軌跡。以A為原點，為X軸，AD向上為y軸，則B點軌跡為：x2+y2=r2AB；C點軌跡為：（x-xD）2+y2=r2CD，則直線AB’方程：y=

因此，當(dāng)已知時，可進(jìn)一步化簡或利用計算機(jī)做出定瞬心線的軌跡曲線。

3 結(jié)語

本文通過采用作圖和解析兩種方法，詳細(xì)分析了平面鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的瞬心線問題，有利于加強(qiáng)學(xué)生對瞬心線這一抽象定義的理解，并進(jìn)一步為瞬心線機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計打好基礎(chǔ)。

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機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)的定義范文第4篇

關(guān)鍵詞 虛擬仿真；教學(xué)系統(tǒng)；matlab軟件

中圖分類號TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）96-0136-02

在機(jī)械教學(xué)中，機(jī)械特性的教學(xué)占有很重要的位置，但是傳統(tǒng)的教學(xué)很大程度是經(jīng)驗規(guī)律的傳授，很難使學(xué)生形成直觀和具體的切身體驗，效果不是很好。

隨著現(xiàn)代仿真技術(shù)的興起，各種各樣的仿真的技術(shù)和仿真方法的出現(xiàn)，使原來抽象的機(jī)械規(guī)律現(xiàn)象變得更加的直觀，在機(jī)械的教學(xué)中，四桿機(jī)構(gòu)是一種典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)。而其特性的教學(xué)確是很難為學(xué)生掌握。主要的原因是四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式不直觀和運(yùn)動的參數(shù)不直觀。使學(xué)生對四桿機(jī)構(gòu)的認(rèn)識停留在理論的簡單層次，不能很好的認(rèn)識，更不能應(yīng)用。針對這種情況，考慮設(shè)計一款軟件，既能實現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式的仿真，同時也能實現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動物理參數(shù)的實施輸出。Matlab本身就以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力著稱，simulink工具箱使機(jī)械機(jī)構(gòu)的建模變得更為容易。

SimMechanics是Matlab仿真中的一個工具箱，同時結(jié)合Simulink、Matlab的功能。利用SimMechanics模塊框圖對機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行建模和動態(tài)仿真。通過一系列關(guān)聯(lián)模塊來表示機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，在仿真時通過SimMechanics可視化工具將機(jī)構(gòu)系統(tǒng)簡化為機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的直觀顯示。

SimMechanics模塊組提供了建模的必要模塊，可以直接在Simulink中使用。SimMechanics支持用戶自定義的構(gòu)件模塊，可以設(shè)定質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。通過節(jié)點聯(lián)接各個構(gòu)件來表示可能的相對運(yùn)動，還可以在適當(dāng)?shù)牡胤教砑舆\(yùn)動約束、驅(qū)動力。

物理仿真是一個發(fā)展的趨勢，現(xiàn)在做到的系統(tǒng)，最多只能是半沉浸式，最終的目標(biāo)是物理仿真的完全沉浸式，并且實現(xiàn)實時的人機(jī)交互，給體驗者完全真實的環(huán)境，實現(xiàn)教學(xué)的體驗代替書本理論的時代。

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[3]周建興.MATLAB從入門到精通.北京：人民郵電出版社，2008：4-6.

機(jī)械原理中機(jī)構(gòu)的定義范文第5篇

關(guān)鍵詞：搗固裝置；鎬臂；受力分析；檢查預(yù)防

1 概述

根據(jù)國家中長期政策目標(biāo)，最新《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中提出：計劃到2020年前后，會建成投產(chǎn)大批標(biāo)志性項目，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到15萬公里，其中高速鐵路超過3萬公里，覆蓋中國80%以上的大城市。目前，300km/h的高速鐵路多為無碴線路，200～250km/h的動車仍采用有碴軌道。隨著我國鐵路運(yùn)輸逐步向高速重載方向發(fā)展，線路養(yǎng)護(hù)的重要性越來越凸顯出來，成為鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵項目之一。

搗固車作為大型養(yǎng)路機(jī)械中的關(guān)鍵裝備，全國共有一千多臺。在我國線路上使用的主要車型有：DC-32搗固車、DCL-32連續(xù)走行搗固車、CDC-16道岔搗固車和DWL-48連續(xù)走行搗固穩(wěn)定車等。

搗固裝置是搗固車的主要工作裝置，也是該車的核心部件之一。其主要作用是打散板結(jié)道床，搗固鋼軌兩側(cè)的軌枕底部的道砟，提高軌枕底部道砟的密實度，并與起撥道裝置等配合作業(yè)，使軌道方向、左右水平和前后高低均恢復(fù)到線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，增加了軌道的平順性和穩(wěn)定性，進(jìn)而保證了列車安全運(yùn)行。

2 搗固裝置的發(fā)展歷程

在上世紀(jì)五十年代以前，道砟搗固主要是通過大批人工用叉子、鐵鍬和搗鎬來完成的。每根軌枕都必須先用千斤頂?shù)裙ぞ咛У筋A(yù)定高度，再用搗鎬等工具將道砟塞進(jìn)軌枕的下方，以保證達(dá)到統(tǒng)一的高度。整個過程耗費了大量的人力物力，而線路的精度和耐久度卻無法保證。

隨著技術(shù)的發(fā)展，發(fā)明家們開始研究用機(jī)械取代人工進(jìn)行線路搗固。1893年，埃文斯先生首先在美國的專利中介紹了一種機(jī)械裝置，這種裝置可以在軌道上行駛，使用許多把搗鎬將道砟推到軌枕下方。但這種裝置對整個軌枕下方都進(jìn)行搗固，超出了所需的搗固范圍。

隨后，更多的發(fā)明家開始注冊了關(guān)于搗固機(jī)械的專利。1933年由舒切爾先生在瑞士注冊的一種作業(yè)裝置對現(xiàn)代搗固機(jī)械的產(chǎn)生最為重要。他的機(jī)構(gòu)主要有兩種運(yùn)動，一種是搗固工具的振動，這種振動由偏心機(jī)構(gòu)生成；第二種運(yùn)動是利用搗固工具的合緊，將道砟擠壓到軌枕的下方。整個機(jī)構(gòu)可以作為整體來升起和下降，從而將搗鎬插入到道床中，并通過沖擊力將板結(jié)的道床打散，該機(jī)構(gòu)靠電力驅(qū)動。

舒切爾先生的機(jī)構(gòu)奠定了現(xiàn)代搗固裝置的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。1953年，奧地利的普拉薩?陶伊爾在此基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新的搗固機(jī)械：PlasserVKR01型。該專利第一次提到由液壓作為機(jī)構(gòu)的動力，驅(qū)動搗鎬的合緊動作。由于液壓的特性，可以在不同的搗鎬上產(chǎn)生同樣的合緊力，每個搗鎬都可以實現(xiàn)獨立的動作。這種搗鎬獨立動作被稱為異步搗固模式，這種搗固模式可以使道砟在軌枕下面的密實性更加均勻。目前，世界上主要有Plasser、MATIS、HTT三家公司生產(chǎn)搗固裝置，其中以Plasser公司生產(chǎn)的搗固裝置技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。

3 搗固裝置結(jié)構(gòu)及工作原理簡介

3.1 搗固裝置的主要結(jié)構(gòu)

雖然搗固裝置有多種型號，但他們的結(jié)構(gòu)組成是相似的。以DCL-32型搗固裝置為例，搗固裝置主要由以下幾大部件組成（如圖1所示）：

（1）箱體部件。箱體屬于機(jī)架部分，由鑄鋼件和鋼板等零件焊接而成。其上安裝其他各部件，并承受各部件的作用力。

（2）振動軸部件。振動軸部件的作用是產(chǎn)生振動，主要由偏心軸和一系列振動軸承組成，安裝有單耳內(nèi)油缸和叉形內(nèi)油缸。

（3）油缸部件。油缸部件一方面與振動軸的偏心檔、鎬臂和箱體組成連桿機(jī)構(gòu)，將振動軸偏心檔的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為鎬臂的搖擺振動，另一方面通過活塞桿的伸縮驅(qū)動鎬臂完成夾持動作。

（4）鎬臂部件。根據(jù)安裝位置的不同，分為內(nèi)鎬臂和外鎬臂。鎬臂下部安裝有搗鎬，將振動力和加持力傳遞給搗鎬，同時承受搗鎬的反作用力。

（5）導(dǎo)柱部件。為搗固裝置的提升和下降動作提供導(dǎo)向。

（6）分配體部件。實際是一個由液壓油路和壓縮空氣管路組成的分配塊，將搗固裝置上各處液壓和氣動管路匯總，方便與整車接口。

（7）行程限制部件。通過調(diào)整油缸活塞桿的行程來改變搗鎬的下插位置，來適應(yīng)不同的軌枕間距。

（8）支承臂及油箱部件。一方面為各稀油部位供油；另一方面作為飛輪罩，起到安全防護(hù)作用。

3.2 搗固裝置的工作原理

搗固裝置的工作原理主要分為兩方面：振動發(fā)生原理和異步穩(wěn)壓原理。

振動軸的直檔部分與箱體鉸接，偏心檔部分與油缸的一端鉸接，油缸的另一端與鎬臂的上端鉸接，鎬臂的中部與箱體鉸接。這樣，箱體、振動軸、油缸、鎬臂組成了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)振動軸做定軸旋轉(zhuǎn)時，連桿機(jī)構(gòu)將偏心檔的圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)化成鎬臂的微幅擺動。此為搗固裝置的振動發(fā)生原理。

鎬臂的夾持動作是由液壓油缸來驅(qū)動的，根據(jù)液壓油路的特性，油缸產(chǎn)生的加持力是相同的。而線路各處的道砟疏密程度是不同的，所以道砟疏松的地方搗鎬所受阻力就小，搗鎬夾持速度就快，道砟密實的地方搗鎬所受阻力就大，搗鎬夾持速度就慢，此為異步原理。夾持動作最終結(jié)束時，搗鎬的夾持力與道砟的阻力實現(xiàn)平衡。由于各油缸的夾持力是相同的，所以線路各處道砟的阻力也是相同的，即密實效果是相同的，此為穩(wěn)壓原理。異步穩(wěn)壓原理的優(yōu)勢在于，通過液壓特性對搗鎬的夾持運(yùn)動進(jìn)行自動調(diào)整，最終使各處道砟達(dá)到相同的密實程度。

4 受力分析

4.1 搗固裝置動力學(xué)分析

動力學(xué)模擬用專業(yè)軟件ADAMS進(jìn)行?？紤]運(yùn)算時間等其它因素，將內(nèi)鎬臂、外鎬臂、內(nèi)油缸、外油缸和偏心軸5個部件視為剛體，將箱體模擬為缺省系統(tǒng)坐標(biāo)系。

建模時，內(nèi)鎬臂、外鎬臂、內(nèi)油缸、外油缸和偏心軸部件等屬性通過Body元素來定義，之間的銷軸連接等約束來定義，動力學(xué)模型如圖2，3所示。

偏心軸以35Hz的頻率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于偏心2.5mm，所以機(jī)構(gòu)產(chǎn)生周期性的振動。線路工況中一個工作周期的負(fù)荷變化分布圖4，表1所示，以此為根據(jù)，選取線路工況在總的里程中比例，編輯成完整的隨機(jī)載荷譜。

鎬臂銷軸孔節(jié)點的x向和y向分力時間載荷歷程如圖5所示。

4.2 鎬臂有限元分析

鎬臂承擔(dān)搗固裝置的傳遞所有作用力，而且其搗固工作狀態(tài)下環(huán)境更為惡劣，因此必須具備足夠的強(qiáng)度承受搗鎬搗固地面時作用于鎬臂靜載荷和動載荷。作為搗固裝置的重要工作部件，其強(qiáng)度直接關(guān)系到搗固車運(yùn)行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性等。搗固裝置的鎬臂分為外鎬臂和內(nèi)鎬臂。外鎬臂外觀平直，內(nèi)鎬臂造型復(fù)雜，因而內(nèi)鎬臂的內(nèi)力情況更為復(fù)雜，應(yīng)力集中情況更多。內(nèi)鎬臂分為對稱內(nèi)鎬臂和不對稱內(nèi)鎬臂兩種，顯然不對稱內(nèi)鎬臂的受力情況更為惡劣，故本節(jié)以不對稱內(nèi)鎬臂為對象進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。

4.2.1 非線性有限元處理方法

鎬臂為低合金鑄鋼件，采用ANSYS中梁單元BEAM188模擬銷軸和只受壓不受拉的桿單元LINK180模擬鎬臂與鎬臂孔的連接，采用大變形計算方法。

4.2.2 單元介紹

BEAM188-3-D線性有限應(yīng)變梁：

BEAM188適用于分析細(xì)長梁。各元素基于Timoshenko 梁理論。具有扭切變形效果。

BEAM188 是一個二節(jié)點三維線性梁。BEAM188在每個節(jié)點上有6或7個自由度，數(shù)目的變化，由KEYOPT（1）來控制。當(dāng)KEYOPT（1）=0時，每個節(jié)點有6個自由度。分別沿x軸、y軸、z軸的位移及繞其軸的轉(zhuǎn)動。當(dāng)KEYOPT（1）=1時，會增加一個自由度（即第七自由度翹曲量）。這個元素能很好地應(yīng)用于線性（分析）中，大偏轉(zhuǎn)、大應(yīng)力的非線性（分析）。

BEAM188包含了應(yīng)力剛度，在默認(rèn)的情況下，在某些分析中，用 NLGEOM來打開。當(dāng)進(jìn)行彎曲（flexural）、側(cè)向彎曲（lateral）、扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性（torsional stability）分析的時候，應(yīng)力剛度是被打開的。

BEAM188能夠采用SECTYPE，SECDATA，SECOFFSET，SECWRITE和SECREAD來定義任何形狀的截面。彈性、蠕變、和塑性模型都是允許的（其中不考慮次截面的形狀）。

在整體（偏移）距離（不是單個元素）的情況下，記錄下這個比值是非常重要的。當(dāng)懸臂梁受到向下的負(fù)載時，懸臂梁的向下負(fù)載會產(chǎn)生橫向切應(yīng)變的一個估評。雖然這樣的結(jié)果還不能外推到所有的情況，卻可以作為指導(dǎo)。推薦細(xì)長比大于30時。

扭轉(zhuǎn)變形的St.Venant翹曲，決定了一個綜合狀態(tài)，它能使材料在屈服后的切應(yīng)力變得平均。ANSYS不提供對橫截面上扭切分布情況的換算。所以，因扭轉(zhuǎn)負(fù)載引起的大的非彈性變形，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行討論。（ANSYS）會檢查并給出警告。在這種情況下，推薦用實體或殼模型來代替，在默認(rèn)的情況下，BEAM188元素假設(shè)橫截面上的彎曲很小，可以被忽略（KEYOPT（1）=0）。可以使用KEYOPT（1）=1，打開彎曲度的自由度。

LINK180――三維有限應(yīng)變桿（或桁架）單元：

LINK180三維有限應(yīng)變桿單元，是被廣泛應(yīng)用的桿單元，用它可以模擬彈簧、纜索、連桿、桁架等。這種三維桿單元是桿軸方向的拉壓單元，每個節(jié)點都有三個自由度：沿節(jié)點坐標(biāo)系X軸Y軸Z軸方向的平動。如同鉸接結(jié)構(gòu)一樣，此單元不承受彎矩，具有蠕變、旋轉(zhuǎn)、塑性、大應(yīng)變、大變形等功能。在默認(rèn)的情況下，能進(jìn)行任何假設(shè)分析，當(dāng)用命令NLGEOM，ON的時候，LINK180單元的應(yīng)力剛化效應(yīng)開關(guān)被打開。同時該單元還具有各向同性塑性硬化、Hill（各向異性塑性）、動力塑性硬化、Chaboche（非線性塑性硬化）、彈性、以及蠕變等性能。僅受拉或僅受壓，桿單元詳見LINK10。

圖8給出了該單元的幾何圖形、節(jié)點坐標(biāo)及單元坐標(biāo)系。單元通過兩個節(jié)點、橫截面的面積（AREA）、單位長度的質(zhì)量（ADDMAS）以及材料的屬性來定義。該單元的X軸是沿節(jié)點I到節(jié)點J的單元長度方向。LINK180單元允許通過改變截面面積來實現(xiàn)軸向伸長的功能。缺省時，單元的截面面積改變，但體積保持不變，即使變形后亦是如此，缺省值適用于彈、塑性分析。也可以通過設(shè)置KEYOPT（2），使截面面積保持不變（或剛性）。單元的結(jié)果輸出有兩種形式：

（1）包括所有節(jié)點解的節(jié)點位移；（2）附加的單元輸出，如圖9 Stress Output。

桿單元假定是一直桿，軸向載荷作用在末端，從桿的一端到另一端，均為同一屬性。桿長大于零，所以節(jié)點I和J不重合。面積大于零。假定溫度沿桿長線性變化，則：位移函數(shù)在桿上具有相同的應(yīng)力。

在有限元的建模過程中，內(nèi)鎬臂離散的節(jié)點數(shù)為：229762，單位個數(shù)為147946， 彈性模量為190GPa， 泊松比為 0.25。實體模型及有限元模型，如圖10所示。

4.2.3 靜強(qiáng)度計算工況及載荷的確定

搗固裝置在作業(yè)過程中，要經(jīng)過搗固、保持和松開三種計算工況。各工況的載荷計算方法，通過ADAMS隨機(jī)載荷曲線的極限值，提取參數(shù)。作用于箱體上的作用力，方向和位置，如圖11（箱體機(jī)械載荷作用位置和方向），表2（工況載荷）所示。

低合金鑄鋼的機(jī)械性能見表3。為確保安全，取安全系數(shù)S=2.0，進(jìn)行許用應(yīng)力校核。

從圖12到圖17中可以看出，不同載荷工況最大von Mises應(yīng)力均小于各區(qū)域?qū)?yīng)的各材料許用應(yīng)力，因此鎬臂滿足靜強(qiáng)度評定要求。載荷分別加載時，在三種工況下，最大von Mises應(yīng)力均出現(xiàn)在鎬臂板與凸臺連接區(qū)域如圖18所示。

5 維護(hù)保養(yǎng)和檢查預(yù)防

裂紋對于鎬臂來說是較常見且對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度造成較大影響的損壞方式。一方面在振動和沖擊的情況下本身容易產(chǎn)生疲勞裂紋，另一方面裂紋產(chǎn)生時極為隱蔽較難發(fā)現(xiàn)，一旦裂紋發(fā)展擴(kuò)大將無法修復(fù)甚至在施工中直接斷裂。而其他損壞例如鉸接孔磨損和搗鎬安裝孔磨損對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和施工都影響較小，而且大修時可進(jìn)行修復(fù)。

因此，及時發(fā)現(xiàn)裂紋并進(jìn)行修復(fù)處理可以減少設(shè)備的故障率，減少內(nèi)鎬臂報廢的數(shù)量從而降低設(shè)備維護(hù)成本。

根據(jù)受力分析，裂紋可能發(fā)生在板形結(jié)構(gòu)與塊形結(jié)構(gòu)的交接位置。在日常維護(hù)保養(yǎng)時，應(yīng)重點關(guān)注這些位置，發(fā)現(xiàn)裂紋及時上報和處理，以免裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，造成零件報廢和影響施工進(jìn)度。在搗固裝置檢修時，需對以下位置進(jìn)行磁粉探傷（見圖19）。同理推斷，需對對稱內(nèi)鎬臂的相應(yīng)位置進(jìn)行磁粉探傷。

探傷發(fā)現(xiàn)裂紋后，檢查裂紋擴(kuò)展情況，如果裂紋較淺，可進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)。但必須將裂紋打磨消除后（如圖20），才可進(jìn)行焊補(bǔ)。如果裂紋擴(kuò)展較深，難以打磨消除干凈，焊接無法滿足強(qiáng)度要求，鎬臂報廢。

6 結(jié)束語

搗固作業(yè)歷經(jīng)了由人工作業(yè)發(fā)展到大型機(jī)械化作業(yè)的漫長過程，其結(jié)構(gòu)和工作原理日趨成熟。但由于作業(yè)的工況惡劣，機(jī)構(gòu)受力復(fù)雜，其機(jī)械部件難免出現(xiàn)損壞，鎬臂就是其中的一種。在搗固作業(yè)過程中，鎬臂不僅本身進(jìn)行受迫高頻振動，還要承受下插時的沖擊力和加持時的彎矩。其中的內(nèi)鎬臂由于外形結(jié)構(gòu)比外鎬臂復(fù)雜，受力情況更為惡劣。

考慮到內(nèi)鎬臂制造成本高，且在現(xiàn)場更換困難，需要在大修時盡可能多的發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修復(fù)，以減少零件報廢，避免影響施工進(jìn)度和現(xiàn)場維修，從而降低設(shè)備使用維護(hù)成本。使用有限元的方法對零件受力進(jìn)行仿真計算，找到結(jié)構(gòu)的薄弱之處，為探傷檢查的位置提供了理論指導(dǎo)。為同類產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

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