组合连杆的设计*

王晓波，秦永康

(新乡职业技术学院工程技术系，河南新乡453006)

1 引言

教具是以传播科技、教书育人为目的的实物，是教学活动中不可缺少的教学工具，教具的特点主要有以下几点:(1)直观性，(2)实践性，(3)有研究价值，(4)典型性，(5)需要语言媒介、文字媒介配合。近些年来，随着多媒体在教学中的广泛应用，教具的使用逐渐减少，但是，多媒体教学有它的缺点，教具的直观性和实践性是多媒体所无法代替的，特别是根据教学内容有针对性制作的自制教具。

在机械专业基础课程的教学中，杆件是经常涉及的内容，如机械设计基础中的平面连杆机构，工程力学中的静力学和材料力学也涉及杆件的分析。以前，平面连杆教具在教学中的应用很普遍，一些教师也自己制作，如王培秦在机械基础教学中制作了铰链四杆机构［1］，但该机构过于简单，没有变化，只适合讲解铰链四杆机构三种基本形式的组成条件。林风设计的自动连杆曲线绘制仪，可以改变连杆长度，演示几种常见的四杆机构并绘制出连杆曲线［2］，但组合形式单一，杆长的变化也有限。卢存光、谢泗淮设计的组合式可调平面连杆机构模型，通过可调式机架，构成各种平面连杆机构模型［3］，但如作为教具，机构过于复杂，杆的长度调节也有限。目前，随着各种软件的发展，对于平面连杆机构的设计、运动分析，更多采用计算机辅助设计和仿真，如王会等借助于软件VB6.0进行可视化编程实现可视化，同时实现平面连杆机构动态仿真［4］。葛晓忠等以平面六杆机构为例，在UG/Motion模块中，用动画来表现机构的运动过程，为优化机构提供参考［5］，但这些方法在高职教学中却不适用。

通过机械设计基础课程的教学实践，设计出适合教学的组合连杆机构，本教具设计总的思路就是结构简单，组合灵活，变化多样。通过把连杆中间做成透槽，实现多杆固定连接来改变连杆的长度，或多杆铰接组成各种平面连杆机构。

该机构由连杆、小支座、底板、绘图板、支架、笔架、手柄、蝶形螺母和螺杆组成，在需要时还可以附加滑块等其他零件，以实现多功能的使用目的。

2 机构的设计

本教具设计总的思路就是结构简单，组合灵活，变化多样。通过把连杆中间做成透槽，实现各种灵活的连接。

1)连杆:呈长条形，杆中间做成透槽，两端有通孔。透槽和通孔可以实现各连杆的自由连接，连接方式有两种，第一种是两个连杆之间的固定连接，第二种是连杆间的铰接，形成转动副。为方便进行拆装，连接时用蝶形螺母和螺杆，可根据需要选择合适长度的螺杆。透槽的作用还可以用来固定手柄、笔架等其他零件，还可以根据需要固定销轴作为铰接点。

2)绘图板:绘图板中有透槽，用来安装固定板，作为构件的机架。

3)底板:底板用来安置绘图板。绘图板下边固定在底板上，上边固定于大支座上。

4)笔架:一端为螺孔，用平头螺钉固定到需要绘制轨迹的点处;另一端为带锥度的孔，用来插入粉笔或铅笔等。

5)固定手柄和活动手柄:用来驱动机构运动，其中活动手柄一端为螺杆，用来固定到主动件的适当位置，另一端为轴，轴上有套筒，可以灵活转动。

6)装配图:各零件的连接示意图见图1。其中1是蝶形螺母和螺杆，2是连杆，3是透槽，4是绘图板，5是底座，6是笔架，7是活动手柄，8是固定手柄，9是固定板。

图1 连杆连接方式示意图

3 机构的作用

它主要作为教具，也可以作为机械设计的辅助试验装置，主要作用有:

1)讲解铰链四杆机构的三种基本形式、曲柄存在的条件(杆长和条件)、急回运动、死点等特性。

2)讲解铰链四杆机构的演化。

3)讲解几种简单四杆机构的设计。

4)绘制连杆上各点的运动轨迹图。

5)在工程力学的受力分析中，构建力学模型，进行受力分析。

6)按一定比例模拟实际机构，用实验法来显示机构的运动情况和轨迹。

4 结语

通过在教学实践中的总结，设计出组合连杆教具，可以用于多个课程的教学，不仅提高教师的教学、科研能力，还可以使学生更加容易理解课程内容，提高学生的学习兴趣，同时也能够起到引导学生积极参与课程设计，培养创新精神，从而多角度多层次地提高教学效果。

［1］ 王培秦.自制简易教具加深内容理解［J］.中原职业技术教育，1994，(03):55.

［2］ 卢存光，谢泗淮.组合式可调平面连杆机构模型［P］.CN92220340.7，1992.

［3］ 林风.自动连杆曲线绘制仪［P］.CN86205879，1986.

［4］ 王会，伊连云，孙如军.平面连杆机构的计算机辅助设计系统研究与实现［J］.四川理工学院学报(自然科学版)，2005，18(4):39－42.

［5］ 葛晓忠，詹葵华，钟克.基于U G的平面连杆机构的运动分析与应用［J］.东华大学学报(自然科学版)，2008，34(3):332－334.