多功能四杆机构组合式教具的介绍与运用

古红星 高国胜 范 菁

（西南石油大学机电工程学院，四川 成都 610500）

随着科学技术的发展，老师们在给学生讲解运动机构时，光靠单纯的讲述，往往难以给同学们直观的描述，于是，教具就显得非常有必要了。各个学科都在一定程度上需要教具，特别是有关机械的课程，机械的运动多变，轨迹复杂，教具则有助于学生的理解和观察，方便教学，同时，直观的教具能给同学们更清晰的感受，更深刻的印象。但是，简单的制作就会浪费资源，提高成本，于是，我们便设想，将四杆机构教具多功能化，节省材料，一物多用。

为了帮助学生理解和观察运动多变，轨迹复杂的机械运动，也能呈现多种机构同时运动的实体感观，为了节约不必要的资源浪费和减少特别制作的成本，现对一种用于机械设计、机械原理、材料力学、大学物理等学科中用于机械运动原理教学的多功能四杆机构组合式教具的设计制作进行深入探讨，并介绍其功能与应用。

本多功能四杆机构教具的有益效果是：

（1）特别适用于与机械运动原理教学内容相关的学科中的机械运动及相关知识的演示与讲解；

（2）可实现：导杆机构、偏心曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、双滑块机构、双曲柄机构、双摇杆机构、凸轮推杆机构等九大机构运动演示及教学；

（3）各杆件上不同的颜色使之在运转中鲜明区分，给以观看者清晰、明了、真实、简单的感触。

1 方案

图1

按图1所示，四个墩座A、B、C、D为有机玻璃块粘接在底盘2下平面的四个直角处对称分布；在底盘2中间设置有A槽、B槽、C槽，L型杆14“土”字端嵌在底盘2平面左边的A槽上，土字杆8安装在底盘2的C槽上并固定，滑块3套进土字杆8的下部；凸轮7中心孔与土字杆8上方的孔及曲柄A6-1一端处的孔对齐，凸轮7在中间、用螺栓连接固定；凹形块9粘接在土字杆8上端处，推杆10插入凹形块9内，曲柄A6-1另一端处的孔与圆盘5上的孔相对应，与摇杆B4-2、摇杆A4-1的一端孔对齐用螺栓连接固定；摇杆A4-1的另一端孔与滑块3上的孔螺栓连接，摇杆B4-2的另一端孔与曲柄B6-2的一端孔螺栓连接；曲柄B6-2的另一端孔与L型杆14的上端孔用螺栓连接，L型杆14中部用销钉A11-1、销钉B11-2将十字架13安装在L型杆14的两个孔上，十字架13上的两个滑槽即滑槽D、滑槽E内套入双滑块A12-1、双滑块B12-2；导杆15有孔的下端头插入导块16内，导杆15下端头上的孔与土字杆8下端的孔螺栓连接；曲柄C17的一端孔与土字杆8中间的孔螺栓连接，曲柄C17的另一端的孔与摇杆C18一端孔及导块16上的孔螺栓连接；滑杆19插入摇杆C18的沉头孔，滑杆19嵌入L型杆14上端横向的导槽F内；轴承20为圆柱滚子轴承，安装在土字杆8上部与凸轮7联接处。上述的各个杆件喷上不同的颜色，便于机构运动时区分；连接的孔均为沉头孔，连接最终时沉头孔朝外对称。

2 使用说明

对心曲柄滑块机构演示：如图1所示，转动凸轮7带动曲柄A6-1绕着凸轮7中心做圆周运动，摇杆A4-1做来回摆动并推动滑块3沿着土字杆8做上下往复直线运动，以实现对心曲柄滑块机构运动演示及教学；偏心轮机构演示：如图1所示，转动凸轮7带动曲柄A 6-1和圆盘5绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆A 4-1做摆动，以实现偏心轮机构运动演示及教学；双曲柄机构演示：如图1所示，转动凸轮7带动曲柄A 6-1绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆B 4-2做摆动，曲柄B 6-2绕着L型杆14上端的孔做圆周运动，以实现双曲柄机构运动演示及教学；曲柄摇杆机构演示:如图1所示，将曲柄B 6-2替换为摇杆18，其余组装不变，通过转动凸轮7带动曲柄A 6-1绕着凸轮中心做圆周运动，摇杆B 4-2、摇杆18做摆动，以实现曲柄摇杆机构运动演示及教学；双摇杆机构演示:如图1所示，在双曲柄机构的基础上，将L型杆14由A槽移动到B槽固定，通过正反转动凸轮7带动曲柄A 6-1、曲柄B 6-2做来回摆动，摇杆B 4-2跟着做摆动，以实现双摇杆机构运动演示及教学；凸轮推杆机构演示:如图1所示，转动凸轮7，推动推杆10在凹形块9内做上下往复直线运动，以实现凸轮推杆机构运动演示及教学；双滑块机构演示:如图1所示，转动十字架13，双滑块A 12-1、双滑块B 12-2分别沿着滑槽D、E做往复运动，以实现双滑块机构运动演示及教学；偏心曲柄滑块机构演示:如图2所示，转动曲柄17，曲柄17绕着土字杆8中间的孔做圆周运动，带动摇杆18摆动，接连带动滑杆19沿着L型杆14上的导槽F做往复直线运动，以实现偏心曲柄滑块机构运动演示及教学；摆动导杆机构演示:如图2所示，转动曲柄17，曲柄17绕着土字杆8中间的孔做圆周运动，带动导块16摆动，接连带动导杆15绕着土字杆8下端的孔做往复摆动运动，实现摆动导杆机构运动演示教学。

3 主要创新点简介

该教具可实现：导杆机构、偏心曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、双滑块机构、双曲柄机构、双摇杆机构、凸轮推杆机构等九大机构运动演示及教学；该教具特别适用于与机械运动原理教学内容相关的学科，如：机械设计基础、机械原理、机械设计、材料力学、大学物理等学科中的运动副、急回特性、传力特征、刚体平面运动分析、相对运动、绝对运动、牵连运动等机械运动及相关知识的演示与讲解；该教具采用组合式结构，可实现多种运动形式同时演示及教学，便于拆卸、运输、组装，也更利于机械结构实现，容易实现保护与维修，节约不必要的资源浪费和减少特别制作的成本。

4 结论

我们针对现有老师们在给学生讲解运动机构时，光靠单纯的讲述，往往难以给同学们直观的描述，要想给学生最直观的感受和理解，靠图片和讲解也有一定的难度的问题，提出了一种用于机械运动原理教学的多功能四杆机构教具。本多功能四杆机构教具采用组合式多种机构运转设计，能清晰直观的演示各种机构动作和急回特性、传力特征等相关机械运动原理知识教学。

［1］钱志远.推陈出新的录像设备[J].电子世界，2000（10）:12.