多功能平面机构演示仪的研制

吴 凡 赵世英 吴夏野 王艺龙 李思遥

（北京印刷学院机电工程学院，中国 北京 102600）

平面机构是《机械原理》教学中重点讲述的一类机构，该类机构的特点是包含的子机构多，实际应用例子多，概念多，内容与实践联系紧密，抽象难懂。为适应现今的教育改革，最大化创新教育和实践教育的成果，一方面越来越多的课堂使用多媒体等教学手段，并且很多年轻的老师也更习惯用幻灯片或者flash等电子文件在课堂上演示，来替代传统的教学模式。但虚拟的动画原理演示并不如实际的操作训练印象来的深刻，另一方面教学教具匮乏创新且操作实用性差，不能合理的运用教具制约了大学课堂教学的发展[1]。所以设计并制作一款适用于平面机构教学的多功能平面机构演示仪，对于增强学生对相关知识的理解和提高学习兴趣都是非常必要的。

1 多功能平面机构演示仪结构设计

以抽象思维为主的理工科知识如果只是靠老师讲授是远远不够的。很多看不见，摸不着的行为概念都要靠一些具体的、直观的教具将他们演示出来，这样才更易于理解和记忆，才便于学生将知识融会贯通[2]。多功能平面机构演示仪正是本着这样的教学理念，进行方案设计和研究制造的。

图1 多功能平面机构演示仪结构示意图

如图1所示，多功能平面机构的主要结构分为驱动装置、齿轮轴、动力轴、周座、移动台、底座支杆、齿型带调节器七个部分。通过驱动装置7产生的扭矩，底座支杆4与驱动装置7通过键连接紧固在一起，为整机提供动力和扭矩；底座支杆4上的带轮与动力轴10上的带轮通过齿型带传递扭矩，驱动动力轴10进行回转。于是与动力轴10啮合的齿轮轴3上的锥齿轮也跟着转动，最后带动与锥齿轮紧固连接的杆件转动，为上部的演示机构部分提供驱动力。本教具可演示的平面机构包括曲柄摇杆、双曲柄、对心曲柄滑块、偏心曲柄滑块、摆动导杆、回转导杆等典型平面机构。

2 平面机构演示仪的使用方法

多功能平面机构演示仪的演示平面上有很多为安装零件而预留的孔，我们根据所需演示平面连杆机构的需要选择相应零件，将相应零件安装在对应的预设孔处，并使相应零件对应连接以此来完成想要演示的平面机构。将相应零件中的曲柄与动力传递机构的输出轴连接，以便在动力传递机构的带动下，演示出一种平面连杆机构。

例如当我们需要演示平面机构“摆动导杆”的运动过程时，可以将连杆快速安装在辅助板上对应定位孔处的快装装置，包括小圆柱、螺钉、固定块和摆动轴。其中，小圆柱的横截面积呈T形，且在阶梯轴下部的下端面开设沿着阶梯轴轴向方向延伸的内螺纹孔；而螺钉具有与摆动轴的螺纹孔相匹配的外螺纹；此外，固定块呈倒L形（即，固定块上部横向尺寸大于下部横向尺寸，需要说明的是，横向是指沿着辅助板长度的方向），且固定块、小圆柱与摆动轴配合应用。

摆动轴通过螺钉和小圆柱的紧固安装在辅助板定位孔的下方，而固定块下部安置在定位孔的通孔内、上部安置在定位孔的凹槽内，用于对安置在通孔内的摆动轴起沿横向限位作用。辅助板定位孔的通孔横向尺寸大于阶梯轴下部和固定块下部尺寸之和，而定位孔通孔和凹槽的横向尺寸大于阶梯轴下部和固定块下部尺寸之和、小于阶梯轴上部和固定块上部尺寸之和，最后通过人力驱动便可演示出摆动导杆机构。

3 平面机构演示仪产品特点

多功能平面机构演示仪作为教学用具，应该具有移动灵活和动力便利的特点。该教具采用的是人力驱动，即依靠操作者手动提供的摆动力，通过侧面一套曲柄摇杆机构来给整个教具提供回转动力。具体操作是用手压曲柄把手，使其做摆动动作，再通过曲柄摇杆机构将其转化成圆盘的转动。

该教具还加装了张紧调节装置。考虑到齿型带容易产生疲劳失效，而疲劳失效容易对演示带来诸多弊端，我们采用一个齿型带张紧装置用于调节齿型带的松弛，以大大减少机器不必要的拆卸和更换齿型带的次数。将长螺母一端与边板相连接，当齿型带松弛时便旋转长螺母来拖动张紧器中的带轮，从而产生拉伸力使齿型带张紧。

本装置具有节能环保的特点。不需要额外电力或液压和气压驱动，此多功能平面机构演示仪演示过程没有能源消耗，低噪音，无污染。

4 结束语

本多功能平面机构演示仪是为平面机构教学设计的。机械工程专业学生在学习《机械原理》课程时，在学习的初级阶段借助此教具的引导，可以有效增强他们对相关内容的感性认识。然后再将接触到和观察到的具体事物的感性认识转化成抽象、概括的理性认识，对于平面机构知识的学习是极为有帮助的[3]。通过实践检验，该平面机构以其组装方便、灵活多样的特点，取得了良好的教学效果。

［1］张伟.机械原理教学中虚拟样机技术的应用实践[J].中国电力教育,2014(2)：152-153.

［2］张婧.面向创新人才培养的机械原理实验教学模式研究与实践[J].实验室科学,2014,17(1)：92-94.

［3］殷勇辉.提高机械原理课程教学质量的思考与实践[J].中国大学教学,2014(6)：57-59.