机械原理机构的定义
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机械原理机构的定义范文第1篇
人才培养模式受到本国社会、经济和科技的发展以及历史文化背景等多种因素的制约和影响。不同的教育理念和培养模式支配着相应的教学内容的调整,教学资源的配备以及教学方法的改革。专业知识的传授是教育的主要内容之一,而创新意识、思维和能力的开发、培养则是教育更本质,更核心的内容。创新意识、思维与能力的培养是提高人才培养质量工作中不可回避的问题,也是对教学改革的深层次研究与探索。因此在教学中,不应出现重书本轻实践、重知识轻能力、重传授轻创新的情况,而应是“基础、实践、创新”教育的和谐统一。机械原理课程属于机械专业的学科基础课,通过对当前社会的人才需求进行分析,结合其课程以及授课对象的特点,从教学内容、教学方法、教学手段等几个方面对机械原理教学的创新模式进行探讨和诠释。
一、教学内容的创新
创新教育的目的就是培养和提高受教育者的创新素质和创新精神。要实现此目的,首先从改变教学内容入手,重视介绍学科发展的新动态、新方向、新内容,注重激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,让学生了解更多更新的理论、技术与方法。例如,在绪论部分的讲述中,以往的内容主要是针对本课程的研究对象、基本概念、课程的地位和作用以及本课程的学习方法等展开的。但是,为了培养学生的创新意识,调动学生的创新积极性,除了经典部分的阐述外,还有必要结合现代科学技术的飞速发展,重点阐述机械原理学科的发展动向。如在机构的结构理论发展发面,可以让学生了解:为了广泛应用机电一体化技术,当今社会也迫切希望开展包括对液压、电磁、光电等非机械传动元件的广义机构设计。在对机构的平衡问题进行介绍时,引申到机构的动力学研究,进而让学生了解到大型机械设备的故障诊断和在线监测都是现代研究者关注的重点。有意识地将一些机械原理学科前沿的研究引入教学内容中,如微型机械的研究,它不是将传统的机械直接微型化,而是已经远远超出了传统机械的概念和范畴,是涉及多学科的综合技术的应用,也推动了处于机械原理学科前沿的微型机构学分支的产生。结合一些相关视频资料,学生在课堂上获取到这些知识的同时,兴趣也被调动了起来,拓宽了知识面和视野。让学生意识到“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”,“一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林”[3]。
此外,在教学内容的创新改革中,还可以尝试重心的转移,强调创新设计能力的培养,突出计算机的应用。教师在教学过程中逐渐实现淡化图解计算分析,强化解析法内容的教学,进一步加强学生对机械系统设计的综合认识。这种重心转移体现在:由图解法为主向解析法为主转变,使计算理论与计算机技术统一起来,提高机构设计的效率和正确性;由手动设计计算向计算机自动计算转变,提高学生计算机应用能力;由过去重机构分析计算向重机构综合转变,提高学生机构方案构思与设计创新能力和综合应用知识解决实际问题的能力。在教学中不断地营造创新环境,大大提高了学生的创新积极性。
二、教学方法的创新
教学方法应该能够配和教学内容的改革。创新素质就是指由知识结构、智慧品质、人格品质三种成分有机结合构成的综合素质。创新教育就是要培养具有这种综合创新素质的学生。在当前课堂教学中,以知识传授为主导的教学方法并未根本改变,教与学的关系是以教师为主导、为中心的,这种方式在某种程度上制约了学生的学习主动性及其创新潜能的发挥。在机械原理课程的教学方法上,应加强与学生的互动,要将以教师为主的“灌输式”教学向以启发式、问题式、讨论式教学为主的新的教学方法转变,让学生从被动学习转变为主动学习,真正成为教学活动的主体。以学生为本的创新教育教学方法可以通过以下几个方面来实现:鼓励学生不迷信书本知识、不迷信权威观点,敢于提出问题,无论课堂内外,对于任何问题都应多问几个为什么。如对“极位夹角”的概念解释,大部分教材上的定义是“摇杆处于两极限位置时,相应的曲柄位置线所夹的锐角”。在教学中可以引导学生进行思考,对这个广泛应用的定义提出质疑———是否所有的“极位夹角”都是锐角,是否有钝角的情况存在,而不是直接给出学生更完善的定义。在这个过程中,学生开始学会发现问题,也开始尝试如何自己解决问题。
鼓励学生的求异思维和发散思维,开阔学生的思路。当然,创新离不开科学的根基,引导学生要坚持科学的思维,在提出自己独特见解的同时,也应该能用科学的理论对其进行解释和验证。鼓励学生多参加亲身实践,只有亲自动手验证了创新思维的正确性,才能真正达到创新的目的。机械原理是一门既有高度的抽象性,又有很强实践性的课程。如机构运动简图、机构运动分析与力分析模型等都是从实际机械中抽象出来的,许多的概念需要通过动态过程才能得到准确描述。原来的教学方法大多通过教师手工绘制或将静态图展示给学生,教学效果并不理想。因此,现在的教学方法中采用多媒体手段教学,课件中涵盖了丰富的三维动画、趣味的图片、简洁的文字等。通过教师讲解、动态演示与板书相结合的方式,使学生在学习中可直观地了解机构的运动过程及其所具有的特性、产生的各种现象,加快了学生对诸如“死点”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激发起学生的好奇心,强化了直觉思维,加深了学生对这些概念所表达物理意义的理解程度。
三、教学手段的创新
在教学手段上,着重培养学生对机械系统的整体认识,注重学生的参与,与机械原理课程设计、机械原理创新实验相结合,加强学生对所学基础理论知识的理解。培养学生应用所学过的知识,独立解决工程实际问题的能力,培养学生的创新设计能力,使学生得到一次较完整的设计方法的基本训练。在机械原理课程设计中,教师通过介绍创新设计的方法和展示创造发明实例,启迪学生创新的思维,让学生了解设计过程,掌握设计方法。在设计过程中,能在认真思考的基础上提出自己的见解,充分发挥自己的创造性,不是简单的抄袭或没有根据的臆造。教师仅指明设计思路,主要启发学生独立思考。设计方案确定后,安排学生向小组成员介绍自己的方案,并与其他成员讨论,这样既提高了学生学习兴趣,调动了学习主动性,又破除学生对创新设计的神秘感,有助于让学生对自己的设计方案有全面的认识,使学生受益匪浅。
机械原理创新实验是一个针对机械类或相关专业学生的开放性动手实验。它是一个很好地培养学生主动学习能力、独立工作能力、创造能力以及团队协作能力的平台。学生自己拟定、设计机构运动方案,根据机构组成原理对杆组进行拆分,再将构件正确拼装实现机构的运动,这个过程就要求学生必须将所学的理论知识充分地运用到具体的实验中去。例如,学生要设计并实现一个具有急回特性的送料机构,该机构就有多种搭建方案,实验过程中学生首先提交自己根据要求拟定的设计方案,绘制该平面机构的运动简图,再计算所有的杆长、角度、位移等数据,然后在此基础上将运动简图搭建为能够正确运动的实验机构。设计过程中学生将会接触到机械原理的各大机构,也会进一步深入了解各大机构的运动特点,而搭建过程又会涉及到机械设计及零件的知识。将学生分为多组,同组学生共同拟定实验方案、协同完成实验,最后各自撰写实验报告。在设计和拼接过程中学生会遇到各种在理论学习中很少遇到的问题,在发现问题、解决问题的过程中学生各方面的能力也得到了很好的综合培养。该创新实验用问题法、探究式教育来培养学生的创新意识和科研能力,让学生学习到了许多课本上学不到或曾经被忽略的知识,参加过创新实验的学生都深有体会。
机械原理机构的定义范文第2篇
关键词： 机械基础 网络虚拟实验 教学平台
1.引言
机械基础课程是近机械类专业的一门重要专业基础课，具有理论与实际紧密联系的特征。其中实验教学是本门课程的重要组成部分，通过实验强化理论联系实际的能力。随着高校的不断扩招，学生人数众多，原有实验场地、仪器、实验教师均不能满足实验要求，影响了教学效果，因此实验改革势在必行。
2.机械基础实验的特点
根据教学大纲，机械基础实验包括：常用机构认知实验、机构运动简图的测绘实验、齿轮范成实验和带传动实验。常用机构认知实验主要是展示常用结构的形式，分析其工作原理，包括连杆机构、凸轮机构、圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗轮、蜗杆、齿轮系和间歇运动机构等内容。机构运动简图的测绘实验，为学生展示较为复杂的机构，像多杆机构、齿轮连杆组合机构、凸轮与连杆组合机构等。让学生动手对这些机构进行测绘，绘制出机构运动简图，进行机构的结构分析，计算机构的自由度。该实验可提高学生的绘图能力，使其对机械结构分析有更深刻的认识，形成对现有机构进行分析的能力。齿轮范成实验是演示范成法加工渐开线齿轮的基本原理及渐开线齿轮齿廓曲线的形成过程，通过齿轮范成仪进行模拟齿轮切削过程，学生了解齿轮加工方法，掌握齿轮加工时产生的根切现象，学会正确加工齿轮的方法。带传动实验主要通过实验验证欧拉公式的正确性，使学生掌握摩擦传动的特性。
3.实验的虚拟实现
针对各实验，教师先利用三维建模软件如Solidworks、UG等进行机构的实体建模。然后利用三维建模软件中的运动仿真模块进行机构的运动仿真。在运动仿真中，可跟踪零件的运动轨迹，分析各构件的运动情况。将各个视角的运动图转化成视频文件，实验时点击相应视角，即可观察机构运动情况。学生可以选择机构运动的一个具置，用尺子测量机构的结构尺寸，用机构运动简图表述出机构，依据所画机构运动简图进行自由度计算，进行结构分析。范成实验进行演示，观察根切产生的原因，熟悉产生根切现象齿轮的形状，为实际工作中杜绝根切现象打下基础。带传动实验，调整带轮包角，对带施加初拉力，在临界打滑的状态，记录刻度盘上的刻度紧边拉力，验证欧拉公式。最后完成实验报告，上传到教师邮箱。
虚拟实验过程中最关键的是如何在网络的框架下，完成建模零件的虚拟装配，并且进行运动学仿真，检查各零件的干涉现象。为实现以上目的，首先要进行各零件进行建模，利用三维有限元软件如SolidWorks或UG进行各零件建模，如各种形状的杆件、不同类型的齿轮、凸轮及间歇运动机构。然后进行装配，利用软件自带功能，生成爆炸视图效果，转化成视频文件，供学生从不同角度观察复杂机构。更进一步，可以采用SolidWorks和3DMAX对机械组件进行实体建模；用CULT3D和JAVA结合对实体模型进行多视角处理，完成模型的平移、放缩、旋转等功能；以VirTools和VSL（Virtools scripting Language）对动画中的实体模型进行轨迹控制；最后用网页技术将各种资源进行整合。利用SolidWorks运动仿真模块进行机构的运动仿真，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力，建立各种复杂的实际系统仿真模型。为了设计的动画和材质能够形象地演示出零件的基本结构和工作过程。在3D Studio MAX动画中，为模拟自然界中各种物体表现出来的千差万别的材料质感，应从三个方面定义模型的色彩特征，即色彩、纹理模型及属性。除定义几何物体的色彩外，还需定义光的色彩及类型。而运动轨迹的设定，则是在系统机械零部件动态过程虚拟设计中，采用关键帧法来设计运动轨迹。首先在某些帧（称为关键帧）预先设定好物体的位置及属性，然后在这些关键帧之间进行样条或线性插值来完成运动轨迹的设定。
采用Solidworks建立模型，完成了动态过程的设计后，要利用Cult3D对模型进行交互性设计，主要步骤：
（1）用3DMAX软件建立三维场景，然后将其通过相应的Cult3D export plug-in转换为Cult 3D（*.c3d）文件格式。模型经过3DMAX软件进行转化，导出模型到Cult 3D Designer作为交互设计的对象。
（2）用Cult 3D Designer把*.c3d打开，添加交互动作，并进行编辑。
（3）把制作好的文件保存为网页格式文件，Project文件制作完成后进行压缩就可以制作网页接收文件（*.co），最后将*.co文件嵌入HTML网页。
4.网络平台的搭建
虚拟实验教学平台面向教师、学生和实验管理员三大类对象，他们分布在网络终端，可以在任何使用TCP/IP连接网络的地方使用这个系统。该系统采用Client/Server两层结构，由本地虚拟实验管理服务器和远程客户组成，平台的网络传输使它们通过局域网或者INTERNET连接成一个有机的整体。实验的虚拟操作在学生本地机器上进行，而实验的管理配置，教师对学生的实验的教学交互则通过网络来实现，相对于很多把实验过程放在服务器上进行的平台来说，本平台减轻了服务器处理数据的压力，同时在当今网络带宽没有达到可能的时候，减少了系统内部之间信息的传输量，对网络速度的限制减少，因此更适合广大的大专院校使用，整个平台的构成如下图所示。
5.结语
机械基础网路实验系统不仅提供了良好的人机交互功能，而且提供了实验教学的新思路，大大降低机械学科的教育成本，改善相关实验的实训环境，优化教学过程，解决实验教学活动中普遍存在的实验设备不足、型号落后难以更新换代跟上科技发展的困难。实践表明，虚拟实验能节省教学资源，优化教学过程，激发学生的学习兴趣，有效提高教学质量。
参考文献：
[1]高江红.机械基础课程虚拟实验子系统的研发[J].南京工程学院学报（自然科学版），2003，1（1）：52.
[2]于英华，徐兴强.基于Pro/ENGINEER2001的减速器虚拟装配与运动仿真[J].机械设计与制造，2006（1）：103.
[3]江洪，陆利锋，魏峥等.Solidworks动画演示与运动分析实例[M].北京：机械工业出版社，2006.
机械原理机构的定义范文第3篇
同时还解释了动瞬心线沿定瞬心线做无滑动的滚动，有利于学生加深理解，为瞬心线机构的分析设计提供帮助。
关键词：动瞬心线 定瞬心线 瞬心线机构
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
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0213-01
1 问题的提出
针对机械原理课程教学过程中，学生对某些原理性的概念普遍感觉抽象难以理解的特点，通过合理安排课程设计内容，创新教学方法，启发创造性思维，可采用课后小组讨论、鼓励多查找专业文献等方式，加强对学生综合分析问题能力和创新能力的培养。本文以瞬心线为例，采用作图法和解析法进行研究，帮助学生加深对概念的理解，以更好地分析和设计相关瞬心线机构。
2 瞬心线概念
由基本理论可知，瞬心的位置是随两构件的运动而变动的，它将在各自构件上形成一条轨迹，即为瞬心线。对于平面铰链四杆机构ABCD，以AD为机架，两个连架杆的瞬心以A/D为起始/终止点的为定瞬心线，以B/C为起始/终止点的为动瞬心线，而且动瞬心线沿着定瞬心线作无滑动的纯滚动。
上述的描述晦涩难懂，给学生的理解带来很大问题。下面将采用两种方法，详细阐述：
2.1 作图法分析
根据已知条件，机架AD杆固定不动，连杆BC转动，可以确定一条瞬心线即定瞬心线。同理采用机构倒置方法，将连杆BC作为机架，构件AD相对于新的机架的瞬心构成另一条瞬心线，即动瞬心线。作图过程如图1和图2所示。
由于机架AD杆固定不动，2、3、4杆长度确定，并做相对转动，因此定瞬心线与动瞬心线形状不变。在画动瞬心线时，无论1、3杆相对位置如何，2、4杆延长线的交点，即为两条瞬心线重合点。同时在转动过程中，1、3杆相对位置不同，所以其重合点的位置会发生变化。根据瞬心的定义可知，无论是动瞬心线还是定瞬心线，都表示1、3两个杆件相对速度为零的轨迹，由于分析时机架选择的不同，两条瞬心线的转动角速度不同，因此动瞬心线相对于定瞬心线做滚动。
2.2 解析法分析
假定在定瞬心线上任意取一点E，连线AE、DE，分别减去AB、CD，以B为圆心，B’E为半径，以C为圆心，C’E为半径分别作圆，交于点E’，于是根据静瞬心线便可确定动瞬心线。即：
AE=AB+BE’
DE=DC+CE’
只要确定了静瞬心线，就可以确定动瞬心线
下面确定定瞬心线的轨迹。以A为原点，为X轴，AD向上为y轴，则B点轨迹为：x2+y2=r2AB；C点轨迹为：（x-xD）2+y2=r2CD，则直线AB’方程：y=
因此，当已知时，可进一步化简或利用计算机做出定瞬心线的轨迹曲线。
3 结语
本文通过采用作图和解析两种方法，详细分析了平面铰链四连杆机构的瞬心线问题，有利于加强学生对瞬心线这一抽象定义的理解，并进一步为瞬心线机构的创新设计打好基础。
参考文献
[1]朱孙科，罗天洪，钟厉，等.机械原理课程教学方法探索与实践[J].科技视界，2013（17）.
[2]黄小龙，刘相权.机械原理课程设计改革的研究与实践[J].中国科技信息，2011（24）.
机械原理机构的定义范文第4篇
关键词 虚拟仿真；教学系统；matlab软件
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）96-0136-02
在机械教学中，机械特性的教学占有很重要的位置，但是传统的教学很大程度是经验规律的传授，很难使学生形成直观和具体的切身体验，效果不是很好。
随着现代仿真技术的兴起，各种各样的仿真的技术和仿真方法的出现，使原来抽象的机械规律现象变得更加的直观，在机械的教学中，四杆机构是一种典型的机械结构。而其特性的教学确是很难为学生掌握。主要的原因是四杆机构的运动形式不直观和运动的参数不直观。使学生对四杆机构的认识停留在理论的简单层次，不能很好的认识，更不能应用。针对这种情况，考虑设计一款软件，既能实现四杆机构的运动形式的仿真，同时也能实现四杆机构运动物理参数的实施输出。Matlab本身就以强大的数据处理能力著称，simulink工具箱使机械机构的建模变得更为容易。
SimMechanics是Matlab仿真中的一个工具箱，同时结合Simulink、Matlab的功能。利用SimMechanics模块框图对机构运动进行建模和动态仿真。通过一系列关联模块来表示机构系统，在仿真时通过SimMechanics可视化工具将机构系统简化为机构结构的直观显示。
SimMechanics模块组提供了建模的必要模块，可以直接在Simulink中使用。SimMechanics支持用户自定义的构件模块，可以设定质量和转动惯量。通过节点联接各个构件来表示可能的相对运动，还可以在适当的地方添加运动约束、驱动力。
物理仿真是一个发展的趋势，现在做到的系统，最多只能是半沉浸式，最终的目标是物理仿真的完全沉浸式，并且实现实时的人机交互，给体验者完全真实的环境，实现教学的体验代替书本理论的时代。
参考文献
[1]张剑平.现代教育技术——理论与应用.北京：高等教育出版社，2006：6-7.
[2]维基百科.虚拟现实.
[3]周建兴.MATLAB从入门到精通.北京：人民邮电出版社，2008：4-6.
机械原理机构的定义范文第5篇
关键词：复摆颚式破碎机；四连杆机构；MATLAB；运动仿真
引言
复摆颚式破碎机是中等粒度矿石破碎中最常用的破碎设备之一。复摆鄂式破碎机具有结构简单、价格低廉、操作简单、坚固耐用、维护容易等优点，是我国生产最多、使用最广的破碎设备。
众所周知，复摆颚式破碎机可以简化成一个铰链四连杆机构，其连杆即动颚。动颚齿面各点即四连杆机构连杆上的对应各点。破碎机的性能主要取决于动颚齿面的轨迹性能值，而轨迹性能值又取决于齿面点在连杆上的位置以及机构尺寸，所谓机构尺寸参数，是指该铰链四连杆机构的各杆长度，机架位置和连杆上动点位置等尺寸参数，因此破碎机的机构尺寸参数的设计，是决定机器性能优劣的关键因素之一。
MATLAB是Mathworks公司推出的交互式计算分析软件，具有强大的运算分析功能，具有集科学计算、程序设计和可视化于一体的高度集成化软件环境，是目前国际上公认的最优秀的计算分析软件之一，被广泛应用于自动控制、信号处理、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。通过运算分析，MATLAB可以从众多的设计方案中寻找最佳途径，获取最优结果，大大提高了设计水平和质量。四连杆机构的解析法同样可以用MATLAB的计算工具来求值，并结合MATLAB的可视化手段，把各点的计算值拟合成曲线，得到四连杆机构的运动仿真轨迹，本文将通过Matlab软件对复摆颚式破碎机四连杆机构进行分析，实现机构的优化设计。
1 四连杆运动分析
1.1 机构的数学模型
图1为复摆颚式破碎机四连杆机构简图，其中L1为曲柄，L2为连杆，L3为摆杆（肘板），L4为机架，以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形，即ABCDA。其个矢量之和必等于零。即：
1.2 机构运动方程
1.2.1 角位移方程
将上式矢量关系写成坐标投影方程：
在式（1）中仅有a2，a3为未知量，故可求解
1.2.2 角速度方程
将式（1）对时间t求导，的角速度方程
1.2.3 角加速度方程
将式（2）对时间t求导，的角加速度方程
2 运用Matlab7.0软件计算求解
根据以上运动方程，编写Matlab程序进行运算，主要步骤如下：
（1）参数初始化，定义四连杆机构尺寸，以及曲柄转速；（2）借助牛顿-辛普森函数，求解出连杆L2和摇杆L3角位移a2、a3并绘制曲线；（3）进一步计算出连杆L2和摇杆L3角速度ω2、ω3，角加速度e2，、e3并绘制曲线；（4）定义动颚齿面上下端点的位置，带入以上就算结果，计算出上下端点的运动参数并绘制曲线。
3 仿真运算
初始化四连杆机构参数：
L1=20mm，L2=2200mm，L3=850mm，L4=1850mm，ω1=200r/min
输出图形：
4 Simulink运动仿真
运用Matlab仿真模块Simulink复摆颚式破碎机进行机构运动动态仿真，可以直观、明了的观察到系统的仿真结果。
在以上计算的基础上，带入动颚的参数（重心位置，重量等），还可计算出动颚运动参数，如惯性力、惯性力矩等。
5 结束语
本文通过Matlab软件对复摆颚式破碎机四连杆机构进行运动分析，仿真运算，绘制运动曲线，可以精确计算出工作机构的运动参数。与传统的解析法、画图法机构分析相比，具有明显的优势，对于复摆颚式破碎机的开发设计以及优化，具有一定的指导意义。
参考文献
[1]孙桓，陈作模.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006.
