張 建 谷 裕

談四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

張 建 谷 裕

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300402）

通過闡述四桿機(jī)構(gòu)快速搭接實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，對(duì)四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力進(jìn)行了探討，強(qiáng)調(diào)了機(jī)械教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性。

四桿機(jī)構(gòu)；創(chuàng)新能力；實(shí)驗(yàn)裝置；創(chuàng)新意識(shí)

現(xiàn)代教育越來越強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在教育教學(xué)過程中，不注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，所培養(yǎng)的人才就難以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用、管理和服務(wù)需要的崗位能力要求，難以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足。在教育教學(xué)過程中更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力及綜合設(shè)計(jì)能力，是機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究的重要課題之一。

要更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力，就必須對(duì)教學(xué)情境進(jìn)行設(shè)計(jì)，為學(xué)生創(chuàng)造相應(yīng)的學(xué)習(xí)條件?；谶@一點(diǎn)，在四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中，我們開發(fā)了四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)教學(xué)情境進(jìn)行了重新設(shè)置。我們采用了演示實(shí)驗(yàn)與機(jī)構(gòu)虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)際機(jī)構(gòu)應(yīng)用并行的教學(xué)方式，即：首先在實(shí)驗(yàn)裝置上完成四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)研究的演示性實(shí)驗(yàn)，再向?qū)W生提出設(shè)計(jì)任務(wù)，由學(xué)生完成設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后由教師與學(xué)生共同對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)總結(jié)，并根據(jù)成熟的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行零件加工制造，通過機(jī)構(gòu)組裝試驗(yàn)，驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方案的可行性。整個(gè)教學(xué)過程堅(jiān)持以學(xué)生為主體，突出機(jī)械設(shè)計(jì)主線，側(cè)重實(shí)際設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練，注重培養(yǎng)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力，使學(xué)生從被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)探索學(xué)習(xí)。

我們開發(fā)的四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置以實(shí)際應(yīng)用為背景，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)裝置采用了懸臂架結(jié)構(gòu)，通過懸臂架使四桿機(jī)構(gòu)各桿形成空間的平行結(jié)構(gòu)，可有效防止在不同桿長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)連架桿與機(jī)架發(fā)生碰撞，避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉的發(fā)生。該實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)架長(zhǎng)度可調(diào)，其結(jié)構(gòu)為在工作臺(tái)面上開導(dǎo)向槽并與懸臂架配合形式，調(diào)整機(jī)架長(zhǎng)度時(shí)，只要松開固定螺栓，沿工作臺(tái)上導(dǎo)向槽移動(dòng)懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。

圖1 四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

在四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)過程中，首先應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置，采用一組固定長(zhǎng)度且桿長(zhǎng)不同的構(gòu)件桿組合，完成四桿機(jī)構(gòu)三種類型（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)及雙搖桿機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動(dòng)分析，使學(xué)生基本掌握四桿機(jī)構(gòu)的組成及工作特性。

通過對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的認(rèn)知學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了這樣的結(jié)果：四桿機(jī)構(gòu)三種類型變換的關(guān)鍵是各桿長(zhǎng)度的變化。那能不能采用一種可無級(jí)調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用快速搭接方式，在原有實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)三種不同類型四桿機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)?zāi)?？這就是我們對(duì)學(xué)生下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)。該設(shè)計(jì)任務(wù)要求學(xué)生分組自行收集資料，確定設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)任務(wù)旨在激發(fā)學(xué)生的探究思維能力。實(shí)踐證明：學(xué)生通過完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不僅提高了綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力，熟練掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，還在創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力諸方面得到了鍛煉與調(diào)高。以下是學(xué)生完成的幾種典型設(shè)計(jì)方案。

方案一：如圖2所示，結(jié)構(gòu)桿設(shè)計(jì)成前端帶槽形式，兩側(cè)留有可與滑塊裝配的槽，使滑塊能在結(jié)構(gòu)桿上來回滑動(dòng)，滑塊位置固定由緊定螺釘完成。通過改變滑塊位置即可改變銷軸位置，實(shí)現(xiàn)桿長(zhǎng)無級(jí)調(diào)整。

圖2 前端帶槽的結(jié)構(gòu)桿圖

方案二：如圖3所示，結(jié)構(gòu)桿設(shè)計(jì)成了三段形式，兩部分結(jié)構(gòu)桿中間采用螺桿連接，螺桿兩端分別采用左旋與右旋螺紋。通過旋轉(zhuǎn)螺桿，兩端配合的左右旋螺紋同時(shí)旋進(jìn)或旋出，可以方便地實(shí)現(xiàn)桿長(zhǎng)無級(jí)調(diào)整。

圖3 結(jié)構(gòu)桿的三段式設(shè)計(jì)圖

方案三：如圖4所示，結(jié)構(gòu)桿采用桿內(nèi)開槽并與滑塊配合結(jié)構(gòu)，滑塊定位由蓋板用螺釘緊固完成。通過改變滑塊位置，可實(shí)現(xiàn)桿長(zhǎng)無級(jí)調(diào)整。此外，該結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)桿側(cè)邊與滑塊側(cè)邊均開有凹槽，可用于桿長(zhǎng)調(diào)整后的實(shí)際桿長(zhǎng)尺寸測(cè)量。

桿長(zhǎng)調(diào)整方案很多，各有特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、講評(píng)、總結(jié)，不僅可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，而且有助于啟發(fā)學(xué)生的思維，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力。不難看出：方案一中滑塊移動(dòng)導(dǎo)向性較好，桿長(zhǎng)調(diào)整后的位置精度較高，不過使用側(cè)面螺釘定位滑塊位置，定位不可靠，且該結(jié)構(gòu)桿結(jié)構(gòu)尺寸較大。方案二中桿長(zhǎng)調(diào)整方便，但連接螺桿剛性較差，特別是當(dāng)調(diào)整桿長(zhǎng)尺寸較大時(shí)，由于螺桿旋入連接桿尺寸較小，桿工作中較易變形，影響機(jī)構(gòu)工作精度。方案三中雖然桿結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但具有桿長(zhǎng)調(diào)整后位置精度高，定位可靠，特別是調(diào)整后桿長(zhǎng)尺寸可測(cè)量等特點(diǎn)，具有較好的結(jié)構(gòu)特性。

圖4 內(nèi)開槽的結(jié)構(gòu)桿圖

結(jié)合各設(shè)計(jì)方案特性分析，我們確定了方案三為應(yīng)用結(jié)構(gòu)，對(duì)方案三各零件進(jìn)行了加工制造，在四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置上組裝機(jī)構(gòu)，如圖5所示。該機(jī)構(gòu)通過調(diào)整四桿機(jī)構(gòu)各桿桿長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)三種類型轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)證明：該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)用性，應(yīng)用該結(jié)構(gòu)可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)三種類型的運(yùn)動(dòng)分析。

圖5 基于方案三的四桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置組裝機(jī)構(gòu)圖

以上是我們?cè)谒臈U機(jī)構(gòu)教學(xué)中的一點(diǎn)嘗試。我們深深體會(huì)到：創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取向的教育實(shí)踐。它以培養(yǎng)具有創(chuàng)造欲和創(chuàng)新能力的勞動(dòng)者為目標(biāo)，以發(fā)掘人的創(chuàng)造潛能，促進(jìn)人的個(gè)性和諧發(fā)展為宗旨。人的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力主要是后天培養(yǎng)和教育的結(jié)果。所以，在整個(gè)教學(xué)過程中，通過科學(xué)合理的教學(xué)情境設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新教學(xué)方法和技巧，一定可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力。如何將教學(xué)過程和學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，培養(yǎng)知識(shí)面廣、富有創(chuàng)新能力的人才，值得我們教育工作者共同去探討，并在實(shí)踐中不斷驗(yàn)證、不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化。

[1]譚放鳴.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]胡家秀，陳峰.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]秦士嘉.教學(xué)創(chuàng)新乃培養(yǎng)創(chuàng)新人才之根本[J]．職業(yè)技術(shù)教育，2002，（9）．

（本文責(zé)任編輯：謝良才）

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1672-5727（2010）11-0114-02

張建（1963—），男，天津市人，天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事機(jī)械類課程教學(xué)及研究。