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铰链四杆机构教学中几种不同教学手段的应用

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 114次

孙广奇 陈春

(四川机电职业技术学院,四川 攀枝花 617000)

摘要:铰链四杆机构是机械设计基础课程中的重要内容,通过使用不同的教学手段,如传统课堂板书式教学、计算机软件辅助教学、UG造型软件辅助教学等分析总结各自的教学效果,在教学改革过程中,可以通过融合不同的教学手段,充分发挥各手段的优点,得到更好的教学效果。

关键字:四杆机构、教学手段、仿真软件、UG、教学效果



铰链四杆机构是工程中广泛应用的典型机构,是高职机械基础课程中的重点教学内容。本部分内容的知识目标主要是使学生能区分出铰链四杆机构的类型,认识四杆机构的一些重要参数及特性,比如:摆角、极位夹角、压力角、急回特性等。在笔者的教学过程中,总结出该部分内容的教学手段主要有三种:课堂板书教学、计算机编程软件辅助教学、UG软件辅助教学。每种教学手段具备各自的特点,具有不同的教学效果。

2 课堂板书教学手段的应用

2.1教学过程

在课堂教学过程中主要有以下几个步骤:

1)介绍铰链四杆机构的概念、类型及应用。展示铰链四杆机构的实物、模型、挂图、多媒体图片等静态辅助教学用具帮助学生理解。

2)讲解铰链四杆机构类型的判定方法。这一步可以通过在黑板上绘制出四杆机构判定的程序框图来帮助学生理解,如图1所示。

3)以曲柄摇杆机构为例,使用圆规、三角板等工具在黑板上逐步绘制出各杆件,根据运动关系绘制出极限位置、特殊位置、标注摆

1

角、极位夹角、压力角等参数。

4)给出习题、学生自己练习。

2.2 教学特点

1、优点 采用课堂板书式优点是教学过程循序渐进,引导学生由浅入深,由表及里学习铰链四杆机构。

2、教学过程中对每个知识点都可以详细阐述,在绘制四杆机构极限位置过程中可以通过画法几何帮助学生理解四杆机构运动原理。

3、缺点 整个教学过程是以教师为中心,灌输式教学,知识单向传递,缺乏沟通及互动,容易导致学生注意力不集中。教学展示内容多以静态为主,不能将抽象的知识具体化、动态化,不利于帮助学生快速理解。比如曲柄摇杆机构,教师在黑板上绘图时只能绘制一幅且需要较长时间,对初始位置不同的同一四杆机构不能通过对比得出其运动参数的一致性结论。

3 计算机软件辅助教学手段的应用

3.1 由matlabcvb等编程语言绘制的四杆机构辅助教学软件有很多,功能上较为类似。以合肥工业大学编制的铰链四杆机构教学软件为例,其可以实现杆长自由定制,机构类型判断、动画演示,参数计算,运动图线绘制等功能。

2

3.2 其优点是教学过程中学生较为主动,学生在通过输入不同的杆长及角度参数,可以直观的观察到各杆件的实际长度及运动规律,从而有效理解本部分较为枯燥的内容,提高学生学习主动性。缺点是不能通过画法几何的方式展示四杆机构的成立条件,不利于学生掌握四杆机构的运行原理。

4  UG软件辅助教学

4.1 UG尺寸动画功能辅助教学

UG动画尺寸命令可动态显示在指定范围内变化给定尺寸的效果。受这一选定尺寸影响的任一几何体也将同时被动画。通过自定义杆长,设置动画,观察运动规律。同时如果杆长不满足运动要求,直线在运动过程中会改变颜色,提示学生此机构尺寸关系不满足给定运动要求。

4.2 UG草图仿真功能辅助教学


UG草图仿真功能可以以草图为基础,通过定义草图中的元素为连杆,运动副,无须

3

经过实体建模就可以模拟草图中各个元素的运动规律,在教学中使用不仅可以使学生直观的观察四杆机构的运动过程,并且可以通过动画分析杆件或点的运动规律,以运动规律图为分析对象,引导学生方向思考机构的运动规律及原因,从而取得很好的教学效果。具体过程如下:

1)在草图环境中绘制四根直线,标注长度,需要草图全约束,如图3所示 。

2)进入运动仿真模块,定义四根直线为连杆,连杆1为固定连杆,即机架。定义连杆铰接处为旋转副。指定驱动副J002,如图4


图4

3)定义解算方案,然后求解。


4)动画仿真,观察运动规律。比如J004处的速度变化曲线。可以使学生观察到每一处

图5

的运动速度变化规律,从而对四杆机构有更深入的认识。

5 结语

在四杆机构教学中,采用不同的教学手段,可以使学生在不同的环境中理解教学内容,提高其学习主动性。在教学过程中积极引入计算机辅助教学,有利于学生理解程序设计和现代机械设计思想。在机械基础其他内容的教学中也可以多手段并用,获得更好的教学效果。

参考文献:

[1] 梁光明.基于UG的平面四杆机构传力分析与仿真[J],科学咨询,2014(26):130-131

[2] 赵元.应用UG软件对《机械设计基础》课程改革探索[J],价值工程, 2010, 29(35):23-24

学出版社,2001.

[3] 张苹苹等.”铰链四杆机构类型及判别理实一体、快乐课堂教学探索[J],职业技术教育,2014(6):55-56

[4] 徐健职业学校理实一体化教学设计探析[J],当代职业教育,2012,(1)、55-56

 



作者联系方式: 孙广奇 四川机电职业技术学院 13698217706


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