体验式机械振动教学椅-南京农业大学.pdf

体验式机械振动教学椅 设计者：邵哲，邹永安，郑宇鹏，付伟峰，李灏霖 指导教师：周永清，杨勇 （南京农业大学工学院，南京210031 ） 摘要 ：立足机械类专业本科重要专业课程，以可靠、实用的方案为机械设计课程提供了可供参考的教具方案，一定程度解 决了本课程基本概念晦涩难懂，学生难以理解的难题。采用画板作图，形象生动的将理论联系实际，有利于学生理解振动。 在众多农业机械领域均出现明显振动，为进一步改进农业机械的舒适性提供帮助。实验结果表明，该设备工作稳定，性能可 靠，功能实现效果良好。 关键词：机械振动；教具；体验式教学；椅子。 1 引言 《机械振动》课程作为机械类本科教育的重要课程，它的知识架构和思维方式是对《机械系统动力学 仿真》《自动控制原理》等众多课程很好的铺垫，大多数课程学习过程中都充满了大量的抽象的公式、图 表、实验结论。而对于《机械振动》课程，情况亦如此。学生对系统固有频率、阻尼比等关键的概念缺乏 感性体会，尤其对于一些特殊的条件，难以想象出合适的场景，更多的就只能是记忆，效果往往不甚理想， 结果事倍功半。这就使我们联想到了学习骑车、学习游泳时，一旦掌握很难再忘记，这就是体验式的教学 的魔力。这个过程牵涉到完整的自己——身体、想法、感觉和行动，不是仅仅关于心智，换句话说，学习 者是整个人全然投入的。我们希望能设计一款可以让学生学习同时亲身体验每一种基本振动形式的教具， 可以使学习者形成感性认识，对振动参数变化引起的振动变化有更深刻的理解。同时对振动的利与弊更加 重视。 本作品通过激振台、弹性座椅、画板机构初步实现了基本振动的模拟。由电机带动曲轴转动，转化成 为激振台的往复直线运动产生振动，并将振动传递给带有空气弹簧的座椅，调节空气弹簧充气量可以改变 振动系统刚度，由画板做出振动波形图，简单明确。 2 国内外研究概况 目前，应用到《机械振动》课程的教具较少且大部分局限于演示类教具，如演示机械振动的弹簧振子、 简谐振动演示仪、拍的形成演示仪等。对于体验式的教具研究较少并且已应用到课程教学的尚无。 3 设计方案 3.1 作品设计简介 该体验式机械振动教学椅为机电产品，主要 包括机械部分设计和电子控制两部分。机械部分 包括曲柄连杆机构、滚珠滑块导轨机构和螺母丝 杠机构。曲柄连杆机构是由电机带动曲轴转动再 通过连杆将曲轴的输出的扭矩转换成力，连杆一 端与曲轴相连另一端与滑块连接的底座相连。滚 珠滑套导轨机构是在滑块与导轨之间装入2列钢 球作为滚珠，使之作滚动摩擦运动，提高传动效 率和精度的一种直线导向运动机构。滑块与底座 通过螺栓连接，导轨固定为导向机架，从而实现 底座的上下直线往复运动。螺母丝杠机构通过螺 栓与画板连接，实现画板的左右运动。 3.2 机械结构 (1)滚珠滑块导轨机构 1 滚珠滑套导轨机构是在滑块与导轨之间装2 列钢球(滚珠)，使之作滚动摩擦运动，提高传动效率和精 度的一种直线导向运动机构。其优点如下: ⅰ传动功率较低，只需相应的摩擦传动的1/10。 ⅱ动作灵敏，机械动作对驱动信号的滞后时间极短，有利于自动控制的响应速度。 ⅲ能实现无间隙的直线往复运动的传递，有较高的机械系统传动刚