铰链四杆机构的基本性质教案

铰链四杆机构的基本性质课

题铰链四杆机构的基本性质课

时2学时教学内容铰链四杆机构的基本性质教学目的知识目的：1.理解铰链四杆机构的基本特性；

2.能够运用曲柄存在条件判断机构类型；

3.掌握急回特性系数、急回特性、死点位置等概念。能力目的：1.分析，判断、解决问题的能力；

2.动手能力，创新能力情感目的：1.通过理论教学，再联系实际，有效的激发学生的学习爱好，做到理论联系实际，充足调动学生的学习主动性和主动性。

2.通过对基本性质的分析，锻炼学生自我分析能力，调动其

主观能动性。教学办法多媒体演示法、模具展示法、推理演绎法、典型例题法、启发式教

具铰链四杆机构多媒体课件、一对三角板、圆规、铰链四杆机构模型

一、教材分析

1、教学对象分析

学生在前面章节中已经学习了典型的机械传动知识，对机械基础课程有一定的认识，含有基本的分析机构特性的能力。技工学校的学生由于知识基础较差，对知识的理解、转移和迁徙的能力还不够强，我们的培养目的是技能的培养，学生重操作技能轻理论学习，造成对理论学习的爱好不够浓厚。2、教学内容

“铰链四杆机构的基本性质”是全国中档职业技术学校机械类专业通用教材《机械基础》第五章第二节的内容。3、教学内容的分析解决

《机械基础》课程重要内容涉及惯用机械传动、惯用机构、轴系零件及液压传动。第五章“平面四杆机构”是学生在学完机械传动后学习的第一中惯用机构，而铰链四杆机构在实际生产和生活中应用广泛，它的学习将对此后的生产实践与创新产生很大影响。本次课学习的“铰链四杆机构的基本性质”是本章的重点内容，既是第一节内容的归纳总结，又是后续章节的基础，是培养学生推理分析问题、解决实际问题的工作能力过程。

机械基础这门课的教学规定之一是：能作简朴的有关设计计算和创新。这一节的内容在教材中起承上启下的作用，其教学的成败，将对后续内容的掌握起到决定性作用。为了激发学生的学习热情，提高学生注意力集中程度，充足发挥学生的主动性和创新意识，我的做法是：

1）通过上一次课的学习，让学生自己动手制作一种铰链四杆机构模型，增加学生的学习爱好和动手能力；

2）运用课件形式增加动画观赏，起到丰富教学内容、理论联系实际、加强专业知识素养，使学生明确学习目的，从而使学习爱好和主动性增强。

3）针对学生基础知识单薄，理解能力不够强的特点，对“曲柄存在条件”、“急回特性”、“死点位置”进行动画演示和公式推导，增加对应的例题解说和对应的课堂学习。4、教学目的知识目的：1.理解铰链四杆机构的基本特性；2.能够运用曲柄存在条件判断机构类型；3.掌握急回特性系数、急回特性、死点位置等概念。能力目的：1.知识的获取、消化、吸取的能力；2.分析、判断、解决问题的能力；3.动手能力，创新能力。情感目的：1.通过理论教学，再联系实际，有效的激发学生的学习爱好，做到理论联系实际，充足调动学生的学习主动性和主动性。2.通过对基本性质的分析，锻炼学生自我分析问题的能力，调动其主观能动性。二、教学重点与难点1.教学重点1）曲柄存在条件以及铰链四杆机构的类型鉴别；2）急回特性、死点位置的分析。2.教学难点1）运用曲柄存在条件判断四杆机构与否存在曲柄及其机构类型；2）存在急回特性的因素及实际应用；3）死点位置的分析及实际应用。三、学习误区导航在教学过程中，针对以前学生容易理解错误的地方及作业易犯的毛病，应注意下列几个问题：1）学生在运用曲柄存在条件判断曲柄与否存在时易出错。因素及解决办法：学生在分析问题时考虑问题不全方面，容易无视其中某一种条件，而造成判断出错。因此，上学时要重点强调两个条件必须同时满足，缺一不可。2）在鉴别铰链四杆机构基本类型时，学生易出错。因素及解决办法：由于铰链四杆机构类型鉴别条件多，学生难以入手，死记硬背容易判断出错。因此运用图表的形式，协助学生记忆，从而掌握鉴别条件。3）针对不同条件而产生的两种双摇杆机构，学生容易当成一种。因素及解决办法：由于都是双摇杆机构，对于学生而言很容易不注意条件而把两者混为一谈。要明确告诉学生两者有本质区别：即连杆与否能够做整周转动。4）将“死点位置”与“自锁现象”当成一回事。因素及解决办法：“死点”与“自锁”都是机构不能运动，从这方面来看有相似处。但要让学生明白两者有本质区别。强调指出“自锁”是由于机构中存在摩擦的缘故，而当连杆机构处在“死点位置”即使不存在摩擦，机构也仍然不能运动。5）学完“死点位置”后，误觉得只要是曲柄摇杆机构就有死点位置。因素及解决办法：对死点位置存在条件有无视。提示学生注旨在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，不存在死点位置；只有当曲柄为从动件，摇杆为主动件时，才存在死点位置。四、教学办法1.教法

根据本次课的内容及特点，为了有效地理解重点，攻克难点，按照学习过程中的认知规律，采用以爱好为宗旨，以启发为思路，以直观为手段，以导带学，以练为主的教学办法。具体教法以下：1）多媒体演示法——运用多媒体课件激发学生的学习爱好。2）模型演示法——运用简朴的铰链四杆机构模型，演示曲柄存在条件等性质，让学生形象直观的掌握重点。3）启发式教学——在讲完铰链四杆机构的类型鉴别后，引导学生举处生活中常见的四杆机构实例，加深理解，做到理论联系实际。4）典型例题解说法——选几道典型例题进行分析解说，教会学生分析问题的办法。2.学法

教与学是相辅相成的双边活动，教师的教法首先要让学生理解和接受，学生才干在教师的主导作用下发挥主体地位，主动学习，主动掌握学习办法，将学习作为一件愉快和自觉的行为。让学生在“回想旧知?模型展示?以旧连新?单个掌握?组合应用?例题解说?归纳总结”的认知过程中，自主参加到各个阶段的活动中来，体验学习乐趣，达成提高学习效率和培养创新意识的目的。五、教学手段本次课将运用多媒体课件、模型等教学手段，把静态、抽象、难以想象的四杆机构转化为动态、具体、直观的虚拟模型，再配给真实模型把虚拟事物实际应用化，使学生的理论学习与生产实践相结合，做到活学活用。六、教学过程设计教学过程是学生认知的过程，是技巧掌握、技能形成、能力发展及情趣与作风培养的重要途径，为达成预期的教学目的，我对整个教学过程进行了规划与设计，根据学生的认知过程，明确难点，对症下药，使学生达成事半功倍的效果。本次课的重要教学过程有八个：1）回想旧知，模型展示，导入目的（8分钟）2）演示导学，明确重点（2分钟）3）分解重点难点，综合应用（25分钟）4）误区与学法导航（10分钟）5）典型例题解说，综合应用（25分钟）6）学生练习，教师巡回指导、难点提示（10分钟）7）归纳小结，布置作业（5分钟）8）学生复习，解答疑惑（5分钟）七、教学过程时间分派教学内容教学过程教学办法复习导入新课︵约10分钟︶

（一）组织教学（2分钟）考勤，调节课堂氛围（教师表彰所观察到的某些主动现象），调动学生主动参加到课堂中来，做好学习前的思想、情绪准备工作。

组织教学引发学生注意

激励法

表彰法

（二）回想旧知（3分钟）教师：1.什么是铰链四杆机构？学生：机构间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。教师：2.机架、连杆、曲柄及摇杆的定义。学生：机架——铰链四杆机构中，固定不动的构件。

连杆——机构中不与机架相连的构件。

曲柄——与机架用转动副相连且能绕该转动副轴

教师提问学生回答

讲授法时间分配教学内容教学过程教学办法续复习导入新课

线整圈旋转的构件。摇杆——与机架用转动副相连但只能绕该转动副轴线摆动的构件。教师：3.铰链四杆机构有几个基本类型，分别是什么？学生：3种。分别是：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。教师提问学生回答讲授法（三）模型展示，新课导入（3分钟）

运用铰链四杆机构的模型和动画演示，向学生展示取不同构件作机架能够得到三种基本类型：曲柄摇杆机构。双曲柄机构、双摇杆机构。教师提出问题：1）都是铰链四杆机构为什么有的有曲柄，有的没有;2)同一种运动链，若选用不同构件作为机架，则有的有曲柄有的没有，为什么？（通过提问，激发学生学习爱好和学习动力）教具演示启发学生思考演示法启发法（四）教学内容介绍（2分钟）（让学生理解学习目的）学习目的：1）曲柄存在条件及判断铰链四杆机构类型；

2）分析急回特性和死点位置。重点与难点：四杆机构类型鉴别及急回特性、死点位置产生因素。教师引出教学目的及重、难点引导法新课讲解︵约25分钟︶（一）曲柄存在条件（重点与难点内容）

教师请同窗们测量自己制作的铰链四杆机构模型中各杆件的长度，并描述该模型的运动特性，然后引导学生思考：曲柄存在条件与否与各杆件的长度有关系？从而引出曲柄存在条件的证明过程。1.曲柄存在条件（画出图5－17写出证明过程，并结合动画演示，便于学生理解）设曲柄AB、连杆BC、摇杆CD和机架AD的杆长分别为a,b,c,d。

模型演示启发提问

动画演示演示法引导法时间分配教学内容教学过程教学办法续新课讲解

φ

Φ1

Φ2

(图5－17)证明:当构件AB与BC在B1点共线是，由△AC1D可得：b-a+c≥db-a+d≥c当构件AB与CD在B2点共线是，由△AC2D可得：

a+b≤c+d综合两种状况有

a+d≤b+c

a+c≤b+d

(5-1)

a+b≤c+d将式（5-1）中的三个不等式两两相加，经简化后可得

a≤b;a≤c;a≤d

(5-2)由此得出曲柄存在条件:(1)连架杆与机架必有一种是最短杆；(2)最短杆与最长杆长度之和必不大于或等于其它两杆长度之和。2.铰链四杆机构类型鉴别（难点内容）由于铰链四杆机构类型鉴别所根据的原则是曲柄存在条件及推论，条款诸多，学生觉得难以入手。通过绘制框图，协助学生记忆。从图形学生能够形象地领略各构件的教师解说得出结论图示法讲授法推理法时间分配教学内容教学过程教学办法续新课讲解联系和区别。

lmin=l1,l2,l3,lmax=l4lmin+lmax≤l2+l3考察固定构件双摇杆机构双曲柄机构曲柄摇杆机构双摇杆机构

是

否

固定lmin杆

固定lmin的相邻杆

固定lmin的对面杆

（类型鉴别框图）为了使学生更加好的掌握重点，以日常生活中的例子加深印象，协助理解。教师：请同窗们举例说出生活中常见的四杆机构并阐明属于哪一种类型。(提示学生回想已学知识)学生：缝纫机踏板机构（曲柄摇杆）、牛头刨床的横向进给机构（曲柄摇杆）、汽车前的刮雨器（双曲柄）、摇头扇中的机构（双摇杆）等等。学生回答时，老师用动画演示对应的机构，做到直观形象。在学生观察牛头刨床的横向进给机构时，提示学生注意其运动特点，引出下一种重难点。（二）急回特性1.存在急回特性因素分析（难点内容）老师运用图形解说，教会学生对的判断机构类型的办法。

举例加深学生对四杆机构的理解，做到理论联系实际图示法

举例法启发式演示法时间分配教学内容教学过程教学办法续新课讲解教师：请学生说出牛头刨床横向进给机构的运动特点。学生：曲柄等速运动，而摇杆却不是等速摆动。然后运用图5－17和动画演示进行分析。

为了有助于学生更加好的理解急回特性，先阐明下列概念。极位——摇杆摆动的极限位置。摆角——摇杆两极限位置间的夹角，用φ表达。极位夹角——摇杆处在左、右两极限位置时，曲柄两位置所夹的锐角。用θ表达。因素分析：曲柄AB以等角速度顺时针转动时，自AB1转到AB2时，转过角度为φ1，摇杆CD自C1D摆动到C2D，摆角为φ，设所需时间为t1，C点的平均速度为v1（工作行程）；曲柄AB继续转动由AB2回到AB1，转过角度为φ2，摇杆CD又重新回到C1D，摆角不变，设所需时间为t2，C点的速度为v2（空回行程）；由图知：φ1>φ2，因此t1>t2，又由于两次转动摆角相似，则v2>v1。即曲柄AB在作等速转动时，摇杆CD在C1D与C2D之间作摆角为φ的往复摆动，且往复两次摆动所用时间不同，平均速度也不同。从而引出急回特性的概念。2.急回特性概念（重点内容）急回特性：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速运动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度却不不大于工作行程的平均速度，这种性质称为急回特性。能够用急回特性系数K（又称为通过动画演示，启发学生说出急回特性的运动特点。

分析因素，得出急回特性的概念。演示法启发式

图示法推理法时间分配教学内容教学过程教学办法续新课讲解行程速度变化系数）表达：K＝从动件空回行程平均速度/从动件工作行程平均速度

＝v2/v1=t1/t2=φ1/φ2=180○+θ/180○-θ

（5-3）结论：1）θ＝0○，K＝1，机构无急回特性；

2）θ>0○，机构有急回特性，且θ越大，急回特性越明显。优点：空回行程的时间缩短，有助于提高生产率。然后再通过举例（往复式运输机）和动画（牛头刨床）阐明急回特性的应用，做到理论联系实际，让学生更加好的理解其实用。（三）死点位置

首先请同窗们想一想使用缝纫机时若出现踏不动会怎么解决。同窗会说要用手转一下轮子。让学生思考为什么。然后教师再运用教具铰链四杆机构演示，让学生观察当连杆与从动件曲柄处在共线位置时，有什么状况发生。再结合图5－18解说。教师：请同窗回答当连杆与从动件曲柄处在共线位置时，有什么状况发生？学生：无论用多大的力，曲柄均不能转动。

（图5－18）1.死点位置在曲柄摇杆机构中，取摇杆为主动件，曲柄为从动件时，

得出与急回特性有关的结论，通过实例阐明应用。

用教具引入死点位置的概念，并通过演示阐明其特点。

举例法演示法

启发式演示法图示法时间分配教学内容教学过程教学办法续新课讲解连杆与从动件曲柄两次共线的位置。（总结：平行四边形机构有两个死点位置，双摇杆机构有一种死点位置）2.特点无论在摇杆上施加多大的驱动力，均不能使从动件曲柄转动，且转向不能拟定。3.克服死点位置的解决办法（通过刚刚举过的缝纫机的例子，阐明解决办法。）对从动曲柄施加外力，或运用飞轮及构件本身的惯性作用，使机构通过死点位置。同时应提示学生注意并非全部死点位置都有害。用课本图5－19阐明如何运用死点位置夹紧工件。

运用例子阐明解决办法。

举例法误区与学法导航︵约10分钟︶问题1.曲柄与否存在判断出错解答：强调曲柄存在的两个条件必须同时满足，缺一不可。问题2.针对不同条件而产生的两种双摇杆机构，学生容易当成一种。（结合类型鉴别框图阐明）解答：强调指出两者的本质区别：前者双摇杆机构的连杆只能做摆动，而后者的连杆却能整周转动。问题3：将“死点位置”与“自锁现象”当成一回事。解答：“自锁”是由于机构中存在摩擦的缘故，而当连杆机构处在“死点位置”既使不存在摩擦，机构也仍然不能运动。两者有本质区别。问题4：学完“死点位置”后，误觉得只要是曲柄摇杆机构就有死点位置。解答：当曲柄为主动件时，不存在死点位置；只有当曲柄为从动件，摇杆为主动件时，才存在死点位置。机构死点位置只限于机构的两个极限位置，稍有偏离就不再是死点位置。

教师举例分析协助学生理解，为背面学习做进一步铺垫

引导法讲授法

时间分派教学内容教学过程教学办法例题讲解及综合应用︵约25分钟︶例1：根据图1中所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构的类型。1）

2）

3）

4）

分析：找出最短杆、最长杆然后根据机构类型鉴别条件求解。解：1）∵40＋70≤60+55

由机构类型鉴别条件知该机构为双摇杆机构。

2）∵40+70≤60+55固定构件是最短杆∴该机构为双曲柄机构3）∵40+70≤60+55，固定构件是最短杆的相邻杆∴该机构为曲柄摇杆机构4）∵40+70≤60+55，固定构件是最短杆的对面杆∴该机构为双摇杆机构（提示学生该双摇杆与第一题的区别：该机构的的连杆能做整周转动）技法指导：能对的判断最短杆，最长杆以及机架用的是哪个构件。例2：在下图所示的铰链四杆机构中，已知lAB=25mm,lBC=55mm,lCD=40mm,lAD=50mm.试求：1）问该机构与否有曲柄？如有，指明哪个是曲柄。2）该机构与否有摇杆？若有，用作图法求出摇杆的摆角X围。3）以AB为主动件时，该机构有无急回运动？用作图法求解极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K。

Θ

φ