铰链四杆机构的基本性质教案汇总.docx
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铰链四杆机构的基本性质教案汇总
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课时
教学内容
铰链四杆机构的基本性质
教学目标
知识目标:
1.理解铰链四杆机构的基本特性;
2.能够利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。
能力目标:
1.分析,判断、解决问题的能力;
2.动手能力,创新能力
情感目标:
1.通过理论教学,再联系实际,有效的激发学生的学习兴趣,做到理论联系实际,充分调动学生的学习积极性和主动性。
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。
教学方法
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,具备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,我们的培养目标是技能的培养,学生重操作技能轻理论学习,导致对理论学习的兴趣不够浓厚。
2、教学内容
“铰链四杆机构的基本性质”是全国中等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、教学内容的分析处理
《机械基础》课程主要内容包括常用机械传动、常用机构、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常用机构,而铰链四杆机构在实际生产和生活中应用广泛,它的学习将对今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要求之一是:
能作简单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,充分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个铰链四杆机构模型,增加学生的学习兴趣和动手能力;
2)利用课件形式增加动画欣赏,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,从而使学习兴趣和主动性增强。
3)针对学生基础知识薄弱,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,增加对应的例题讲解和相应的课堂学习。
4、教学目标
知识目标:
1.理解铰链四杆机构的基本特性;
2.能够利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。
能力目标:
1.知识的获取、消化、吸收的能力;
2.分析、判断、解决问题的能力;
3.动手能力,创新能力。
情感目标:
1.通过理论教学,再联系实际,有效的激发学生的学习兴趣,做到理论联系实际,充分调动学生的学习积极性和主动性。
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判别;
2)急回特性、死点位置的分析。
2.教学难点
1)利用曲柄存在条件判断四杆机构是否存在曲柄及其机构类型;
2)存在急回特性的原因及实际应用;
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,应注意以下几个问题:
1)学生在利用曲柄存在条件判断曲柄是否存在时易出错。
原因及解决方法:
学生在分析问题时考虑问题不全面,容易忽略其中某一个条件,而导致判断出错。
因此,上课时要重点强调两个条件必须同时满足,缺一不可。
2)在判别铰链四杆机构基本类型时,学生易出错。
原因及解决方法:
由于铰链四杆机构类型判别条件多,学生难以入手,死记硬背容易判断出错。
因此利用图表的形式,帮助学生记忆,从而掌握判别条件。
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。
原因及解决方法:
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:
即连杆是否可以做整周转动。
4)将“死点位置”与“自锁现象”当成一回事。
原因及解决方法:
“死点”与“自锁”都是机构不能运动,从这方面来看有相似处。
但要让学生明白二者有本质区别。
强调指出“自锁”是由于机构中存在摩擦的缘故,而当连杆机构处于“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,误以为只要是曲柄摇杆机构就有死点位置。
原因及解决方法:
对死点位置存在条件有忽略。
提醒学生注意在曲柄摇杆机构中,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、教学方法
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,采用以兴趣为宗旨,以启发为思路,以直观为手段,以导带学,以练为主的教学方法。
具体教法如下:
1)多媒体演示法——利用多媒体课件激发学生的学习兴趣。
2)模型演示法——利用简单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判别后,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)典型例题讲解法——选几道典型例题进行分析讲解,教会学生分析问题的方法。
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,学生才能在教师的主导作用下发挥主体地位,主动学习,主动掌握学习方法,将学习作为一件快乐和自觉的行为。
让学生在“回顾旧知?
模型展示?
以旧连新?
单个掌握?
组合应用?
例题讲解?
归纳总结”的认知过程中,自主参与到各个阶段的活动中来,体验学习乐趣,达到提高学习效率和培养创新意识的目的。
五、教学手段
本次课将利用多媒体课件、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主要途径,为达到预期的教学目标,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,使学生达到事半功倍的效果。
本次课的主要教学过程有八个:
1)回顾旧知,模型展示,导入目标(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)典型例题讲解,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
分配
教学内容
教学过程
教学方法
复
习
导
入
新
课
︵
约
10
分
钟
︶
(一)组织教学(2分钟)
考勤,调节课堂气氛(教师表扬所观察到的一些积极现
象),调动学生主动参与到课堂中来,做好学习前的思想、情绪准备工作。
组织教学引起学生注意
激励法
表扬法
(二)回顾旧知(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
教学方法
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.铰链四杆机构有几种基本类型,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)
利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可以得到三种基本类型:
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)同一个运动链,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,激发学生学习兴趣和学习动力)
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)(让学生了解学习目标)
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:
四杆机构类型判别及急回特性、死点位置产生原因。
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)
教师请同学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:
曲柄存在条件是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
教学方法
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≥d
b-a+d≥c
当构件AB与CD在B2点共线是,由△AC2D可得:
a+b≤c+d
综合两种情况有 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个是最短杆;
(2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
2.铰链四杆机构类型判别(难点内容)
由于铰链四杆机构类型判别所依据的原则是曲柄存在条件及推论,条款很多,学生觉得难以入手。
通过绘制框
图,帮助学生记忆。
从图形学生可以形象地领会各构件的
教师讲解
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
教学方法
续
新
课
讲
解
联系和区别。
lmin=l1,l2,l3,lmax=l4
lmin+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
(类型判别框图)
为了使学生更好的掌握重点,以日常生活中的例子加深印象,帮助理解。
教师:
请同学们举例说出生活中常见的四杆机构并说明属于哪一种类型。
(提示学生回顾已学知识)
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,老师用动画演示相应的机构,做到直观形象。
在学生观察牛头刨床的横向进给机构时,提醒学生注意其运动特点,引出下一个重难点。
(二)急回特性
1.存在急回特性原因分析(难点内容)
老师利用图形讲解,教会学生正确判断机构类型的方法。
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
教学方法
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。
然后利用图5-17和动画演示进行分析。
为了有助于学生更好的理解急回特性,先说明以下概念。
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表示。
极位夹角——摇杆处于左、右两极限位置时,曲柄两位置所夹的锐角。
用θ表示。
原因分析:
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,所以t1>t2,又因为两次转动摆角相同,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大于工作行程的平均速度,这种性质称为急回特性。
可以用急回特性系数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。
分析原因,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
教学方法
续
新
课
讲
解
行程速度变化系数)表示:
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,急回特性越显著。
优点:
空回行程的时间缩短,有利于提高生产率。
然后再通过举例(往复式运输机)和动画(牛头刨床)
说明急回特性的应用,做到理论联系实际,让学生更好的理解其实用。
(三)死点位置
首先请同学们想一想使用缝纫机时若出现踏不动会怎么处理。
同学会说要用手转一下轮子。
让学生思考为什么。
然后教师再利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于共线位置时,有什么情况发生。
再结合图5-18讲解。
教师:
请同学回答当连杆与从动件曲柄处于共线位置时,有什么情况发生?
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,通过实例说明应用。
用教具引入死点位置的概念,并通过演示说明其特点。
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
教学方法
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,双摇杆机构有一个死点位置)
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,且转向不能确定。
3.克服死点位置的解决方法
(通过刚刚举过的缝纫机的例子,说明解决方法。
)
对从动曲柄施加外力,或利用飞轮及构件自身的惯性作用,使机构通过死点位置。
同时应提醒学生注意并非所有死点位置都有害。
用课本图5-19说明如何利用死点位置夹紧工件。
利用例子说明解决方法。
举例法
误
区
与
学
法
导
航
︵
约
10
分
钟
︶
问题1.曲柄是否存在判断出错
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。
(结合类型判别框图说明)
解答:
强调指出二者的本质区别:
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,而当连杆机构处于“死点位置”既使不存在摩擦,机构也仍然不能运动。
二者有本质区别。
问题4:
学完“死点位置”后,误以为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。
教师举例分析帮助学生理解,为后面学习做进一步铺垫
引导法
讲授法
时间
分配
教学内容
教学过程
教学方法
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判别条件求解。
解:
1)∵40+70≤60+55
由机构类型判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(提醒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:
能正确判断最短杆,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)问该机构是否有曲柄?
如有,指明哪个是曲柄。
2)该机构是否有摇杆?
若有,用作图法求出摇杆的摆角范围。
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
教师分析
学生参与
激励法
表扬法
时间
分配
教学内容
教学过程
教学方法
续
例
题
讲
解
及
综
合
应
用
分析:
利用类型判别条件及急回特性的原因求解。
解:
1)∵lmin+lmax=lAB+lBC=80mm
其它两杆之和=lAD+lCD=90mm
即 lmin+lmax<其它两杆之和,且连架杆为lmin。
∴该机构为曲柄摇杆机构。
有曲柄,即AB杆为曲柄。
2)该机构为曲柄摇杆机构,故有摇杆。
由作图量得摆角范围:
φ=90º。
3)有急回特性,且θ=30º,故
K=180º+θ/180º-θ=1.4
技法指导:
本题为综合训练题,引导学生学会利用性质的推导过程和公式求解。
教师分析
学生参与
引导法
讲授法
激励法
学
生
练
习
教
师
指
导
︵
约
5
分
钟
︶
在下图所示的铰链四杆机构中,已知:
AB=450mm,BC=400mm,CD=300mm,AD=200mm。
试问以哪个杆件作为机架,可以得到曲柄摇杆机构?
如果以杆BC作为机架,会得到什么机构?
如果以杆AD作为机架,会得到什么机构?
以课件形式呈现练习题,教师巡回指导,根据学生掌握情况,作难点提示,学生解答,教师讲评。
课件展示,提示讲解法
归布
纳置
小作
结业
︵
5
分
钟
︶
(一)归纳小结(4分钟)
1.曲柄存在条件及推论(判别铰链四杆机构类型);
2.急回特性概念,急回特性系数K的求解公式及结论;
3.死点位置概念及利弊。
最后为了便于学生记忆,总结以下口诀:
曲柄摇杆是基型,机构条件细分清。
曲柄主动有急回,曲柄从动死点停。
急回特性有K值,极位夹角相对应。
教师引导分析总结归纳
引导法
归纳法
(二)布置作业(1分钟)
1.教材P97页第9,11题;练习册P27第五题的第1小题。
2.课下复习本节内容,预习新课。
教师引导
分析难点
引导法
答疑
留下5分钟时间,让学生提问,解答疑惑。
自 学
八、板书设计