鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)教案

《機(jī)械基礎(chǔ)》教案授課周次課型理論授課對象中技二年級課時2課題鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)教材分析教材地位

本章平面連桿機(jī)構(gòu)，作為慣用機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣的一類，為學(xué)習(xí)其它機(jī)構(gòu)提供了分析辦法，也是學(xué)生此后使用、改造各類機(jī)械的理論基礎(chǔ)。

本節(jié)“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)”一共敘述了三大問題：曲柄存在的條件、急回特性和死點(diǎn)位置。曲柄存在的條件是是第四節(jié)“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化”知識的講授基礎(chǔ)和鋪墊，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)“棘輪機(jī)構(gòu)”理論精髓。急回特性和死點(diǎn)位置這兩個問題含概的知識點(diǎn)多，理論性較強(qiáng)，是前兩節(jié)內(nèi)容的深化和提高，并對生產(chǎn)實(shí)踐起著重要指導(dǎo)意義。因此這部分內(nèi)容是第七章乃至整本書的重點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)知識目的掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型構(gòu)成的幾何條件，并能運(yùn)用類型判斷條件解決生產(chǎn)實(shí)際問題。掌握急回特性和死點(diǎn)位置產(chǎn)生的條件。明確急回特性和死點(diǎn)位置在實(shí)踐中的應(yīng)用。掌握行程速比系數(shù)和極位夾角的概念。能力目的=1\*GB3①通過質(zhì)疑、引思、討論、歸納等程序，教給學(xué)生學(xué)會研究問題的辦法；=2\*GB3②通過講練結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析、判斷、解決問題的能力和求變思維能力。發(fā)展目的=1\*GB3①培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的良好習(xí)慣，借助多個教學(xué)媒體，對三種機(jī)構(gòu)不同類型構(gòu)成條件進(jìn)行探索，培養(yǎng)學(xué)生比較、判斷、推理的能力。=2\*GB3②通過引導(dǎo)學(xué)生參加分析問題和解決問題的過程，使學(xué)生體驗成功的感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生自信心。教學(xué)重點(diǎn)=1\*GB3①四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式構(gòu)成條件、應(yīng)用為本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。=2\*GB3②急回特性和死點(diǎn)的產(chǎn)生條件，產(chǎn)生條件對于指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)有著重要意義，因此在教學(xué)過程的三個環(huán)節(jié)中以不同的方式進(jìn)行強(qiáng)化、突出。教學(xué)難點(diǎn)=1\*GB3①四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式構(gòu)成條件、應(yīng)用。=2\*GB3②急回和死點(diǎn)產(chǎn)生因素，產(chǎn)生因素的推導(dǎo)相對學(xué)生的基礎(chǔ)而言有一定難度，在教學(xué)過程中重要以問題誘導(dǎo)方式分步進(jìn)行化解。學(xué)情分析在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)成，以及曲柄或搖桿為主動件的運(yùn)動關(guān)系，并且也有一定的力學(xué)知識，因此學(xué)生已經(jīng)含有了探究本節(jié)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)，但是缺少實(shí)踐經(jīng)驗和對各學(xué)科知識的綜合運(yùn)用能力，并且相稱一部分學(xué)生缺少自信心，又正處在叛逆心理較重的青春期。教學(xué)方法以“誘發(fā)——質(zhì)疑―—探討”為根本，通過“演示――觀察――分析討論――歸納總結(jié)”的程序，自然過渡到知識的應(yīng)用和練習(xí)，實(shí)現(xiàn)對每個知識點(diǎn)的認(rèn)識、理解和記憶。教具多媒體課件、模型作業(yè)教科書第92頁3、4題審核年月日教學(xué)流程Ⅰ、復(fù)習(xí)提問（用時2分鐘）（1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三大基本類型是什么？（2）曲柄搖桿構(gòu)件運(yùn)動有什么特點(diǎn)？以復(fù)習(xí)提問，探索性演示導(dǎo)入新課，創(chuàng)立問題情景，激發(fā)思維，促使學(xué)生帶著問題有目的地參加課堂教學(xué)活動。以復(fù)習(xí)提問，探索性演示導(dǎo)入新課，創(chuàng)立問題情景，激發(fā)思維，促使學(xué)生帶著問題有目的地參加課堂教學(xué)活動。Ⅱ、導(dǎo)入新課（用時3分鐘）板書課題后，重播放幻燈片——汽車窗雨刷，指導(dǎo)學(xué)生觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并探討下列問題：（1）曲柄能否整周運(yùn)動，與機(jī)構(gòu)中各桿長度有何關(guān)系？（2）搖桿在兩個極限位置時，曲柄與連桿位置關(guān)系如何？（3）曲柄存在與否核心看曲柄能否通過哪兩個特殊位置？教師引導(dǎo)學(xué)生討論分析后，小結(jié)并導(dǎo)入新課：從幻燈片可看出曲柄存在與否，取決于機(jī)構(gòu)中各桿長度關(guān)系，只要曲柄越過其與連桿兩次共線位置，曲柄一定存在。本節(jié)課我們就以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例，探討曲柄存在條件和鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型判斷條件，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演示。教師引導(dǎo)學(xué)生討論分析后，小結(jié)并導(dǎo)入新課：從幻燈片可看出曲柄存在與否，取決于機(jī)構(gòu)中各桿長度關(guān)系，只要曲柄越過其與連桿兩次共線位置，曲柄一定存在。本節(jié)課我們就以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例，探討曲柄存在條件和鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型判斷條件，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演示。Ⅲ、新課講授：一、曲柄存在的條件曲柄搖桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)Ⅲ、新課講授：一、曲柄存在的條件1．幾何特性——轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的條件（用時5分鐘）

兩構(gòu)件能相對轉(zhuǎn)動360°的轉(zhuǎn)動副——整轉(zhuǎn)副

含有整轉(zhuǎn)副的四桿機(jī)構(gòu)才可能存在曲柄（觀看模型有、無兩種狀況，闡明有整轉(zhuǎn)副需要含有一定條件）

2．以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例分析：（用時15分鐘）因AB為曲柄，因此可繞A鉸鏈整周回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一周中，其與連桿兩次共線，因此其與連桿2繞B點(diǎn)也為整轉(zhuǎn)副（夾角在0～360°之間變化）。3為搖桿，因此C、D鉸鏈均不為整轉(zhuǎn)副。當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時，分別構(gòu)成△AC1D搭橋引思。運(yùn)用幻燈片介紹“低副運(yùn)動的可逆性”理論，引導(dǎo)與啟發(fā)學(xué)生推導(dǎo)和理解教材結(jié)論?！鰽C2D。

在△AC1D中：

①

②

在△AC2D中：

③搭橋引思。運(yùn)用幻燈片介紹“低副運(yùn)動的可逆性”理論，引導(dǎo)與啟發(fā)學(xué)生推導(dǎo)和理解教材結(jié)論。由①+②

a≤b

②+③

a≤d

即AB是最短桿。①+③

a≤c

當(dāng)整轉(zhuǎn)副處在機(jī)架上時，方能形成曲柄。因此四桿機(jī)構(gòu)與否有曲柄，還要根據(jù)機(jī)架條件來判斷：當(dāng)符合桿長和條件，且取最短桿為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)

取最短桿鄰邊為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

取最短桿對邊為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)若不符合桿長和條件無論取誰作機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)

Ⅲ、新課講授：一、曲柄存在的條件結(jié)論：曲柄存在的條件：（1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；（2）最短桿與最長桿長度之和不大于或等于其它兩桿長度之和（稱為桿長條件）。運(yùn)用小黑板準(zhǔn)備好例題及課堂練習(xí)題，重要突出“五性運(yùn)用小黑板準(zhǔn)備好例題及課堂練習(xí)題，重要突出“五性”：（1）目的性。面對全體學(xué)生，鞏固課堂所學(xué)知識；（2）典型性。這類題能達(dá)成以一擊十之效；（3）針對性。針對學(xué)生實(shí)際，巡回檢查，既做到因材施教，又能滿足學(xué)生所需，解學(xué)生所惑；（4）綜合性。注意知識的橫縱聯(lián)系，提高學(xué)生思考問題的綜合能力。（5）應(yīng)用性。這類題能培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的愛好和動力。四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿之和不大于或等于其它兩桿之和，有下列三種狀況：①以最短桿的相鄰桿為機(jī)架時，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②以最短桿為機(jī)架時，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③以最短桿的相對桿為機(jī)架時，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（2）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿之和不不大于其它兩桿之和，則不管那一種狀況均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3．例題解說：（用時10分鐘）1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的四桿長度尺寸為：AB=130mm，BC=150mm，CD=175mm，AD=200mm。若取AD桿為機(jī)架，試判斷此機(jī)構(gòu)屬于哪一種類型？（板書解答過程）2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的四桿長度尺寸為：AB=450mm，BC=400mm，CD=300mm，AD=200mm。試問以哪桿為機(jī)架，能夠得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)？如以BC為機(jī)架，則會得到什么機(jī)構(gòu)？如以CD為機(jī)架，則會得到什么機(jī)構(gòu)？（板書解答過程）4、課堂練習(xí)：（分組討論，教師巡回指導(dǎo)）（用時10分鐘）用幻燈片打出教材圖7-7曲柄搖桿機(jī)構(gòu)用幻燈片打出教材圖7-7曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。教材對鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型構(gòu)成條件結(jié)論，從內(nèi)容上看很精煉，但是學(xué)生理解起來卻比較困難。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，如果照本宣科地講授，作普通性推論，師生均感到“概括無據(jù)、推論無理”，并且學(xué)生對雙搖桿機(jī)構(gòu)兩種不同類型本質(zhì)區(qū)別缺少必要的理解。因此，四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式構(gòu)成條件為本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。我認(rèn)為教學(xué)難點(diǎn)在于如何選擇教學(xué)突破口，即補(bǔ)充介紹“低副運(yùn)動可逆性理論”Ⅲ、新課講授：二、急回特性：（用時20分鐘）曲柄轉(zhuǎn)過角度搖桿C點(diǎn)的路程所用時間搖桿C點(diǎn)平均速度工作行程180°+空回行程180°-比較1．急回特性當(dāng)主動件曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從動件搖桿擺回的平均速度不不大于擺出的平均速度，搖桿的這種運(yùn)動特性稱為急回特性。2．極位夾角概念：當(dāng)曲柄AB為原動件并作等速回轉(zhuǎn)時，搖桿CD為從動件并作往復(fù)變速擺動，曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過程中有兩次與連桿BC共線。這時搖桿CD分別處在左右兩個極限位置，此兩極限位置時曲柄所在直線之間所夾的銳角稱為極位夾角。3．行程速比系又稱行程速度變化系數(shù)即：從動件的空回行程的平均速度與從動件的工作行程的平均速度的比值。用來衡量，Ⅲ、新課講授：二、急回特性結(jié)論：=1\*GB3①k>1則表達(dá)空回行程速度高于工作行程速度，機(jī)構(gòu)有急回；當(dāng)k=1時，則表達(dá)兩行程速度相似，機(jī)構(gòu)無急回。=2\*GB3②當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有極位夾角時，機(jī)構(gòu)就有急回運(yùn)動特性，并且角越大，值就越大，機(jī)構(gòu)的急回特性就越明顯。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時，若預(yù)先給出值，則能夠求出值：根據(jù)急回產(chǎn)生的因素總結(jié)出急回產(chǎn)生的條件，為了突出、強(qiáng)化這個重點(diǎn)，在這里我會引入行程速比系數(shù)的概念，這個重點(diǎn)概念的給出使得急回產(chǎn)生條件淺顯易得且便于記憶。接著引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面表格數(shù)據(jù)自行導(dǎo)出k值與極位夾角θ根據(jù)急回產(chǎn)生的因素總結(jié)出急回產(chǎn)生的條件，為了突出、強(qiáng)化這個重點(diǎn)，在這里我會引入行程速比系數(shù)的概念，這個重點(diǎn)概念的給出使得急回產(chǎn)生條件淺顯易得且便于記憶。接著引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面表格數(shù)據(jù)自行導(dǎo)出k值與極位夾角θ之間的關(guān)系式，從而得到θ角與急回產(chǎn)生條件之間的聯(lián)系。縮短了非工作時間，提高工作效率。

第二步：繼續(xù)演示機(jī)構(gòu)，提出共線的問題。學(xué)生很快會發(fā)現(xiàn)在曲柄回轉(zhuǎn)這一周的過程中會和連桿出現(xiàn)兩次共線，并且兩者共線時，搖桿剛好處在一左一右兩個極限位置，這時我會給出極位夾角的概念，并在圖中明確的表達(dá)出來，這個重點(diǎn)概念的給出為背面的推導(dǎo)做好了鋪墊。第三步：通過分別分析搖桿的工作行程和空回行程，師生共同填表，采集有關(guān)數(shù)據(jù)。在這個環(huán)節(jié)中我會采用提問的形式，激勵學(xué)生大膽的說出自己的答案以提高其愛好。第四步：根據(jù)表格數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出急回產(chǎn)生的因素。在這里我會先讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，這時課堂氛圍會非?；钴S，學(xué)生都要搶著說出自己的答案，這些答案可能不一定相似我會根據(jù)狀況做適宜的引導(dǎo)，最后師生共同得出結(jié)論。本問題采用探索研究：第一步：演示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，提出問題。學(xué)生根據(jù)前面的復(fù)習(xí)內(nèi)容，結(jié)合多媒體幻燈片演示不難看出，曲柄做等速回轉(zhuǎn)時，會使從動的搖桿獲得變速擺動，也就是它的空回行程比工作行程速度要快，從而得到這樣一種結(jié)論：在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中存在有急回特性。三、死點(diǎn)位置1．死點(diǎn)產(chǎn)生的因素、條件（用時10分鐘）當(dāng)搖桿為主動件，只要曲柄和連桿共線，從動曲柄所受力矩為零，無論驅(qū)動力矩有多大都不會推動曲柄回轉(zhuǎn)而出現(xiàn)死點(diǎn)。2．死點(diǎn)位置概念（用時2分鐘）連桿與從動件共線時出現(xiàn)的從動件不能轉(zhuǎn)動，或轉(zhuǎn)向不擬定的位置，叫死點(diǎn)位置（又稱止點(diǎn)位置）。3．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)數(shù)目（用時1分鐘）2個4．克服死點(diǎn)辦法（用時3分鐘）一是運(yùn)用從動曲柄本身的質(zhì)量或附加一轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪，依靠其慣性作用來導(dǎo)向；二是增設(shè)輔助構(gòu)件；三是采用多組機(jī)構(gòu)錯列等。5．死點(diǎn)在實(shí)踐中的應(yīng)用（用時3分鐘）一提到應(yīng)用，學(xué)生普通都會想到死點(diǎn)的出現(xiàn)會使機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要克服，這時我會引導(dǎo)學(xué)生從死點(diǎn)產(chǎn)生的因素出發(fā)并結(jié)合踏板機(jī)構(gòu)和機(jī)車車輪的實(shí)例找出三種克服的方法。其實(shí)死點(diǎn)尚有它有用的一面，由于學(xué)生缺少生活經(jīng)驗往往想不到，在這里我會給出飛機(jī)起落架和鉆床夾緊機(jī)構(gòu)兩個實(shí)例，通過對這兩組圖的分析，讓學(xué)生理解死點(diǎn)在實(shí)踐中有益的一面。通過對死點(diǎn)有害、有益兩方面得分析，引導(dǎo)學(xué)生要一分為二地看待問題。提出問題提出問題“如果對縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)操作不夠純熟常會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗很快會給出答案：那就是踏板很容易卡死不能動或出現(xiàn)飛輪的倒轉(zhuǎn)，這時我會告訴學(xué)生，踏板被卡死不動的這個位置在機(jī)械中稱為死點(diǎn)位置，從而引入對該問題的探究。死點(diǎn)產(chǎn)生的因素是本節(jié)中的第二個難點(diǎn)，我采用了下列幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行化解：①結(jié)合踏板機(jī)構(gòu)提出問題：“這踏板機(jī)構(gòu)屬于我們學(xué)過的哪種基本類型”②據(jù)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)繼續(xù)提出問題：曲柄被搖桿帶動回轉(zhuǎn)一周過程中會被卡幾次？這被卡住的死點(diǎn)位置又有什么特殊性？在這里我首先演示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，首先拿出課前準(zhǔn)備好的幾個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡易模型，讓學(xué)生分組分別感受一下它的實(shí)際運(yùn)動狀況，你別看這模型簡樸，但它比圖片演示感受更加真切。學(xué)生很快能夠得到曲柄回轉(zhuǎn)一周會被卡兩次，而這兩個位置剛好是曲柄和連桿的共線位置，那為什么在共線位就會被卡死呢，帶著這個問題進(jìn)入第三步學(xué)生分組討論。Ⅳ、小結(jié)：（用時3分鐘）一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件1．連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿；2．最短桿與最長桿長度之和不大于或等于其它兩桿長度之和（稱為桿長條件）。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的鑒別環(huán)節(jié)：四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿之和不大于或等于其它兩桿之和，有下列三種狀況：①以最短桿的相鄰桿為機(jī)架時，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②以最短桿為機(jī)架時，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③以最短桿的相對桿為機(jī)架時，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿之和大于其它兩桿之和，則不管那一種狀況均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。二、急回特性1．急回特性2．極位夾角概念3．行程速比系數(shù)4．應(yīng)用三、死點(diǎn)位置1．死點(diǎn)產(chǎn)生的因素條件2．死點(diǎn)位置概念3．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)數(shù)目