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(duì)象中技二年級(jí)課時(shí)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(shí)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(gè)問題含概的知識(shí)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(duì)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(shí)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(guò)質(zhì)疑、引思、討論、歸納等程序，教給學(xué)生學(xué)會(huì)研究問題的辦法；=2\*GB3②通過(guò)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(gè)教學(xué)媒體，對(duì)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(guò)引導(dǎo)學(xué)生參加分析問題和解決問題的過(guò)程，使學(xué)生體驗(yàn)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(duì)于指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)有著重要意義，因此在教學(xué)過(guò)程的三個(gè)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(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)而言有一定難度，在教學(xué)過(guò)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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并且也有一定的力學(xué)知識(shí)，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(yàn)和對(duì)各學(xué)科知識(shí)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(guò)“演示――觀察――分析討論――歸納總結(jié)”的程序，自然過(guò)渡到知識(shí)的應(yīng)用和練習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、理解和記憶。教具多媒體課件、模型作業(yè)教科書第92頁(yè)3、4題審核年月日教學(xué)流程Ⅰ、復(fù)習(xí)提問（用時(shí)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(dòng)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(dòng)。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(dòng)。Ⅱ、導(dǎo)入新課（用時(shí)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(dòng)，與機(jī)構(gòu)中各桿長(zhǎng)度有何關(guān)系？（2）搖桿在兩個(gè)極限位置時(shí)，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(guò)哪兩個(gè)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(zhǎng)度關(guān)系，只要曲柄越過(guò)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(zhǎng)度關(guān)系，只要曲柄越過(guò)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(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的條件（用時(shí)5分鐘）

兩構(gòu)件能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)360°的轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)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(shí)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(shí)，分別構(gòu)成△AC1D搭橋引思。運(yùn)用幻燈片介紹“低副運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(lái)判斷：當(dāng)符合桿長(zhǎng)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(duì)邊為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)若不符合桿長(zhǎng)和條件無(wú)論取誰(shuí)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(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和不大于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和（稱為桿長(zhǎng)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(duì)全體學(xué)生，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)；（2）典型性。這類題能達(dá)成以一擊十之效；（3）針對(duì)性。針對(duì)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(shí)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(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的愛好和動(dòng)力。四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)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(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②以最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③以最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，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(zhǎng)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(shuō)：（用時(shí)10分鐘）1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的四桿長(zhǎng)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(guò)程）2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的四桿長(zhǎng)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(huì)得到什么機(jī)構(gòu)？如以CD為機(jī)架，則會(huì)得到什么機(jī)構(gòu)？（板書解答過(guò)程）4、課堂練習(xí)：（分組討論，教師巡回指導(dǎo)）（用時(shí)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(duì)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(lái)卻比較困難。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，如果照本宣科地講授，作普通性推論，師生均感到“概括無(wú)據(jù)、推論無(wú)理”，并且學(xué)生對(duì)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(dòng)可逆性理論”Ⅲ、新課講授：二、急回特性：（用時(shí)20分鐘）曲柄轉(zhuǎn)過(guò)角度搖桿C點(diǎn)的路程所用時(shí)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(dòng)件曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)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(dòng)特性稱為急回特性。2．極位夾角概念：當(dāng)曲柄AB為原動(dòng)件并作等速回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿CD為從動(dòng)件并作往復(fù)變速擺動(dòng)，曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中有兩次與連桿BC共線。這時(shí)搖桿CD分別處在左右兩個(gè)極限位置，此兩極限位置時(shí)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(dòng)件的空回行程的平均速度與從動(dòng)件的工作行程的平均速度的比值。用來(lái)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(shí)，則表達(dá)兩行程速度相似，機(jī)構(gòu)無(wú)急回。=2\*GB3②當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有極位夾角時(shí)，機(jī)構(gòu)就有急回運(yùn)動(dòng)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(jì)時(shí)，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(gè)重點(diǎn)，在這里我會(huì)引入行程速比系數(shù)的概念，這個(gè)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(gè)重點(diǎn)，在這里我會(huì)引入行程速比系數(shù)的概念，這個(gè)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(shí)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(huì)發(fā)現(xiàn)在曲柄回轉(zhuǎn)這一周的過(guò)程中會(huì)和連桿出現(xiàn)兩次共線，并且兩者共線時(shí)，搖桿剛好處在一左一右兩個(gè)極限位置，這時(shí)我會(huì)給出極位夾角的概念，并在圖中明確的表達(dá)出來(lái)，這個(gè)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(guò)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(gè)環(huán)節(jié)中我會(huì)采用提問的形式，激勵(lì)學(xué)生大膽的說(shuō)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(huì)先讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，這時(shí)課堂氛圍會(huì)非?；钴S，學(xué)生都要搶著說(shuō)出自己的答案，這些答案可能不一定相似我會(huì)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(shí)，會(huì)使從動(dòng)的搖桿獲得變速擺動(dòng)，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(shí)10分鐘）當(dāng)搖桿為主動(dòng)件，只要曲柄和連桿共線，從動(dòng)曲柄所受力矩為零，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力矩有多大都不會(huì)推動(dòng)曲柄回轉(zhuǎn)而出現(xiàn)死點(diǎn)。2．死點(diǎn)位置概念（用時(shí)2分鐘）連桿與從動(dòng)件共線時(shí)出現(xiàn)的從動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)1分鐘）2個(gè)4．克服死點(diǎn)辦法（用時(shí)3分鐘）一是運(yùn)用從動(dòng)曲柄本身的質(zhì)量或附加一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的飛輪，依靠其慣性作用來(lái)導(dǎo)向；二是增設(shè)輔助構(gòu)件；三是采用多組機(jī)構(gòu)錯(cuò)列等。5．死點(diǎn)在實(shí)踐中的應(yīng)用（用時(shí)3分鐘）一提到應(yīng)用，學(xué)生普通都會(huì)想到死點(diǎn)的出現(xiàn)會(huì)使機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要克服，這時(shí)我會(huì)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(yàn)往往想不到，在這里我會(huì)給出飛機(jī)起落架和鉆床夾緊機(jī)構(gòu)兩個(gè)實(shí)例，通過(guò)對(duì)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(guò)對(duì)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(duì)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)操作不夠純熟常會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)很快會(huì)給出答案：那就是踏板很容易卡死不能動(dòng)或出現(xiàn)飛輪的倒轉(zhuǎn)，這時(shí)我會(huì)告訴學(xué)生，踏板被卡死不動(dòng)的這個(gè)位置在機(jī)械中稱為死點(diǎn)位置，從而引入對(duì)該問題的探究。死點(diǎn)產(chǎn)生的因素是本節(jié)中的第二個(gè)難點(diǎn)，我采用了下列幾個(gè)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(guò)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(dòng)回轉(zhuǎn)一周過(guò)程中會(huì)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(dòng)，首先拿出課前準(zhǔn)備好的幾個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)易模型，讓學(xué)生分組分別感受一下它的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況，你別看這模型簡(jiǎn)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(huì)被卡兩次，而這兩個(gè)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(huì)被卡死呢，帶著這個(gè)問題進(jìn)入第三步學(xué)生分組討論。Ⅳ、小結(jié)：（用時(shí)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(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和不大于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和（稱為桿長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②以最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③以最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)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