怎样在课堂上讲铰链四杆机构的基本性质

一、确立曲柄的存在条件为教学重点

只有准确把握了曲柄的存在条件,才能真正理解四杆机构的基本形式及其转化,理解通过改变某些构件的形状、相对长度,或选择不同的构件作为机架得到的其他演化形式的机构,为今后对机械机构进行维护、技术创新打下良好基础。

1.模型演示

演示曲柄摇杆机构的运动过程,引导学生学会观察,同时设计一些问题,如曲柄作主动回转,摇杆如何运动?摇杆处于两极限位置时,机构中的曲柄与连杆位置关系如何?四杆的位置呈什么关系?

2.图示法

把铰链四杆机构的运动位置及特殊位置用图表示出来,把具体的实物模型简化成数学模型,便于学生理解接受。

3.分析推导

根据三角形的二边之和大于第三边进行分析推导,可以设计几个层次的问题,引导学生分析思考,如△AC1D中关系式应为什么?在△AC2D中关系式又为什么?利用化简的关系式分析得出“最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两构件长度之和”这个大前提,然后通过教具演示,让学生观察出这个大前提有三种情况:取最短杆为连架杆时,构成曲柄摇杆机构;取最短杆为机架时,构成双曲柄机构;取最短杆为连杆时,构成双摇杆机构。如果这个大前提不存在,也就是当铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆之和时,则曲柄不存在,只能构成双摇杆机构,从而推导出曲柄存在条件及推论。

4.例题分析

选择一个针对性强的实例,设计不同层次的问题。如一四杆机构,四杆长度给出,问以AB杆为机架时,判断为何种机构?要得到双曲柄机构,应选择哪一杆为机架?通过解题过程让学生能熟练地运用“曲柄存在条件”进行三种基本类型的判断。

5.动手设计

为学生准备不同长度的五根杆件,让他们选出其中四根,利用曲柄存在条件按照要求制作相应的铰链四杆机构。通过以上实物演示、观察、设问、图示、分析推导、举例说明等过程,将本节课的重点层层突破,符合学生的认知规律。

二、确立急回特性内容的次重点和难点地位

用行程速比系数K表示,K对于设计、改造机构,提高机构的工作效率起着十分重要的作用。难点是急回特性,K与极位夹角θ有关,并且死点位置也有关系,对这个问题的分析和处理,要运用到《物理》《工程力学》中的内容,掌握起来有一定难度。

1.急回特性概念的引出

结合实例牛头刨床的机构运动,正常切削行程、空回行程的运动速度不同,通过多媒体动画,让学生观察摇杆来回运动的速度变化,引出急回特性的概念。

2. 结合多媒体动画采集数据

结合多媒体动画,分析摇杆的工作行程和空回行程,采集相关数据,师生共同完成表1、表2的填写。

3.学生能主动完成知识的获取

通过表1、表2的数据对比,学生很快就可以利用物理中知识将摇杆的工作行程与空回行程的速度弄清楚,行程速比系数K=V1/V2的计算公式推导,导出K值和极位夹角θ的关系。这样以学生为主体完成知识的获取,使学生体会到独立获取知识的愉快感和成功感,达到乐学的境界。

三、死点位置部分内容可只做一般了解

主要了解其措施及应用,让学生知道死点位置是指机构运转过程的特殊位置,并且其存在与否还与原动件有关。同一机构的同一位置,甲构件为原动件时为死点位置,而乙构件为原动件时,将不再是死点位置。

1. 通过切身体会理解死点概念

通过自己的切身体会,如折叠椅、缝纫机踏脚板出现不运动或运动的不确定性时即为死点现象;也可以拿起自己设计的曲柄摇杆机构,以摇杆为主动件演示,体会死点的概念。

2.结合图示,运用力学知识进行分析

利用《工程力学》所学内容分析曲柄的受力情况,在曲柄与连杆成直线位置时说明曲柄受的力矩为0,曲柄不转动,此时的位置即为死点位置。

另外就是举例分析死点利与弊及在生产中的应用。

(作者单位:山东省聊城市高级技工学校)