铰链四杆机构基本性质完美教案

《机械基础》
铰链四杆机构的基本性质 教案

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第二节 《铰链四杆机构的基本性质》
教案 课题 名称 铰链四杆机构的基本性质 课 时 2 课时

章节 讲授 主要 内容 1. 2. 3. 4.

第五章

平面连杆机构

总课时

32 课时

曲柄存在的条件; 产生急回特性的条件及原因 产生死点位置的条件及原因 急回特性和死点在工程中的应用

重点

1. 曲柄存在的条件、以及急回特性死点位置产生的条件 1. 产生急回特性的原因 2. 产生死点位置的原因

难点

教 学 目 标

知识目标: 让学生明确曲柄存在的条件, 1. 正确掌握铰链四杆机构三种基本 类型的判别方法。 2. 让学生正确理解机构的急回特性,并了解其意义。 3. 让学生正确把握机构的死点位置,了解机构中存在死点位置的 不利面和在工程中的应用。 能力目标:1. 能进行行程速度变化系数的简单计算。 2. 培养学生观察、分析、综合归纳能力。 3. 培养学生主动探究、协作学习能力。

教学 方法

十步(实物模具演示、提问设置悬念、分析、得出结论、推理演绎、电教 演示、范例、自学练习、反馈指导、讲评小结)教学法,直观演示教学法,启 发—研究法、电化教学法。

教学 准备

1. 黑板,白粉笔,教案 2. 学生每人一本《机械基础》第三版教材

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教学过程: 一、复习有关内容(6 分钟) : 1.铰链四杆机构有三种基本形式,即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 2.曲柄:与机架用转动副相连并能绕着该转动副作连续整周旋转运动的构件。 2. 摇杆:与机架用转动副相连并能绕着该转动副作往复摆动的构件。 3. 曲柄摇杆机构:一连架杆为曲柄、另一连架杆为摇杆的铰链四杆机构,其中 曲柄作连续整周旋转运动,摇杆在一定范围内作往复摆动。 4. 双曲柄机构:两连架杆都为曲柄的铰链四杆机构,其中两曲柄都作连续整周 旋转运动。 5. 双摇杆机构:两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构,其中两摇杆都在一定范围 内作往复摆动。 二、导入新课(4 分钟) : 通过曲柄摇杆机构的动画模拟其两共线位置,设疑提问,引导学生思考曲柄 的存在必须满足一定的条件(设置悬念) 。 三、讲授新课(33 分钟) : (一)曲柄存在的条件: 1.已知:AB=a,BC=b,CD=c,AD=d,如图 5-17 所示,进行详细分析。 2.第一次共线时: AC1D 构成一个三角形,有两边之和大于第三边。

即:

b-a+c>d b-a+d>c

a+d<b+c; a+c<b+d.

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3.第二次共线时:AC2D 构成一个三角形,有两边之和大于第三边。 即:a+b<c+d. 4、考虑到两次共线正好四杆都重合成一直线,有: (1)a+d≤b+c; (2)a+c≤b+d; (3)a+b≤c+d.

5.分析思考以上三式得出结论: (1) a 是最短杆; (2) b、c、d 中有一杆为最长杆; (3) 三式中必然有一式是:最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆

长度之和。 6.得出推论,即曲柄存在的条件是: ①连架杆与机架中必有一个是最短杆。 ②最短杆与最长杆的长度之和不大于其余两杆的长度之和。

7. 根据曲柄存在的条件,可以推论出铰链四件机构的三种基本类型的判别方法: 若满足最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和,则: 最短杆为连架杆→ 构成曲柄摇杆机构 最短杆为机架→ 构成双曲柄机构 最短杆为连杆→ 构成双摇杆机构

(二)急回特性 1. 定义:曲柄摇杆机构中,曲柄作等速转动,而摇杆摆动时空回行程的平均速 度大于工作行程的平均速度(即 V2>V1) ,这种性质称为机构的急回特性。 根据上图中曲柄摇杆机构中, 曲柄 AB 为等角速度 w 顺时针回转, AB1 回 自 转到 AB2 即转过角度Ψ 1 时,摇杆 CD 自 CD1 摆动到 C2D,摆动角度为Ψ ,设 C 点的平均线速度为 V 1,所需时间为 t1;当曲柄 AB 继续由 AB2 回转到 AB1,转 过角度Ψ 2 时,CD 自 CD2 摆回到 C1D,摆角仍为Ψ ,设 C 点的平均线速度为 V2,
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时间为 t2,由图不难看出,Ψ 1>Ψ 2、所以 t1> t2,即 V 2>V1; 通常摇杆 C1D 摆动到 C2D 的过程被用作机构中从动件的行程,而 C2D 到 C1D 作为空回行程,以使空回行程时间缩短,有利于提高生产率。

K ?

V2 V1

?

C1C2 t 2 t1 ? C1C2 t1 t2

?

180 ? ? ? 180 ? ? ?

2. 得出结论: 当极位夹角? > 0, 值越大,急回性质越明显。当极位夹角? = 0, K K=1 时机构无急回特性。

3. 课堂练习

(1)当曲柄为原动件时,具有急回特性的机构有( A. 曲柄摇杆机构 C. 摆动导杆机构 B. 偏置曲柄滑块机构 D. 双曲柄机构

)。

(2)有急回特性的平面连杆机构的行程速度变化系数( A. K=1 B. K>1 C. K≥1 D. K<1

)。

(3)如图所示,θ =30°,该机构的行程速度变化系数 k 为多少?

工作行程
C1

C

ψ θ B B2 φ1 A φ2 B1 D

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(三)死点位置 结合学生的生活经验,我首先提出这样一个问题:即使用缝纫机的问题,通 过学生的回答导出第二个教学目标:死点。 定义:当在铰链四杆机构中,当连杆与从动件处于共线的位置我们把机构中 的这种 位置就称为死点位置。 根据上图分析当摇杆 CD 为主动件时, 曲柄AB会和连杆 BC 出现两次共线, 曲柄会出现不转动或转动不确定现象,这个位置就是死点位置。 当机构处于死点位置时,从动件将出现运动方向不确定或被卡死现象。 对于传动机构来说, 机构有四点位置是不利的,应采取措 过死点位置。对于连续回转的机器,通常: ⑴利用从动件自重或安装飞轮加大惯性的方法,借惯性作用使机构闯过死 点。 ⑵增设辅助机构。 ⑶多组机构错列。来通过死点位置,如缝纫机就是借助于带轮的惯性通过死 点位置的。 施使机构顺利通

五、自学练习(25 分钟) : 1.铰链四杆机构中的四杆长度尺寸为:AB=45mm,BC=90mm,CD=70mm, AD=100mm。若取 AD 杆为机架,此机构属于哪一种类型?
C

B 45 A

90 70

100

D

2.根据图 5—30 所注明的尺寸,判断各铰链四杆机构的类型。

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90 B 70 A 40 a) D 110

C 100 B 70 45 A 120 b) D C B 70 A

50

C

B 90 A

50

C

100 60 c) D

100 70 d) D

六、反馈指导: 在学生自学练习的同时,教师进行巡回指导,及时发现学生中存在的误解或 疑惑,纠正认识差距,缩短教师与学生间的距离,使师生关系融洽和谐。及时反 馈教与学,真正做到教师起主导作用,学生起主体作用。实现教法、学法、能力 训练三者统一。

七、讲评小结(3 分钟) : 本节课学习的主要内容是利用铰链四杆机构的基本性质,即三种基本形式的 构成条件判断铰链四杆机构的类型。通过这次课的学习,我们应该掌握曲柄存在 的条件和三种基本形式的构成条件,并且学会运用所学知识解决实际问题,即判 断铰链四杆机构的类型,还有掌握急回特性产生的原因及条件、死点产生的条件 等 。 八、布置作业(2 分钟) : 1. 我们坐折叠椅的时候,靠在椅背上,为何靠椅不会自动松开或合拢?

2. 假如改变铰链四杆机构的某些构件形状,会得到哪些机构, 布置这次作业的目的是进一步强化本次课所学知识和潜意识的提请学生们 要预习下一节内容,提高接下来的教学效果。 九、教学后记: 本次课不但使学生掌握了曲柄存在的条件及三种基本形式的构成条件,还熟 练地掌握了利用构成条件判断铰链四杆机构的类型。作业的正确率很高,达 92.6%,同学们也很赞同这种教学方法和学习方法。
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