1.4 四杆机构的基本特性（教案）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

《机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务1.4 四杆机构的基本特性 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 职高学生对机械结构有一定直观认知，在实习中接触过缝纫机、剪板机等含四杆机构的设备，对“机器干活有快有慢”“有的地方省力有的费劲”有生活体验，但缺乏理论归纳。他们动手能力较强，对具象案例兴趣高于抽象公式，学习时更关注知识在实操中的应用。此前已掌握四杆机构组成，为本节课奠定基础，但对“急回”“压力角”等术语易混淆，需结合实物演示化解抽象概念，同时要注意联系实习场景，激发其探究如何通过调整机构参数优化设备性能的兴趣。 背景分析 四杆机构是机械工程中最基础的传动结构，广泛存在于机床、工程机械、轻工设备中，如牛头刨床的切削运动、颚式破碎机的破碎动作等，其性能直接影响设备效率与安全。随着制造业升级，对设备运行速度、能耗、稳定性要求提高，理解急回特性可优化生产节拍，掌握压力角能提升设备省力性能，认识死点位置可避免机械卡死故障。职高学生未来从事设备操作、维修等工作，学好这些特性是分析设备运行原理、解决实际故障的基础，也是后续学习复杂机构的重要铺垫。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 认识到机械特性对设备性能的重要性，培养严谨的工程思维，增强在实操中运用理论知识的意识。 能说出急回特性、压力角、死点位置的定义。 能判断具体四杆机构是否具有急回特性，解释压力角大小与机构省力程度的关系，指出死点位置的常见场景。 能在简单机械拆装或操作中，运用所学知识分析急回现象、调整压力角以省力、避开死点位置避免故障。 通过观察实物演示、参与案例分析，提升从机械运动中归纳特性、用理论解释实际问题的能力。 学习任务 描述 认识急回特性，了解其参数及应用。 理解压力角的定义。 了解“死点”的产生及其克服方法。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 急回特性、压力角、死点位置的概念及在实际机械中的表现 教学难点 急回特性中“空回行程”与“工作行程”的速度差异原理 教学难点突破方法 用动画演示四杆机构运动过程，标注两段行程的时间差异，直观展示急回特性原理 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：朱明松，第2版；机械工业出版社。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：认识急回特性，了解其参数及应用。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 在图1-31所示的曲柄摇杆机构中，当主动曲柄AB在位置AB1与连杆BC成一直线时从动件DC处于左极限位置DC1；当主动曲柄AB在位置AB2与连杆BC成一直线时，从动件DC处于右极限位置DC2。摇杆两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角，用表示。当摇杆处于两极限位置时，对应的主动曲柄两位置之间所夹的锐角称为极位夹角，用θ表示。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 当曲柄 AB 以等角速度ω从位置AB1顺时针方向 转过角φ1到达 AB2位置时，摇杆由左极限位置 DC1摆动到右极限位置DC2，摇杆摆角为屮。当 曲柄AB 继续以等角速度ω顺时针方向转过角φ2 到 AB1位置时，摇杆由右极限位置DC2摆回到左极限位置DC1，其摆角仍为屮。曲柄相应转角φ1和φ2为 φ1=180°+θ φ2=180°-θ 机构有无急回特性，取决于行程速比系数K的数值。若K>1，则机构具有急回特性且K值越大，急回特性越显著，也就是从动件空回行程越快：当K=1时，机构无急回特性。 行程速比系数K与极位夹角θ有关：若θ=0°， 则K=1，机构无急回特性；若θ>0°则机构有 急回特性，且θ越大，急回特性越显著。 图1-32中分别标出了偏置曲柄滑块机构和摆 动导杆机构的极位夹角θ，以及当主动曲柄按 图示方向回转时从动件的急回运动方向。 主要讲解急回特性。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 在图1-33所示的铰链四杆机构中，主动件1经连杆2推 动从动件3摆动，若不计构件质量和运动副中的摩擦， 则连杆2为二力构件。从动件上C点所受力的方向(沿连 杆BC)与C点的运动速度vc方向(与CD垂直)间所夹的锐 角α称为压力角。由图可知，力F沿vc方向的分力F1=Fcosα，它能推动从动件做功，是有效分力；其沿vc垂直方向的分力Fn=Fsinα，产生摩擦阻力，是有害分力。压力角越小，有效分力越大，有害分力越小，机构越省力，效率也越高，所以压力角α是判别机构传力性能的重要参数。 工程中，为了度量方便，常将压力角的余角γ称为传动角，即γ=90°-α。很明显，机构的传动角越大，则传力性能越好，反之机构的传力性能就越差，当传动角过小时，机构将产生自锁现象。机构运动时，α、γ随从动件位置的变化而变化。为了保证机构有良好的传力性能，要限制工作行程的最大压力角 αmax或最小传动角γmin。对于一般机械，αmax<50°或γmin>40°对于大功率机械，αmax<40°或 γmin≥50°。 教师根据课本内容讲解压力角。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 在图1-34所示的曲柄摇杆机构中，若以摇杆DC为主动件，曲柄AB为从动件，则当连杆BC与从动件AB共线时，传动角γ=90°(压力角α=90°)。这时连杆BC作用于从动件曲柄 AB上的力F通过其转动中心，转动力矩为零，从动件不转，机构停顿。机构的这种位置，称为死点位置。图1-35 所示为双摇杆机构的死点位置。 一般来说，用作传动的机构有死点是不利的，工作中应采取相应措施使机构能顺利通过死点位置。常采用的方法有三种。 一是利用从动件本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性来通过死点位置，例如，缝纫机就是借助带轮的惯性通过死点位置的。 二是增设辅助构件，如图1-14所示机车车轮联动装置，利用了平行四边形机构两曲柄回转方向相同、角速度相等的特点，使从动车轮具有完全相同的运动，为了防止这种机构在运动过程中变为反向平行双曲柄机构，增设了一个辅助构件(曲柄EF)。 三是采取多组机构错列的方式，如图1-36所示，左、右两组车轮采用错列结构，使左、右两组车轮的曲柄相错 90°，从而保证了车轮的正常回转。 教师讲解死点位置，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：压力角对四杆机构的工作有什么影响？ 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 今天我们一起认识了四杆机构的三个“小脾气”：急回特性让机器干活有快有慢，像牛头刨床切削慢、退回快，能省时间；压力角就像“省力开关”，角度越小越轻松，剪子能咬紧铁皮全靠它；死点位置是个“小麻烦”，机构到这儿容易卡壳，得想办法避开。这些特性藏在缝纫机、破碎机等好多设备里，记住它们，以后操作或维修机器时，就能明白为啥有的地方快、有的地方省力，遇到卡壳也知道咋回事了。下节课我们就用今天学的知识，试着调调简单机构，让它更听话！ 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） （1）什么是死点位置？简述避免死点位置造成危害的方法。 （2）为什么说理解四杆机构的基本特性对设备操作和维修很重要？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课通过实物演示和案例分析，帮助学生理解了急回特性、压力角和死点位置的概念，大部分学生能结合缝纫机、剪子等实例说明特性表现，达到了预期知识目标。但在压力角与省力关系的原理讲解上，抽象分析稍多，部分学生对角度变化的量化影响理解不深，后续可增加可调节角度的实操模型，让学生亲手测量用力差异。此外，死点位置的判断练习不足，需补充更多设备案例的图片辨析，强化应用能力。整体互动性较好，但理论联系实操的衔接可更紧密，让学生更早参与机构调试，提升解决实际问题的体验感。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$