高教版中職職高教版機(jī)械基礎(chǔ)第2版教模塊 6.1和6.2

模塊六機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)6.1運(yùn)動(dòng)形式與轉(zhuǎn)換6.2平面四桿機(jī)構(gòu)【章節(jié)名稱(chēng)】運(yùn)動(dòng)形式與轉(zhuǎn)換平面連桿機(jī)構(gòu)【教學(xué)目標(biāo)與要求】一、知識(shí)目標(biāo)1.掌握構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征；了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。2.了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和三種基本型式的運(yùn)動(dòng)特性與應(yīng)用。3.熟悉曲柄存在條件的判別方法。4.了解含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。5.了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性―急回特性和死點(diǎn)。二、能力目標(biāo)1.了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。2.能夠判斷四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄？并根據(jù)已知條件確定四桿機(jī)構(gòu)的具體型式。3.熟悉含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)和三種基本型式的運(yùn)動(dòng)特性及應(yīng)用場(chǎng)合。三、素質(zhì)目標(biāo)1.掌握構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征；了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。2.了解四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是將連續(xù)勻速的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成變速的搖動(dòng)或其他型式的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)型式的轉(zhuǎn)化。3.熟悉三種常見(jiàn)的四連桿運(yùn)動(dòng)的基本型式的特點(diǎn)。4.能夠根據(jù)曲柄存在條件及取不同構(gòu)件作為機(jī)架來(lái)判斷出不同的四桿機(jī)構(gòu)。四、教學(xué)要求1.掌握構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征；了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。2.熟悉低副接觸四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和的組成條件。3.能夠判斷四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄和該機(jī)構(gòu)的基本型式。掌握三種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)合?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1.構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征；機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。2.四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件的判別及四桿型式的確定。3.熟悉三種基本型式的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合?！倦y點(diǎn)分析】1.高、低運(yùn)動(dòng)副的區(qū)分和四桿機(jī)構(gòu)基本型式的判斷。2.急回特性的形成，要借助于教具或?qū)嵨镅菔?，最好?qǐng)同學(xué)上臺(tái)自己體驗(yàn)。3.死點(diǎn)的形成條件是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中以搖桿作為主動(dòng)件才可能出現(xiàn)，如果學(xué)生有自己使用過(guò)縫紉機(jī)請(qǐng)他談?wù)勈褂玫母惺茏詈?。在理論上要用力矩的大小等于力與力臂的乘積來(lái)決定，如果力臂為0，則無(wú)論力有多大，則力矩仍為0?！窘虒W(xué)方法】講授為主，配合教具課件演示，最后歸納總結(jié)?！緦W(xué)生分析】從機(jī)械零件的靜止運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變到常用機(jī)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容，是一個(gè)由靜向動(dòng)的變化過(guò)程，要從運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)來(lái)啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本章的內(nèi)容就比較容易。同時(shí)要從具體的構(gòu)件抽象出簡(jiǎn)圖來(lái)研究運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，這也是要改變學(xué)生思路的方式。在講課時(shí)，一定要把這些特點(diǎn)先告訴學(xué)生，以便更快地適應(yīng)新的教學(xué)內(nèi)容。【教學(xué)資源】機(jī)械基礎(chǔ)在線(xiàn)開(kāi)放課程．“中國(guó)職教MOOC”頻道，高等教育出版社?！窘虒W(xué)安排】4學(xué)時(shí)（180分鐘）【教學(xué)過(guò)程】一、新課導(dǎo)言機(jī)械的動(dòng)力部分，以電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)居多，輸出的運(yùn)動(dòng)形式通常都是連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)，一般以降低運(yùn)動(dòng)速度、獲得較大的轉(zhuǎn)矩、改變運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟康模欢跈C(jī)械的執(zhí)行部分，多采用機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足機(jī)械各種工作任務(wù)的需要。二、新課講授（一）運(yùn)動(dòng)形式與轉(zhuǎn)換1構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征在機(jī)構(gòu)中，每個(gè)構(gòu)件的平面運(yùn)動(dòng)，都可以用運(yùn)動(dòng)類(lèi)型、運(yùn)動(dòng)路徑和速度特性這三個(gè)特征來(lái)進(jìn)行描述。①運(yùn)動(dòng)類(lèi)型構(gòu)件可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)、擺動(dòng)、平移、實(shí)現(xiàn)軌跡及合成運(yùn)動(dòng)等。②運(yùn)動(dòng)路徑構(gòu)件可以沿X、Y、Z軸方向或者其他方向運(yùn)動(dòng)。如運(yùn)動(dòng)路徑同為“X軸”，表示各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)重合或平行。③速度特性構(gòu)件的速度特性按速度方向，可以分為單向運(yùn)動(dòng)和雙向運(yùn)動(dòng)；按速度的持續(xù)性，可以分為連續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)；按照速率的變化特性，可以分為勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)。為了便于分析、闡述方便，可以采用特定的符號(hào)來(lái)表示上述構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征。其中，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)副，用“●”表示周轉(zhuǎn)副，用“○”表示擺動(dòng)副。構(gòu)件常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)形式與表示符號(hào)，見(jiàn)表6-1。2.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能對(duì)機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件，尤其是輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行描述，稱(chēng)之為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能。為了解什么是運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，我們不妨來(lái)看一個(gè)日常生活中使用的單折疊傘的例子。如圖6-1所示，當(dāng)我們開(kāi)傘時(shí)，向上推動(dòng)滑塊3，傘的內(nèi)撐架2便驅(qū)動(dòng)傘面撐架1繞A點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，傘面打開(kāi)。在開(kāi)傘過(guò)程中，構(gòu)件3是輸入構(gòu)件，輸入的是移動(dòng)；傘面撐架1是輸出構(gòu)件，輸出的是轉(zhuǎn)動(dòng)。收傘時(shí)，在傘面撐架1的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過(guò)傘的內(nèi)撐架2，向下推動(dòng)滑塊3，傘面收攏。在收傘過(guò)程中，構(gòu)件1是輸入構(gòu)件，輸入的是轉(zhuǎn)動(dòng)；構(gòu)件3是輸出構(gòu)件，輸出的是移動(dòng)。可見(jiàn)，在開(kāi)傘和收傘的過(guò)程中，完成了轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)這兩種運(yùn)動(dòng)形式間的轉(zhuǎn)換。將此例抽象成一般形式，即為圖6-2所示的含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件1可以圍繞Z軸做單向或雙向的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；構(gòu)件3沿機(jī)架4上的導(dǎo)路做沿X軸雙向的勻速或變速移動(dòng)；構(gòu)件2的運(yùn)動(dòng)是平面一般運(yùn)動(dòng)（合成運(yùn)動(dòng)），而對(duì)其上的點(diǎn)P而言則是一個(gè)軌跡的運(yùn)動(dòng)。此例機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能最常見(jiàn)的有3種，如表6-2所示。其中，基本功能用兩個(gè)矩形框中的符號(hào)表示，表示由左框中的運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為右框中的運(yùn)動(dòng)形式。構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特征清楚了，輸入和輸出關(guān)系明晰了，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能也就確定了。機(jī)構(gòu)的本質(zhì)就在于進(jìn)行運(yùn)動(dòng)屬性的變換，從而滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、構(gòu)件位置、運(yùn)動(dòng)軌跡等功能要求。表6-3僅列出了本課程涉及到的常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換基本功能，列舉了實(shí)現(xiàn)這些基本功能的機(jī)構(gòu)，以及在本課程中學(xué)習(xí)這些機(jī)構(gòu)的章節(jié)線(xiàn)索。實(shí)現(xiàn)某一運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換基本功能的機(jī)構(gòu)形式有很多種，要根據(jù)每種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和具體的應(yīng)用情況加以分析比較，擇優(yōu)而定。對(duì)于機(jī)械的執(zhí)行部分來(lái)說(shuō)，可能不止用到一種機(jī)構(gòu)。將這些機(jī)構(gòu)按照運(yùn)動(dòng)的傳遞順序組合起來(lái)構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)方案也有很多種，確定運(yùn)動(dòng)方案就是機(jī)械設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)的魅力是無(wú)窮的，創(chuàng)新永無(wú)止境。（二）平面四桿機(jī)構(gòu)1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的形式凡是由四個(gè)桿件組成的機(jī)構(gòu)即是四桿機(jī)構(gòu)，它必定有固定不動(dòng)的機(jī)架和兩個(gè)與機(jī)架相連的連架桿，另一個(gè)不與機(jī)架相接觸的桿件即為連桿。曲柄即能繞機(jī)架的固定轉(zhuǎn)軸作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，而搖桿只能繞機(jī)架作某個(gè)角度范圍內(nèi)的擺動(dòng)。1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿都為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如果兩個(gè)連架桿的長(zhǎng)度相等，稱(chēng)為平行四邊形機(jī)構(gòu)。3）雙搖桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿都為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判定連架桿稱(chēng)為曲柄必須滿(mǎn)足下列兩條件:①最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于等于或其余兩桿長(zhǎng)度之和(簡(jiǎn)稱(chēng)桿長(zhǎng)和條件)。②連架桿與機(jī)架兩者之一為最短桿(簡(jiǎn)稱(chēng)最短桿條件)在滿(mǎn)足①②的基礎(chǔ)上，如果取最短桿作為連架桿，則為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿為機(jī)架，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)；如果取最短桿作為連桿，則為雙搖桿機(jī)構(gòu)。如果不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)和條件,此機(jī)構(gòu)只能為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2）搖桿滑塊機(jī)構(gòu)3）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)4）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4.平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1）急回特性從演示中先讓學(xué)生得出結(jié)論，然后再按書(shū)中圖6-20來(lái)分析，著重注意雖然搖桿的行程往返一樣長(zhǎng)，但曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角都不相等，由于曲柄作等角速運(yùn)動(dòng)，走過(guò)較大的圓心角所需要的時(shí)間就長(zhǎng)，反之所需要的時(shí)間就短，在相同的行程中，時(shí)間長(zhǎng)的其移動(dòng)的速度必然就慢，反之必然就快，這就導(dǎo)致在搖桿的往返兩個(gè)行程產(chǎn)生了不同的行走速度，即一快一慢，出現(xiàn)了快速的回程，這正是機(jī)械中空行程所需要的，它可以縮短非工作時(shí)間。稱(chēng)為回程的急回特性。2）壓力角壓力角的大小影響到從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)受力狀況，壓力角與傳動(dòng)角互成90度，傳動(dòng)角的大小由連桿和搖桿的夾角組成，在運(yùn)動(dòng)中容易觀察，所以常用傳動(dòng)角的大小來(lái)控制。3）死點(diǎn)死點(diǎn)形成的前提是在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中以搖桿作為主動(dòng)構(gòu)件，而當(dāng)搖桿在兩端極限位置時(shí)，極位夾角成0°或180°時(shí)，曲柄的力臂為0，此時(shí)無(wú)論施加多大的作用力，曲柄都不可能轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)之為死點(diǎn)位置。解決死點(diǎn)位置的方法是加慣性輪，靠慣性的作用沖過(guò)死點(diǎn)，或者采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法。反之也可以利用死點(diǎn)來(lái)作有用的工作，如作夾具或飛機(jī)起落架。講課中重點(diǎn)要結(jié)合中職學(xué)生的職業(yè)特點(diǎn)講述機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例，理論要貼近實(shí)際，應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，加深學(xué)生的記憶，也使學(xué)生學(xué)以致用，為用而學(xué)，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。三、小結(jié)1.在機(jī)構(gòu)中，每個(gè)構(gòu)件的平面運(yùn)動(dòng)，都可以用運(yùn)動(dòng)類(lèi)型、運(yùn)動(dòng)路徑和速度特性這三個(gè)特征來(lái)進(jìn)行描述。2.平面連桿機(jī)構(gòu)主要由低副聯(lián)接而成的四桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)組成條件，可以分為