平面連桿機構教案

平面連桿機構教案?一、教學目標1.知識與技能目標學生能夠理解平面連桿機構的基本概念、組成和工作原理。掌握平面連桿機構的類型（如曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構）及其特點和應用。學會運用圖解法和解析法對平面連桿機構進行運動分析，包括計算位移、速度和加速度等。了解平面連桿機構設計的基本問題和方法，能夠根據給定條件進行簡單的機構設計。2.過程與方法目標通過觀察實際生活中的平面連桿機構實例，培養(yǎng)學生的觀察能力和分析問題的能力。在講解平面連桿機構的運動分析和設計方法時，引導學生運用數學知識和物理原理，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。通過課堂討論、小組作業(yè)和實驗操作等教學活動，提高學生的團隊協作能力和實踐動手能力。3.情感態(tài)度與價值觀目標激發(fā)學生對機械設計領域的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新精神。通過介紹平面連桿機構在工程實際中的廣泛應用，使學生認識到機械設計對推動社會發(fā)展的重要作用，增強學生的社會責任感。

二、教學重難點1.教學重點平面連桿機構的基本類型、特點和應用。平面連桿機構的運動分析方法，特別是圖解法。平面連桿機構設計的基本問題和方法。2.教學難點平面連桿機構的運動分析中的加速度分析，以及解析法的應用。平面連桿機構設計中考慮多個約束條件時的綜合設計方法。

三、教學方法1.講授法：系統講解平面連桿機構的基本概念、原理、類型和設計方法等基礎知識，使學生形成初步的知識體系。2.直觀演示法：通過實物模型、動畫演示等手段，直觀展示平面連桿機構的結構組成、運動過程和工作原理，幫助學生更好地理解抽象的知識。3.討論法：組織學生進行課堂討論，鼓勵學生積極思考、發(fā)表自己的觀點和見解，培養(yǎng)學生的思維能力和團隊協作精神。4.實踐教學法：安排實驗教學環(huán)節(jié)，讓學生通過實際操作，親身體驗平面連桿機構的運動特點和設計過程，提高學生的實踐動手能力。

四、教學過程

（一）課程導入（5分鐘）通過播放一段汽車發(fā)動機工作的視頻，引出本節(jié)課的主題--平面連桿機構。視頻中可以看到發(fā)動機的活塞在氣缸內做往復運動，通過連桿帶動曲軸旋轉，將活塞的直線運動轉化為曲軸的旋轉運動。提問學生："在這個過程中，哪些部件組成了平面連桿機構？它們是如何實現運動轉化的？"引導學生觀察和思考，從而激發(fā)學生的學習興趣，自然地導入新課。

（二）平面連桿機構的基本概念（10分鐘）1.介紹平面連桿機構的定義：平面連桿機構是由若干個剛性構件通過低副（轉動副和移動副）連接而成的平面機構。2.講解平面連桿機構的組成：以曲柄搖桿機構為例，介紹平面連桿機構的主要構件，包括機架、曲柄、搖桿和連桿。機架是固定不動的構件，曲柄是能做整周回轉運動的構件，搖桿是只能在一定角度范圍內擺動的構件，連桿是連接曲柄和搖桿的構件。3.強調平面連桿機構的特點：平面連桿機構具有結構簡單、制造方便、工作可靠、能實現多種運動形式的轉換等優(yōu)點，在工程實際中應用廣泛。

（三）平面連桿機構的類型及特點（20分鐘）1.曲柄搖桿機構通過動畫演示曲柄搖桿機構的運動過程，講解其工作原理：當曲柄作為主動件做勻速圓周運動時，搖桿做往復擺動，從而實現將連續(xù)轉動轉化為往復擺動的功能。分析曲柄搖桿機構的特點：存在曲柄的條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿為機架或連架桿。急回特性：當曲柄勻速轉動時，搖桿往復擺動的速度不同，返回行程的平均速度大于工作行程的平均速度。死點位置：當搖桿處于兩極限位置時，曲柄與連桿共線，此時機構出現卡死現象，即死點位置。舉例說明曲柄搖桿機構在工程實際中的應用，如攪拌機、縫紉機的踏板機構等。2.雙曲柄機構利用動畫展示雙曲柄機構的運動情況，講解其工作原理：兩連架桿均為曲柄，能實現兩曲柄的同向或反向轉動。分析雙曲柄機構的特點：主動曲柄勻速轉動時，從動曲柄變速轉動。平行四邊形機構是雙曲柄機構的一種特殊形式，其兩曲柄的長度相等且平行，連桿作平動。列舉雙曲柄機構在工程中的應用實例，如慣性篩、車門啟閉機構等。3.雙搖桿機構通過動畫演示雙搖桿機構的運動，講解其工作原理：兩連架桿均為搖桿，能實現兩搖桿的不同擺動。分析雙搖桿機構的特點：無急回特性。不存在死點位置。介紹雙搖桿機構的應用，如起重機的變幅機構、飛機起落架等。

（四）平面連桿機構的運動分析（30分鐘）1.圖解法以曲柄搖桿機構為例，講解用圖解法進行運動分析的步驟：確定比例尺，畫出機構運動簡圖。根據給定的曲柄位置和角速度，確定曲柄在一個運動循環(huán)中的各個位置。利用速度瞬心法或相對運動原理，求出搖桿在各個位置的速度和加速度方向。通過測量或計算，確定搖桿在各個位置的位移、速度和加速度的大小。在黑板上進行詳細的圖解示例，邊畫邊講解，讓學生直觀地了解圖解法的具體操作過程。強調圖解法的優(yōu)點是直觀、形象，能直接得到機構在各個位置的運動參數；缺點是精度較低，適用于對精度要求不高的場合。2.解析法推導曲柄搖桿機構運動分析的解析表達式：建立坐標系，確定各構件的長度和位置關系。根據曲柄的運動方程，通過矢量法或坐標變換法，推導出搖桿的位移、速度和加速度的解析表達式。以具體的數值為例，求解曲柄搖桿機構在某一位置的運動參數，展示解析法的計算過程。說明解析法的優(yōu)點是精度高、能進行精確計算；缺點是計算過程較為復雜，需要一定的數學基礎。

（五）課堂討論（15分鐘）提出以下問題供學生討論：1.在實際應用中，如何根據工作要求選擇合適類型的平面連桿機構？2.平面連桿機構的運動分析方法在其他機械機構的設計中有哪些借鑒作用？3.如何改進平面連桿機構以提高其工作效率和性能？

將學生分成小組，每組45人，進行討論。每個小組推選一名代表發(fā)言，分享小組討論的結果。教師對學生的發(fā)言進行點評和總結，引導學生深入思考問題，加深對平面連桿機構知識的理解。

（六）平面連桿機構的設計（25分鐘）1.平面連桿機構設計的基本問題講解平面連桿機構設計的基本問題，包括實現預定的運動規(guī)律、滿足預定的行程速比系數、避免出現死點位置等。通過實例分析，讓學生了解這些基本問題在實際設計中的重要性和解決方法。2.平面連桿機構設計的方法按給定的連桿位置設計：介紹根據給定的連桿兩個或三個位置設計平面連桿機構的方法，如幾何法、解析法等。按給定的行程速比系數設計：講解如何根據給定的行程速比系數設計具有急回特性的平面連桿機構，包括確定曲柄長度、搖桿長度和連桿長度等參數的方法?？紤]其他約束條件的設計：簡單提及在實際設計中，還需要考慮機構的結構緊湊性、受力情況、運動精度等約束條件，對設計方案進行優(yōu)化。

（七）實驗教學（25分鐘）1.實驗目的通過實驗，進一步加深學生對平面連桿機構工作原理和運動特點的理解。培養(yǎng)學生的實踐動手能力和實驗操作技能。讓學生掌握利用實驗手段測定平面連桿機構運動參數的方法。2.實驗設備曲柄搖桿機構實驗臺，包括機架、曲柄、搖桿、連桿、電機、測速儀、位移傳感器等。3.實驗步驟學生分組，每組23人。熟悉實驗設備的結構和操作方法，接通電源，啟動電機，使曲柄搖桿機構運轉。利用測速儀測量曲柄的轉速，記錄不同時刻搖桿的位移數據。根據測量數據，計算搖桿的速度和加速度，并與理論計算值進行比較分析。改變曲柄的長度或其他參數，重復上述實驗步驟，觀察機構運動參數的變化情況。4.實驗報告要求記錄實驗過程中的原始數據，包括曲柄轉速、搖桿位移等。根據測量數據計算搖桿的速度和加速度，并繪制速度和加速度隨時間變化的曲線。將實驗結果與理論計算值進行比較，分析誤差產生的原因。對實驗結果進行總結，寫出實驗心得體會。

（八）課堂小結（10分鐘）1.回顧本節(jié)課所學的主要內容，包括平面連桿機構的基本概念、類型、特點、運動分析方法和設計方法等。2.強調重點和難點知識，如平面連桿機構的運動分析中的加速度分析、設計中的綜合考慮多個約束條件等。3.總結學習過程中所采用的教學方法和學習方法，鼓勵學生在課后繼續(xù)深入學習，拓展知識面。

（九）布置作業(yè)（5分鐘）1.簡述平面連桿機構的類型及其特點，并各舉一個應用實例。2.用圖解法求圖示曲柄搖桿機構在曲柄位于圖示位置時搖桿的速度和加速度（比例尺自行確定）。3.設計一個具有急回特性的曲柄搖桿機構，要求行程速比系數K=1.2，已知搖桿長度L_R=500mm，搖桿的擺角ψ=45°。

五、教學資源1.教材：選用相關的機械設計教材，如《機械設計》（第九版，濮良貴主編）。2.參考資料：收集相關的學術論文、行業(yè)標準、機械設計手冊等資料，供學生課后查閱和參考。3.教學課件：制作包含文字、圖片、動畫等多種元素的教學課件，輔助課堂教學。4.實驗設備：曲柄搖桿機構實驗臺、測速儀、位移傳感器等。

六、教學評價1.課堂表現評價：觀察學生在課堂上的出勤情況、參與討論的積極性、回答問題的準確性等，及時給予鼓勵和指導，對表現優(yōu)秀的學生進行表揚。2.作業(yè)評價：認真批改學生的作業(yè)，及時反饋學生對知識的掌握情況。對于作業(yè)中存在的問題，進行詳細的講解和輔導，幫助學生改進。3.實驗評價：根據學生的實