第七章 铰链四杆机构的演化

铰链四杆机构的演化及应用教学设计铰链四杆机构的演化及应用教学设计作为一名教学工作者，通常会被要求编写教学设计，教学设计是一个系统化规划教学系统的过程。

那么优秀的教学设计是什么样的呢？以下是小编精心整理的铰链四杆机构的演化及应用教学设计，希望对大家有所帮助。

《平面连杆机构》是中等职业学校《机械基础》中的重要内容，《铰链四杆机构的演化及应用》是该章中的重点和难点。

铰链四杆机构是平面连杆机构中最为典型的机构，它可以演化为“曲柄滑块机构、导杆机构”，多年教学发现，学生的基础不同，虽然在学习“铰链四杆机构的演化过程及应用”知识时表现出的困难程度有差别，但由于缺乏直观经验，学生在学习过程中均会存在一定的难度！笔者针对现在所任教的单招学生教学对象，设计了一堂课堂教学并进行了实施，本文对教学中的成功与不足等方面进行教学反思，以在今后教学中有所借鉴，提高教学效果！教情、学情分析：任教学生为“单招班”学生，他们的文化基础与学习态度较不是太好。

本节课是一堂复习课，在第一轮新课教学中主要采取传统教学方法，因学生对“机构的应用”缺少感性认识，理解时表现出一定的难度。

本节课运用“多媒体”教学手段（更加直观）、采用“课堂自主—研究学习”的教学方法，力图使学生对本节内容的理解更加深入，掌握更加透彻！“教学目的”的制定：1、掌握铰链四杆机构的演化过程及演化机构的结构组成及运动原理（认知目标）；2、培养学生的观察能力、概括能力和自学能力，使他们能在实习或生产中解决相关的技术问题（能力目标）；3、激发学生学习兴趣，增进师生互动、交流、达到“教学相长”的效果，进行热爱专业的思想教育，培养学生理论联系实际地学习（情感目标）。

教学方法及手段的选择：本节课采取课堂自主——研究的教学方法，课前让学生先进行自学，课堂上教师对总的教学目标进行细化，在讲解每个知识点时，采用“引导教学法”代替传统的“填鸭式”，先示出引导问题，让每个学生通过思考解决问题，层层递进，逐个解决问题，然后教师对学生的思维进行总结、训练和拓展；为弥补学生想像能力的欠缺、增强学生学习的直观性，对铰链四杆机构的演化过程可采用flash软件制作课件，对演化机构的应用（结构组成和运动原理）可从Internet上搜索多种教学素材（录像、实物等），提高教学效果！教学过程如下：一、思维引入：1．铰链四杆机构三种基本类型及判断方式？2．急回特性判定及其应用意义？3．曲柄摇杆机构死点产生条件、位置、克服方法、应用？4．列举实际生产生活中三种典型铰链四杆机构的应用实例？还存在哪些其他形式的四杆机构？二、思维启发演绎：（一）曲柄滑块机构演化通过演示，让学生观察，分析曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的演化形式。

平面四杆机构的演化形式一、引言平面四杆机构是一种常见的机械构件，用于将旋转运动转换为直线运动或者反之。

它由四个连接件（称为杆）组成，通过铰链或者滑动配合连接在一起。

平面四杆机构广泛应用于机械工程、自动化控制领域等。

本文将深入探讨平面四杆机构的演化形式，从最早的简单结构到如今的复杂应用。

二、早期平面四杆机构早期的平面四杆机构结构相对简单，常见的形态有曲柄摇杆机构、双曲柄机构等。

这些机构通常由一个旋转的曲柄（Crank）和三个连接杆组成。

其中一个杆被固定在机构的框架上，另外三个杆通过铰链连接在一起。

1. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构是最早的平面四杆机构形式之一。

它由一个旋转的曲柄、一个摇杆和两个连接杆组成。

曲柄固定在机构的框架上，摇杆通过一个铰链连接在曲柄上，而两个连接杆分别连接在摇杆的另外两个端点上。

当曲柄旋转时，摇杆会做往复运动，将旋转运动转化为直线运动。

2. 双曲柄机构双曲柄机构是另一种常见的平面四杆机构形式。

与曲柄摇杆机构不同，双曲柄机构有两个旋转的曲柄，分别连接在两个摇杆上。

双曲柄机构具有更复杂的运动轨迹，可用于实现更多种类的运动转换。

三、现代平面四杆机构随着科技的进步和工程技术的发展，现代平面四杆机构的结构越来越复杂，应用领域也更加广泛。

1. 四杆机构的运动学分析现代平面四杆机构通常通过运动学分析来确定机构的运动特性。

运动学分析主要包括位置、速度和加速度的求解。

通过建立几何模型、运动学方程和约束方程，可以获得四杆机构各部分的运动规律。

2. 发展趋势：平面四杆机构的复杂化现代平面四杆机构的发展趋势是越来越复杂。

研究人员通过改变连接杆的长度、形状等参数，设计出更多种类的平面四杆机构，以满足不同的工程需求。

同时，运用计算机辅助设计和优化算法，优化机构的结构和性能，提高机构的工作效率和精度。

3. 平面四杆机构在机械工程中的应用平面四杆机构在机械工程中有着广泛的应用。

例如，它可以用于实现柔顺的运动传递、连杆机构的传动和控制等。

2.3 铰链四杆机构的演化
在实际机械中，仅用上面所述的铰链四杆机构的基本型式，难以满足各种不同场合的需要。

所以，实践中就在基本型式的基础上，通过演化得到一系列的演化机构，以满足各种需求。

1. 回转副演化成移动副
下图2.8表示了曲柄摇杆机构先演化为曲柄滑块机构，接着演化为偏心曲柄滑块机构的过程。

在实际中，曲柄滑块机构在金属切削机床、内燃机和空气压缩机等各种机械中得到了广泛的应用。

图2.8 移动副的演化过程
2. 取不同的构件为机架
铰链四杆机构的三种基本型式，可看作是由曲柄摇杆机构改变机架而得到的，如图2.9所示。

曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构
图2.9 改变曲柄摇杆机构的机架得到的不同型式
对于曲柄滑块机构，若选取不同构件为机架，同样也可以得到不同型式的机构，如图2.10所示。

曲柄滑块机构导杆机构摇块机构直动滑杆机构
图2.10改变曲柄滑块机构的机架得到的不同型式
3. 扩大回转副
由于结构的需要和受力的要求，使曲柄与连杆连接处的回转副的销轴扩大，形成一个几何中心与其回转中心不重合的圆盘，此盘就称为偏心轮。

回转中心与几何轴心的距离称为偏心距(即曲柄长度)，这种机构称为偏心轮机构（如图2.11）。

显然，这种机构与曲柄滑块机构的运动特性完全相同。

常用于要求行程短、受力大的场合，如冲床、剪床等机械中。

图2.11 曲柄滑块机构演化成偏心轮机构。