铰链四杆机构是四杆机构的基本形式,也是其他多杆机构的基础。学习铰链四杆机构知识是《机械基础》课程中让学生熟悉机械运动过程的最基本途径。因此,在教学中把铰链四杆机构讲清讲透,有助于开发培养中职学生运用机械的智力和能力。下面试让笔者谈谈在课堂上讲授铰链四杆机构的体会,谨与同行磋商。 首先,应明确教学重点是铰链四杆机构的基本类型和性质。在讲授曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三大基本类型中,一定要让学生弄清曲柄、摇杆、连杆、机架等概念。而在讲授曲柄存在的条件、急回特性、死点位置三个基本性质时,则必须对学生讲清最短杆、最长杆、主动件、急回特性系数K、极位夹角θ、死点位置等等的内在联系。同时还应边讲边用教具演示,直到让每个学生都弄明白为止。 其次,应让学生能熟悉地运用“曲柄存在条件”这个性质进行类型判断。讲授中,必须讲清“铰链四杆机构中必有一个是最短杆,且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和”这个大前提。且通过教具演示,让学生理解在这个大前提下所得出的三个结论:①取最短杆为连架杆时,构成曲柄摇杆机构。②取最短杆为机架时,构成双曲柄机构。③取最短杆为连杆时,构成双摇杆机构。若这个大前提不存在,即当铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆之和时,则曲柄不存在,只能构成双摇杆机构。 其三,应明确教学难点是铰链四杆机构的三种基本类型与急回特性、死点位置的内在联系。要解决好这个难点,在教学中必须针对三种基本类型逐类通过教具演示进行分析讲授,并认证阐明如下几点: 1.在曲柄摇杆机构中:①当曲柄作主动件时,摇杆有两个极限位置,θ>0º, 有急回特性,连杆与主动件(曲柄)共线,不与从动件(摇杆)共线,故没有死点位置。②当摇杆作主动件时,摇杆具有两个极限位置,θ>0º,有急回特性,连杆和从动件(曲柄)共线,有两个死点位置。 2.在双曲柄机构中:①当两个曲柄不等长时,不论哪个曲柄作主动件,均有主动曲柄以等速旋转一圈,从动曲柄变速旋转一圈。此时,K<1,有急回特性,但不存在死点位置(曲柄和连杆均不存在共线情况)。②当两个曲柄等长时,构成平行四边形机构或反向平行双曲柄机构。此时,两曲柄始终保持平行,角速度相等,K=1,无急回特性,无论哪个曲柄作主动件,都有连杆和从动件(曲柄)共线,故有两个死点位置。 3.在双摇杆机构中,摇杆有两个极限位置,这时曲柄不存在,θ=0º,故无急回特性。但不论哪个摇杆作主动件,连杆和从动摇杆均有两次共线机会,因而存在两个死点位置。 其四,在讲清以上教学重点和难点知识后,还必须精心筛选出少量极有代表性的例题在课堂中分析讲解,然后再出少量简单样题,随机地抽取学生在黑板上当场解题,以检查教学效果。现试用一例题分析讲解如下: 例:在图一中,当机构有死点位置时,机构的主动件可以是哪些杆? 分析,图一中,最短杆BC与最长杆AD之和小于其于两杆AB和CD之和,故可用“曲柄存在的条件”进行类型判断: 1.以杆AB或杆CD为机架,则构成曲柄摇杆机构:①若曲柄BC作主动件,因这时机构具有两个极限位置,θ>0º,有急回特性,但连杆与从动件AD不共线,没有死点位置。故依题意,曲柄BC作主动件不成立。②若以摇杆AD作主动件, 因这时具有两个极限位置, θ>0º,有急回特性,连杆和从动件(曲柄BC)共线,有两个死点位置。故依题意,摇杆AD作主动件可成立。 2.以杆BC为机架,则构成双曲柄机构。因机构中,曲柄AB和CD不等长,所以不存在极限位置,不论哪个曲柄作主动件,主动曲柄以等速度旋转一圈时,从动曲柄变速旋转一圈,K>1,有急回特性,但连杆和从动件不能共线,没有死点位置。故依题意,曲柄AB或CD 作主动件都不成立。
3.以杆AD为机架,则构成双摇杆机构。这机构有两个极限位置,曲柄不存在,θ=0º,无急回特性,但无论哪根摇杆作主动件,连杆和从动件均存在一次共线,有一个死点位置。故依题意,杆AB或CD作主动件都可成立。 从以上分析得知,在图一中,机构有死点位置时,机构的主动件可以是杆AD 、杆AB 和杆CD。 课堂练习:在图二中,若以杆CD作机架,试分析该机构:①构成铰链四杆机构的哪一种类型?②该机构是否有急回特性?③该机构是否存在死点位置? 勿庸赘述,在课堂上按以上四方面要求认真给学生讲授铰链四杆机构,将能起到举一反三的教学效果,促使学生运用机械的智力和能力大大提高,同时让那些对机械比较陌生的学生有一种亲临其境的效应。