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机械原理课堂教学——平面四杆机构专题教案

一、课程基本信息

课程名称：机械原理

授课章节：平面连杆机构——平面四杆机构

授课对象：机械类相关专业本科生

授课课时：2课时（90分钟）

授课类型：理论课（含课堂演示与互动）

二、教学目标

（一）知识与技能

1.深刻理解平面四杆机构的基本组成、类型及各构件的名称（机架、连架杆、连杆；曲柄、摇杆）。

2.熟练掌握平面四杆机构的基本形式——铰链四杆机构的类型判别方法，重点掌握曲柄存在的条件。

3.理解并掌握平面四杆机构的几个重要工作特性：急回特性、压力角与传动角、死点位置，并能分析其在工程实际中的应用及规避方法。

4.初步学会绘制简单平面四杆机构的运动简图，并能对给定的简单平面四杆机构进行运动特性分析。

（二）过程与方法

1.通过观察实物模型、动画演示及工程实例，引导学生从直观认识上升到理论分析，培养其观察能力和抽象思维能力。

2.通过对曲柄存在条件的推导与讨论，培养学生逻辑推理能力和分析问题的能力。

3.通过典型机构的分析与设计思路探讨，培养学生运用理论知识解决实际问题的初步能力。

（三）情感态度与价值观

1.激发学生对机械原理课程的学习兴趣，感受机械运动之美与机械设计的巧妙。

2.培养学生严谨细致的工程态度和创新意识。

3.引导学生认识到基础理论对工程实践的重要指导作用，增强其专业认同感。

三、教学重点与难点

（一）教学重点

1.平面四杆机构的组成、类型及命名。

2.铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其应用。

3.平面四杆机构的急回特性、压力角与传动角的概念及意义。

（二）教学难点

1.曲柄存在条件的理解与灵活应用（尤其是多杆组合或含有移动副时的扩展思考）。

2.压力角、传动角的实际意义及其在机构设计中的指导作用。

3.将理论知识与工程实际机构分析相结合，准确判断机构类型及工作特性。

四、教学方法与手段

1.讲授法：系统阐述基本概念、原理和方法。

2.演示法：利用平面四杆机构模型（如曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构模型，可手动操作或简易电动）、多媒体动画（展示机构运动过程、急回特性、死点位置等动态效果）进行直观演示。

3.案例分析法：结合工程实例（如缝纫机踏板机构、牛头刨床主机构、雷达俯仰机构、汽车雨刮器等）进行分析，加深理解。

4.启发式与互动式教学：通过提问、设问，引导学生思考；组织简短讨论，鼓励学生参与。

5.机构运动简图绘制与分析：引导学生动手绘制简图，培养识图与分析图的能力。

五、教学过程设计

（一）导入新课（约5分钟）

*方式一（生活实例导入）：提问学生：“同学们，我们日常生活中见到的缝纫机踏板、汽车的雨刮器、老式抽水机的摇臂，它们在工作时有什么共同的特点？它们内部的核心传动部分是如何实现这种运动的？”引导学生观察其共性——均由若干刚性杆件通过转动副或移动副连接而成，并实现特定的运动转换。

*方式二（复习回顾导入）：简要回顾上一章关于机构的基本概念，如运动副、机构运动简图等，指出平面连杆机构是由若干刚性构件用低副连接而成的平面机构，其中平面四杆机构是最简单、应用最广泛的一种，从而引出本节课的主题。

*板书标题：平面四杆机构

（二）新课讲授（约65分钟）

1.平面四杆机构的组成与基本形式（约10分钟）

*组成：明确平面四杆机构是由四个刚性构件通过四个低副（通常为转动副，也可以有移动副）连接而成的机构。其中必有一个构件被固定，称为机架；与机架相连的构件称为连架杆；不与机架相连的构件称为连杆。

*结合机构模型或简图，逐一指出各构件名称。

*连架杆根据其运动形式（能做整周转动或只能做往复摆动）又可分为曲柄和摇杆。

*基本形式：铰链四杆机构——所有运动副均为转动副的平面四杆机构。这是平面四杆机构的基本形态，其他形式的四杆机构可视为由此演化而来。

*展示铰链四杆机构模型，让学生观察其基本构成。

2.铰链四杆机构的类型（根据连架杆的运动形式划分）（约15分钟）

*曲柄摇杆机构：

*定义：两连架杆中，一个为曲柄（整周转动），另一个为摇杆（往复摆动）的铰链四杆机构。

*模型演示：清晰展示哪个是曲柄，哪个是摇杆，观察其运动特点。

*应用实例：缝纫机踏板机构（踏板为摇杆，带动机头部分的曲柄转动）、雷达俯仰机构（曲柄主动，带动雷达天线摇杆俯仰）。

*双曲柄机构：

*定义：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。

*模型演示：观察两个连架杆的整周转动。

*特殊情况：平行双曲柄机构（如火车轮联动机构，要求两曲柄等长且平行，连杆与机架等长）；反向双曲柄机构（如车门启闭机构，两曲柄转向相