铰链四杆机构教学设计
铰链四杆机构的设计
某机器设备在运行时其内部某一构件可能会产生位移，可能出现的位移值范围为：-10~+10mm ，请设计一个以铰链四连杆为传动机构的监测仪表，使之能实时监测出该机器设备的位移量，所监测的位移量采用机械式表盘显示出来供巡查人员查看。
设计工作及要求包括：1. 要求对位移的测量精度达到0.05mm ；2. 传递距离不小于0.5m ；3. 画出机构的运动简图；4. 设计出各杆件的长度，并说明各杆件的加工要求（含加工等级，直线度或平面度，孔或轴的圆柱度，必要处给出粗糙度等级）；5. 回转副的销轴请采用标准件，并给出所选用标准件的尺寸及加工精度；6. 绘制在机构的运动范围内传递角的变化曲线；7. 依据所设计的机构及传动比方程，计算机构的非线性误差； 8. 合理估计杆件加工误差、标准件加工误差等对测量精度的影响解题思路如下：一、 机构的设计右图1为所设计的铰链四杆机构，杆AB 、BC 、CD 、AD 的长度分别为a 、b 、c 、d 。
由铰链四杆机构的传动特性可得到主动件AB 的转角φ和从动件CD 的转角ψ之间的关系及传动比i 如下：ψ=arctan asinφd−acosφ+arccosa 2−b 2+c 2+d 2−2adcosφ2c√a 2+d 2−2adcosφ（公式5-8）、i=dψdφ=aa 2+d 2−2adcosφ[dcosφ−a −dsinφ（a 2+b 2−c 2+d 2−2adcosφ）√4b 2c 2−（a 2−b 2−c 2+d 2−2adcosφ）2] （公式5-10）.当∠ABC =∠BCD =90ο时，这有cos φ=a−c d，sin φ=bd，d 2−b 2=（a −c ）2将这些式子代入传动比公式（5-10）可得到i =−ac . 在此位置时该铰链机构是线性的.设该设计的机构时近似线性的铰链四杆机构，传动比i=-8，其中EF 杆为机器设备内部的一构件，它能在此位置左右移动10mm ，带动铰链转动从而使AB 杆发生转动，传递到CD 杆上转化为刻度盘上指针的转动，从而达到监测机器内部构件位移量的监测。
铰链四杆机构的类型判定教案
铰链四杆机构的类型判定教学要求教学目的：铰链四杆机构的类型判定教学重点：铰链四杆机构的类型判定教学难点：铰链四杆机构的类型判定授课方式：讲授课时：2学时引入新课：曲柄存在的条件：在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。
而曲柄是否存在。
则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。
可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：1．连架杆与机架中必有一个是最短杆；2．最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
教学过程：上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。
根据曲柄条件，还可作如下推论：（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能有以下几种情况：a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构；b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构；c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。
(2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。
实例：例1：判断图示两个铰链四杆机构的类型解：对图(a)，有：∵ 30 + 70 > 40 + 55∴ 该机构为双摇杆机构。
对图(b)，有：∵20 + 80 < 40 + 70，且最短杆为连架杆，∴ 该机构为曲柄摇杆机构。
例2：若要求该机构为曲柄摇杆机构，问AB 杆尺寸应为多少？ 解：1.设AB 为最短杆 即 L AB +110≤60+70 L AB ≤20 2.设AB 为最长杆 即 L AB +60≤110+70 L AB ≤120 3.设AB 为中间杆 即 110+60≤L AB +70 100≤L AB所以AB 杆的取值范围为：0 < L AB ≤ 20，100≤L AB ≤120课堂练习：如图所示的铰链四杆机构ABCD 中，已知各杆的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。
图解法设计四杆机构
（2）按预定的运动轨
M
迹设计四杆机构
B
A
D
E C
图4-62 N
4.4.3 实验法设计四杆机构
C
B
A D
图4-63 连杆曲线生成器
4.4.3 实验法设计四杆机构
连杆曲线图谱
图4-64
令： l1 =1
带入移项得：
l2 cosδ = l4 ＋ l3 cos ψ －cos φ l2 sinδ = l3 sin ψ －sin φ
消去δ整理得：
cosφ ＝ l3 cosψ －
令:
P0
l3 cos(ψ-φ) ＋
l4 P1
l42+ l32+1- l22
2l4 P2
则化简为：cosφ＝P0 cosψ ＋ P1 cos(ψ－ φ ) ＋P2
90°-θ
e
E
②作C1 C2 ＝H
2θ
③作射线C1O 使∠C2C1O=90°－θ,
o
作射线C2O使∠C1C2 O=90°－θ。
④以O为圆心，C1O为半径作圆。
⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。
⑥以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：
a=EC2/ 2
b= A C2－EC2/ 2
图4-59
4.4.2 解析法设计四杆机构
1、 曲柄摇杆机构
C2
C1
已知：CD杆长，摆角φ及K，设计 此机构。步骤如下：
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);
E
90°-θ
θφ
②任取一点D，作等腰三角形腰长
为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使
A
θ
∠C2C1P=90°－θ,交于P;
铰链四杆机构的组成与分类教案
应用：飞机起落架、港口起重机
视頻演示，指导学生在前面只是的基础上自己分析总结
思考、分析、讨论，得出结论
三、用软件模拟，设计铰链四杆机构
输入参数，操作演示
根据想要得到的铰链四杆机构，给出各杆长度
四、知识总结，检查评价
（一）总结归纳
1.基本概念
2.铰链四杆机构的组成
2.应用形式二：摇杆为主动件，曲柄为从动件
1） 机构运动变换的方式：
2） 机构正常工作时，从动件（曲柄）的运动状态：
演示教具、指导观看机构演示动画和视频，给出问题1、2。
观看视频
思考、回答
3） 机构从动件曲柄会出现的意外运动状态。
（结合亲自体验、演示教具，应用多媒体技术定格动画画面的特殊位置讲解。）
3、举例生活、生产中见到的铰链四杆机构应用。
布置作业
一、铰链四杆机构的组成
（一）平面连杆机构
1. 平面连杆机构概念
多媒体播放多连杆机构动画，
指导学生看教材
观看动画，看书、回答
2.平面连杆机构组成：
（1）机构中构件的类型：杆（块）状刚性构件
（2）机构中运动副形式有：移动副和转动副
3. 平面连杆机构类型：低副机构
4. 平面连杆机构运动特点：
构件在（互相平行）平面内运动
3.铰链四杆机构的基本类型
4.曲柄摇杆机构的应用形式和特点
5.双曲柄机构的特点和应用
6.双摇杆机构的特点和应用
带学生一起回忆提问
思考、回答
（二）检查评价
检查学案完成情况 评出最佳小组、最佳组员
自评、互评
课后作业布置
1、课后完成学案；
2、动手制作铰链四杆机构：材料任选，长度l1=90，l2=30，l3=70，l4=80；
《铰链四杆机构课件》课件
# 铰链四杆机构课件 什么是铰链四杆机构 定义铰链四杆机构，铰链连杆的结构及原理，四杆机构的结构及原理。
铰链四杆机构的应用
汽车四连杆机构
探讨汽车悬挂系统中的四连杆机构设计和应用。
桥式起重机移动机构
介绍桥式起重机移动机构中的铰链四杆机构设计和应用。
叉车叉臂上升机构
解析叉车叉臂上升机构中的铰链四杆机构设计和应用。
铰链四杆机构的设计
1
设计铰链四杆机构的基本步骤
详细阐述设计铰链四杆机构的基本步骤和方法。
2
设计案例分析
通过实际案例分析铰链四杆机构的设计过程和技巧。
3
常见设计问题及解决方案
探讨在铰链四杆机构设计过程中常见的问题和相应的解决方案。
铰链四杆机构的优缺点构等。
2 缺点
分析铰链四杆机构的缺点，如受限于运动副点的特殊要求等。
3 应用前景和发展趋势
展望铰链四杆机构在不同领域的应用前景和未来发展趋势。
结论
总结铰链四杆机构在工程领域的重要性和其广泛应用的价值。 展望未来铰链四杆机构发展的方向和可能的创新应用。
参考文献
引用相关文献和资料，供学习者进一步了解铰链四杆机构的理论和实践。
机械基础教案-铰链四杆机构的组成与分类
教学设计
教学过程
教学环节教师讲授、指导（主导）内容
学生学习、
操作（主体）活动
时间
分配
组织
教学复习
导课新授起立问好、报告出勤
1 平面连杆机构的概念
2铰链四杆机构中四个杆件的名称
3如何区分曲柄和摇杆
铰链四杆机构有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双
摇杆机构的运动形式具有什么特点？
7、2铰链四杆机构的组成与分类
二双曲柄机构
铰链四杆机构中两连架杆均为曲柄如果铰链四杆机构中
的两个连架杆都能作360°整周回转，则这种机构称为双曲柄
机构。
在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架
杆的长度相等（，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。
蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。
平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线
时，可能由于某些偶然因素的影响而使
两个曲柄反向回转。
机车车轮联动机构
采用三个曲柄的目的就是为了防止其反
转。
调整学生情绪进入上
课状态
复习主要内容
导入新课
掌握双曲柄机构
双摇杆机构的结构、
特点
1
5
2
22。
铰链四杆机构的类型判别教学设计
铰链四杆机构的类型判别教学设计作者：陈春燕来源：《课程教育研究·新教师教学》2017年第05期【摘要】工程上常见的机构大多属于平面机构，平面连杆机构是平面机构的重要类型。
最常见的是四杆机构，它不仅应用特别广泛，而且还是机构组成的基础。
铰链四杆机构作为四杆机构的一个重要形式，教学中应重视其基本类型、工作特性和初步设计理念的教学。
铰链四杆机构类型判定是后两者学习的基础和前提。
【关键词】铰链四杆机构；教学策略；教学流程【中图分类号】G712 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）05-0260-01一、备课要做好课程，不仅要准备材料，还要备学生。
教师只有分析掌握学生的知识结构，学习能力和心理特征，才能制定合理的教学目标和教学方法。
教学班级的学生已经了解了平面连杆机构的特点，对铰链四杆机构有一定的知觉知识，已经有探索课程内容所需的必要理论依据。
课堂上的大多数学生都能跟上教学进度，个别学生表现良好，由于是中职院校的学生，基础相对較薄弱，年轻，活泼，注意力不能集中长时间，容易分散注意力，但勇于表达自己。
根据教学目标和学生知识结构特点，确定了本次课程的教学重难点：由于铰链四杆机构被广泛应用于各行各类的机械中，对生产实践具有重要意义，因此我们把铰链四杆机构的类型和应用作为重点内容；而要掌握铰链四杆机构类型的判别尤其是运动特点的分析，需要学生对匀速运动、变速运动等知识比较熟悉，这对初中起点的学生具有一定的难度，所以我们把这部分知识点定为教学难点。
二、教学策略瑞士教育学家皮亚杰认为，学生是学习的主体，教师是学习过程的引导者，而学生的学习动力来源于兴趣。
中职类学生好奇心较强，心理学上称这种特征为“潜兴趣”，教学时充分利用“潜兴趣”就能激发学生的学习兴趣，使之在快乐中学习。
因此，针对学生特点，主要采用动画演示和启发式教学方法，通过播放动画导入新课，创设学习情景，激发学生兴趣；教学过程中主要采用启发引导和探索研究的教学方法，配合模型感受和多媒体演示等教学手段，增加了师生互动、生生互动，使教学更加直观生动；鼓励学生亲自制作模型，既培养学生的动手能力和团队协作精神，又引导学生自己归纳总结本次课程的主要收获；最后通过知识链接加深学生对生产实践的认识，让学生感到机械就在身边。
机械设计基础(高教版第五版)精品教案：第2章平面四杆机构
授课内容：第2章 平面四杆机构目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性 难点：平面四杆机构的基本特性 计划学时：2第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。
2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。
3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。
急回特性v 1 =C 1C 2/t 1 v 2 =C 1C 2/t 2 ϕ1=180°+θ, ϕ2=180°-θ ∵ ϕ1>ϕ2 , ∴ t 1>t 2 , v 1<v 2行程速比系数K = 输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度θ=180°（K-1）/（K+1）机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有:γ＝0连架杆连杆连架杆机架摆角 θψ C 1C 2DAB 1B 2Bϕ1Cωϕ2极位夹角此时机构不能运动，称此位置为：“死点”避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性第二节 铰链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄整转副存在的条件最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和整转副是由最短杆（曲柄）与其邻边组成的当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。
如 曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构F’’’’ B CA BE FD CGA B CDl 1l 2 l 3 l 4授课内容：第2章平面四杆机构（§2.3—§2.4）目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性难点：平面四杆机构的基本特性计划学时：22.3 铰链四杆机构的演化通过前面的学习，我们知道在铰链四杆机构中，可根据两连架杆是曲柄还是摇杆，把铰链四杆机构分为三种基本形式——曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，而后两种可视为曲柄摇杆机构取不同构件作为机架的演变。
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铰链四杆机构教学设计
【教材分析】铰链四杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律，而且更以其独特可靠的低副联接形式，倍受广大机械设计人员的瞩目。
其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。
如此重要的教学内容，只有探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法，才能收到良好的教学效果。
【教学对象分析】要想讲好一堂课，不仅要备教材，还要备学生，只有对授课对象也就是学生的知识结构、心理特征进行分析、掌握，才能制定出切合实际的教学目标和教学重点。
汽修类专业的学生，学生缺乏实践经验和对各学科知识的综合运用能力，并且相当一部分学生缺乏自信心，又正处于叛逆心理较重的青春期，普遍存在机械常识匮乏与对现实机械现象的有视无睹，该现象严重阻碍了专业课教学的进程和效果。
基于学生的这些特点结合教材内容，教师在教学过程中，应充分考虑学生的现实情况，采取有效措施，首先要营造平等、宽松的教学氛围，设法激发起学生的学习兴趣，并结合授课内容多给出几组实例，把理论性较强的课本知识形象化、生动化，引导学生探究学习并把各科知识进行融会贯通。
让学生建立机械意识，以思维理念的变化架起理论与实践相结合的桥梁。
【对教师的要求】教师在熟练掌握教材的基础上，善于运用生活中饶有兴趣的机械现象导入新课，巧妙地制造悬念，激发学生学习新知识的强烈愿望。
教师要发挥主导作用，精心设计教学过程，为学生创造一个学习、发现、探索、创造的情境。
教师要正确引导学生思维，让学生积极主动地做到理论与实践相结合。
一、教学目标：
知道：铰链四杆机构的组成。
掌握：铰链四杆机构曲柄存在的条件。
熟悉：铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。
二、教学重点、难点：
铰链四杆机构曲柄存在的条件。
铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。
三、教学方法：
诱趣探求，思维探索。
教师的教是为了不教而教，这要求我们教师在授课中不仅要让学生听懂、学会，还要指导他们的学习方法，不能让学生离开老师这根拐棍就不会走路了，必须学会自主学习。
在本节内容的讲授中要引导学生积极思考，善于提问，形成主动探究和协作学
习的良好学习习惯。
四、教具：
折叠伞、自制模具
五、教学过程：
（一）温故而知新（师生共同回顾:教师引导提问，学生思考发言）
1、运动副的含义：
2、运动副分类：
3、请您说出下列图片中的运动副是低副还是高副？
（二）设置情景,激发兴趣。
首先引导学生列举日常生活中的实例，然后显示几张图片讲述。
导入：铰链四杆机构在生活、生产中广泛用于动力的传递或改变运动的形式，铰链四杆机构是如何改变或传递运动的？杆与杆之间是怎样连接的？它的工作特性是什么？促使学生带着问题有目的地参与课堂教学活动。
（三）讲授新课
1、在讲授平面四杆机构基本型式时，显示一个平面铰链四杆机构的运动简图，结合动画演示，并介绍机架、连架杆（按能否作整周回转，又将连架杆分为曲柄和摇杆）和连杆等概念，让学生根据定义指出图中连架杆的数目，然后引出铰链四杆机构的三种基本型式。
2、铰链四杆机构的三种基本型式：
（1）曲柄摇杆机构
通过观看动画演示，引出曲柄摇杆机构定义，并思考摇杆的来回摆动速度是否相等？（知识延伸）
举例：雷达、剪料机、搅拌机的动画演示，让学生感性认识曲柄摇杆机构。
（2）双曲柄机构
观看不等长双曲柄机构、平行双曲柄机构、反向双曲柄机构的动画演示，让学生思考：两曲柄的旋转方向是否相同，角速度是否相同？
举例：惯性筛、机车主动车轮联动装置、车门启闭装置并联想生活中汽车车门启闭运动的动画演示。
（3）双摇杆机构
观看双摇杆机构的动画演示。
举例：飞机起落架、鹤式起重机的动画演示，让学生感性认识双摇杆机构。
3、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
（1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和。
l min+l max≤l′+l″
（2）连架杆与机架中必有一个是最短杆。
4、铰链四杆机构的三种基本类型的判别方法
（1）最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和（l min+l max≤l′+l″），则
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。
（2）最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和（l min+l max＞l′+l″），则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。
5、示范操作，发展思维
【策略分析】对于铰链四杆机构曲柄存在条件这一重要知识点的学习，传统的教学方法是根据三角形二边之和大于第三边的理论进行不等式的数学推导，其过程繁琐而刻板，效果欠佳。
如果利用教具演示与思维点拨相结合的教学方法，学生会在宽松的课堂气氛中获得非常直观的感性知识，既突破难点，又发展了学生思维。
给出结论，进行倒推，验证这个结论是否正确?
6、动手演示，深化思维
【策略分析】该程序是“思维探索型”教学方法的中心环节,学生感性认识形成以后,要进行实践证明。
在证明过程中，充分发挥其主观能动性，边思考，边动手，既巩固了理论知识，又提高了动手能力，从而实现感性知识上升为理性知识，达到理论与实践有效结合。
以自制模具为题材，让几位学生上台亲自动手验证铰链四杆机构的三种基本类型的判别方法，并得出同学们眼见为实的事实。
7、捕捉心理，升华思维
【策略分析】通过展示实践证明，学生心中普遍产生一种认同感，自然的心理倾向是学有所用，此时教师要善于捕捉学生心理，适时提问：谁表现的最好？给予掌声鼓励。
课堂气氛再度活跃，既升华学生思维，又能达到学生成就感、自豪感的目的。
（四）牛刀小试—--练习
本节课布置四道课堂练习题，根据下列图所注明的尺寸，判断各铰链四杆机构的类型。
（分组讨论，教师巡回指导）；这种变式练习设计，主要突出“五性”：（1）目的性。
面向
全体学生，巩固课堂所学知识；（2）典型性。
这类题能达到以一击十之效；（3）针对性。
针对学生实际，巡回检查，既做到因材施教，又能满足学生所需，解学生所惑；（4）综合性。
注意知识的横纵联系，提高学生思考问题的综合能力。
（5）应用性。
此类题能培养学生的应用意识，激发学生学习专业课的兴趣和动力。
由于学生已经有了一定的基础知识，这时进行分组讨论，每组派出一位优秀选手报答案，给出相应的分值，让学生产生竞争意识。
经过讨论、分析，师生共同得出正确答案。
（五）总结提炼
把教学重点以条款的形式列出，对比鲜明加深了学生的印象。
（六）布置作业
通过课后习题的方式进一步强化重点。
到此教学过程的6个环节就完成了，回顾整堂课的设计，我是以学生的自主探究为中心，以问题驱动为主线，在各个环节中不断的创设问题情境、设置悬念，并适时的进行点拨诱导，充分调动了学生的学习积极性，活跃了课堂气氛，收到了较好的教学效果。