《铰链四杆机构急回特性》教学方法探讨

李奕晓

（永城职业学院矿业工程系，河南永城 476600）

《铰链四杆机构急回特性》教学方法探讨

李奕晓

（永城职业学院矿业工程系，河南永城 476600）

铰链四杆机构是《机械设计基础》课程的重点内容之一，其应用极其广泛[1]，而急回特性是继铰链四杆机构的基本类型、应用和演化之后，对其进行的进一步分析和认识。本文着眼于《机械设计基础》的课程特点，结合高职高专学生的实际情况，在充分利用各种教学手段的同时对教学方法进行了一些探讨。

铰链四杆机构急回特性；实例；教学方法探讨

铰链四杆机构是若干个构件通过低副连接组成的平面机构，具有较高的承载能力、磨损寿命长、制造方便、易于获得较高的制造精度、运动形式多样等特点，因此，它在物流自动化、工程机械等诸多领域都得到了广泛的应用[2]。其中《铰链四杆机构的基本特性》是学习铰链四杆机构的基础，而急回特性是继铰链四杆机构的基本类型、应用和演化之后，对曲柄摇杆机构的进一步分析和认识。这一部分内容理论性较强，是四杆机构设计和分析的基础，也是学生今后使用、改造各类机械的理论基础，为学习其他机构提供了分析方法，也为后面的生产实践起着重要的指导意义。本文重点对急回特性的教学方法进行探讨。

在进行专业课教育之前，高职高专学生的自身特点是不容忽视的，他们虽然学习兴趣大、动手能力强、对新鲜事物接受快，但是本课程学生初次接触，大多数学生对专业性知识的学习感到枯燥乏味，学习积极性、主动性不高，空间想象能力差，缺乏实践经验和对知识的综合运用能力，学习知识条理性不强，不能将所学知识系统化。

结合着教学大纲的要求和对知识传授、能力培养、情感教育三者统一的教学目标，针对教材知识结构严谨、系统、理论性强，机构原理图静态抽象，本着急回特性产生的条件这一重点，及急回特性产生的原因这一难点为出发点，我对教材进行了如下处理：

“一根主线五步走，动画仿真容易懂。”本次课程的主要任务是研究铰链四杆机构的急回特性，我利用曲柄摇杆机构摇杆的往复变速摆动作为一根主线，采用发现问题、提出问题、分析问题、解决问题、归纳总结问题五步走的方法来处理摇杆摆到两个极限位置时的情况。利用多媒体的动画仿真功能，逐步演示曲柄摇杆机构运动过程，使学生形成感性认识，这样有利于学生循序渐进的接受新知识，使学生感到难点不难，重点突出。

讲授中主要采用启发诱导，探索发现的教学方法，配合以模型感受、多媒体演示等教学手段，在课堂上创设民主、平等、和谐、宽松的学习氛围，体现“教为主导，学为主体”的教学原则，增强师生间互动性，使教学更直观、形象。创设形象生动的教学氛围，通过“提取旧知——积极思维——实验探究——构建新知——巩固深化”的学法，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。

1 创设情境、引出任务

对于急回特性这一知识点的掌握，我采用了具体机构引入的方式：由牛头刨床的工作短片，提出问题：

（1）影片中刨刀的往复运动速度是否相同？切削加工和不做工时的运动特点是什么？

（2）为什么带动刨刀运动的摇杆来回摆动的速度不同？

让学生思考、回答，并由速度不一致的直观现象引出铰链四杆机构的急回特性这一课题。那么这急回特性是如何产生的呢？它产生的条件是什么，它在生产中又有什么意义呢？带着这些问题进入新课。

如图1所示。这样导入内容来自生产实际，形象生动，使学生把课本中的理论知识很快的和生产实践结合起来，能极大地激发起学生的学习兴趣，使学生很快的进入到探索研究环节。通过这个过程，培养了学生善观察、懂分析、理论联系实际的良好学习习惯。

图1 牛头刨床机构

2 突破难点、增强认知、总结提炼

急回特性的产生原因是本节的一个难点：为突破难点，分以下四步进行。

第一步：明确摇杆空回行程、工作行程，得出急回特性概念。动画演示曲柄摇杆机构的运动，如图2所示，向学生讲明摇杆空回行程、工作行程，再次验证摇杆空回行程的速度大于工作行程的速度。

设计目的：（1）使学生加深和强化产生的感性认识：即曲柄摇杆机构具有急回特性。（2）得出结论：急回特性概念——主动件作等速运动，作往复运动的从动件的空回行程平均速度大于工作行程平均速度的特性[3]。

图2 曲柄摇杆机构的急回特性运动简图

第二步：得出极位夹角的概念。用动画的慢动作继续演示机构，引导学生观察曲柄与连杆两次共线位置，得出极位夹角的概念。

设计目的：使学生掌握曲柄摇杆机构的特殊位置和极位夹角的概念，为后面的推导做好辅垫。

第三步：得到产生急回特性的原因。分解演示空回行程和工作行程，根据演示过程，学生分组讨论，师生共同采集相关数据，填写工作行程与空回行程参数对比表，如表1所示。推导出结论：即：V2＞V1，从而分析过程中，得到产生急回特性的原因。

设计目的：通过学生分组填写表格的方法进行分析对比，可以很好的理清思路，使复杂的问题简单化，便于学生理解掌握。同时也注重学生的团队精神培养，在教师引导下由小组成员自主参与、共同探讨，在组间竞争的氛围下共同学习。

表1 工作行程与空回行程参数对比

第四步：根据表格数据图例，推导出急回特性产生的原因。

抓住契机提问：“用什么来描述空回行程和工作行程的快慢程度”？从而引出提出急回特性系数的概念，激励学生继续思索并分组讨论：“如何判定机构有无急回特性”？然后师生共同分析推导得出：1）当θ=0时，K=1，无急回特性。（2）当θ＞0时，K＞1，有急回特性。即得出曲柄摇杆机构急回特性产生的条件θ＞0时，K＞1。即急回运动特性存在的条件是极位夹角大于零，根据这个条件对对心曲柄滑块机构和偏心曲柄滑块机构进行了具体的分析判断，如图3、图4所示，增强对所学内容的进一步掌握消化。

图3 对心曲柄滑块机构

图4 偏心曲柄滑块机构

设计目的：采用任务驱动，将难点分解，通过直观演示、表格数据采集、学生分组讨论、师生共同推导等手段，激发了学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性和主动性，使整个推导过程循序渐进，步步深入，变难点为趣点，使学生轻松掌握所学知识。

3 拓展延伸、举一反三

急回特性在日常生活中的应用比较广泛。除了牛头刨床中的应用以外，在插床、碎石机、往复式运输机中也有应用。

通过抛砖引玉的方式进一步引导学生进行发散性思维，促使他们进行热烈的讨论，以达到能力提升的目的。

[1]杨可桢,程光蕴.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 1999.

[2]王洪欣，冯雪君.机械原理[M].南京：东南大学出版社, 2007，2.

[3]朱双霞，李增平，郑和东.机械设计基础[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2010，7.

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1003-5168(2014)04-0252-02