平面連桿機構(gòu)中“死點”的巧妙講解

摘要：“死點”是平面連桿機構(gòu)的重要工作特性之一，學生理解和掌握有難度，通過建立、演示、再現(xiàn)、強化“死點”表象，分析原因、總結(jié)規(guī)律，并適度拓寬教材，可以將“死點”講活。

關(guān)鍵詞：平面連桿機構(gòu)；死點

在平面連桿機構(gòu)中，當機構(gòu)處于連桿與從動曲柄共線的兩個位置時，會出現(xiàn)傳動角γ=0°，壓力角α=90°的情況。主動件通過連桿作用于從動件的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能使從動件轉(zhuǎn)動，我們把此位置稱為“死點”，它是平面連桿機構(gòu)的重要工作特性之一。中職各類《機械基礎(chǔ)》教材大綱大都以曲柄搖桿機構(gòu)為例，用簡短的幾行文字，進行分析、說明，筆者在教學實踐中體會到，對“死點”這一內(nèi)容，僅僅照本宣科，學生理解和掌握起來有難度，要順利地渡過這一難關(guān)，需要一個將“死點”活講的過程。

聯(lián)系現(xiàn)實生活，建立“死點”印象

現(xiàn)實生活是學習的起點。平面連桿機構(gòu)來源于生活，要讓學生深入生活，引導他們發(fā)現(xiàn)問題，探究規(guī)律，構(gòu)建模型。

連桿機構(gòu)“死點”的工作特性是抽象的，需要一個“死點”表象建立的過程。結(jié)合家用縫紉機，分析曲柄搖桿機構(gòu)在其腳踏板機構(gòu)中的典型應(yīng)用，既可以實現(xiàn)新舊知識的銜接，又為后面表象的建立埋下伏筆。

挖掘?qū)W生已有的感性認識，可以建立“死點”表象。初用縫紉機者，大都會出現(xiàn)踏不動或正反轉(zhuǎn)不定現(xiàn)象。闡明“產(chǎn)生這種卡死或運動不定”現(xiàn)象的原因就是曲柄搖桿機構(gòu)中“死點”對傳動的影響，學生關(guān)于“死點”的表象也就隨之建立。

演示再現(xiàn)過程，強化“死點”現(xiàn)象

前面學生形成“死點”表象是教師通過語言和文字敘述，經(jīng)過學生的想象回憶而建立的，這種表象是膚淺的。教育學理論認為，表象愈完整、愈清晰，學生就愈能順利、正確地形成科學的概念。因此，演示曲柄搖桿機構(gòu)的實物模型，再現(xiàn)“死點”現(xiàn)象，教師結(jié)合學生有目的的觀察予以指導，可以使學生已建立的“死點”表象進一步清晰、完整。為此，筆者作了如下演示：

1.如圖1，演示曲柄AB為主動件，搖桿CD為從動件的機構(gòu)運動，觀察有無“卡死”或“運動不確定”現(xiàn)象。

2.如圖2，演示搖桿CD為主動件，曲柄AB為從動件的機構(gòu)運動，觀察有無“卡死”或“運動不確定”現(xiàn)象。

通過觀察，不難發(fā)現(xiàn)，只有當曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿CD為主動件，曲柄AB為從動件才會出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象，即“死點”。在此基礎(chǔ)上進一步引導學生發(fā)現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象總是發(fā)生在連桿與從動件的位置，因此學生對“死點”的表象變得深刻、具體、完整。

探究總結(jié)規(guī)律，構(gòu)建“死點”機構(gòu)

僅僅幫助學生揭示曲柄搖桿機構(gòu)“死點”的表象還遠遠不夠，必須在此基礎(chǔ)上指導學生分析“死點”形成的原因，總結(jié)出規(guī)律，讓學生對知識由感性上升到理性，達到指導實踐的目的。為此，筆者和學生共同進行了下列活動：

1.從簡圖出發(fā)，分析原因。如圖3的受力分析，不難發(fā)現(xiàn)，當從動件曲柄AB與連桿CD共線時，從動件B點的受力P的方向通過鉸鏈A點，作用力P不能產(chǎn)生推動AB轉(zhuǎn)動的力矩。因此出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象而形成“死點”。

2.從原因出發(fā)，總結(jié)規(guī)律。四桿機構(gòu)中是否存在著“死點”，取決于從動件與連桿有無共線位置。從而找出、分析“死點”的存在，確定“死點”位置的捷徑，為指導實踐提供了理論依據(jù)。

3.從規(guī)律出發(fā)，指導實踐。對于傳動機構(gòu)來講，“死點”是不利的，如利用慣性通過“死點”等。在縫紉機腳踏板機構(gòu)中，從動曲柄軸上安裝了兼有飛輪作用的大帶輪，可利用慣性通過“死點”。而在工程實踐中，常利用“死點”來實現(xiàn)特定的工作要求。如飛機的起落架機構(gòu)，在機輪放下時，機構(gòu)處于“死點”位置，使降落更加安全可靠等等。

適度拓寬教材，升華“死點”內(nèi)涵

機構(gòu)運動中從動件與連桿有無共線位置的規(guī)律，是在對曲柄搖桿機構(gòu)的運動分析獲得的，對四桿機構(gòu)的“死點”特點研究，無疑有指導意義，但以此規(guī)律對含有移動副的平面連桿機構(gòu)以及一些復雜機構(gòu)進行“死點”分析，有時存在一定難度。因此，筆者補充講解了影響機構(gòu)傳動性能的“壓力角”和“傳動角”兩個參數(shù)，認為補充講解這兩個參數(shù)，至少有兩個方面的好處。

1.初步給出壓力角和傳動角的定義，有利于后續(xù)機構(gòu)（諸如凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)）的受力分析和傳動性能的研究。

2.分析得出“死點”即機構(gòu)處于壓力角等于90°（傳動角為0°）位置的定義，有助于學生對復雜機構(gòu)“死點”工作特性的分析，達到舉一反三的目的。

問渠那得清如許？為有源頭活水來。在大力提倡素質(zhì)教育，實施新課改的今天，我們只有把“死水”變?yōu)閷W生取之不盡、用之不竭的“活水”，才能夠使甘甜清透的泉水不斷涌出。

參考文獻：

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作者簡介：

許根祥（1974—），江蘇海安雙樓職業(yè)高級中學教師，中學一級，國家級數(shù)控考評員，研究方向為數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用。