平面连杆机构压力角的教学策略
作者：贲友国
来源：《职业·下旬》2012年第11期
摘 要：中职《机械基础》教材中平面连杆机构的压力角是教学难点，其教学可以通过巧解定义讲解，巧用受力分析、巧举特例验证等教学策略，帮助学生掌握压力角的含义，理解压力角对“传力性能”的影响。
关键词：平面连杆机构 压力角 传力性能 策略
平面连杆机构广泛应用于雷达、刨床、汽车、挖土机等设施设备中。机构的“传力性能”的优劣对机器的使用有着很大的影响。“传力性能”差，机构效率低下，甚至工作时会出现卡死现象，判断机构“传力性能”的主要参数是“压力角”，它在机械设计过程中具有重要的指导意义，所以教育部2009年颁布的《中等职业学校机械基础教学大纲》中对“压力角”提出了具体的教学要求。
在教学过程中笔者发现平面连杆机构压力角的教学，学生掌握压力角的含义及其作用，存在以下困难：一是职高教材对压力角没有系统的介绍，不利于教师组织教学；二是部分学生对压力角的概念理解不清，缺乏清晰的分析思路；三是部分学生因为物理、力学的基础薄弱，不能深刻理解压力角对“传力性能”的影响。
笔者针对以上问题对压力角的知识点进行梳理，并进行教学探索，认为平面连杆机构压力角的教学可以采用以下策略。
一、巧解“定义”，找到、找准“压力角”
平面连杆机构 “压力角”的定义是，如果不计构件的质量和运动副中的摩擦，压力角是机构从动件的受力方向与其运动方向之间所夹的锐角。笔者发现，如果教师照本宣科，学生通常出现以下问题：一是“难下手”，不知在机构简图上什么位置画出压力角；二是“分不清”，对受力方向与运动方向理不清、找不准，尤其是运动方向的确定。
笔者在教学中用“一个中心，两个基本点”的方法来引导学生正确求解“压力角”，“一个中心”就是指从动件上的一点，“两个基本点”就是从动件的受力方向和运动方向。这样把学生的注意力从背定义转移到寻找具体的“点”和“方向”上来，让学生有法可循。在教学过程中笔者常常用平面连杆机构的两种工作状态为例，做对比来讲解压力角。
在图1中，当曲柄AB 做主动件时，摇杆CD 做从动件时，其压力角应选择在从动件CD 上的C 点作图，由于连杆是传力杆，所以从动件受力方向则比较好找，就是沿连杆BC 方向，而从动件由于做摆动，其运动方向就是从动件上一点C 运动轨迹的切线方向。
为了加深学生对定义的理解，应及时利用对比法要求学生思考：当摇杆CD 做主动件时，曲柄AB 做从动件时“压力角”怎么找呢（见图2）？显然压力角要选择在从动件曲柄的B 点作图，由于从动件的受力方向和运动方向发生了变化，所以压力角的大小也发生变化。
同样的机构，在以摇杆为从动件时与以曲柄为从动件时的压力角是有本质区别的，通过这种比较可以促进学生对压力角的理解。
二、巧用“分析”，深刻理解“压力角”的影响
在教学过程中我们帮助学生总结压力角的影响：压力角越小，机构“传力性能”越好，反之，机构“传力性能”越差，效率越低。学生死记硬背，不能深刻理解，我们可以巧用“力的分解”进行分析，讲清压力角的影响，帮助学生进行理解。
教学时我们可以以曲柄摇杆机构为例，如图1所示，将作用在从动件CD 上的总作用力F 分解为沿从动件运动方向的有用分力Ft 和阻碍从动件运动的有害分力Fn ，并指出：
Ft=Fcosα，Fn=Fsinα，可发现，在总作用力F 一定时，压力角α越大，其有用分力Ft 越小，有害分力Fn 越大，“传力性能”越差，效率低。因此，为了保证机构传动良好，在机构设计时应限制其最大压力角。
在教学过程中我们还要分析压力角和机构的死点位置之间的关系，当以摇杆为主动件时，在从动曲柄与连杆两次共线位置时（见图2），由于从动曲柄的受力方向和运动方向正好垂直，压力角α=90°，其有效分力Ft=0，其驱动力矩为零，机构卡死，即处于死点位置，所以在机械设计过程中要加以避免或采用适当措施加以克服。这样既加深了学生对压力角的理解，又从另一个侧面解释了死点的位置。
三、巧举“特例”，验证、妙解“压力角”的使用
笔者在教学过程中发现一些关于压力角的“特例”，可以从不同的角度去看待压力角，解释在实际生产中如何利用好“压力角”的影响。
1.压力角α=0的应用
压力角在机构运转过程中大多数时候是变化的，但也有不变的特例。例如图3中摆动导杆机构，在曲柄AB 作“主动件”并顺时针转动时，从动件导杆BC 的“压力角”由于受力方向和运动方向一致，压力角α=0，而传动角γ=90°，且在任何位置都不变，其“传力性能”是常用机构中最好的，所以在牛头刨床、插床和回转式油泵中得到广泛应用。
2.压力角α=90°的应用
平面连杆机构压力角大，“传力性能”差，在传动机构设计中要加以克服，但在夹具、飞机起落架设计中人们却利用压力角等于90°的特殊位置来工作。例如图4飞机起落架中的双摇杆
平面连杆机构压力角的教学策略
作者：贲友国
来源：《职业·下旬》2012年第11期
摘 要：中职《机械基础》教材中平面连杆机构的压力角是教学难点，其教学可以通过巧解定义讲解，巧用受力分析、巧举特例验证等教学策略，帮助学生掌握压力角的含义，理解压力角对“传力性能”的影响。
关键词：平面连杆机构 压力角 传力性能 策略
平面连杆机构广泛应用于雷达、刨床、汽车、挖土机等设施设备中。机构的“传力性能”的优劣对机器的使用有着很大的影响。“传力性能”差，机构效率低下，甚至工作时会出现卡死现象，判断机构“传力性能”的主要参数是“压力角”，它在机械设计过程中具有重要的指导意义，所以教育部2009年颁布的《中等职业学校机械基础教学大纲》中对“压力角”提出了具体的教学要求。
在教学过程中笔者发现平面连杆机构压力角的教学，学生掌握压力角的含义及其作用，存在以下困难：一是职高教材对压力角没有系统的介绍，不利于教师组织教学；二是部分学生对压力角的概念理解不清，缺乏清晰的分析思路；三是部分学生因为物理、力学的基础薄弱，不能深刻理解压力角对“传力性能”的影响。
笔者针对以上问题对压力角的知识点进行梳理，并进行教学探索，认为平面连杆机构压力角的教学可以采用以下策略。
一、巧解“定义”，找到、找准“压力角”
平面连杆机构 “压力角”的定义是，如果不计构件的质量和运动副中的摩擦，压力角是机构从动件的受力方向与其运动方向之间所夹的锐角。笔者发现，如果教师照本宣科，学生通常出现以下问题：一是“难下手”，不知在机构简图上什么位置画出压力角；二是“分不清”，对受力方向与运动方向理不清、找不准，尤其是运动方向的确定。
笔者在教学中用“一个中心，两个基本点”的方法来引导学生正确求解“压力角”，“一个中心”就是指从动件上的一点，“两个基本点”就是从动件的受力方向和运动方向。这样把学生的注意力从背定义转移到寻找具体的“点”和“方向”上来，让学生有法可循。在教学过程中笔者常常用平面连杆机构的两种工作状态为例，做对比来讲解压力角。
在图1中，当曲柄AB 做主动件时，摇杆CD 做从动件时，其压力角应选择在从动件CD 上的C 点作图，由于连杆是传力杆，所以从动件受力方向则比较好找，就是沿连杆BC 方向，而从动件由于做摆动，其运动方向就是从动件上一点C 运动轨迹的切线方向。
为了加深学生对定义的理解，应及时利用对比法要求学生思考：当摇杆CD 做主动件时，曲柄AB 做从动件时“压力角”怎么找呢（见图2）？显然压力角要选择在从动件曲柄的B 点作图，由于从动件的受力方向和运动方向发生了变化，所以压力角的大小也发生变化。
同样的机构，在以摇杆为从动件时与以曲柄为从动件时的压力角是有本质区别的，通过这种比较可以促进学生对压力角的理解。
二、巧用“分析”，深刻理解“压力角”的影响
在教学过程中我们帮助学生总结压力角的影响：压力角越小，机构“传力性能”越好，反之，机构“传力性能”越差，效率越低。学生死记硬背，不能深刻理解，我们可以巧用“力的分解”进行分析，讲清压力角的影响，帮助学生进行理解。
教学时我们可以以曲柄摇杆机构为例，如图1所示，将作用在从动件CD 上的总作用力F 分解为沿从动件运动方向的有用分力Ft 和阻碍从动件运动的有害分力Fn ，并指出：
Ft=Fcosα，Fn=Fsinα，可发现，在总作用力F 一定时，压力角α越大，其有用分力Ft 越小，有害分力Fn 越大，“传力性能”越差，效率低。因此，为了保证机构传动良好，在机构设计时应限制其最大压力角。
在教学过程中我们还要分析压力角和机构的死点位置之间的关系，当以摇杆为主动件时，在从动曲柄与连杆两次共线位置时（见图2），由于从动曲柄的受力方向和运动方向正好垂直，压力角α=90°，其有效分力Ft=0，其驱动力矩为零，机构卡死，即处于死点位置，所以在机械设计过程中要加以避免或采用适当措施加以克服。这样既加深了学生对压力角的理解，又从另一个侧面解释了死点的位置。
三、巧举“特例”，验证、妙解“压力角”的使用
笔者在教学过程中发现一些关于压力角的“特例”，可以从不同的角度去看待压力角，解释在实际生产中如何利用好“压力角”的影响。
1.压力角α=0的应用
压力角在机构运转过程中大多数时候是变化的，但也有不变的特例。例如图3中摆动导杆机构，在曲柄AB 作“主动件”并顺时针转动时，从动件导杆BC 的“压力角”由于受力方向和运动方向一致，压力角α=0，而传动角γ=90°，且在任何位置都不变，其“传力性能”是常用机构中最好的，所以在牛头刨床、插床和回转式油泵中得到广泛应用。
2.压力角α=90°的应用
平面连杆机构压力角大，“传力性能”差，在传动机构设计中要加以克服，但在夹具、飞机起落架设计中人们却利用压力角等于90°的特殊位置来工作。例如图4飞机起落架中的双摇杆