中职高二工信版机械设计基础电子教案模块四平面连杆机构

教学目标 知识目标：认知平面四杆机构的各种类型；理解平面四杆机构的基本特性，了解这些特性在工程实际中的应用；理解平面四杆机构的设计方法。 能力目标：能够根据机构要实现的运动选择平面四杆机构的类型；能够根据已设计的机构分析其能实现的运动及特性；给定行程速度变化系数或连杆位置，能够设计简单的平面四杆机构。 素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风 教学重点 平面四杆机构的基本特性 教学难点 平面四杆机构的设计 教学手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学学时 6 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 模块四 平面连杆机构 〖相关知识〗 学习情境一 铰链四杆机构 一、铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构是由转动副连接而成的封闭式四杆系统（即四构件系统），其中一个杆固定。 曲柄摇杆机构是铰链四杆机构的一种形式。在此机构中，固定不动的杆4称为机架；与机架相连的杆1和杆3称为连架杆；不与机架相连的杆2称为连杆。凡能作整周回转的连架杆称为曲柄（如杆1），在运动简图中用单向圆弧箭头表示；只能在小于360°的范围内作往复摆动的连架杆称为摇杆（如杆3），在运动简图中用双向圆弧箭头表示。 二、铰链四杆机构的类型及应用 1.曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构的运动特点是当曲柄为主动件做等速转动时，摇杆为从动件做往复摆动。曲柄摇杆机构的主要用途是改变构件的运动形式，可将曲柄的回转运动转变为摇杆的摆动。 2.双曲柄机构 如果两个连架杆均为曲柄,都能作整周回转,则该铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构的运动特点是当主动曲柄做匀速转动时,从动曲柄做周期性的变速转动，以满足机器的要求。 为了避免平行四边形机构的这种运动不确定的情况，以保证机构具有确定的运动，在工程上可以利用从动件的质量或在从动件上加装飞轮以增大惯性；也可以在机构中添加附加构件以增加虚约束。 3.双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，如图4-8所示。 图4-8 双摇杆机构 三、铰链四杆机构有曲柄的条件 铰链四杆机构有曲柄的条件（杆长之和条件）有以下两点。 (1)最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和。 (2)连架杆或机架中必有一杆是最短杆。 以上的两个条件必须同时满足，否则机构中不存在曲柄。但对铰链四杆机构三种基本形式的具体判别，除了满足铰链四杆机构有曲柄的条件外，还与固定不同杆作机架有关，可根据以上所述综合归纳为以下两点。 (1)当最短杆与最长杆的长度之和大于其他两杆的长度之和时，只能是双摇杆机构。 (2)当最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆的长度之和时： ①最短杆为机架时，为双曲柄机构； ②最短杆相邻杆为机架时，为曲柄摇杆机构； ③最短杆的对面杆为机架时，为双摇杆机构。 学习情境二 含有一个移动副的平面四杆机构 一、曲柄滑块机构及其应用 图4-13 曲柄滑块机构 二、偏心轮机构 图4-16 偏心轮机构的演化 三、导杆机构 图4-17导杆机构的演化 四、摇块机构和定块机构 1.摇块机构 当取曲柄滑块机构中的连杆2为机架时，则成为曲柄摇块机构。曲柄摇块机构常应用于各种液压和气动装置上。 2.定块机构 学习情境三 平面四杆机构的特性 1、 运动特性 1.极位夹角 摇杆在两极限位置时，曲柄的两个对应位置所夹的锐角θ称为极位夹角。 图4-23 曲柄摇杆机构的运动特性 2.急回特性 3.行程速比系数 在设计机器时，利用这个特性，可以使机器在工作行程速度小些，以减小功率消耗；而在空回行程速度大些，以缩短工作时间，提高机器的生产率。 2、 传力特性 1.压力角和传动角 压力角是判断一个连杆机构传力性能优劣的重要标志。若忽略各杆的质量、惯性力和运动副中的摩擦，则主动曲柄1通过连杆2作用在从动摇杆3上的力F是沿杆BC方向的。从动摇杆3所受的力F与力作用点C的速度vC间所夹的锐角α称为压力角。力F沿vC方向的分力Ft称有效分力，它推动摇杆CD绕D转动，做有用功；而沿摇杆CD方向的分力Fn称有害分力，其不但不能做有用功，而且还增大了运动副中的摩擦阻力。 在机构设计中，为了度量方便，习惯用压力角α的余角γ (即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角)来判断传力性能，γ称为传动角。 2.死点位置 机构处于死点位置时，除从动件会被卡死外，还会发生转向不确定的现象。 判断四杆机构有无死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。 对于传动机构，设计时必须考虑机构能否顺利通过死点位置。 工程上有时也利用机构的死点位置来满足某些工作要求。 学习情境四 平面连杆机构的设计方法 一、运动设计的类型与方法 一般可以分为以下两类。 (