18-平面连杆机构（教案）-《机械基础》同步教学（理工教育）

课题名称：平面连杆机构 【教学目标设定】： 1、 掌握平面连杆机构的类型及演化 2、 3、 掌握平面四杆机构的基本特性 4、     3、掌握图解法设计简单平面四杆机构 【教学重点】： 平面连杆机构的类型及演化，平面四杆机构的基本特性，  【教学难点及处理方法】： 图解法设计简单平面四杆机构 【教学过程设计】： 概述 引入： 平面连杆机构是由许多刚性构件用低副联接组成的平面机构，又称为平面低副机构。 该机构的运动 —— 各构件均在同一平面或平行平面运动 该机构的构件 —— 大部分构件都类似杆件 该机构的运动副 —— 均为低副（回转副、移动副） 由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。 如果所有低副均为回转副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构 §2.1 平面连杆机构的特点和应用 一、平面连杆机构的应用 1. 实现预期的运动规律 —— 已知原动件的运动规律 , 使输出构件按要求的运动规律运动。 实例1： 牛头刨主体机构 ： — 六杆机构 — 导杆机构 原动件作回转运动，通过该机构使刨头作往复直线运动 实例2： 造型机的翻转机构：— 四杆机构 — 双摇杆机构 原动件1绕 D 转动时,通过该机构使砂箱(杆2)翻转180 o 2. 实现预期的运动轨迹 —— 已知几何条件、动力条件 实例： 搅拌机 ：—— 四杆机构 —— 曲柄摇杆机构 连杆曲线 β ： 连杆上一点的轨迹所描绘的曲线。 二、平面连杆机构的特点 1、优点 ⑴运动幅是低副，面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可承受较大载荷 ⑵结构简单，加工方便，成本低，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠 ⑶可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求 ⑷利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求 2、缺点 ⑴根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂， ⑵只能近似实现给定的运动规律，综合运动精度较低。 ⑶运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。 § 2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化 一、平面四杆机构的基本形式 组成： 4 — 机架→固定不动 1,3 — 连架杆→定轴转动：作整周转动 — 曲柄，作往复摆动 — 摇杆 2 — 连杆→平面运动 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。 1.曲柄摇杆机构 —— 在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆 一般： 曲柄主动，作等速回转（画出轨迹圆） 摇杆从动，作变速往复摆动 也可摇杆主动 , 曲柄从动 应用举例： 牛头刨床进给机构、搅拌机、卫星天线、缝纫机脚踏板机构等。 2.双曲柄机构 ——两连杆架均为曲柄的四杆机构 连杆架： 曲柄 —— 原动件，等速转动 另一曲柄 — 从动件，变速转动 运动特点： 从动曲柄变速回转 应用举例： 旋转式水泵、 惯性筛、插床机构 等。 特例：平行双曲柄机构 平行双曲柄机构应用实例：机车车轮联动机构 3.双摇杆机构 —— 两连杆架均为摇杆的四杆机构 应用举例： 港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构 二、铰链四杆机构的演化 1 、回转副转化成移动副 演化： 曲柄摇杆机构——将 回转副 D → 移动副 得—— 曲柄滑块机构 类型： 曲柄滑块机构（偏距 e ） 对心曲柄滑块机构（ e=0 ）—— 滑块运动线与曲柄回转中心共线 偏置曲柄滑块机构（ e ≠ 0 ）—— 滑块运动线与曲柄回转中心不共线 特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。 应用： 活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。 2 、扩大回转副 演化： 曲柄滑块机构——通过 扩大回转副 B 得—— 偏心轮机构 优点： 曲柄短时轴径尺寸大，强度高，刚度高，且便于加工制造。 应用： 曲柄销承受较大载荷或曲柄过短时，如破碎机、冲床、剪床、内燃机等。 3、取不同的构件为机架（表2－1） § 2.3 平面四杆机构的几个基本概念 一、铰链四杆机构存在曲柄的条件 以曲柄摇杆机构为例 —— 分析有一个曲柄的条件 得：AB 杆（曲柄）为最短杆 最短杆与任意一杆长度之和 ≤ 其它两杆长度之和 ∴ 铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； (2) 最短杆为连架杆。 结论： 铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系： 1 ）如果： l min + l max ≤ 其它两杆长度之和 —— 满足曲柄存在的条件（满足杆长和条件） 且： 以最短杆的相邻构件为机架，此机构为 曲柄摇杆机构 ； 以最短杆为机架，则此机构为 双曲柄机构 ； 以最短杆的对边为机架，此机构为 双摇杆机构。 2 ）如果： l min + l max ＞ 其它两杆长度之和 —— 不满足曲柄存在的条件， 则不论选哪个构件为机架，都为 双摇杆机构 。 可用以下方法来 判别铰链四杆机构的基本类型： 1. 若机构不满足杆长之和条件则只能成为双摇杆机构 2. 若机构满足杆长之和条件，则 (1) 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构 (2) 以最短杆为机架时为双曲柄机构 (3) 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构 二、急回特性 急回特性 ： 机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。 行程速比系数 K ： 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用 V 2 和 V 1 的比值 K 来描述。 由上式可得： 可见 ： θ↑ K ↑ 急回特性越显著 —— 导致机器动载 ↑ 冲击 ↑ 急回特性的作用 ： 四杆机构的急回特性可以节省空间，提高生产率。 三、压力角和传动角 1. 压力角 a ： 从动件所受的力 F 与 受力点速度 V c 所夹的锐角 a 。 a 愈小，机构传动性能愈好。 2. 传动角 g ： 连杆与从动件所夹的锐角 g 。 g =90 0 - a g 是连杆机构的重要动力指标； g 越大，机构的传动性能越好。 g 在机构运转时是变化的， 设计时一般应使 g min ≥ 40 ° , 对于高速大功率机械应使 g min ≥ 50 ° 。 3. 最小传动角的位置 铰链四杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。 四、 死点位置 在从动曲柄与连杆共线的位置，出现传动角 g =0 ， 压力角 a =90 的情况，这时连杆对从动曲柄的作用恰好通过其回转中心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。 死点的利弊： 利：工程上利用死点进行工作。 弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机构不利。 度过死点的方法： 增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置 ，采用机构错位排列的方法。 平面连杆机构教案 课 程 机械设计基础 授课班级 授课时数 1节 课 题 平面连杆机构 教学目标 1、通过习题分析掌握铰链四杆机构的基本类型及其演化形式； 2、通过习题分析加深对急回特性和死点等基本概念的理解；掌握曲柄存在的条件及判定方法。 教学重点 铰链四杆机构的基本类型及其演化形式 教学难点 演化形式及基本性质 学情分析 与 教学设计 该班级为电气、机电专业，根据教学目标的要求，本章要求学生能够熟练运用三种基本形式及其演化形式的判定；急回和死点的概念。 前面的课已学完所有内容，作业已完成，通过分析试题从而更好地掌握所学内容，为了确定学生主体的原则，通过学生上台分析试题，从而达到共同提高的目的。最后通过错题练习进一步加深所学内容。 板 书 设 计 第五章 平面连杆机构 复习：本章的三节内容 一、填空 二、判断 三、选择 四、术语解释 五、作图、填表 六、简述 总结 思考与作业 1、思考 2、作业 教 学 过 程 教学内容 教师及主讲学生活动 学生活动 方法与手段 复习 引导学生回忆本章内容。 集体回忆 提问法 一、填空 1、急回特性 2、死点数。 3、导杆机构的划分 4、主动件 参与思考 演示 启发式 二、判断 1、平面连杆机构的特征。 2、双曲柄机构运动的特点。 3、极位夹角与摆角的区别 参与思考 启发式 三、选择 1、曲柄摇杆机构的运动特点 。 2、死点存在的状态。 3、曲柄存在的条件 参与思考 参与解题 启发式 讲授式 四、术语解释 五、作图、填表 1、定义的准确性 2、作图求极限位置及死点 3、判定急回及方向 4、常用机构的运动特性 参与思考 参与解题 启发式 分解式 六、简述 1、双曲柄机构的运动特点 2、各种机构存在的条件 1、 演化机构的图例 2、 参与思考 画图 启发式 练习式 总结、课堂反馈 做练习 练习式 思考与作业 1、布置思考题 课后思考 2、布置作业 附：课堂反馈练习 课堂反馈练习 一、填空 1．  当平面连杆机构具有死点位置时，其死点有 个。在死点位置时，该机构 的 和 处于共线状态。 2．  若导杆机构机架长度L1与曲柄长度L2的关系为 则构成摆动导杆机构。 3．铰链四杆机构中其它两杆长度之和小于 时，则不论取哪一杆为机架，均只能构成双摇杆机构。 4．在图5-1所示铰链四杆机构中，若杆a最短，杆b最长，则构成曲柄摇杆的条件是： （1） ；（2） 以杆为机架，则杆 为摇杆。构成双曲柄机构的条件是：（1） ；（2） 以杆为机架，则杆 为曲柄。 二、判断 1．偏心轮机构不存在死点位置。（ ） 2．摆角越大，机构的急回特性性愈明显。（ ） 3．铰链四杆机构中，各杆长度分别为a为175，b为150，c为135，d为190，分别以不同构件作为机架，该机构一定能构成三种基本类型的铰链四杆机构。（ ） 4．单缸内燃机是以滑块为从动件的曲柄滑块机构。（ ） 本次课课后反思： 本次课通过习题分析让学生掌握铰链四杆机构的基本类型及其演化形式；并通过习题分析加深对急回特性和死点等基本概念的理解；更好的掌握曲柄存在的条件及判定方法。 枚举日常生活中和常见机构中铰链四杆机构的演化的实例。教学手段采用多媒体，用多媒体的各种铰链四杆机构模型的运动进行分析讲解。并用实例引导学生进行课堂分析讨论。用多媒体的自定义动画，边讲边画图说明平面四杆机构的图解法设计。1）突出铰链四杆机构的演化。2）着重介绍图解法设计四杆机构。 学科网（北京）股份有限公司 $$