1.2 铰链四杆机构（课件）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

1.2 铰链四杆机构 《机械基础》（机工版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 01 03 02 了解铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。 理解曲柄存在的条件。 掌握铰链四杆机构基本类型的判别方法。 新知学习 情景导入 同学们，咱们每天骑自行车上学时，脚蹬子转圈圈，车轮也跟着转，这背后藏着一种神奇的机械结构——铰链四杆机构。你们看，自行车脚踏板连着的杆、车架上的杆，就像四根杆用铰链连在一起，有的杆能360度转圈，有的只能来回摆动。今天咱们就来揭开它的秘密，看看这四根杆怎么组合出曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆三种不同模样，为啥有的杆能转满圈，有的却不行，学会了这些，以后修个自行车、看个机械臂都能看出门道啦！ 新知学习 机构按其运动空间分为平面机构和空间机构两类。平面机构是指所有构件都在同一平面或相互平行平面内运动的机构;空间机构则相反，它主要传递空间复杂运动。 平面连杆机构是将所有刚性构件以转动副或移动副连接而成的平面机构，属于低副机构。它能够实现某些较为复杂的平面运动，在生产中广泛用于动力的传递或运动形式的改变。在平面连杆机构中，最常见的是由四个构件组成的四杆机构，而构件间全部以转动副连接成的四杆机构称为铰链四杆机构。铰链四杆机构是四杆机构的基本形式，也是其他多杆机构的基础。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 图1-6所示为一铰链四杆机构，它由四根杆状的构件分别以转动副连接而成。图1-6b所示为此铰链四杆机构的机构运动简图。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 铰链四杆机构由机架、连架杆和连杆组成。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架连接的构件称为连架杆，其中能够做整周回转的连架杆称为曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。不直接与机架连接的构件称为连杆。按照连架杆是否可以做整周转动，可以将铰链四杆机构分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 1.曲柄摇杆机构 若铰链四杆机构的两个连架杆一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。如图1-7所示的雷达天线俯仰角度调整装置，当原动曲柄1转动时，通过连杆2、可以使与摇杆3固定连接的抛物面天线做一定角度的摆动，以调整天线的仰角度。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 图1-8所示的缝纫机踏板机构，当原动摇杆(踏板)CD上下摆动时通过连杆BC、使曲柄(曲轴)AB转动，从而将动力输出。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 提示：曲柄摇杆机构的功能是将主动曲柄的等速转动转变为从动摇杆的往复摆动，或者将主动摇杆的往复摆动转变为从动曲柄的转动。 在生产生活中，曲柄摇杆机构应用很广，图1-9所示为一些应用实例:图1-9a所示为剪板机，图1-9b所示为汽车刮水器，图1-9c所示为搅拌机，图1-9d所示为颚式破碎机。在曲柄 AB连续回转的同时，摇杆CD可以往复摆动，分别完成剪切、刮水、搅拌、矿石破碎等动作。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 2.双曲柄机构 若铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，则此铰链四杆机构称为双曲柄机构。图1-10所示为惯性筛机构，其中ABCD为双曲柄机构，当主动曲柄AB做等角速度转动时，从动曲柄DC做变角速度转动，通过构件CE使体做变速往复直线移动，面上的物料由于惯性而来回抖动，从而实现筛选功能。 图1-11所示为小型插床的主运动机构运动简图。当主动曲柄AB做等速回转时，连杆BC带动从动曲柄构件CDE做周期性变速回转，再通过构件EF使滑块带动插刀做上下往复运动，实现慢速工作行程(下插)和快速退刀行程的工作要求。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 在双曲柄机构中，除了不等长的双曲柄机构外，还有平行四边形机构和反向平行双曲柄机构，如图 1-12 所示。 (1)平行四边形机构连杆与机架的长度相等且两 个曲柄的长度也相等，若两曲柄的转向相同， 则此机构称为平行四边形机构，如图1-12a所示。 可以看出，平行四边形机构的运动特点是：两 曲柄的回转方向相同，角速度相等。图1-13所 示的铲斗机构和图1-14所示的机车车轮联动装 置，均采用了平行四边形机构。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 (2)反向平行双曲柄机构 连杆与机架的长度相等且两个曲柄的长度也相等，若两曲柄的转向不同，则此机构称为反向平行双曲柄机构，如图1-12b所示。可以看出，反向平行双曲柄机构的运动特点是:两曲柄的回转方向相反，角速度不等。图1-15所示的车门启闭机构采用了反向平行双曲柄机构，以实现两车门同时开关的功能。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 3.双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。图 1-16所示为鹤式起重机的提升机构。当主动摇杆AB摆动时，从动摇杆 DC也随之摆动，并使连杆BC上E点的轨迹近似于水平直线，该点所吊重物做水平移动，从而避免了由不必要的升降所引起的能耗。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 图1-17所示为采用双摇杆机构的飞机起落架收放机构。与机架相连的连架杆AB和DC都是摇杆。实线表示着陆时轮子的伸出位置，双点画线表示起飞后轮子收进机身的位置。图1-18所示为采用双摇杆机构的自卸翻斗装置。杆AD为机架，当液压缸活塞杆向右伸出时，可带动双摇杆AB与DE向右摆动，使翻斗中的货物自动卸下:当液压缸活塞杆向左缩回时，可带动双摇杆AB与DE向左摆动，使翻斗回到原来的位置。 新知学习 一、铰链四杆机构的基本类型 新知学习 曲柄是能做整周回转的连架杆，只有这种能做整周回转的构 件才能用电动机等连续转劲的装置来驱动，所以，曲柄是机 构中的关键构件。铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于各 构件长度之间的关系。 在如图 1-19所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB、连杆 BC、摇杆 CD 和机架 AD 的杆长分别为 a、6、c、d，当曲柄 AB 回转一周时，B点的轨迹是以A为圆心、半径等于a的圆。当B点通过B，和B，点时，曲柄ABB3与连杆BC出现两次共线，AB能否顺利通过这两个位置，是AB能否成为曲柄的关键。下面根据处于这两个位置时各构件的几何关系来分析曲柄存在的条件。 新知学习 二、曲柄存在的条件 新知学习 当构件AB与BC在B点共线时，由△AC1D可得:b-a+c≥d;b-a+d>c(AB、BC、CD在极限情况下重合成一直线时取等号)。当构件AB与BC在B2点共线时，由△AC1D可得:a+b≤c+d。综合两种情况有 a+d≤b+c 将式中的三个不等式两两相加， a+c≤b+d (1-1) 经简化可得a≤b;a≤c;a≤d (1-2) a+b≤c+d 由式(1-1)与式(1-2)可得，铰链四机构中曲柄存在的条件为: 1)连架杆与机架中必有一个是最短杆。 2)最短杆与最长杆的长度之和必小于或等于其余两杆的长度之和。 上述两个条件必须同时满足，否则铰链四杆机构中无曲柄存在。 新知学习 二、曲柄存在的条件 新知学习 根据曲柄存在的条件，可以推导出铰链四杆机构三种基本类型的判别方法: 1)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和，则: ①取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构。 ②取最短杆为机架时，构成双曲柄机构。 ③取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构。 2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。 新知学习 三、铰链四杆机构基本类型的判别 新知学习 随堂练习 （1）简述铰链四杆机构的三种基本类型及其运动特点。 （2）曲柄存在的两个条件是什么？ 课堂练习 答案：B 解析：缝纫机踏板机构中，踏板杆（摇杆）上下摆动，带动曲轴（曲柄）整周转动，符合曲柄摇杆机构“一曲柄一摇杆”的特点；A、D是双曲柄机构，C是双摇杆机构。 1.下列机构中，属于曲柄摇杆机构的是（ ） A. 火车轮联动机构 B. 缝纫机踏板机构 C. 鹤式起重机 D. 平行四边形机构 课堂练习 答案：C 解析：双曲柄机构的两个连架杆（与机架相连的杆）都能做360°整周转动，如机车车轮联动机构。 2.双曲柄机构的特点是（ ） A. 两连架杆均只能往复摆动 B. 一连架杆整周转动，另一往复摆动 C. 两连架杆均能整周转动 D. 无连架杆能整周转动 课堂练习 答案：B 解析：曲柄存在的第一个条件是杆长关系：最短杆+最长杆≤其余两杆之和，这是机构有曲柄的前提。 3.曲柄存在的必要条件之一是（ ） A. 最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和 B. 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 C. 最短杆为摇杆 D. 最长杆为机架 课堂练习 答案：B 解析：满足曲柄存在的杆长条件时，最短杆为机架，两连架杆均为曲柄，构成双曲柄机构。 4.当铰链四杆机构的最短杆为机架时，该机构是（ ） A. 曲柄摇杆机构 B. 双曲柄机构 C. 双摇杆机构 D. 无法确定 课堂练习 答案：D 解析：折叠椅的两侧连杆只能往复摆动，无曲柄，属于双摇杆机构；A、B是曲柄摇杆机构，C中搅拌轴为曲柄。 5.下列属于双摇杆机构的是（ ） A. 汽车雨刮器 B. 剪板机 C. 搅拌机 D. 折叠椅 课堂练习 答案：C 解析：因最短杆+最长杆（500mm）>其余两杆之和（500mm，此处等于不满足“小于或等于”），不满足曲柄存在的杆长条件，故无曲柄，必为双摇杆机构。 6. 若铰链四杆机构的杆长为：100mm、200mm、300mm、400mm，其中最短杆为100mm，最长杆为400mm，且100+400>200+300，则该机构（ ） A. 有一个曲柄 B. 有两个曲柄 C. 无曲柄 D. 可能有曲柄 课堂练习 答案：A 解析：满足杆长条件时，最短杆为连架杆（与机架相连），则该连架杆为曲柄，另一连架杆为摇杆，即曲柄摇杆机构。 7.铰链四杆机构中，若最短杆为连架杆，且满足曲柄存在的杆长条件，则该机构是（ ） A. 曲柄摇杆机构 B. 双曲柄机构 C. 双摇杆机构 D. 平行四边形机构 课堂练习 答案：B 解析：判别类型需先看杆长是否满足“最短杆+最长杆≤其余两杆之和”，这是决定是否有曲柄的基础，再结合最短杆位置判断类型。 8.判别铰链四杆机构类型时，第一步应先判断（ ） A. 最短杆位置 B. 杆长关系（最短杆+最长杆与其余两杆之和的大小） C. 机架是否为最长杆 D. 连架杆数量 课堂小结 感谢观看 $$