平面四杆机构的类型和应用
四一、已知机架AD =CD =40 mm，设该用作图法求出曲柄
二、设计一曲柄滑最大压力角α=30
。并标明其极位夹角θ
三、试设计一曲柄摇杆机构mm，
l AD =50 mm。求 l AB 、l （用图解法求解
.平面四杆机构的类型和应用
50 mm，摇杆CD 离机架最近极限机构为曲柄摇杆机构，且行程速比AB 和连杆BC 的长度，并绘出机构
块机构。已知曲柄长AB =20mm，偏心试用作图法确定连杆长度BC ，滑块，求出其行程速度变化系数K 。 杆机构。设摇杆两极限位置分别为??1150
=
,BC 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。
）
位置β=45
，且
系数K =1.4，试简图。
距e =15mm，其
的最大行程H ，
29040== ;l CD
四、 现 需 设 计 一 铰 摇 杆 的 两 极 限 机 构 的 行 程 速
度 。
五、如图示曲柄滑（1）机构的（
2）最小传（3）滑块3大。
（4）当滑块3（在图中用作
链 四 杆 机 构, 已 知 摇 杆 CD 的 长 度 位 置 与 机 架 AD 所 成 的 角 度?1 比 系 数 K =1, 试 确 定 曲 柄 AB 和 连b
a
块机构的运动简图，试确定当曲柄1行程速度变化系数K 。
动角γmin 的大小。
往复运动时向左的平均速度大还是为主动时，机构是否出现死点，为图法求解）
度 l CD =150 mm ,
?23090==
,,
连 杆 BC 的 长
等速转动时，
向右的平均速度什么？
六、已 知 铰 链 四 杆杆 长 度 分 别 为l AB （1）其连杆BC 的机构；
（2）按上述各杆出现最小传动角的
七、已知铰链四杆曲柄和摇杆的两组其行程速比系数并
杆 机 构 机 架 长 度 l AD =30 mm；其 它=20 mm； l CD =40 mm，问：
长度须满足什么条件才能使该四杆长度并选l BC =35 mm，用适当比例尺位置，并在图上标出γmin 。 机构的机架长500l AD = mm，曲柄长l AB 对应位置如图所示。试设计此曲柄在图上标出其最小传动角。
它 两 个 连 架 机构为曲柄摇杆画出该机构可能150= mm，及摇杆机构，确定
八、设计一曲柄滑求最小传动角 60=min γ。
（1）用图解法确定连（2）画出滑（3）标出极（4）确定行
九、
设计一偏置曲滑块的行程10021=C C l （1）用作图（2）若滑块转向；
（3）用作图块机构,已知曲柄长度15=AB l mm，偏。 确定连杆的长度BC l ，保留作图线。 块的极限位置；
位夹角θ及行程H ; 程速比系数K 。 柄滑块机构，已知滑块的行程速度变 mm，导路的偏距 20=e mm。
法确定曲柄长度AB l 和连杆长度BC l ； 从点C 1至C 2为工作行程方向，试法确定滑块工作行程和空回行程时的距10=e mm，要化系数K =1.5，
确定曲柄的合理最大压力角。
一、总分12分
（1）按μl =0001. m/m 根据θ=?180
1
(
)K ∠′=C AC 30 ，与以D 为圆心（4分）
（2）以A 为圆心，l l AB EC ==×′20001.（3）以A 为圆心，圆， 与AC 的 延长线交于l BC BC l l =×=×μμl AB =0023. m
l BC =0059. m 二、总分12分
（1）取μl =0001. m/m （2）其最大压力角发生分）
（3）确定尺寸 BC B C =′′=70 mm 参考答案
m/mm 作图；
+
1()K ，可求出θ=30o
，以AC 为一边，为圆心，以DC 长为半径所作的圆弧交于′C 点；，以AC 为半径画弧，交AC ′于 E 点，则 =4620023. m。 （4分）
以l AB l μ==0023000123.. mm 长为半径作线交于B 点，则
B C ′′=×=0001590059.. m （4分）
m/mm 作图。 （4分）
角发生在AB 处于AB '时，作30 角可得C '。 （
作；
径作4
H C C
==
12
415. mm
作极限位置，量得θ=8
K=
+
?
=
+
?
=
180
180
1808
1808
1093
θ
θ
. （4分）
θ
三、总分10分
（1）取比例尺μ
l =1
mm
mm
先将已知条件画出。 （2分）
（2）测得：AC l l
BC AB
126
=?= mm
AC l l
BC AB 264
=+= mm
两式联立求得：l
AB
=19 mm， l BC=45 mm （3分）
（3）测得：θ=∠C AC
12
15＝
所以 K=
+
?
=
+
?
=
180
180
18015
18015
118
θ
θ
. （3分）
（4） 测得：γ
min
=42 （2 分〕
四、总分10分
（1）∠=?C DC 219030 mm
又 K=1 A 必在 C 1C 2 的连线上（2）b a CD +==2 b a
?=解得 曲柄 a =连杆 b =225 mm 五、总分10分
（1）θ==10 ,(K 分）
=60
C C l C
D 12== θ=0
连线上。 （5分）
×=2150300 mm CD =150 mm 75 mm
（5分）
θθ+?==1801801901701118 )().。 （2
150
2
min （3）向左大。 （4）会出现，（3
分）
六、总分10
分
1）当l BC 为最长杆时杆机构还应满足下列条件203040+≤+l BC ，故2）当l BC 为最长杆时摇杆机构还应满足下列条件204030+≤+l BC ，故七、（总分10分）
（1）设计如图所示 以 μl =001. m/mm mm
l CD CD l μ?==（2）做出机构极限位 （2分）
因为在连杆与曲柄共线时传动角γ=0 。
杆时（即l BC >40 mm），要使机构成为曲柄摇条件：
故4050<≤l BC 。
杆时（即l BC <40 mm），要使 此机构成为曲柄列条件：
故3040≤ 所示， /mm 作 图 得l BC BC l μ?=01.058=×=32501.05.32=× mm （5分）极限位置，量得 5.18=θ，.1180180K =θ ?θ += 。 柄摇曲柄580 ） 229。（3分） min 八、（15分） （1）连杆长度BC l ;（2）滑块的（3）极位夹（4）行程速比系数K ;如图B 1C 1所示。（5分） 两极限位置；（4分） 角及行程H 如图所示; （3分） K=（180+θ）/（180-θ）。（3分） 60° B 1 极限位置2 θ 极限位置1 九、总分10分 （1〕θ=?+=1801136o o ()/()K K 取 μl =2 mm/mm 作21C C l 及e ，作θ?=∠=∠ 901221O C C O C C ，得C 1O 和C 2O 的交点O ，以O 为圆心和OC 1为半径作圆周L ，该圆与导路相距为l 的平行线q 相交于A 点，此点即是曲柄回转中心。 从图上量得 1182=AC l mm， 301=AC l mm，从而可求得 442)(12=?=AC AC AB l l l mm，742)(21=+=AC AC BC l l l mm （5分） （2）根据滑块的工作行程需获得较佳的受力条件和工作较平稳的要求，选定曲柄的回转方向为逆时针。 （2分） （3）工作行程和空回行程的最大压力角分别为max α′和max α′′。 （3分） 课题铰链四杆机构的工作特性课型新授 授课日期授课 时数 总课 时数 教具 使用 课件 教学 目标 掌握铰链四杆机构的工作特性 教学重点和难点重点：掌握铰链四杆机构的工作特性难点：急回特性、死点 学情分析通过生动具体的实物教学，并结合课件教学，让学生适应教学，掌握和领会所学知识内容。 板 书设计一、急回特性和行程速比系数 二、死点 三、铰链四杆机构的演化 教学后记 第1页 课前小结:1、铰链四杆机构的分类 2、曲柄存在的条件 新授： 一、急回特性和行程速比系数 曲柄摇杯机构中，当曲柄A B沿顺时针方向以等角速度 转过φ1时，摇杆CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D，设所需时间为 t1，C点的明朗瞪为 V1；而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D，设所需的时间为 t2，C点的平均速度为 V2。由于φ1＞φ2，所以 t1＞t2 ,V2＞Vl。由此说明：曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度， 这种性质称为机构的急回特性。 摇杆CD的两个极限位置间的夹角ψ称为摇 秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位 置时所夹的锐角θ称为极位夹角。 在某些机械中(如牛头刨床、插床或惯性筛 等)，常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时 间，以提高生产率。 行程速比系数K：从动件空回行程平均速度V2与从动件工作行程平均速度V1的比值。K值的大小反映了机构的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。 K＝V2／V1 ＝(C2C1／t2) ／ (C1C2／t1) ＝（180°十θ）／ (180°一θ) 由上式可知，K与θ有关，当θ＝0时，K＝1，说明 该机构无急回特性；当θ＞0时，K＞l，则机构具有急回 特性。 二、死点 以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。在从动曲柄与连 杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角γ＝0，压力 角α＝90°的情况。此时连杆对从动曲柄的作用力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。机构在死点位置时由于偶然外力的影响，也可能使曲柄转向不定。 一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两 第三章平面连杆机构及其设计 1、如图示的铰链四杆机构中，AD为机架，AB a ==50 mm， ==35 mm，CD c =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有30 = AD mm，问BC b =d 可能成为双曲柄机构？ 2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？ （1）（2） （3） （4） 5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ， 40=CD l mm ， 50=AD l mm 。 （1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄； （2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围； （3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。 6、图示为开关的分合闸机构。已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。试回答： （1）该机构属于何种类型的机构； （2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ； （3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？ 7、试设计一曲柄摇杆机构。设摇杆两极限位置分别为 4090,15021===CD l ； ??mm ，50=AD l mm 。求AB l 、BC l 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。 （用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程） 8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD 的长度l CD =150mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度 903021==??，，机 构的行程速比系数K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。 10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K =，滑块的行程 10021=C C l mm ，导路的偏距20=e mm 。 （1）用作图法确定曲柄长度l AB 和连杆长度l BC ； （2）若滑块从点C 1至C 2为工作行程方向，试确定曲柄的合理转向； （3）用作图法确定滑块工作行程和空回行程时的最大压力角。 教学设计 《铰链四杆机构的类型及判定》教学设计 一、教学设计思路 本着以学生能力培养为本位，尊重学生的认知规律和职业成长规律，结合所教学生的实际情况（中职学生好动），在本次课堂教学中以铰链四杆机构的真实工作情境导入教学内容，提出本次课的工作任务，并以教学载体为主线组织教学，完成工作任务。学生课前做模型，老师评，课后按所学新知改进模型，体现“做中学，学中做”的教学思路。通过解析教学载体，使学生掌握知识点，培养学生的动手能力、协作能力。 二、教材分析： 本课内容选自中等职业教育国家规划教材《机械基础》第六章第二节。本教材前面五章的内容都是机械零件的静止运动，常用机构的教学内容需构建运动的思维，是一个由静向动的变化过程，学生应动起来（思维动起来、手动起来）。在教学中，课程第一章中机构的知识得到了运用与提升，同时本学习单元内容也为后续常用机构的学习垫定了基础。 三、教学目标 、知识目标：1（1）、熟悉高、低副接触的运动特点和四杆机构的组成条件。（2）、掌握铰链四杆机构类型及其判定条件，了解其应用。 2、能力目标： （1）、课前预习并分小组制作铰链四杆机构模型，课后运用所学知识分析存在的问题，改进模型。 （2）、能够判断四杆机构是否存在曲柄，并能够根据已知条件确定四杆机构的形式。 3、情感目标： （1）、培养学生细心观察、分析问题及灵活运用所学知识解决问题的能力。 （2）、通过小组做模型，使学生养成学以致用，大胆实践的精神，同时增强同学间的团队协作意识。 四、教学重难点 教学重点：铰链四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆机构类型的确定。 教学难点：铰链四杆机构类型判定条件的应用。 教学关键：杆件的长度、位置与铰链四杆机构类型的关系 突破：做模型、动画、课件 五、教学准备 1、学生准备 （1）、知识储备：掌握运动副、构件、铰链四杆机构的组成等知识；具备初步分析机构运动特点能力。 （2）、预习新课，并在课前试做铰链四杆机构。 2、教师准备 （1）、准备制作铰链四杆机构的材料、课件、动画、教案、教学载体。 第8章 四杆机构设计补充题 1 图示四杆机构中，已知：L BC =50mm, L DC =35mm, L AD =30mm, 试问：(１)．若此机构为曲柄摇杆机构，且ＡＢ杆为曲柄， L ＡＢ最大值 为多少？ (２)．若此机构为双曲柄机构， L ＡＢ最大值为多少？其取值范围？(３)．若此机构为双摇杆机构， L ＡＢ最大值为多少？其取值范围？(４)．若 L ＡＢ＝１５ｍｍ该机构的行程速比系数Ｋ＝？θ＝？ 最小传动角γ ｍｉｎ＝？（用作图法在图上量取） 2 试根据铰链四杆机构的演化原理，由曲柄存在条件推导图示偏置导杆机构成为转动导杆机 构的条件。 3在图示的导杆机构中，已知L AB =40mm ，试问： （1）若机构成为摆动导杆机构时，的L AC 的最小值为多少？ （2）AB 为原动件时，机构的传动角γ为多大？ （3）若L AC =50mm ，L AB 的最小值为多少？ （4）该机构的极位夹角θ。(在b 图上画) A C D c 题1图 题2图 （a ）图 3 试设计一脚踏轧棉机的曲柄四杆机构 ，如要求踏板CD 能离开水平位置上下各摆 10°，且mm l CD 500=，mm l AD 1000=，试求:：BC AB l l ,。 4 设计一铰链四杆机构，已知其摇杆的长度L CD =75mm , 行程速比系数K=1. 5 , 机架 L AD =100mm ，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角φ=45 °。求曲柄 L AB 的长度和连杆L BC 的长度。 5设计一铰链四杆机构，已知其摇杆的长度L CD =150mm , 行程速 比系数K=1 , 摇杆的一个极限位置与机架的间的角度Φ'=30 ° Φ " = 90 ° ，求曲柄的长度 L AB 和连杆的长度L BC 6设计一曲并滑块机构。已知滑块的行程速比系K=1.5，滑块的冲程 L C1C2 =50mm ，导路的偏距e=20mm ，求曲柄 L AB 的长度和连杆L BC 的长度。 ] 7 如图所示，设已知碎矿机的行程速比系数K=1.25 ，颚板长度L CD =300mm ] 颚板摆角 φ=35°，曲柄长度 L CD 的长度，并验算最小传动 C 1 C 2 题3图 题4图 题6示意图 B C φ" 题5图 A B C D B 2 C 2 B 1 C 1 Ⅰ Ⅱ 图解法设计平面四杆机构 3.4.1按连杆位置设计四杆机构 1.给定连杆的三个位置 给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐图解过程。 ：：1：：：：2：： 2.给定连杆的两个位置 给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。 ①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。 ②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。连接A B1、C1D、B1C1、 A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。 ③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度, 由于A点可任意选取，所以有无穷解。在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。 例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长和两个位置B1C1、B2C2.。要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。若想对答案请点击例题祥解 3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构 1.设计曲柄摇杆机构 按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？ 2.设计曲柄摆动导杆机构 教材分析： 本课题选自李世维主编、高等教育出版社出版的中等职业教育国家规划教材《机械基础》（机械类）第6章“常用机构”中“§6-1 平面连杆机构”的内容。本节课内容主要介绍的铰链四杆机构的实际应用及特点。 学情分析： 中职生文化基础差、学习能力较弱、学习的主动性不强，这是一个不争的事实，也是一个普遍的现实问题，但他们对新事物有较强的好奇心，善于联想，从这一现状出发，教学中应以调动学生学习积极性为出发点，以生活中的实例为教学模型，扩散思维，归纳总结来组织教学，让学生在发现问题，解释问题的思索中提高对本课程的学习兴趣，不断积累专业知识，并能活学活用，理论联系实践。 教学目标： 1. 知识目标 （1）掌握铰链四杆机构的特点和应用实例； （2）了解铰链四杆机构的急回特性及应用实例； （3）掌握铰链四杆机构的死点位置及应用实例。 2. 能力目标 培养学生理论联系实际的能力，从生活中，从身边去挖掘教学模型，学以致用。 3. 情感目标 培养学生口头表达能力，如何去欣赏别人的优点，如何去肯定别人，从而培养团队意识，合作意识。 教学重点：1．铰链四杆机构的急回特性 2．铰链四杆机构的死点位置。 教学难点：极位夹角和摆角的画法。 课时安排：2课时 教学手段：利用多媒体辅助教学 教学方法：情景教学、启发引导、讲练结合 学法指导：教法与学法室相辅相成的，教法直接影响学生对知识点掌握和能力的提高，而学法指导是学生智力发展目标得以实现的重要途径。 教学过程： （一）新课导入教学模型实物展示，多媒体展示汽车雨刮器动画，雷达天线俯仰机构动画，引出新课 （二）新课讲授： 一、铰链四杆机构的应用 1、曲柄摇杆机构 两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图所示，曲柄AB为主动件，并作等速运动。从动摇杆CD将在弧C1C2范围内作变速往复摆动，C1、C2两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。 （1）曲柄摇杆机构能将曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动。 曲柄主动，摇杆从动。如剪刀机、筛砂机、搅拌机以及碎石机等，都可以连续的工作。 （2）曲柄摇杆机构，除可将曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动外，也可以使摇杆的摆动转换成曲柄的整周回转运动。 第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1. 平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2. 在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3. 在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4. 在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5. 在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6. 某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7. 对心曲柄滑块机构无急回特性。 8. 平行四边形机构的极位夹角V -. θ0 ________ ,行程速比系数K= ___ 。 9. 对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10. 机构处于死点时，其传动角等于丄。 11. 在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角：■ =____ 。 12. 曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13. 组成平面连杆机构至少需要4个构件。 二、判断题： 14. 平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15. 在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16. 平面连杆机构中，极位夹角二越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17. 有死点的机构不能产生运动。（×） 18. 曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19. 双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20. 平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21. 在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√ ） 22. 机构运转时，压力角是变化的。（√ ） 三、选择题： 课题：平面连杆机构应用及特点 教材分析： 本课题选自世维主编、高等教育出版的中等职业教育国家规划教材《机械基础》（机械类）第6章“常用机构”中“§6-1 平面连杆机构”的容。本节课容主要介绍的铰链四杆机构的实际应用及特点。 学情分析： 中职生文化基础差、学习能力较弱、学习的主动性不强，这是一个不争的事实，也是一个普遍的现实问题，但他们对新事物有较强的好奇心，善于联想，从这一现状出发，教学中应以调动学生学习积极性为出发点，以生活中的实例为教学模型，扩散思维，归纳总结来组织教学，让学生在发现问题，解释问题的思索中提高对本课程的学习兴趣，不断积累专业知识，并能活学活用，理论联系实践。教学目标： 1. 知识目标 （1）掌握铰链四杆机构的特点和应用实例； （2）了解铰链四杆机构的急回特性及应用实例； （3）掌握铰链四杆机构的死点位置及应用实例。 2. 能力目标 培养学生理论联系实际的能力，从生活中，从身边去挖掘教学模型，学以致用。 3. 情感目标 培养学生口头表达能力，如何去欣赏别人的优点，如何去肯定别人，从而培养团队意识，合作意识。 教学重点：1．铰链四杆机构的急回特性 2．铰链四杆机构的死点位置。 教学难点：极位夹角和摆角的画法。 课时安排：2课时 教学手段：利用多媒体辅助教学 教学方法：情景教学、启发引导、讲练结合 学法指导：教法与学法室相辅相成的，教法直接影响学生对知识点掌握和能力的提高，而学法指导是学生智力发展目标得以实现的重要途径。 教学过程： （一）新课导入教学模型实物展示，多媒体展示汽车雨刮器动画，雷达天线俯仰机构动画，引出新课 （二）新课讲授： 一、铰链四杆机构的应用 1、曲柄摇杆机构 两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图所示，曲柄AB为主动件，并作等速运动。从动摇杆CD将在弧C1C2围作变速往复摆动，C1、C2两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。 3.4 图解法设计平面四杆机构 3.4.1按连杆位置设计四杆机构 1.给定连杆的三个位置 给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐？图解过程。 ：：1：： 2.给定连杆的两个位置 给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。 ①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。 ②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。连接A B1、C1D、B1C1、A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。 ③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度, 由于A点可任意选取，所以有无穷解。在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。 例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长0.5m和两个位置B1C1、B2C2.。要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。若想对答案请点击例题祥解 3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构 1.设计曲柄摇杆机构 按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？ 2.设计曲柄摆动导杆机构 已知机架长度l4和速度变化系数K，设计曲柄导杆机构。 ①求出极位夹角 ②根据导杆摆角ψ等于曲柄极位夹角θ，任选一点C后可找出导杆两极限C m、C n。 ③作∠M C N的角评分线，取C A＝，得到A点，过A点作C m和C n的垂线B1和B2两点， A B1（或A B2）即为曲柄。测量A B1。求出曲柄长度。 例设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块行程H=88m m，偏心距e=44m m，速度变化系数K=1.4。 自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。 平面四杆机构的设计与运动分析M代码平面四杆机构的设计M代码---- A=[cos(50*pi/180),cos((50-35)*pi/180),1;cos(75*pi/180),cos((75-80)*pi/180),1;cos(105*pi/180), cos((105-125)*pi/180),1]; B=[cos(35*pi/180);cos(80*pi/180);cos(125*pi/180)]; P=A\B m= P(1) n=-m/ P(2) l=sqrt(m^2+n^2+1-2*n*P(3)) 运行设计结果显示: 平面四杆机构的运动分析M代码---- %参数赋值 clc,clear l0=1.2512; l1=1.0; l2=1.5829; l3=1.5815; M=-1; Omiga1=10; Theta1=0:0.01:360; Theta1=Theta1*pi/180; %求解各个构件位移、速度、加速度 A=2*l1*l2*sin(Theta1); B=2*l2*(l1*cos(Theta1)-l0); C=l1^2+l2^2+l0^2-l3^2-2*l1*l0*cos(Theta1); E=2*l1*l3*sin(Theta1); F=2*l3*(l1*cos(Theta1)-l0); G=l2^2-l1^2-l3^2-l0^2+2*l1*l0*cos(Theta1); Theta3=2*atan((E+M*sqrt(E.^2+ F.^2- G.^2))./(F-G)); Theta2=2*atan((A+M*sqrt(A.^2+B.^2-C.^2))./(B-C)); Omiga2=Omiga1*l1*sin(Theta1-Theta3)./(l2*sin(Theta3-Theta2)); Omiga3=Omiga1*l1*sin(Theta1-Theta2)./(l3*sin(Theta3-Theta2)); Alfa3=(Omiga1^2*l1*cos(Theta1-Theta2)+Omiga2.^2*l2-Omiga3.^2*l3.*cos(Theta3-Theta2))./ (l3*sin(Theta3-Theta2)); Alfa2=(-Omiga1^2*l1*cos(Theta1-Theta3)+Omiga3.^2*l3-Omiga2.^2*l2.*cos(Theta2-Theta3))./ (l2*sin(Theta2-Theta3)); %绘图 Theta1=Theta1*180/pi; Subplot(3,1,1) plot(Theta1,Theta3*180/pi),grid on xlabel('曲柄转角(^。) ');ylabel('CD杆角位移(^。) '); Subplot(3,1,2) plot(Theta1,Omiga3),grid on xlabel('曲柄转角(^。) ');ylabel('CD杆角速度(rad/s) '); Subplot(3,1,3) plot(Theta1,Alfa3),grid on xlabel('曲柄转角(^。) ');ylabel('CD杆角加速度(rad/s^2) '); by Xu jianping 《铰链四杆机构的类型及判定》教学设计 一、教学设计思路 本着以学生能力培养为本位，尊重学生的认知规律和职业成长规律，结合所教学生的实际情况（中职学生好动），在本次课堂教学中以铰链四杆机构的真实工作情境导入教学内容，提出本次课的工作任务，并以教学载体为主线组织教学，完成工作任务。学生课前做模型，老师评，课后按所学新知改进模型，体现“做中学，学中做”的教学思路。通过解析教学载体，使学生掌握知识点，培养学生的动手能力、协作能力。 二、教材分析： 本课内容选自中等职业教育国家规划教材《机械基础》第六章第二节。本教材前面五章的内容都是机械零件的静止运动，常用机构的教学内容需构建运动的思维，是一个由静向动的变化过程，学生应动起来（思维动起来、手动起来）。在教学中，课程第一章中机构的知识得到了运用与提升，同时本学习单元内容也为后续常用机构的学习垫定了基础。 三、教学目标 1、知识目标： （1）、熟悉高、低副接触的运动特点和四杆机构的组成条件。 （2）、掌握铰链四杆机构类型及其判定条件，了解其应用。 2、能力目标： （1）、课前预习并分小组制作铰链四杆机构模型，课后运用所学知识分析存在的问题，改进模型。 （2）、能够判断四杆机构是否存在曲柄，并能够根据已知条件确定四杆机构的形式。 3、情感目标： （1）、培养学生细心观察、分析问题及灵活运用所学知识解决问题的能力。 （2）、通过小组做模型，使学生养成学以致用，大胆实践的精神，同时增强同学间的团队协作意识。 四、教学重难点 教学重点：铰链四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆机构类型的确定。 教学难点：铰链四杆机构类型判定条件的应用。 教学关键：杆件的长度、位置与铰链四杆机构类型的关系 突破：做模型、动画、课件 五、教学准备 1、学生准备 （1）、知识储备：掌握运动副、构件、铰链四杆机构的组成等知识；具备初步分析机构运动特点能力。 （2）、预习新课，并在课前试做铰链四杆机构。 2、教师准备 （1）、准备制作铰链四杆机构的材料、课件、动画、教案、教学载体。 （2）、教学方法：讲授法、任务设计法、案例教学法（以教学载体为主线）、小组协作法。 （3）、教学资源：多媒体课件、投影仪、黑板、动画、机构模型 《平面四杆机构的基本特性》说课稿 机电工程系刘楠楠 一、教材的地位与作用 《机械设计基础》是机械设计制造及其自动化专业近机类专业的一门主要专业课。本课程主要介绍一般机械中的常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法，同时扼要的介绍与本课程有关的国家标准和规范。在教学过程中综合运用先修课程中有关的知识与技能。本课程在培养学生的机械综合和设计能力及创新能力所需的知识结构中，占有十分重要的地位，为学生的日后工作打下良好的基础。 本节课是选自机械工业出版社出版的《机械设计基础》第十一章第二节的内容。主要介绍平面四杆机构的基本特性——运动特性及传力特性。它即是上节平面四杆机构概述知识点的进一步强化，又为即将学习的平面四杆机构设计的奠定理论基础，是这一章中具有承上启下作用的一节。把平面四杆机构的基本特性讲清讲透，有助于开发和培养学生综合分析、运用机械的能力。 二、教材的处理 这节课教材上的内容包括：平面四杆机构中曲柄存在的条件、平面四杆机构的运动特性及传力特性三方面的内容。为了使课程内容更具连贯性，使学生的思路更顺畅，进一步发挥其分析问题的能力，我们把第一个内容调整到上节课中讲授完毕。即：上次课学习的《概述》中，包括四杆机构的基本形式、四杆机构的演化两方面的内容。我们在学习完四杆机构的基本形式后，设问：以上学习的三种基本类型是根据什么进行分类的？怎样分类的？四杆机构具备曲柄的条件什么？直接引入到曲柄存在得条件（教材上第二节课的内容）。 本节课的内容就调整为两项：平面四杆机构的运动特性和传力特性。 三、教学目标的确定 根据本节课的教学内容和教学大纲的要求，结合学生现有的知识水平和他们的学习特点及认知能力，确定本节课得教学目标： 知识目标：使学生理解并掌握行程速度变化系数K、急回特性、极位夹角、传动角、压力角、死点位置等概念， 能力目标：通过讲、练结合，使学生能够运用所学致用，能熟练通过作图确定和求出四杆机构的极限位置、极位夹角、最小传动角（最大压力角）和死点位置。 情感目标：进一步培养学生的专业兴趣，引导和发觉其勤于思考、善于思考的能力，逐步养成做事一丝不苟、精益求精的良好习惯，为以后的工作打下良好的基础。 四、教学重点和难点的确定 《机械设计基础》这门课中的知识都是与生活、生产中的实际有着密切联系的。特别是平面四杆机构这部分知识，在生活中有很多应用（比如牛头刨床的主体运动机构、缝纫机的踏板机构、机车车轮的联动机构等）。因此，理解并掌握四杆机构的运动特性及传力特性，是至关重要的。在掌握的这些基本特性的同时，能够熟练的确定四杆机构是否有急回特性、最小压力角（最大传动角）的位置在哪，何时会出现死点位置，这些对指导实际的生产具有现实得指导意义。 因此确定去定本节课的重点为：四杆机构的运动特性和传力特性的基本概念的理解。难点为：四杆机构基本特性的的应用。 课时授课计划 第5次课 【教学课题】：§3-4 平面四杆机构的工作特性 【教学目的】：掌握平面四杆机构的基本特性，基本术语。【教学重点及处理方法】：平面四杆机构的基本特性，基本术 语。 处理方法：结合图详细讲解。 【教学难点及处理方法】：基本术语及含义。 处理方法：比较讲解。 【教学方法】: 讲授法 【教具】：三角板 【时间分配】：引入新课5min 新课80 min 小结、作业5min 第五次课 【提示启发引出新课】 在设计平面四杆机构时，通常需要考虑其工作特性，因为这些特性不仅能影响机构的运动性质和传力情况，而且还是一些机构的主要设计依据。 【新课内容】 §3-4平面四杆机构的几个工作特性 一、急回特性和行程速比系数 1、急回特性：在工程中，要求从动件在工作时的速度慢些，在空行程时速度快些，以缩短非工作时间，提高生产率。 当AB 由AB 1转至AB 2 ，摇杆CD 由C 1D 转至C 2D ，设所需时间t 1,则C 的平均速度为1211t c c V = ，当AB 继续由AB 2转至AB 1 ， 摇杆CD 由C 2D 转至C 1D ，设所需时间t 2,则C 的平均速度为 2212t c c V = ，由于θ?θ?-=>+=020*******，则2121v v t t <>，则。该机构具有急回特性。 2、行程速比系数 机构的急回程度用k 表示，设 k 为行程速比系数。 根据以上分析可得 由以上知，连杆机构有无急回特性取决于极位夹角θ。θ越大，k 越大,急回程度越大；θ=0，k=1,机构无急回特性。因此，k 表示急回运动的特性。 在设计具有急回特性的机构时，通常给定k ，求出极位夹角θ。于是有 01801 1?+-=k k θ。 二、压力角、传动角 实际使用的机构，不仅要求实现预期的运动，而且要求传动时轻便省力、效率高等良好的传力性能。因此，要对机构的传力情况进行分 析。 * 。 《机械基础》 铰链四杆机构的基本性质 教案 ' 、 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： { 电话： ' 年月 第二节《铰链四杆机构的基本性质》 教案 · 教学过程： 一、复习有关内容（6分钟）： 1.铰链四杆机构有三种基本形式，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 2.曲柄：与机架用转动副相连并能绕着该转动副作连续整周旋转运动的构件。 2.摇杆：与机架用转动副相连并能绕着该转动副作往复摆动的构件。 3.、 4.曲柄摇杆机构：一连架杆为曲柄、另一连架杆为摇杆的铰链四杆机构，其中曲柄作连续整周旋转运动，摇杆在一定范围内作往复摆动。 5.双曲柄机构：两连架杆都为曲柄的铰链四杆机构，其中两曲柄都作连续整周旋转运动。 6.双摇杆机构：两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构，其中两摇杆都在一定范围内作往复摆动。 二、导入新课（4分钟）： 通过曲柄摇杆机构的动画模拟其两共线位置，设疑提问，引导学生思考曲柄的存在必须 满足一定的条件（设置悬念）。 ; 三、讲授新课（33分钟）： （一）曲柄存在的条件： 1.已知：AB=a，BC=b，CD=c，AD=d,如图5-17所示，进行详细分析。 2.第一次共线时：AC1D构成一个三角形，有两边之和大于第三边。 ) 即：b－a+c＞d a+d＜b+c； b－a+d＞c a+c＜b+d. 3.第二次共线时：AC2D构成一个三角形，有两边之和大于第三边。 【 即：a+b＜c+d. 4、考虑到两次共线正好四杆都重合成一直线，有： （1）a+d≤b+c； （2）a+c≤b+d； （3）a+b≤c+d. 】 5.分析思考以上三式得出结论： （1）a是最短杆； （2）b、c、d中有一杆为最长杆； （3）三式中必然有一式是：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 《 6.得出推论，即曲柄存在的条件是： 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不大于其余两杆的长度之和。 7. 根据曲柄存在的条件，可以推论出铰链四件机构的三种基本类型的判别方法： ~ 若满足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： 最短杆为连架杆→构成曲柄摇杆机构 最短杆为机架→构成双曲柄机构 最短杆为连杆→构成双摇杆机构 | （二）急回特性 1. 定义：曲柄摇杆机构中，曲柄作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度（即V2＞V1），这种性质称为机构的急回特性。 根据上图中曲柄摇杆机构中，曲柄AB为等角速度w顺时针回转，自AB1 回转到AB2即转过角度Ψ1时，摇杆CD自CD1摆动到C2Ｄ，摆动角度为Ψ，设C点的平均线速度为V 1，所需时间为t1；当曲柄AB继续由AB2回转到AB1，转过角度Ψ2时，CD自CD2摆回到C1D，摆角仍为Ψ，设C点的平均线速度为V2，时间为t2,由图不难看出，Ψ1>Ψ2、所以t1> t2,即 第三章 平面连杆机构及其设计 1、如图示的铰链四杆机构中，AD 为机架，AB a ==35 mm ，CD c ==50 mm ，30==d AD mm ，问BC b =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？ 2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？ （1） （2） （3） （4） 5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ， 50=AD l mm 。 （1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄； （2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围； （3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。 6、图示为开关的分合闸机构。已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。试回答： （1）该机构属于何种类型的机构； （2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ； （3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？ 7、试设计一曲柄摇杆机构。设摇杆两极限位置分别为4090,15021===CD l ； ??mm ，50=AD l mm 。求AB l 、BC l 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。 （用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程） 8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD 的长度l CD =150mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度 903021==??，，机 构的行程速比系数K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。 10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K =1.5，滑块的行程10021=C C l mm ，导路的偏距20=e mm 。 （1）用作图法确定曲柄长度l AB 和连杆长度l BC ； （2）若滑块从点C 1至C 2为工作行程方向，试确定曲柄的合理转向； （3）用作图法确定滑块工作行程和空回行程时的最大压力角。 平面四杆机构的工作特性 【教学目的】：掌握平面四杆机构的基本特性，基本术语。 【教学重点及处理方法】：平面四杆机构的基本特性，基本术语。 处理方法：结合图详细讲解。 【教学难点及处理方法】：基本术语及含义。 处理方法：比较讲解。 【教学方法】:讲授法 【教具】：三角板 【时间分配】：引入新课5min 新课80min 小结、作业5min 第五次课 【提示启发引出新课】 在设计平面四杆机构时，通常需要考虑其工作特性，因为这些特性不仅能影响机构的运动性质和传力情况，而且还是一些机构的主要设计依据。 【新课内容】 §3-4平面四杆机构的几个工作特性 1提高生产率。 当AB 由AB 1转至AB 2，摇杆CD 由C 1D 转至C 2D ，设所需时间t 1,则C 的平均速度为，当AB 继续由 AB 2转至AB 1，摇杆CD 由C 2D 转至C 1D ，设所需时间t 2,则C 的平均速度为 ，由于 1 211t c c V =2 2 12t c c V = ，则。该机构具有 急回特性。 2、行程速比系数 机构的急回程度用k 表示，设 k 为行程速比系数。 根据以上分析可得 由以上知，连杆机构有无急回特性取决于极位夹角 。越大，k 越大,急回程度越大；=0，k=1,机构 无急回特性。因此，k 表示急回运动的特性。 在设计具有急回特性的机构时，通常给定k ，求出极位夹角。于是有。 二、压力角、传动角 实际使用的机构，不仅要求实现预期的运动，而且要求传动时轻便省力、效率高等良好的传力性能。 θ ?θ?-=>+=02011801802121v v t t <>，则度 从动件工作行程平均速度 从动件空回行程平均速== 12v v k θθ??++= ====0021211 2 122 112180180t t t C C t C C v v k θθθθ01801 1?+-=k k θ四杆机构的工作特性
平面连杆机构及其设计(参考答案)
山东理工大学械原理考试原题目——四杆机构的设计
完整word版铰链四杆机构教学设计
第8章 四杆机构设计习题
图解法设计平面四杆机构
平面四杆机构特点及应用
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16平面四杆机构特点及应用
(完整版)图解法设计平面四杆机构
平面四杆机构的设计与运动分析Matlab代码
铰链四杆机构教学设计
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山东理工大学机械原理考试原题目——四杆机构的设计
四杆机构的工作特性