铰链四杆机构的基本性质
铰链四杆机构的基本性质
（ A ）2.图示曲柄摇
杆机构，该机 构的行程速比 系数k为多少？
A）k=1 B）k>1 C）k=0 D）k<1
三、计算
如图所示，θ=30°，该机构的急回特性
系数k为多少？
空回行程
解： k= 180º+θ
180º-θ
工作行程 C
C1
C2
a≤b a≤c a≤d
C C2
ψ D
分析：
a+d≤b+c
a≤b
C1
a+c≤b+d
a≤c
a+b≤c+d
a≤d
θ
？最短杆为何杆 AB 。 B
B2
ω
φ1 A
？AB杆为何构件 连架杆 。
φ2
？四根杆长度之间有何大小关系。
C C2
ψ D
2、结论
（1）曲柄存在的条件
①连架杆与机架中必有一个是最短杆；
②最短杆与最长杆长度之和必小于 或等于其余两杆长度之和。
一铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其判断方法二急回特性lminlmaxl1l2最短杆为连架杆曲柄摇杆机构最短杆为机架双曲柄机构最短杆为连杆双摇杆机构双摇杆机构yesnok180?180??作业
铰链四杆机构的基本性质
想一想
铰链四杆机构有哪三种类型?
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
右图为何机构？
一、曲柄存在的条件
作业：
如图铰链四杆机构中，
C 120
以不同的杆件作机架，
D
得到何种类型？ 150 130
以AB杆为机架，得双曲柄机构 。
4.铰链四杆机构
90-
E l4
A B2
D
B1
以A为圆心，AC1为 半径作圆弧交A与 E，平分EC2得曲柄 长度 AB 。再以A 为圆心， AB为 半径作圆，交C1A 的延长线和C2A于 B1和B2，连杆长度
B C B 1C 1B 2C 2 .
THANKS
设计要求：
min
曲柄摇杆机构，以曲柄为原动件时，其 最小传动角发生在曲柄与机架两次共线 位置之一。
C
min
B
A
D
9.2 铰链四杆机构的基本性质
3.死点状态
机构传动角
为死点位置。
0（即
90）的位置称
机构处于死点位置，从动 件会出现卡死（机构自锁） 或运动方向不确定的现象。
措施和应用
9.3平面四杆机构的设计
机构无急回特性。
若在设计机构时 先给定K值，则 :
180 K1
K1
在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩 短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
2.压力角与传动角
Fn
F
Ft vC
压力角：从动件 受力方向与受力 点线速度方向之 间所夹的锐角。
传动角:压力角的 余角即连杆与从 动件间所夹的锐 角。
FnFsin Ft Fcos
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
Fn
F
Ft vC
在连杆机构中，为度 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角(传 动角)检验机构的传 力性能。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构 出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也 是检验其传力性能的关键位置。
铰链四杆机构的基本性质(急回特性)
急回特性还可以改善机构的受力 状况，减小机构在空回行程中的 冲击和振动，提高机构的稳定性
和可靠性。
对未来研究的展望
01
虽然铰链四杆机构的急回特性已经得到了广泛的研究和应用，但仍有许多问题 需要进一步探讨。
02
如何优化机构的急回特性，提高机构的工作效率和稳定性，是未来研究的一个 重要方向。
03
降低噪音和振动
通过合理设计，利用急回特性可以降低机械运动过程中的噪音和振 动。
提高机械效率
合理利用急回特性可以提高机械效率，减少能量损失。
在其他领域的应用
机器人学
在机器人学中，急回特性也被广泛应用，以提高 机器人的运动效率。
车辆工程
在车辆工程中，利用急回特性可以提高车辆的动 力性能和燃油经济性。
航空航天
回特性的程度。
急回特性的产生与机构的杆长、曲柄长 度、连杆长度以及转动副半径等因素有 关，这些因素的综合作用决定了机构急
回特性的表现。
PART 02
铰链四杆机构的基本性质
REPORTING
WENKU DESIGN
曲柄摇杆机构
定义
01
曲柄摇杆机构是一种具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。
运动特性
在航空航天领域，急回特性也被广泛应用于各种 飞行器的设计和优化中。
PART 05
结论
REPORTING
WENKU DESIGN
总结急回特性的重要性
急回特性是铰链四杆机构的一个 重要特性，它对于机构的工作性
能和运动特性具有重要影响。
急回特性的存在可以缩短空回行 程时间，提高机构的工作效率， 对于需要快速响应的机械系统尤
曲柄作主动件
曲柄作为主动件时，机构具有急回特 性。
铰链四杆机构基本形式和特性
3.４ 铰链四杆机构类型判别
３、案例分析
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度 分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别以
AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？（板书）
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
3.1 铰链四杆机构的类型
平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四 杆机构。如：脚踏式脱粒机
脚踏式脱粒机
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3.1 铰链四杆机构的类型
二、铰链四杆机构组成
（1）机架：机构中固定不动的构件。 （2）连架杆：与机架连接的构架。
曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 （3）连杆：不直接与机架相连的构件。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲
柄共线时，机构的传动角γ＝0°，此时主动件CD 通过连杆 作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了 不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位
置或死点。
缝纫机的脚踏机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(3)克服死点的方法
（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。 （2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。 （3）采用相同的机构错位排列。
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
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3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件
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连杆机构-4.铰链四杆机构
9.3平面四杆机构的设计
设计类型 ：
1.实现给定的运动规律：给定行程速 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上 某点沿着给定轨迹运动等。
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 型，确定机构中各构件的尺寸参数。
设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
1.急回特性 :
—摇杆的摆角， —极位夹角。
为描述从动摇杆的急 回特性，在此引入行
K = 180 +
程速比系数 K，即：
180 -
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大
小取决于极位夹角 ，角越大，K值越大，急回运动 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 0 ，K=1 ，
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有
急回特性
的四杆机
构，关键
是要抓住
机构处于
极限位置
时的几何
关系，必
要时还应
考虑其他
辅助条件。
例：已知摇杆长度L=100，摆角 =50 和行程速比
系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
解：由给定的行程速比系 数求出极位夹角 :
180 K1
K1
=
30
C1
Fn Fsin Ft Fcos
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
Fn
F
Ft vC
在连杆机构中，为度 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角(传 动角)检验机构的传 力性能。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构 出现最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置，也 是检验其传力性能的关键位置。
铰链四杆机构的基本性质(教案)
铰链四杆机构的基本性质教案授课日期课时1学时授课班级2011综高（3）任课教师朱根东课题§ 7—3 铰链四杆机构的基本性质教学目的掌握铰链四杆机构的基本性质重点难点铰链四杆机构三种基本类型的判别方法课的类型新课教具四杆机构模型、挂图、课件教学方法启发式讲解、演示教学环节教学内容调控与活动组织教学观察出席情况，做好课前准备复习提问1、什么是平面连杆机构？2、什么是铰链四杆机构？3、铰链四杆机构的基本类型及定义？学生回答、重点部分重述、实物演示（10分钟）导入新内容四杆机构为什么会有那样三种基本类型？通过学习下一节，四杆机构的基本性质便可得知启发提问讲述新课重述结论§7—3 铰链四杆机构的基本性质一、曲柄存在的条件强调曲柄能作整周圆周运动的重要性（在实际生产中用电机带动）a+b≤b+c由三角形任意两边和大于第三边推导出a+c≤b+da+b≤c+d整理上式得：a≤b a≤c a≤d由此得：（△）※铰链四杆机构中曲柄存在的条件：（△）（1）、连架杆与机架中必有一个是最短杆；（△）（2）、最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。
强调：上述两条件必同时满足，否则铰链四杆机构中无曲柄存在。
（△）※根据曲柄存在条件，推出重要结论。
（△）铰链四杆机构三种基本类型的判别方法：（△）⑴若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和则：（△）①取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构；（35分钟）课件或挂图展示通过诱导启发得出结论四杆机构实物演示语气强调此结论（△）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。
（△）⑵若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。
（△）二、急回特性（△）1、急回特性的推出：由挂图讲解摆过两个极限位置时曲柄转过的角度之差；曲柄由AB2转过角度φ1摇杆由C1D摆到C2D（两极限位置）摆过的角度ψ，设C的平均速度为V1所需要时间为t1；曲柄由AB2回到AB1转过角度φ2摇杆CD自C2D回到C1D，角度仍为ψ设C 的平均速度为V2，所需要的时间为t2，由图不难看出φ1＞φ2, t1＞t2即得V2＞V1，实际应用V1为工作行程，V2为空程。
“铰链四杆机构的基本性质”之教学探讨
“铰链四杆机构的基本性质”之教学探讨作者：李铭来源：《科学与财富》2017年第23期传统的教学方法是就书本而书本，因枯燥无味，使学生产生了厌学情绪。
针对这种情况，本人在担任《机械设计基础》课程教学工作多年的时间里，不断总结，发现了一些好的教学办法，取得了良好的课堂效果，非常受学生们的欢迎。
现简单介绍一下《机械设计基础》课程中的“铰链四杆机构的基本性质”一节新的教学方法。
一、教材分析1、地位作用本节课是《机械设计基础》课程的重要知识点，是“平面四连杆机构”的核心，也是对铰链四连杆机构的进一步理解和认识。
这些基本机构是四杆机构设计和分析的基础，将越来越多的被应用于自动化操作及工程运输机械中，也会为学生在今后工作中的创新发展打下良好的基础。
2、教学目标知识目标：1）掌握并运用曲柄存在的条件，判断铰链四连杆机构的类型；2）掌握急回特性，行程速比系数的含义；3）掌握死点产生的条件及应用。
能力目标：1）培养学生观察、分析及综合归纳能力；2）培养学生主动探索、协作学习的能力。
思想目标：培养学生对学习活动的情感偏好，主动参与的意识和科学、严谨、细致的工作作风，使学生树立辩证唯物主义的世界观和方法论。
3、重点难点由曲柄是否存在条件来判断出机构的类型是本节课的重点。
急回特性原理分析、行程速比系数的影响因素，都要求学生有严谨细致的抽象思维能力，是本节课的难点。
4、教材处理本着突出重点和突破难点的原则，我对教材做了如下处理：（1）通过平面四连杆机构教具直观演示与生产实践相结合的方法，引导学生循序渐进、步步深入。
通过观察、分析、归纳、总结，得到曲柄存在的条件、急回特性和死点产生的原因。
（2）为使急回特性产生的条件简单易懂，我还补充讲了急回特性系数这一概念。
二、教法设计主要采用直观演示和启发式教学方法，通过生产实例—创新问题情境—提出问题—探究验证—归纳总结—实践应用等环节，使学生顺利地掌握上述重点，消化难点并用“引导——激励”方式引导学生发现问题，激励学生解决问题。
铰链四杆机构说课稿
《铰链四杆机构的基本性质》说课稿冯殿红40岁，教龄20年，新安县职业高中机械专业课教师。
我的教学体会是：教师首先应唱好课堂教学这出重头戏，通过直观、启发、演示、电教等手段充分吸引、调动学生的求知欲，“抓住了学生，也就抓住了课堂”；教师应在生活上关心、体贴学生，做他们的良师益友。
一、说教材教材地位及作用：本节课选自全国技工学校机械类通用教材《机械基础》中的第五章第二节。
《机械基础》是机械专业的一门技术基础课，同时也是一门能直接用于指导生产的课程。
在整个教学计划中处于承上启下的地位。
铰链四杆机构不仅本身应用广泛，而且是平面四杆机构、多杆机构的基础，同时为以后如凸轮等机构的学习打下必要的基础，其教学成败直接关系到能否达到教学大纲所规定的培养目标。
本节课在学习了铰链四杆机构的基本类型及应用后，再进一步探索其基本性质即曲柄存在条件、急回特性及行程速比系数K、死点位置，为掌握其他形式的铰链机构打基础，为学习专业知识和今后利用机械原理进行技术革新提供理论指导。
（二）教学目标：根据本节课的内容、教学大纲的要求，参照学生现有知识水平和理解能力，确定本节课的教学目标为：1）知识目标：掌握和理解铰链四杆机构的曲柄存在条件；理解急回特性的概念、行程速比系数K的含义及死点问题的处理。
2）能力目标：培养学生的分析、观察、理解、思维和运用等能力。
3）情感目标：培养学生学习兴趣，养成爱动脑、勤思考的好习惯，培养学生正确的思维方法和学习方法，增加他们做一名有知识有能力的现代技术工人的信心。
（三）教学重点与难点：教学重点是曲柄的存在条件，因为只有准确把握了曲柄的存在条件，才能真正理解四杆机构的基本形式及其转化，理解通过改变某些构件的形状、相对长度或选择不同的构件作为机架得到的一些其他演化形式的机构，为今后对机械机构进行维护、技术创新等打下良好基础；次重点是急回特性，它用行程速比系数K表示，K对于设计、改造机构，提高机构的工作效率起着十分重要的作用；教学难点是急回特性，K与极位夹角θ有关，并且与铰链四杆机构的第三个基本性质死点位置也有关系，要运用物理中运动学、工程力学中力学性质等对这些问题进行分析和处理，对职业学校的学生来说确有一定的难度。
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《铰链四杆机构的基本性质》教案
铰链四杆机构的基本性质学科机械基础第七章第3节课题铰链四杆机构的基本性质授课时数 2 授课日期授课班级机电一体化教学目标与要
求1．通过分析曲柄摇杆机构的运动，使学生理解急回特性和死点位置的形成原因2．掌握行程速比系数K的含义及计算3．明确死点位置的含义教学重点和难
点重点：机构急回特性形成分析难点：急回特性形成分析死点位置的理解授课方法：（教具、挂图和多媒体）演示、讲授，再演示，再归纳讲授教具：曲柄摇杆机构教具、挂图和多媒体等执行后摘记 1．通过教具、挂图和多媒体演示，绝大数学生能较好掌握机构的急回特性性和死点位置2．在死点位置的理解上，主要是死点的克服问题，部分同学理解较慢，课后还需加强辅导教学内容、过程及教时分配第一节课一、提问：（两个同学）4分钟二、对上节课重点内容再次总结：（要求学生牢固掌握）3分钟三、导入新课：2分钟四、讲授新
课：36分钟 1.分析曲柄摇杆机构的运动：（5分钟） 2.归
纳：（7分钟） 3.急回特性形成原因：（10分钟） 4.提问：（2分钟） 5.归
纳：（3分钟） 6.行程速比系数K：（9分钟）
第二节课一、演示———发现死点位置5分钟二、死点位置产生的原因分析：（分析过程并提问）10分钟三、对死点位置的理解要点：22分钟四、内容小结：6分钟五、作业布置：2分钟复习旧课并导入新课提问并总结[提问]：1．什么是曲柄摇杆机构什么是双曲柄机构什么是双摇杆机构？2．判断下个铰链四杆机构的类型？[总结]：铰链四杆机构曲柄存在的条件是两点：a．连架杆与机架中必有一个是最短杆b．最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆之和如有曲柄存在，再根据最短杆与机架之间的关系，具体确定曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。
导入新课铰链四杆机构三种基本形式中，曲柄摇杆机构是最基本的。
这节课将通过分析曲柄摇杆机构的运动进一步研究铰链四杆机构的基本性质。
讲授新课第二节平面连杆机构一．急回特性和行程速比系数（板书）1、分析曲柄摇杆机构的运动：（板书）（反复演示曲柄摇杆机构的运动，注意当曲柄作主动件时，摇杆往复摆动的状况。
）[提问]：从演示中，你发现
了什么？2、归纳：（板书）a．能使用主动件曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复运动。
b．曲柄主动件，且作匀速转动时，摇杆摆向与曲柄转向相同时（工作行程）的摆动速度慢于摇杆摆向与曲柄转向相反时（空回行程）的摆动速度。
c．急回特性：主动件曲柄作等速转动，而摇杆空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度。
（机构为什么会形成急回特性，再用教具演示，及用挂图分析）。
3、急回特性形成原因：（板书）（用挂图1和多媒体分析）（图略）[分析]：（板书）（1）曲柄
AB 摇杆CD 位
置：AB1→AB2（工作行程）左极限C1D→右极限C2D 时间：
t1 时间：
t1 转角：φ1=1800 + θ摆角：ψ = C1C2转速：ω（等速）摆速：v1（平均）（2）位置：A B2→AB1（空回行程）右极限C2D→左极限
C1D 时间：t2 时间：t2 转角：φ2=1800 –θ摆角：ψ = C2C1 转速：ω（等速）摆速：v2（平均）∵φ1 ＞φ2∴ t1 ＞ t2 又∵C1C2 = C2C1 ∴ v2（平均）＞ v1（平均）形成原因：（板书）摇杆来回摆程相同而所时间不同，因此来回速度不同。
[提问]：从你的生产实习的经验中，你觉得急回特性有什么实际意义？[归纳]：（板书）：在一些机械中，利用机构的急回特性能缩短空行程时间，以提高工作效率。
（急回特性就是摇杆的空回行程平均速度大于工作行程的平均速度，如何来衡量这种空回行程与工作行程的快慢程度，引入行程速比系数概念）。
4、行程速比系数K：（板书）K = 空回行程平均速度v2 / 工作行程平均速度v1 = φ1/ φ2= 1800 + θ / 1800 –θ————（1）θ——极位夹角（主动件曲柄与连杆在两共线位置时的夹角）K值的大小反映了机构的急回特性。
K＞1，有急回特性。
K值愈大，回程愈快。
θ=0时，K=1，此时，该机构无急回特性。
由公式（1）变形得：θ = 1800K-1 / K+1 (已知K，可求得θ)————（2）第二节课（演示）：（上节课以曲柄摇杆机构的曲柄作主动件，分析了急回特性，现在以摇杆作主动件，机构运动状况如何有什么特性）由学生动手操作教具——发现死点由学生回想初学缝纫机的经验——卡死，不动，倒转说明机构确实存在死点[归纳] 三.死点位置（板书）1、死点位置的产生的原因（板书）（再次演示摇杆作主动件时，机构的运动状况，特别是注意连杆与曲柄出现两次共线时的情况）[归纳] （板书）：摇杆为主动件时能将摇杆的往复摆动转换为曲柄的回转运动。
（连杆与曲柄的两次共线时，摇杆CD通过连杆BC传给曲柄AB的力，其作用线必通过A点）[提问]：根据已学过的工程力学知识，这个力对A点的力矩等于多少？（由工程力学知识，该力对A点的力矩等于零，因此，曲柄AB不会转动，这时的位
置，就是死点位置）（对死点位置，我们必须明确以下几点）2、对死点位置的理解要点：（板书）①死点位置，就是连杆与从动件共线的位置②摇杆作主动件时，摇杆的两个极限文职，就是曲柄的两个死点位置③机构处于死点位置时，从动件和整个机构是静止不动（卡死，自锁）或产生不确定的现象（在死点位置B1，B2时，从动件正的方向可以顺时针转，也可以逆时针转）④死点位置有其不利的一面，也有其有利的一面。
（利用死点位置卡死性质，使机构具有自锁作用，如：飞机起落架等）⑤死点的克服：a.利用惯性使机构渡过死点。
（增加从动曲柄本身重量，或附加一转动惯量较大的飞轮）b.利用多组机构的死点错位。
（利用几组相同机构联动而又死点位置互相错位来克服死点）⑥死点位置在曲柄摇杆机构中存在，在双摇杆机构，曲柄滑块机构等中也存在。
3、小结：（板书）a.急回特性特点：★ 曲柄作主动件且等速转动，从动件有急回特性★ 用行程速比系数K = 1800 + θ / 1800 –θ 来表示急回特性的大小★ K＞1，有急回特性。
K=1，无急回特性。
b.死点位置要求：★ 摇杆作主动件，从动件（曲柄）与连杆处于共线的两个位置，就是死点位置。
★ 死点位置有利也有弊。
★ 可以通过惯性等方法使机构通过死点位置。
c.急回特性和死点位置除在曲柄摇杆机构中存在外，在铰链四杆机构的其他形式中也存在，因此，称它们为铰链四杆机构的基本性质。
4、作业：复习思考题1、2、3、4。