铰链四杆机构的演化形式
铰链四杆机构的演化及应用教学设计
铰链四杆机构的演化及应用教学设计铰链四杆机构的演化及应用教学设计作为一名教学工作者，通常会被要求编写教学设计，教学设计是一个系统化规划教学系统的过程。
那么优秀的教学设计是什么样的呢？以下是小编精心整理的铰链四杆机构的演化及应用教学设计，希望对大家有所帮助。
《平面连杆机构》是中等职业学校《机械基础》中的重要内容，《铰链四杆机构的演化及应用》是该章中的重点和难点。
铰链四杆机构是平面连杆机构中最为典型的机构，它可以演化为“曲柄滑块机构、导杆机构”，多年教学发现，学生的基础不同，虽然在学习“铰链四杆机构的演化过程及应用”知识时表现出的困难程度有差别，但由于缺乏直观经验，学生在学习过程中均会存在一定的难度！笔者针对现在所任教的单招学生教学对象，设计了一堂课堂教学并进行了实施，本文对教学中的成功与不足等方面进行教学反思，以在今后教学中有所借鉴，提高教学效果！教情、学情分析：任教学生为“单招班”学生，他们的文化基础与学习态度较不是太好。
本节课是一堂复习课，在第一轮新课教学中主要采取传统教学方法，因学生对“机构的应用”缺少感性认识，理解时表现出一定的难度。
本节课运用“多媒体”教学手段（更加直观）、采用“课堂自主—研究学习”的教学方法，力图使学生对本节内容的理解更加深入，掌握更加透彻！“教学目的”的制定：1、掌握铰链四杆机构的演化过程及演化机构的结构组成及运动原理（认知目标）；2、培养学生的观察能力、概括能力和自学能力，使他们能在实习或生产中解决相关的技术问题（能力目标）；3、激发学生学习兴趣，增进师生互动、交流、达到“教学相长”的效果，进行热爱专业的思想教育，培养学生理论联系实际地学习（情感目标）。
教学方法及手段的选择：本节课采取课堂自主——研究的教学方法，课前让学生先进行自学，课堂上教师对总的教学目标进行细化，在讲解每个知识点时，采用“引导教学法”代替传统的“填鸭式”，先示出引导问题，让每个学生通过思考解决问题，层层递进，逐个解决问题，然后教师对学生的思维进行总结、训练和拓展；为弥补学生想像能力的欠缺、增强学生学习的直观性，对铰链四杆机构的演化过程可采用flash软件制作课件，对演化机构的应用（结构组成和运动原理）可从Internet上搜索多种教学素材（录像、实物等），提高教学效果！教学过程如下：一、思维引入：1．铰链四杆机构三种基本类型及判断方式？2．急回特性判定及其应用意义？3．曲柄摇杆机构死点产生条件、位置、克服方法、应用？4．列举实际生产生活中三种典型铰链四杆机构的应用实例？还存在哪些其他形式的四杆机构？二、思维启发演绎：（一）曲柄滑块机构演化通过演示，让学生观察，分析曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的演化形式。
常用机构(四连杆机构)
D
C2
900 -
② 设计.
C1
机
械 设 计
—KK—-+111800 =
…
基 础
以 mL = …
平 面
作图.
B
连
杆 机
AC1=BC-AB
A
构
AC2=BC+AB
C
E
2
C2
900 -
O
y
AB = —A—C2—-A—C1—
D
2
BC = —A—C22—+A—C—1 曲柄摇杆机构 ABCD 为所求.
b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b
B
a
A
并可得: a<b 、 a<c 、 a<d .
b f
d
C
c
D
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。 (2)曲柄是最短杆。
机 曲柄存在的条件：
械 设
(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和
机 械
• 结构特点：四个运动副均为转动副
设 计
• 组成：机架、连杆、连架杆
C
基
2
础
B
3
平 面
曲柄 摇杆(摆杆)
1
连 杆
(周转副) (摆转副)
A
4
D
机 构
机架：固定不动的构件——AD
连架杆：直接与机架相连的构件
——AB、CD
连架杆 B
连杆：不与机架相连的构件—BC
1
连杆 2
C 连架杆
铰链四杆机构的基本形式及演变
图6-4 插床六杆机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
铰链四杆机机构构的的基组本成形式及演变
连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等且转向相同 的双曲柄机构，称为平行四边形机构，如图6-5 （a），连 杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等但转向相反的双 曲柄机构，称为逆平行四边形机构，如图6-5（b）。常用 于多个平行轴间的传动，如图 含有一个移动副的四杆机构
1．曲柄滑块机构
图6-10中，构件3与机架4 用移动副相连、又与连杆2用转 动副相连，称为滑块。由曲柄、连杆、滑块和机架组成的 机构，称为曲柄滑块机构。滑块上转动副中心的移动方位 线通过曲柄转动中心的，见图6-10（c），称为对心曲柄滑
块机构；与曲柄转动中心有偏心距e的（图6-10d），称为 偏置曲柄滑块机构。H为滑块行程。
两个中心之间的距离称为偏心距，用e表示。
机械设计基础
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铰链四杆机构的基本形式及演变
图6-16 偏心轮机构
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图6-1 铰链四杆机构
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铰链四杆机构的基本形式及演变
1．曲柄摇杆机构 两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构，称为曲 柄摇杆机构（图6-1）。它可将主动曲柄的连续转动，转 换为从动摇杆的往复摆动，如图6-2所示搅拌机机构的驱 动机构；也可将主动摇杆的往复摆动，转换为从动曲柄的 连续转动，如图6-3所示缝纫机的踏板机构。
机械设计基础
机械设计基础
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铰链四杆机构的基本形式及演变
1.1 铰链四杆机构的形式
53铰链四杆机构演化
定块机构
• 抽水机N34-9 .avi
c、摇块机构
自卸卡车翻斗机构
定 块 机 构 摇块机构
二、导杆机构
曲柄滑块机构(曲柄→机架) 导杆机构 两连→ 曲柄 ？
∵最短＋最长杆＜其它两杆之和 架杆
机架邻边 →一个曲柄→摆动导杆机构
当 机架＜曲柄
机架＞曲柄
• 偏置曲柄滑块机构----曲柄回转中心至滑块 移动导路中心线存在垂直距离（即有偏 距）。
1、曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
2、偏心轮机构
• 偏心轮机构---------曲柄为偏心轮的机构。 将转动副B的半径扩大至超过曲柄长度变成 圆盘（即叫偏心轮、偏心轴）， 偏心距=曲柄长度
• 应用：曲柄长度较短（制造安装难）场合 曲柄销承受较大冲击载荷场合
→曲柄滑块机构
曲柄滑 导杆机构(曲柄AB →机架) 图2-15.b 块机构→ 摇块机构(连杆BC →机架) 图2-15.C
(变更机架) 定块机构(滑块C →机架) 图2-15.d
C B
B C
A
D
A
铰链四杆机构↘ →扩大回转副→偏心轮机构
曲柄滑块机构↗
图2-23 p.29
1.曲柄滑块机构
• 对心曲柄滑块机构----曲柄回转中心与滑块 移动导路中心线无偏距。
5-3铰链四杆机构的演化形式
• 1 .曲柄滑块机构 • 2 .偏心轮机构 • 3 .定块机构 • 4 .摇块机构 • 5 .导杆机构
铰链四杆机构的演化
铰链四杆机构
构件间都是以转动副联接的 平面四杆机构，
演化成其它形式铰链四杆机构
主要演化方法：
（1）将转动副变成移动副 （2）变换机架
《铰链四杆机构的演化》教学设计(最新整理)
《铰链四杆机构的演化》教学设计教学环节教学过程设计意图引出主题导入新课演示曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构引导学生比较结构上的不同,提问：它们的不同在哪里？引入新课。
激发学生的兴趣，由学生能观察到的事物引入新课，激发起学生的求知欲望。
探究一：曲柄滑块机构的演化（一）探究曲柄滑块机构演化过程、运动特点(二）探究两种曲柄滑块机构是否存在急回特性和死点位置?成果：死点位置：有两个（以滑块为主动件）急回特性：对心曲柄滑块机构（无急回特性）偏置曲柄滑块机构（有急回特性）（三）演示应用实例（四）曲柄滑块机构的应用设计通过演示法，突出重点，化解难点，培养学生对事物的观察、分析能力，表达能力，通过学生的自主学习，提高学生解决实际问题的能力。
引导学生回忆急回特性及死点位置的判别方法,观察动画演示，把抽象难懂的问题变得形象化，学生积极参与讨论，获得答案，突破了难点。
培养学生知识迁移、扩展的能力，通过学生的探究活动，使他们体验到成功的乐趣，进一步激发学习的兴趣。
让学生直观感受应用实例，激发学生理论联系实际的求知欲望。
使学生感受知识源于生活,应用于生活，与生活息息相关。
探索研究：探究二：偏心轮机构的演化（一）探究偏心轮机构演化过程想一想：改变曲柄滑块机构中运动副的大小，会成为什么机构？（二）演示应用实例探究三：导杆机构的演化及分类（一）探究导杆机构演化过程想一想：以曲柄滑块机构中不同的构件为机架，会成为什么机构？播放动画，给出分类，然后再引导学生自主分析导杆机构的与与运动特点。
通过多媒体动画演示，将抽象的理论知识形象化，克服学生空间想象能力弱的特点，引导学生的学习兴趣，激发学生的创造、创新能力。
通过演示法，揭示本课教学重点的同时化解教学难点，培养学生对事物的分析、总结和归纳的能力，使学生在思考和讨论中感受到“知识创造生活”。
使学生在主动解决问题的过程中建构知识、提升能力。
知识点与生产实际相结合，培养学（二）演示应用实例生用运动变化的思想分析解决问题，从而实现从一般到具体、从感性到理性的辩证唯物主义思想教育。
铰链四杆机构的演化
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
e≠0,偏置曲柄滑块机构 e = 0,对心曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
曲柄滑块机构的应用——内燃机
曲柄滑块机构的应用 对心曲柄滑块机构 ——滚轮送料机
曲柄滑块机构的应用——冲压机
偏心轮机构
在曲柄滑块机构中,当曲柄较短时,往往用一个旋转中心 与几何中心不重合的偏心轮代替曲柄,
只能以曲柄为主动件
二、导杆机构
取曲柄滑块机构的原连架杆2为机架而得到的,原连杆3 为主动件,若l3 l2,导杆1作整（ZHOU）运动,称为转动导 杆机构；若l3 l2,导杆1作往复摆动,称为摆动导杆机构,
2
3
4
1
3 4
2
3
4
2 1
1
应用实例：回转式油泵 转动导杆机构 牛头刨床的主体机构 摆动导杆机构
曲柄导杆机构
转动导杆机构 摆动导杆机构 移动导杆机构 曲柄摇块机构
转动导杆机构: 应用:旋转式水泵
有急回特性,无死点
摆动导杆机构的应用——牛头刨床主运动机构 以曲柄为主动件有急回特性
移动导杆机构的应用——手动抽水机构 取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得到的,当原曲柄2 转动时,导杆1可在固定滑块4中往复移动,故该机构称为移 动导杆机构 或定块机构 ，
§5-3 铰链四杆机构的演化
• 演化的方法: 改变某些构件的形状、相对长度、选择
不同的构件作为机架
一、曲柄滑块机构： 当曲柄摇杆机构中的பைடு நூலகம்杆为无限长时,即为曲柄
滑块机构,具有一个移动副和三个转动副，
摇杆长 → ∞ → 直线 摇杆3 → 滑块
铰链四杆机构的演化
➢由于杆３仅在环形槽的一部分中运动，因此可 将环形槽的多余部分除去，如图3.33（c）所示。
➢图3.33（a）、（b）、（c）所示的机构中，尽 管转动副D的形状发生了变化，但其相对运动性质 却完全相同。
➢如果再将环形槽的半径增加到无穷大，转动副的 中心D移到无穷远处，则环形槽变成了直槽而转动 副变成了移动副如图3.33(d)所示，机构演化成偏置 曲柄滑块机构。图中e为曲柄中心A至直槽中心线 的垂直距离，称为偏心距。
图3.36 曲柄滑块机构
➢图3.36所示的曲柄滑块机构广泛应用于各种机 械中，如活塞式内燃机、冲床等。
图3.37 导杆机构
➢图3.36以构件１为机架时，可得到导杆机构， 如图3.37（a）所示，当杆２的长度大于机架长度 时，构件２和构件４均能做整周转动，称为转动 导杆机构。
➢图3.37（b）所示的小型刨床是它的应用实例。 当杆２的长度小于机架长度时，导杆４只能作来 回摆动，称摆动导杆机构。
图3.39 移动导杆机构
➢如以两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副， 便可得到三种不同形式四杆机构。
➢图3.40（a）所示的曲柄移动导杆机构（正弦机构）
➢图3.41（a）所示的双转块机构和图3.42（a）所示 的双滑块机构。
➢图3.40（b）所示的缝纫机刺布机构
➢图3.41（b）所示的十字沟槽联轴节
➢在图3.35（a）所示的曲柄摇杆机构中，杆１为 曲柄，α和β可达360°，而θ和δ均小于360°，若以 杆４或杆２为机架，可得到曲柄摇杆机构，如图 3.35（a）、（c）所示；
➢若以杆１为机架，可得到双曲柄机构，如图 3.35（b）所示；
➢若以杆３为机架，可得到双摇杆机构，如图 3.35（d）所示。
➢当e≠０时称为偏心曲柄滑块机构。
铰链四杆机构的演化形式
包括机架、连杆、主动件和从动件。其中，机架是固定不动 的构件，连杆是连接主动件和从动件的构件，主动件是驱动 机构运动的构件，从动件是随主动件运动而运动的构件。
运动特性分析
01
02
03
运动形式
铰链四杆机构可实现多种 运动形式，如转动、摆动 、移动等。
运动规律
机构运动过程中，各构件 的角位移、角速度和角加 速度等运动参数遵循一定 的规律变化。
结构特点与工作原理
结构特点
复合铰链四杆机构由两个或两个以上的基本铰链四杆机构组合而成，通过共享一个或多个铰链点实现 联动。这种机构具有更高的复杂性和灵活性，能够实现更丰富的运动轨迹和输出特性。
工作原理
复合铰链四杆机构的工作原理与基本铰链四杆机构相似，都是基于铰链点的相对运动来实现力的传递 和运动的转换。但由于结构的复杂性，其运动学和动力学分析更为复杂，需要借助专业的设计软件进 行精确的计算和仿真。
设计复杂度高
复合铰链四杆机构的设计涉及多个基本机构的组合和优化，设计 过程相对复杂，需要较高的专业知识和经验。
制造成本高
由于结构的复杂性和高精度要求，复合铰链四杆机构的制造成本相 对较高。
运动学和动力学分析困难
复合铰链四杆机构的运动学和动力学分析涉及多个基本机构的相互 作用和影响，分析过程相对困难。
VS
工作原理
当主动摇杆绕固定铰链转动时，通过连杆 的传动作用，使从动摇杆也绕固定铰链作 相应转动。双摇杆机构具有急回特性，即 主动摇杆等速转动时，从动摇杆的角速度 在回程中比往程中快。
优缺点分析
优点
双摇杆机构具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强等优点。同时，由于具有急回特性，因此适用于需要快速返 回的应用场合。
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作业：
1、铰链四杆机构的的常用演化形式有哪些？
2、曲柄滑块机构的运动特点是什么？
谢谢！Biblioteka 如上图c)所示: 当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆 动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是它 的应用实例:
摆动导杆机构:牛头刨床
当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示 手摇唧筒机构就是实例。
当以构件2为机架时，可演化成曲柄摇块机构，自翻卸料 装置就是实例。
小结： 本节课主要讲了铰链四杆机构的演化形式，重点掌握各 种演化形式的演化过程和运动原理，为今后的工作打下坚实 的基础。
二、铰链四杆机构的演化过程
1.曲柄滑块机构： （1）形成过程： 扩大转动副，使转动副变成移动副，如下图所示：
曲柄摇杆机构当摇杆趋于无限长时，演化为曲柄滑快机构
（2）运动特点： 在曲柄滑块机构中，曲柄一般用作主动件，通过这 个机构将曲柄的回转运动变为滑块的直线往复运动。 （3）应用示例： 刮雨器、内燃机
铰链四杆机构的演化形式
德州走四方技工学校机电系
教学目标:
让学生了解并掌握铰链四杆机构的
演化形式。
能力目标：让学生通过学习能够熟练分析各种
演化形式的运动原理。
情感目标：同学们通过学习懂得国家要富强，
科学技术要发达，因此要好好学 习科学知识，为祖国发展作贡献。
教学重点：铰链四杆机构的演化形式
教学难点：各种演化形式的运动特点
2、偏心轮机构： （1）形成过程：在曲柄滑块机构的基础上形成偏心 轮机构。
（2）运动特点： 偏心轮的几何中心与回转中心有曲柄长的偏心距， 与曲柄滑块机构相比，偏心轮机构强度好。
（3）动画示例：
3、导杆机构： （1）形成过程： 在曲柄滑块机构中，以不同的构件为机架，就会演化为不 同的导杆机构。 （2）运动特点： 既能摆动，又能滑动，滑块又能在其上滑动，有急回特性。 （3）应用示例：
课堂导入：
同学们在日常生活中，除了经常看到碎石机搅 拌机、卫星天线、港口起吊机等基本形式外,还广泛
地采用其它形式的四杆机构,一般都可以认为是由铰
链四杆机构的基本形式演化而来的,那么它们是如何 演化和工作的呢？运用的是何运动原理呢？ 下面我们就来讲一下：
一、铰链四杆机构的演化形式：
通过改变铰链四杆机构的某些构件的形 状、相对长度，或选择不同的构件作为机架， 常用的演化形式可分为以下三种基本形式： 曲柄滑块机构 偏心轮机构 导杆机构