课程案例_17双曲柄机构应用—惯性筛(精)
课程案例_04双曲柄机构应用—机车车轮联动机构_(精)
1.课程案例基本信息
课程案例名称
双曲柄机构应用—机车车轮联动机构
课程案例编号
关键词
双曲柄机构
车轮联动
平行四边形机构
对应知识点
连杆机构类型
2.课程பைடு நூலகம்例
火车机车的联动车轮(图1)采用平行四边形机构，运动时两曲柄转向、转速、角速度相同，使被联动的各从动车轮与主动车轮运动相同，但由于该机构具有运动的不确定性，所以运用第三个平行曲柄来消除运动不确定状态(如图2)。
图1联动车轮图2联动车轮机构简图
2、项目二 汽车常用传动机构
《汽车机械基础》
• 天平
《汽车机械基础》
摄影车坐斗机构
《汽车机械基础》
反平行双曲柄机构应用
车门开闭机构
《汽车机械基础》
3、双摇杆机构
定义： 铰链四杆机构中，两个连架杆均为摇杆。 实例：起重机、飞机起落架、摇头电扇
双摇杆基本结构
《汽车机械基础》
车辆前轮转向机构
双曲柄机构应用实例
《汽车机械基础》
同步带
齿轮传动
链传动
三、机构运动简图
常用的机构运动简图符号
《汽车机械基础》
《汽车机械基础》
《汽车机械基础》
机构运动简图的绘制步骤：
• 1）分析机构的结构和运动情况，找出主动件、从动件和机 架。
• 2）确定构件、运动幅的类型和数目； • 3）选择视图平面：通常选择平行于构件运动的平面作为视
图平面； • 4）选择合适的比例尺绘制机构运动简图。
现要求的运动规律 机架——起支撑作用
二、凸轮机构特点：
《汽车机械基础》
优点：能通过凸轮轮廓曲线的设计，实现从动件任意给定 的运动规律，且结构简单、紧凑、易于设计、工作可靠。
缺点：因凸轮与从动件之间为点或线接触，属于高副机构，
不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的 控制机构和调节机构。
三、凸轮机构的分类
120
A：双曲柄机构
70
B：曲柄摇杆机构
D 50
90
100 C：双摇杆机构
70
D：双摇杆机构
《汽车机械基础》
四、铰链四杆机构的演化：
曲柄摇杆机构 （母机构）
演化
其它平面连杆机构
创新性思维的体现
演化方法如下 ：
1. 转动副变成移动副
曲柄连杆机构的惯性力分析
第19卷第5期昌潍师专学报2000年10月Vol.19 No.5Journal of Changwei Teachers College Oct.2000曲柄连杆机构的惯性力分析Ξ丁素英(潍坊高等专科学校,山东潍坊 261041) 摘 要:曲柄连杆机构是活塞式制冷压缩机中的主要运动部件,它的受力情况直接影响压缩机的寿命.本文从质点动力学角度对曲柄连杆机构进行了惯性力的分析.关键词:曲柄连杆机构;惯性力;旋转中图分类号:O31113 文献标识码:A 文章编号:1008—4150(2000)05—0068—03在活塞式制冷压缩机中,曲柄连杆机构的作用是将外界输入的功率传递给活塞组件.因此,曲柄连杆机构的惯性力也就来自三个方面,即活塞往复直线运动产生的惯性力;曲柄不平衡质量旋转产生的惯性力;连杆产生的惯性力.由于曲柄连杆机构的质量分布不均匀,对惯性力的分析就增加一定的困难.下面从质量转化的角度加以分析.图11 曲柄连杆机构的运动方程曲柄连杆机构如图1所示.图中点O 为曲柄的旋转中心,点B 为曲柄销中心,点A 为活塞销中心,点C 和点D 分别为活塞销在内、外止点的位置.OB 为曲柄,长度以r 表示,A B 为连杆,长度以L 表示.曲柄与汽缸轴线的夹角为α,连杆与汽缸轴线的夹角为β.从外止点算起,活塞向曲轴旋转中心的位移为正,曲轴顺时针旋转为正.由图中的几何关系,可得出活塞的位移x 为:x =OD -OA =(L +r )-(r cosα+L cos β)由△EOB 和△EA B 可知,EB =L sin β=r sin α,令λ=rL,则sin β=λsin α,cos β=1-sin 2β=1-λ2sin 2α.利用二项式定理展成无穷级数cos β=1-x 2sin 2α2-x 4sin 4α8-……在实际应用中,α很小,可略去λ4sin 4α以上各项,即cos β≈1-12λ2sin 2α于是x =(L +r )-r cosα+L 1-12λ2sin 2α=r (1-cos α+12λ2sin 2α)(米)(1)将(1)式对时间求导可得活塞运动的速度v =d x d t =d x d α・d αd t =r sin α+λ22sin2α・d αd t上式中导数d αd t 是曲柄的瞬时角速度,一般情况下,角速度为一常数,即d αd t=ω.・86・Ξ收稿日期:2000—03—02所以v =d xd t =r ・ωsin α+λ22sin2α (米/秒)(2)再将(2)式对时间求导可得活塞运动的加速度j =d v d t =d v d α・d αd t =r ・ω2(cos α+λcos2α) (米/秒2)(3)曲柄销绕曲轴旋转中心旋转,可认为匀速转动,其中心点B 的向心加速度j x =r ・ω2 (米/秒2)(4)2 曲柄连杆机构运动部件的质量转化按质点动力学的方法求惯性力,曲柄连杆机构各部分的质量应集中到两点:一是活塞销中心A ,二是曲柄销中心B.211 活塞组 包括活塞、活塞销及活塞环.它是活塞式制冷压缩机中在汽缸内作往复直线运动的部件,其质量集中在活塞销的中心上,用m h 表示.212 曲柄 包括曲柄销,曲柄绕曲轴的旋转运动通过连杆转化为活塞的往复直线运动.如图2所示,把曲柄分成三部分,质量分别为m s 1、m s 2、m s 3,作用中心分别为B 、C 、O.m s 3的质量中心与旋转中心重合,因此不产生旋转惯性力,而m s1、m s 2的质量中心不在旋转中心上,旋转时必将产生旋转惯性力.图2假设m s 2的质量中心与旋转中心距离为ρ,m s 2转化到B 点时相当于质量m s 4.根据旋转运动时惯性力等效原则,得m s 2・ρ・ω2=m s 4・r ・ω2即m s 4=ρr・m s 2 (千克)(5)所以,曲柄上产生旋转惯性力的质量m s 应为m s =m s 1+ρr・m s 2 (千克)(6)213 连杆包括连杆小头、连杆大头及连杆体 连杆小头与活塞销相连,连杆大头与曲柄销相连.连杆产生的惯性力可等效转化到活塞销、曲柄销产生的惯性力中去.连杆的实际质量m c ,一部分转化到活塞销中心点A 质量为m c 1,随活塞作往复直线运动;另一部分转化到曲柄销中心点B 质量为m c 2,随曲柄销作旋转运动.如图3所示.为使转化后质量与转化前质量产生的惯性效果相同,转化后质量必须满足下述二个条件:(1)转化质量之和,应等于连杆实际质量;(2)转化后质量中心与原连杆的质心重合.・96・第5期丁素英:曲柄连杆机构的惯性力分析图3由此可得m c =m c 1+m c 2m c 1・L 1=m c 2・L 2联立以上二式,得m c 1=m c ・L 2L (千克)(7)m c 2=m c ・L 1L (千克)(8)式中L 为连杆长度,即连杆小头中心A 与连杆大头中心B 的距离;L 1为连杆质心G 到连杆小头中心A 的距离;L 2为连杆质心G 到连杆大头中心B 的距离.综合以上分析,曲柄连杆机构转化后集中到活塞销中心点A 的总质量m j 为m j =m n +m c 1=m n +m c ・L 2L (千克)(9)集中到曲柄销中心点B 的总质量m x 为m x =m s +m c 2=m s +m c ・L 1L (千克)(10)3 曲柄连杆机构的惯性力惯性力等于质量与加速度的乘积,方向与加速度方向相反.曲柄连杆机构运动时,有两种惯性力:往复运动的惯性力和旋转运动的惯性力.311 往复运动的惯性力由上述运动分析及质量转化求出,往复运动的惯性力为F j =-m j ・j (牛顿)(11)式中负号说明惯性力F j 与加速度j 的方向相反.将(3)、(9)式代入(11)式得F j =-r ・ω2(cos α+λcos2α)m n +m c ・L 2L (牛顿)(12)312 旋转运动的惯性力同样,根据上述运动分析及质量转化求出旋转运动的惯性力为F x =-m x ・j x (牛顿)(13)将(4)、(10)代入(13)式得F x =-r ・ω2m s 1+ρr・m s 2+L 1L・m c (牛顿)(14)旋转惯性力的方向始终沿着曲轴的曲柄半径方向,并随曲柄位置而变化.参考文献:〔1〕漆安慎,杜婵英.力学基础〔2〕肖士殉.理论力学简明教程〔3〕朱立.制冷压缩机・07・昌潍师专学报2000年10月。
机械基础 平面连杆机构的基本性质—曲柄存在的条件 公开课教案
公开课教案教学环节教学内容师生活动教学方法设计意图课前任务任务1 利用学习通完成微课《铰链四杆机构组成、类型及应用》学习任务2 完成章节小测验，查看学习成效任务 3 将自主学习过程中存在的疑问在讨论区留言，课上解决【教师】利用“超星”发布课前学习任务，收集学生任务完成数据【学生】完成课前学习任务，提出学习过程的疑问培养学生自主学习的能力一、知识回顾（5分钟）1.动手做一做，每位同学制作一组铰链四杆机构2.铰链四杆机构的组成？3.铰链四杆机构的基本类型？【教师】展示学生超星平台学习成果【学生】动手完成一个铰链四杆机构制作，并结合课前学习内容回答教师问题让学生动手制作，可以活跃课堂氛围，同时对课前自学内容进行简短的总结，为新课教学最好铺垫。
二、创设情境（2分钟）情境：识别生活中存在的铰链四杆机构送料机构——曲柄摇杆机构有一个曲柄车轮转向机构——双摇杆机构无曲柄惯性筛——双曲柄机构有两个曲柄【教师】提供生活中铰链四杆机构应用实例【学生】观察四杆机构运动过程，投票决定四杆机构类型。
创设情境多媒体展示启发式教学自主探究创设情境，引导学生发现生活中隐藏的铰链四杆机构，让学生学会观察和思考，提起学生学习兴趣，激发学习欲望。
启发学生的思维，让学生学会发现，学会探索。
三、新课讲授（30分钟）平面连杆机构的基本特性——铰链四杆机构曲柄存在的条件提出疑问：有曲柄＆无曲柄？一、新知：铰链四杆机构曲柄存在的条件曲柄存在条件之一：在铰链四杆机构其中三根杆长不变，观察第四根杆长变化对铰链四杆机构形式的影响结论：曲柄存在与杆长有关最短杆与最长杆和VS 其余两杆和有无曲柄AB DA CD BC65 + 160 ＜120 + 140 有65 + 160 ＞120 + 90 无65 + 160 ＝120 + 105 有曲柄存在条件一：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和。
同学制作的铰链四杆机构是否满足条件最短杆长+最长杆长≤其余两杆长度和曲柄存在条件之二：在满足曲柄存在一的前提下，让学生尝试取不同的构件为机架，观察铰链四杆机构类型构件2做机架为曲柄摇杆机构构件1做机架为双曲柄机构构件3做机架为双摇杆机构构件4做机架为曲柄摇杆机构【教师】引导学生提出铰链四杆机构中有无曲柄存在的疑问【教师】演示铰链四杆机构中杆长变化过程【学生】观察思考。
机械基础教案二(上课用)
江西电力技师学院（江西机电学校）教案纸课程：机械基础第29 页授课日期: 班级:课题: §6－1 轮系分类及其应用特点目的要求: 了解轮系分类、理解其应用特点重点难点: 轮系分类及其应用特点教学方法、教具: 讲授、轮系挂图及模型作业布置: 教案审批:§6－1 轮系分类及其应用特点轮系——由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统。
一、轮系的分类1．定轴轮系当轮系运转时，所有齿轮的几何轴线位置相对于机架固定不变，也称普通轮系。
2．周转轮系轮系运转时，至少有一个齿轮的几何轴线相对于机架的位置是不固定的，而是绕另一个齿轮的几何轴线转动。
3．混合轮系在轮系中，既有定轴轮系又有周转轮系。
二、轮系的应用特点1．可获得很大的传动比一对齿轮传动的传动比不能过大（一般i12=3~5，i max≤8），而采用轮系传动可以获得很大的传动比，以满足低速工作的要求。
2．可作较远距离的传动两轴中心距较大时，如用一对齿轮传动，则两齿轮的结构尺寸必然很大，导致传动机构庞大。
3．可以方便地实现变速和变向要求滑移齿轮变速机构利用中间轮变向机构4．可以实现运动的合成与分解采用行星轮系，可以将两个独立的运动合成为一个运动，或将一个运动分解为两个独立的运动。
江西电力技师学院（江西机电学校）教案纸课程：机械基础第31 页授课日期: 班级:课题: §6－2 定轴轮系传动比计算目的要求: 掌握定轴轮系传动比计算及定轴轮系各轮转动方向的判断重点难点: 定轴轮系传动比计算、定轴轮系各轮转动方向的判断教学方法、教具: 讲授作业布置: 教案审批:§6－2 定轴轮系传动比计算一、定轴轮系中各轮转向的判断当首轮（或末轮）的转向为已知时，其末轮（或首轮）的转向也就确定了，表示方法可以用标注箭头的方法来确定。
圆柱齿轮啮合－外啮合转向用画箭头的方法表示，主、从动轮转向相反时，两箭头指向相反。
圆柱齿轮啮合－内啮合主、从动轮转向相同时，两箭头指向相同。
机械基础(第5单元)
a）机构结构图
b）机构运动简图
1—曲柄 2—连杆 3—摇杆 4—机架
第二节 平面四杆机构
• 1．铰链四杆机构的类型 • 在铰链四杆机构中，根据两连架杆的运动形式进行分类，可分为曲柄
摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式，如下图所示。
图5-14 铰链四杆机构的三种基本形式
第二节 平面四杆机构
第一节 平面机构的组成
• 如果构件中转动副的间距较大时，通常将构件制成杆状，而且杆状构 件应尽量制成直杆；如果要求构件与机械的其他部分在运动时不发生 干涉（如碰撞），可将构件制成特殊的形状。如下图所示是具有转动 副的不同形状和横截面的杆状构件。
第一节 平面机构的组成
• 对于绕定轴转动的构件，常将构件制成盘状。有时在盘状构件上安装 轴销，以便与其他构件组成另一转动副。如果两个转动副间距很小时 ，难以设置相距很近的轴销（或轴孔），可将另一转动副尺寸扩大而 制成偏心轮，如图a所示。如果构件承受较大载荷时，采用偏心轮结 构庞大，则可以采用曲轴结构，如图b所示。偏心轮和曲轴常用于回 转运动与直线运动相互变换的机构中。
图a 电风扇摇头机构运动简图 图b 鹤式起重机机构运动简图
第二节 平面四杆机构
• 2．铰链四杆机构的类型判定
• 在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件长度之间的关 系。
• 1）如果铰链四杆机构中最长杆与最短杆长度之和，小于或等于其余 两杆长度之和（杆长和条件），则该机构可能存在曲柄，但还要看选 取哪一个杆件作为机架，才能确定是否存在曲柄。如果以最短杆作为 连架杆，以最短杆的相邻杆为机架，则该机构一定是曲柄摇杆机构， 而且最短杆为曲柄，如图a所示；如果以最短杆作为机架，则相邻两 杆均为曲柄，该机构一定是双曲柄机构，如图b所示；如果以最短杆 作连杆，最短杆的对面杆作为机架，则该机构为双摇杆机构，如图c 所示。
(整理)铰链四杆机构及其转换机构
第二章 平面连杆机构案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。
第一节 铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成和基本形式1.铰链四杆机构的组成如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。
被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。
连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。
2.铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
(1)曲柄摇杆机构。
在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。
如图2-1所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB 、BC 、固连有天线的CD 及机架DA 组成，构件AB 可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。
如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB 转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。
如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB 转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E 作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。
(2)双曲柄机构。
在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。
如图2-4所示惯性筛的 图2-1 雷达天线调整机构 图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。
由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。
当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a ）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。
课程案例_05双曲柄机构应用—车门启闭机构(精)
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双曲柄机构应用—车门启闭机构
1.课程案例基本信息
课程案例名称双曲柄机构应用—车门启闭机构
课程案例编号
关键词双曲柄机构车门启闭反平行四边形机构
对应知识点连杆机构类型
2.课程案例
图1是公交车车门，采用反平行四边形机构，图2是车门启闭机构简图，主动曲柄等速转动，从动曲柄反向变速转动。
两曲柄同时转动，从而使固连在曲柄上的车门转动，实现两车门同时开启和闭合的动作。
图1 公交车车门图2 车门启闭机构简图。
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双曲柄机构应用—惯性筛
1.课程案例基本信息
课程案例名称双曲柄机构应用—惯性筛
课程案例编号
关键词双曲柄机构惯性筛
对应知识点连杆机构类型
2.课程案例
图1为惯性筛，图2为惯性筛机构运动简图，为六杆机构，其主体为双曲柄机构，当主动曲柄等速回转时，从动曲柄变速转动，使筛子获得加速度，产生往复直线运动，往复速度不同，筛子内的物体因惯性来回抖动，从而筛选分离物料。
图1 惯性筛图2 惯性筛机构运动简图。