第一篇：平面四桿機構的連桿曲線及軌跡綜合開題報告 (164)

一、選題的依據及意義：

1．1選題目的

1．建立研究新機構，新機器發明創造的普遍規律及實用方法的實用基礎理論。

2．加速吸收發達工業化國家的先進技術，為本國新機構，新機器的二次設計，二次開發提供理論基礎。

3．提出在技術革新和設備改造中提出的新機構，新機器的獨特結構和創新構思，是其成為成熟的先進技術。

4．簡介一些新機構，新機器實用性結構及技術的應用實例，說明理論對實踐的指導作用。

5．為從事機械設計，制造的工程技術人員的知識，技術更新開闊視野提供參考資料。6．探索平面連桿機構研究的新方法，新思路。

連桿機構的最基本形式是平面四桿機構，它是其它連桿機構的基礎。平面四桿機構是由四個剛性構件用低副鏈接組成的，各個運動構件均在同一平面內運動的機構。所以，對平面四桿機構進行研究可以概括連桿機構內在的基本原理，從而用以連桿機構的設計。

所有運動副均為轉動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的基本形式，其他四桿機構都可以看成是在它的基礎上演化而來的。選定其中一個構件作為機架之後，直接與機架鏈接的構件稱為連架桿，不直接與機架連接的構件稱為連桿，能夠做整周回轉的構件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內往復擺動的構件稱為搖桿。如果以轉動副連接的兩個構件可以做整周相對轉動，則稱之為整轉副，反之稱之為擺轉副。鉸鏈四桿機構中，按照連架桿是否可以做整周轉動，可以將其分為三種基本機構運動學綜合是按照給定的運動特性對機構進行系統的設計的過程，包括型綜合和尺度綜合兩大主要內容，主要綜合方法有解析法、作圖法和實驗法。作圖法和實驗法工作量大，設計精度低，僅適用于對機構精度要求不高的場合。近幾十年來，隨著工業技術的高速發展，人們對機構的復雜程度和精度要求越來越高，作圖法和實驗法已不能滿足要求，而基于計算機輔助設計（CAD）的解析法得到了廣泛的應用。

本課題的主要內容是平面四桿機構的連桿曲線及軌跡綜合，其意義在于：

一、深入研究計算機在設計和仿真連桿機構連桿曲線方面的應用，從而指導實踐；

二、總結出四桿機構軌跡綜合的理論基礎，從而指導多桿或復雜的低副平面機構的綜合。

此課題的主要目標是系統地對平面四桿機構連桿曲線進行研究，從而來獲得連桿機構基本的原理和綜合方法，以便在實際中得到應用；主要特色是在各個設計進度中將會大量應用計算機高級語言編程來輔助設計和仿真平面四桿機構。

受控連桿機構是指一個或若干個原動件受計算機控制，從而使機構可以精確實現任意給定運動并具有智能化的一類機構，如具有一個受控原動件的平面五桿機構；受控機構學研究受控連桿機構的分析與綜合理論、控制方法與控制系統和應用。

1．2課題主要內容及選題意義

四桿機構在機械自動化，機械手，機器人中都有很廣泛的應用，近幾十年來，隨著現代工業的高速發展，人們對機構的復雜程度和精度要求越來越高，作圖法和實驗法已經不能滿足要求，而解析法則成為日益廣泛應用的分析方法。

本課題的主要內容是平面四桿機構的連桿曲線與運動領域識別，要求研究者用解析法先進行平面四桿機構連桿軌跡的生成，再利用隨機函數建立軌跡曲線數據庫，對數據庫中的曲線進行分類及運動領域識別，最后用軟件（Visual Basic）實現運動仿真。

意義在于：深入研究計算機在設計和仿真連桿機構連桿曲線方面的應用，從而指導實踐；二，總結出四桿機構軌跡綜合的理論基礎，從而指導多桿（如六桿）或復雜的低副平面機構的綜合。

二、國內外研究概況及發展趨勢（含文獻綜述）：

連桿機構綜合的重中之重就是尺度綜合。六十年代以后，計算機輔助設計及輔助制造（CAD/CAM）蓬勃發展，隨著CAD技術和新算法的出現，人們已開發出許多實用化的軟件來進行尺度綜合。

目前，通過采用計算機高級語言編程來實現某種算法而精確求解的解析法得到了廣 泛的應用，例如連續算法（即同倫算法）、遺傳算法（GA）等，這些算法能夠綜合出精 度很高的機構。另外，近十年來還出現了“數值圖譜”進行機構的尺度綜合，其思路為 將連桿曲線機構的輸出參數用一組特征參數存入計算機，通過特征參數的比較，決定所 設計機構的近似精度，以進行機構的尺度綜合。現在國內外學者已有不少研究成果，并 引入了多種數學工具，如頻譜分析、模糊數學、小波特征等參數。最后，應用計算機來 對機構進行仿真已成了目前機構綜合的一個重要內容，通過仿真來獲得機構的各個特征 參數，然后再進行優化設計也決定了機構的精確。

1.受控機構學發展展望

作為受控機構學目前研究的重點受控五桿機構，雖然有一定進展，形成了一定的體系，但作為一個新興研究領域還有待更深入的研究。1.1進一步加強研究，完善方法和理論體系

具有一個受控原動件的五桿機構是一種最簡單，但功能優越的，能精確實現給定運動的機電一體化的連桿機構。下一步的研究，將進一步開拓新的研究領域，如精確實現給定的剛體位置的理論和綜合方法；精確實現給定的組合運動（如實現連桿軌跡的同時滿足主

從動件之間的函數關系，實現連桿軌跡的同時滿足剛體位置的要求等）的理論和綜合方法；機構動力學方面的研究，如機構所傳遞的動力對精確實現運動的影響和平衡問題等；從而形成較完善的受控機構學理論體系。1.2編制具有良好“魯棒性”的應用軟件

為了能使這種新型機構理論得到推廣，不但要有完善的理論研究，而且還要開發具有良好“魯棒性”的應用軟件，因此結合最新的計算機窗口和圖形技術，面向用戶編制具有良好“魯棒性”的計算機仿真程序和應用軟件，讓用戶不需要學習或只經過短時的訓練就能使用該軟件設計機構，而且得到全套的機構圖、機構尺寸、運動學參數、動力學參數和控制參數。將研究結果以軟件形式推廣，也是一個研究重點。1.3加強實驗研究，推廣工程應用

科學研究的目的是為了推動工業進步。下一步的研究將側重于進行實驗研究。結合實際應用在實驗室條件下建立通用實驗臺，該通用實驗臺要能夠調整機構尺寸和動力學參數，并能適應各種單一運動、多個運動和組合運動的實驗需要，以驗證理論，探討控制系統的組成和優化，為工業應用奠定基礎。

三、研究內容及實驗方案：

用解析法計算平面四桿機構連桿各點軌跡，建立連桿軌跡曲線數據庫，用軟件編程實現運動分析。這需要做到：

1、建立平面四桿機構運動方程

2、編寫運動分析程序

3、機構運動模擬

平面連桿機構原理，包括鉸鏈四桿機構（曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構）、鉸鏈四桿機構的演化（曲柄滑塊機構、導桿機構、搖塊機構、定塊機構、雙滑塊機構）。

研究內容：

1.平面四桿機構連桿點的軌跡坐標 2.連桿軌跡曲線分類基準的確定 3.軌跡曲線的分類及運動領域識別 4．運動學仿真軟件編制

實驗方案：

平面四桿機構簡圖如右： 在直角坐標系XOY中，固定回轉副D、A的坐標分別為θ2@(0,0)、(a0,0)，平面四桿機構ABCD的各桿長及其角位移如圖所示，連桿上任意點K的坐標（x，y）可由下列公式求得：可由下列公式求得： 在圖中，四桿的向量滿足如下關系： θ1θ3

OA?AB?OC?CB

所以，a0?a1cos?1?a3cos?3?a2cos?2（1）

a1sin?1?a3sin?3?a2sin?2（2）

?32x1?x2（1）（2）聯立消去?2，再將x?tan()，sin?3?，cos?3? 21?x1?x2?1代入，解方程可得：?3?2tan?1x?2tan?1(式中，xB?a0?a1cos?1，yB?a1sin?1

2222xB?yB?a3?a222，q2?xB?yB?q12 q1?2a3yB?q2xB?q1)（3）

當連桿初始位置是ABCD時，（2）式中取“+”號；當連桿初始位置是ABC/D時（2）式中取“-”號；當q2?0時，連桿機構相應位置無法實現。所以，xC?a3cos?3，yC?a3sin?3 所以，?2?tan?1(yB?yC)

xB?xC所以，連桿上任一點（K點）的坐標（x,y）就可以表示為

x?xC?a4cos(?2??)y?yC?a4sin(?2??)

四、目標、主要特色及工作進度：

目標：系統地對平面四桿機構和四桿機構連桿曲線進行研究，從而來獲得連桿機構基本的原理和綜合方法，以便在實際中得到應用。

主要特色：在各個設計進度中將會大量應用計算機高級語言編程（VB）來輔助設計和仿真平面四桿機構，主要體現在三個方面：

一、繪制連桿曲線；

二、綜合機構尺度；

三、機構的優化和VB運動模擬。

工作進度：

1、開題報告、外文資料翻譯 兩周 3月1日-——3月11日

2、平面四連桿機構的類型 三周 3月14日——4月2日

3、連桿曲線的生成與分類準則的確定 三周 4月6日——4月26日

4、曲線分類 兩周 4月27日——5月10日

5、曲線分類的運動領域識別 兩周 5月11日——5月25日

6、畢業論文整理及答辯準備 一周 5月26日——6月1日

五、參考文獻：

1、張紀元主編.機械學的數學方法.上海：上海交通大學出版社，2003

2、孫桓等主編.機械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001

3、濮良貴主編.機械設計.北京：高等教育出版社.2001

4、曹惟慶編著.平面連桿機構分析與綜合.北京：科學出版社，1989

5、孟彩芳主編.機械原理電算分析與設計.天津：天津大學出版社，2000

6、曹清林等編著.對稱軌跡機構 北京：機械工業出版社，2003

7、楊廷力編著.機械系統基本理論——結構學 運動學 動力學.北京：機械工業出版社，1996

第二篇：平面四桿機構說課稿

《平面四桿機構》 說課稿

一、說教材

（一）教材地位及作用：本節課選自高等教育出版社出版的《機械基礎》中的第三章第二節。《機械基礎》是機械專業的一門技術基礎課，同時也是一門能直接用于指導生產的課程。在整個教學計劃中處于承上啟下的地位。鉸鏈四桿機構不僅本身應用廣泛，而且是平面四桿機構、多桿機構的基礎，同時為以后如凸輪等機構的學習打下必要的基礎，其教學成敗直接關系到能否達到教學大綱所規定的培養目標。本節課在學習了鉸鏈四桿機構的基本類型及應用后，再進一步探索其基本性質即曲柄存在條件、急回特性及行程速比系數K、死點位置，為掌握其他形式的鉸鏈機構打基礎，為學習專業知識和今后利用機械原理進行技術革新提供理論指導。

（二）教學目標：根據本節課的內容、教學大綱的要求，參照學生現有知識水平和理解能力，確定本節課的教學目標為： 1）知識與能力目標：理解鉸鏈四桿機構的類型及應用，掌握鉸鏈四桿機構類型的判別，掌握四桿機構運動特性。2）過程與方法：通過觀看動畫、結合實際生活中的例子，并不斷提問的方法來讓學生掌握知識點。3）情感態度與價值觀目標：培養學生團結協作的精神，激發學生的學習興趣。通過把所學的知識運用到生活中，讓學生獲得成就感。

（三）教學重點與難點：教學重點鉸鏈四桿機構的基本類型及運動特性、判別方法，掌握本節課的教學重點能夠讓學生理解通過改變某些構件的形狀、相對長度或選擇不同的構件作為機架得到的一些其他演化形式的機構，為今后對機械機構進行維護、技術創新等打下良好基礎；教學難點是急回特性，K與極位夾角θ有關，并且與鉸鏈四桿機構的第三個基本性質死點位置也有關系，要運用物理中運動學、工程力學中力學性質等對這些問題進行分析和處理，對職業學校的學生來說確有一定的難度。

二、說教法

如何突破教學重點和教學難點達到教學目標呢？單純的講授法顯然不利于調動學生的學習積極性和學習熱情，也不利于培養學生的學習方法，因此我結合“學案”引導法來講授，采用一些教學手段如：演示或投影法、圖示法等，提問、分析推導、討論練習、歸納練習、歸納綜合等教學方法，實現對每一個知識點的認識、理解、記憶、掌握，將目標逐步實現。

三、說學法

職業學校學生專業課成績欠佳的主要原因是沒有形成良好的學習習慣和學習方法。因此，在教學過程中進行學習方法的滲透有其重要意義，教師應設法創設環境讓學生在學習的過程中學到學習的方法，本節課我是這樣處理的：

（一）讓學生明確教學目標：把本節課學習的具體要求和應達到何種程度都告訴學生，本節課一開始在通過設問自然引入新課的同時明確本節課的目標，使學生做到心中有數。

（二）本節課采用設問、指導學生觀察、練習討論等教法的目的就是為了設計一些環節讓學生積極參與進來，充分發揮學生的主體作用，打破學生被動學習的單向教學模式。

（三）注意激發差生的學習興趣和培養優生的創造性思維能力。為了實施以上教學目標，采取相應的教學手段，通過復習導入、新課教學、課堂練習、歸納總結等環節進行教學。

四、說教學過程

（一）復習導入 在實地參觀有感性認識的基礎上，用實物或投影演示采用不同的構件為機架得到不同的鉸鏈四桿機構，讓學生根據前一節課的知識來回答，分別是什么機構？什么是運動副？常見的運動副有哪些？通過設問，復習與本節課有關的知識，同時自然過渡引入，激發學生的學習興趣和求知欲，并使學生帶著疑問有目的地參與下面的教學活動。

（二）新課教學 1.講基本概念（1）實物演示法：演示曲柄搖桿機構的運動過程，指導學生進行觀察。為引導學生學會觀察，可設計一些問題如曲柄作主動回轉，搖桿如何運動？其位置如何變化？有沒有特殊現象？此時鉸鏈四桿機構的連桿位置如何？四桿的位置呈什么關系？（2）圖示法：把鉸鏈四桿機構的運動位置及特殊位置用圖表示出來，把具體的實物模型簡化成數學模型，便于學生理解接受。（3）分析推導：根據四邊形的特性，利用化簡的關系式分析得到曲柄存在的條件：①連架桿與機架兩構件中至少必有一個是四根桿中的最短件；②最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩構件長度之和。再根據結論及一開始討論曲柄搖桿機構選取不同構件為機架得到不同型式的機構，推導出曲柄存在條件的推論。

（4）實物演示：利用一個四桿機構改變構件作為機架得到不同的機構，鞏固所學知識。（5）舉例：選擇一個針對性強的實例，設計不同層次的問題，如已知四桿機構的四桿長度（AB、BC、CD、DA），問①以AB桿為機架時，判斷為何種機構？②要得到雙曲柄機構，應選擇哪一桿為機架？讓不同層次的學生來思考，先組織學生進行討論，在此基礎上讓學生參與進來，師生共同完成解題。

通過以上實物演示、觀察、設問、圖示、分析推導、歸納總結及舉例說明等教學過程將本節課的重點層層突破，符合學生的認知規律，體現了情意原理、序進原理和鞏固原理。2.急回特性 這部分內容是難點，為了突破它，可這樣組織教學：（1）結合生活中機構運動的實例，觀察搖桿來回運動的速度變化，引出急回特性的概念。（2）結合圖示，組織學生分析討論，揭示本質。這樣以學生為主體完成知識的獲取，使學生體會到獨立獲取知識的愉快感和成功感，達到樂學的境界。（3）教師在學生討論的基礎上進行精講。教師的精講是把系數K的公式進一步分析論述，突破難點。（4）應用公式進行課堂練習。通過以上教學活動，層層剖析難點，體現循序漸進原理，達到教學目的。3.死點位置 這部分內容只要作一般了解，主要了解其措施及應用。因此略講。（1）通過自己的切身體會，如折迭椅、縫紉機踏腳機構出現不運動或運動的不確定性時即為死點現象，曲柄搖桿實物演示，引出死點的概念（點出主動件為搖桿）。（2）結合圖示，運用力學知識進行分析。利用力學中的二力桿性質分析曲柄所受力的情況，在曲柄與連桿成直線位置時說明曲柄受的力矩為0,曲柄不轉動，此時的位置即為死點位置。（3）舉例分析死點現象。

（三）練習、反饋及小結 為了使學生深入鞏固本節課的知識，同時為了掌握學生對知識的理解程度，根據本節課的要求找出具有典型意義的練習，教師作巡回指導，通過練習可以從中發現存在的問題，找出薄弱環節，及時采取相應的補救措施，并作為總結。

（四）布置作業

（五）板書設計（略）

五、說教學反思

讓學生帶著問題去觀察，然后總結出問題的答案。在講課過程中充分體現學生為主體，老師起到提出問題，分析學生的回答，歸納總結更全面的答案的作用。借助多媒體動畫使得課堂生動了許多，并且更讓對這些沒見過的機構有了親眼所見，印象深刻。鉸鏈四桿機構是平面連桿機構中最簡單的一種形式，并且應用廣泛。在講解時分了三大部分，一、鉸鏈四桿機構的組成。

二、鉸鏈四桿機構的基本形式。

三、鉸鏈四桿機構的演化及應用。在鉸鏈四桿機構的組成中先運用多媒體課件演示四桿機構的運動，調動注意力，并且給出學生問題“分析動畫中機構的構件數？講述機構的運動形成？”由此引出動畫中的鉸鏈四桿機構的組成“機架、連架桿、連桿”，并且通過動畫讓學生更好的記憶了不同桿的運動形式。在鉸鏈四桿機構的基本形式中也采用多媒體動畫，例如：講解曲柄搖桿機構時，放映曲柄搖桿的動畫，讓學生觀察并且給出問題：“圖中曲柄是誰？搖桿是誰？通過誰的什么運動得到了誰的什么運動？”動畫演示很好的提高了學生的積極性，并且結合問題去觀察讓學生學會思考。

在鉸鏈四桿機構的演化及應用中同樣放映相應的動畫，讓學生帶著問題去觀察，然后總結出問題的答案。在講課過程中充分體現學生為主體，老師起到提出問題，分析學生的回答，歸納總結更全面的答案的作用。借助多媒體動畫使得課堂生動了許多，并且更讓對這些沒見過的機構有了親眼所見，印象深刻！

第三篇：平面四桿機構分析報告

工業設計機械設計基礎大作業

一、序言

平面連桿機構是若干個剛性構件通過低副(轉動副、移動副)聯接，且各構件上各點的運動平面均相互平行的機構。雖然與高副機構相比，它難以準確實現預期運動，設計計算復雜，但是因為低副具有壓強小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優點，故平面連桿機構廣泛用于各種機械和儀器。對連桿機構進入深入透徹的研究，有助于工業設計的學生在今后的產品設計中對其進行靈活應用或創新改進。

二、平面連桿機構優缺點的介紹

連桿機構應用十分廣泛，它是由許多剛性構件用低副連接而成的機構，故稱為低副機構，這類機構常常應用于各種原動機、工作機和儀器中。例如，抽水機、空氣壓縮機中的曲柄連桿機構，牛頭刨床機構中的導桿機構，機械手的傳動機構，折疊傘的收放機構等。這其中鉸鏈四桿機構，曲柄滑塊機構和導桿機構是最常見的連桿機構形式。

它們的共同特點是：第一，它們的運動副元素是面接觸，所以所受的壓力較高副機構小，磨損輕；第二，低副表面為平面和圓柱面，所以制造容易，并且可獲得較高的加工精度；第三，低副元素的接觸是依靠本身的幾何約束來實現的，因此不需要高副機構中的彈簧等保證運動副的封閉裝置。

連桿機構也存在如下一些缺點：為了滿足設計的要求，往往要增加構件和運動副數目，使機構構造復雜，有可能會產生自鎖；制造的不精確所產生的累積誤差也會使運動規律發生偏差；設計與計算比高副機構復雜；在連桿機構運動過程中，連桿及滑塊的質心都在作變速運動，所產生的慣性力難以用一般方法方法加以消除，因而會增加機構的動載荷，所以連桿機構不宜用于高速運動。此外，雖然可以利用連桿機構來滿足一些運動規律和運動軌跡的設計要求，但其設計卻是十分困難的，且一般只能近似地得以滿足。

正因如此，所以如何根據最優化方法來設計連桿機構，使其能最佳地滿足設計要求，一直是連桿機構研究的一個重要課題。

三、平面四桿機構的基本類型與應用實例。

連桿機構是由若干剛性構件用低副連接所組成的。在連桿機構中，若各運動構件均在相互平行的平面內運動，則稱為平面連桿機構。平面四桿機構是平面連桿機構的最基本形式，這其中所有運動副均為轉動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構。

在鉸鏈四桿機構中，按連架桿能否作整周轉動，可將四桿機構分為三種基本形式。即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。其中： 1.曲柄搖桿機構

在鉸鏈四桿機構中，若兩連架桿中有一個為曲柄（整周回轉），另一個為搖桿（一定范圍內擺動），則稱為曲柄搖桿機構。

在這種機構中，當曲柄為原動件時，可將原動件的連續轉動，轉變為搖桿的反復擺動。如飛剪、間歇傳送機構、傳送帶送料機構等。而當搖桿為原動件時，可以將原動機的反復擺動，轉化為從動曲柄的整周轉動。如縫紉機的踏板機構。

實例1：飛剪

圖示為飛剪機構，構件1為曲柄，它轉動后通過連桿2使搖桿3（即下刀口）繞D點擺動，通過與連桿2（即上刀口）配合運動，在曲柄回轉一周中會存在某個時刻連桿2（即上刀口）與搖桿（即下刀口）匯合在一起，即形成剪切動作。

實例2：間歇傳送機構

圖示為間歇傳送機構，構件1為曲柄，它轉動后通過連桿2使搖桿3繞D點擺動，在連桿2上固定安裝有推動物料的構件，在曲柄1運動過程中，連桿帶動該構件做出推動動作，且曲柄每回轉一周完成一次推動動

實例3：縫紉機的踏板機構

圖示為縫紉機的踏板機構，構件1為搖桿，它轉動后通過連桿2使曲柄3繞D點轉動，使用搖桿為主動件的曲柄搖桿機構存在止點，當機構因為止點而無法運轉時，需要借助外力將機構推離止點。

2.雙曲柄機構

在鉸鏈四桿機構中，若兩連架桿均為曲柄（整周回轉），則稱為雙曲柄機構。這種機構的傳動特點是當主動曲柄連續等速轉動時，從動曲柄一般作不等速運動，只有當兩對邊構件長度均相等且平行時，主動曲柄與從動曲柄才能實現相同角速度轉動。

作，如此往復，便可實現間歇傳動。雙曲柄機構的應用例子有慣性篩機構、公共汽車車門開閉機構、火車車輪機構等。

實例1：慣性篩機構

圖示為慣性篩機構，構件1為主動曲柄，它轉動后通過連桿2使從動曲柄3繞D點轉動，該機構中曲柄長度不平行，當主動曲柄1勻速轉動時，從動曲柄3做變速轉動，從而使得上方的篩子具有一定的加速度，達到篩分物料的目的。

實例2：公共汽車車門開閉機構 圖示為公共汽車車門開閉機構，構件1為主動曲柄（一側車門），它轉動后通過連桿2使從動曲柄3繞D點轉動。該機構中兩曲柄長度相同但不平行，因此其運動的主從動曲柄轉向相反。當曲柄1轉動時，曲柄2即向相反方向轉動，因而可以使得兩側車門同時打開，且速度相等。

3.雙搖桿機構

在鉸鏈四桿機構中，若兩連架桿均為搖桿（一定范圍內擺動），則稱為雙搖桿機構。在這種機構中兩連架桿均為擺動，可以實現一定范圍內的移動。其應用實例有飛機起落架、鶴式起重機、汽車前輪轉向機構等。

實例1：汽車前輪轉向機構

圖示為汽車前輪轉向機構，構件1為主動搖桿，它轉動后通過連桿2使從動搖桿3繞D點擺動，該機構使用一個動力元件便可使得兩前輪同向轉動，且轉動角度相同以實現轉向動作。

實例2：鶴式起重機

圖示為鶴式起重機機構。AB為主動搖桿，CD為被動搖桿，重物懸掛在連桿CE上，當主動搖桿AB擺動時，從動搖桿CD也隨之擺動，位于連桿BC延長線上的重物懸掛點E將沿近似水平直線運動。

實例3：飛機起落架

圖示為飛機起落架機構，構件1為主動搖桿，一般由液壓缸帶動，它轉動后通過連桿2使從動搖桿3繞D點轉動，同時帶動輪子收起（放出）。當輪子處于伸出狀態時，整個機構處于止點狀態，有助于保證飛機降落時的安全。

三、平面四桿機構的演變方法、演變過程，演變后機構的應用實例、將轉動副轉化為移動副法

演變過程如下圖a所示，將鉸鏈四桿中的搖桿3做成滑塊的形式，使其沿圓弧導軌往返滑動時，該機構演變為圖b所示的具有曲線導軌的曲柄滑塊機構。再將搖桿的長度演變成∞，機構就演變成圖c所示的具有偏距e的曲柄滑塊機構，當e=0時，則為圖d所示對心曲柄滑塊機構。

d圖 a圖

b圖

c圖 該轉化方法的應用實例有：

實例1：小型沖床

圖示為小型沖床結構，構件3為曲柄，一般在沖床的曲柄上配有一個質量比較大的飛輪，轉動起來之后借助飛輪的轉動慣量，便可實現較大的沖壓力。其具體的動作過程為，曲柄3轉動帶動連桿4運動，同時使滑塊5順著導軌槽上下往復運動。

實例2：內燃機

圖示為內燃機一個工作缸的結構簡圖，構件3為滑塊（活塞），活塞在柴油或汽油的燃燒作用被推動，活塞3的上下往復運動通過連桿2推動曲柄1做回轉運動，從而為汽車提供了動力源。

2、選用不同的構件為機架

對心曲柄滑塊機構是具有一個移動副的四桿機構，在a圖所示的曲柄滑塊機構中，若取構件1為機架則轉化為如b所示的轉動導桿機構；若取構件2為機架則轉化為圖c所示的曲柄搖塊機構；若取構件3為機架則轉化為圖e所示的定塊機構。

該轉化方法的應用實例有：

實例1：小型刨床

圖示為小型刨床結構，圖示的ABC部分即為轉動導桿機構，構件1為曲柄，通過滑塊C帶動導桿3轉動，運動時滑塊C在導桿上滑動，導桿末端通過另一桿件與刨刀E相連接，E的運動具有急回特性。

實例2：牛頭刨床

圖示為牛頭刨床結構，圖示的ABC部分即為擺動導桿機構，構件2為曲柄，通過滑塊C帶動導桿3擺動，運動時滑塊C在導桿上滑動，滑塊固定在一滑槽內，通過滑塊帶動刨刀運動。

實例3：自卸卡車車廂舉升機構

圖示為自卸卡車車廂舉升機構，圖示的ABC部分即為曲柄搖塊機構，其中搖塊3為油缸，用壓力油推動活塞使車廂翻轉。

實例4：手搖唧筒

圖示為手搖唧筒，圖示的ABC部分即為定塊機構，構件1為搖桿，定塊3通過連桿2與搖桿連接，搖桿帶動限制在滑槽中的活塞4運動，完成取水動作。

3、擴大轉動副的尺寸

在圖a所示的曲柄搖桿機構中，如果將曲柄1端部的轉動副曰的半徑加大至超過曲柄1的長度AB，使得到如圖b所示的機構。此時，曲柄l變成了一個幾何中心為B、回轉中心為A的偏心圓盤，其偏心距e即為原曲柄長。該機構與原曲柄搖桿機構的運動特性相同，其機構運動簡圖也完全一樣。在設計機構時，當曲柄長度很短、曲柄銷需承受較大沖擊載荷而工作行程較小時，常采用這種偏心盤結構形式，在沖床、剪床、壓印機床、柱塞油泵等設備中，均可見到這種結構。

其應用實例有：

實例1：小型沖床

圖示為小型沖床結構，構件3為曲柄，一般在沖床的曲柄上配有一個質量比較大的飛輪，轉動起來之后借助飛輪的轉動慣量，便可實現較大的沖壓力。其具體的動作過程為，曲柄3轉動帶動連桿4運動，同時使滑塊5順著導軌槽上下往復運動。

（四）、連桿機構的創新（選作）

與傳統的連桿機構相比，近年來的設計已經充分使用了仿真分析，比如利用矢量方法來描述平面連桿機構的運動及動力分析，使用ANSYS等軟件對連桿機構機構模型進行運動仿真等。利用這些手段，現代利用數學分析的方法對連桿系統進行求解的比重大大增加，不僅降低了設計的難度，也使得系統的實用性也能夠最大程度的滿足設計的需求。

通過查閱資料，目前常見的連桿創新設計有變比例剪叉式連桿機構、多套四桿機構串聯機構、六桿機構等。

實例1：變異剪叉式連桿機構 圖示為曲線軌跡變異剪叉式結構，通過改變銷軸的位置，使其偏離于兩桿的中心位置，在剪叉機構展開時，其打開方向就會呈現曲線的狀態。

五、參考資料

1、黃華梁、彭文生主編，高教出版社出版，《 機械設計基礎》 2.阮寶湘主編，機械工業出版社出版《工業設計機械基礎》

3、孫桓主編，高等教育出版社出版，機械原理

4、楊家軍編/華中科技大學出版，機械原理(第二版)/

5、申永勝主編，清華大學出版社出版機械原理

六、提交資料要求：通過圖書館或網絡收集相關資料，整理初稿,用紙抄寫，補充插圖（插圖用鉛筆畫），整理后上交。

第四篇：平面四桿機構課程教案

《機械基礎》教案

第10

次課

學時

授課時間

90分鐘

課題（章節）

3.1平面四桿機構的基本類型及應用

教學目的與要求：

1.認知目標：⑴讓學生掌握四桿機構的組成、分類及其運動特性。⑵能夠對生活和生產中的鉸鏈四桿機構實例進行分析。

2.能力目標：通過學習本節知識，提高學生的主觀能動性，思維的積極性，提高其分析問題和解決問題的能力。

3.情感目標：通過引導學生參與分析問題和解決問題的過程，使學生產生一種成就感，激發學生的學習興趣，達到理論與實踐相結合的目的。

教學重點、難點：

鉸鏈四桿機構的組成、分類及其運動特性。

教學方法及師生互動設計：

以“誘發—質疑―探討”為主線，通過“演示―觀察―分析討論―歸納總結”的程序，自然過渡到知識的應用和練習，實現對每個知識點的認識、理解和記憶。

課堂練習、作業：

《機械設計基礎》第2版P38頁3-1

3-2

3-6

課后小結：

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

課前教學準備

1.白板筆，示教板、用木材自制的兩個鉸鏈四桿機構及用Flash制作的相應內容的動畫課件、展示臺、投影儀一套、教師用機；

2.學案（包括教學目標、重點、難點、自學練習題），師生人手一份。

組織教學

1.學生按時進入課室，師生互相問候。

2.檢查學生出勤、裝束、精神狀態情況。

3.宣布本次課題的內容及任務。

教學過程

一、復習有關內容

1.什么是機構？什么是平面機構？

2.什么是低副？低副有哪幾種類型？

二、導入新課

用多媒體播放世界上最大的起重機。

導入語：每一個機器都是由若干個機構或構件所組成，那么視屏中的起重機中那些機構和我們今天所學的知識有聯系呢？我們帶著疑問開始今天的課程！

（5分鐘）

（6分鐘）

電教演示自制課件（打開多媒體課件）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

三、講授新課

一、平面連桿機構

1、定義：由若干構件和低副組成的平面機構。

二、鉸鏈四桿機構

1、定義：由四個桿件通過鉸鏈（轉動副）連接而成的平面四桿機構。

2、結構特征

（1）、四個構件

（2）、運動副全為轉動副

機架

曲柄-整轉副

3、組成連架桿

搖桿-擺轉副

連桿

4、鉸鏈四桿機構的類型

曲柄搖桿機構

攪拌機

鉸鏈四桿機構

雙曲柄機構

慣性篩機構

雙搖桿機構

鶴式起重機

（4分鐘）

（4分鐘）

（4分鐘）

（5分鐘）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

（1）、曲柄搖桿機構

以曲柄為主動件：回轉

擺動

舉例-攪拌機構

以搖桿為主動件：擺動

回轉

舉例-縫紉機機構

（2）、雙曲柄機構

一般雙曲柄機構：等速回轉

變速回轉；舉例-慣性篩機構

平行雙曲柄機構：轉向相同、轉速相等（兩曲柄長度相等且平行）；舉例-機車聯動裝置

反向雙曲柄機構：轉向相反、轉速不等（兩曲柄長度相等但不平行）；舉例-車門啟閉裝置

（5分鐘）

（3分鐘）

（3分鐘）

（3分鐘）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

（3）、雙搖桿機構

擺動

擺動

舉例-起重機

等腰梯形機構（兩搖桿長度相等時）

舉例-汽車轉向梯形機構

三、曲柄存在的條件

1、曲柄存在條件

（1）、在鉸鏈四桿機構中，能使被連接的兩個構件相對轉動360度的轉動副為整轉副。

（2）、整轉副存在是曲柄存在的必要條件。

分析：設l1<

l4,構件AB要為曲柄，則轉動副A應為周轉副，為此AB桿應能占據整周中的任何位置，則AB必與AD兩次共線。

（5分鐘）

（4分鐘）

（15分鐘）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

l1≤l2

l1≤l3

l1≤l4

由△B2C2D可得：

l1+l4≤

l2

+

l3

由△B1C1D可得：

l3≤（l4-

l1）+

l2

l1+l3≤

l2

+

l4

l2≤（l4-

l1）+

l3

l1+l2≤

l3

+

l4

∴AB為最短桿

若l1>

l4,如圖：

l4≤l1

l4≤l2

l4≤l3

由△B2C2D可得：

l1+l4≤

l2

+

l3

由△B1C1D可得：

l3≤（l1-

l4）+

l2

l3+l4≤

l1

+

l2

l2≤（l1-

l4）+

l3

l2+l4≤

l1

+

l3

∴AD為最短桿

由此，我們可以得出鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件為：

連架桿和機架中必有一桿是最短桿。

最短桿與最長桿長度之和小于等于其他兩桿長度之和。（桿長條件）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

注意：上述兩個條件必須同時滿足，否則不存在曲柄。

四、鉸鏈四桿機構類型的判別方法

a+d≤b+c

(最長桿與最短桿之和小于等于其余兩桿之和)

a+d＞b+c

（最長桿與最短桿之和小于等于其余兩桿之和）

曲柄搖桿機構

雙曲柄機構

雙搖桿機構

雙搖桿機構

與最短桿相鄰的桿作機架

最短桿作機架

與最短桿相對的桿作機架

任意桿作機架

注：a─最短桿；d─最長桿；c、b其余兩桿

四、教學鞏固

1、通過曲柄存在的條件判斷下列機構屬于什么類型。

2、學生活動

按人數將學生分為4個大組，并安排設計任務。

第一組：設計曲柄搖桿機構。

第二組：設計雙曲柄機構。

（5分鐘）

（10分鐘）

教學內容

備注

（包括：教學手段、時間分配、臨時更改等）

第三組：設計雙搖桿機構（a+d≤b+c，a、b為最短與最長桿）。

第四組：設計雙搖桿機構（a+d>b+c，a、b為最短與最長桿）。

設計完成后，各組派代表展示本組成果。

六、反饋巡回指導

在學生自學練習的同時，教師進行巡回指導，及時發現學生中存在的誤解或疑惑，糾正認識差距，縮短教師與學生間的距離，使師生關系融洽和諧。及時反饋教與學，真正做到教師起主導作用,學生起主體作用。實現教法、學法、能力訓練三者統一。

七、講評小結

以學生的自主探究為中心，以問題驅動為主線，在各個環節中不斷地創設情景，設置懸念，并及時的進行點撥引導。調動了學生的積極性，激發了他們的學習興趣，活躍了課堂氣氛，較好的完成了以學生為主體，以教師為主導的教學理念。

（3分鐘）

第五篇：平面四桿機構的基礎知識課稿

平面四桿機構的基礎知識課稿

我說課的題目是：《平面四桿機構的基礎知識》。本節是《機械原理》第八章三節的內容。我主要從教材分析，教法設計，學法指導，教學過程，板書設計五個方面進行闡述。

一、教材分析： 從以下四方面加以分析：

1、地位作用：本節主要闡述平面四桿機構的基礎知識，包括鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件和急回特性兩個問題的分析，對于生產實踐有重要指導意義。所以本節內容是本章的重點之一。

2、教學目標：

根據大綱要求，結合學生特點，我將教學目標定為知識目標，能力目標兩個方面。

知識目標：

1、掌握曲柄存在的條件及機構判斷方法。

2、掌握急回特性產生的條件及應用。

能力目標：

1、培養學生觀察、分析及綜合歸納能力。

2、培養學生主動探究、協作學習的能力。

3、重點與難點

鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件是判斷機構類型的重要依據，所以把它定為教學重點。而急回特性的原因相對學生的基礎而言有一 定的難度，所以把它定為教學難點。

4、教材處理：

本著突出重點和突破難點的原則，我對教材做如下處理（1）通過直觀演示的方法，引導學生循序漸進，步步深 入, 通過觀察、分析、歸納總結得到曲柄存在的條件

（2）通過補充急回特性系數這一概念，使急回特性產生的原因簡單易懂。

二、教法設計：

主要采用直觀演示和啟發式教學方法，通過提出問題——探究驗證——歸納總結——實踐應用等環節，體現“教為主導，學為主體”的教學原則。

三、學法指導：

1、創設形象生動的教學氛圍，讓學生能主動參與，積極探究,善于思考，協作學習，從而提高學生分析問題，解決問題的能力。

2、提取舊知——積極思維——實驗探究——構建新知——鞏固深化的學法。

四、教學過程：為更好地完成教學目標，我將教學過程分為以下幾部分。

1、復習提問：通過對上節課內容的復習，演示鉸鏈四桿機構提出 問題，讓學生回答。

設計目的：通過直觀演示，讓學生在輕松的氛圍中鞏固相關知識，設置的問題既是對前面知識的復習，又是后面知識的前奏。

2、探索研究：

曲柄存在的條件是本節的一個重點：為突破重點，我把探究過程分為四步

第一步：我通過演示機構－提出問題－學生觀察并回答。設計的目的是使學生產生初步的感性認識：鉸鏈四桿機構有三種基本類型。

第二步：我繼續演示機構－提出問題－學生觀察并回答－曲柄存在的條件取決于桿的長度。設計的目的是使學生分析問題的方向，為后面的推導做好輔墊。

第三步：我以曲柄搖桿機構為例和學生一起分析，并得出曲柄存在的條件

第四步：根據曲柄存在的條件，讓學生分組討論，教到師引導，師生共同推導出結果：如何判斷鉸鏈四桿機構類型。

以上四步：通過直觀演示，問題的提出，學生分組討論，師生共同推導等手段，使整個推導過程循序漸進，步步深入，使學生輕松掌握所學知識。急回特性的產生原因是本節的一個難點：為突破難點，我把探究過程分為四步

第一步：我通過課件演示－提出問題－學生觀察并回答。設計的目的是使學生產生初步的感性認識：即曲柄搖桿機構具有急回特性。

第二步：我繼續演示機構－提出共線問題－學生觀察并回答－得出極位夾角的概念。設計的目的是使學生掌握曲柄搖桿機構的特殊位置和極位夾角的概念，為后面的推導做好輔墊。

第三步：我采用分解演示空回行程和工作行程

第四步：根據演示過程及分析數據，讓學生討論，教師引導，師生共同推導出結果：即：V2＞V1，從而得產生急回特性的原因。

以上四步：將難點分解，通過直觀演示，學生討論，師生共同推導等手段，使整個推導過程循序漸進，步步深入，變難點為趣點，使學生輕松掌握所學知識。

在前面推導的基礎上，我提出急回特性系數這一概念，師生共同推導得出急回特性產生的條件即K>1，θ >0,這是本節的重點之一。

這樣設計的目的是：在以往的教學中，由于教材缺少這一環 節，學生掌握教為困難，通過補充急回特性系數這一概念,使急回特性產生的條件簡單易懂，便于學生掌握。

然后我通過演示牛頭刨床的實際加工過程,讓學生觀察分析，分組討論，從而得到急回特性的意義。這樣可以使學生對急回特性的應用有了進一步的感性認識.4、演練反饋部分

扣住本節，我設置了五個判斷題，通過學生的回答，教師歸納總結。使學生能夠更好掌握知識

5、總結提煉：

在演練反饋的基礎上，加深學生印象。五，板書設計

一． 鉸鏈四桿機構有曲柄的條件 1.曲柄存在的條件 2.判斷類型的方法

二． 鉸鏈四桿機構的急回運動和行程速度變化系數 1，急回特性 2，行程變化系數

這樣設計的目的使版面直觀，層次分明，重點和難點突出。