第一篇：第2章 平面連桿機構(gòu)教案

第2章平面連桿機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)——由若干個構(gòu)件通過平面低副(轉(zhuǎn)動副和移動副)聯(lián)接而構(gòu)成的平面機構(gòu)，也叫平面低副機構(gòu)

平面連桿機構(gòu)具有承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等優(yōu)點，用它可以實現(xiàn)多種運動規(guī)律和運動軌跡，但只能近似地實現(xiàn)所要求的運動。

最簡單的平面連桿機構(gòu)由四個構(gòu)件組成，簡稱平面四桿機構(gòu)。是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ) 只介紹四桿機構(gòu)

§2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用 一，鉸鏈四桿機構(gòu)

鉸鏈四桿機構(gòu)——全部由回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)最基本的形態(tài)。

如圖2-1a所示，鉸鏈四桿機構(gòu)由 機架

4、連架桿(與機架相連的 1、3兩桿)和連桿(與機架不相聯(lián)的 中間桿2)組成。如圖所示

曲柄——能繞機架上的轉(zhuǎn)動副作整周回轉(zhuǎn)的連架桿。搖桿——只能在某一角度范圍(小于360°)內(nèi)擺動的連架桿。

鉸鏈四桿機構(gòu)按照連架桿是曲柄還是搖桿分為曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)三種基本型式。

1、曲柄搖桿機構(gòu)

曲柄搖桿機構(gòu)——兩連架桿中一個是曲柄，一個是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。當曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。應(yīng)用：雷達調(diào)整機構(gòu)

2、雙曲柄機構(gòu)

兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu) 稱為雙曲柄機構(gòu)。

當原動曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動曲柄也作 連續(xù)轉(zhuǎn)動如圖所示

在雙曲柄機構(gòu)中，若其相對兩桿相互平行如右圖所示，則成為或平行四邊形機構(gòu)(平行雙曲柄機構(gòu))。如圖所示

當平行四邊形機構(gòu)的四個鉸鏈中心處于 同一條直線上時，將出現(xiàn)運動不確定狀態(tài)，一般采用相同機構(gòu)錯位排列的方法，來消除這種運動不確定狀態(tài)。如圖所示

應(yīng)用：在機車車輪聯(lián)動機構(gòu)中，則是利用第三個平行曲柄來消除平行四邊形機構(gòu)在這種死點位置的運動不確定性。

3、雙搖桿機構(gòu)

兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿 機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu) 應(yīng)用：飛機起落架

通過用移動副取代轉(zhuǎn)動副、變更桿件長度、變更機架和擴大轉(zhuǎn)動副等途徑，可以得到鉸鏈四桿機構(gòu)的其他演化型式 二，含一個移動副的四桿機構(gòu) 1，曲柄滑塊機構(gòu)

通過將搖桿改變?yōu)榛瑝K，搖桿長度增至無窮大，可得到曲柄滑塊機構(gòu)，如圖所示

對心曲柄滑塊機構(gòu)與偏置曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用于活塞式內(nèi)燃機

2、導(dǎo)桿機構(gòu)

在圖所示曲柄滑塊機構(gòu)中，若改取桿1為固定構(gòu)件，即得導(dǎo)桿機構(gòu)。桿 4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對導(dǎo)桿滑動并一起繞A點轉(zhuǎn)動。通常取桿2為原動件。當l1

3、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)

在圖所示曲柄滑塊機構(gòu)中，若取桿2為固定構(gòu)件，即可得圖所示搖塊機構(gòu)。應(yīng)用：卡車自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)。

若取桿3為固定件，即可得圖所示定塊機構(gòu)。應(yīng)用：抽水唧筒

三，含兩個移動副的四桿機構(gòu)（雙滑塊機構(gòu)）

雙滑塊機構(gòu)是具有兩個移動副的四桿機構(gòu)。可以認為是由鉸鏈四桿機構(gòu)中的兩桿長度趨于無窮大而演化成的。

按照兩個移動副所處位置的不同，可將雙滑塊機構(gòu)分成四種型式。⑴兩個移動副不相鄰，如圖所示。從動件3 的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為 正切機構(gòu)。

⑵兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與 機架相關(guān)聯(lián)，如圖所示。從動件3的位移 與原動件轉(zhuǎn)角的正弦成正比，故稱為正弦機構(gòu)。⑶兩個移動副相鄰，且均不與機架相關(guān)聯(lián)，這種機構(gòu)的主動件 1與從動件3具有相等 的角速度。應(yīng)用：滑塊聯(lián)軸器

⑷兩個移動副都與機架相關(guān)聯(lián)。應(yīng)用：橢圓儀

四、偏心輪機構(gòu)

曲柄搖桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)通過擴大轉(zhuǎn)動副尺寸，可得到偏心輪機構(gòu)。如圖所示為由曲柄搖桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)中曲柄的轉(zhuǎn)動副B的半徑擴大至超過曲柄的長度時，得到的偏心輪機構(gòu)。偏心距e即是曲柄的長度。

當曲柄長度很小時，通常都把曲柄做成偏心輪，這樣不僅增大了軸頸的尺寸，提高偏心軸的強度和剛度，而且當軸頸位于中部時，還可安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。因此，偏心輪廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、顎式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。

§2-2平面四桿機構(gòu)的基本特性 一，鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件

具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機構(gòu)才有可能存在曲柄。而鉸鏈四桿機構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副，取決于各桿的相對長度。l1?l2，l1?l3，l1?l4 它表明：桿1為最短桿，在桿

2、桿

3、桿4中有一桿為最長桿。結(jié)論：

⑴鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件（曲柄存在的必要條件）是：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和； ⑵ 整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。

曲柄是連架桿，只有整轉(zhuǎn)副處于機架上才能形成曲柄。當鉸鏈四桿機構(gòu)滿足整轉(zhuǎn)副條件時，機構(gòu)中最短桿的兩端轉(zhuǎn)動副一定為整轉(zhuǎn)副。因此可以得出鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件：

⑴最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和； ⑵連架桿和機架中，必有一個是最短桿。

當鉸鏈四桿機構(gòu)滿足上述整轉(zhuǎn)副條件時 ① 以最短桿為機架，則為雙曲柄機構(gòu)； ② 以最短桿的鄰邊為機架，則為曲柄搖桿機構(gòu)； ③ 以最短桿的對邊為機架，則為雙搖桿機構(gòu)。

若不滿足上述曲柄存在的必要條件，則不論以何桿作為機架，都為雙搖桿機構(gòu)。

二，急回特性

在曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲柄為原動件并作等速轉(zhuǎn)動時，從動搖桿空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度，搖桿的這種運動特性稱為急回特性。

搖桿在兩極限位置間的夾角?稱為搖桿 的擺角。搖桿處于兩極限位置時，主動件 曲柄所夾的銳角?稱為極位夾角。曲柄轉(zhuǎn)角為φ，時間為t 機床等機器用急回特性來縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率 急回特性相對程度用行程速比系數(shù)K表示

?2?/t2t1?1180???K??????1?/t1t2?2180???K?1??180K?1?三，壓力角和傳動角

在不計運動副中摩擦和構(gòu)件質(zhì)量的情況下，機構(gòu)中從動件受力F方向和受力點絕對速度vC方向間所夾的銳角?稱為機構(gòu)在此位置的壓力角。壓力角是 衡量機構(gòu)傳力效果的一個標志。

力F在vC方向的有效分力F′=Fcos?，即壓力角愈小，有效分力愈大，對機構(gòu) 的傳動愈為有利。

壓力角的余角?=900-?，稱為機構(gòu)在此 位置的傳動角，如圖2-7所示。對于連桿

機構(gòu)，傳動角往往表現(xiàn)為連桿與從動件之間所夾的銳角，比較直觀，所以有時用傳動角來反映機構(gòu)的傳力性能較為方便。即壓力角?越小，傳動角?越大，機構(gòu)的傳力性能越好；反之，?越大，?越小，機構(gòu)傳力越費勁，傳動效率越低。四，死點位置

如圖所示，曲柄搖桿機構(gòu)以搖桿CD作為主動件，而曲柄AB為從動件時，則當搖桿處于極限位置時，連桿BC與曲柄 AB共線，此時在主動件上無論施加多大 的驅(qū)動力，連桿加給曲柄的力均通過鉸鏈 中心A，此力對A點不產(chǎn)生力矩，所以 都不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)的這種位置稱為 死點位置。

例：1.縫紉機踏板機構(gòu) 2.夾緊機構(gòu) §2-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

平面四桿機構(gòu)設(shè)計主要有下面兩類問題：

⑴按照給定從動件的運動規(guī)律（位置、速度、加速度）設(shè)計四桿機構(gòu)。⑵按照給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)。

四桿機構(gòu)設(shè)計的方法有解析法、幾何作圖法和實驗法。作圖法直觀，解析法精確，實驗法簡便。

一、按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu) 1.曲柄搖桿機構(gòu)

已知條件：搖桿長度l3，擺角ψ和行程速度變化系數(shù)K。

設(shè)計的實質(zhì)是確定鉸鏈中心A點的位置，定出其他三桿的尺寸l

1、l2和l4。其設(shè)計步驟如下：

⑴由給定的行程速比系數(shù)K，按式（2-2）求出極位夾角θ

??180?K?1K?1

由于A點是△C1PC2外接圓上任選 的點，所以若僅按行程速比系數(shù)K 設(shè)計，可得無窮多的解。A點位置 不同，機構(gòu)傳動角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按

照最小傳動角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點的位置。2.導(dǎo)桿機構(gòu)

已知條件：機架長度l4、行程速比系數(shù)K。

由圖2-27可知，導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角ψ，所需確定的尺寸是曲柄長度l1。其設(shè)計步驟如下：

⑴ 由給定的行程速比系數(shù)K，求出極位夾角θ ⑵任選固定鉸鏈中心 C，以夾角ψ作出導(dǎo)桿 兩極限位置

Cm和Cn。

⑶作擺角ψ 的平分線AC，并在線上取 AC= l4，得固定鉸鏈中心 A的位置。

⑷過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線AB1（或AB2），即得曲柄長度l1＝AB1

二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)

圖2-28所示為鑄工車間翻臺振實式造型機的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。它是應(yīng)用一個鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)翻臺的兩個工作位置的。

如給定與翻臺固聯(lián)的連桿3的長度l3=BC及其兩個位置B1C1和B2C2，要求確定連架桿與機架組成的固定鉸鏈中心A和D的位置，并求出其余三桿的長度l1、l2和l4。設(shè)計問題的關(guān)鍵為確定固定鉸鏈A、D的位置。

由于連桿3上B、C兩點的軌跡分別為以A、D為圓心的圓弧，所以A、D必分別位于B1B2和C1C2的垂直平分線上。故可得設(shè)計步驟如下：

⑴根據(jù)給定條件，繪出連桿3的兩個位置B1C1和B2C2。

⑵分別連接B1和B2、C1和C2，并作B1B2和C1C2的垂直平分線b12和c12。⑶由于A和D兩點可在b12和c12兩直線上任意選取，故有無窮多解。在實際設(shè)計時還可以考慮其他輔助條件，例如最小傳動角、各桿尺寸所允許的范圍或其他結(jié)構(gòu)上的要求等等。本機構(gòu)要求 A、D兩點在同一水平線上，且AD=BC。根據(jù)這一附加條件，即可唯一地確定 A、D的位置，并作出所求的四桿機構(gòu)AB1C1D。

若給定連桿三個位置，要求設(shè)計四桿機構(gòu)，其解是唯一的。設(shè)計過程與上述基本相同，如下圖。

第二篇：平面連桿機構(gòu)例題

典型例題

例1 如圖所示，已知lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=50mm，AD為固定件。（1）如果該機構(gòu)能成為曲柄搖桿機構(gòu)，且AB為曲柄，求lAB的值；（2）如果該機構(gòu)能成為雙曲柄機構(gòu)，求lAB的值；（3）如果該機構(gòu)能成為雙搖桿機構(gòu)，求lAB的值。

解（1）如果能成為曲柄搖桿機構(gòu)，則機構(gòu)必須滿足“最長桿與最短桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和，且AB為最短桿”。則有

lAB+lBC≤ lCD+lAD 代入各桿長度值，得

lAB≤20mm

（2）如果該機構(gòu)能成為雙曲柄機構(gòu)，則機構(gòu)必須滿足“最長桿與最短桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和，且機架AD為最短桿”。則

1）若BC為最長桿即lAB≤100mm，則

lAD+lBC≤ lCD+lAB

lAB ≥80mm

所以 80mm≤lAB≤ 100mm 2）若AB為最長桿即 lAB ≥100mm，則

lAD+lAB≤ lCD+lBC

lAB≤120mm

所以 100mm≤lAB≤ 120mm

將以上兩種情況進行分析綜合后，lAB的值應(yīng)在以下范圍內(nèi)選取，即

80mm≤lAB≤ 120mm

（3）若能成為雙搖桿機構(gòu)，則應(yīng)分兩種情況分析：第一種情況，機構(gòu)各桿件長度滿足“桿長之和條件”，但以最短桿的對邊為機架；第二種情況，機構(gòu)各桿件長度不滿足“桿長之和條件”，在本題目中，AD已選定為固定件，則第一種情況不存在。下面就第二種情況進行分析。

1）當 lAB＜50mm,AB為最短桿，BC為最長桿

lAB+lBC ＞ lCD+lAD

lAB ＞20mm

即 20mm＜ lAB＜50mm

2）當50≤lAB＜100時，AD為最短桿，BC為最長桿，則

lAD+lBC＞ lCD+lAB

lAB＜80mm 即 50mm≤lAB＜80mm

3）當lAB ＞100mm時，AB為最長桿，AD為最短桿，則

lAD+lAB＞ lCD+lBC

lAB＞120mm 另外，AB增大時，還應(yīng)考慮到，BC與CD成伸直共線時，需構(gòu)成三角形的邊長關(guān)系，即

lAB＜（lCD+lBC）+ lAD

lAB＜220mm 則 120mm＜ lAB＜220mm 綜合以上情況，可得 lAB的取值范圍為：

20mm ＜lAB＜80mm 及 120mm＜lAB＜220mm

除以上方法外，機構(gòu)成為雙搖桿機構(gòu)時，lAB的取值范圍也可用以下方法得到：對于以上給定的桿長，若能構(gòu)成一個鉸鏈四桿機構(gòu)，則它只有三種類型：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)。故分析出機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)時lAB的取值范圍后，在0～220mm之內(nèi)的其余值即為雙搖桿機構(gòu)時lAB的取值范圍。

例2 在圖示連桿機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸為：lAB=160mm，lBC=260mm，lCD=200mm，lAD=80mm；并已知構(gòu)件AB為原動件，沿順時針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定：

（1）四桿機構(gòu)ABCD的類型；

（2）該四桿機構(gòu)的最小傳動角γmin；

（3）滑塊的行程速度變化系數(shù)K。

解：（1）lAD +lBC =80+260 =340< lAB +lCD =160+200=360,即滿足桿長條件，且以最短桿AD為機架，故為雙曲柄機構(gòu)。（2）解法一：作圖法如圖（b）所示

解法二:?minb2?c2??a?d?2602?2002??160?80??arccos?arccos?13.325?

2bc2?260?20022

（3）在圖（c）所示，極位夾角θ為滑塊在兩個極限位置時曲柄AB所夾的銳角，用作圖法可得θ=43.6°。

180???K??1.639

180???

例3 在圖示的凸輪機構(gòu)中，若已知凸輪2以等角速度順時針轉(zhuǎn)動，試求從動件上B點的速度。假設(shè)構(gòu)件3在構(gòu)件2上作純滾動，求點B'的速度。

解：（1）瞬心位置如圖所示，vP24??2O2P24??4P14P24

?4?O2P24?2 PP1424vB???4O4B

方向如圖所示（2）

vP23??2O2P23??3P13P23

?3?O2P23?2 PP1323?vB????3P13B

方向如圖所示

例4 圖示為一已知的曲柄遙桿機構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿CD和一滑塊F連接起來，使搖桿的三個位置C1D，C2D，C3D，和滑塊的三個位置F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3相對應(yīng)，試確定此連桿的長度及其與搖桿CD鉸接點的位置。

解：該問題屬于函數(shù)生成機構(gòu)的設(shè)計，如圖所示，根據(jù)低副運動的可逆性，如果改取從動連架桿為機架，則可得鉸鏈F的轉(zhuǎn)位點F'2，F(xiàn)'3。連接F1F'2和F'2F'3，分別作這兩段線段的中垂線，其交點E1 即為所求。連桿長度EF可從圖中直接量取。

例5試設(shè)計如圖3-6所示的六桿機構(gòu)。當原動件 OAA 自 OAy軸沿順時針轉(zhuǎn)過?12?60? 到達 L2 時，構(gòu)件OBB1順時針轉(zhuǎn)過 ?12?45?，恰與OAx軸重合。此時，滑塊6在 OAx軸上自C1 移動到C2，其位移S12?20mm，滑塊C1距OB的距離為OBC1?60mm，用幾何法確定A1和B1點的位置，并且在所設(shè)計的機構(gòu)中標明傳動角。同時，說明機構(gòu)OAA1B1OB是什么樣的機構(gòu)（曲柄搖桿、雙曲柄或雙搖桿機構(gòu)）？

第三篇：平面連桿機構(gòu)自測題

一、選擇題

1、圖示鉸鏈四桿機構(gòu)，已知桿長a = 120 mm，b = 200 mm，c = 280 mm，若要獲得曲柄搖桿機構(gòu)，機架d 的取值范圍是（）mm。

A.C.2、曲柄搖桿機構(gòu)的傳動角是（）。

A.C.3、在下列機構(gòu)中，（）沒有急回性質(zhì)。A.C.4、在下列機構(gòu)中，有急回性質(zhì)的是（）。A.C.雙曲柄機構(gòu) D.擺動導(dǎo)桿機構(gòu) 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu) B.對心曲柄滑塊機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) D.擺動導(dǎo)桿機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu) B.曲柄滑塊機構(gòu) 連桿與從動搖桿之間所夾銳角的余角 D.極位夾角的余角 從動搖桿兩個極限位置之間的夾角 B.連桿與從動搖桿之間所夾銳角 200≤d≤360 D.200≤d≤400 120≤d≤200 B.200≤d≤320

5、鉸鏈四桿機構(gòu)的桿長a = 60 mm，b = 80 mm，c = 100 mm，d = 90 mm。若以桿a為機架，則此四桿機構(gòu)（）。

A.C.有整轉(zhuǎn)副且有一個曲柄 D.有整轉(zhuǎn)副且有兩個曲柄 無整轉(zhuǎn)副，無曲柄存在 B.有整轉(zhuǎn)副而無曲柄存在

6、在下列平面四桿機構(gòu)中，無論以哪一構(gòu)件為主動件，都不存在死點位置。（）

A.C.7、曲柄滑塊機構(gòu)利用（）可演化為偏心輪機構(gòu)。

A.C.8、車輛前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用的是什么機構(gòu)？（）

A．

C．

9、縫紉機的踏板機構(gòu)，以下相關(guān)論述不正確的是哪個？（）

A．

B．

C．

D．

10、已知對心曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄長AB=20mm，問該機構(gòu)滑塊的行程H為多少？（）

A． C． 20 mm＜H＜40 mm D．

H=30 mm H=20 mm B．

H=40 mm 踏板相當于曲柄搖桿機構(gòu)中的曲柄。利用飛輪幫助其克服“死點位置。” 工作過程中可能會出現(xiàn)倒車或踩不動的現(xiàn)象。應(yīng)用了曲柄搖桿機構(gòu)且搖桿為主動件。雙搖桿機構(gòu) D．

曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu) B．

雙曲柄機構(gòu) 移動副取代回轉(zhuǎn)副 D.擴大回轉(zhuǎn)副 機架變換 B.改變構(gòu)件相對長度 曲柄搖桿機構(gòu) D.曲柄滑塊機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) B.雙搖桿機構(gòu)

二、判斷題

1、平面連桿機構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機構(gòu)。?????（2、平面四桿機構(gòu)中若有曲柄存在，則曲柄必為最短桿。???????（3、鉸鏈四桿機構(gòu)通過機架的改變，一定可以實現(xiàn)三種基本型式之間的轉(zhuǎn)換。??????（錯）

4、曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動特性是用急回特性系數(shù)K來表示，K愈小，則急回作用就愈明顯。??（對

5、實際生產(chǎn)中，常利用急回運動這個特性，來縮短工作時間，提高生產(chǎn)效率。????????（對

6、極位夾角就是從動件在兩個極限位置之間的夾角。????????（7、鉸鏈四桿機構(gòu)中，傳動角越大，機構(gòu)的傳力性能越好。??????（8、四桿機構(gòu)有無死點位置，與何構(gòu)件為原動件無關(guān)。????????（9、對曲柄搖桿機構(gòu)而言，當曲柄為原動件時，從動件搖桿與連桿無共線位置，所以無死點。???（對

10、在實際生產(chǎn)中，死點現(xiàn)象對工作都是不利的，必須加以克服。??（對

錯）錯）

對

錯）

對

錯）

對

錯）錯）錯）

對

對

錯）

對

錯）

? 單擊這里查看答案：

o

一、選擇題：

1、C

2、B

3、C

4、D

5、B

6、A

7、D

8、C

9、D

10、B o

二、判斷題：

1、對

2、錯

3、錯

4、錯

5、對

6、錯

7、對

8、錯

9、對

10、錯

第四篇：第5章平面連桿機構(gòu)(教案)

第5章平面連桿機構(gòu)

教案第5章

1．教學(xué)目標

平面連桿機構(gòu)

（1）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型；（2）鉸鏈四桿機構(gòu)的演化；

（3）對曲柄存在的條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數(shù)等有明確的概念；（4）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計。2．教學(xué)重點和難點

（1）曲柄存在條件、傳動角、死點、行程速比系數(shù)；（2）平面四桿機構(gòu)的圖解法設(shè)計；

（3）有關(guān)曲柄存在條件的桿長關(guān)系式的全面分析、平面四桿機構(gòu)最小傳動角的確定等問題。3．講授方法

多媒體課件 4.教學(xué)時數(shù)

6學(xué)時

5.1 四桿機構(gòu)的形式

全部用轉(zhuǎn)動副組成的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu),按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構(gòu)分為三種基本型式：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。

C2B1A4D3

圖5.1 鉸鏈四桿機構(gòu) 圖5.2 攪拌機

5.1.1 四桿機構(gòu)的基本形式

1．曲柄搖桿機構(gòu)

曲柄搖桿機構(gòu)的特點是它能將曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動變換成搖桿的往復(fù)擺動,相反它也能將搖桿的往復(fù)擺動變換成曲柄的連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。

2．雙曲柄機構(gòu)

兩連架桿均為曲柄的四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)，如書圖5.4所示的慣性篩及圖5.5所示的機車車輛機構(gòu)，均為雙曲柄機構(gòu)。慣性篩機構(gòu)中，主動曲柄AB等速回轉(zhuǎn)一周時，曲柄

第5章平面連桿機構(gòu)

教案CD變速回轉(zhuǎn)一周，使篩子EF獲得加速度，從而將被篩選的材料分離。機車車輛機構(gòu)是平行四邊行機構(gòu)，它使各車輪與主動輪具有相同的速度，其內(nèi)含有一個虛約束，以防止要曲柄與機架共線時運動不確定。

圖5.3 機車車輛機構(gòu)

雙曲柄機構(gòu)的特點之一就是能將等角速度轉(zhuǎn)動變?yōu)橹芷谛宰兘撬俣绒D(zhuǎn)動。機車車輛機構(gòu)見圖5.3。

3．雙搖桿機構(gòu)

若四桿機構(gòu)的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。在實際中的應(yīng)用中，主要是通過適當?shù)脑O(shè)計，將主動搖桿的擺角放大或縮小，使從動搖桿得到所需的擺角；或者利用連桿上某點的運動軌跡實現(xiàn)所需的運動。

5.1.2平面四桿機構(gòu)的演化

除前面介紹的三種基本型式的鉸鏈四桿機構(gòu)以外，實際中還廣泛使用著其它型式的四桿機構(gòu)，都可看作是從鉸鏈四桿機構(gòu)演化面來的。

1．轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副(略)2．擴大轉(zhuǎn)動副

在曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲柄較短時，往往由于工藝、結(jié)構(gòu)和強度等方面的需要，將轉(zhuǎn)動副B的銷軸半徑擴大到超過曲柄長度，使曲柄成為繞A點轉(zhuǎn)動的偏心輪機構(gòu)。如圖5.4所示。

2B1A4C3D1A4B2C3DAB142C3D

圖5.4 偏心輪機構(gòu)

3.變換機架

導(dǎo)桿機構(gòu)在工程上常用作回轉(zhuǎn)式油泵、牛頭刨床和插床等工作機構(gòu)。如書圖5.13為牛頭刨床的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。

第5章平面連桿機構(gòu)

教案5.2平面四桿機構(gòu)的基本特性

5.2.1鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件

如圖5.5所示為鉸鏈四桿機構(gòu)，圖中a、b、c、d分別代表各桿長度。若連架桿AB既能轉(zhuǎn)到AB1，又能轉(zhuǎn)到AB2的位置，則它就能繞A點整周轉(zhuǎn)動而為曲柄。此時各桿的長度應(yīng)滿足：

在△B1C1D中 a+b≤b+c（5-1）在△B2C2D中(d-a)+b>c 即 a+c≤b+d（5-2）(d-a)+c>b

即 a+b≤c+d（5-3）

以上三式中考慮了機構(gòu)極限情況用了≤號，然后將每兩式相加化簡后即得: A≤b； a≤c； a≤d（5-4）由上可知,鉸鏈四桿機構(gòu)中存在一個曲柄的條件是:

CbBaB1AdB2DC1cC2

圖5.5 鉸鏈四桿機構(gòu)

1．曲柄是最短桿； 2．最短桿與最長桿之和小于或等于(極限情況下)其余兩桿長度之和，此條件稱為“桿長之和條件”。

進一步分析圖5.5還可得知，當AB為曲柄時，組成轉(zhuǎn)動副A及B的桿件均作相對整周回轉(zhuǎn)。因此，在滿足“桿長之和條件”下，若以最短桿為機架，它們之間的相對運動關(guān)系仍應(yīng)保持不變，但此時兩連架桿（AD和BC）均為曲柄，而得雙曲柄機構(gòu)。

綜上所述，鉸鏈四桿機構(gòu)具有曲柄的條件是：

（1）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；（2）連架桿和機架中必有一桿是最短桿。根據(jù)曲柄存在條件還可得到如下推論：

1）當最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，則不論取何桿為機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。

2）若四桿機構(gòu)中最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和，當最短桿的鄰邊是機架時，機構(gòu)成為曲柄搖桿機構(gòu)；當最短桿本身為機架時成為雙曲柄機構(gòu)；當最短桿的對面桿為機架時成為雙搖桿機構(gòu)。

5.2.2壓力角和傳動角

第5章平面連桿機構(gòu)

教案機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中，α角是不斷變化的。壓力角的余角γ稱為傳動角。如書圖5.15所示，其中連桿BC與從動件CD之間所夾的銳角δ也等于傳動角γ。γ愈大對機構(gòu)工作愈有利。由于傳動角易于觀察和測量，因此工程上常以傳動角γ來衡量機構(gòu)的傳動性能。

0為了使傳動角不致過小，常要求其最小值γmin大于許用傳動角[γ]。[γ]一般取為40～050。

5.2.3急回運動

一般用行程速度變化系數(shù)（簡稱行程速比系數(shù)）K來衡量機構(gòu)的急回運動。K 的定義為從動件回程平均角速度和工作行程平均角速度之比。機構(gòu)具有急回特性，必有K > 1，則極位夾角θ≠0。極位夾角的定義是指當機構(gòu)的從動件分別位于兩個極限位置時，主動件曲柄的兩個相應(yīng)位置之間所夾的銳角。θ和K 之間的關(guān)系為：

V1C1C2/t2t1 ?1180???（5-5）KK?????V2C1C2/t1t2?2180???K?1在各種形式四桿機構(gòu)中，只要極位夾角θ≠0，則該機構(gòu)具有急回特性，且θ角越大，急回程度就越大。生產(chǎn)中使用的牛頭刨床及往復(fù)式運輸機等機械，就是利用急回特性縮短了非生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。??180?K?1（5-6）5.2.4 死點

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，當連桿與從動件處于共線位置時，主動件通過連桿傳給從動件的驅(qū)動力必通過從動件鉸鏈的中心，也就是說驅(qū)動力對從動件的回轉(zhuǎn)力矩等于零。對于傳動機構(gòu)來說，機構(gòu)有死點位置是不利的，為了使機構(gòu)能順利地通過死點位置，通常在曲柄軸上安裝飛輪，利用飛輪的慣性來渡過死點位置，例如家用縫紉機中的曲柄搖桿機構(gòu)（將踏板往復(fù)擺動變換為帶輪單向轉(zhuǎn)動），就是借助于帶輪的慣性來通過死點位置并使帶輪轉(zhuǎn)向不變的。

5.3 圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu)

(1)實現(xiàn)已知運動規(guī)律，即要求主、從動件滿足已知的若干組對應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動件運動規(guī)律一定時，從動件能精確或近似地按給定規(guī)律運動。

(2)實現(xiàn)已知運動軌跡，即要求連桿機構(gòu)中作平面運動的構(gòu)件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。

5.3.1按連桿上若干給定位置設(shè)計四桿機構(gòu)

如圖5.6所示，當給定連桿上鉸鏈B、C及其三個給定位置B1C1、B2C2和B3C3時，B1、B2、B3及C1、C2、C3三點所定圓的圓心分別為固定鉸鏈A和D。因為三點定圓，故已知連桿三個給定位置時，解唯一；給定連桿兩個位置B1C1、B2C2時，A和D可分別在B1 B2、C1C2的垂直平分線上任選，解有無窮多，需有附加條件才能得到唯一解。若B1、B2、B第5章平面連桿機構(gòu)

教案或C1、C2、C3在一條直線上，則得到含有一個移動副的低副機構(gòu)。

圖5.6 三個給定位置設(shè)計四桿機構(gòu)

5.3.2 按行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)

已知搖桿CD的長度lCD、擺角ψ和行程速度變化系數(shù)K，試設(shè)計該曲柄搖桿機構(gòu)。

設(shè)計的關(guān)鍵是確定固定鉸鏈A的位置，具體設(shè)計步驟如下：

(1)選取適當比例尺μl，按搖桿長度lCD和擺角ψ作出搖桿的兩極限位置C1D和C2D，如圖5.7所示；

圖5.7 按行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)

(2)由公式(5-6)，??180?K?1算出極位夾角θ； K?1(3)連接C1C2，作∠C1C2O=∠C2C1O=90°-θ得一點0，以O(shè)點為圓心，OC1為半徑作輔助圓，則C1C2弧所對的圓心角為2θ，C1C2弧所對的圓周角為θ；

(4)在輔助圓的圓周上允許范圍內(nèi)任選一點A，則∠C1AC2=θ；

(5)由于搖桿在極限位置時，連桿與曲柄共線，則有AC1=BC-AB，AC2=BC+AB，故有

AB?AC2?AC1（5-7）

2BC?AC2?AC1（5-8）

2由上述兩式求得AB、BC和由圖中量取AD后，可得曲柄、連桿、機架的實際長度分別

第5章平面連桿機構(gòu)

教案為

lAB?AB??l,lBC?BC??l,lAD?AD??l

本節(jié)小結(jié)和習(xí)題（略）

第五篇：平面連桿機構(gòu)機械基礎(chǔ)電子教案

機械基礎(chǔ)電子教案 6.2 平面連桿機構(gòu)

【課程名稱】平面連桿機構(gòu) 【教材版本】

欒學(xué)鋼主編。機械基礎(chǔ)（多學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 欒學(xué)鋼主編。機械基礎(chǔ)（少學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010

【教學(xué)目標與要求】 一．知識目標

1.了解鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和三種基本型式的運動特性與應(yīng)用。2.熟悉曲柄存在條件的判別方法。3.了解含有一個移動副的四桿機構(gòu)。

4.了解鉸鏈四桿機構(gòu)的運動特性―急回特性和死點。二．能力目的

1． 能夠判斷四桿機構(gòu)是否存在曲柄？并根據(jù)已知條件確定四桿機構(gòu)的具體型式。2． 熟悉含有一個移動副的四桿機構(gòu)和三種基本型式的運動特性及應(yīng)用場合。三．素質(zhì)目標

1． 了解四桿機構(gòu)的運動是將連續(xù)勻速的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成變速的搖動或其他型式的運動機構(gòu)，實現(xiàn)運動型式的轉(zhuǎn)化。

2． 熟悉三種常見的四連桿運動的基本型式的特點。

3． 能夠根據(jù)曲柄存在條件及取不同構(gòu)件作為機架來判斷出不同的四桿機構(gòu)。

四．教學(xué)要求

1． 熟悉低副接觸四桿機構(gòu)的運動特點和的組成條件。

2． 能夠判斷四桿機構(gòu)是否存在曲柄和該機構(gòu)的基本型式。掌握三種機構(gòu)的應(yīng)用場合。【教學(xué)重點】

1． 四桿機構(gòu)曲柄存在條件的判別及四桿型式的確定。2． 熟悉三種基本型式的運動特點及應(yīng)用場合。【難點分析】

1． 高、低運動副的區(qū)分和四桿機構(gòu)基本型式的判斷。

2． 急回特性的形成，要借助于教具或?qū)嵨镅菔荆詈谜埻瑢W(xué)上臺自己體驗。3． 死點的形成條件是曲柄搖桿機構(gòu)中以搖桿作為主動件才可能出現(xiàn)，如果學(xué)生有自己使用過縫紉機請他談?wù)勈褂玫母惺茏詈谩Ｔ诶碚撋弦昧氐拇笮〉扔诹εc力臂的乘積來決定，如果力臂為0，則無論力有多大，則力矩仍為0。【教學(xué)方法】

講授為主，配合教具課件演示，最后歸納總結(jié)。【學(xué)生分析】

從機械零件的靜止運動轉(zhuǎn)變到常用機構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容，是一個由靜向動的變化過程，要從運動的角度出發(fā)來啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本章的內(nèi)容就比較容易。同時要從具體的構(gòu)件抽象出簡圖來研究運動特點，這也是要改變學(xué)生思路的方式。在講課時，一定要把這些特點先告訴學(xué)生，以便更快地適應(yīng)新的教學(xué)內(nèi)容。【教學(xué)資源】

1． 機械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吳聯(lián)興主編。機械基礎(chǔ)練習(xí)冊。北京：高等教育出版社，2010。【教學(xué)安排】

4學(xué)時（180分鐘）【教學(xué)過程】

一．

開始常用機構(gòu)一章的學(xué)習(xí)，機構(gòu)的特點是運動的，所以要從運動的角度出發(fā)來研究和分析機構(gòu)，這樣就比較容易理解掌握。要習(xí)慣于機構(gòu)簡圖的表示內(nèi)涵及它表示的構(gòu)件運動特點。如書中圖6-3所示。機構(gòu)的種類很多，本書只介紹平面連桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)和間歇運動機構(gòu)，其共同特點是將主動件連續(xù)的勻速轉(zhuǎn)動通過機構(gòu)轉(zhuǎn)化成斷續(xù)或不均運的各種運動型式，以滿足實際工作場合的需求。二． 新課講授 1．平面連桿機構(gòu)

首先要和學(xué)生共同回憶機構(gòu)的定義，即構(gòu)件的組合與構(gòu)件之間具有相對的運動，如果沒有相對的運動，就不成機構(gòu)。接著要講明連桿的含義，即長度與橫截面之比值較大才成為桿，桿之間用運動副（如銷軸或滑道）連接。然后再介紹何為平面，即四個桿件的運動都在一個平面內(nèi)或者在相互平行的平面內(nèi)才稱之為平面連桿機構(gòu)。開始講授時，一定要把基本概念闡述嚴密完整。高低運動副的區(qū)別在于是面或是點線接觸，多舉例說明，如板擦與黑板之間是面接觸，而粉筆與黑板是點接觸；滾動軸承是點線接觸的高副連接，滑動軸承的曲面接觸的低副連接。2．鉸鏈四桿機構(gòu)

凡是由四個桿件組成的機構(gòu)即是四桿機構(gòu)，它必定有固定不動的機架和兩個與機架相連的連架桿，另一個不與機架相接觸的桿件即為連桿。由于桿件的長度不一，但總能找出其中最短的桿件，將最短桿與其中最長桿的長度之和與其它兩桿長度之和的比較，一定能得出如果大于其它兩桿長度之和，則此機構(gòu)取不同的桿件作為機架，將會出現(xiàn)曲柄搖桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)等三種不同型式。曲柄即能繞機架的固定轉(zhuǎn)軸作整周轉(zhuǎn)動，而搖桿只能繞機架作某個角度范圍內(nèi)的擺動。3． 雙曲柄機構(gòu)如果雙曲柄的長度相等，又可以根據(jù)雙曲柄的運動方向是否相同或相反分成二種運動特性。

講課中重點要結(jié)合中職學(xué)生的職業(yè)特點講述機構(gòu)的應(yīng)用實例，理論要貼近實際，應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中，加深學(xué)生的記憶，也使學(xué)生學(xué)以致用，為用而學(xué)，才能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

4． 含有一個移動副的四桿機構(gòu)

常用曲柄滑塊機構(gòu)，把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成移動，如沖壓機。

5． 鉸鏈四桿機構(gòu)的運動特性

急回特性

從演示中先讓學(xué)生得出結(jié)論入手再按書中圖6-28來分析，著重注意雖然搖桿的行程往返一樣長，但曲柄轉(zhuǎn)過的圓心角都不相等，由于曲柄作等角速運動，走過的圓心角所需要的時間就長，反之所需要的時間就短，在相同的行程中，時間長的其移動的速度必然就慢，反之必然就快，這就導(dǎo)致在搖桿的往返兩個行程產(chǎn)生了不同的行走速度，即一快一慢，出現(xiàn)了快速的回程，這正是機械中空行程所需要的，它可以縮短非工作時間。稱為回程的急回特性。

壓力角

壓力角的大小影響到從動件的運動受力狀況，壓力角與傳動角互成90度，傳動角的大小由連桿和搖桿的夾角組成，在運動中容易觀察，所以常用傳動角的大小來控制。

死點

死點形成的前提是在曲柄搖桿機構(gòu)中以搖桿作為主動構(gòu)件，而當搖桿在兩端極限位置時，極位夾角成0°或180°時，曲柄的力臂為0，此時無論施加多大的作用力，曲柄都不可能轉(zhuǎn)動，稱之為死點位置。解決死點位置的方法是加慣性輪，靠慣性的作用沖過死點，或者采用機構(gòu)錯位排列的方法，如圖6-17所示。反之也可以利用死點來作有用的工作，如作夾具或飛機起落架。三．小結(jié)

1．平面連桿機構(gòu)的功能是將連續(xù)勻速的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為非勻速的斷續(xù)或其它運動型式，滿足不同的工作環(huán)境要求。

2．平面連桿機構(gòu)主要由低副聯(lián)接而成的四桿機構(gòu)，根據(jù)組成條件，可以分為曲柄連桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)，這主要取決于四桿機構(gòu)中是否存在曲柄，并取何桿件作為機架來決定。

3． 雙曲柄還可以根據(jù)兩曲柄的特點進一步細分，但不必講的過深，簡單了解就可以。4． 急回特性是曲柄搖桿機構(gòu)運動的特點，具有一定的實用價值。死點產(chǎn)生于以搖桿作主動構(gòu)件的前題。四．作業(yè)布置

【課后分析】