单元3平面连杆机构--认知与演化

1、 单元3 平面连杆机构单元二单元二 平面连杆机构平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质任务任务4 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 21.铰链四杆机构的组成2.铰链四杆机构的分类知识目标知识目标：技能目标技能目标：1.铰链四杆机构的组成2.各机构的工作特点 单元3 平面连杆机构构件3(连架杆2)构件2(连杆)构件1(连架杆1)构件4(机架)BCAD任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰

2、链四杆机构1.1.铰链四杆机构的组成铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构由机架、连杆和连架杆组成。 固定不动的构件叫机架机架，与机架相联的构件叫连杆连杆。 曲柄曲柄：在连架杆中，能绕其轴线回转360的连架杆。 摇杆摇杆：仅能绕其轴线往复摆动的连架杆。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 铰链四杆机构根据连架杆中是否有曲柄可分为三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 2.2.铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构的基本类型（1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构两连架杆中，其一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构叫曲柄摇杆机构。AB为曲柄，绕A点作360整周旋转运动，

3、CD为摇杆，绕D点摆动，机架AD固定不动，BC连杆作平面运动。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 曲柄摇杆机构示例：曲柄摇杆机构示例：搅拌机搅拌机构雷达天线俯仰角调节机构 曲柄AB为主动件转动，带动连杆BC作平面运动，配合容器自身的旋转运动，从而对容器内物体进行搅拌。 曲柄AB为主动件转动，通过连杆BC，使固定在摇杆CD上的天线作一定角度的摆动，以调整天线的俯仰角。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 （2 2）双曲柄机构）双曲柄机构两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构中，通常主动曲柄作匀速转动，从动曲

4、柄作同向变速转动。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 双曲柄机构可分为等长双曲柄机构和不等长双曲柄机构。 当两个曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等时，如两曲柄转向相同，称为平行双曲柄机构，如图（1）； （1）平行双曲柄机构 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 若两曲柄转向相反，称为反向双曲柄机构，如图（2）所示。 （2）反向双曲柄机构 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 双曲柄机构实例：双曲柄机构实例： 当曲柄AB等角速度旋转转动时，曲柄CD作变角速度旋转，通过构件CE使筛子E产生变速直

5、线运动，靠物料的惯性来筛选。惯性筛机构 机构为平行双曲柄机构，当曲柄AB等速旋转时，曲柄CD也作等速旋转运动，连杆BC与机架平行相等，工作台始终保持水平状态。摄影台升降机构 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 （3 3）双摇杆机构）双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双曲柄机构。 在双摇杆机构中，两摇杆可以分别为主动件。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 双摇杆机构实例：双摇杆机构实例： 当主动摇杆AB摆动到AB时，从动摇杆CD也随之摆到CD，使悬挂于E点的重物Q沿近似水平的直线运动到E点鹤式起重机（动画动画）

6、单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 3.3.铰链四杆机构实例分析铰链四杆机构实例分析家用缝纫机的运动特性分析步骤机构运动简图实物或示意图分析1 . 绘 制机 构 运动简图 根据家用缝纫机的尺寸，确定适当比例，绘制机构运动简图。2 . 分 析缝 纫 机脚 踏 板机构脚踏板CD为主动件，CD绕D点往复摆动，通过连杆CB，使AB绕A点作圆周运动，带动带轮旋转，从而通过带传动带动机器工作。此机构为曲柄摇杆机构，AB为曲柄，CD为摇杆。此时摇杆CD为主动件，曲柄AB为从动件。 单元3 平面连杆机构任务任务1 1 认识铰链四杆机构认识铰链四杆机构 练习题练习题1.1.选择

7、题选择题（1）铰链四杆机构中，各构件之间以_相连接。a)转动副 b)移动副 c)螺旋副（2）在铰链四杆机构中，能相对机架作整周旋转运动的杆为_。a)连杆 b)摇杆 c)曲柄（3）汽车车门启闭机构采用的是_机构。a)反向双曲柄 b)曲柄摇杆 c)双曲柄（4）家用缝纫机采用的是_机构。a)双曲柄 b)双摇杆 c)曲柄摇杆（5）汽车雨刷采用的是_机构。a)双曲柄 b)双摇杆 c)曲柄摇杆2.2.试列举生产日常生活中，铰链四杆机构的应用实例。 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 1.铰链四杆机构的演化原理2.曲柄滑块机构的原理知识目标知识目标：技能目标技能目标：1

8、.掌握铰链四杆机构演化形式2.各种导杆机构的应用 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 1 1. .曲柄滑块机构曲柄滑块机构 如图a）所示曲柄摇杆机构中，当曲柄AB绕A点旋转时，摇杆CD上的C点在以CD为半径的圆弧C1C2上摆动。将摇杆CD做成滑块，如图b），滑块在导轨C1C2内往复运动，运动性质没有变化。此时铰链四杆机构已演化为曲柄滑块机构。如将摇杆的半径增至无限大，则铰链C的轨迹将变成直线，如图c）所示。 b) c)图3-25 铰链四杆机构的演化 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 在曲柄滑块机构中，当偏心距e=0时

9、，则转化成对心式曲柄滑块机构，其滑块的行程H=2r（r为曲柄的长度），如图所示。对心式曲柄滑块机构曲柄滑块机构动画曲柄滑块机构动画 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 曲柄滑块机构应用曲柄滑块机构应用: : 类型类型应用实例应用实例机构运动简图机构运动简图特点特点对心曲柄滑块机构 内燃机工作时，活塞3在汽缸内上下运动，通过连杆BC带动曲柄AB转动偏置曲柄滑块机构 曲柄AB每旋转一周，通过连杆BC推动滑块3就从料槽中推出一个工件5偏心曲柄滑块机构 转动中心A与几何中心B不重合的偏心轮作为曲柄AB，偏心轮转动，通过连杆BC带动滑块作往复直线运动 单元3 平面连

10、杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 2.2.导杆机构导杆机构 导杆机构是由曲柄滑块机构演化而成的，选择不同构件作为机架可以演化为导杆机构、摇动滑块机构、固定滑块机构等。在机构中与滑块做相对移动的构件称为导杆，具有导杆的机构称为导杆机构。类型类型机构运动简图机构运动简图应用实例应用实例运动特点运动特点曲柄滑块机构构件AC为机架，构件AB为主动件导杆机构小型刨床运动机构构件AB为机架,构件BC为主动件：（1）lABlBC时，该机构称为转动导杆机构；（2）lABlBC时，该机构称为摆动导杆机构 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 类型类型

11、机构运动简图机构运动简图应用实例应用实例运动特点运动特点曲柄摇块机构汽车自动翻转卸料机构 构件BC为机架，构件AB（或导杆AC）为主动件。 当摆动式油缸内的压力油推动活塞杆从油缸中伸出，车厢绕车身的B点倾转，将货物自动卸下。移动导杆机构唧筒机构 滑块为机架,构件AB为主动件。 摆动手柄AB，可以使活塞杆（导杆4）在唧筒（固定滑块3）内上下移动，从而完成抽水动作。动画动画动画动画 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 3.3.实例分析实例分析 试绘制刨削运动的机构运动简图，分析牛头刨床刨削运动特性。 （a) a) （b)b)牛头刨床牛头刨床 单元3 平面连杆机

12、构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 表3-16 牛头刨床的运动特性分析步骤步骤机构运动简图机构运动简图运动分析运动分析1.绘制机构运动简图根据牛头刨床的工作原理，大致绘制刨削运动的机构运动简图2.分析刨削运动该机构是以AB为机架，曲柄BC为主动件作整周回转运动，通过滑块3带动导杆ACD往复摆动，从而带动滑枕左右往复直线运动，实现刨削加工。该机构lABlBC,机构为摆动导杆机构。3.机构的运动特性牛头刨床刨削过程中，刨削工作行程比空行程用的时间多，刨削工作速度小于空行程时速度，该机构具有急回特性 单元3 平面连杆机构任务任务2 2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 练习题

13、练习题1.1.是非题是非题（1）在内燃机中应用曲柄滑块机构，是将往复直线运动转换成旋转运动。（）（2）牛头刨床滑枕的往复运动是导杆机构来实现的。 （）（3）曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。 （ ）2.2.选择题选择题（1）有一四杆机构，其中一杆能作整周运动，一杆能作往复摆动，该机构叫_。 a）双曲柄机构 b)曲柄摇杆机构 c)曲柄滑块机构（2）牛头刨床的主运动机构是应用了四杆机构中的_机构。a)转动导杆机构 b)摆动导杆机构 c)曲柄滑块机构（3）曲柄滑块机构中，若机构存在死点位置，则主动件为_。a)连杆 b)机架 c)滑块（4）_为曲柄滑块机构的应用实例。a)自卸汽车卸料装置 b)手

14、动抽水机 c)滚轮送料机（5）在曲柄滑块机构中，往往用一个偏心轮代替_。a)滑块 b)机架 c)曲柄3.3.在生产实践中，仔细观察牛头刨床的切削运动是如何实现的？在生产实践中，仔细观察牛头刨床的切削运动是如何实现的？ 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 1.铰链四杆机构基本类型的判别2.铰链四杆机构曲柄存在的条件3.机构的急回特性和死点位置的意义知识目标：知识目标：技能目标技能目标：1.正确判别铰链四杆机构的基本类型2.急回特性和死点的应用 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 1.1.铰链四杆机构存在曲

15、柄的条件铰链四杆机构存在曲柄的条件 铰链四杆机构的三种基本形式，区别在于有无曲柄和有几个曲柄。四个杆相对长度对机构有无曲柄起着决定的影响，铰链四杆机构的三种基本形式与机构中四个杆相对长度关系如表。条件有无曲柄机架组成机构最短杆最长杆其余两杆长度之和一个曲柄一个摇杆连架杆相邻杆曲柄摇杆机构两个曲柄最短杆双曲柄机构两个摇杆最短杆对面杆双摇杆机构最短杆最长杆其余两杆长度之和无曲柄任何杆双摇杆机构 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 2.2.急回特性急回特性 在曲柄摇杆机构，曲柄AB为是主动件作等角速度转动，BC为连杆，CD为摇杆，当CD杆处于C1D、C2

16、D两极限位置时，摇杆在两极限位置之间所夹角度称为摇杆的摆角摇杆的摆角；主动曲柄AB相对应之间所夹锐角称为极位夹角。极位夹角。曲柄（AB）摇杆（CD）AB1转到AB2AB2转到AB1C1D摆动到C2DC2D摆动到C1DAB转过角度1180+AB转过角度2180-CD摆动速度CD摆动速度12t1t2 21t1、1曲柄顺时针从AB1转到AB2，摇杆从C1D摆动到C2D所需时间、速度t2、2曲柄顺时针AB2从转到AB1，摇杆从C2D摆动到C1D所需时间、速度1211CCt ?2212CCt ? 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 主动件曲柄AB以等角速度转

17、动时，从动件摇杆CD往复摆动的平均速度不相等。从动件空行程速度2比工作行程速度1快，这个性质称为机构的急回特性机构的急回特性。空行程速度2与工作行程速度1之比称为急回特性系数，用K表示：00212112122112180180/tttCCtCCK111800KK极位夹角，即摇杆在极限位置时，曲柄两位置之间所夹锐角。K1时有机构急回特性，K越大，机构急回特性越明显；K1时机构无急回特性。 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 3.3.死点位置死点位置在铰链四杆机构中，当摇杆CD为主动件、曲柄AB为从动件时，当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，如下图所示

18、，这时无论连杆BC给从动件曲柄AB的力多大，曲柄AB不动，我们把机构中，连杆与从动件曲柄共线时出现的从动件不能转动，或转向不确定的位置，叫死点位置死点位置。 以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构，在运动过程中，从动曲柄与连杆两次共线，有两个死点位置。 例如在家用缝纫机的踏板机构中就存在死点位置。动画动画 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 机构存在是不利的，工程上常采取以下措施使机构顺利地通过死点位置。（1）利用从动件的惯性顺利地通过死点位置。如家用缝纫机的踏板机构中大带轮就相当于飞轮，利用惯性通过死点；（2）采用机构错位排列地方法顺利地通过死点位置，例

19、如下图所示机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，借助另一机构来越过死点。动画动画 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 死点位置的应用：死点位置的应用：在工程上也常常利用机构的死点来实现一定的工作要求，如图3-21所示的快速夹紧机构，当工件5被夹紧时，铰链中心，B、C、D共线，工件经加在杆1上的反作用力无论多大，也不能使杆3转动。这就保证外力P去掉后，仍能可靠地夹紧工件，当需要取出工件时，只要向上扳动手柄（连杆2），即能松开夹具。快速夹紧机构 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 4.4.实例实例步骤

20、步骤示意图示意图机构运动简图机构运动简图运动分析运动分析1.绘制飞机起落架机构运动简图飞机起落架由摇杆AB和摇杆CD组成双摇杆机构，CD杆为主动摇杆2.起落架收起当摇杆CD在外力作用下向上摆动，通过连杆BC拉动摇杆AB向上摆动，带动起落架向上运动，将起落架收起3.起落架放下当摇杆CD向下摆动，通过连杆CB推动摇杆AB向下摆动，将起落架放下，这时CD和BC共线，处于死点，无论受多大力，摇杆CD都不会摆动动画动画 单元3 平面连杆机构任务任务3 3 铰链四杆机构的基本性质铰链四杆机构的基本性质 练习题练习题 1.图（1）示铰链四杆机构中，机架lAB=40mm，两连架杆长度分别为lAB=18mm和l

21、CD=45mm，则当连杆lBC的长度在什么范围内时，该机构为曲柄摇杆机构? 2.图（2）示铰链四杆机构中，已知各杆长度分别为lAD=240mm，lAB=600mm，lBC=400mm，lCD=500mm，试问当分别以BC和AD杆为机架时，各得到什么机构? 3.图（3）示铰链四杆机构中，各杆尺寸为lAB=130mm，lBC=150mm，lCD=175mm，lAD=200mm。若取AD杆为机架时，试判断此机构属于哪一种基本形式? 1) 2) 3)4.什么叫平面连杆机构的死点位置？5.用什么办法克服平面连杆机构的死点位置？试举两例说明。 单元3 平面连杆机构任务任务4 4 平面四杆机构的设计平面四杆

22、机构的设计 1.平面四杆机构的设计步骤2.平面四杆机构的设计方法知识目标：知识目标：技能目标技能目标：平面四杆机构的设计 单元3 平面连杆机构任务任务6 6 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.1.按给定的急回特性系数按给定的急回特性系数K K设计曲柄摇杆机构设计曲柄摇杆机构机构的设计就是根据给定的条件选择机构的型式，确定机构的几何参数。平面连杆机构的设计方法有解析法、图解法和实验法三种。知道急回特性系数K，就可计算极位夹角，用图解法可方便作出平面机构。已知急回特性系数已知急回特性系数K K、摇杆、摇杆l lCDCD长度、摆角长度、摆角，图解法设计曲柄摇杆机构的步骤见表。，图解法设计曲柄

23、摇杆机构的步骤见表。 单元3 平面连杆机构任务任务4 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 表3-17 图解法设计曲柄摇杆机构的步骤设计步骤设计步骤设计计算过程设计计算过程(1)机构情况分析在已知lCD、的情况下，只要确定铰链A点的位置，在量得AC1和AC2长度后就可确定曲柄的长度lAB和连杆长度lBC，lAB=(lAC2-lAC1)/2，lBC=(lAC2+lAC1)/2,lAD长度可直接量得。由于A点是极位夹角的顶点，即C1AC2=，如过AC1C2三点作一辅助圆，则该圆上任取一点为A点，C1AC2=，C1OC2=2，极易求得点O(2)作图步骤1）计算2）作摇杆的极限位置选择合适的比例尺

24、l，根据lCD及摆角作出C1D、C2D两极限位置3）作辅助圆连接C1、C2，并作与C2成90-的两直线，其交点O即为圆心点，以O点为圆心作辅助圆4）确定曲柄、连杆长度在辅助圆上任取一点作为铰链中心A，连接AC1、AC2，测量lAC1、lAC2长度，通过比例尺求实际长度5）其它杆长度机架lAD长度可直接测量通过比例尺l求AD实际长度(3)其它情况分析由于A点是辅助圆上的任意一点，所以实际有无穷多解，如能给一些如曲柄长度lAB、机架长度lAD等，则可能有唯一解。实际设计时多数有辅助条件，如实在没有也可根据情况确定1K1K180o 单元3 平面连杆机构任务任务4 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的

25、设计 2.2.按给定的急回特性系数按给定的急回特性系数K K设计导杆机构设计导杆机构 已知机架长度lAC和急回特性系数K，设计摆动导杆机构的步骤见表所示。设计步骤设计步骤设计计算过程设计计算过程（1）机构情况分析摆动导杆机构的极位夹角与导杆的摆角相等，设计摆动导杆机构就是确定曲柄长度lAB（2）计算（3）作导杆的两极限位置任选一点为固定铰链C点的中心，按=作导杆的两极限位置Cm、Cn，使mCn=（4）确定A点及曲柄AB长度根据确定的比例尺l，作摆角的平分线，并在其上取CA=lAC/l，得曲柄回转中心A点，过A作Cm、Cn的垂线AB1、AB2，AB1即为曲柄长度，lAB=lAB1。（5）画滑块画

26、出滑块，完成设计1K1K180o 单元3 平面连杆机构任务任务4 4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 3.3.按给定连杆位置设计四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构给定连杆的二个位置，设计四杆机构图解步骤给定连杆的二个位置，设计四杆机构图解步骤步骤步骤设计计算过程设计计算过程（1）选定长度比例尺l绘出连杆的两个位置B1、B2C2（2）确定铰链中心点A、D连接B1B2、C2，分别作线段B1B2和C2的垂直平分线b12和c12，分别在b12和c12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。连接AB1、C1D、B1、AD，AB1D即为所求的四杆机构。（3）计算各杆实际长度测量AB1、C1D、AD，根据比