平面四杆机构的运动特性

平面四杆机构的运动特性第1页，共33页，2023年，2月20日，星期一问题2：铰链四杆机构有哪三种基本形式？第2页，共33页，2023年，2月20日，星期一问题3：铰链四杆机构中存在曲柄的条件？（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和（称为杆长之和条件）；（2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。第3页，共33页，2023年，2月20日，星期一2—平面四杆机构的运动特性问题1：

观察曲柄摇杆机构的运动，回答柄摇杆机构中曲柄和摇杆的运动各有什么特点？问题2：摇杆在空回行程和工作行程往复摆动的过程中，哪个行程运动速度较快？第4页，共33页，2023年，2月20日，星期一一、急回特性我们再来看上图的曲柄摇杆机构，曲柄为主动件逆时针匀速转动，当摇杆从右向左摆动时速度较慢，从左向右摆动时速度较快。也就是说摇杆的返回速度较快，我们称它具有急回运动特性。为什么会出现这种现象呢？下面我们来分析：第5页，共33页，2023年，2月20日，星期一问题摇杆在两个极限位置时，所对应的曲柄和连杆处于怎样的位置关系？第6页，共33页，2023年，2月20日，星期一在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于

两个极限位置，简称极位；

此时输入构件曲柄相对应位置之间所夹角的锐角θ称为

极位夹角。第7页，共33页，2023年，2月20日，星期一

工作行程当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C2D位置摆到C1D。所花时间为t1,平均速度为V1,则有：

空回行程当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D，所花时间为t2,平均速度为V2,则有：第8页，共33页，2023年，2月20日，星期一推导结果：因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动时间不一样，平均速度也不相等：t1>t2，V2>V1第9页，共33页，2023年，2月20日，星期一

急回特性的定义：主动件等速旋转时，作往复运动的从动件在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的这种运动特性称为急回特性。第10页，共33页，2023年，2月20日，星期一曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用行程速比因数K

来表示，K等于从动件空回行程的平均速度与工作行程的平均速度之比。

只要θ≠0，机构就具有急运动；并且θ越大，K值越大，急回程度就越高，但机构的平稳性下降。

故，可通过分析机构中是否存在极位夹角θ以及θ的大小来判断机构是否有急回运动以及急回运动的程度。行程速比因数K第11页，共33页，2023年，2月20日，星期一总结归纳：平面四杆机构具有急回特性的条件：①主动件作整周回转运动；②从动件往返运动且有极位；③从动件存在两极位时，主动件相应的有极位夹角θ，且极位夹角θ≠0。注意第12页，共33页，2023年，2月20日，星期一4—拓展延伸（1）曲柄滑块机构的急回特性（2）摆动导杆机构机构的急回特性偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构第13页，共33页，2023年，2月20日，星期一

因为从动件滑块导路的中心线不通过曲柄的回转中心，c1、c2为滑块的两极限位置，θ极位夹角存在，故该机构具有急回特性，滑块行程不是曲柄长度的两倍。偏置曲柄滑块机构

第14页，共33页，2023年，2月20日，星期一因滑块导路的中心线通过曲柄的回转中心，从动件滑块位于极限位置时，无极位夹角，故机构无急回特性。滑块行程不是曲柄长度的两倍，广泛应用于蒸汽机、内燃机以及各种冲压机器中。对心曲柄滑块机构

第15页，共33页，2023年，2月20日，星期一摆动导杆机构机构的急回特性该机构具有急回运动性质，且具有最好的传力性能，常用于牛头刨床、插床等。第16页，共33页，2023年，2月20日，星期一

应用实例牛头刨床主机构、插床导杆机构。机构急回特性的应用实例拓展应用—设计目的：通过演示牛头刨床主机构、插床导杆机构的实际工作过程，让学生观察分析，分组讨论，从而得到急回特性的意义——利用机构的急回特性，可缩短非生产工作时间，提高工作效率。这样可以使学生对急回特性的应用有了进一步的感性认识.

第17页，共33页，2023年，2月20日，星期一实例1：

牛头刨主机构

这是一个六杆机构，曲柄整周匀速转动，带动刨刀往复移动,该机构利用摆动导杆机构的急回特性使刨刀快速退回，缩短非生产工作时间，以提高工作效率。第18页，共33页，2023年，2月20日，星期一实例2：插床导杆机构

利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，缩短非生产工作时间以提高工作效率。

第19页，共33页，2023年，2月20日，星期一

你用过缝纫机吗？当你踩缝纫机踏板时，由于操作不当，遇到过踩不动或使缝纫机飞轮反转的情况吗？这是为什么呢？二、死点位置第20页，共33页，2023年，2月20日，星期一F

V1．死点的概念

曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件，曲柄为从动件，当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角γ＝0，＝90°此时摇杆CD通过连杆作用于从动曲柄AB上的力恰好通过曲柄回转中心，故出现了不能使曲柄AB转动的卡死现象，机构的这种连杆与从动件共线、传动角为零时的位置称为机构的死点位置或死点。死点死点复习:压力角

：从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。ABCD传动角γ

：压力角的余角，也等于连杆与从动件之间所夹的锐角第21页，共33页，2023年，2月20日，星期一注意：平面四杆机构是否存在“死点”取决于从动件与连杆是否共线。总结机构具有死点位置的条件：a、主动件为摇杆；b、从动件与连杆共线，即：压力角为α=90°、传动角γ=0°。机构处于死点位置，从动件会出现卡死（机构自锁）或运动方向不确定的现象。第22页，共33页，2023年，2月20日，星期一（1）死点的利用

在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如工件加紧机构、飞机起落架等。连杆2与连架杆3共线，此时不管N多大，作用在1上的力由2传给3时总是通过3的回转中心D，无法使其转动。2．死点的利弊应用实例1：工件加紧机构第23页，共33页，2023年，2月20日，星期一BC、CD共线，机构处于死点位置，承受着陆时的地面反力，作用于CD的力通过其铰链中心D，故起落架不会反转（摇杆CD不会转动），从而使飞机的降落更加安全可靠。应用实例2：飞机起落架γ=0F第24页，共33页，2023年，2月20日，星期一飞机起落架机构第25页，共33页，2023年，2月20日，星期一（2）死点的缺陷对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置。克服死点的措施：

①利用系统的惯性；如缝纫机的脚踏机构②利用多组机构错列；如火车轮机构第26页，共33页，2023年，2月20日，星期一应用实例1：缝纫机的脚踏机构脚踏机构将踏板的往复摆动变换为带轮的单向转动，就是借助带轮的惯性通过死点位置，并使带轮转向不变的。利用惯性第27页，共33页，2023年，2月20日，星期一

应用实例2：火车轮机构利用两组机构错开排列A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG第28页，共33页，2023年，2月20日，星期一5—演练反馈扣住本节，我设置了五个习题，通过学生的回答，教师归纳总结使学生更好的区分急回特性和死点产生条件的不同。（1）当曲柄为原动件时，具有急回特性的机构有()。A曲柄摇杆机构B偏置曲柄滑块机构C摆动导杆机构D双曲柄机构（2）有急回特性的平面连杆机构的行程速度变化系数()。A、K=1B、K>1、K≥1D、K<1（3）极位夹角越大，机构的急回特性越显著。（判断）（4）已知曲柄摇杆机构的行程速比因素数K为1.4，求极位夹角？第29页，共33页，2023年，2月20日，星期一（5）如图所示，θ=30°，该机构的行程速比因数k为多少？第30页，共33页，2023年，2月20日，星期一6—课堂小结

在演练反馈的基础上，我采用对比法总结出本节重点内容：急回特性和死点产生的条件，加深学生印象。机构具有死点位置的条件：主动件为摇杆；从动件与连杆共线，即：压力角为α=90°、传动角γ=0°。平面四杆机构具有急回特性的条件：①主动件作整周回转运动；②从动件往返运动且有极位；从动件存在两极位时，主动件相应的有极位夹角θ，且极位夹角θ≠0。第31页，共33页，202