平面连杆机构教案

精品文档 1欢迎下载 课题 平面连杆机构课题 平面连杆机构 教材第 教材第 6 6 章第章第 1 1 节 节 教案 教案 教学目的 教学目的 通过一些实例的演示讲解 使学生掌握平面连杆机构的组成 类型 特性 及应用 从而掌握一些比较简单的平面铰链四杆机构的设计方法 教学对象 教学对象 一年一期模具制造技术 数控技术应用 机电技术应用 汽车维修与检测 等专业的新生 教学重点 教学重点 1 运动副的概念及机构运动简图的绘制 2 平面铰链四杆机构类型的判别 3 平面铰链四杆机构的运动特性及应用 教学难点 教学难点 机构运动简图的绘制 铰链四杆机构类型的判别及其运动特性 教学方式 教学方式 讲解法 演示法 例证法 讨论法 教学场地 教学场地 多媒体教室 教学课时 教学课时 2 课时 教学内容安排 教学内容安排 导入 导入 先在多媒体屏幕上打开演示一个飞机起落的 3D 动画 引起学生的兴趣 集中学 生的注意力 由此提出飞机能平安着陆靠的是什么 由这样一个问题引出飞机起落架的运动 特性 从而开场今天的新课内容 一 平面连杆机构概念一 平面连杆机构概念 平面连杆机构的各构件是用销轴 滑道 低副 等方式连接起来的 各构件间的相对 运动均在同一平面或互相平行的平面内 最简单的平面连杆机构是由 4 个杆件组成的 简 称平面四杆机构 其结构简单 易于制造 工作可靠 因此应用非常广泛 应用实例有 雷达 飞机起落架 铲斗 缝纫机 货车自卸机构 变速器 起重机 破碎机 筛选机 压紧机等等 二 运动副二 运动副 1 1 定义 定义 使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接 称为运动副 2 2 分类 分类 在工程上 人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类 在一般机器中 经常遇到的是平面运动副 平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形 式不同 可分为低副和高副 1 低副 是指两构件之间作面接触的运动副 如下图 1 所示 精品文档 2欢迎下载 a b c 图 1 2 高副 高副是指两构件之间作点或线接触的运动副 如下图 2 所示 a b c 图 2 3 3 机构运动简图 机构运动简图 机构运动简图就是指用一些简单的线条表示运动副关系的图形 称之为机构运动简图 图 4 移动副的表示方法 三 铰链四杆机构三 铰链四杆机构 1 1 铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构的组成 如图 6 所示 由 4 个构件通过铰链 转动副 连接而成的机构 称为铰链四杆机构 在该机构中 固定不动的杆 4 称为机架 与机架用转动副相连接的杆 1 和杆 3 称为连架杆 不与机架直接连接的杆 2 通常作平面运动 称这连杆 如果杆 1 或杆 3 能绕其回转中心 A 或 D 做整周转动 则称为曲柄 若仅能在小于 3600的某一角度内摆动 则称为摇杆 图 6b 为较链四杆机构的简图 图 5 齿轮副的表示方法 图 3 转动副的表示方法 精品文档 3欢迎下载 2 2 铰链四杆机构的基本形式 铰链四杆机构的基本形式 1 铰链四杆机构类型的判别 对于铰链四杆机构来说 机架和连杆总是存在的 按曲柄的存在情况 分为三种基本 形式 从上述铰链四杆机构的三种基本形式中可知 它们的根本区别就在于连架杆是否为曲 柄 所以铰链四杆机构曲柄存在的条件 必要条件 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和 充分条件 连架杆与机架中必有一个为最短杆 再细分之 A 若取与最短杆相邻的任一杆为机架 则该机构为曲柄摇杆机构 且最短杆为曲柄 B 若取最短杆为机架 则该机构为双曲柄机构 C 若取最短杆相对的杆为机架 则该机构为双摇杆机构 2 曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄 另一个为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构 如图 7 所 示 a b 图 6 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 铰链四杆机构 图 7 曲柄摇杆机构 精品文档 4欢迎下载 曲柄摇杆机构在生产中应用很广泛 以曲柄为主动件 摇杆为从动件组成的机构应用如下图所示 1 摇杆的摇摆运动也可以转换为曲柄的整周回转运动应用如下图所示 2 3 双曲柄机构 两个连架杆均为曲柄的机构 称为双曲柄机构 如图 12 所示 图 8 破碎机 图 9 雷达 图 10 蒸汽机 图 11 缝纫机 精品文档 5欢迎下载 具体应用 两曲柄相等 同向 1 两曲柄相等 反向 2 由于两相对构件相等 但 AD 与 BC 不平行 因此 曲柄 1 与 3 作不同速反向转动 图 15b 所示的车门机构 采用逆平行四边形机构 以保证与曲柄 1 3 固结的车门 能同时开关 两曲柄不相等 3 如图 16 所示的惯性筛机构 主动曲柄等速转动 从动曲柄作变速转动 图 12 一般双曲柄机构 图 13 平行四边形机构 图 14 机车车辆联动机构 图 15 客车车门机构 图 16 惯性筛机构 精品文档 6欢迎下载 4 双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的机构 称之为双摇杆机构 3 3 铰链四杆机构的运动特性 铰链四杆机构的运动特性 1 急回特性 图 17 双摇杆机构 图 18 鹤式起重机的变幅机构 图 19 摄影平台 图 20 货车自卸机构 精品文档 7欢迎下载 在曲柄摇杆机构 摆动导杆机构和曲柄滑块机构中 当曲柄为主运动件时 从动件往 复运动时 存在左 右两个极限位置 如图 21 所示 图 21 a 所示的曲柄摇杆机构 当摇杆 3 处在C1D和C2D两个极限位置时 曲柄 1 与连杆 2 共线 曲柄对应两极限位置所夹的锐角 称为极位夹角 摇杆两极限位置间的夹 角 称为最大摆角 图中AC1 BC AB AC2 BC AB 图 21 b 所示摆动导杆机构中 导杆的两个极限位置是B点轨迹圆的两条切线Cm 和 Cn 对于摆动导杆机构 极位夹角 等于最大摆角 图 21 c 所示的偏置曲柄滑块机构中 当滑块在C1 C2 两个极限位置时 曲柄与连 杆共线 图中 为极位夹角 AC1 BC AB AC2 BC AB 对于图 21 a 所示的曲柄摇杆机构 设曲柄以等角速度 顺时针转动 当曲柄从 AB1 转至AB2 时 转过角度为 1 180 所用时间t1 1 摇杆从DC1 摆至DC2 摆角 为 当曲柄从AB2 转至AB1 时 转过角度为 2 180 所用时间t2 2 摇杆 从DC2 摆回至DC1 摆角仍为 由于 1 2 所以t1 t2 这反映了当曲柄匀速转动 时 摇杆往复摆动的快慢不同 设摇杆从DC1 摆动至DC2 为工作行程 其平均速度 v1 C1C2 t1 摇杆从DC2 摆回DC1 为空回行程 其平均速度v2 C1C2 t2 显然v1 v2 这 种当连杆机构主动件等速回转时 从动件空回行程平均速度大于从动件工作行程的平均速 度 这种运动特性称为急回特性 牛头刨床 往复式运输机等机械就利用这种急回特性来缩短非生产时间 提高生产率 急回运动特性可以用行程速比系数K来表示 即 上式中C1C2 为圆弧 上式表明 极位夹角 越大 K值越大 急回特性越明显 当 0 时 K 1 则机构 无急回特性 如果已知K 可以求出极位夹角 180 K 1 K 1 4 5 2 死点 图 21 四杆机构的极限位置 精品文档 8欢迎下载 如图 22 所示 在曲柄摇杆机构中 取摇杆CD为主动杆 当摇杆处在两极限位置时 连杆与曲柄共线 出现了传动角 0 的情况 若不计各杆的质量 则这时连杆加给曲柄 的力将通过铰链中心A 此力对A点不产生力矩 因此不能使曲柄转动 此时 摇杆上无 论加多大驱动力也不能使曲柄转动 机构的此种位置称为死点位置 当机构处在死点位置时 从动件将卡死 或出现运动不确定现象 设计时必须采取措 施确保机构能顺利通过死点 死点位置是有害的 但在某些场合却利用 死点 来实现工作要求 四 课堂小结四 课堂小结 1 通过本次课的学习 大家了解了平面连杆机构的基本形式 特性及其演化 明确了 图 22 曲柄摇杆机构的死点位置 图 23 蒸汽机车车轮联动机构 图 24 钻床工件压紧机构 图 25 飞机起落架机构 精品文档 9欢迎下载 曲柄存在的条件 急回特性 死点等基本概念 学习了按给定的连杆的预定位置设计四杆 机构的方法和步骤 2 通过各种实物的动画演示 加深对对种平面连杆机构认识和理解 从而掌握各种平 面连杆机构的特点与应用 3 平面连杆机构的设计应注意给定的已知条件 条件不同 设计方法也不同 要注意 区别对待 设计中还应注意对所设计机构的运动性能及传力性能的要求 各种机器中广泛 应用的平