平面连杆机构教（学）案

..课题：平面连杆机构〔教材第6章第1节教案教学目的：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：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：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：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：讲解法、演示法、例证法、讨论法教学场地：多媒体教室教学课时：2课时教学内容安排：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1、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、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。abc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。abc图23、机构运动简图图3转动副的表示方法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3转动副的表示方法图4移动副的表示方法图5齿轮副的表示方法三、铰链四杆机构图5齿轮副的表示方法1、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。ab图6ab图62、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：①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。②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：图7曲柄摇杆机构图7曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构在生产中应用很广泛。eq\o\ac<○,1>、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：图8破碎机图8破碎机图9雷达图9雷达图10蒸汽机图10蒸汽机eq\o\ac<○,2>、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：图11缝纫机图11缝纫机〔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12一般双曲柄机构图12一般双曲柄机构具体应用：eq\o\ac<○,1>、两曲柄相等、同向。图14机车车辆联动机构图13平行四边形机构图14机车车辆联动机构图13平行四边形机构eq\o\ac<○,2>、两曲柄相等、反向。图15客车车门机构图15客车车门机构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。eq\o\ac<○,3>、两曲柄不相等。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16惯性筛机构图16惯性筛机构〔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。图17双摇杆机构图17双摇杆机构图18鹤式起重机的变幅机构图18鹤式起重机的变幅机构图19摄影平台图19摄影平台图20货车自卸机构图20货车自卸机构3、铰链四杆机构的运动特性〔1、急回特性图21四杆机构的极限位置图21四杆机构的极限位置在曲柄摇杆机构、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q称为极位夹角。摇杆两极限位置间的夹角y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q等于最大摆角y。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q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w顺时针转动,当曲柄从AB1转至AB2时,转过角度为j1=180°+q所用时间t1=j1/w,摇杆从DC1摆至DC2摆角为y；当曲柄从AB2转至AB1时,转过角度为j2=180°-q,所用时间t2=j2/w,摇杆从DC2摆回至DC1,摆角仍为y。由于j1＞j2,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q越大,K值越大,急回特性越明显。当q=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q：q=180°<K-1>/<K+1>〔4-5〔2死点图22曲柄摇杆机构的死点位置图22曲柄摇杆机构的死点位置如图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g=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。图23蒸汽机车车轮联动机构图23蒸汽机车车轮联动机构死点位置是有害的,但在某些场合却利用"死点"来实现工作要求。图24钻床工件压紧机构图24钻床工件压紧机构图25飞机起落架机构图25飞机起落架机构四、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