机械设计基础全套课件

机械设计基础全课导航绪论项目一平面机构的运动简图和自由度项目二平面连杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构模块一项目四带传动和链传动项目五齿轮传动项目六蜗杆传动项目七轮系及其传动比计算模块二项目八轴项目九轴承项目十连接、连接件及其他机械零部件模块三绪论机械设计是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各种零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。由此看出，机械设计研究的对象是机械。机械是机器和机构的总称。因此，若要研究机械，必须先了解机器和机构。一、机械设计研究的对象什么是机器？什么是机构？两者有什么区别？课堂互动机器是指由零件组成的执行机械运动的装置，用来完成所赋予的功能，如变换或传递能量（如蒸汽机、电动机等）、变换和传递运动与力（如起重机、压缩机等）、传送物料与传递信息（如输送机、电话机等）等。一、机械设计研究的对象（一）机器一、机械设计研究的对象（二）机构机构是由两个或两个以上构件通过活动连接组成的构件系统。构件是机构的基本运动单元，它可以是单一的零件，也可以是由若干零件组成的运动单元。连杆就是由以下6个部分组成的一个构件。1—轴套；2—连杆体；3—连杆头；4—螺栓；5—定位销；6—轴瓦连杆一、机械设计研究的对象（二）机构机构组成机构的构件按运动情况不同机架主动件从动件又称固定构件，是指构件中固定不动、用于支撑运动构件的构件一、机械设计研究的对象（二）机构单缸活塞式内燃机中的缸体就是机架，它用来支撑活塞、曲轴等。单缸活塞式内燃机单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮主动件又称原动件，是指驱动机构的外力所作用的、具有独立运动的构件。例如，活塞就是主动件。一、机械设计研究的对象（二）机构单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮从动件是指构件中除机架和主动件外，被迫做强制运动的构件。例如，图中的连杆3和曲轴2就是从动件。一、机械设计研究的对象（二）机构单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮主动件与从动件的区别是什么？课堂互动本课程将以常用机构（如平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等）、常用机械传动（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）、常用机械零部件（如轴、轴承、螺栓、联轴器等）为研究对象，建立分析、设计机械的知识体系，从而为各类具体机器的研究打下基础。一、机械设计研究的对象（二）机构机械设计的基本要求如下：（1）机械产品应具有可靠性。可靠性是指机械产品在规定的条件下实现规定的功能的能力。为使机械产品具有可靠性，必须正确选择机器的工作原理、机构的类型和传动方案，合理设计零件，使机械产品满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求。二、机械设计的基本要求二、机械设计的基本要求机械设计的基本要求如下：（2）机械产品应具有经济性。在进行机械设计时，应做到以下几点：选用标准件和成套组件，以降低人工成本节约原材料，以降低材料成本优化加工工艺，以减少加工成本机械设计的基本要求如下：（3）机械产品应具有安全性。机械产品上应装有各种保险装置，以消除误操作带来的危险，避免发生安全事故。二、机械设计的基本要求机械设计的基本要求如下：（4）机械产品应具有美观性。机械产品不仅应功能完备、价格低，而且应美观，这样才更具有市场竞争力。二、机械设计的基本要求机械设计的基本要求如下：（5）机械产品应满足环保要求。在机械设计过程中，应最大限度地降低机械产品给环境造成的污染，即在机械产品从开发到被市场淘汰的整个生命周期内，应尽量减少环境污染，降低能源消耗，实现回收再利用。二、机械设计的基本要求为什么机械产品的可靠性排第一位？可靠性与安全性有哪些区别？课堂互动机械设计的一般过程。三、机械设计的一般过程（1）明确设计要求。通过调查研究，明确设计的机械产品的用途、功能、预期的成本等，并进行可行性分析，拟定可行性论证报告和设计任务书。机械设计的一般过程。三、机械设计的一般过程（2）确定设计方案。根据设计任务书，通过调查研究和分析，提出可采取的方案，确定机械产品的组成、总体布置，相关机构及其传动方式，等等。通常需要制订多个方案，对其加以分析、对比和评价，从中选出最佳方案。机械设计的一般过程。三、机械设计的一般过程（3）技术设计。技术设计是机械设计的核心。在这一阶段需要确定机械产品各零部件的材料、形状、尺寸、数量等，并进行必要的强度、刚度、可靠性分析，绘制总装配图、部件装配图、零件图，编制设计说明书，等等。机械设计的一般过程。三、机械设计的一般过程（4）样机试制。通过样机制造、样机试验，检查机械产品的功能及整机、零部件的强度、刚度、稳定性、噪声等，发现问题后，及时修正设计图样。机械设计的一般过程。三、机械设计的一般过程（5）产品定型。经过样机试制，对设计图样做出必要的修改后，可以进行小批量的试生产。然后根据反馈意见，对机械产品进行技术、经济方面的优化，进一步修改设计图样，使机械产品定型，最后正式投产。机械设计的过程是一个不断修改、不断完善，逐渐使机械产品接近最优效果的过程。设计人员在设计的过程中，应善于调查研究，及时发现问题，不断优化设计。三、机械设计的一般过程课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述机械设计的研究对象、基本要求和设计过程？课堂小结绪论机械设计研究的对象机械设计的基本要求机械设计的一般过程谢谢观赏机械设计基础全课导航绪论项目一平面机构的运动简图和自由度项目二平面连杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构模块一项目四带传动和链传动项目五齿轮传动项目六蜗杆传动项目七轮系及其传动比计算模块二项目八轴项目九轴承项目十连接、连接件及其他机械零部件模块三项目一平面机构的运动简图和自由度项目导航任务一绘制平面机构运动简图任务二计算平面机构自由度机构的外形和结构一般比较复杂。为了便于分析、研究，通常用机构运动简图来表示机构。为了传递运动和力，机构中各构件之间必须以一定的方式连接起来并具有确定的相对运动，也就是说，只有具备一定的条件，机构才有确定的运动。本项目将以平面机构运动简图的绘制、平面机构自由度的计算为重点展开讨论。项目引入知识目标掌握运动副的含义和运动副的分类方法。掌握平面机构运动简图的含义和绘制平面机构运动简图的方法。理解自由度和约束的含义，掌握平面机构自由度的计算公式。掌握识别平面机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的方法。掌握平面机构具有确定运动的条件。目标素质目标通过学习国家标准规定的平面机构运动简图图形符号，体会“标准”在机械设计中的广泛性和重要性，树立标准意识和规范意识。通过学习构件与机构的关系，正确认识个人与集体的关系，树立团队意识，培养协作精神。目标任务一绘制平面机构运动简图任务引入新学期即将来临，某高校机械设计与制造专业的学生小王非常兴奋。小王是一名机械爱好者，在开学前就已经学习了机械设计基础这门课的相关知识点，他知道平面机构运动简图对于机械设计来说很重要。点击跳过案例任务引入例如，平面机构运动简图可以表示机构中各个构件之间的运动关系，为人们理解和分析机构的运动特征提供方便；可以用于机构的动力学分析，为机构的设计和优化提供依据；可以用于机械的制造和维护，为人们进行机械加工和装配、了解机械的故障部位和原因提供帮助；等等。点击跳过案例任务引入虽然了解了这么多平面机构运动简图的知识，但小王依然对一些内容存在疑问。点击跳过案例任务引入例如，他不明白运动副为什么有高副和低副之分，也不明白平面机构运动简图中各种符号的含义，更不明白根据平面机构结构图如何绘制平面机构运动简图。点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例两构件直接接触而限制某些相对运动，但还能产生一定相对运动的活动连接称为运动副。一、运动副运动副按两构件是面接触还是点或线接触低副高副一、运动副（一）低副和高副（一）低副和高副指组成运动副的两构件只能绕某一轴线做相对转动的运动副指组成运动副的两构件只能做相对直线移动的运动副转动副移动副按两构件之间的相对运动是转动还是移动，低副又可分为以下两种。转动副移动副一、运动副列举1~2个转动副和转动副在生活中的应用案例。课堂互动两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。如图中的两种均为高副，构件1（构件4）无法沿公法线n-n方向移动，但是可以相对于构件2（构件3）沿公切线t-t方向移动并且在平面内转动。齿轮副凸轮副一、运动副（一）低副和高副高副和低副的区别是什么？课堂互动球面副螺旋副常见的平面副有转动副和移动副，常见的空间副有球面副、圆柱副和螺旋副。运动副按两构件相对做平面运动还是空间运动平面副空间副一、运动副（二）平面副和空间副图中所示为挖掘机，请尽可能多地指出图中的运动副。挖掘机课堂活动一、运动副分析平面机构运动时，应先画出平面机构运动简图（以下简称“机构运动简图”）。在机构运动简图中，构件和运动副用规定的线条和符号表示，并且构件的长度按一定的比例绘制。机构运动简图能够正确地反映机构实际的运动情况。二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（一）平面机构运动简图的含义（一）平面机构运动简图的含义名称表示方法名称表示方法由两个可动构件组成的转动副具有两个转动副的构件由一个固定构件（画有斜线的构件）和一个可动构件组成的转动副具有一个转动副和一个移动副的构件常用运动副和构件的表示方法二、平面机构运动简图的含义和绘制方法名称表示方法名称表示方法由两个构件组成的移动副具有三个转动副的构件由两个构件组成的高副三个转动副的中心均在一条直线上的构件（续表）二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（一）平面机构运动简图的含义二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题【例1-1】颚式破碎机是一种由一个固定颚和一个动颚组成的压缩式破碎机，其结构图如图所示。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图【解】可按照以下步骤绘制颚式破碎机的机构运动简图。（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（1）分析机构的组成和运动情况首先确定机构中的机架、主动件和从动件，然后从主动件开始，按照运动传递的顺序分析运动的传递情况由图可知，颚式破碎机的主体机构由机架1、偏心轴2、动颚3、肘板4等4个构件组成偏心轴2是主动件，动颚3和肘板4都是从动件偏心轴2在与它固连的带轮的带动下绕轴线A转动，驱使动颚3做平面运动，从而将矿石轧碎二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题绘制颚式破碎机的机构运动简图

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（2）确定运动副的类型和数量从主动件开始，按照运动传递的顺序分析各构件之间相对运动的性质，从而确定运动副的类型和数量偏心轴2与机架1之间为面接触，偏心轴2绕轴线A转动，故构件1、2组成转动副；偏心轴2绕轴线B转动时带动动颚3上下运动，故构件2、3组成转动副；动颚3上下运动时，肘板4绕轴线C转动，故构件3、4组成转动副；肘板4在绕轴线C转动时，也会绕轴线D转动，故构件4与机架1组成转动副二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（3）选择投影面为了能清楚地表明各构件间的相对运动关系，通常选择平行于机构中多数构件所在的运动平面为投影面本题选择图中所示的平面为投影面（4）选择瞬时位置选择能充分反映机构运动特性的瞬时位置，在此瞬时位置，不能出现构件相互重叠或交叉的现象本题选择图中所示的位置为瞬时位置二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

颚式破碎机的结构图

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（5）选择适当的比例尺并绘图首先根据构件的实际尺寸和图纸大小确定适当的比例尺，然后按照各构件的长度和运动副间的相对位置，用规定的线条和符号绘制机构运动简图根据结构图确定各运动副中心的相对位置，用规定的线条和符号绘制各个构件和运动副，然后为机架画上表示固定含义的斜线，并在偏心轴2上标出指示运动方向的箭头，如机构运动运动简图所示二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图机构运动简图（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1二、平面机构运动简图的含义和绘制方法课堂活动图中为手摇抽水泵的结构图。已知，，请绘制手摇抽水泵的机构运动简图。手摇抽水泵的结构图任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图内燃机是一种通过使燃料在发动机气缸内燃烧，并将燃烧放出的热能直接转换为动能的动力机械。内燃机有很多种类，其中，活塞式内燃机的应用最为广泛。任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图活塞式内燃机的工作原理如下：燃料和空气混合并在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温、高压燃气，燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图请根据图中所示的单缸活塞式内燃机，绘制其机构运动简图。单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图（1）按照如下步骤绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图：①分析机构的组成和运动情况；②确定运动副的类型和数量；③选择投影面；④选择瞬时位置；⑤选择适当的比例尺并绘图。【实施流程】任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图（2）将绘制过程记录下来并提交给老师。要求写出绘制单缸活塞式内燃机机构运动简图的具体步骤，并画出规范的机构运动简图。（3）老师对学生提交的作业进行点评。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述平面机构运动简图的含义和绘制方法？课堂小结绘制平面机构运动简图运动副平面机构运动简图的含义和绘制方法任务二计算平面机构自由度任务引入通过预习，小王知道在平面机构的设计过程中，应根据实际需求确定平面机构的自由度，并且为了使构件能够产生确定的相对运动，机构的自由度应与主动件的数量相等。点击跳过案例任务引入但在实际应用中，机构的自由度通常与主动件的数量不相等。点击跳过案例任务引入例如，对于需要实现复杂运动的机构，往往通过增加机构的自由度来提高机构的灵活性；对于一些有高精度要求的机构，则往往通过减少外部约束和减小摩擦力来提高机构的稳定性。点击跳过案例任务引入那么，该如何计算平面机构的自由度？在计算平面机构自由度时，应注意哪些事项？点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、自由度和约束在直角坐标系中，构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。一个在空间内处于自由状态的构件，具有6个独立运动的参数，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，因此其自由度为6。一、自由度和约束一个在平面内处于自由状态的构件，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、y轴的移动和绕垂直于xOy平面的轴的转动，因此其自由度为3。两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制，自由度减少。运动副限制构件独立运动的作用称为约束。二、平面机构自由度的计算公式在转动副中，转动副约束了构件沿两个轴向移动的自由度，只保留了构件绕与平面垂直的轴线转动的自由度在移动副中，移动副约束了构件沿一个轴向移动的自由度和绕与平面垂直的轴线转动的自由度，只保留了沿另一个轴向移动的自由度如果一个平面机构中包含n

个可动构件，未用运动副连接之前，这些构件的自由度总数为3n；用运动副连接之后，这些构件的自由度将发生变化。转动副移动副二、平面机构自由度的计算公式在齿轮副、凸轮副中，高副只约束构件沿接触处公法线n-n

方向移动的自由度，保留了构件转动和沿公切线t-t

方向移动两个自由度如果一个平面机构中包含n

个可动构件，未用运动副连接之前，这些构件的自由度总数为3n；用运动副连接之后，这些构件的自由度将发生变化。齿轮副凸轮副（续表）二、平面机构自由度的计算公式由此可知，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；而每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。因此，若机构中有个低副和个高副，则这些运动副引入的约束数为。于是，平面机构的自由度F可表示为（1-1）三、计算平面机构自由度的注意事项在计算平面机构自由度时，应注意复合铰链局部自由度虚约束机构中是否存在三、计算平面机构自由度的注意事项（一）复合铰链由三个或更多个构件组成的两个或更多个共轴线的转动副称为复合铰链。（a）惯性筛的机构运动简图复合铰链（b）复合铰链惯性筛机构三、计算平面机构自由度的注意事项图（a）为惯性筛的机构运动简图，由图可知，构件2、3、4通过同一根轴在C处汇交成复合铰链。由图（b）可知，三个构件组成的复合铰链包含两个转动副。以此类推，k个构件汇交成的复合铰链包含k-1个转动副。（一）复合铰链（a）惯性筛的机构运动简图（b）复合铰链三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】由图（a）可知，惯性筛机构中有5个构件，即n=5。构件1在A、B处分别形成一个转动副，构件2在B处形成一个转动副，构件4在E

处形成一个转动副，构件5在地面移动形成一个移动副，构件2、3、4在C

处汇交成复合铰链，包含两个转动副。【例1-2】试计算图（a）所示惯性筛机构的自由度。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。（a）惯性筛的机构运动简图三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【例1-2】试计算图（a）所示惯性筛机构的自由度。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。【解】因此，惯性筛机构共有6个转动副和1个移动副，即。该机构中不存在高副，故。则该机构的自由度为（a）惯性筛的机构运动简图三、计算平面机构自由度的注意事项不影响机构输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度称为局部自由度。在计算平面机构的自由度时，应将局部自由度除去。（二）局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】在凸轮机构中，主动件凸轮1沿逆时针方向转动，通过滚子2使从动件3在导路中往复移动。显然，滚子2绕其自身轴线B的转动并不影响凸轮1与从动件3间的相对运动，因此滚子2绕其自身轴线B的转动为局部自由度。【例1-3】计算图（a）所示凸轮机构的自由度。1—凸轮；2—滚子；3—从动件局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】在计算机构的自由度时，可将滚子2与从动件3固连在一起，作为一个构件来考虑，如图（b）所示。故在该机构中，n=2，，。则机构的自由度为【例1-3】计算图（a）所示凸轮机构的自由度。1—凸轮；2—滚子；3—从动件局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项在运动副引入的约束中，与其他约束重复而不限制机构运动的约束称为虚约束。在计算平面机构的自由度时，应将虚约束除去。（三）虚约束三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（1）两构件间形成多个导路平行或重合的移动副。例如，图中的推杆与机架之间组成两个导路方向平行的移动副，其中之一为虚约束。单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（2）两构件组成多个轴线重合的转动副。例如，图中的机架1与转轴2在A、B两处组成两个转动副，其中之一为虚约束。轴线重合时的虚约束机架转轴三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（3）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。例如，在图所示的机车车轮联动机构中，将构件3与该机构在点C处断开连接，可发现，构件3上点C的运动轨迹与构件2上点C的运动轨迹重合，故该机构中存在虚约束。机车车轮联动机构机车车轮联动机构三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（4）机构中存在对运动不起作用的对称部分。例如，在图所示的轮系中，只需要齿轮2转动便可传递运动，但是为了提高承载能力并使机构受力均匀，此轮系采用了三个完全相同且均匀分布的齿轮，此时齿轮和引入的约束均为虚约束。结构对称时的虚约束中心齿轮齿轮齿轮齿轮三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题（a）（b）筛料机构【例1-4】计算图（a）所示筛料机构的自由度。【解】在图（a）中，滚子G有局部自由度。顶杆DG与机架在E处和处形成两个导路重合的移动副，其中一个为虚约束。C处为复合铰链。去掉局部自由度和虚约束后，可将图（a）转化为图（b）。三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题（a）（b）筛料机构【例1-4】计算图（a）所示筛料机构的自由度。【解】由图（b）可知，，则筛料机构的自由度为此筛料机构的自由度为2，有两个主动构件（构件1和5）。四、平面机构具有确定运动的条件平面三杆构件组合体图中所示的平面三杆构件组合体的自由度。这表明该组合体中各构件间无相对运动。由此可知，机构能够运动的首要条件是其自由度必须大于零。四、平面机构具有确定运动的条件但自由度大于零只能说明机构能够运动，并不能说明机构有确定的运动。例如，在图（a）中，五杆铰链构件组合体的自由度。若构件1为主动件，当其绕点A

逆时针转动且处于AB

位置时，构件2、3、4可处于实线位置，也可以处于双点画线位置，即这三个构件的运动是不确定的。（a）五杆铰链构件组合体四、平面机构具有确定运动的条件若构件1和4为主动件，当构件1和构件4分别绕点A

和点E转动时，构件2和构件3的运动就能完全确定，如图（b）所示。（b）五杆铰链构件组合体综上所述，平面机构具有确定运动的条件为：①F>0；②F

等于机构中主动件的个数。五杆铰链构件组合体任务实施计算冲压机构的自由度图中所示为冲压机构的机构运动简图，计算该机构的自由度，并判断其运动是否确定。冲压机构的机构运动简图【实施流程】（1）按照以下步骤计算冲压机构的自由度：①判断机构中有多少个活动构件；②找出机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束；③确定低副和高副的数目；④按式计算自由度。任务实施计算冲压机构的自由度图中所示为冲压机构的机构运动简图，计算该机构的自由度，并判断其运动是否确定。冲压机构的机构运动简图（2）将计算过程记录下来并提交给老师。要求绘制出去掉局部自由度和虚约束的机构运动简图。（3）老师对学生提交的作业进行点评。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述计算平面机构自由度的注意事项？课堂小结计算平面机构自由度自由度和约束平面机构自由度的计算公式计算平面机构自由度的注意事项平面机构具有确定运动的条件学习成果评价学习成果评价请进行学习成果评价，并将评价结果填入表中。学习成果评价表班级

姓名

学号

评价项目评价内容分值自我评分老师评分知识

（40%）运动副的含义和运动副的分类方法4

平面机构运动简图的含义4

绘制平面机构运动简图的方法8

自由度和约束的含义4

平面机构自由度的计算公式6

计算平面机构自由度的注意事项8

平面机构具有确定运动的条件6

学习成果评价（续表）评价项目评价内容分值自我评分老师评分技能

（40%）能够判断运动副的类型，并识别各类运动副的符号10

能够绘制平面机构运动简图10

能够计算平面机构的自由度并判断其是否具有确定的运动20

素养

（20%）积极参加教学活动，按要求完成学习任务5

具有团队精神，能够积极与他人合作5

积极、认真参加实践活动，按时完成实践任务5

具有创新精神，能够积极参加创新活动5

合计100

总分（自我评分×40%+老师评分×60%）

学习成果评价（续表）自我评价

老师评价

谢谢观赏机械设计基础全课导航绪论项目一平面机构的运动简图和自由度项目二平面连杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构模块一项目四带传动和链传动项目五齿轮传动项目六蜗杆传动项目七轮系及其传动比计算模块二项目八轴项目九轴承项目十连接、连接件及其他机械零部件模块三项目二平面连杆机构项目导航任务一认识铰链四杆机构任务二了解平面四杆机构的运动特性任务三用图解法设计平面四杆机构项目引入由若干个构件通过低副连接，且所有构件在相互平行的平面内运动的机构称为平面连杆机构。由四个构件通过低副连接组成的平面连杆机构称为平面四杆机构，它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，其他形式的平面四杆机构均可由其演化而来。本项目将以铰链四杆机构为主要研究对象，讨论平面四杆机构的运动特性和设计方法。知识目标掌握铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式。掌握曲柄、摇杆、连架杆、传动角、压力角、死点等的含义。理解平面四杆机构的急回特性和传力特性。掌握设计平面四杆机构的图解法。目标素质目标通过学习死点经过合理设计，可以实现定位、夹紧等功能，化不利为有利，认识到无论在学习还是生活中，事物都存在两面性，学会辩证地看待问题。通过使用图解法设计振实造型机，认识到在学习和工作中，应秉持严谨细致的态度，并且应具备精益求精的工匠精神。目标任务一认识铰链四杆机构任务引入从学习机械设计基础这门课起，小王就开始留心生活中的各种机械，并发现了许多有趣的现象。点击跳过案例任务引入例如，乘坐公交车时，小王发现每到一站，公交车后门的两扇车门会朝相反的方向转动，从而保证两扇车门能同时开或关；路过某工地时，小王发现正在作业的起重机上的AB杆摆动时，CD杆随之摆动，使CB杆延长线上的E点（吊重物处）做近似水平直线移动，这样可以避免因不必要的升降而消耗能量。点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、铰链四杆机构的类型全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄连杆摇杆机架一、铰链四杆机构的类型在图所示的铰链四杆机构中，固定构件4称为机架，与机架相连的构件1和构件3称为连架杆，不与机架直接连接的构件2称为连杆。若连架杆能相对机架整周转动，则称此连架杆为曲柄；若连架杆仅能在某一角度范围内往复摆动，则称此连架杆为摇杆。铰链四杆机构曲柄连杆摇杆机架一、铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据连架杆运动形式的不同曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构具有一个曲柄、一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，通常曲柄为主动件，做匀速转动运动；摇杆为从动件，在曲柄的带动下做变速往复运动。一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构例如，在图所示的调整雷达天线仰俯角的机构中，曲柄1缓慢匀速转动，通过连杆2使摇杆3在一定角度范围内摆动，从而达到调整雷达天线仰俯角的目的。当以摇杆为主动件时，摇杆的往复摆动可通过连杆转化为曲柄的整周转动。调整雷达天线仰俯角的机构曲柄连杆摇杆机架缝纫机踏板机构与调整雷达天线仰俯角机构的区别是什么？共同点有哪些？课堂互动缝纫机踏板机构一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构在图中所示的缝纫机踏板机构中，脚踏动踏板（相当于摇杆3）使其往复摆动，通过连杆2带动曲柄1整周转动，再通过带传动使机头主轴转动。缝纫机踏板机构曲柄连杆摇杆机架双曲柄机构与曲柄摇杆机构的区别是什么？课堂互动双曲柄机构一、铰链四杆机构的类型（二）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。在双曲柄机构中，通常主动曲柄做匀速转动运动，从动曲柄做同向变速转动运动。一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构在图中所示的惯性筛机构中，当曲柄1以等角速度转动时，曲柄3将以变角速度转动，通过构件CE使筛体做变速直线运动，筛面上的物料由于惯性来回抖动，从而达到筛分物料的目的。惯性筛曲柄连杆机架一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构双曲柄机构组成四边形的对边杆的长度相等，根据两曲柄转动方向的不同平行四边形机构逆平行四边形机构曲柄的转动方向相同转动方向相反平行四边形机构与逆平行四边形机构有哪些共同点？有哪些不同点？课堂互动逆平行四边形机构平行四边形机构一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构机车车轮联动机构便是平行四边形机构的应用实例，它保证了机车车轮做完全相同的运动。机车车轮联动机构曲柄连杆机架一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构车门启闭机构采用了逆平行四边形机构，以保证与曲柄1和曲柄3连接的车门能同时开或关。车门启闭机构曲柄连杆机架小贴士一、铰链四杆机构的类型在平行四边形机构中，当各构件共线时，可能出现从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象，如图所示。为了避免出现这种现象，可采取使用辅助曲柄等措施，如在机车车轮联动机构中采用第三个平行曲柄。从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象一、铰链四杆机构的类型（三）双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，如果两摇杆的长度相等，则此机构为等腰梯形机构。双摇杆机构与双曲柄机构的区别是什么？试列举1~2个日常生活中的应用案例。课堂互动一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构汽车前轮转向机构汽车转弯时，若在任意位置都能使两前轮轴线的交点P落在后轮轴线的延长线上，则当整个车身绕点P转动时，四个车轮都能在地面上做纯滚动运动，避免轮胎因滑动而磨损，等腰梯形机构便可基本满足这一要求。汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构即为等腰梯形机构。课堂活动一、铰链四杆机构的类型请说明图中所示机构属于曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构，指出各个机构中的曲柄或摇杆，并说明各个机构的工作原理。（a）摄影车座斗机构（b）搅拌器机构各种机构二、铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构的三种基本类型主要是通过判别机构中是否存在曲柄来区分的。而在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。下面通过曲柄摇杆机构来分析铰链四杆机构具有曲柄的条件。二、铰链四杆机构的类型判定如图所示，曲柄摇杆机构ABCD各杆的长度分别为a、b、c、d。若杆AB为曲柄，它能绕转动中心A相对机架整周转动，则杆AB

必然能顺利通过与机架共线的两个位置和。曲柄摇杆机构ABCD二、铰链四杆机构的类型判定曲柄摇杆机构ABCD当杆AB转至位置时，得到，则当杆AB转至位置时，得到，则由式（2-2）和式（2-3）可得将式（2-1）、式（2-4）、式（2-5）两两相加可得，，（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）二、铰链四杆机构的类型判定由上述分析可得到铰链四杆机构中存在曲柄的条件如下（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（此条件称为杆长和条件）（2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆二、铰链四杆机构的类型判定若铰链四杆机构各杆长满足杆长和条件，则可通过最短杆的类型判定铰链四杆机构的类型（1）若最短杆为曲柄，则得到曲柄摇杆机构（2）若最短杆为机架，则得到双曲柄机构（3）若最短杆为连杆，则得到双摇杆机构若铰链四杆机构各杆长不满足杆长和条件，则无论取何杆为机架，均不存在曲柄，故只能得到双摇杆机构。二、铰链四杆机构的类型判定【例2-1】如图所示，铰链四杆机构ABCD

的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？例2-1图【解】由题可知，杆AB为最短杆，杆BC为最长杆。又因为同步例题二、铰链四杆机构的类型判定【例2-1】如图所示，铰链四杆机构ABCD

的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？例2-1图【解】，满足杆长和条件，于是可得：若以杆AB

为机架，因杆AB

最短，故得到双曲柄机构；若以杆BC

为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构；若以杆CD为机架，此时最短杆为连杆，故得到双摇杆机构；若以杆AD为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构。同步例题课堂活动二、铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构ABCD如图所示，铰链四杆机构ABCD的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？三、铰链四杆机构的演化形式转动副转换为移动副改变构件的形状选取不同构件作为机架铰链四杆机构演化为不同的形式曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构……三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程（a）（b）（c）（d）三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构在图（a）所示的曲柄摇杆机构中，点C沿圆弧做往复运动。若将点C做成滑块，如图（b）所示，则滑块将沿着圆弧往复滑动。（a）曲柄摇杆机构（b）曲柄摇杆机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构当增至无穷大时，点C的轨迹将变成直线，此时该机构称为曲柄滑块机构，如图（c）所示。在曲柄滑块机构中，滑块两个极限位置之间的距离称为行程，通常用字母H

表示。（c）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构若曲柄转动中心A

在滑块移动导路的中心线上，则该机构称为对心曲柄滑块机构，如图（c）所示；若曲柄转动中心A不在滑块移动导路的中心线上，即曲柄转动中心A与滑块移动导路的中心线之间存在偏距e，则称该机构为偏置曲柄滑块机构，如图（d）所示。（c）对心曲柄滑块机构（d）偏置曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构偏心轮机构将曲柄做成偏心轮结构滑块偏心轮机架连杆三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构在曲柄滑块机构中，当曲柄较短时，通常将曲柄做成偏心轮结构。构件1为偏心轮，偏心距e（偏心轮的几何中心B至转动中心A的距离）与曲柄长度相等。这种结构增大了转动副的尺寸，提高了传动轴的强度和刚度，可广泛应用于压力机、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。将曲柄做成偏心轮结构滑块偏心轮机架连杆曲柄滑块机构和偏心轮结构有哪些共同点？有哪些不同点？课堂互动三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构曲柄滑块机构演化为导杆机构的过程

（a）曲柄滑块机构

（b）转动导杆机构

（c）摆动导杆机构三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构在图（a）所示的曲柄滑块机构中，若将杆1作为机架，则曲柄滑块机构就演化为导杆机构。

（a）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构（b）转动导杆机构

（c）摆动导杆机构当时，杆2和杆4均可整周转动，此种导杆机构称为转动导杆机构，如图（b）所示；当时，杆2可整周转动，而杆4只能往复摆动，此种导杆机构称为摆动导杆机构，如图（c）所示。三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构在上述两种导杆机构中，杆4对滑块3的运动起导路作用，故称为导杆。导杆机构常用在牛头刨床（其主运动机构如图所示）、插床、回转泵等机械中。牛头刨床主运动机构牛头刨床主运动机构三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构若将图（a）所示的曲柄滑块机构中的杆2作为机架，则得到如图所示的摇块机构。这种机构广泛应用于液压驱动装置中。摇块机构（a）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构在图所示的翻斗车车厢自动翻转卸料机构中，当液压缸3内的高压油推动活塞，使活塞杆4活动时，车厢1绕点B倾转，当达到一定角度时，物料即可被卸下。翻斗车车厢自动翻转卸料机构车身活塞杆车厢液压缸三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构若将图（a）所示的曲柄滑块机构中的滑块3作为机架，则得到如图所示的定块机构。这种机构常用在抽油泵、手摇抽水泵等机械中。（a）曲柄滑块机构定块机构摇块机构和定块机构的区别有哪些？课堂互动任务实施制作铰链四杆机构模型通过制作铰链四杆机构模型，加深对不同类型铰链四杆机构的认识。（1）学生自由分组，每组3～4人。（2）各小组自备材料，制作以下铰链四杆机构模型：【实施流程】曲柄摇杆机构模型双曲柄机构模型双摇杆机构模型任务实施制作铰链四杆机构模型通过制作铰链四杆机构模型，加深对不同类型铰链四杆机构的认识。（3）各小组完成模型的制作后，总结制作过程中遇到的问题和不同类型铰链四杆机构的制作条件。（4）各小组派代表在课堂上展示本小组制作的模型，并分享任务实施的心得。（5）老师对各小组的表现进行评价。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式？课堂小结认识铰链四杆机构铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构的演化形式任务二了解平面四杆机构的运动特性任务引入某个周末，小王到郊区的机场迎接朋友。时间还早，小王便在航站楼内观察飞机。点击跳过案例任务引入小王看到一架飞机正准备降落，飞机上的起落架逐渐伸展开，然后接触地面，飞机便在跑道上滑行起来。点击跳过案例任务引入点击跳过案例飞机起落架为什么伸展开后便能保持伸展状态而不会折叠起来？这是怎么做到的？任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、急回特性曲柄摇杆机构平面四杆机构的急回特性一、急回特性在图所示的曲柄摇杆机构中，主动件曲柄AB

在转动一周的过程中，分别在处和处与连杆BC共线，摇杆CD因此获得和两个极限位置。摇杆的两个极限位置之间的夹角称为摆角，用表示。曲柄摇杆机构一、急回特性曲柄摇杆机构当曲柄AB按顺时针方向从位置转到位置时，曲柄转过角度（），摇杆CD由位置摆至位置，摆角为，所需时间为，平均角速度；当曲柄AB按顺时针方向从位置转到位置时，曲柄转过角度，摇杆CD由位置摆回至位置，摆角还是，所需时间为，平均角速度。若曲柄匀速转动，由可知，则。一、急回特性曲柄摇杆机构若规定摇杆CD

由位置摆至位置为工作行程，由位置摆回至位置为空回行程，则摇杆CD的空回行程平均角速度比工作行程平均角速度快，这一性质称为机构的急回特性。一、急回特性机构急回的程度可用行程速度变化系数K

来表示，公式为（2-6）于是可得（2-7）或（2-8）式2-6例2-2一、急回特性由式可知，与K

存在一一对应的关系。由于，而和为摇杆的两个极限位置，故称为极位夹角。表示了机构急回的程度，越大，K

值越大，机构急回的程度越高，机构运动的平稳性就越差；时，机构无急回特性。一、急回特性将平面四杆机构的急回特性应用于牛头刨床、摇摆式输送机等机械中，可以节省空回行程时间，从而达到节省动力和提高生产率的目的。摇摆式输送机示意图连杆Ⅰ曲柄料槽电机传动装置执行机构连杆Ⅱ滑块连杆Ⅲ物料曲柄摇杆机构一定具有急回特性吗？课堂互动小贴士一、急回特性曲柄摇杆机构并不一定具有急回特性，只有当K>1时，曲柄摇杆机构才具有急回特性。偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构一定具有急回特性。一、急回特性同步例题【例2-2】已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为30º，摇杆工作行程用时7s。请问：摇杆空回行程用时多少？曲柄每分钟的转数是多少？【解】设摇杆工作行程用时，空回行程用时，将已知条件代入式（2-6）中可得则空回行程用时。曲柄转动一周用时，则每分钟（60s）的转数。式2-6例2-2在实际生产中，不仅要求平面四杆机构能够实现预定的运动要求，而且希望其运转效率高，并具有良好的传力特性。二、传力特性二、传力特性（一）压力角和传动角平面四杆机构的压力角和传动角平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性（一）压力角和传动角平面四杆机构的传力特性通常可用压力角或传动角来表征。在图所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和转动副中摩擦力的影响，则主动件曲柄1通过连杆2传给从动件摇杆3的力F沿BC方向。力F与该力作用点的速度之间所夹的锐角α

称为压力角，压力角的余角γ

称为传动角。平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性（一）压力角和传动角由图可知，力F使摇杆3运动的有效分力

，摇杆3受到的径向压力。显然，压力角α

越小，就越大，机构传动的效率就越高，所以可用压力角的大小判断机构的传力性能。但为了度量方便，常用压力角α

的余角γ

判断机构的传力性能。平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性平面四杆机构的压力角和传动角（一）压力角和传动角在机构运转过程中，传动角γ

随从动件的位置改变而变化。为了保证机构能正常工作，必须规定最小传动角

。对于一般机械，应使；对于高速和大功率的传动机械，应使。不同类型的平面四杆机构，其最小传动角的位置不同。二、传力特性平面四杆机构的压力角和传动角（一）压力角和传动角（1）如图所示，在曲柄摇杆机构运转过程中，最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置，即为图中的或。若和均为锐角，则较小的为；若和中有一个为钝角，则求其补角后与另一个相比较，较小的为。分析图片中最小传动角的位置。课堂互动偏置曲柄滑块机构的传动角二、传力特性（一）压力角和传动角偏置曲柄滑块机构的传动角（2）如图所示，对于以曲柄为主动件的偏置曲柄滑块机构，其传动角γ

为连杆与导路垂线所夹的锐角，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置，此位置处于与偏距方向相反的一侧。对于以曲柄为主动件的对心曲柄滑块机构，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置。分析图片中最小传动角的位置。课堂互动摆动导杆机构的传动角二、传力特性（一）压力角和传动角（3）如图所示，对于以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因滑块对导路的作用力始终垂直于导杆，故其传动角恒为90°，即机构运转过程中任何位置都是最小传动角的位置，这说明摆动导杆机构具有良好的传力性能。摆动导杆机构的传动角课堂活动二、传力特性正在运转的机构试标出图中所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为主动件，箭头方向代表构件转动的方向。（a）（b）（c）（d）二、传力特性（二）死点死点死点二、传力特性（二）死点在图中所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆CD

为主动件，曲柄AB

为从动件，当摇杆摆到极限位置和时，连杆BC

与曲柄AB

共线，两者之间的传动角。死点二、传力特性（二）死点死点这时摇杆CD经连杆BC传给曲柄AB的力通过曲柄转动中心A，转动力矩为零，从动件不动，机构停顿，机构所处的这种位置称为死点。对于具有极限位置（如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构）的平面四杆机构，当以往复摆动构件为主动件时，机构均有两个死点。你在日常生活中遇到过“死点”吗？试列举1~2个日常生活中的应用案例。课堂互动二、传力特性（二）死点死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。为了使机构顺利地通过死点，可以对从动件施加外力或利用构件自身的惯性作用。例如，缝纫机在使用过程中有时候会出现踏不动或倒车现象，这都是由机构处于死点引起的。借助安装在机头主轴上的飞轮的惯性作用，可以使缝纫机踏板机构中的曲柄冲过死点。二、传力特性（二）死点夹紧机构夹紧机构杆机架工件二、传力特性（二）死点夹紧机构死点虽然对传动不利，但在实际工程中，可以利用死点来实现一定的功能。例如，在图所示的夹紧机构中，当工件5被夹紧后，铰链中心B、C、D共线，工件经杆1传给杆2、杆3的力通过点D，转动力矩为零，杆3不会转动，因此当去掉力F后，工件仍能被夹紧。杆机架工件二、传力特性（二）死点飞机起落架机构再如，在图中所示的飞机起落架机构中，当飞机降落，起落架放下机轮后，连杆2与从动件3共线，机构处于死点，机轮着地时产生的巨大冲击力不会使从动件反转，从而使得飞机可以安全着陆。飞机起落架机构机架机轮主动件连杆从动件任务实施搜集急回特性和传力特性的应用实例平面四杆机构的急回特性和传力特性广泛应用于人们的生产、生活中。请搜集这些特性的应用实例，加深对平面四杆机构的运动特性的认识。（1）学生自由分组，每组3～4人，并选出一名小组长。（2）各小组通过查资料、实地调查等方式搜集平面四杆机构的急回特性和传力特性在生产、生活中的应用实例（尽量不与本任务中所涉及的实例相同），小组长组织小组成员分析这些特性具体作用在机械中的哪些机构上，并说明这些机构的工作原理。【实施流程】任务实施搜集急回特性和传力特性的应用实例平面四杆机构的急回特性和传力特性广泛应用于人们的生产、生活中。请搜集这些特性的应用实例，加深对平面四杆机构的运动特性的认识。（3）各小组将任务实施的成果做成PPT，并派代表在课堂上讲解。（4）老师对各小组的表现进行评价。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述平面四杆机构的运动特性有哪些？课堂小结了解平面四杆机构的运动特性急回特性传力特性任务三用图解法设计平面四杆机构任务引入某日，小王走在校园里，路过公告栏时，被一张关于全国大学生机器人大赛的参赛海报所吸引。点击跳过案例任务引入通过阅读海报上的内容，小王了解到参赛者需要综合运用机械、电子、控制、计算机等技术知识和方法，制作出满足要求的机器人，并利用机器人完成相关任务。点击跳过案例任务引入点击跳过案例小王对参加这项比赛充满了期待，但他知道自己所掌握的知识还远远不够。于是，小王找到教授机械设计基础这门课的老师，询问如何才能设计出属于自己的机器人。任务引入点击跳过案例千里之行始于足下，你不妨从学习如何设计最简单的平面四杆机构开始学起。小王听后，郑重地点了点头，他决定努力学习，为自己的参赛梦付出切实行动。任务引入学习本任务的相关知识后，请回答如何按给定的条件设计平面四杆机构。点击跳过案例一、按给定的行程速度变化系数设计设计具有急回特性的平面四杆机构时，通常先根据实际工程需要确定行程速度变化系数

K，然后根据机构处于极限位置时的几何特点，结合有关辅助条件来确定机构的尺寸。一、按给定的行程速度变化系数设计设计要求：已知摇杆长度、摆角和行程速度变化系数K，要求用图解法设计此曲柄摇杆机构。（一）设计曲柄摇杆机构一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构，，因设计分析：由图中所示的曲柄摇杆机构处于极限位置时的几何特点可知，，，故有曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构设计图因此，在已知摇杆长度、摆角的情况下，只要能确定固定铰链中心A

的位置，就可以确定曲柄长度和连杆长度

。综上可知，设计此曲柄摇杆机构的实质是确定固定铰链中心A的位置。设计分析：一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式

求出极位夹角θ

。（2）选取适当比例尺μ

，任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆的两个极限位置

和。曲柄摇杆机构设计图小贴士一、按给定的行程速度变化系数设计，其单位为m/mm或mm/mm。一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（3）作，由三角形内角和等于180º可知，。曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（4）以点O为圆心，为半径作圆，分别与和的延长线交于点E和点F。在圆周（圆弧和上除外）上任取一点作为固定铰链中心A。连接和，因圆周角是圆心角的一半，故。曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（5）先测量

和的长度，再计算出AB和BC的长度，最后按比例尺计算出各杆的实际长度：，，。曲柄摇杆机构设计图小贴士一、按给定的行程速度变化系数设计由于点A是圆周上任取的一点，所以若仅按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构，可得无穷多的解。若给定一些其他辅助条件（如机架长度、最小传动角等），则可有唯一解。课堂活动一、按给定的行程速度变化系数设计已知一曲柄摇杆机构的摇杆长度为80mm，摆角为40º，摇杆的行程速度变化系数为1，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为90º。试用图解法确定该曲柄摇杆机构中其余三杆的长度。一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计要求：已知机架长度

和行程速度变化系数K，要求用图解法设计此摆动导杆机构。一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计分析：由图可知，摆动导杆机构的极位夹角θ

与导杆的摆角φ

相等，而极位夹角θ

可由行程速度变化系数K求得，因此设计此摆动导杆机构的关键是确定曲柄的长度。摆动导杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式求出极位夹角θ

。（2）取适当比例尺μ

，根据导杆的摆角φ

等于极位夹角θ

，任选一点C，过点C作两条直线Cm和Cn，使。摆动导杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构，可得曲柄的长度。（4）过点A作Cm和Cn的垂线，得点、设计步骤：（3）作∠mCn的角平分线，过点C作线段AC，使，得固定铰链中心A的位置。摆动导杆机构设计图课堂活动一、按给定的行程速度变化系数设计已知一摆动导杆机构的机架长度为100mm，行程速度变化系数为1.4，试求曲柄的长度。设计摆动导杆机构与曲柄摇杆机构有哪些区别？课堂互动二、按给定的连杆长度和位置设计、