机械设计基础电子教案 项目二常用机构-任务一-平面连杆机构的设计

课题授课时数4学时周次教学目标知识目标：（1）掌握平面四杆机构的基本形式及其演化。（2）掌握铰链四杆机构存在曲柄的条件。（3）掌握平面四杆机构特性参数：极位夹角θ、压力角α（传动角γ)、行程速比系数K。（4）了解死点位置及其克服与利用方法。能力目标：（1）能正确判别平面连杆机构的形式，根据工作需要合理选用。（2）能对平面连杆机构进行受力分析，判别是否自锁。（3）能根据工作要求，用图解法设计简单的平面连杆机构。素质目标：（1）通过学习平面四杆机构的类型和应用，理解机构运动特征万变不离其宗的道理，培养归纳概括能力。（2）通过中国空间站机械臂的学习，明白成功从点滴积累而来，大力弘扬科学家精神，赓续科技报国使命。（3）通过死点位置的学习，培养辩证思维——事物具有两面性，有害因素也可以转化利用。思政目标通过死点位置的学习，引导学生辩证看待事物：死点在传动中是有害的（缝纫机踩不动），但在夹紧机构和飞机起落架中却被巧妙利用。培养学生“变害为利、化被动为主动”的创新思维和辩证看待问题的能力。通过中国空间站机械臂等重大工程成就的介绍，激发学生的民族自豪感和科技报国热情，明白任何成功都源于点滴积累和不懈奋斗，培养持之以恒、精益求精的工匠精神。教学重点（1）铰链四杆机构的三种基本形式及判别方法。（2）曲柄存在条件。（3）急回特性与行程速比系数K。（4）压力角与传动角。教学难点（1）铰链四杆机构的演化形式。（2）按行程速比系数K设计四杆机构的图解法。投影仪、计算机、PPT课件、黑板、缝纫机踏板机构模型、四杆机构教具模型作业（1）分析给定铰链四杆机构的类型并判断有无急回特性。（2）课后习题中按行程速比系数K设计曲柄摇杆机构。教学小结教学过程设计教学组织方法观察家用缝纫机踏板机构的工作过程。思考：踏板机构由几个构件组成？各构件怎样连接？为什么有时踩不动？还在什么场合见过类似结构？缝纫机踏板机构由四个构件通过销轴连接：固定的机架4、两个连架杆1和3、连杆2。能整周转动的连架杆叫曲柄，只能往复摆动的叫摇杆。四个构件都用转动副（铰链）联接的四杆机构称为铰链四杆机构。按两连架杆运动形式分三种：1.曲柄摇杆机构：一个曲柄、一个摇杆。可将回转运动变为摆动（雷达天线），或将摆动变为回转运动（缝纫机踏板），或实现运动轨迹（搅拌器、飞剪）。任务驱动法模型演示讲授法PPT动画演示教具模型展示教学过程设计教学组织方法2.双曲柄机构：两个连架杆均为曲柄。主动曲柄匀速转动时，从动曲柄做周期性变速转动（如简易刨床）。两曲柄等长且连杆机架等长时为平行双曲柄机构（机车车轮联动机构），还有反平行四边形机构（公共汽车车门启闭机3.双摇杆机构：两个连架杆均为摇杆。应用：港口起重机、飞机起落架、可逆式座椅、电风扇摇头机构等。设最短杆长Lmin、最长杆长Lmax，其余两杆长L'、L''：当Lmin+Lmax≤L'+L''（格拉霍夫条件）时：①最短杆为连架杆→曲柄摇杆机构；②最短杆为机架→双曲柄机构；③最短杆为连杆→双摇杆机构。当Lmin+Lmax>L'+L''时：无论取哪个构件为机架，都无曲柄，均为双摇杆机构。1.曲柄滑块机构：摇杆变为滑块、导路变为直线。分对心式（导路过曲柄回转中心）和偏置式（有偏心距e）。应用：自动送料机构、内燃机、冲孔钳。曲柄短时常做成偏心轮机构。逻辑推理法条件判别练习演化图解法动画对比演示教学过程设计教学组织方法2.导杆机构：取曲柄滑块机构中的连杆为机架。l1<l2时为转动导杆机构（简易刨床）；l1>l2时为摆动导杆机构（牛头刨床主运动机构）。3.摇块机构：取构件2为机架，滑块成绕C点摆动的摇块。应用：摆动液压泵、自卸汽车翻斗机构。4.定块机构：取滑块为机架。应用：手动压水机。1.急回特性：曲柄匀速回转时，从动件去程速度慢、回程速度快的现象。极位夹角θ：从动件处于两极限位置时，主动件曲柄对应两位置所夹的锐行程速比系数：K=(180°+θ)/(180°-θ)θ>0时K>1，有急回特性；θ越大急回越显著。θ=0时无急回特性。摆动导杆机构、偏置曲柄滑块机构等也具有急回特性。2.压力角和传动角：图解分析法板书推导例题讲解教学过程设计教学组织方法压力角α：驱动力F与从动件上受力点速度方向间所夹锐角。α越小，有效分力越大，传力性能越好。传动角γ=90°-α,γ越大传力性能越好。设计要求γmin≥[γ]，一般[γ]=40°,传递功率大时取50°。铰链四杆机构最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置。摆动导杆机构传动角始终为90°。3.死点位置：以摇杆为主动件时，曲柄与连杆共线，连杆对曲柄的力通过回转中心，压力角α=90°,传动角γ=0°,曲柄不能转动。克服方法：利用飞轮惯性（缝纫机大带轮兼飞轮）、多组机构错位排列（机车车轮联动机构）。利用：铣床快动夹紧机构（夹紧后处于死点不会松脱）、飞机起落架（着陆时死点保证不折回）。已知K、摇杆长度lCD、摆角φ:（1）计算θ=180°×(K-1)/(K+1)；（2）任取D点，按比例作摇杆两极限位置C1D和C2D；（3）连接C1C2，作C1M⊥C1C2，作∠C1C2N=90°-θ,交于P点，则∠C1PC2=θ;（4）以PC2为直径作辅助圆，在圆上任取A点，连接AC1、AC2；（5）曲柄AB=(AC2-AC1)/2，连杆BC=(AC2+AC1)/2，量取机架AD；（6）按比例尺计算实际长度。偏置曲柄滑块机构设计方法类似，需考虑偏心距e。铰链四杆机构有曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆三种基本形式，根据格拉霍夫条件和最短杆