第八章平面连杆机构及其设计
§8-1、连杆机构及其传动特点
1、连杆机构及其组成
。本章主要介绍平面连杆机构（所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构）组成：由若干个‘杆’件通过低副连接而组成的机构。又称为低副机构。
2、平面连杆
机构的特点
（首先让学生
思考在实际生
活中见到过哪些连杆机构：钳子、缝纫机、挖掘机、公共汽车门）
1）运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，易润滑，磨损小，寿命长；。
2）运动副元素简单（多为平面或圆柱面），制造比较容易；
3）运动副元素靠本身的几何封闭来保证构件运动，具有运动可逆性，结构简单,工作可靠；
4）可以实现多种运动规律和特定轨迹要求；
（连架杆之间）匀速、不匀速
主动件（匀速转动）→→→→→从动件连续、不连续（转动、移动）
某种函数关系
引导点实现某种轨迹曲线
导引从动件（连杆导引功能）→→→→→
引导刚体实现平面或空间系列位置
5）还可以实现增力、扩大行程、锁紧。。。。
连杆机构的缺点：
1）由于连杆机构运动副之间有间隙，且运动必须经过中间构件进行传递，因而当使用长运动链（构件数较多）时，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。
2）连杆机构所产生的惯性力难于平衡，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。3）难以精确地满足很复杂地运动规律（受杆数限制）
4）综合方法较难，过程繁复；
平面四杆机构的应用广泛，而且常是多杆机构的基础，本章重
点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。
§8-2、平面四杆机构的基本类型和应用
（利用多媒体中的图形演示说明）
1．铰链四杆机构的基本类型1）、曲柄摇杆机构
曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件；摇杆：与机架相联并
且作往复摆动的构件；（还可以举例：破碎机、自行车（人骑上之
后）等）
2）、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转动的机构。
还
可
以
补
充：
平
行
四边形机构的丁子尺、工作台灯机构；火车驱动机构、摄影平台、播种料斗机构、关门机构等。
3）、双摇杆机构
铰链四杆机构中的两连架杆均不能作整周转动的机构。
举例：汽车前轮转向机构、大型铸造台翻箱机构等。
2、平面四杆机构的演化形式（在于了解四杆机构的内在练习）
1）变换机架
2）改变构件的相对尺寸
演化方法 3）扩大转动副
4）杆块互换
严格地讲，3）、4）不能算作演化，机构的实质并未改变。
1）、变换机架
双曲柄机构
曲柄摇杆机构双摇杆机构
另一曲柄摇杆机构
Ф1、Ф2、变化范围：0→360o；Ф3、Ф4、<180o
（变换机架相当于给整个机构加上一个相反角速度的结果，故不影响机构中各构件间的相对运动，反转原理以后设计
经常用到）
2) 改变相对尺寸（转动副演化为移动副）
在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆
长增大至无穷长，则其与连杆相联的
转动副转化成移动副。
以上两种方法交替使用，还可以演化
出更多的机构。
转动导杆机构
变换机架导杆机构
→→→→→→摇快机构
摆动导杆机构
定块机构
变换机架变换
机架
正弦机构→→→→→→双滑块机构→→→→→→双转块机构。
3）扩大转动副
当曲柄的实际尺寸很短并传递较大的动力时，可将曲柄做成几何
中心与回转中心距离等于曲柄长度的圆盘，常称此机构为偏心轮机构。
4）杆块对调---运动副元素的逆换
对于移动副来说，将运动副两元素的包容关系进行逆换，并不影
响两构件之间的相对运动。如摆动导杆机构和曲柄摇块机构。这两种
机构的运动特性是相同的。
四杆机构的型式虽然多种多样，但根据演化的概念，可为我们归类研究这些四杆机构提供方便；反之，我们也可根据演化的概念，设计出型式各异的四杆机构。
思考：
正切机构是怎样演化出来的
§8-3、平面四杆机构的基本知识
本章的重点内容：有关四杆机构的一些基本知识，包括曲并存在条件、行程速比系数与急回运动、传动角与死点、运动连续性等重要概念；
1、平面四杆机构有曲柄的条件（配合多媒体动态演示曲柄摇杆机构）
设：d>a； L BD= f
f Max= a+d ； f Min= d- a ;
构件a可以继续转动的几何条件：△BCD存在
b+c>f
在△BCD中： c+f>c
b+f>c
b+c ≤f Max a+d≤b+c
将f Max= a+d ；f Min= d- a 代入 c+f Min≥c a+ b≤c +d → a为最短
b+f Min≥c a+ c≤b+ d
（极限位置可以取等号）
如设：a > d
d + a≤b+c
d + b≤a + c → d 为最短
d + c≤a+ b
结论1：
曲柄存在条件，即转动副A成为周转副的条件是：
①最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和；（杆长条件）
②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
上述条件表明：当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时，与最短杆相连转动副都是周转副，而其余的转动副则是摆转副。
结论2：
四杆机构有曲柄的条件是：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和，当最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构，当最短杆为机架时则为双曲柄机构。否则为双摇杆机构。
结论3
a+d≤b+c d 、c变为∞
a+│d -c│≤b
曲柄滑块机构的曲柄存在条件为：a ± e ≤ b
2、急回运动和行程速比系数K
1）极位夹角:在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆共线时，
摇杆正处于两个极限位置，通常把这两个极限位置所夹
的锐角称为极位夹角θ。
2）急回运动和行程速比系数K
在曲柄摇杆机构中，当曲柄ω等速回转情况下，通
常把摇杆往复摆动速度快慢不同的运动称为急回运动。
为了表示急回运动的程度，可用行程速比系数K来
衡量。四杆机构从动件空回行程平均速度与工作行程平
均速度的比值称为行程速比系数，用K 表示 (K>1)。K=
从动件快速行程平均速度v2/从动件慢速行程平均速度v1v1 = c1c2 / t1 ；v2 = c2c1 / t2
K= v2 /v1 = t1 / t2=ωt1/ωt2=（180°+θ）/（180°-θ）
行程速比系数 K与极位夹角θ间的关系为：θ=180°×(K-1) / (K+1)
结论：
1）K值越大，急回特性越明显，（K=1，无急回）-----------思考：曲柄滑块机构是否一定有急回
2）对于其他含有往复运动构件的机构，同样可用类似的方法研究其急回问题；
a)曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构θ=0；K=1无急回
偏置曲柄滑块机构K=180°+θ）/（180°-θ）；θ=180°×(K-1) / (K+1)
b)摆动导杆机构
极位夹角θ=摆杆摆角φ；K=180°+θ）/（180°-θ）
可以获得较大的急回（用于牛头刨床前置机构）；
c) 多杆机构的急回
3、压力角与传动角和死
点位置
1）压力角α：若不考虑机构中各运
动副的摩擦力及构件的重力和惯性
力的影响，从动件上某点的受力方向
F与该点速度正向之间的夹角α 称
为机构在此位置时的压力角。
2）传动角γ：γ +α=90o传
动角γ 和压力角α 互为余角
3）曲柄摇杆机构的压力角α与传动角γ
∠BCD 为锐角时γ=∠BCD
∠BCD 为钝角时γ=∠180o-∠BCD
在机构运动过程中，传动角γ 的大小是变化的，为了保证机构
传力性能良好，应使γmin ≥40°～50°；对于一些受力很小或不
常使用的操纵机构，则可允许传动角小些，只要不发生自锁即可。
对于曲柄摇杆机构，γmin 出现在主动曲柄与机架共线的两位
置之一。
还可举偏置曲柄滑块机构
为例进行γmin分析。
4．死点位置机构处于死点位置的力学特征：γ = 0
机构死点位置通常可能出现在以往复运动构件为原动件的机构中；
例1：曲柄滑块机构----活塞式发动机（单缸用飞轮，多缸错位排列）
例2：曲柄摇杆机构----缝纫机（惯性轮），自行车（脚腕转动）
例3：死点的应用：飞机起落架，锁紧机构（卡具设计）实际机构中可以通过采用惯性大的飞轮或机构死点位置错位排列等措施使其顺利通过死点位置。
正确区分死点与自锁：
死点-----有效驱动力为0
→→→机构卡死（死点附近容易发生自锁）自锁-----驱动力↑摩擦阻力↑
死点附近容易发生自锁；同时，死点附近：V≈0→可能获得很大的力的增益；
讨论死点与自锁问题时刻应关注“原动件”
5、铰链四杆机构的运动连续性
铰链四杆机构的运动连续性是指：连杆机构在运动过程中，能否连续实现给定的各个位置的问题。
运动的不连续性：错位不连续性、错序不连续性。
右图：铰链四杆机构不同装配模式的可行域、不
可行域问题。
机构在两个不连通的可行域之间的运动是不
能连续的。设计者了解这一点是十分重要的。
§
8-4、平
面连杆
机构的
运动设
计（机
构综合问题）
1、连杆机构设计的基本问题
两连架杆间实现一定的对应位置关系（或函数关系）
位置问题：
实现连杆的预定位置（刚体的导引问题）
轨迹问题：连杆上某一点实现给定的曲线轨迹计
其他问题：结构大小、杆长比、最小传动角、曲柄存在、K等。
几何学法：积累了丰富的几何理论，价值很高，深奥、难懂。（德、俄）连杆机构的设计方法有解析法：基本原理简单，关键问题在于如何求解非线性方程。
实验法：简单、实用、精度低（作解析法初值，计算机模拟）
2．用解析法设计四杆机构
1）按给定的连架杆对应位置设计四杆机构
已知条件：θ1i~ φ 1i
求解：a,b,c,d,α0,φ0 (θ2i为非独立变量)
另外，实现转角关系与绝对杆长无关：
令：a/a=1； b/a=m ； c/a=n ； d/a=L
实际待求参数：m , n , L ,α0,φ0 (5个)
一．建立矢量方程：
a + b= d + c
二．求解
投影方程
a·Cos(θ
1i +α
)+b·Cosθ
2i
=d +
c·Cos(θ
3i +φ
)
a·Sin(θ
1i
+α
)+b·Sinθ
2i
=c·Sin(θ
3i
+φ
)
联立消去θ2i，方程两边除以a，再取相对杆长m,n,L后得：
Cos(θ1i+α0) =P0·Cos(θ3i+φ0)+ P1·Cos(θ3i+φ0-θ1i-α0)+ P2
式中： P0=n ；P1=-n/L ；P2=(L2+n2+1-m2)/2L
待求参数：P0、P1、P2、α0、φ0 (5个)
讨论：
（1）可将（θ1i~ φ 1i）五组对应位置转角代入方程，联立求解5个未知量（多解）
（2）四杆机构最多只能精确满足5组对应位置。但求解5个未知量（全参数综合）将面对求解非线性方程组（含有三角函数得超越方程），求解比较困难。现多采用数值法进行求解（叠代法，选一组初值→一组解）
（3）可以进一步证明：给定四组对应位置转角，方程一定有解；
给定五组对应位置转角，方程可能无解。
（4）若仅给定三组对应转角（α0、φ0可自行选定），方程降为线性方程组，很容易求解（无穷多解）。
实践中，可以不断的选α0、φ0，求出系列解，选其优作为方程组的解，或将其作为初值用数值法进一步叠代求解满足5位置的解。
（5）若给定对应转角数N>5，一般无精确解。但可以用最小二乘原理求解（△2→0 或MIN）求近似解。（实际上，数值法本身求解的未知量与方程的数目关系并不十分密切，位置多只是机构更不宜满足或误差更大而已）
2）按期望函数设计四杆机构
（详细表达应为：使两连架杆之间转角满足某种函数关系
来综合四杆机构）
①明确问题： 0≤α≤αm
两连架杆之间转角满足函数关系：φ=F（α）
0≤φ≤
φm
②怎样实现：途径→由φ=F（α）选定若干对应转角：α1~φ1、α2~φ2、。。。。α5~φ5
→代入上述的连架杆对应转角方程
→求解（思考：问题很简单，已经解决了）
③问题一：该机构可以精确地满足φ=F（α）吗
答：只在选点上满足，其它处不满足，误差也可能很大。
④问题二：该机构可以在多大的范围αm，φm内，较好地近似满足φ=F（α）
答：αm，φm只好反复地进行试算方可取得。（解题时一般多给定）
④问题三：在给定αm，φm后，αi，φi选点才能使函数地逼近程度更高（均布集中。。。。）
答：作为问题待解决。
⑤问题四：一般地函数关系由Y=F（X）的形式给定，X O≤ X ≤Xm，它与φ=F（α）怎样对应
例如：使四杆机构在αm=100o，φm=30o范围内近似的满足Y=X2+1 （1≤ X ≤5）
答：相当于按比例拉伸横、纵坐标。
（Xi–Xo）/(Xm–Xo)=αi/αm
（Yi–Yo）/(Ym–Yo)= φi/φm
即：αi=（Xi–Xo）/uα
φi=（Yi–Yo）/uφ
uα=(Xm–Xo)/αm
uφ =(Ym–Y o)/ φm
这样，就可以在给定的范围内选择Xi，Yi→→→αi，φi
最后解决问题三：
Xi在定义域（Xo，Xm）内选点应能保证实现实现最佳一致逼近（在选点上严格地满足给定函数，而在选点之外的误差趋于最小），由函数逼近论中的契贝谢夫公式：
Xi=(Xo+Xm)/2 -（Xm–Xo）cos[(2i-1)180o/2m]/2
3)按给定连杆位置设计四杆机构（按给定刚体位
置→→刚体导向问题）
（1）明确问题：使连杆引导刚体通过平面上一
系列给定位置.
即:给定系列点和转角:Mi(x mi,y mi),θ2i
（2）建立矢量方程
为包含所有待求参数，建立两个封闭矢量方程
OA+AB+BM–OM=0 （a）
OD+DC+CM - OM=0 (b)
（3）矢量方程的求解
将方程(a)向X、Y轴投影，联立消去θ1i，然后整理得：
(X2mi+Y2mi+X A2+Y A2+k2-a2)/2-X A X mi -Y A Y mi+k(X A-X mi)cos(γ+θ2i)+k(Y A-Y mi)sin(γ+θ2i)=0 （C）
讨论：
①待求参量：X A、Y A、a、k、γ；
②将给定得一系列x mi,y mi,θ2i代入（C）式后即得方程组，→求解X A、Y A、a、k、γ；
③给定的点数N（被导向刚体的位置数）与解的关系同前；（所以两者同称为位置问题）
④同理：将方程(b)向X、Y轴投影，联立消去θ3i，整理后得到一个类似（C）的方程，其中的待求
参量为：X D、Y D、c、e、α；在给定得一系列x mi,y mi,θ2i后→→求解X D、Y D、c、e、α；
⑤杆长b、d可按下式求出：
结论：
对于刚体导向问题，最多只能精确满足5个给定位置。经过适当的转化刚体导向问题与两连架杆转角问题在数学上具有相同的综合方程式，对解的讨论也有相同的结论，所以两者统称为机构综合
的位置问题。
4)按预定轨迹设计四杆机构
（1）明确问题：使连杆上M点实现给定的轨
迹曲线M（xˊ，yˊ）
(2)建立连杆曲线矢量方程：
（3）方程的求解
将矢量方程向X、Y轴投影得：
x=x
A +acosθ
1
+ecosθ
2
-fsinθ
2
y=y
A +asinθ
1
+esinθ
2
+fcosθ
2
联立消去中间参量θ1整理后得：
(x-x
A )2+(y-y
A
)2+e2+f2-2[e(x-x
A
)+f(y-y
A
)]cosθ
2
+2[f(x-x
A
)-e(y-y
A
)]sinθ
2
=a2
同理，对右侧杆组：
(x-x
D )2+(y-y
D
)2+g2+f2-2[f(y-y
D
)-g(x-x
D
)]cosθ
2
+2[f(x-x
D
)+g(y-y
D
)]sinθ
2
=c2
上两方程联立可消去中间参量θ2整理后方程的形式缩写为：
F（x A，y A，x D，y D，a，c，e，f，g，x，y）= 0
讨论：
①方程含有9个未知量x A，y A，x D，y D，a，c，e，f，g，→可以给定9个轨迹点（x i，
y i）i=1,2,3……9,→→得到9个方程→→→求解这9个未知量；
理论上铰链四杆机构最多只能精确满足9个轨迹点（超出9个点只能得到近似解）；
②精确满足给定的9个轨迹点，求解9个未知量被称为四杆机构轨迹问题的全参数精确综合；按一
般求解联立方程的方法求解全参数综合问题，将是十分困难的：
经过处理机构综合方程式将是一个含有8个方程（每个方程7次）的非线性方程组，理论上应有78=5764801 组解，经齐次化处理（除去发散解）仍有286720组解；
③为降低求解方程的难度，一般常按4-6个点进行非全参数综合，这就意味这9个未知量中部分可以由设计着自行选定，那么，理论上会有无穷多解；
④求解方程的方法：
A）经典的数值法：牛顿法、最小二乘法等：1组初值→叠代→残差△→MIN→得到1组解；
问题：初值的选定对解的影响极大（是否收敛收敛速度收敛到何处）；
每次叠代只能得到1组解，寻求多解→需要不断选初值，不断进行叠代（将叠代进行到底）；
叠代的结果：可能会得到大量无用解，甚至没有可用解。
B）消元法：对求解未知量较少的非全参数综合方程组，消元是可行的。近年来，出现了对全参数精确综合问题进行计算机消元的研究；
C）优化法：（类似于瞎子下山）一套系统理论寻找下降方向；同样需要不断进行叠代；
D）同伦算法：
待求方程 F（X）=0（解难求）
→构造同伦方程G（X）=0 （解易知，初值易给）
→构造同伦函数H（T，X）=（1-T）·F（X）+T·G（X）
→叠代跟踪每组解，同时：系数T不断减小，由1→0；
→得到多组解：
⑤总之，用解析法进行机构综合问题，最终归结为数学问题----求解非线性方程组（很难，需要寻求新的突破）；
3、用作图法设计四杆机构
1)按连杆预定的位置设计四杆机构（已知刚体位置）
明确问题：设计一铰链四杆机
构，用连杆引导刚体通过一系列
给定位置。
分析：由解析法可知：刚体
导向最多只能精确的满足5个
给定位置（不一定有解）；给定
4个位置一定有解；给定3个位
置一定很容易求解（线性方程），
还可以自行选定两个参数。
核心问题：在被导向的刚体上，
寻找铰链点B、C，当它们处于B1、C1；B2、C2；B3、C3；时，分别到定点A、D等距。
（1）已知活动铰链位置时
①若只给定刚体两位置时
B、C位置可在刚体上任取，A、D只需在b12、c12上即可；（无穷多解）
②若给定刚体三位置时
B、C位置也可在刚体上任取，A、D则处于b12、b23；c12、c23的交点上；（无穷多解）
已知动铰链位置→→→定铰链位置问题（杆长不变原理）
思考：可以任意选定固定铰链A、D的位置吗
③若给定刚体四位置
B、C则不可在刚体上任取，任取的B点不能保证B1、B2、B3、B4均在一个圆周上；
但根据burmester理论，该问题一定有解，而且可以在被导向刚体上找到一条曲线（圆点曲线），当B点位于该曲线上时，使B1、B2、B3、B4均在一个圆周上，而这一系列圆周的
圆心也将形成另一曲线（圆心曲线）；对C点同样；
所以，给定刚体四位置问题也会有（无穷多解）。
④若给定刚体五位置，其解可能是4组、2组或无解，即使有解也很难达到实用（所以不
按5精确位置进行综合）。
⑤满足了刚体给定位置，不能保证刚体导向的顺序与给定顺序一致，需要校核；
（2）已知固定活动铰链位置A、D时
图示机构，已知被导向刚体三位置（即标线B′C′三位置）和机架A、D,
转化问题：将此问题转化成容易解决的‘‘已知动铰链位置→定铰链位置问题’’
反转法原理：（也称：相对
运动不变原理、变化机架法或机
构倒置）
作图求解：
→作四边形AB1′C1′D；AB2′C2′D；
AB3′C3′D；并刚化。
→移转四边形AB2′C2′D使与AB1′
C1′D重合，得A2′、D2′点。
→同理：得A3′、D3′点。
→原题转化为‘‘已知动铰链A1′、
A2′、A3′；D1′、D2′、D3′位置→定
铰链B、C位置问题’
→作垂直平分线，
→得解AB1C1D
反转法原理具有广泛的适用性，使用时注意：“刚化反转”+“标线重合（杆长未知）”。
2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
已知条件：如图示给定两连架杆的两组对应转角；
待求参数：a,b,c,d,α0,φ0;
分析：由于转角关系与绝对杆长无关，所以杆长a,b,c,d中可以自行选定其一（选定d）；
题目只给定两组对应转角，所以待求参数中还可以再自行选定三个；（选定a,α0,φ0）
图解原理：反转法原理：将问题转化为：已知动铰链位置→定铰链位置问题
作图步骤：
①按已选定的参数作出两连架杆的两组对应转角；
②任选长度DC′（不是另一连架杆长度C）；
③将四边形AB1C1D、AB2C2D刚化后反转→向三位置重叠（即：，C1D、C2D重合于C3D）
④得到反转后的B1′、B2′点，作B1′、B2′、B3点连线的垂直平分线→交点为C3点；（因于解无关，
A的反转点未作出）
讨论：
①对于给定两连架杆的两组对应转角问题，可以任意选定4个（本题选定了：a,d,α0,φ0）未知参数，解有无穷多个。
②DC′长度是任取的，它仅代表DC杆上一标线位置（标线重合，杆也必然重合）；
③若求解给定两连架杆的三组对应转角问题，使用上述解法将出现B1′、B2′、B3′、B4四点定圆心
的情况→难解；可以采用点位归并的办法求解；
点位归并法（求解给定两连架杆的三组对应转角问题）
求解的关键点：将机架选在某一组对应转角间的角平分线上。A杆的长度由该组对应转角的两延长线的交点确定。
此题目也应有无穷多解。
3）按给定行程速比系数K设计四杆机构
（1）曲柄摇杆机构
已知摇杆的长度CD，摆角φ及行程速比系数K。
θ=180°×(K-1)/(K+1)
结论：
①A点取在圆η1上（C1C2、FG段除外），即得满
足条件的解,且有无穷多解；
a=(AC2-AC1)/2
b=(AC2+AC1)/2
②A点不可选在FG弧段上，否则机构运动不能连
续（两个位置装配模式不同）；
A点愈靠近FG，γmin↓；
A点选在C1C2弧段上，K↑↑。
③若再给定曲柄长L AB，可以按如下方法求解：
以X点为圆心作过点C1、C2的圆η2，然后以C2为
圆心2L AB为半径作圆与圆η2的交点为E点，延长C2E
交于η1圆的点即为所求的A点。
④若给定连杆长L BC，则可以按如下方法求解：
以Y点为圆心作过点C1C2的圆η3，然后以C2为圆心2L BC为半径作圆与圆η3的交点为H点，连接C2H，得于η1圆的交点即为所求的A点。
（2）曲柄滑块机构
已知其行程速比系数K、冲程H和偏距e。
（3）导杆机构
已知摆动导杆机构的机架长，行程速比系数K。
本讲主要是利用黑板进行分析讲解，但要配合多媒体中的机构演示，使学生明白和掌握不同设计方法的设计思路与原理。
注意事项
作图法中的转化机构法是难点。在介绍了基本原理后，应适当举例，掌握作图法设计的基本方法及大致步骤。按连杆的预定位置及按行程速比系数设计四杆机构，虽然比较容易理解，但要学生紧密结合四杆机构的基本知识进行深入思考，使所设计的四杆机构能满足运动要求，而且有良好的传力性能。如有时间可介绍实验法，要强调这是一种行之有效的工程设计方法，应该予以重视。
第八章平面连杆机构及其设计
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
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目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion 3/ 29
教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析7.1平面机构自由度与运动副材料力学工程力学机械设计液压传动第七章平面运动机构第八章齿轮传动机构第九章其他常用机构第十章滚动轴承第十一章轴和轴毂连接7.2平面机构运动简图 7.3机构具有确定运动的条件7.4平面四杆机构机电一体化专业基础课
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析应用广泛日常的生产生活中很多装置及设备都应有平面四杆机构或者其变形形式类型多样拥有多种类型及其变形形式，需注意辨别0102平面四杆机构基础机构最简单的连杆机构，为以后学习多杆机构打下基础。 032学时04实用性强为以后从事机械设计工作打下理论基础 5/ 29
教学设计 设计思路： 本次课程的主要内容：首先通过PPT图片引出本次课程的学习内容平面四杆，然后通过介绍平面四杆机构的概念，并进行详细的讲解让学生理解并记住，引出新名词曲柄摇杆概念让学生分组进行讨论研究。教师介绍平面四杆机构的基本类型，并对每个类型讲解，列举生活中的应用实例，最后介绍四杆机构的判别方法，最后教师进行总结。教学内容：平面四杆机构。 教学目标： 知识与能力目标：1、引领学生对平面四杆机构进行学习。2.提升学 生理论知识与实际应用结合的能力。 过程与方法目标：培养学生提出问题、解决问题的能力。 情感态度与价值观目标：1.引导学生学习，调动学生学习积极性。 2.培养学生的自信心。 教学重点：平面四杆机构的组成。 教学难点：平面四杆机构的分类。 教学方法：案例教学法、分组讨论法 教材准备：《机械基础》 学情分析：学生在之前课时中已经学习过高副低副以及构件的概念。教材分析：《机械基础》是中等职业教育规划新教材，本次课《键连接和销连接》选自课本第四章第一节，介绍了键和销连接功能、类型、结构形式及应用是本书重点内容之一。为后面学习第五章构件、机械
的基础知识、工作原理和基本技能等知识打好理论知识基础，在机械专业中具有不容忽视的重要的地位。 教学过程： 1.首先教师通过复习之前课程学习过的高副低副以及构件的基本概 念并介绍平面四杆机构的概念，提问学生生活中有哪些类型的四杆机构？让学生进行思考。 2.教师通过展示平面四杆机构的图片，让学生对于平面四杆机构有 一个大致的了解，然后详细介绍每一构件。 3.教师讲解平面四杆机构的各种类型，并列举生活中的应用实例， 让同学们有进一步的了解。 4.教师通过讲授法给学生讲解平面四杆机构的判别方法。 5.教师最后进行评价总结，知识建构。 教学评价：根据学生在课堂上的表现，课堂学习的氛围，师生之间的互动情况反思教学设计思路是否合理，教学内容的选择和教学过程的安排是否合理，学生是否能跟上教师的节奏，内容的转换是否突兀，讲解的内容是否符合由浅入深的教学原则，并作出相应的修改和调整。案例教学是互动式的教学，学生可以变被动听讲为主动参与，有利于调动其学习积极性和主动性，激励学员独立思考，提高学生理解、运用和驾驭知识的能力，改善教学效果。
教案编号 1 课题平面连杆机构授课人曹国伟课型新授 课时8 教具Ppt 电脑 原设计者戴春灿授课时间 3、8 教学目标1．了解平面运动副及分类。 2．掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。3．掌握铰链四杆机构类型的判定。 4．了解含有一个移动副的四杆机构的类型和应用。5．理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。6．了解凸轮机构的组成、类型及应用。 7．了解棘轮机构的组成、类型及运动特点。 教学重点1、掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。 2、掌握铰链四杆机构类型的判定。 3、理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。 教学难点 掌握铰链四杆机构类型的判定。
教学过程（复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等）
第一课时 一、组织教学：清点人数，端正坐姿 二、复习内容：机器和机构的区分 三、导入新课 人们的生活离不开机械，在日常生活中都随处可见（例如：螺钉、自行车、汽车、挖掘机），它通常有两类：一类是可以使物体运动速度加快的称为加速机械（自行车、飞机）；一类是使人们能够对物体施加更大力的称为加力机械（旋具、机床）。 四、讲授新课 运动副的概念及应用特点 1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况 可分为高副和低副。 （1）低副：两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。 2.运动副的应用特点 （1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。不能 传递较复杂的运动。 （2）高副特点：单位面积压力大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难，能传递较 复杂的运动。 3.低副机构与高副机构 机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副的机 构称为高副机构。 (a)转动副(b) 移动副(c) 螺旋副
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
《机械设计基础》作业二--平面连杆机构 姓名班级学号成绩 一、填空题：（24分） 1、平面连杆机构，至少需要4个构件。 2、平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 3、在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4、在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5、某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 6、对心曲柄滑快机构无（有，无）急回特性；若以滑块为机架，则将演化成移动导杆机构。 双曲柄机构和双摇杆机构。如图所示铰链四 杆机构中，若机构以AB为机架时，则为双曲柄机 构；以BC杆为机架时，它为曲柄摇杆机构； 以CD杆为机架时，它为双摇杆机构；而以 AD杆为机架时，它为曲柄摇杆机构。 8、在曲柄摇杆机构中，当曲柄与机架两次共线位置时出现最小传动角。 9、压力角指：从动件上作用的力F 与该力作用点的速度（绝对速度）方向所夹的锐角α。 10、机构的压力角越小（大，小）对传动越有利。 11、运动副中，平面接触的当量摩擦系数为 f ，槽面接触的当量摩擦系数为f/sinθ，圆柱面接触的当量摩擦系数为ρ/r 。 12、移动副的自锁条件是驱动力F 与法向反力N的夹角β小于摩擦角?，即驱动力作用在摩擦角之内，转动副的自锁条件是驱动力作用在摩擦圆之内，即e<ρ，其中e为驱动力臂长，螺旋副的自锁条件是螺纹升角α小于或等于螺旋副的摩擦角或当量摩擦角，即α≤?。 二、选择题（27分） 1、当四杆机构处于死点位置时，机构的压力角____B____。 A.为0o B.为90o C.与构件尺寸有关 2、四杆机构的急回特性是针对主动件作___A_____而言的。 A. 等速转动 B. 等速移动 C. 变速转动或变速移动 3、对于双摇杆机构，最短构件与最长构件长度之和____B____大于其它两构件长度之和。 A . 一定 B. 不一定 C. 一定不 4、曲柄摇杆机构___B_____存在急回特性。 A . 一定 B. 不一定 C. 一定不 5、平面四杆机构所含移动副的个数最多为____B____。 A. 一个 B. 两个 C. 基圆半径太小
“平面四杆机构的基本性质死点”的教学设计 所属一级学科：交通运输大类（代码：） 所属二级学科：水上运输类（代码：） 专业：轮机工程技术（轮机管理）（代码：） 课程名称：《轮机工程基础》 知识点名称：平面四杆机构的基本性质死点 适用对象：高职高专轮机工程技术（轮机管理）专业学生 主讲教师：孔晓丽 教学背景 “轮机工程基础”是轮机工程技术专业的专业基础课程，主要内容涵盖机械制图、轮机工程材料、机构与机械传动、仪表与单位、工程力学。其知识点是海船船员三管轮适任考试课程“船舶主推进动力装置”和“船舶辅机”的组成部分。本课程前导课程是“高等数学”和“力学”，后续课程是“船舶柴油机”、“船舶辅机”、“轮机维护与修理”。“机构与机械传动”作为其中非常重要的一部分内容，目的是使学生具有能够识别船舶机械中常用机构组成、工作特性和通用机械零件结构特点的能力，具有选择常用机构和通用零件的能力。本课题是“机构与机械传动”中很重要的一个知识点，注重理论和实际应用相结合。 《轮机工程基础》课程依据公约马尼拉修正案、国家海事局高级船员最新考纲和现代船舶轮机管理的工作需求设置；同时考虑到“以职业素质为基础，以适岗能力为本位”的教育教学指导思想和航海高职高专学生的认知规律，兼顾满足远洋船舶轮机人才需求、船舶轮机岗位群能力的需求和对于高级船员的适任要求。 课程中的“机构与机械传动”部分又在船舶柴油机和船舶辅机当中得到了广泛的应用。所以，学习本课题不仅为专业课程的学习奠定必要的理论基础，而且培养学生的机械理论素养，提高学生对专业现象的分析能力，为学生步入“轮机管理员”、“轮机维修员”岗位后的持续发展作了准备。 二、“机构与机械传动”教学目标 (一)课程总体目标：本课程的目标是使学生掌握必需的机构与机械传动知识，达到公约和中华人民共和国海事局关于海船船员二三管轮提出的与本课程有关的适任标准，为成为船舶管理级轮机员奠定知识和能力基础。 （二）课程具体目标 、知识目标： 掌握专业必需的机构与机械传动方面的基础知识。 、能力目标 初步具备综合运用机构与机械传动理论知识的能力，能初步分析轮机工程实际中的典型问题，为《船舶柴油机》、《船舶辅机》、《轮机维护与修理》等后续专业课的学习打下良好的基础。具体如下： ）识别船舶机械中常用机构组成、工作特性和通用机械零件结构特点的能力，具有选择常用机构和通用零件的能力； ）学会运用标准、规范、手册等有关技术资料的能力。 （三）素质目标 ）具有一定的机械意识； ）具有独立分析问题、解决问题的能力； ）具有热爱科学、实事求是、独立思考的素养； ）具有创新意识和创新精神； ）具有诚实守信、认真负责、积极向上的职业精神和职业道德意识；
第八章 平面连杆机构及其设计 题8-1 试画出图示两种机构的机构运动简图，并说明他们各为何种机构。在图a 中偏心盘1绕固定轴O 转动，迫使滑块2在圆盘3的槽中来回滑动，而圆盘3又相对于机架4转动；在图b 中偏心盘1绕固定轴O 转动，通过构件2，使滑块3相对于机架4往复移动。（图a 的机构运动简图可有两种表达方式，绘出其中之一即可） A B (a) O 12 3 4 A B O 123导杆机构 或 O 曲柄摇块机构 题8-1 (b) 题8-2如图所示，设已知四杆机构各构件的长度a=240mm ，b=600mm ，c=400mm ，d=500mm ，试回答下列问题： 1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？__________若有曲柄，则杆a 为曲柄，此时该机构为__________机构。 2）要使机构成为双曲柄机构，则应取杆_________为机架。
3) 要使此机构成为双摇杆机构，则应取杆_______为机架，且其长度的允许变动范围为_______________. 4) 如将杆４的长度改为ｄ＝４００ｍｍ，而其他各杆的长度不变，则当分别以１、２、３杆为机架时，所获得的机构为___________机构。 解：1）因900500400600240=+=+≤+=+d c b a 且最短杆1为连架杆，故当取杆4为机架时，有曲柄存在。此时该机构为曲柄摇杆机构。 2）要使此机构成为双曲柄机构，则应取最短杆1为机架。 3）要使此机构成为双摇杆机构，则取最杆3为机架，其长度的允许变动范围为： （1）因最短杆1为连杆，即使满足杆长条件，此机构也不能成为双摇杆机构 （2）不满足杆长条件时，b 为最长杆，c 为最短杆，d a c b +>+ 140>c c 为最长杆，但不可能大于三杆长度之和 d b a c ++< 故1340 机械原理2013—2014学年 大作业 设计题目：四连杆式门座起重机 工作机构设计 姓名：瑞 学号： 20116447 专业班级： 11级铁道车辆一班 指导教师：何俊 2013/11/10 题目介绍、要求以及数据 设计题目：四连杆式门座起重机工作机构设计 一、设计题目简介 四连杆门座起重机 是通用式门座起重机, 广泛应用于港口装卸、 修造船厂、钢铁公司,主 要由钢结构、起升机构、 变幅机构、回转机构、 大车运行机构、吊具装 置（抓斗、简易集装箱 吊具、吊钩）、电气设备 及其它必要的安全和辅助设备组成。通过四连杆控制在吊臂前后运动的时候）起吊节点保持水平高度不变。 二、设计数据与要求 题号起重量 t 工作幅度（米）起升高度（米）工作速度m/min 装机容量 KW L2 L1 H1 H2 起升变幅回转运行 C 10 25 8 15 9 50 50 1.5 25 330 三、设计任务 1、依据设计参数绘出机构运动简图，并进行运动分析，确定实现起 吊点轨迹的机构类型 2、依据提供的设计数据对四连杆起吊机构进行尺度综合，确定满足 使用要求的构件尺寸和运动副位置； 3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构 进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。 4、编写说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程 以及效果分析等。 5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。 第一章、四连杆式门座起重机的介绍 第一节、四连杆式门座起重机的概述 门座起重机是起重机的一种，是随着港口事业发展起来的。第一次在港口上运用门座式起重机是在1890年将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机横跨在窄型码头上，这是门座起重机的第一次运用。在第二次世界大战之后港用门座起重机迅速发展，在发展的过程中门座起重机还逐渐应用到作业条件与港口相近的船台和水电站等工作地点。 图1-1 M10－30门座起重机总图 ⒈电缆卷筒；2.转柱；3.门座；4.转台；5.机器房；6.起重量限制器；7. 变幅机构；8.臂架系统；9.防转装置；10.吊钩装置；11.抓斗稳定器；12. 抓斗；13.司机室；14.回转机构；15.起升机构；16.运行机构 第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。Array AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆 2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件 机械原理课程设计 任务书 题目：连杆机构设计B4 姓名：戴新吉 班级：机械设计制造及其自动化2011级3班 设计参数 设计要求： 1.用解析法按计算间隔进行设计计算； 2.绘制3号图纸1张，包括： (1)机构运动简图； (2)期望函数与机构实现函数在计算点处的对比表； (3)根据对比表绘制期望函数与机构实现函数的位移对比图； 3.设计说明书一份； 4.要求设计步骤清楚，计算准确。说明书规范。作图要符合国家标。按时独立完成任务。 目录 第1节平面四杆机构设计............................................ 1.1连杆机构设计的基本问题........................................... 1.2作图法设计四杆机构 (3) 1.3作图法设计四杆机构的特点 (3) 1.4解析法设计四杆机构 (3) 1.5解析法设计四杆机构的特点 (3) 第2节设计介绍.................................................... 2.1按预定的两连架杆对应位置设计原理 ................................ 2.2 按期望函数设计.................................................. 第3节连杆机构设计................................................ 3.1连杆机构设计..................................................... 3.2变量和函数与转角之间的比例尺 (8) 3.3确定结点值 (8) 平面连杆机构教学设计 赵县职教中心翟伟波 [教材分析] 平面连杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律，而且更以其独特可靠的低副联接形式，倍受广大机械设计人员的瞩目。其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。如此重要的教学内容，只有探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法，才能收到良好的教学效果。 [教学对象分析] 机械制造专业的学生，普遍存在机械常识匮乏与对现实机械现象的有视无睹，该现象严重阻碍了专业课教学的进程和效果。教师在教学过程中，应充分考虑学生的现实情况，采取有效措施，让学生建立机械意识，以思维理念的变化架起理论与实践相结合的桥梁。 [对教师的要求] 教师在熟练掌握教材的基础上，善于运用生活中饶有兴趣的机械现象导入新课，巧妙地制造悬念，激发学生学习新知识的强烈愿望。教师要发挥主导作用，精心设计教学过程，为学生创造一个学习、发现、探索、创造的情境。教师要正确引导学生思维，让学生积极主动地做到理论与实践相结合。 一、教学目标： 知道：铰链四杆机构的组成。 掌握：铰链四杆机构曲柄存在的条件。 熟悉：铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 二、教学重点、难点： 铰链四杆机构曲柄存在的条件。 铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 三、教学方法： 诱趣探求，思维探索。 四、教具： 投影仪和屏幕、软质细杆：6cm（1根）、10cm（1根）、15cm（1根）、18cm（1根）、50cm （８根）、大头针（若干枚）、小刀（8把） 五、教学过程： （一）提出问题、引发思维、诱趣探求 导入语：同学们都观看过现场直播的电视节目，在这样的节目当中，摄影师最不想让观众看到的图像是什么？（稍顿） 学生回答：1、质量不好的画面。2、灯光不好、有阴影的画面。 3、表演出现错误的画面。 （一一否定、加强悬念，诱发求知欲）是电视画面中出现摄影架的镜头。摄影师要想把多角度、多层次的电视画面呈现在观众面前，这要归功于摄影机的驱动架。究竟驱动架采用了什么样的结构设计，能够让摄影师随心所欲，运动自如，诀窍就在四根小小的杆件上，下面我们来做一个模拟设计。 （二）示范操作，发展思维 [策略分析] 对于铰链四杆机构曲柄存在条件这一重要知识点的学习，传统的教学方法是根据三角形二边之和大于第三边的理论进行不等式的数学推导，其过程繁琐而刻板，效果欠佳。如果利用教具演示与思维点拨相结合的教学方法，学生会在宽松的课堂气氛中获得非常直观的感性知识，既突破难点，又发展了学生思维。 取出四根杆件（6cm，10cm，15cm，18cm），用大头针组成平面连杆机构。 分别以四根杆件为机架,演示并引导学生观察两个连架杆的运动情况. 平面连杆机构定义,类型(板书) 测量四根杆件的长度并让学生做记录,计算最短杆与最长杆长度之和与其余两杆长度之和的关系. 引导学生探求曲柄存在条件 曲柄存在条件(板书). 出示投影:铰链四杆机构三种基本形式:曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构的形成条件. (三)动手设计深化思维 [策略分析] 该程序是“思维探索型”教学方法的中心环节,学生感性认识形成以后,要分组进行设计。在设计过程中，充分发挥其主观能动性，边设计，边思考，既巩固了理论知识，又提高了动手能力，从而实现感性知识上升为理性知识，达到理论与实践有效结合。 分组：３２人，４人／组，共８组，由动手能力强的学生担任组长，发挥骨干作用。 组长领取设计材料：软质细杆１根，大头针若干，小刀一把。 分配设计任务。 （１，２）组曲柄摇杆机构 （３，４）组双曲柄机构 部讲义，请勿流传 第五讲 平面连杆机构及其设计 连杆机构的传动特点： 1．因为其运动副一般为低副，为面接触，故相同载荷下，两元素压强小，故可承受较大载荷；低副元素便于润滑，不易磨损；低副元素几何形状简单，便于制造。2．当原动件以同样的运动规律运动时，若改变各构件的相对长度，可使从动件得到不同的运动规律。3．利用连杆曲线满足不同的规矩要求。4．增力、扩大行程、实现远距离的传动（主要指多杆机构）。 缺点： 1．较长的运动链，使各构件的尺寸误差和运动副中的间隙产生较大的积累误差，同时机械效率也降低。2．会产生系统惯性力，一般的平衡方法难以消除，会增加机构动载荷，不适于高速传动。 平面四杆机构的类型和应用 一、平面四杆机构的基本型式 1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构 3．双摇杆机构 二、平面四杆机构的演化型式 1．改变构件的形状和运动尺寸 曲柄摇杆机构 -----曲柄滑块机构 2．改变运动副的尺寸 偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而成的。 3．选用不同的构件为机架 （a ） 曲柄滑块机构 （b ）AB ①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一构件为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构。 ②以最短构件为机架，则其相邻两构件为曲柄，即该机构为双曲柄机构。 ③以最短构件的对边为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。 3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。 注：曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤ b 导杆机构：a < b时，转动导杆机构； a > b时，摆动导杆机构。 例题： 平面连杆机构的优化设计 【教学目标】 1.了解连杆机构优化设计的一般步骤 2.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学重点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学难点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学准备】 多媒体课件、直尺、圆规。 【教学过程】 一、以工程实际案例引入课题 实例1：飞机起落架（结合最近美国波音飞机频繁失事的新闻） 实例2：汽车雨刮器 说明：平面连杆机构的实用在生产生活中随处可见，是机械设计当中常见的一种机构。 二、定义回顾 【提问】平面四杆机构的基本形式有哪些？ 【预设】机械原理是本科第四学期的课程，学生可能记不全，要引导性地带大家回忆。 【答案】曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 三、回顾以前所学习的连杆机构设计方法，对比引入优化设计。 新课教授 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计 1.设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。 [][] 1234512340T T x x x x x x l l l l ?== 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算时常l 1=1 ， 而其他杆长按比例取为l 1 的倍数。 ()()22212430124arccos 2l l l l l l l ???++-=??+???? ()221243034arccos 2l l l l l l ψ??+--=?????? 经分析后，只有三个变量为独立的： [][] 123234T T x x x x l l l == 2.目标函数的建立 目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律之间的偏差最小为指标来建立，即 《铰链四杆机构》教学设计 一、课程和任务分析 《机械基础》是机电专业中一门综合性的专业基础课，它主要研究了机械零件的材料、受力分析、机械传动及液压传动相关知识和常用机构各构件间的相对运动关系等。本节课是掌握各机构的运动特性和在实践中的应用的基础。 前次课已经学习了运动副的概念、分类及铰链四杆机构的组成，且对实物进行分析。而本次课的重点是掌握铰链四杆机构类型的判别的方法及曲柄摇杆机构运动特性分析和应用。 二、教学目的 １、明确铰链四杆机构的类型判断。 ２、了解不同类型铰链四杆机构的运动。 ３、明确曲柄摇杆机构的运动及应用 三、教学重点 １、铰链四杆机构的类型判别。 ２、曲柄摇杆机构的运动及应用分析。 四、教学难点 明确铰链四杆机构的类型。 五、课前准备 １、四个设定长度的杆，并在指定位置加工出小孔：四个小螺栓或曲别针（每桌一组）。 ２、家中（或市场）观察缝纫机工作时的运动情况或进行操作。 六、教学设想（教法、学法） 因为本课程时间性很强，为了更好的让学生理解和接受，教学中要求教师充分运用实物，模型等教学媒体辅助教学，使学生通过教具来加强感性认识，并提出相关启发学生积极思考，形成概念，加深理解和记忆。 教法：讲授演示结合法 教具：四杆机构、挂图 七、课时安排：（１课时４５min ） 八、课前提问：(４min ) ①什么是铰链四杆机构？ ②铰链四杆机构中各杆的名称 九、导入新课：(1min )铰链四杆机构中，机架和连架杆总是存在的，但是曲柄不一定存在。 那么我们来分析在一个四杆机构中曲柄是否存在呢？他又有那种基本形式呢？ 十、教学过程：(30min )（师生互动） §６－１平面连杆机构 二、铰链四杆机构 ２、铰链四杆机构的基本形式①铰链四杆机构的类型判别 a：为了让学生能更好得理解概念及“铰链四杆机构”的基本形式，让学生将课前准备好的四杆机构按要求在给定位置用螺栓连接，之后放好。 b:拿出自己课前做好的四杆机构进行演示（演示过程，变换主动件）。使学生对此机构有初步的了解认识，并得出结论： 是否有曲柄存在，取决于杆长，当Lmin+Lmax≤l′+l″时，则有： ①若取与最短杆相邻的任一杆为机架，则最短杆为曲柄。 ②若取最短杆为机架，则该机构为双曲柄机构。 ③若取最短杆的相对杆为机架则该机构为双摇杆机构。 C:变换最长杆的连接位置，使Lmin+Lmax>l′+l″并演示。 第三章 平面连杆机构及其设计 1、如图示的铰链四杆机构中，AD 为机架，AB a ==35 mm ，CD c ==50 mm ，30==d AD mm ，问BC b =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？ 2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？ （1） （2） （3） （4） 5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ， 50=AD l mm 。 （1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄； （2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围； （3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。 6、图示为开关的分合闸机构。已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。试回答： （1）该机构属于何种类型的机构； （2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ； （3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？ 7、试设计一曲柄摇杆机构。设摇杆两极限位置分别为4090,15021===CD l ； ??mm ，50=AD l mm 。求AB l 、BC l 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。 （用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程） 8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD 的长度l CD =150mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度 903021==??，，机 构的行程速比系数K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。 10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K =1.5，滑块的行程10021=C C l mm ，导路的偏距20=e mm 。 （1）用作图法确定曲柄长度l AB 和连杆长度l BC ； （2）若滑块从点C 1至C 2为工作行程方向，试确定曲柄的合理转向； （3）用作图法确定滑块工作行程和空回行程时的最大压力角。 《汽车机械基础》课程项目教学设计《汽车机械基础》课程项目（单元、章节）授课一览表 学习平面汇交力系的合成方法1合成方法 几何法和解析法 力的平行四边形法：作 用于物体上同一点的两 个力的合力也作用于该 点，且合力的大小和方 向可用以这两个力作用 线为邻边所作的平行四 边形的对角线来确定。 力的三角形法则：取平 行四边形的一半 解析法 力在坐标轴上的投影 ? ? ? = = α α sin cos F Y F X b、合力投影定理 ? ? ? ? ? = + = X Y tg Y X F α 2 2 教师：一个力系的作用效果是什么样呢 学生：思考并回答 教师：在我们研究的力系中，也把它分 为两类：空间力系和平面力系。工程中 许多结构所受的作用力虽是空间力系， 但在一定条件下可以简化为平面力系， 比如水坝、挡土墙的受力等。平面力系 是工程中最常见的力系，本章讨论的便 是平面力系的合成和平衡问题，随之引 出平面汇交力系的概念及其求解平面 汇交力系的两种方法：几何法和解析 法。 教师：绘制图形讲解，并引出力的三角 形法则 教师：平面汇交力系的几何法简捷而且 直观，但其精确度较差。在力学计算中 用得较多的还是解析法。其中就要用到 力在坐标轴上投影的概念。 教师：绘制下图，利用图形讲解。 教师：强调从投影的起点a到终点b与 坐标轴的正向一致时，该投影取正号； 与坐标轴的正向相反时取负号。 学生：思考当力与坐标轴垂直时，力在 该轴上的投影为多少当力与坐标轴平 行时，力在该轴上的投影有什么特征 教师：设问如果已知合力在直角坐标轴 x、y轴上的投影，则合力的大小和方向 都可以确定，那么合力和它的分力在同 一坐标轴上投影的关系又如何呢 学生：讨论以一平面汇交力系为例展开 讨论。 30 第二章连杆机构 2.1试绘制出图（1）所示机构的运动简图，并说明它们各为何种机构。 图（1） 2.2图（2）所示四铰链运动链中，已知各杆件长度l AB=55mm,l BC=40mm,l CD=50mm,l AD=25mm。（1）该运动链中是否具有双整转副构件？ （2）如果具有双整转副构件，则固定哪个构件可获得曲柄摇杆机构？ （3）固定哪个构件可获得双曲柄机构？ （4）固定哪个构件可获得双摇杆机构？ 图（2） 2.3在图（3）所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为l AB=28mm, l AD=52mm,l CD=50mm, l AD=72mm。 （1）若取AD为机架，求该机构的极位夹角θ，杆CD的最大摆角φ和最小传动角γmin ；（2）若取AB为机架，该机构将演化为何种类型的机构？为什么？请说明这时C、D两个转动副是整转副还是摆动副？ 图（3） 2.4对于一偏置曲柄滑块机构，试求： （1）当曲柄为源动件时机构传动角的表达式； （2）试说明曲柄r，连杆l和偏距e对传动角的影响； （3）说明出现最小传动角时的机构位置； （4）若令e=0（即对心曲柄滑块机构），其传动角在何处最大？何处最小？ 2.5图（5）所示为六杆机构。已知l AB=200mm, l AC=585mm, l CD=300mm, l DE=700mm，A C⊥EC，ω1为常数。试求： （1）机构的行程速度变化系数； （2）机构5的冲程H； （3）机构最大压力角αmax发生的位置及大小； （4）在其它尺寸不变的情况下，欲使冲程为原冲程的2倍，问曲柄长度应为多少？ 图（5） 2.6试求图（6）所示连杆机构中构件4与构件2的角速度比ω4/ω2。 图（6） 2.7在图（7）所示的机构中，已知曲柄2顺时针方向匀速转动，角速度ω2=100rad/s,试求在图示位置导杆4的角速度ω4的大小和方向。 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。机械原理四连杆门座式起重机
第二章平面连杆机构和设计与分析报告
机械原理课程设计-连杆机构b完美版.
平面连杆机构教学设计
机械原理连杆机构设计和分析5
平面连杆机构的优化设计教案
《铰链四杆机构》教学设计
山东理工大学机械原理考试原题目——四杆机构的设计
平面汇交力系教案
机械原理课后习题集 第二章 连杆机构
平面连杆机构教案
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