机械原理课件平面连杆机构及其设计

工程技术学院

课程设计

题 目：图解法设计平面连杆机构

摘要

设计内容：设计曲柄摇杆机构。已知摇杆长度3l，摆角，摇杆的行程速比系数K，要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA，试用图解法设计其余三杆的长度，并计算机构的最小传动角。

设计方法：在设计时首先需计算极位夹角，再绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置，然后确定曲柄回转中心和各杆长度最后验算最小传动角。最后根据已知数据和所计算的数据进行图解，画出平面四杆机构图。

平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。平面连杆机构的使用很广泛，它被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构低副机构低副机构低副机构。

关键词：机械设计基础 机械设计基础课程设计 平面四杆机构图解法 极位夹角

云南农业大学工程技术学院

目录

1题目......................................................................3

1.1原始数据及要求..........................................................3

1.2 工作量..................................................................3 1.3 制图说明................................................................3

1.4 设计计算说明书包括的内容................................................3

机械原理课程教案一平面连杆机构及其分析与设计

一、教学目标及基本要求

1掌握平面连杆机构的基本类型，掌握其演化方法。

2,掌握平面连杆机构的运动特性，包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等；

3 .掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。

4 .掌握连杆机构的传力特性，包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等；正确理解自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。

5,了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式；学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构；对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。

二、教学内容及学时分配

第一节概述（2学时）

第二节平面连杆机构的基本特性及运动分析（4.5学时）

第三节平面连杆机构的运动学尺寸设计（3.5学时）

三、教学内容的重点和难点

重点：

1 .平面四杆机构的基本型式及其演化方法。 2 .平面连杆机构的运动特性，包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性；平面连杆机构的传力特性，包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。

3 .平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。

4 .按给定2~3个位置设计刚体导引机构，按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构，按K值设计四杆机构。

难点：

1 .平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。

2 .按给定连架杆的2~3个对应位置设计函数生成机构。

四、教学内容的深化与拓宽

平面连杆机构的优化设计。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题

充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、速度影像、加速度影像、装配模式等；基本理论和方法的应用，如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化一反转法等。在教学过程中，应注意突出重点，多采用启发式教学以及教师和学生的互动。 六、主要参考书目

本次课题： 平面连杆机构及其设计

教学要求：

1）了解连杆机构传动的特点。

2）了解平面四杆机构的基本型式、演化规律及平面四杆机构的应用实例。

3）对有关四杆机构的一些基本知识（包括曲柄存在的条件、行程速比系数及急回作用、传动角及死点、运动的连续性等）有明确的概念。

4）明确四杆机构设计的基本问题并掌握根据简单条件设计平面四杆机构的一些基本方法。

5）了解用解析法设计平面四杆机构的一些基本问题及解法

重 点：

四杆机构的基本型式及其演化；有关四杆机构的一些基本知识；平面四杆机构设计的基本问题及设计方法。

难 点：用图解法设计平面四杆机构的反转法

教学手段及教具：机构运动仿真和机构运动模拟多媒体课件、连杆机构教具

讲授内容及时间分配：8学时

1）连杆机构传动的特点

2）平面四杆机构的类型和应用

3）平面四杆机构的一些基本知识

4）平面四杆机构的设计

课后作业 应包括：曲柄存在条件的应用；用图解法分析机构的急回、压力角、行程（或摆角）等问题；在给定K的情况下用图解法求解四杆机构；用反转原理图解求解四杆机构的位置问题；

阅读指南 连杆机构应用及其广泛，其机构综合的方法分为：几何学法、解析法、实验法。几何学法在机构综合的理论中占有极高的地位（代表人物：burmester），积累了丰富的运动几何学基础理论。解析法中有；传统的基于函数逼近论的代数法（代表人物：戚贝谢夫）、适合现代计算机求解矢量法、矩阵法、数值逼近法、优化法等。1969年成立了国际机器和机构理论联合会（The International

Federation for Machines and Mechanisms 简称：IFTMM），定期出版刊物，双月刊《Machines and

Mechanisms》。

基于函数逼近论进行机构近似综合的经典代表著作是：

《平面机构综合》（上、下）阿尔托包列夫斯基等著，孙可宗、陈兆雄、张世民译，北京：人民教育出版社，1980

2009 ~2010学年 第 二 学期

一 二 三 四 五 六 七 八

一、平面机构结构分析（15分）

1. 在图11所示机构中，凸轮为一圆盘，铰链A、B、C共线，AB=BC=BD。（1）计算该机构自由度，请明确指出机构中的复合铰链、局部自由度或虚约束；（9分）（2）画出该机构的低副替代机构。（3分）

2. 试画出图12所示机构的基本杆组（必须将构件代号标注在基本杆组中），并确定机构的级别。（3分）

二、平面连杆机构分析与设计（30分）

1. 确定图21所示机构在图示位置的全部瞬心。若曲柄1的角速度1已知，写出计算构件3的角速度3的表达式；（8分）

2. 画出机构在图示位置的传动角；（2分）

3. 在图22所示机构中，已知145°，110rad/s，逆时针方向，lAB 400mm，

封

线 密

1

5 2

4 6

7 3

8

图12 4 C B

1 3 2 1 A

图21 B D

C A

J F E

I

G

K O H

图11 E

60°，试用相对运动图解法求构件2的角速度2、构件3的速度v3和加速度a3（要求列出矢量方程，画出速度多边形和加速度多边形）；（10分）

4．给定摇杆长度及两极限位置如图23所示，图中，l0.002m/mm，要求机构的行程速比系数K1.5，机架长度lAD45mm，试设计曲柄摇杆机构（直接在图23上作图，保留作图线，求出lAB和lBC的值）。（10分）

三、凸轮机构分析（10分）

1. 试在图3中画出凸轮的理论轮廓曲线、基圆、从动件的最大行程h、凸轮逆时针转至轮廓线上点A（点A位于凸轮轮廓线的直线段上）与滚子接触时，从动件位移s和机构压力角；（6分）

2. 凸轮的推程角 =?、回程角=?（4分）

四、齿轮机构参数计算（10分）

在图4所示齿轮机构中，己知各直齿圆柱齿轮模数均为2mm，各轮的齿数分别为：z1=15，z2＝32，z220，z3＝30。要求齿轮1、3同轴线。试问：