_ 机械基础__学科电子教案48
班 级 课 题 学时 备 注（修
改）
§7－2 铰链四杆机构的演化 6/6
教
学
内
容 本学时
教学
内容 熟悉铰链四杆机构的演化形式、特点及应用
教
学
目
标 知识目标 掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
3.具有通过多种途径获取信息、学习新知识的能力。
能力目标
情感目标
教
学
重
点
难
点 教学重点 铰链四杆机构的演化形式及应用。
教学难点 铰链四杆机构的特点及应用。
教学
辅助 教具
多媒体
学科资源 课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法） 备 注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
课题引入：通过改变铰链四杆机构中构件的形状、长度或不同的构件作为机架等方法可以得到不同的机构，以达到所需的运动形式。
讲授新课：§7－2 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构
具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，由曲柄摇杆机构演化而来的。
由图分析，CD长度变为无穷大时，C点则变为滑块，则机构就演变为图的曲柄滑块机构。
当曲柄AB为主动件时，滑块移动的距离为曲柄长度r的两倍。如取滑块C为主动件时，会存在从动件曲柄与连杆共线的两个死点位置，需采取措施。
应用：内燃机中的曲柄滑块机构。
第二学时：
二、导杆机构
连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。由曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。
导杆为机构中与另一运动构件组成移动副的构件。
在曲柄滑块机构中，如将杆1改为固定件时，其曲柄滑块机构演化为导杆机构。
在导杆机构中，一般取杆2为主动件。
导杆机构分转动导杆机构与摆动导杆机构两种。
当机架1的长度1l小于杆2的长度2l时，即1l＜2l，主动杆2与从动件（导杆）4均可作整周回转，即为转动导杆机构。
当1l＞2l时，主动件作整周回转时，从动件只能作往复摆动，即为摆动导杆机构。
平面连杆机构
第一节 概述
一、基本概念
全部用低副联接而组成的机构称为连杆机构。各构件间的相对运动均在同一平面或平行平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。其中，做平面运动的构件称为连杆。
由前述可知，三构件用转动副联接起来，不能成为机构。故含转动副的平面连杆机构至少由四杆组成。全部是转动副联接而组成的平面四杆机构称为全铰链四杆机构。
连杆机构中的构件常称为杆。工程中应用最广泛的是平面四连杆机构。许多平面多杆机构均是在此基础上，通过添加一些杆件系统而构成。本章主要讨论平面四连杆机构。
二、平面连杆机构的特点及应用
1. 平面连杆机构的特点
1）寿命较长 由于平面连杆机构的构件间用低副连接，接触表面为平面或圆柱面，因而压强小，便于润滑，磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；
2）易于制造 结构简单，加工方便，易于获得较高的运动精度；
3）可实现较远距离的操纵控制 因连杆易于做成较长的构件；
4）可实现预定的运动轨迹和运动规律 因为连杆机构中存在作平面运动的构件，其上各点的轨迹和运动规律多样化，所以连杆机构常用来作为实现预定的运动轨迹或运动规律的机构；
5）要求精确实现运动规律时设计复杂，且往往难于实现。
2. 平面连杆机构的应用
平面连杆机构由于具有以上特点，广泛应用于各种机械和仪表中，如内燃机、冲压机、牛头刨床的主运动等都是平面连杆机构；再如雷达天线俯仰角的调整机构（图5.1.1）；摄影车的升降机构（图5.1.2）以及缝纫机、港口起重机等设备中的传动、操纵机构等都是采用平面连杆机构。
图5.1.1 调整机构 图5.1.2 升降机构
第二节 铰链四杆机构基本型式及曲柄存在条件
一、铰链四杆机构的基本型式
11.2 平面连杆机构的平衡
在图11.1所示的铰链四杆机构中，设三个活动构件的质量分别为m
1、m
2和m
3，质心位置分别为S
1、
S
2和S
3，它们的总质量为M = m
1＋m
2＋m
3，其尺寸与方位如图所示。
11.2.1 铰链四杆机构惯性力的平衡
平面机构惯性力完全平衡的线性独立向量法
将它们代入式(11.1)，得总质心S点的向量方程为
机构四边形的约束方程为
令r
S表达式中与时间相关的项之系数为零，即
将式(11.6)中代入式(11.5)，得r
S为
式(11.10)表明，此时，总质心S为一个静止点，既没有速度也没有加速度，机构的惯性力之和为零。
式(11.8)、式(11.9)为铰链四杆机构惯性力平衡的几何条件。
11.2.2 曲柄滑块机构惯性力的平衡
在图11.2所示的偏置曲柄滑块机构中，曲柄1的杆长为 a，连杆2的杆长为b，滑块3的偏心距为 h (滑块
3在x轴下方取值为负)，设三个活动构件的质量分别为 m1、m2 和 m3，质心位置分别为C
1、C
2 和 C
3，
AC
1＝a
1，BC
2＝b
2，它们的总质量M＝m
1＋m
2＋m
3。设C
1、C
2 和C
3 到坐标原点的向径分别为r
C1、r
C2
与 r
C3，该机构活动构件的总质心 C 点的向量方程为
为此，得偏置曲柄滑块机构惯性力完全平衡的质量与几何条件为
式(11.21)中的b2为负，表明质心C2在C3B的延长线上，式(11.21)同时表明m
2与m
3的合质心在转动
副B的几何中心上；式(11.22)表明m
2与m
3的合质心再与m
1组成合质心，总的质心C在转动副A的几何中
心上，为一个静止的点，如图11.3所示。
［例11－1］ 在图11.3 所示的偏置曲柄滑块机构中，若a＝0.150 m，a
1＝0.100 m，h＝0.25a，b＝0.450 m，
m
2＝80 kg，m
3＝100 kg，当曲柄滑块机构的惯性力完全平衡时，求曲柄 1 应该具有的质量m
机械设计基础平面连杆机构课件
应用实例 内燃机鹤式吊火车轮急回冲床牛头刨床翻箱机椭圆仪机械手爪开窗车门折叠伞折叠床牙膏筒拔管机单车等 特征有一作平面运动的构件称为连杆 特点 ①采用低副面接触承载大便于润滑不易磨损
形状简单易加工容易获得较高的制造精度 ②改变杆的相对长度从动件运动规律不同 ③连杆曲线丰富可满足不同要求 定义由一些刚性构件用平面低副连接而成的机构 §2－3 平面连杆机构 缺点 ①构件和运动副多累积误差大运动精度低效率低 ②产生动载荷惯性力不适合高速 ③设计复杂难以实现精确的轨迹
分类 平面连杆机构 空间连杆机构 常以构件数命名 四杆机构多杆机构 本节重点内容是介绍四杆机构 一平面四杆机构的基本型式 基本型式－铰链四杆机构其它四杆机构都是由它演变得到的 名词解释 曲柄作整周定轴回转的构件 三种基本型式 1曲柄摇杆机构 特征曲柄＋摇杆 作用将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动 如雷达天线 连杆作平面运动的构件 连架杆与机架相联的构件 摇杆作定轴摆动的构件 周转副能作3600相对回转的运动副 摆转副只能作有限角度摆动的运动副 曲柄 连杆 摇杆 A B C 1 2 4 3 D A B D C 1 2 4 3 2双曲柄机构 特征两个曲柄 作用将等速回转转变为等速或变速回转 雷达天线俯仰机构 曲柄主动 缝纫机踏板机构 应用实例如叶片泵惯性筛等 2 1 4 3 摇杆主动 3 1 2 4 A D C B 1 2 3 4 旋转式叶片泵 A D C B 1 2 3 A B D C 1 2 3 4 E
6 惯性筛机构 3 1 A B C D 耕地 料斗 D C A B 耕地 料斗 D C A B 实例火车轮 特例平行四边形机构 AB CD 特征两连架杆等长且平行 连杆作平动
BC AD A B D C 摄影平台 A D B C B C 天平 播种机料斗机构 反平行四边形机构 --车门开闭机构 反向 F A E D G B C A B E F D C G 平行四边形机构在共线位置出现运动不确定 采用两组机构错开排列 A B D C E 3双摇杆机构 特征两个摇杆 应用举例铸造翻箱机构 特例等腰梯形机构－汽车转向机构 风扇摇头机构 B C A B D C 风扇座 蜗轮 蜗杆 电机 A B D C E A B D C E 电机 A B D
