單元3平面連桿機構--認知和演化

1、 單元3 平面連桿機構 單元二單元二 平面連桿機構平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 任務任務4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 2 1.鉸鏈四桿機構的組成 2.鉸鏈四桿機構的分類 知識目標知識目標： 技能目標技能目標： 1.鉸鏈四桿機構的組成 2.各機構的工作特點 單元3 平面連桿機構 構件3 (連架桿2) 構件2 (連桿) 構件1 (連架桿 1) 構件4 (機架) B

2、 C A D 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 1.1.鉸鏈四桿機構的組成鉸鏈四桿機構的組成 鉸鏈四桿機構由機架、連桿和連架桿組成。 固定不動的構件叫機架機架，與機架相聯(lián)的構件叫連桿連桿。 曲柄曲柄：在連架桿中，能繞其軸線回轉360的連架桿。 搖桿搖桿：僅能繞其軸線往復擺動的連架桿。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 鉸鏈四桿機構根據(jù)連架桿中是否有曲柄可分為三種類型：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、 雙搖桿機構。 2.2.鉸鏈四桿機構的基本類型鉸鏈四桿機構的基本類型 （1 1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構 兩連架桿中，其一為曲柄，另一為搖桿的鉸鏈四

3、桿機構叫曲柄搖桿機構。 AB為曲柄，繞A點作360整周旋轉運動，CD為搖桿，繞D點擺動，機架AD固定不動，BC連 桿作平面運動。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 曲柄搖桿機構示例：曲柄搖桿機構示例： 攪拌機攪拌機構雷達天線俯仰角調節(jié)機構 曲柄AB為主動件轉 動，帶動連桿BC作平面 運動，配合容器自身的 旋轉運動，從而對容器 內物體進行攪拌。 曲柄AB為主動件轉 動，通過連桿BC，使固 定在搖桿CD上的天線作 一定角度的擺動，以調 整天線的俯仰角。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 （2 2）雙曲柄機構）雙曲柄機構 兩

4、個連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。 雙曲柄機構中，通常主動曲柄作勻速轉動，從動曲柄作同向變速轉動。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 雙曲柄機構可分為等長雙曲柄機構和不等長雙曲柄機構。 當兩個曲柄的長度相等，連桿與機架的長度也相等時，如兩曲柄轉向相同，稱為平行雙 曲柄機構，如圖（1）； （1）平行雙曲柄機構 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 若兩曲柄轉向相反，稱為反向雙曲柄機構，如圖（2）所示。 （2）反向雙曲柄機構 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 雙曲柄機構實例：雙

5、曲柄機構實例： 當曲柄AB等角速 度旋轉轉動時，曲柄 CD作變角速度旋轉， 通過構件CE使篩子E產 生變速直線運動，靠 物料的慣性來篩選。 慣性篩機構 機構為平行雙曲柄 機構，當曲柄AB等速旋 轉時，曲柄CD也作等速 旋轉運動，連桿BC與機 架平行相等，工作臺始 終保持水平狀態(tài)。 攝影臺升降機構 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 （3 3）雙搖桿機構）雙搖桿機構 兩個連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。 在雙搖桿機構中，兩搖桿可以分別為主動件。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 雙搖桿機構實例：雙搖桿機構實例：

6、 當主動搖桿AB擺動到AB時，從動搖桿CD也隨 之擺到CD，使懸掛于E點的重物Q沿近似水平的 直線運動到E點 鶴式起重機（動畫動畫） 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 3.3.鉸鏈四桿機構實例分析鉸鏈四桿機構實例分析 家用縫紉機的運動特性分析 步驟機構運動簡圖實物或示意圖分析 1 . 繪 制 機 構 運 動簡圖 根據(jù)家用 縫紉機的尺 寸，確定適 當比例，繪 制機構運動 簡圖。 2 . 分 析 縫 紉 機 腳 踏 板 機構 腳踏板CD為主動件，CD繞D點往復擺動，通過連桿CB，使AB繞A點作圓周運 動，帶動帶輪旋轉，從而通過帶傳動帶動機器工作。 此機構為曲柄

7、搖桿機構，AB為曲柄，CD為搖桿。此時搖桿CD為主動件，曲 柄AB為從動件。 單元3 平面連桿機構 任務任務1 1 認識鉸鏈四桿機構認識鉸鏈四桿機構 練習題練習題 1.1.選擇題選擇題 （1）鉸鏈四桿機構中，各構件之間以_相連接。 a)轉動副 b)移動副 c)螺旋副 （2）在鉸鏈四桿機構中，能相對機架作整周旋轉運動的桿為_。 a)連桿 b)搖桿 c)曲柄 （3）汽車車門啟閉機構采用的是_機構。 a)反向雙曲柄 b)曲柄搖桿 c)雙曲柄 （4）家用縫紉機采用的是_機構。 a)雙曲柄 b)雙搖桿 c)曲柄搖桿 （5）汽車雨刷采用的是_機構。 a)雙曲柄 b)雙搖桿 c)曲柄搖桿 2.2.試列舉生產

8、日常生活中，鉸鏈四桿機構的應用實例。 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 1.鉸鏈四桿機構的演化原理 2.曲柄滑塊機構的原理 知識目標知識目標： 技能目標技能目標： 1.掌握鉸鏈四桿機構演化形式 2.各種導桿機構的應用 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 1 1. .曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 如圖a）所示曲柄搖桿機構中，當曲柄AB繞A點旋轉時，搖桿CD上的C點在以CD為半徑的 圓弧C1C2上擺動。將搖桿CD做成滑塊，如圖b），滑塊在導軌C1C2內往復運動，運動性質沒有 變化。此時鉸鏈四桿機構已演化為曲柄滑塊機構。如

9、將搖桿的半徑增至無限大，則鉸鏈C的軌 跡將變成直線，如圖c）所示。 b) c) 圖3-25 鉸鏈四桿機構的演化 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 在曲柄滑塊機構中，當偏心距e=0時，則轉化成對心式曲柄滑塊機構，其滑塊的行程 H=2r（r為曲柄的長度），如圖所示。 對心式曲柄滑塊機構 曲柄滑塊機構動畫曲柄滑塊機構動畫 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 曲柄滑塊機構應用曲柄滑塊機構應用: : 類型類型應用實例應用實例機構運動簡圖機構運動簡圖特點特點 對心曲柄 滑塊機構 內燃機工作時，活塞3在汽 缸內上下運動，通過連

10、桿BC帶 動曲柄AB轉動 偏置曲柄 滑塊機構 曲柄AB每旋轉一周，通過 連桿BC推動滑塊3就從料槽中 推出一個工件5 偏心曲柄 滑塊機構 轉動中心A與幾何中心B不 重合的偏心輪作為曲柄AB，偏 心輪轉動，通過連桿BC帶動滑 塊作往復直線運動 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 2.2.導桿機構導桿機構 導桿機構是由曲柄滑塊機構演化而成的，選擇不同構件作為機架可以演化為導桿機構、搖 動滑塊機構、固定滑塊機構等。 在機構中與滑塊做相對移動的構件稱為導桿，具有導桿的機構稱為導桿機構。 類型類型機構運動簡圖機構運動簡圖應用實例應用實例運動特點運動特點 曲柄滑塊機

11、構 構件AC為機架，構件AB為主動 件 導桿機構 小型刨床運動機構 構件AB為機架,構件BC為主動件： （1）lABlBC時，該機構稱為 轉動導桿機構； （2）lABlBC時，該機構稱為 擺動導桿機構 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 類型類型機構運動簡圖機構運動簡圖應用實例應用實例運動特點運動特點 曲柄搖塊機構 汽車自動翻轉卸料機構 構件BC為機架，構件AB （或導桿AC）為主動件。 當擺動式油缸內的壓力油 推動活塞桿從油缸中伸出，車 廂繞車身的B點傾轉，將貨物 自動卸下。 移動導桿機構 唧筒機構 滑塊為機架,構件AB為主動 件。 擺動手柄AB，可以

12、使活塞 桿（導桿4）在唧筒（固定滑 塊3）內上下移動，從而完成 抽水動作。 動畫動畫 動畫動畫 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 3.3.實例分析實例分析 試繪制刨削運動的機構運動簡圖，分析牛頭刨床刨削運動特性。 （a) a) （b)b) 牛頭刨床牛頭刨床 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 表3-16 牛頭刨床的運動特性分析 步驟步驟機構運動簡圖機構運動簡圖運動分析運動分析 1.繪制機構 運動簡圖 根據(jù)牛頭刨床的工作原理，大致繪制刨削 運動的機構運動簡圖 2.分析刨削 運動 該機構是以AB為機架，曲柄BC為主動

13、件作 整周回轉運動，通過滑塊3帶動導桿ACD往復 擺動，從而帶動滑枕左右往復直線運動，實 現(xiàn)刨削加工。 該機構lABlBC,機構為擺動導桿機構。 3.機構的運 動特性 牛頭刨床刨削過程中，刨削工作行程比空 行程用的時間多，刨削工作速度小于空行程 時速度，該機構具有急回特性 單元3 平面連桿機構 任務任務2 2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化 練習題練習題 1.1.是非題是非題 （1）在內燃機中應用曲柄滑塊機構，是將往復直線運動轉換成旋轉運動。（） （2）牛頭刨床滑枕的往復運動是導桿機構來實現(xiàn)的。 （） （3）曲柄滑塊機構是由曲柄搖桿機構演化而來的。 （ ） 2.2.選擇題選擇題 （1）有

14、一四桿機構，其中一桿能作整周運動，一桿能作往復擺動，該機構叫_。 a）雙曲柄機構 b)曲柄搖桿機構 c)曲柄滑塊機構 （2）牛頭刨床的主運動機構是應用了四桿機構中的_機構。 a)轉動導桿機構 b)擺動導桿機構 c)曲柄滑塊機構 （3）曲柄滑塊機構中，若機構存在死點位置，則主動件為_。 a)連桿 b)機架 c)滑塊 （4）_為曲柄滑塊機構的應用實例。 a)自卸汽車卸料裝置 b)手動抽水機 c)滾輪送料機 （5）在曲柄滑塊機構中，往往用一個偏心輪代替_。 a)滑塊 b)機架 c)曲柄 3.3.在生產實踐中，仔細觀察牛頭刨床的切削運動是如何實現(xiàn)的？在生產實踐中，仔細觀察牛頭刨床的切削運動是如何實現(xiàn)的

15、？ 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 1.鉸鏈四桿機構基本類型的判別 2.鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件 3.機構的急回特性和死點位置的意義 知識目標：知識目標： 技能目標技能目標： 1.正確判別鉸鏈四桿機構的基本類型 2.急回特性和死點的應用 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 1.1.鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件 鉸鏈四桿機構的三種基本形式，區(qū) 別在于有無曲柄和有幾個曲柄。四個桿 相對長度對機構有無曲柄起著決定的影 響，鉸鏈四桿機構的三種基本形式與機 構中四個桿相對長度關系

16、如表。 條件有無曲柄機架組成機構 最短桿最長 桿其余兩桿 長度之和 一個曲柄 一個搖桿 連架桿 相鄰桿 曲柄搖桿 機構 兩個曲柄最短桿 雙曲柄機 構 兩個搖桿 最短桿 對面桿 雙搖桿 機構 最短桿最長 桿其余兩桿 長度之和 無曲柄任何桿 雙搖桿 機構 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 2.2.急回特性急回特性 在曲柄搖桿機構，曲柄AB為是主動件作等角速度轉動，BC為連桿，CD為搖桿，當CD桿處 于C1D、C2D兩極限位置時，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角搖桿的擺角；主動曲柄AB相 對應之間所夾銳角稱為極位夾角。極位夾角。 曲柄（AB

17、）搖桿（CD） AB1轉到AB2AB2轉到AB1C1D擺動到C2D C2D擺動到 C1D AB轉過角度 1 180+ AB轉過角度 2 180- CD擺動速度CD擺動速度 12t1t2 21 t1、1曲柄順時針從AB1轉到AB2，搖桿從C1D擺動到 C2D所需時間、速度 t2、2曲柄順時針AB2從轉到AB1，搖桿從C2D擺動到 C1D所需時間、速度 1 21 1 CC t ? 2 21 2 CC t ? 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 主動件曲柄AB以等角速度轉動時，從動件搖桿CD往復擺動的平均速度不相等。從動件空行 程速度2比工作行程速度1

18、快，這個性質稱為機構的急回特性機構的急回特性。 空行程速度2與工作行程速度1之比稱為急回特性系數(shù)，用K表示： 0 0 2 1 2 1 121 221 1 2 180 180 / / t t tCC tCC K 1 1 180 0 K K 極位夾角，即搖桿在極限位置時，曲柄兩位置之間所夾銳角。 K1時有機構急回特性，K越大，機構急回特性越明顯； K1時機構無急回特性。 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 3.3.死點位置死點位置 在鉸鏈四桿機構中，當搖桿CD為主動件、曲柄AB為從動件時，當連桿BC與曲柄AB處于共線 位置時，如下圖所示，這時無論連桿

19、BC給從動件曲柄AB的力多大，曲柄AB不動，我們把機構中， 連桿與從動件曲柄共線時出現(xiàn)的從動件不能轉動，或轉向不確定的位置，叫死點位置死點位置。 以搖桿作為主 動件的曲柄搖桿機 構，在運動過程中， 從動曲柄與連桿兩 次共線，有兩個死 點位置。 例如在家用縫 紉機的踏板機構中 就存在死點位置。 動畫動畫 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 機構存在是不利的，工程上常采取以下措施使機構順利地通過死點位置。 （1）利用從動件的慣性順利地通過死點位置。如家用縫紉機的踏板機構中大帶輪就相當 于飛輪，利用慣性通過死點； （2）采用機構錯位排列地方法順利地通過

20、死點位置，例如下圖所示機車車輪聯(lián)動機構， 當一個機構處于死點位置時，借助另一機構來越過死點。 動畫動畫 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 死點位置的應用：死點位置的應用： 在工程上也常常利用機構的死點來實現(xiàn)一定的工作要求，如圖3-21所示的快速夾緊機構， 當工件5被夾緊時，鉸鏈中心，B、C、D共線，工件經(jīng)加在桿1上的反作用力無論多大，也不能 使桿3轉動。這就保證外力P去掉后，仍能可靠地夾緊工件，當需要取出工件時，只要向上扳動 手柄（連桿2），即能松開夾具。 快速夾緊機構 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的

21、基本性質 4.4.實例實例 步驟步驟示意圖示意圖機構運動簡圖機構運動簡圖運動分析運動分析 1.繪制飛機起落架 機構運動簡圖 飛機起落架由搖桿AB和搖桿 CD組成雙搖桿機構，CD桿為主 動搖桿 2.起落架收起 當搖桿CD在外力作用下向上 擺動，通過連桿BC拉動搖桿AB 向上擺動，帶動起落架向上運 動，將起落架收起 3.起落架放下 當搖桿CD向下擺動，通過連 桿CB推動搖桿AB向下擺動，將 起落架放下，這時CD和BC共線， 處于死點，無論受多大力，搖 桿CD都不會擺動 動畫動畫 單元3 平面連桿機構 任務任務3 3 鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質 練習題練習題 1.圖（1）示鉸鏈四桿

22、機構中，機架lAB=40mm，兩連架桿長度分別為lAB=18mm和lCD=45mm， 則當連桿lBC的長度在什么范圍內時，該機構為曲柄搖桿機構? 2.圖（2）示鉸鏈四桿機構中，已知各桿長度分別為lAD=240mm，lAB=600mm，lBC=400mm， lCD=500mm，試問當分別以BC和AD桿為機架時，各得到什么機構? 3.圖（3）示鉸鏈四桿機構中，各桿尺寸為lAB=130mm，lBC=150mm，lCD=175mm，lAD=200mm。 若取AD桿為機架時，試判斷此機構屬于哪一種基本形式? 1) 2) 3) 4.什么叫平面連桿機構的死點位置？ 5.用什么辦法克服平面連桿機構的死點位置？

23、試舉兩例說明。 單元3 平面連桿機構 任務任務4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 1.平面四桿機構的設計步驟 2.平面四桿機構的設計方法 知識目標：知識目標： 技能目標技能目標： 平面四桿機構的設計 單元3 平面連桿機構 任務任務6 6 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 1.1.按給定的急回特性系數(shù)按給定的急回特性系數(shù)K K設計曲柄搖桿機構設計曲柄搖桿機構 機構的設計就是根據(jù)給定的條件選擇機構的型式，確定機構的幾何參數(shù)。平面連桿機構的 設計方法有解析法、圖解法和實驗法三種。 知道急回特性系數(shù)K，就可計算極位夾角，用圖解法可方便作出平面機構。 已知急回特性系數(shù)已知急回特性系數(shù)K K

24、、搖桿、搖桿l lCD CD長度、擺角 長度、擺角，圖解法設計曲柄搖桿機構的步驟見表。，圖解法設計曲柄搖桿機構的步驟見表。 單元3 平面連桿機構 任務任務4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 表3-17 圖解法設計曲柄搖桿機構的步驟 設計步驟設計步驟設計計算過程設計計算過程 (1)機構情況分析 在已知lCD、的情況下，只要確定鉸鏈A點的位置，在量得AC1和AC2長度后就 可確定曲柄的長度lAB和連桿長度lBC，lAB=(lAC2-lAC1)/2，lBC=(lAC2+lAC1)/2,lAD長 度可直接量得。 由于A點是極位夾角的頂點，即C1AC2=，如過AC1C2三點作一輔助圓，則該 圓

25、上任取一點為A點，C1AC2=，C1OC2=2，極易求得點O (2)作圖 步驟 1）計算 2）作搖桿的極限 位置 選擇合適的比例尺l，根據(jù)lCD及擺角作出C1D、C2D兩極限位置 3）作輔助圓 連接C1、C2，并作與C2成90-的兩直線，其交點O即為圓心點，以O點為圓心作 輔助圓 4）確定曲柄、連 桿長度 在輔助圓上任取一點作為鉸鏈中心A，連接AC1、AC2，測量lAC1、lAC2長度，通過 比例尺求實際長度 5）其它桿長度機架lAD長度可直接測量通過比例尺l求AD實際長度 (3)其它情況分析 由于A點是輔助圓上的任意一點，所以實際有無窮多解，如能給一些如曲柄長 度lAB、機架長度lAD等，則

26、可能有唯一解。實際設計時多數(shù)有輔助條件，如實在 沒有也可根據(jù)情況確定 1K 1K 180 o 單元3 平面連桿機構 任務任務4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 2.2.按給定的急回特性系數(shù)按給定的急回特性系數(shù)K K設計導桿機構設計導桿機構 已知機架長度lAC和急回特性系數(shù)K，設計擺動導桿機構的步驟見表所示。 設計步驟設計步驟設計計算過程設計計算過程 （1）機構情況分析 擺動導桿機構的極位夾角與導桿的 擺角相等，設計擺動導桿機構就是 確定曲柄長度lAB （2）計算 （3）作導桿的兩極 限位置 任選一點為固定鉸鏈C點的中心，按 =作導桿的兩極限位置Cm、Cn，使 mCn= （4）確定A點

27、及曲柄 AB長度 根據(jù)確定的比例尺l，作擺角的平 分線，并在其上取CA=lAC/l，得曲柄 回轉中心A點，過A作Cm、Cn的垂線AB1、 AB2，AB1即為曲柄長度，lAB=lAB1。 （5）畫滑塊畫出滑塊，完成設計 1K 1K 180 o 單元3 平面連桿機構 任務任務4 4 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 3.3.按給定連桿位置設計四桿機構按給定連桿位置設計四桿機構 給定連桿的二個位置，設計四桿機構圖解步驟給定連桿的二個位置，設計四桿機構圖解步驟 步驟步驟設計計算過程設計計算過程 （1）選定長度比例 尺l 繪出連桿的兩個位置B1、B2C2 （2）確定鉸鏈中心 點A、D 連接B1B2、C2，分別作線段B1B2和C2的垂直 平分線b12和c12，分別在b12和c12上任意取A， D兩點，A，D兩點即是兩個連架桿的固定鉸 鏈中心。連接AB1、C1D、B1、AD，AB1D即為 所求的四桿機構。 （3）計算各桿實際 長度 測量AB1、C1D、AD