平面连杆机构教案

授课题目：第3章平面连杆机构3.1铰链四杆机构的基本类型和应用3.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别3.3铰链四杆机构的演化授课方式（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学大纲要求：铰链四杆机构的基本类型和应用；铰链四杆机构的演化；曲柄存在的条件。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握铰链四杆机构的基本类型；掌握曲柄存在的条件；掌握铰链四杆机构的演化方法。教学重点及难点：重点：铰链四杆机构的演化；曲柄存在的条件。难点：曲柄存在的条件。作业、讨论题、思考题：综合题3－1课后总结分析：总结铰链四杆机构的演化结果；曲柄存在的条件。教学内容备注第3章平面连杆机构一、基本概念连杆机构：是由若干个刚性构件通过低副联接而组成的机构，所以又称为低副机构。平面连杆机构：所有的构件都在同一平面或平行平面内运动的连杆机构。四杆机构：是平面连杆机构中应用最广泛、结构最简单而且最具代表性的平面低副机构。二、平面连杆机构的特点1、优点1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构2、缺点1）不宜于传递高速运动。2）可能产生较大的运动累积误差。3.1铰链四杆机构的基本类型和应用构件之间的连接全部是转动副的四杆机构，称为铰链四杆机构。如图3—1所示为一铰链四杆机构。固定不动的杆4为机架。与机架相连的杆1和杆3称为连架杆，其中能作整周回转的称为曲柄，只能在小于360º的一定范围内摆动的则称为摇杆。连接两连架杆的杆2称为连杆。图3—1对于铰链四杆机构，按照其连架杆是曲柄还是摇杆，可分为以下三种型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。3.1.1曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。如图3—2所示的雷达天线俯仰机构和图3—3所示的缝纫机踏板机构。ABDCABDC图3—2雷达天线俯仰机构图3—3缝纫机踏板机构3.1.2双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。如图3—4所示的惯性筛的四杆机构就属于这种机构。3-1ABDC12345E6图3—4当双曲柄机构中的四个杆件满足相对两杆平行且长度相等时，称为平行双曲柄机构或平行四边形机构。它的运动特点是：两曲柄则以相同的角速度同向转动，而连杆作平移运动。如图3—5所示的火车联动机构和图3—6所示的摄影平台升降机构。3-3ABDCEFABDC图3—5火车联动机构图3—6摄影平台升降机构如果从动曲柄的转向发生反转，则该机构称为反平行四边形机构。车门开闭机构，就利用反平行四边形机构的两曲柄转向相反的特性，使两车门同时打开或关闭，如图3—7所示。AC1BD3E1FE2F1B1C1图3—73.1.3双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。如图3—8所示的飞机起落架和图3—9所示的汽车、拖拉机等的前轮转向机构。123AC’BDE’EB’CACBDB1C1βδβ≠δP图3—8图3—93.2铰链四杆机构中曲柄存在的条件及其基本类型的判别如图3—10所示的机构ABCD，设构件1、2、3、4的长度分别为a、b、c、d，且ad，现讨论构件1相对于构件4作整周转动，即A为整转副的条件。ABDC1234B’B”C”C’abcd图3—10若AB杆能绕A整周回转，则AB杆应能够占据与AD共线的两个位置AB’和AB”。为使AB杆能转至位置AB’，各杆长度应满足：a＋d≤b＋c（3—1）为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足：b≤c＋（d－a）即a＋b≤c＋d（3—2）或c≤b＋（d－a）即a＋c≤b＋d（3—3）将式子（3—1）、（3—2）、（3—3）两两相加，得：a≤b，a≤c，a≤d（3—4）对于杆长da的情况，只要把式（3—2）和（3—3）中的（d－a）改为（a－d），然后再与式（3—1）两两相加，则可得：d≤a，d≤b，d≤c（3—5）铰链四杆机构曲柄存在条件为：1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称为杆长条件）上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。由整转副存在的条件可知，若铰链四杆机构中最短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和时，则此机构中必不存在整转副，这时无论以哪个构件为机架，都是双摇杆机构。若铰链四杆机构中存在整转副，则：（1）当以最短杆为连架杆时，该机构成为曲柄摇杆机构；（2）当以最短杆为机架时，该机构成为双曲柄机构；（3）当以最短杆的连杆时，该机构成为双摇杆机构。3.3铰链四杆机构的演化3.3.1将转动副转化为移动副这种方法是通过改变构件的形状和相对尺寸，把转动副转化为移动副，从而形成滑块机构。图3—11c所示为一个偏置曲柄滑块机构。ABDC1234mmABD1234mme∞CABDC1234mma)b)c)图3—113.3.2取不同构件为机架1．低副的运动可逆性用低副联接的两构件之间的相对运动关系，不因选取哪个构件为相对固定的构件而改变，这种特性称为低副的运动可逆性。2．选取不同构件为机架实现机构的演化以低副运动的可逆性为基础，可提供选取不同构件作为机架实现机构的演化。如图3—12a所示的曲柄摇杆机构，若选取构件1为机架，便演化为双曲柄机构，如图3—12b所示；若选取构件2为机架，便演化为另一曲柄摇杆机构，如图3—12c所示；若选取构件3为机架，便演化为双摇杆机构，如图3—12d所示。BDC1234ABDC1234ABDC1234ABDC1234(a)(b)(c)(d)图3—12图3—13a所示的曲柄滑块机构，若选构件1为机架，则演化为转动导杆机构，如图3—13b所示。若选构件2为机架，则演化为曲柄摇块机构，如图3—13c所示。若选构件3为机架，这时机构就演化成为直动导杆机构（也称定块机构），如图3—13d所示。123ABC43ABC412(a)(c)123ABC4123ABC4(b)(d)图3—133.3.3扩大转动副尺寸如图3—14a所示的曲柄滑块机构，当曲柄的尺寸很小时，由于结构和强度的需要，常通过扩大转动副B的尺寸，将曲柄改作成为一个如图3—14c所示的几何中心与回转中心不重合的圆盘，此圆盘称为偏心轮，这种机构称为偏心轮机构。ABCC2C1ABCC2C1(a)(b)ABCC2C1(c)图3—14