平面連桿機(jī)構(gòu)教（學(xué)）案

..課題：平面連桿機(jī)構(gòu)〔教材第6章第1節(jié)教案教學(xué)目的：通過一些實(shí)例的演示講解,使學(xué)生掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的組成、類型、特性及應(yīng)用,從而掌握一些比較簡(jiǎn)單的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。教學(xué)對(duì)象：一年一期模具制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用、機(jī)電技術(shù)應(yīng)用、汽車維修與檢測(cè)等專業(yè)的新生。教學(xué)重點(diǎn)：1、運(yùn)動(dòng)副的概念及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制；2、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別；3、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別及其運(yùn)動(dòng)特性。教學(xué)方式：講解法、演示法、例證法、討論法教學(xué)場(chǎng)地：多媒體教室教學(xué)課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)內(nèi)容安排：導(dǎo)入：先在多媒體屏幕上打開演示一個(gè)飛機(jī)起落的3D動(dòng)畫,引起學(xué)生的興趣,集中學(xué)生的注意力,由此提出飛機(jī)能平安著陸靠的是什么?由這樣一個(gè)問題引出飛機(jī)起落架的運(yùn)動(dòng)特性,從而開場(chǎng)今天的新課內(nèi)容。一、平面連桿機(jī)構(gòu)概念平面連桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件是用銷軸、滑道〔低副等方式連接起來的,各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均在同一平面或互相平行的平面內(nèi)。最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由4個(gè)桿件組成的,簡(jiǎn)稱平面四桿機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、工作可靠,因此應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用實(shí)例有：雷達(dá)、飛機(jī)起落架、鏟斗、縫紉機(jī)、貨車自卸機(jī)構(gòu)、變速器、起重機(jī)、破碎機(jī)、篩選機(jī)、壓緊機(jī)等等。二、運(yùn)動(dòng)副1、定義：使兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接,稱為運(yùn)動(dòng)副。2、分類：在工程上,人們把運(yùn)動(dòng)副按其運(yùn)動(dòng)范圍分為空間運(yùn)動(dòng)副和平面運(yùn)動(dòng)副兩大類。在一般機(jī)器中,經(jīng)常遇到的是平面運(yùn)動(dòng)副。平面運(yùn)動(dòng)副根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的接觸形式不同,可分為低副和高副?！?、低副是指兩構(gòu)件之間作面接觸的運(yùn)動(dòng)副。如下圖1所示。abc圖1〔2、高副高副是指兩構(gòu)件之間作點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。如下圖2所示。abc圖23、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖3轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖就是指用一些簡(jiǎn)單的線條表示運(yùn)動(dòng)副關(guān)系的圖形,稱之為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖3轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法圖4移動(dòng)副的表示方法圖5齒輪副的表示方法三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖5齒輪副的表示方法1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成如圖6所示,由4個(gè)構(gòu)件通過鉸鏈〔轉(zhuǎn)動(dòng)副連接而成的機(jī)構(gòu),稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。在該機(jī)構(gòu)中,固定不動(dòng)的桿4稱為機(jī)架；與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的桿1和桿3稱為連架桿；不與機(jī)架直接連接的桿2〔通常作平面運(yùn)動(dòng)稱這連桿。如果桿1或桿3能繞其回轉(zhuǎn)中心A或D做整周轉(zhuǎn)動(dòng),則稱為曲柄。若僅能在小于3600的某一角度內(nèi)擺動(dòng),則稱為搖桿。圖6b為較鏈四桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。ab圖6ab圖62、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式〔1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別對(duì)于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來說,機(jī)架和連桿總是存在的,按曲柄的存在情況,分為三種基本形式：從上述鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式中可知,它們的根本區(qū)別就在于連架桿是否為曲柄。所以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件：①必要條件：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。②充分條件：連架桿與機(jī)架中必有一個(gè)為最短桿。再細(xì)分之：A、若取與最短桿相鄰的任一桿為機(jī)架,則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),且最短桿為曲柄。B、若取最短桿為機(jī)架,則該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。C、若取最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架,則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)?！?、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中一個(gè)為曲柄,另一個(gè)為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。如圖7所示：圖7曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖7曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。eq\o\ac<○,1>、以曲柄為主動(dòng)件、搖桿為從動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)應(yīng)用如下圖所示：圖8破碎機(jī)圖8破碎機(jī)圖9雷達(dá)圖9雷達(dá)圖10蒸汽機(jī)圖10蒸汽機(jī)eq\o\ac<○,2>、搖桿的搖擺運(yùn)動(dòng)也可以轉(zhuǎn)換為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用如下圖所示：圖11縫紉機(jī)圖11縫紉機(jī)〔3、雙曲柄機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿均為曲柄的機(jī)構(gòu),稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。如圖12所示。圖12一般雙曲柄機(jī)構(gòu)圖12一般雙曲柄機(jī)構(gòu)具體應(yīng)用：eq\o\ac<○,1>、兩曲柄相等、同向。圖14機(jī)車車輛聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖13平行四邊形機(jī)構(gòu)圖14機(jī)車車輛聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖13平行四邊形機(jī)構(gòu)eq\o\ac<○,2>、兩曲柄相等、反向。圖15客車車門機(jī)構(gòu)圖15客車車門機(jī)構(gòu)由于兩相對(duì)構(gòu)件相等,但AD與BC不平行,因此,曲柄1與3作不同速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖15b所示的車門機(jī)構(gòu),采用逆平行四邊形機(jī)構(gòu),以保證與曲柄1、3固結(jié)的車門,能同時(shí)開關(guān)。eq\o\ac<○,3>、兩曲柄不相等。如圖16所示的慣性篩機(jī)構(gòu),主動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)曲柄作變速轉(zhuǎn)動(dòng)。圖16慣性篩機(jī)構(gòu)圖16慣性篩機(jī)構(gòu)〔4、雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的機(jī)構(gòu),稱之為雙搖桿機(jī)構(gòu)。圖17雙搖桿機(jī)構(gòu)圖17雙搖桿機(jī)構(gòu)圖18鶴式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)圖18鶴式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)圖19攝影平臺(tái)圖19攝影平臺(tái)圖20貨車自卸機(jī)構(gòu)圖20貨車自卸機(jī)構(gòu)3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性〔1、急回特性圖21四桿機(jī)構(gòu)的極限位置圖21四桿機(jī)構(gòu)的極限位置在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中,當(dāng)曲柄為主運(yùn)動(dòng)件時(shí),從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),存在左、右兩個(gè)極限位置,如圖21所示。圖21〔a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu),當(dāng)搖桿3處在C1D和C2D兩個(gè)極限位置時(shí),曲柄1與連桿2共線。曲柄對(duì)應(yīng)兩極限位置所夾的銳角q稱為極位夾角。搖桿兩極限位置間的夾角y稱為最大擺角。圖中AC1=BC-AB,AC2=BC+AB。圖21〔b所示擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中,導(dǎo)桿的兩個(gè)極限位置是B點(diǎn)軌跡圓的兩條切線Cm和Cn,對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),極位夾角q等于最大擺角y。圖21〔c所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中,當(dāng)滑塊在C1、C2兩個(gè)極限位置時(shí),曲柄與連桿共線,圖中q為極位夾角,AC1=BC-AB,AC2=BC+AB。對(duì)于圖21〔a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu),設(shè)曲柄以等角速度w順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)曲柄從AB1轉(zhuǎn)至AB2時(shí),轉(zhuǎn)過角度為j1=180°+q所用時(shí)間t1=j1/w,搖桿從DC1擺至DC2擺角為y；當(dāng)曲柄從AB2轉(zhuǎn)至AB1時(shí),轉(zhuǎn)過角度為j2=180°-q,所用時(shí)間t2=j2/w,搖桿從DC2擺回至DC1,擺角仍為y。由于j1＞j2,所以t1＞t2,這反映了當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),搖桿往復(fù)擺動(dòng)的快慢不同。設(shè)搖桿從DC1擺動(dòng)至DC2為工作行程,其平均速度v1=C1C2/t1；搖桿從DC2擺回DC1為空回行程,其平均速度v2=C1C2/t2。顯然v1＜v2,這種當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)件等速回轉(zhuǎn)時(shí),從動(dòng)件空回行程平均速度大于從動(dòng)件工作行程的平均速度,這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回特性。牛頭刨床、往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械就利用這種急回特性來縮短非生產(chǎn)時(shí)間,提高生產(chǎn)率。急回運(yùn)動(dòng)特性可以用行程速比系數(shù)K來表示,即上式中C1C2為圓弧。上式表明,極位夾角q越大,K值越大,急回特性越明顯。當(dāng)q=0°時(shí),K=1,則機(jī)構(gòu)無急回特性。如果已知K,可以求出極位夾角q：q=180°<K-1>/<K+1>〔4-5〔2死點(diǎn)圖22曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置圖22曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置如圖22所示,在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,取搖桿CD為主動(dòng)桿,當(dāng)搖桿處在兩極限位置時(shí),連桿與曲柄共線。出現(xiàn)了傳動(dòng)角g=0°的情況,若不計(jì)各桿的質(zhì)量,則這時(shí)連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心A,此力對(duì)A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩,因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí),搖桿上無論加多大驅(qū)動(dòng)力也不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)構(gòu)的此種位置稱為死點(diǎn)位置。當(dāng)機(jī)構(gòu)處在死點(diǎn)位置時(shí),從動(dòng)件將卡死,或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)必須采取措施確保機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)。圖23蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖23蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置是有害的,但在某些場(chǎng)合卻利用"死點(diǎn)"來實(shí)現(xiàn)工作要求。圖24鉆床工件壓緊機(jī)構(gòu)圖24鉆床工件壓緊機(jī)構(gòu)圖25飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)圖25飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)四、課堂小結(jié)1、通過本次課的學(xué)習(xí),大家了解了平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式、特性及其演化、明確了曲柄存在的條件、急回特性、死點(diǎn)等基本概念,學(xué)習(xí)了按給定的連桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法和步驟。2、通過各種實(shí)物的動(dòng)畫演示,加深對(duì)對(duì)種平面連桿機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)和理解,從而掌握各種平面連桿機(jī)