平面连杆机构设计方案
平面连杆机构设计方案
1平面连杆机构的运动分析
1.1 机构运动分析的任务、目的和方法
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。
对四杆机构进行运动分析的意义是：在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄）做匀速转动，撇开力的作用，仅从运动几何关系上分析从动件（连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。
机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。
1.2 机构的工作原理
在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为：
a.各杆的长度应满足杆长条件，即：
最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。
b.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆，且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时，四杆机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。
在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄，则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。
1.3 机构的数学模型的建立
1.3.1建立机构的闭环矢量位置方程
在用矢量法建立机构的位置方程时，需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示，先建立一直角坐标系。设各构件的长度分别
为L1、L2 、L3 、L4 ，其方位角为、、、。以各杆矢量组成
一个封闭矢量多边形，即ABCDA。其个矢量之和必等于零。即：
式1
式1为图1所示四杆机构的封闭矢量位置方程式。对于一个特定的四杆机构，其各构件的长度和原动件2的运动规律，即为已知，而 =0，故由此矢量方
程可求得未知方位角、。
角位移方程的分量形式为：
式2
闭环矢量方程分量形式对时间求一阶导数（角速度方程）为：
式3 其矩阵形式为：
式4
联立式3两公式可求得：
式5
式6
闭环矢量方程分量形式对时间求二阶导数（角加速度方程）矩阵形式为：
式7
由式7可求得加速度：
式8
式9
注：式1~式9中，Li(i=1,2,3,4）分别表示机架1、曲柄2、连杆3、摇杆4的长度；（i=1,2,3,4）是各杆与x轴的正向夹角，逆时针为正，顺时针为负，
单位为 rad; 是各杆的角速度，，单位为 rad/s; 为
各杆的角加速度，单位为。
1.3.2求解方法
（1）求导中应用了下列公式：
式10
（2）在角位移方程分量形式（式2）中，由于假定机架为参考系，矢量1与x 轴重合， =0，则有非线性超越方程组：
式11
可以借助牛顿-辛普森数值解法或Matlab自带的fsolve函数求出连杆3的角位移和摇杆4的角位移。
（3）求解具有n个未知量（i=1,2,…,n）的线性方程组：
式12
式中，系列矩阵是一个阶方阵：
式13
的逆矩阵为 ;常数项b是一个n维矢量：
式14 因此，线性方程组解的矢量为：
式15
式11是求解连杆3和摇杆4角速度和角加速度的依据。
基于MA TLAB程序设计
MATLAB 是Mathworks 公司推出的交互式计算分析软件，具有强大的运算分析功能，具有集科学计算、程序设计和可视化于一体的高度集成化软件环境，是目前国际上公认的最优秀的计算分析软件之一，被广泛应用于自动控制、信号处理、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。通过运算分析，MA TLAB 可以从众多的设计方案中寻找最佳途径，获取最优结果，大大提高了设计水平和质量。四连杆机构的解析法同样可以用MATLAB 的计算工具来求值，并结合MA TLAB 的可视化手段，把各点的计算值拟合成曲线，得到四连杆机构的运动仿真轨迹。
2.1 程序流程图
2.2 M文件编写
首先创建函数FoutBarPosition，函数fsolve通过他确定。
function t=fourbarposition(th,th2,L2,L3,L4,L1)
t=[L2*cos(th2)+L3*cos(th(1))-L4*cos(th(2))-L1;…
L2*sin(th2)+L3*sin(th(1))-L4*sin(th(2))];
主程序如下：
disp ' * * * * * * 平面四杆机构的运动分析* * * * * *'
L1=304.8;L2=101.6;L3=254.0;L4=177.8; %给定已知量，各杆长L1,L2,L3,L4
th2=[0:1/6:2]*pi; %曲柄输入角度从0至360度，步长为pi/6
th34=zeros(length(th2),2); %建立一个N行2列的零矩阵，第一列存放options=optimset('display','off'); %θ_3,第二列存放θ_3
for m=1:length(th2) %建立for循环，求解θ_3，θ_4
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1 1],…%调用fsove函数求解关于θ_3，θ_4 options,th2(m),L2,L3,L4,L1); %的非线性超越方程，结果保存在th34中
end
y=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1)'); %连杆3的D端点Y坐标值
x=L2*cos(th2)+L3*cos(th34(:,1)'); %连杆3的D端点X坐标值
xx=[L2*cos(th2)]; %连杆3的C端点X坐标值
yy=[L2*sin(th2)]; %连杆3的C端点Y坐标值
figure(1)
plot([x;xx],[y;yy],'k',[0 L1],[0 0],…%绘制连杆3的几个位置点
'k--^',x,y,'ko',xx,yy,'ks')
title('连杆3的几个位置点')
xlabel('水平方向')
ylabel('垂直方向')
axis equal %XY坐标均衡
th2=[0:2/72:2]*pi; %重新细分曲柄输入角度θ_2，步长为5度
th34=zeros(length(th2),2);
options=optimset('display','off');
for m=1:length(th2)
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1 1],…
options,th2(m),L2,L3,L4,L1);
end
figure(2)
plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2)) %绘制连杆3的角位移关于曲柄2的角位移图
plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,…
th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi) %绘制摇杆4的角位移关于曲柄2的角位移图axis([0 360 0 170]) %确定XY边界值
grid %图形加网格
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角位移(度)')
title('角位移线图')
text(120,120,'摇杆4角位移')
text(150,40,'连杆3角位移')
w2=250; %设定曲柄角速度
for i=1:length(th2)
A=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));…
L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))];
B=[w2*L2*sin(th2(i)); -w2*L2*cos(th2(i))];
w=inv(A)*B;
w3(i)=w(1);
w4(i)=w(2);
end
figure(3)
plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4); %绘制角速度线图
axis([0 360 -175 200])
text(50,160,'摇杆4角速度(\omega_4)')
text(220,130,'连杆3角速度(\omega_3)')
grid
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角速度(rad\cdot s^{-1})')
title('角速度线图')
for i=1:length(th2)
C=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));…
L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))];
D=[w2^2*L2*cos(th2(i))+w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*cos(th34(i,2));...
w2^2*L2*sin(th2(i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*sin(th34(i,2))];
a=inv(C)*D;
a3(i)=a(1);
a4(i)=a(2);
end
figure(4)
plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4); %绘制角加速度线图
axis([0 360 -70000 65000])
text(50,50000,'摇杆4角加速度(\alpha_4)')
text(220,12000,'连杆3角加速度(\alpha_3)')
grid
xlabel('从动件角加速度')
ylabel('从动件角加速度(rad\cdot s^{-2})')
title('角加速度线图')
disp '曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度' ydcs=[th2'*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3',w4',a3',a4'];
disp(ydcs)
2.3 程序运行结果输出
>> * * * * * * 平面四杆机构的运动分析* * * * * *
曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度
1.0e+004 *
0 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458
0.0005 0.0042 0.0094 -0.0126 -0.0107 0.2300 5.5630
0.0010 0.0039 0.0092 -0.0124 -0.0086 0.8946 6.0520
0.0015 0.0037 0.0091 -0.0119 -0.0065 1.4143 6.2982
0.0020 0.0034 0.0090 -0.0114 -0.0043 1.7801 6.3174
0.0025 0.0032 0.0089 -0.0107 -0.0021 2.0027 6.1467
0.0030 0.0030 0.0089 -0.0100 0.0000 2.1046 5.8339
0.0035 0.0028 0.0089 -0.0093 0.0020 2.1134 5.4272
0.0040 0.0026 0.0090 -0.0085 0.0038 2.0566 4.9687
0.0045 0.0025 0.0091 -0.0078 0.0054 1.9578 4.4918
0.0050 0.0023 0.0092 -0.0072 0.0069 1.8356 4.0198
0.0055 0.0022 0.0093 -0.0065 0.0082 1.7040 3.5680
0.0060 0.0021 0.0095 -0.0060 0.0094 1.5725 3.1450
0.0065 0.0019 0.0097 -0.0055 0.0104 1.4474 2.7545
0.0070 0.0018 0.0099 -0.0050 0.0113 1.3328 2.3968 0.0075 0.0017 0.0102 -0.0045 0.0121 1.2307 2.0702 0.0080 0.0017 0.0104 -0.0041 0.0128 1.1425 1.7716 0.0085 0.0016 0.0107 -0.0037 0.0134 1.0687 1.4971 0.0090 0.0015 0.0110 -0.0034 0.0138 1.0095 1.2426 0.0095 0.0014 0.0112 -0.0030 0.0142 0.9653 1.0035 0.0100 0.0014 0.0115 -0.0027 0.0145 0.9364 0.7752 0.0105 0.0013 0.0118 -0.0024 0.0148 0.9232 0.5530 0.0110 0.0013 0.0121 -0.0020 0.0149 0.9269 0.3319 0.0115 0.0013 0.0124 -0.0017 0.0150 0.9485 0.1069 0.0120 0.0012 0.0127 -0.0014 0.0150 0.9899 -0.1276 0.0125 0.0012 0.0130 -0.0010 0.0149 1.0530 -0.3773 0.0130 0.0012 0.0133 -0.0006 0.0147 1.1404 -0.6481 0.0135 0.0012 0.0136 -0.0002 0.0145 1.2544 -0.9455 0.0140 0.0012 0.0139 0.0002 0.0141 1.3967 -1.2743 0.0145 0.0012 0.0142 0.0008 0.0136 1.5677 -1.6368 0.0150 0.0012 0.0144 0.0013 0.0129 1.7648 -2.0314 0.0155 0.0012 0.0147 0.0020 0.0121 1.9807 -2.4495 0.0160 0.0013 0.0149 0.0027 0.0112 2.2018 -2.8735 0.0165 0.0013 0.0151 0.0035 0.0101 2.4071 -3.2754 0.0170 0.0014 0.0153 0.0044 0.0089 2.5697 -3.6186 0.0175 0.0015 0.0155 0.0053 0.0076 2.6616 -3.8650 0.0180 0.0016 0.0156 0.0063 0.0063 2.6609 -3.9849 0.0185 0.0018 0.0157 0.0072 0.0049 2.5591 -3.9674 0.0190 0.0019 0.0158 0.0080 0.0035 2.3638 -3.8244 0.0195 0.0021 0.0159 0.0088 0.0022 2.0959 -3.5866 0.0200 0.0023 0.0159 0.0095 0.0010 1.7823 -3.2931 0.0205 0.0025 0.0159 0.0100 -0.0001 1.4487 -2.9815 0.0210 0.0027 0.0159 0.0105 -0.0011 1.1152 -2.6809 0.0215 0.0029 0.0159 0.0108 -0.0020 0.7942 -2.4103 0.0220 0.0031 0.0158 0.0111 -0.0028 0.4916 -2.1794 0.0225 0.0033 0.0158 0.0112 -0.0035 0.2086 -1.9913 0.0230 0.0036 0.0157 0.0112 -0.0042 -0.0565 -1.8450 0.0235 0.0038 0.0156 0.0111 -0.0048 -0.3071 -1.7375 0.0240 0.0040 0.0155 0.0110 -0.0054 -0.5475 -1.6650 0.0245 0.0042 0.0154 0.0108 -0.0060 -0.7817 -1.6233 0.0250 0.0044 0.0153 0.0104 -0.0065 -1.0139 -1.6089 0.0255 0.0046 0.0151 0.0100 -0.0071 -1.2479 -1.6181 0.0260 0.0048 0.0150 0.0096 -0.0077 -1.4868 -1.6480 0.0265 0.0050 0.0148 0.0090 -0.0082 -1.7336 -1.6955 0.0270 0.0052 0.0146 0.0084 -0.0088 -1.9905 -1.7574 0.0275 0.0054 0.0145 0.0076 -0.0095 -2.2588 -1.8304 0.0280 0.0055 0.0143 0.0068 -0.0101 -2.5391 -1.9100 0.0285 0.0056 0.0141 0.0058 -0.0108 -2.8305 -1.9910
0.0290 0.0057 0.0138 0.0048 -0.0115 -3.1300 -2.0660
0.0295 0.0058 0.0136 0.0037 -0.0122 -3.4326 -2.1255
0.0300 0.0059 0.0133 0.0024 -0.0130 -3.7297 -2.1572
0.0305 0.0059 0.0131 0.0011 -0.0137 -4.0091 -2.1451
0.0310 0.0059 0.0128 -0.0004 -0.0145 -4.2538 -2.0696
0.0315 0.0059 0.0125 -0.0019 -0.0152 -4.4419 -1.9079
0.0320 0.0058 0.0122 -0.0035 -0.0158 -4.5473 -1.6352
0.0325 0.0058 0.0119 -0.0051 -0.0163 -4.5411 -1.2273
0.0330 0.0056 0.0115 -0.0066 -0.0166 -4.3954 -0.6661
0.0335 0.0055 0.0112 -0.0081 -0.0167 -4.0889 0.0551
0.0340 0.0053 0.0109 -0.0095 -0.0166 -3.6129 0.9243
0.0345 0.0051 0.0105 -0.0106 -0.0161 -2.9781 1.9058
0.0350 0.0049 0.0102 -0.0115 -0.0152 -2.2178 2.9395
0.0355 0.0047 0.0099 -0.0122 -0.0140 -1.3857 3.9473
0.0360 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458 图形输出：
图2 连杆3的几个位置点
平面连杆机构及其设计答案复习进程
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
平面四杆机构教学设计
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目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion 3/ 29
教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析7.1平面机构自由度与运动副材料力学工程力学机械设计液压传动第七章平面运动机构第八章齿轮传动机构第九章其他常用机构第十章滚动轴承第十一章轴和轴毂连接7.2平面机构运动简图 7.3机构具有确定运动的条件7.4平面四杆机构机电一体化专业基础课
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析应用广泛日常的生产生活中很多装置及设备都应有平面四杆机构或者其变形形式类型多样拥有多种类型及其变形形式，需注意辨别0102平面四杆机构基础机构最简单的连杆机构，为以后学习多杆机构打下基础。 032学时04实用性强为以后从事机械设计工作打下理论基础 5/ 29
7.实验七 机构创新组合设计实验
实验七机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。 １
五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。 5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后，接通电源试机 6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面： ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。 ２
机构运动创新设计..
课程设计报告 学生姓名：________________ 学号：_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________
2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................
一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤
平面四杆机构教学设计
教学设计 设计思路： 本次课程的主要内容：首先通过PPT图片引出本次课程的学习内容平面四杆，然后通过介绍平面四杆机构的概念，并进行详细的讲解让学生理解并记住，引出新名词曲柄摇杆概念让学生分组进行讨论研究。教师介绍平面四杆机构的基本类型，并对每个类型讲解，列举生活中的应用实例，最后介绍四杆机构的判别方法，最后教师进行总结。教学内容：平面四杆机构。 教学目标： 知识与能力目标：1、引领学生对平面四杆机构进行学习。2.提升学 生理论知识与实际应用结合的能力。 过程与方法目标：培养学生提出问题、解决问题的能力。 情感态度与价值观目标：1.引导学生学习，调动学生学习积极性。 2.培养学生的自信心。 教学重点：平面四杆机构的组成。 教学难点：平面四杆机构的分类。 教学方法：案例教学法、分组讨论法 教材准备：《机械基础》 学情分析：学生在之前课时中已经学习过高副低副以及构件的概念。教材分析：《机械基础》是中等职业教育规划新教材，本次课《键连接和销连接》选自课本第四章第一节，介绍了键和销连接功能、类型、结构形式及应用是本书重点内容之一。为后面学习第五章构件、机械
的基础知识、工作原理和基本技能等知识打好理论知识基础，在机械专业中具有不容忽视的重要的地位。 教学过程： 1.首先教师通过复习之前课程学习过的高副低副以及构件的基本概 念并介绍平面四杆机构的概念，提问学生生活中有哪些类型的四杆机构？让学生进行思考。 2.教师通过展示平面四杆机构的图片，让学生对于平面四杆机构有 一个大致的了解，然后详细介绍每一构件。 3.教师讲解平面四杆机构的各种类型，并列举生活中的应用实例， 让同学们有进一步的了解。 4.教师通过讲授法给学生讲解平面四杆机构的判别方法。 5.教师最后进行评价总结，知识建构。 教学评价：根据学生在课堂上的表现，课堂学习的氛围，师生之间的互动情况反思教学设计思路是否合理，教学内容的选择和教学过程的安排是否合理，学生是否能跟上教师的节奏，内容的转换是否突兀，讲解的内容是否符合由浅入深的教学原则，并作出相应的修改和调整。案例教学是互动式的教学，学生可以变被动听讲为主动参与，有利于调动其学习积极性和主动性，激励学员独立思考，提高学生理解、运用和驾驭知识的能力，改善教学效果。
(完整word版)铰链四杆机构教学设计
《铰链四杆机构的类型及判定》教学设计 一、教学设计思路 本着以学生能力培养为本位，尊重学生的认知规律和职业成长规律，结合所教学生的实际情况（中职学生好动），在本次课堂教学中以铰链四杆机构的真实工作情境导入教学内容，提出本次课的工作任务，并以教学载体为主线组织教学，完成工作任务。学生课前做模型，老师评，课后按所学新知改进模型，体现“做中学，学中做”的教学思路。通过解析教学载体，使学生掌握知识点，培养学生的动手能力、协作能力。 二、教材分析： 本课内容选自中等职业教育国家规划教材《机械基础》第六章第二节。本教材前面五章的内容都是机械零件的静止运动，常用机构的教学内容需构建运动的思维，是一个由静向动的变化过程，学生应动起来（思维动起来、手动起来）。在教学中，课程第一章中机构的知识得到了运用与提升，同时本学习单元内容也为后续常用机构的学习垫定了基础。 三、教学目标 1、知识目标： （1）、熟悉高、低副接触的运动特点和四杆机构的组成条件。 （2）、掌握铰链四杆机构类型及其判定条件，了解其应用。 2、能力目标： （1）、课前预习并分小组制作铰链四杆机构模型，课后运用所学知识分析存在的问题，改进模型。 （2）、能够判断四杆机构是否存在曲柄，并能够根据已知条件确定四杆机构的形式。 3、情感目标： （1）、培养学生细心观察、分析问题及灵活运用所学知识解决问题的能力。 （2）、通过小组做模型，使学生养成学以致用，大胆实践的精神，同时增强同学间的团队协作意识。 四、教学重难点 教学重点：铰链四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆机构类型的确定。 教学难点：铰链四杆机构类型判定条件的应用。 教学关键：杆件的长度、位置与铰链四杆机构类型的关系 突破：做模型、动画、课件 五、教学准备 1、学生准备 （1）、知识储备：掌握运动副、构件、铰链四杆机构的组成等知识；具备初步分析机构运动特点能力。 （2）、预习新课，并在课前试做铰链四杆机构。 2、教师准备 （1）、准备制作铰链四杆机构的材料、课件、动画、教案、教学载体。 （2）、教学方法：讲授法、任务设计法、案例教学法（以教学载体为主线）、小组协作法。 （3）、教学资源：多媒体课件、投影仪、黑板、动画、机构模型
连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用
连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用 发表时间：2017-07-05T11:21:33.760Z 来源：《防护工程》2017年第4期作者：陶海涛 [导读] 本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 浙江红旗机械有限公司浙江 313200 摘要：连杆机构的常用方法连杆机构的运动学分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三个方面，其基础是力学中的运动学，现在己形成了较为成熟的连杆机构分析方法。机械产品通过创新设计，利用换代从根本解决产品更新问题。本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 关键词：连杆机构；创新设计；机械工程；应用 1 连杆机构及平面连杆机构 1.1 连杆机构概述 连杆机构又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构。 平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种型式是由四个构件组成的平面四杆机构。由于机构中的多数构件呈杆状，所以常称杆状构件为杆。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。 根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。 1.2 平面连杆机构 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂。 平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。 2 连杆机构运动学分析的常用方法 连杆机构的平面机构的机构，是将平面机构的位置分析问题归纳为求解三角形问题，并利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析，以机构中的“阿苏尔杆组”为基本单元，根据基本单元编制运动分析子程序，对每一基本杆组进行运动分析，解决了机械杆组的机构分析问题。同时把平面机构看成由一些相互约束的基点构成的系统，建立起数学模型，通过及诶额的运动分析，建立约束非线性方程组，需要引用数值解法各有特点，。针对连杆机构创新设计虚拟仿真的需要，选择基本杆组，调用相应的杆组程序对整个机构进行分析，在分析机构运动时，通过逐次求解各基本杆组来完成。建立不同机械运动分析的数学模型，随后编制成通用子程序，对速度及加速度等运动参数进行求解。快速求解出各点的运动参数。机构运动分析中构件之间应该满足装配条件，否则将不能进行正常的运动，为此建立构件库，形成机构运动简图符号库，由机构三维参数化实体模型库组成，如连杆的厚度。构件之间的拼接通过机构运动简图中构件之间的拼接关系直接生成，显示机械构件的编辑窗口进行参数的编辑。取两个构件上需要拼接的运动副来进行，把构件节点与提供的树映射 TreeMap 类，对所涉及的机构进行干涉检测。 3 连杆机构在机械工程实际工作中的具体应用 3.1 ANSYS软件对于机械工程结构的设计 合理的设计应该确保在各种环境下，使机械精确地保持形状和姿态。采用经验类比设计与简化计算相结合的方法，防止出现机械加工的产品成本高的问题，在当前客户要求越来越多样化的情况下，采用功能强大的ANSYS软件进行设计分析已成为可能，对建立的实体模型自动进行有限元网格的划分，提供了有限元计算的优异分析功能，可获得良好的计算精度。建立设计模型。进行有限元机械划分。建立边界条件，计算节点载荷，组成整体刚阵，求解有限元方程。建立实体模型，并输入需要产品材料特性，减少数量级的偏差。确定坐标系，可以完成计算中所有的前处理过程。 3.2 基于功能分析的创新设计机构系统设计 分析执行构件的运动形式，机械的连续旋转运动，往复摆动，往复移动和特殊功能运动，记录每分钟转位次数，运动系间歇转动数每分钟转角大小，满足机械运动规律的要求，适当设置调整环节。利用基本杆组法以机构中不可再分的运动链作为机构的基本单元，按单元编制通用的运动分析子程序，在分析进行机构运动后，将机构划分成基本杆组后对每一基本杆组进行运动分析，对整个根据工艺受力大小，制造加工难易进行比较，然后择优而取。曲柄摇杆机构的齿条齿轮机构及输出运动能够实现往复摆动，间歇往复摆动的组合机构可以实现间歇往复摆动，通过控制驱动液压缸，实现间歇往复摆动。利用连杆曲线的平面连杆机构，从动件凸轮机构，实现机械间歇往复移动。 3.3 在产品设计系统方面的创新 随着计算机辅助概念设计的研究,一些大型的CAD商品化软件中,生成高精度的曲面几何模型,并直接传送到机械设计和原型制造中,实现从符号描述到几何表示的映射,并对产品的相似实例进行评价与修改,进而获得产品概念设计的优化解。识别机构中的构件是否等于机构的原动件的数目,判定机构的运动确定性,构件中要对局部自由度、虚约束适当处理以便正确计算出机构的自由度。机械主动件做有规律运动,位置确定的运动时,每一个位置机构所有构件都是可行的。程序在计算位置并绘制机构运动过程中,评估机构运动分析中构件之间装配条件,杆
平面机构8个教案.
教案编号 1 课题平面连杆机构授课人曹国伟课型新授 课时8 教具Ppt 电脑 原设计者戴春灿授课时间 3、8 教学目标1．了解平面运动副及分类。 2．掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。3．掌握铰链四杆机构类型的判定。 4．了解含有一个移动副的四杆机构的类型和应用。5．理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。6．了解凸轮机构的组成、类型及应用。 7．了解棘轮机构的组成、类型及运动特点。 教学重点1、掌握铰链四杆机构的基本类型、特点及应用。 2、掌握铰链四杆机构类型的判定。 3、理解曲柄摇杆机构的急回运动特性和死点位置。 教学难点 掌握铰链四杆机构类型的判定。
教学过程（复习提问、精讲设计、课前或中预习内容及要求、设计当堂测试和作业、随堂小结等）
第一课时 一、组织教学：清点人数，端正坐姿 二、复习内容：机器和机构的区分 三、导入新课 人们的生活离不开机械，在日常生活中都随处可见（例如：螺钉、自行车、汽车、挖掘机），它通常有两类：一类是可以使物体运动速度加快的称为加速机械（自行车、飞机）；一类是使人们能够对物体施加更大力的称为加力机械（旋具、机床）。 四、讲授新课 运动副的概念及应用特点 1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式相对运动的可动联接。根据接触情况 可分为高副和低副。 （1）低副：两构件间作面接触的运动副。根据运动特征分为转动、副移动副和螺旋副。（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。按接触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。 2.运动副的应用特点 （1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。不能 传递较复杂的运动。 （2）高副特点：单位面积压力大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难，能传递较 复杂的运动。 3.低副机构与高副机构 机构中所有运动副均为低副的机构称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副的机 构称为高副机构。 (a)转动副(b) 移动副(c) 螺旋副
平面连杆机构及其设计(参考答案)
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
实验五 平面连杆机构创新设计实验
实验五平面连杆机构创新设计实验 一、实验目的 设计平面机构，并对所设计的机构进行拼接，完成机构特有的运动特性。二、实验仪器 8个创新组合实验台 三、实验要求 （1）每组设计两种不同的机构，其中一种机构从选题部分设计题目中进行选择，另一种机构自行命题，可以来源于参考书、网络或者现实生活中的机构，要求至少有两种基本连杆机构。要求在设计过程中利用一种创新设计方法对方案进行分析。 （2）每种机构都能实现其特定的运动特性。例如，牛头刨床要实现急回运动。通过查阅资料确定机构的运动特性。 （3）在报告上绘制初始方案的机构运动简图。 （4）实验报告请自行打印，将设计方案在课前准备好，填写到报告上。 （5）每班分成7-8组，每组3-4人。 （6）实验时自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 四、选题部分设计题目：（每组任选一个） 蒸汽机机构、精压机机构、牛头刨床机构、插床机构、筛料机构、行程放大机构。 机构具体要求： （一）蒸汽机机构： 要求：1.实现活塞的往复运动； 2.运动传递由电机→曲柄→……→滑块。 （二）精压机机构 要求：构件平稳下压，物料受载均衡 （三）牛头刨床主切削运动机构 要求：具有急回特性,运动传递由电机→齿轮减速→导杆→……→滑块 （四）插床机构
要求：1.具有急回特性。 2.插刀实现大行程往复运动。 3. 运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件插刀 （五）筛料机构 要求：1.具有急回特性。 2.加速度变化较大。 （六）行程放大机构： 要求：实现行程放大 五、报告要求 选题报告要求： （一）选题机构名称； （二）选题机构运动要求及特点； （三）利用功能分析法及设计目录对设计方案进行简单分析； （四）设计的机构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的机构简图。 自命题报告要求： （一）命题机构名称； （二）命题机构运动要求及特点； （三）对设计方案进行简单分析； （四）所设计的结构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的结构简图。
机构运动创新设计..
课程设计报告 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师：苏天一 2015 年 1 月5日
目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12
一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行
第二章平面连杆机构和设计与分析报告
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。Array AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件
平面连杆机构教学设计
平面连杆机构教学设计 赵县职教中心翟伟波 [教材分析] 平面连杆机构能以简单的结构实现复杂的运动规律，而且更以其独特可靠的低副联接形式，倍受广大机械设计人员的瞩目。其在工业、农业、冶金、化工、纺织、食品等机械中的应用实例不胜枚举。如此重要的教学内容，只有探寻一种形式新颖、方法独特的教学方法，才能收到良好的教学效果。 [教学对象分析] 机械制造专业的学生，普遍存在机械常识匮乏与对现实机械现象的有视无睹，该现象严重阻碍了专业课教学的进程和效果。教师在教学过程中，应充分考虑学生的现实情况，采取有效措施，让学生建立机械意识，以思维理念的变化架起理论与实践相结合的桥梁。 [对教师的要求] 教师在熟练掌握教材的基础上，善于运用生活中饶有兴趣的机械现象导入新课，巧妙地制造悬念，激发学生学习新知识的强烈愿望。教师要发挥主导作用，精心设计教学过程，为学生创造一个学习、发现、探索、创造的情境。教师要正确引导学生思维，让学生积极主动地做到理论与实践相结合。 一、教学目标： 知道：铰链四杆机构的组成。 掌握：铰链四杆机构曲柄存在的条件。 熟悉：铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 二、教学重点、难点： 铰链四杆机构曲柄存在的条件。 铰链四杆机构三种基本形式的形成条件。 三、教学方法： 诱趣探求，思维探索。 四、教具： 投影仪和屏幕、软质细杆：6cm（1根）、10cm（1根）、15cm（1根）、18cm（1根）、50cm （８根）、大头针（若干枚）、小刀（8把） 五、教学过程： （一）提出问题、引发思维、诱趣探求
导入语：同学们都观看过现场直播的电视节目，在这样的节目当中，摄影师最不想让观众看到的图像是什么？（稍顿） 学生回答：1、质量不好的画面。2、灯光不好、有阴影的画面。 3、表演出现错误的画面。 （一一否定、加强悬念，诱发求知欲）是电视画面中出现摄影架的镜头。摄影师要想把多角度、多层次的电视画面呈现在观众面前，这要归功于摄影机的驱动架。究竟驱动架采用了什么样的结构设计，能够让摄影师随心所欲，运动自如，诀窍就在四根小小的杆件上，下面我们来做一个模拟设计。 （二）示范操作，发展思维 [策略分析] 对于铰链四杆机构曲柄存在条件这一重要知识点的学习，传统的教学方法是根据三角形二边之和大于第三边的理论进行不等式的数学推导，其过程繁琐而刻板，效果欠佳。如果利用教具演示与思维点拨相结合的教学方法，学生会在宽松的课堂气氛中获得非常直观的感性知识，既突破难点，又发展了学生思维。 取出四根杆件（6cm，10cm，15cm，18cm），用大头针组成平面连杆机构。 分别以四根杆件为机架,演示并引导学生观察两个连架杆的运动情况. 平面连杆机构定义,类型(板书) 测量四根杆件的长度并让学生做记录,计算最短杆与最长杆长度之和与其余两杆长度之和的关系. 引导学生探求曲柄存在条件 曲柄存在条件(板书). 出示投影:铰链四杆机构三种基本形式:曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构的形成条件. (三)动手设计深化思维 [策略分析] 该程序是“思维探索型”教学方法的中心环节,学生感性认识形成以后,要分组进行设计。在设计过程中，充分发挥其主观能动性，边设计，边思考，既巩固了理论知识，又提高了动手能力，从而实现感性知识上升为理性知识，达到理论与实践有效结合。 分组：３２人，４人／组，共８组，由动手能力强的学生担任组长，发挥骨干作用。 组长领取设计材料：软质细杆１根，大头针若干，小刀一把。 分配设计任务。 （１，２）组曲柄摇杆机构 （３，４）组双曲柄机构
《铰链四杆机构》教学设计
《铰链四杆机构》教学设计 一、课程和任务分析 《机械基础》是机电专业中一门综合性的专业基础课，它主要研究了机械零件的材料、受力分析、机械传动及液压传动相关知识和常用机构各构件间的相对运动关系等。本节课是掌握各机构的运动特性和在实践中的应用的基础。 前次课已经学习了运动副的概念、分类及铰链四杆机构的组成，且对实物进行分析。而本次课的重点是掌握铰链四杆机构类型的判别的方法及曲柄摇杆机构运动特性分析和应用。 二、教学目的 １、明确铰链四杆机构的类型判断。 ２、了解不同类型铰链四杆机构的运动。 ３、明确曲柄摇杆机构的运动及应用 三、教学重点 １、铰链四杆机构的类型判别。 ２、曲柄摇杆机构的运动及应用分析。 四、教学难点 明确铰链四杆机构的类型。 五、课前准备 １、四个设定长度的杆，并在指定位置加工出小孔：四个小螺栓或曲别针（每桌一组）。 ２、家中（或市场）观察缝纫机工作时的运动情况或进行操作。 六、教学设想（教法、学法） 因为本课程时间性很强，为了更好的让学生理解和接受，教学中要求教师充分运用实物，模型等教学媒体辅助教学，使学生通过教具来加强感性认识，并提出相关启发学生积极思考，形成概念，加深理解和记忆。 教法：讲授演示结合法 教具：四杆机构、挂图 七、课时安排：（１课时４５min ） 八、课前提问：(４min ) ①什么是铰链四杆机构？ ②铰链四杆机构中各杆的名称 九、导入新课：(1min )铰链四杆机构中，机架和连架杆总是存在的，但是曲柄不一定存在。 那么我们来分析在一个四杆机构中曲柄是否存在呢？他又有那种基本形式呢？ 十、教学过程：(30min )（师生互动） §６－１平面连杆机构 二、铰链四杆机构 ２、铰链四杆机构的基本形式①铰链四杆机构的类型判别 a：为了让学生能更好得理解概念及“铰链四杆机构”的基本形式，让学生将课前准备好的四杆机构按要求在给定位置用螺栓连接，之后放好。 b:拿出自己课前做好的四杆机构进行演示（演示过程，变换主动件）。使学生对此机构有初步的了解认识，并得出结论： 是否有曲柄存在，取决于杆长，当Lmin+Lmax≤l′+l″时，则有： ①若取与最短杆相邻的任一杆为机架，则最短杆为曲柄。 ②若取最短杆为机架，则该机构为双曲柄机构。 ③若取最短杆的相对杆为机架则该机构为双摇杆机构。 C:变换最长杆的连接位置，使Lmin+Lmax>l′+l″并演示。
第七章 机构创新设计
第七章机构创新设计 第一节同轨迹连杆机构 第二节 新型内燃 机的开发 第三节 联轴器的 创新设计 第四节 抓斗的原 理方案创 新设计 第五节 过载保护 装置的机 械结构设 计 实例 第一节同轨迹连杆机构 同轨迹四连杆机构是指自由度 f相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构，但这组连杆机构的运动学尺寸不同，所以其受力状态、动态性能有巨大差异。因而，同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。 形成同轨迹连杆机构的罗伯特－契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的，因此称为“罗伯特－契贝谢夫定理”。该定理的内容是：由一个四杆铰链机
构发生的一条连杆曲线，还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。或表述为同一连杆曲线，可以用三个不同的机构来实现。 1.连杆点k位于连杆两铰链连线上的同迹连杆机构 图形缩放原理如下图7－1a所示为一平行四边形机构，由平行四边形obkd与机架在o点铰接而成。a点为bk杆延长线上的一点。连接ao 得交点c。当a点沿任意给定轨迹运动时，c点将给出与a点相似但缩小了的轨迹。⑴ao除以co与ab除以kb的值是相等的为常数m（射线定理）。⑵当此四边形作为一刚体绕o转动一角度时，a点转到a'，按射线定理有aa'与cc'的比值与ao与co的比例等于常数m。a点的一切运动都是这两部分运动的合成。因此c点的运动是以缩小的比例模拟a 点的运动，反之亦然。
图7－1 连杆点k在连杆线上的同还连杆机构
第一个同迹连杆机构设计如图7－1b所示，在原始机构上作平行四边形导引机构bodk。曲柄c0cdo为所示的第一个同迹连杆机构，k为连杆cd延长线上的点。所示曲柄拉摇杆机构的尺寸，如图中下面的公式。 第二个同迹连杆机构设计如图7－1c所示，在原始机构上作平行四边形导引机构a0ake。双摇杆机构a0efco为所求的第二个同迹连杆机构。第三个同迹连杆机构设计如图7－1d所示，co是两具同迹连杆机构中共同的新机架的固定铰链点，机架的三个固定铰链点a0与o，a0与co，o与co。 2.任意连杆点 k的同迹连杆机构 在图7－2a中，四杆机构a0a1b1b0为a1b1上有附加连杆点k的原始机构。由罗伯特－契贝谢夫定理决定的另两个四杆机构为a0a2c2c0
平面连杆机构的优化设计教案
平面连杆机构的优化设计 【教学目标】 1.了解连杆机构优化设计的一般步骤 2.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学重点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学难点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学准备】 多媒体课件、直尺、圆规。 【教学过程】 一、以工程实际案例引入课题 实例1：飞机起落架（结合最近美国波音飞机频繁失事的新闻） 实例2：汽车雨刮器 说明：平面连杆机构的实用在生产生活中随处可见，是机械设计当中常见的一种机构。 二、定义回顾 【提问】平面四杆机构的基本形式有哪些？ 【预设】机械原理是本科第四学期的课程，学生可能记不全，要引导性地带大家回忆。 【答案】曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 三、回顾以前所学习的连杆机构设计方法，对比引入优化设计。 新课教授 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
1.设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。 [][] 1234512340T T x x x x x x l l l l ?== 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算时常l 1=1 ， 而其他杆长按比例取为l 1 的倍数。 ()()22212430124arccos 2l l l l l l l ???++-=??+???? ()221243034arccos 2l l l l l l ψ??+--=?????? 经分析后，只有三个变量为独立的： [][] 123234T T x x x x l l l == 2.目标函数的建立 目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律之间的偏差最小为指标来建立，即
完整word版铰链四杆机构教学设计
教学设计 《铰链四杆机构的类型及判定》教学设计 一、教学设计思路 本着以学生能力培养为本位，尊重学生的认知规律和职业成长规律，结合所教学生的实际情况（中职学生好动），在本次课堂教学中以铰链四杆机构的真实工作情境导入教学内容，提出本次课的工作任务，并以教学载体为主线组织教学，完成工作任务。学生课前做模型，老师评，课后按所学新知改进模型，体现“做中学，学中做”的教学思路。通过解析教学载体，使学生掌握知识点，培养学生的动手能力、协作能力。 二、教材分析： 本课内容选自中等职业教育国家规划教材《机械基础》第六章第二节。本教材前面五章的内容都是机械零件的静止运动，常用机构的教学内容需构建运动的思维，是一个由静向动的变化过程，学生应动起来（思维动起来、手动起来）。在教学中，课程第一章中机构的知识得到了运用与提升，同时本学习单元内容也为后续常用机构的学习垫定了基础。 三、教学目标 、知识目标：1（1）、熟悉高、低副接触的运动特点和四杆机构的组成条件。（2）、掌握铰链四杆机构类型及其判定条件，了解其应用。 2、能力目标： （1）、课前预习并分小组制作铰链四杆机构模型，课后运用所学知识分析存在的问题，改进模型。 （2）、能够判断四杆机构是否存在曲柄，并能够根据已知条件确定四杆机构的形式。 3、情感目标： （1）、培养学生细心观察、分析问题及灵活运用所学知识解决问题的能力。 （2）、通过小组做模型，使学生养成学以致用，大胆实践的精神，同时增强同学间的团队协作意识。 四、教学重难点 教学重点：铰链四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆机构类型的确定。 教学难点：铰链四杆机构类型判定条件的应用。 教学关键：杆件的长度、位置与铰链四杆机构类型的关系 突破：做模型、动画、课件 五、教学准备 1、学生准备 （1）、知识储备：掌握运动副、构件、铰链四杆机构的组成等知识；具备初步分析机构运动特点能力。 （2）、预习新课，并在课前试做铰链四杆机构。 2、教师准备 （1）、准备制作铰链四杆机构的材料、课件、动画、教案、教学载体。