平面四杆机构的运动特性

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1、1复习旧课问题1：铰链四杆机构中各个构件的名称是什么？摇杆连杆曲柄机架4 机架，机架，2 2 连杆，连杆，1 1、3 3 连架杆连架杆问题2：铰链四杆机构有哪三种基本形式？问题3：铰链四杆机构中存在曲柄的条件？（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆 长度之和（称为杆长之和条件）；（2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。2平面四杆机构的运动特性平面四杆机构的运动特性问题1：观察曲柄摇杆机构的运动，回答柄摇杆机构中曲柄和摇杆的运动各有什么特点？问题2：摇杆在空回行程和工作行程往复摆动的过程中，哪个行程运动速度较快？一、急回特性 我们再来看上图的曲柄摇杆机构，曲柄为主动件我们再来看上图的曲柄摇

2、杆机构，曲柄为主动件逆时针逆时针匀匀速转动，当摇杆从右向左摆动时速度较慢，从左向右摆动时速转动，当摇杆从右向左摆动时速度较慢，从左向右摆动时速度较快。也就是说摇杆的返回速度较快，我们称它具有速度较快。也就是说摇杆的返回速度较快，我们称它具有急急回运动特性回运动特性。为什么会出现这种现象呢？。为什么会出现这种现象呢？下面我们来分析：下面我们来分析：问题问题摇杆在两个极限位置时，摇杆在两个极限位置时，所对应的曲柄和连杆处于所对应的曲柄和连杆处于怎样的位置关系？怎样的位置关系？u 在在曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称两

3、个极限位置，简称极位极位；此时输入构件曲柄相对应位置之间所夹角的锐角此时输入构件曲柄相对应位置之间所夹角的锐角称为称为极位夹角。极位夹角。工作行程工作行程 当曲柄以当曲柄以逆时针转过逆时针转过180180+时，摇杆时，摇杆从从C C2 2D D位置摆到位置摆到C C1 1D D。所花时间为所花时间为t t1 1,平均速平均速度为度为V V1 1,则有：则有：空回行程空回行程 当曲柄以当曲柄以继续转过继续转过180180-时，摇杆从时，摇杆从C C1 1D D位位置摆到置摆到C C2 2D D，所花时间为，所花时间为t t2 2,平均速度平均速度为为V V2 2,则有：则有：/)180(1t11

4、21tCCV)180/(12CC2212tCCV)180/(21CC/)180(1t推导结果：推导结果：因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动时间不一样，平因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动时间不一样，平均速度也不相等均速度也不相等：t1 t2 t1 t2，V2 V1V2 V1u 急回特性的定义：急回特性的定义：主动件等速旋转时，作往复运动的从动件在主动件等速旋转时，作往复运动的从动件在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的这种运动特性称为速度的这种运动特性称为急回特性。急回特性。u 曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用曲柄摇杆机构的急回运动程度可以用 行程速比因数

5、行程速比因数K K 来表示，来表示，K等于从动件空回行程的平均速度与工作行程的平均速度之比。等于从动件空回行程的平均速度与工作行程的平均速度之比。12VVK122121tCCtCC21tt180180 只要只要0 0，机构就具有急运动；并且，机构就具有急运动；并且越大，越大，K K 值越大，值越大，急回程度就越高，但机构的平稳性下降。急回程度就越高，但机构的平稳性下降。故，可通过分析机构中是否存在故，可通过分析机构中是否存在极位夹角极位夹角以及以及的大的大小来判断机构是否有急回运动以及急回运动的程度。小来判断机构是否有急回运动以及急回运动的程度。:180180可得由K11180KK行程速比因数

6、行程速比因数K K总结归纳：平面四杆机构具有急回特性的条件具有急回特性的条件：主动件作整周回转运动；从动件往返运动且有极位；从动件存在两极位时，主动件相应的有极 位夹角，且极位夹角 0。注注意意4拓展延伸拓展延伸（1）曲柄滑块机构的急回特性）曲柄滑块机构的急回特性（2）摆动导杆机构机构的急回特性）摆动导杆机构机构的急回特性偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 因为从动件滑块导路的中心线不通过曲柄的回转中心，因为从动件滑块导路的中心线不通过曲柄的回转中心，c1c1、c2c2为滑块的两极限位置，为滑块的两极限位置，极位夹角极位夹角存在，故该机构存在，故该机构具有急回特具

7、有急回特性性，滑块行程不是曲柄长度的两倍。，滑块行程不是曲柄长度的两倍。偏偏置置曲曲柄柄滑滑块块机机构构 因滑块导路的因滑块导路的中心线通过曲柄的回转中心中心线通过曲柄的回转中心，从动件滑块，从动件滑块位于极限位置时，无极位夹角，故机构位于极限位置时，无极位夹角，故机构无急回特性无急回特性。滑块行程不是曲柄长度的两倍，广泛应用于蒸汽机、内滑块行程不是曲柄长度的两倍，广泛应用于蒸汽机、内燃机以及各种冲压机器中。燃机以及各种冲压机器中。对对心心曲曲柄柄滑滑块块机机构构 摆动导杆机构机构的急回特性摆动导杆机构机构的急回特性 该机构具有急回运动性质，且具有最好的传力性能，常用于牛头刨床、插床等。应用实

8、例应用实例牛头刨床主机构牛头刨床主机构、插床导杆机构插床导杆机构。机构急回特性的应用实例机构急回特性的应用实例拓展应用拓展应用设计目的：设计目的：通过通过演示牛头刨床主机构、插床导杆机演示牛头刨床主机构、插床导杆机构构的实际工作过程，让学生观察分析，分组讨论，的实际工作过程，让学生观察分析，分组讨论，从而得到从而得到急回特性的意义急回特性的意义利用机构的急回特性，利用机构的急回特性，可缩短非生产工作时间，提高工作效率。可缩短非生产工作时间，提高工作效率。这样可以使学生对急回特性的应用有了进一步的感这样可以使学生对急回特性的应用有了进一步的感性认识性认识.实例1：牛头刨主机构 这是一个六杆机构，

9、曲柄整周匀速转动，带动刨刀往复移动,该机构利用摆动导杆机构的急回特性使刨刀快速退回，缩短非生产工作时间，以提高工作效率。实例实例2 2：插床导杆机构插床导杆机构 利用利用摆动导杆机构摆动导杆机构的急回特性的急回特性使插刀快速使插刀快速退回，缩短非生产工作退回，缩短非生产工作时间以提高工作效率。时间以提高工作效率。你用过缝纫机吗？当你踩你用过缝纫机吗？当你踩缝纫机踏板时，由于操作缝纫机踏板时，由于操作不当，遇到过踩不动或使不当，遇到过踩不动或使缝纫机飞轮反转的情况吗？缝纫机飞轮反转的情况吗？这是为什么呢？这是为什么呢？二、死点位置二、死点位置 F V 1 1死点的概念死点的概念 曲柄摇杆机构中，

10、曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件，曲柄为从动件摇杆为主动件，曲柄为从动件，当连杆与从动曲，当连杆与从动曲柄柄共线共线时，机构的传动角时，机构的传动角 0 0 ，9090此时摇杆此时摇杆CD CD 通过连杆作用通过连杆作用于从动曲柄于从动曲柄ABAB上的力恰好通过曲柄回转中心，故出现了不能使曲柄上的力恰好通过曲柄回转中心，故出现了不能使曲柄ABAB转转动的动的卡死现象卡死现象，机构的这种连杆与从动件共线、传动角为零时的位置称，机构的这种连杆与从动件共线、传动角为零时的位置称为机构的为机构的死点位置或死点死点位置或死点。死点死点死点死点复习复习:压力角压力角 ：从动件受力：从动件受力方向与受力点线速度

11、方方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角。向之间所夹的锐角。ABCD传动角传动角 ：压力角：压力角的余角，也等于连的余角，也等于连杆与从动件之间所杆与从动件之间所夹的锐角夹的锐角注意：注意：平面四杆机构是否存在平面四杆机构是否存在“死点死点”取决于从动件与连杆是否共线。取决于从动件与连杆是否共线。总结总结机构具有机构具有死点位置死点位置的条件：的条件：a a、主动件为摇杆；、主动件为摇杆；b b、从动件与连杆共线，即：压力角为、从动件与连杆共线，即：压力角为=90=90、传动角、传动角=0=0。机构处于死点位置，从动件会出现机构处于死点位置，从动件会出现卡死（机构自锁）卡死（机构自锁）或运或运动

12、方向不确定的现象。动方向不确定的现象。（1 1）死点的利用）死点的利用 在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如如工件加紧机构工件加紧机构、飞机起落架飞机起落架等。等。连杆2与连架杆3共线，此时不管N多大，作用在1上的力由2传给3时总是通过3的回转中心D，无法使其转动。2 2死点的利弊死点的利弊应用实例应用实例1 1：工件加紧机构工件加紧机构 BC BC、CDCD共线，机构处于死点位共线，机构处于死点位置，承受着陆时的地面反力，作用于置，承受着陆时的地面反力，作用于CDCD的力通过其铰链中心的力通过其铰链中心D D，故起落架，故起落架不会反转（摇杆不会

13、反转（摇杆CDCD不会转动），从而不会转动），从而使飞机的降落更加安全可靠。使飞机的降落更加安全可靠。应用实例应用实例2 2：飞机起落架飞机起落架=0=0F飞机起落架机构（2 2）死点的缺陷）死点的缺陷 对于对于传动机构传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构顺利通过死点位置。列措施使机构顺利通过死点位置。克服死点的措施：克服死点的措施：利用系统的惯性；如利用系统的惯性；如缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构 利用多组机构错列；如利用多组机构错列；如火车轮机构火车轮机构应用实例应用实例1：缝纫机的脚踏机构缝纫机的脚踏机构 脚踏机构将踏板的往复摆动脚踏

14、机构将踏板的往复摆动变换为带轮的单向转动，就是借变换为带轮的单向转动，就是借助助带轮的惯性带轮的惯性通过死点位置，并通过死点位置，并使带轮转向不变的。使带轮转向不变的。利用惯性利用惯性应用实例应用实例2：火车轮机构火车轮机构利用两组机构错开排列利用两组机构错开排列AEDGBFCABEFDCG5演练反馈演练反馈 扣住本节，我设置了五个习题，通过学生的回答，教师归纳总结使学生更好的区分急回特性和死点产生条件的不同。（1 1）当曲柄为原动件时，具有急回特性的机构有）当曲柄为原动件时，具有急回特性的机构有()()。A A 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 B B 偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 C C 摆动

15、导杆机构摆动导杆机构 D D 双曲柄机构双曲柄机构（2 2）有急回特性的平面连杆机构的行程速度变化系数）有急回特性的平面连杆机构的行程速度变化系数()()。A A、K=1 B K=1 B、K1 K1 、K1 D K1 D、K1K1（3 3）极位夹角越大，机构的急回特性越显著。（判断）极位夹角越大，机构的急回特性越显著。（判断）（4 4）已知曲柄摇杆机构的行程速比因素数）已知曲柄摇杆机构的行程速比因素数K K 为为1.41.4，求极位夹角？，求极位夹角？（5 5）如图所示，）如图所示，=30=30，该机构的行程速比因数，该机构的行程速比因数k k为多少？为多少？6课堂小结课堂小结 在演练反馈的基

16、础上，我采用对比法总结出本节重点内容：本节重点内容：急回特性和死点产生的条件急回特性和死点产生的条件，加深学生印象。机构具有死点位置的条件：机构具有死点位置的条件：主动件为摇杆；主动件为摇杆；从动件与连杆共线，即：压力角为从动件与连杆共线，即：压力角为 =90=90、传动角、传动角 =0 =0。平面四杆机构具有急回特性的条件：平面四杆机构具有急回特性的条件：主动件作整周回转运动；主动件作整周回转运动；从动件往返运动且有极位；从动件往返运动且有极位；从动件存在两极位时，主动件相应的有极位夹角从动件存在两极位时，主动件相应的有极位夹角，且极位夹角且极位夹角 0 0。7布置作业布置作业上交作业：上交作业：P68P68：T1.1T1.1，T1.5T1.5，T6T6。目的：巩固本节所学知识目的：巩固本节所学知识思考题：思考题：1 1、我们坐折叠椅的时候，靠在椅背上，为何靠椅不会自动、我们坐折叠椅的时候，靠在椅背上，为何靠椅不会自动松开或合拢？松开或合拢？通过设置这样的课后思考问题，有利于学生在生活中通过设置这样的课后思考问题，有利于学生在生活中应用本节所学的知识，达到举一反三，学以致用的目的。应用本节所学的知识，达到举一反三，学以致用的目的。