（中职）机械基础（多学时）单元五课题一（3）电子教案.doc

【课题】平面四杆机构（3）【教材版本】【教学目标】1. 理解铰链四杆机构的演化。2. 理解平面四杆机构急回运动特性、压力角和死点位置的运动现象。3. 了解平面机构中拉压构件的强度分析。【教学重点、难点】教学重点：1. 铰链四杆机构的演化形式。教学难点： 1.平面四杆机构急回运动特性、压力角和死点位置。【教学媒体及教学方法】借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨论，师生充分互动，采用大量联系实际的案例，调动学生的学习积极性，培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。【课时安排】2课时（45分钟×2）【教学建议】 教学中应交替使用教材、实物和图片。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反应，使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。【教学过程】任务导入（5分钟）新课讲授（75分钟）2.3 铰链四杆机构的演化 在生产实际应用中，除了上述的三种基本型式外，还广泛采用其他型式的四杆机构，一般是通过改变铰链四杆机构某些构件的形状、相对长度或不同构件作为机架等方法演化而成，主要有曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和定块机构。2.3.1 曲柄滑杆机构曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑快的平面四杆机构，是由曲柄摇杆机构演化而来，图5-1-11a、b所示为曲柄滑块机构运动简图。曲柄1作连续整周转动，滑块3作往复直线移动。图5-1-11a所示，滑块移动导路中线通过曲柄转动中心，称为对心曲柄滑块机构。 a对心曲柄滑块机构 b. 偏心曲柄滑块机构图5-1-11 曲柄滑块机构图5-1-11b所示，滑块移动导路中线不过曲柄转动中心，称为偏置曲柄滑块机构。对于偏置曲柄滑块机构，要保证构件1为曲柄，必须满足l1+el2 （5-1）曲柄滑块机构的运动特点是将转动转化为往复移动，或将移动转化为转动。图5-1-12为常见的一些应用实例。图5-1-12a为压力机中应用的曲柄滑块机构；图5-1-12b为在内燃机中，应用滑块（活塞）的往复移动转换成曲柄（曲轴）的旋转运动；图5-1-12c为搓丝机应用的曲柄滑块机构；图5-1-12d为自动送料装置，曲柄转一周滑块就从料槽中推出一个工件。 a压力机 b. 内燃机 c搓丝机 b. 自动送料装置图5-1-12 曲柄滑块机构应用实例2.3.2 导杆机构导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成的，若将对心曲柄滑块机构（图5-1-13a）中的构件1作为机架，就形成导杆机构。导杆机构可分为转动导杆机构和摆动导杆机构两种。（1）动导杆机构如图5-1-13a所示，当l1l2时，机架1为最短杆，它相邻杆2与导杆4均能绕机架作连续转动，故称为转动导杆机构。图5-1-13b所示为插床机构，其中构件1、2、3、4组成转动导杆机构。工作时，导杆4绕A点回转，带动构件5及插刀6往复运动，进行切削。 a b.图5-1-13 转动导杆机构（2）摆动导杆机构当l1l2时，如图5-1-14a所示，机架1不是最短杆，它的相邻构件导杆4只能绕机架摆动，故称为摆动导杆机构。图5-1-14b所示为刨床机构，其中构件1、2、3、4组成摆动导杆机构。工作时导杆4摆动，带动构件5及刨刀6往复运动，实现刨削。 a b.图5-1-14 摆动导杆机构2.3.3 定块机构 a b.图5-1-15 定块机构若取对心曲柄滑块机构（图5-1-15a）中的构件3（滑块）为机架，如图5-1-15a所示，则滑块固定不动，故称为固定滑块机构，简称定块机构。图5-1-15b所示的手动泵是定块机构的应用实例。扳动手柄1，使导杆4连同活塞3上下移动，便可抽水或抽油。2.3.4 摇块机构若取对心曲柄滑块机构（图5-1-16a）中的构件2为机架，如图5-1-16a所示，因滑块3只能相对机架摇动，故称为摇动滑块机构，简称摇块机构。这种机构多用摆缸式内燃机或液压驱动装置。如图5-1-16b所示为卡车车厢的自动翻转卸料机构。利用油缸中油压推动活塞杆4运动，迫使车厢1绕B点翻转，物料便自动卸下。 a b.图5-1-16 摇块机构*2.4平面四杆机构的急回运动特性、压力角和死点位置2.4.1 平面四杆机构急回运动特性下面以曲柄摇杆机构为例，说明机构的急回特性。在图5-1-17所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为主动件。曲柄在旋转过程中每周有两次与连杆共线，如图5-1-17中的B1AC1和AB2C2两位置。这时的摇杆位置C1D和C2D称为极限位置，简称极位。当从动件摇杆处于两极限位置时，主动件曲柄对应的两位置AB1和AB2所夹的锐角称为极位夹角。C1D与C2D的夹角称为最大摆角。图5-1-17 曲柄摇杆机构的运动特性设曲柄以等角速度1顺时针转动，从AB1转到AB2和从AB2到AB1所经过的角度为（180°）和（180°），所需的时间为t1和t2 。相应的摇杆从C1D摆动C2D的行程为工作行程，克服生产阻力对外做功；从C2D摆动C1D的行程为空回行程，只克服运动副中的摩擦阻力，C点在工作行程和空回行程中的平均线速度分别为v1和v2 ，显然有t1t2 ，v1v2 。这种空回行程速度大于工作行程速度的现象称为急回特性，通常用v1与v2的比值K来描述急回特性，K称为行程速比系数，即 (5-2)或有 (5-3)可见，越大K值就越大，急回特性就越明显。急回特性在实际中广泛应用于单向工作的场合，使空回行程所花的非生产时间缩短以提高生产率。例如牛头刨床滑枕的运动。2.4.2 平面四杆机构压力角和死点位置的运动现象在工程应用中,不仅要求连杆机构能满足机器的运动要求，而且希望运转轻便，效率较高，也即具有良好的传力性能。（1）压力角和传动角衡量机构传力性能的特性参数是压力角。在不计构件重力、惯性力和运动副中的摩擦力时，从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，称为机构的压力角。图5-1-18 曲柄摇杆机构的压力角和传动角如图5-1-18所示的曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，摇杆CD为从动件。由于不计重力与摩擦，连杆BC为二力杆。所以主动件AB通过连杆BC传给从动件CD的力F，总是沿着BC杆方向。受力点的速度Vc的方向垂直于CD杆。力F与Vc之间所夹的锐角即为机构该位置的压力角。将传动力F沿速度Vc的方向和垂直于速度的方向分解为Ft = FFn = FFt是推动从动件运动的分力，称为有效分力；Fn不仅对从动件无推动作用，反而会增大铰链间的摩擦力，称为有害分力。显然压力角越小，有效分力Ft越大，对机构传动越有利。因此，压力角是衡量机构传力性能的重要参数。在具体应用中，为度量方便和更为直观，常将压力角的余角称为传动角，在曲柄摇杆机构中就是连杆和从动件所夹的锐角。由于更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角随机构的不断运动而相应变化，越大，机构传力性能越好；反之，机构传力性能就差。当过小时，机构就会自锁。为保证机构有较好的传力性能，应控制机构的最小传动角min。一般可取min40°，重载高速场合取min50°。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个位置之一，如图5-1-18所示的B1点或B2点位置。偏置曲柄滑块机构，以曲柄为主动件，滑块为工作件，传动角为连杆与导路垂线所夹锐角，如图5-1-19所示。最小传动角min出现在曲柄垂直于导路时的位置，并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构，即偏距e = 0 的情况，显然其最小传动角min出现在曲柄垂直于导路时的位置。对以曲柄为主动件的摆动导杆机构，如图5-1-20所示，因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆，其传动角恒为90°，即 = min = max =90°,表明导杆机构具有最好的传力性能。图5-1-19 曲柄滑块机构的传动角 图5-1-20 摆动导杆机构（2）死点位置从Ft = F cos知，当压力角 = 90°时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称为止点，又称死点。如图5-1-21a)所示的曲柄摇杆机构，若摇杆为主动件，当从动曲柄AB与连杆BC共线时，出现压力角 = 90°，传动角 = 0。如图5-1-21b所示的曲柄滑块机构，如果以滑块为主动件，则当从动曲柄AB与连杆BC共线时，外力F无法推动从动曲柄转动。机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依靠惯性越过止点；另一方面是运动方向不确定，可能因偶然外力的影响造成反转。 a b.图5-1-21 平面四杆机构的止点位置四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图5-1-21a)所示的曲柄摇杆机构，如果曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图5-1-21b所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。止点的存在对机构运动是不利的，应尽量避免出现止点。当无法避免出现止点时，一般可以采用加大从动件惯性的方法，靠惯性帮助通过止点。例如内燃机曲轴上的飞轮。也可以采用机构错位排列的方法，靠两组机构止点位置差的作用通过各自的止点。在实际工程应用中，有许多场合是利用止点位置来实现一定工作要求的。如图5-1-22a所示为一种快速夹具，要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具，所以将夹头构件1看成主动件，当连杆2和从动件3共线时，机构处于止点，夹紧反力N对摇杆3的作用力矩为零。这样，无论N有多大，也无法推动摇杆3而松开夹具。当我们用手搬动连杆2的延长部分时，因主动件的转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。如图5-1-22b所示为飞机起落架处于放下机轮的位置，地面反力作用于机轮上使AB件为主动件，从动件CD与连杆BC成一直线，机构处于止点，只要用很小的锁紧力作用于CD杆即可有效地保持着支撑状态。当飞机升空离地要收起机轮时，只要用较小力量推动CD，因主动件改为CD破坏了止点位置而轻易地收起机轮。此外，还有汽车发动机盖、折叠椅等。 a b.图5-1-22 机构止点位置的应用学习评价及作业（10分钟）1、学习评价充分体现学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，体现教师在教学中的另一主体地位，引导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。 2、课堂小结简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点晴并指出需要注意的问题）。3、布置作业：