平面连杆机构创新设计（精选6篇）

平面连杆机构创新设计 第1篇

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（５，６）组

双摇杆机构 最长杆＋最短杆≤其余两杆长度之和。以最短杆的相对杆为机架。

（７，８）组

双摇杆机构：最长杆＋最短杆〉其余两杆长度之和。巡回指导，及时解答学生疑问并纠正设计过程中的错误操作。每组选派一人，表述设计思路，展示设计成果。

（四）探索创新，升华思维

［策略分析］通过展示设计成果，学生心中普遍产生一种成就感，自然的心理倾向是学有所用，此时教师要善于捕捉学生心理，适时提问：究竟谁的设计成果能应用在摄影机的驱动机构上？课堂气氛再度活跃，既升华学生思维，又能达到首尾呼应，探索创新的目的。提问：究竟谁的设计成果能应用在摄影机的驱动机构上？

引导学生进行小组讨论。总结发言：指出应为双摇杆机构。课堂小结：网络知识体系。

教学反馈：自由研读教材当中列举的应用实例。布置作业：P118：３、４、５、６、７、８

附：板书设计：平面连杆机构

一、平面连杆机构

３、基本类型 １、定义、特点

（１）曲柄摇杆机构 ２、类型

条件：

二、铰链四杆机构：

（２）双曲柄机构 １、组成 条件： ２、曲柄存在条件

（３）双摇杆机构（１）

条件：（２）

平面连杆机构创新设计 第2篇

平面连杆机构及其设计

平面四杆机构的类型和应用

一、平面四杆机构的基本型式

1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构 3．双摇杆机构

二、平面四杆机构的演化型式

1．改变构件的形状和运动尺寸

曲柄摇杆机构-----曲柄滑块机构 2．改变运动副的尺寸

偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而成的。3．选用不同的构件为机架

（a）曲柄滑块机构（b）ABBC为摆动导杆机构）（c）曲柄摇块机构（d）直动滑杆机构（定块机构）

平面四杆机构的基本知识

一、平面四杆机构有曲柄的条件

1．铰链四杆机构中曲柄存在的条件（1）存在周转副的条件是：

最长杆长度其余两杆长度之和①最短杆长度，此条件称为杆长条件。

②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。（意即：连架杆和机架中必有一杆是最短杆）2满足杆长条件下，不同构件为机架时形成不同的机构

①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一构件为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构。

②以最短构件为机架，则其相邻两构件为曲柄，即该机构为双曲柄机构。③以最短构件的对边为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。

注：1）曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤ b

2）导杆机构：a < b时，转动导杆机构； a > b时，摆动导杆机构。

二、急回运动和行程速比系数

1．极位与极位夹角

（1）极位：机构的极限位置（即摇杆两极限位置，曲柄与连杆两次共线位置）。（2）极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角。（会作图求极位夹角）（3）摆角：摇杆两极限位置之间的夹角。2．急回运动

在一周中，曲柄等速转动，但摇杆是不等速的：工作行程v1空回行程v2，摇杆的这种运动性质称为急回运动。

3．行程速比系数K：衡量急回运动的程度。

v2t11180Kv1t22180注：极位夹角可用图解法和解析法求得。4．结论：

180

K1K1

（1）K1，即v2v1，即机构有急回特性。可通过此判定曲柄的转向。

（2）当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时，机构便具有急回运动特性。（注：对心曲柄滑块机构：无急回特性； b：偏心曲柄滑块机构：有急回特性。）（3）,K，机构急回运动也越显著。所以可通过分析及的大小，判断机构是否有急回运动及急回运动的程度。雷达天线的俯仰传动的曲柄摇杆机构无急回特性。

（4）急回运动的作用：在一些机械中可以用来节省动力和提高劳动生产率。三、四杆机构的传动角与死点

1．压力角和传动角(会作图)（1）压力角：从动杆件受力方向和受力作用点速度方向之间所夹的锐角。

90。实际就是连杆与从动杆件之间所夹的锐角。（2）传动角：压力角的余角，（3）结论：越小，机构的传力性能越好。可见是判断机构传力性能是否良好的标志。相应有越大，机构的传力性能越好。

最小传动角出现的位置

b2c2(da)21arccos2bc 222bc(da)2arccos2bc或：

b2c2(da)22180arccos2bc或：。1和2中小者为min

即min出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一。注：

①导杆机构的传动角：

图示导杆机构中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，试问：

若LAB为原动件，试比较在e > 0和e=0两种情况下，曲柄摆动导杆机构的传动角，哪个是常数，哪个是变数，哪种传力效果好？

解答：

对于e=0时的摆动导杆机构，传动角=90º、压力角0均为一常数，对于e>0时的摆动导杆机构，其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆，且随曲柄的转动而变化，而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆，故压力角不为零，而传动角0< 90且是变化的。从传力效果看，e=0的方案好。

②曲柄滑块机构的min

对心曲柄滑块机构中：

2．死点

在曲柄摇杆机构中，摇杆CD为主动件，连杆与从动曲柄共线时，曲柄AB不能转动而出现顶死的现象。这个位置称为死点。

（1）原因：连杆作用曲柄的力通过回转中心A，对A点无矩，不能驱使其转动。传动角0（2）改善方法：目的：使机构能够顺利通过死点而正常运转。1.错列2.装飞轮加大惯性 常见题型：

1.如图所示铰链四杆机构中，已知lBC500mm，lCD350mm，lAD300mm，AD为机架。

试问：1．若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； 2． 若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值； 3． 若此机构为双摇杆机构，求lAB的的取值范围。

解题要点：

在铰链四杆机构由曲柄的条件中，其杆长条件是机构

图

有曲柄的根本条件。若满足杆长条件，以最短杆或与最短杆相邻的杆为机架，机构则有曲柄；否则无曲柄；若不满足杆长条件，无论取哪个构件为机架，机构均无曲柄，即为双摇杆机构。

解：1.因AD为机架，AB为曲柄，故AB为最短杆，有

lABlCDlADlBC350300500150mm

lAB150mm

max2.因AD为机架，AB及CD均为曲柄，故AD杆必为最短杆，有下列两种情况：

若BC为最长杆（即AB为中间杆），则lABlBC500，且lADlBClABlCD 故

lABlADlBClCD300500350450mm 得

450 lAB500

若AB为最长杆，则lABlBC500，且lADlABlBClCD 故

lABlBClCDlAD500350300550mm 得

500 lAB550

lABmin450mm

3．如果机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。

若lAB为最短杆，则lABlBClCDlAD

故

lABlCDlADlBC350300500150mmlmm ABmax150

若lAB为最长杆，则lADlABlBClCD

故

lABlBClBClAD500350300550mm

若lAB即不是最短杆，也不是最长杆，则lADlBClABlCD

故

lABlADlBClCD300500350450mm

若要保证机构成立，则应有

lABlBClCDlAD5003503001150mm

故当该机构为双摇杆机构时, lAB的取值范围为 150mm

（浙工2015

（江苏大学2014）

三、（20分）图示连杆机构中，已知各构件的尺寸为lAB40mm，lBC65mm，lCD50mm，lAD20mm，lDE20mm，lEF70mm；构件AB为原动件，沿顺时针方向匀速回转；滑块上的铰链F的运动轨迹与铰链A、D的连线在同一水平直线上。试确定：（1）铰链A、B、C、D组成的四杆机构的类型；（2）该四杆机构的最小传动角min；

（3）滑块F的行程速度变化系数K。（山科2013、西安电子科技大2014）

C90°EB

AF

D7 注：对转动导杆的行程速比系数的确定（如下例）：

已知图示六杆机构，原动件AB作等速回转。试用作图法确定：（1）滑块5的冲程 H；

（2）滑块5往返行程的平均速度是否相同？行程速度变化系数K值；（3）滑块处的最小传动角min（保留作图线）。（北交2008年）

解：

（1）Hl(F1F2)0.002170.034m（2）不相等。

K18018042180180421.61

（3）min69

题8-5图解

连杆机构的设计：

用作图法设计四杆机构

1．按连杆预定的位置设计四杆机构（1）已知活动铰链中心的位置

当四杆机构的四个铰链中心确定后，其各杆长度也就相应确定了，所以根据设计要求确定各杆的长度，可以通过确定四个铰链中心的位置来确定。

例：要求连杆占据三个位置B1C1，B2C2，B3C3，求所对应的四杆机构。

分析：该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A，D点的位置。由于B，C两点的运动轨迹是圆，该圆的中心就是固定铰链的位置。

B,B中垂线b23-------------A 解：连B1,B2中垂线b12 连23 连C1,C2中垂线c12 连就可得四杆机构。

C2,C3中垂线c23------------D 2）已知固定铰链中心位置（用反转法，固化刚体）

（

西安电子科技大学2013年

（河北工业）

东华2013

180K1180KK1，已知K，则等于180，2.按给定的行程速比系数K设计四杆机构:原理：已知，那么，利用机构在极位时的几何关系，再结合其它辅助条件即可进行设计。

（1）曲柄摇杆机构：

六、（15分）如图6所示，已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K1.2，曲柄长度lAB80mm，摇杆长度（1）连杆的长度lBC的值；（2）该机构的最小传动角min。lCD300mm，摇杆最大摆角max45。试求：（山科2012）

山科

(中矿2011、浙工2013)6图示为一用于雷达天线俯仰传动的曲柄摇杆机构。已知天线俯仰的范围为30°，lCD=525mm，lAD=800mm。

试求：（1）曲柄和连杆的长度lAB和lBC ；（2）校验传动角是否大于等于40度（北交2007）解：

K1,0（1）由于雷达天线俯仰传动时不应有急回作用，故有：（2）选取比例尺μl＝1mm/mm，并利用已知条件作图如下：

四、（20分）图4所示，现欲设计一铰链四杆机构，设已知摇杆CD的长度为lCD75mm，行程速度变化系数K1.5，机架AD的长度为lAD100mm，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为45。试求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。

CBD

A

(河北工业2012)

东华2012（2）曲柄滑块机构

已知： K，H，e

要求：设计一曲柄滑块机构。

分析：关键求；认识到H相当于曲柄摇杆机构中的。

设计一曲柄滑块机构，已知曲柄长度lAB15mm，偏距e10mm，要求最小传动角min60。1）确定连杆的长度lBC;2）画出滑块的极限位置； 3）标出极位夹角及行程H;4）确定行程速比系数K。

（（（（哈工程2012

（3）导杆机构

已知：d，K。（山科）

计算机辅助平面连杆机构设计 第3篇

本课题就是利用计算机对平面连杆结构进行仿真和结构设计, 借助于软件Visual Basic6.0进行可视化编程, 实现连杆机构运动仿真与模拟及其结构设计。

平面连杆机构的运动仿真和模拟主要是用于教学目的和一些企业单位对产品的动态展示, 其注重的动画性和逼真性, 通过VB的仿真平台, 我们可以观察到平面连杆机构的运动特性以及它们的运动轨迹。

平面连杆机构的结构设计主要是为从事科研和从事机械设计方面的工作人员提供方便, 其设计平面连杆机构时, 利用本软件, 可以避免复杂的设计和计算, 只要按本软件界面提示的要求, 输入已知的条件, 即可设计出符合要求的平面连杆结构。

主要介绍一下软件各部分的操作方法, 为了使方便理解, 将结合具体事例进行详细说明。

打开软件, 点击可执行程序, 会出现运行画面, 几秒中后将出现主窗体即计算机辅助平面连杆机构设计界面, 具体如下:

(1) 主窗体的菜单内容为:仿真设计、结构设计、帮助。其中帮助菜单完成关闭功能;仿真设计菜单的子菜单分为已知四杆长度的仿真和未知四杆长度的仿真, 已知四杆长度的子菜单有曲柄摇杆机构仿真、双曲柄机构仿真、双摇杆机构仿真、曲柄滑块机构仿真。未知四杆长度的子菜单有直接输入四杆长度、通过鼠标拖动直接画出四杆长度。

单击仿真设计的曲柄摇杆机构仿真, 就进入仿真设计界面, 进入界面后, 单击自动仿真, 软件就开始仿真曲柄摇杆机构。单击手动仿真, 软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”, 然后单击一次图片框, 曲柄摇杆机构做一个动作。然后单击退出, 返回开始界面。

单击仿真设计的双曲柄机构仿真, 就进入仿真设计界面, 进入界面后, 单击自动仿真, 软件就开始仿真双曲柄机构。单击手动仿真, 软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”, 然后单击一次图片框, 双曲柄机构做一个动作。然后单击退出, 返回开始界面。

单击仿真设计的双摇杆机构仿真, 就进入仿真设计界面, 进入界面后, 单击自动仿真, 软件就开始仿真双摇杆机构。单击手动仿真, 软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”, 然后单击一次图片框, 双摇杆机构做一个动作。然后单击退出, 返回开始界面。

单击仿真设计的曲柄滑块机构, 就进入仿真设计界面, 进入界面后, 单击自动仿真, 软件就开始仿真曲柄滑块机构。单击手动仿真, 软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”, 然后单击一次图片框, 曲柄滑块机构做一个动作。然后单击退出, 返回开始界面。

(2) 单击未知四杆长度菜单中的直接输入四杆长度数值子菜单, 弹出输入四杆长度窗体, 输入数值后, 单击按钮是否满足杆长条件, 如果是, 则出现图1所示窗体, 并且会显示出四杆中的最短杆的长度。

点下一步, 再出现图2的窗体

然后如果点击最短杆做周转副按钮时, 则进入曲柄摇杆机构的仿真界面, 如果点最短杆做连杆做按钮时, 则进入双摇杆机构, 如果点击最短杆做机架按钮时, 则进入双曲柄机构仿真系统。

如果不满足杆长条件, 则出现图3的窗体, 点下一步, 出现信息框提示, “不符和杆长条件, 只能构成双摇杆机构”, 点击确定后, 有出现信息框“进入双摇杆机构仿真界面”, 点击确定后, 则直接进入双摇杆机构仿真界面。

(3) 单击未知四杆长度菜单中的用鼠标拖出四杆长度子菜单, 则出现拖动鼠标画四杆长度, 拖动鼠标在窗体上画出四杆长度, 同时右面的文本框中也会显示出每次画出的四杆长度, 然后单击判断是否满足杆长条件如果是“是”, 则出现图4所示的窗体然后单击下一步, 则进入同2相同的界面, 下来的操作同2里面的操作相同。点击是否满足杆长条件按钮后, 如果出现的是“否”, 则出现图5的界面。单击下一步, 则出现信息框提示, “不符和杆长条件, 只能构成双摇杆机构”, 点击确定后, 又出现信息框“进入双摇杆机构。

仿真界面”, 点击确定后, 则直接进入双摇杆机构仿真界面。

(4) 单击结构设计菜单中的已知活动铰链中心的位置子菜单后, 进入该设计页面, 同时弹出消息框提示, 请用鼠标在图片框上画出连杆的三个位置, 画完在三个位置上连杆长度后, 单击结构设计, 软件开始进行设计出满足要求的平面连杆机构, 然后单击应用举例, 然后会弹出窗体, 点击图片框里返回按钮, 回到开始界面。

(5) 单击结构设计菜单中的已知固定铰链中心的位置子菜单后, 进入该设计页面, 同时弹出消息框提示, 请用鼠标在图片框上画出连杆标线的三个位置, 画完在三个位置上标线的长度后, 单击结构设计, 软件开始进行设计满足要求的平面连杆机构, 然后单击应用举例, 然后会弹出窗体, 点击图片框里返回按钮, 回到开始界面。

(6) 单击结构设计菜单中的根据行程速比系数K设计曲柄摇杆机构子菜单后, 进入该设计页面, 出现图6所示窗体

分别输入摆角值、行程速比系数、摆杆长度、基准圆半径, 单击开始设计, 则软件就会设计出满足上述要求的曲柄摇杆机构。单击应用举例按钮, 然后会弹出窗体, 点击图片框里返回按钮, 回到开始界面。

(7) 单击结构设计菜单中的根据行程速比系数K设计曲柄滑块机构子菜单后, 进入该设计页面, 出现图7所示的窗体

分别输入冲程H、行程速比系数K、偏矩e后, 点击结构设计按钮, 软件就会设计出满足上述要求的曲柄滑块机构, 并且能通过下面的文本框显示出θ角、曲柄长度和连杆长度的数值。

随着科技的发展, 平面连杆机构的应用与研究越来越广, 对平面连杆机构设计的要求也越来越高, 由于平面连杆机构设计计算繁杂, 传统的手工计算和图解法使设计误差较大, 设计效率非常低, 所以计算机辅助平面连杆机构设计便应运而生。计算机辅助平面连杆机构设计在教学上、平面连杆机构研究领域和企业生产方面有着重要的作用和地位。在教学上为老师提供方便, 在讲平面连杆机构的运动时, 通过本软件, 可以让学生看到平面连机构是怎样运动的以及它们的运动特性;在平面连杆机构研究领域, 为科研人员提供很多方便, 可以省去很多手工计算, 和复杂的计算过程;企业生产方面, 为从事机械设计的工作人员提供方便, 在从事机械设计创新和开发新产品时, 可以省去很多的设计计算的时间, 从而提高工作效率。

从本软件的运行效果来看, 系统中所有模块基本完成了预定功能。此软件只针对普通的平面四杆机构的仿真与结构设计而开发的。在输入一定信息的基础上完成曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构的仿真和结构设计。

摘要：平面连杆机构是一种在机械制造的许多部门和仪器制造中得到广泛应用的机构类型。其运动形式多样, 可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动, 从而实现已知运动规律和已知轨迹。其优点是:运动副单位面积所受压力较小, 且面接触便于润滑, 磨损小, 制造方便, 易获得较高的精度;两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的, 不像凸轮机构那样有时需要用弹簧等力封闭来保持接触;还能起增力或扩大行程的作用, 若接长连杆, 则能控制较远距离的某些动作。所以, 平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中。

浅谈《平面连杆机构》的教学心得 第4篇

关键词：教学；心得；探讨

【分类号】G623.2

一、积极引导思维探索，锻炼学生的自主探究能力

现代教学理论认为，一个有意义的学习过程应该是学生以一种积极的心态，调动原有的知识和经验，解决新问题、消化新知识，并构建学生自己的认知结构的过程。这就要求教师在进行教学活动时，应十分重视学生自主探究能力的培养，使学生在自主探索的氛围中提高解决实际问题的能力。

教学过程中，不可以照本宣科，不能机械性地讲授，要注意与学生的交流互动，由于这部分教学内容很丰富，书上所列的例子也很多，但在学时有限的情况下，一定要注意精选，选择一、两个典型例子，帮助学生建立正确的概念，引导学生积极思维，诱导学生产生探究的兴趣。教材中介绍的众多机构型式及其名称，不可能也没有必要在课堂上—一予以介绍，可留给学生课后去阅读，并引导学生去注意观察生产和生活中的应用连杆机构的场合，以加深对所学内容的理解。

譬如，首先由平面连杆机构的定义推演到铰链四杆机构的定义；接着利用图片、自制的教具以及视频演示其运动等方式，讲授铰链四杆机构的组成，并用视频演示其运动变化过程，简介铰链四杆机构中曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的运动特点，使学生对多种型式的四杆机构的内在联系有一个清晰的认识，加深对于事物发展内在联系的理解；而后以缝纫机踏板机构为例，介绍曲柄摇杆机构在缝纫机中运用位置，强调平面连杆机构中构件的形状是多种多样的，根据工作实际需要均可用等效的杆状构件替代；最后布置内容为“让同学们去寻找、去发现生活中对铰链四杆机构的运用实例，把观察到的应用通过测量画出简图，并制作简易模型”的课后作业。

二、合理安排实践活动，激发学生的学习兴趣

学习兴趣是学生对学习活动或学习对象的一种积极认识或意识倾向。在课堂教学中，重视培养学生的学习兴趣，创设轻松、愉快、生动、活泼的课堂气氛，是激发学生学习动力的关键。

实施教学时，根据技校学生活跃、好动、爱讲的特点，在学生感性认识形成以后，要充分发挥其主观能动性，组织同学们分组设计简易四杆机构，并把自制的简易模型拿到讲台上去做运动演示并讲解。学生们通过边设计、边思考、边演示，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。

同学们在自制的四杆机构的运动演示过程中，发现连杆与从动件共线时，从动件无法转动，而且转向不能确定，学生自已就主动发现了死点位置。利用学生们的好奇，让他们演示结束后讨论如何避免死点。通过这种方法，不但解决了问题，而且激发了学生们自主学习的学习兴趣。

通过展示设计成果，学生心中普遍产生一种成就感，自然的心理倾向是学有所用，此时教师要善于捕捉学生心理，适时提问：自制的简易模型属于哪种类型的铰链四杆机构，其实际应用主要功能是什么？改变机架后又能变成什么类型的铰链四杆机构？课堂气氛再度活跃，既升华学生思维，又能增强学生们的理解能力，使学生们在很轻松的环境下就掌握了知识，达到探索创新的目的。

三、恰当使用多媒体辅助教学手段，有效提高教学效果

多媒体教学作为现代化教学的一种手段，在优化教学效果中起着重要的作用。在教学过程中，恰当利用多媒體课件中的动画演示，加上教师的详细讲解，使学生对一些抽象、模糊的机械运动、工作原理、内部结构有更清晰的感性认识，接受起来比较容易，从而提高教学效果。

譬如，在讲授铰链四杆机构的演化形式时，单纯的通过语言讲授来让学生理解摆动导杆机构和曲柄滑块机构的运动特点是一件比较困难的事情，但采用多媒体辅助教学，将书本上静态、枯燥的内容变成生动、形象、直观的动态形式，把抽象转化为具体，把复杂的知识分解为比较简单的知识，把陌生的知识化为熟悉的知识，声、像、文、图并茂的教学信息增强了教学的艺术效果，充分发挥了学生的观察力，促进了学生的求知欲，帮助学生建立了正确的概念，学生更容易理解掌握，从而提高了教学效果。

结束语

机械设计教程－三、平面连杆机构 第5篇

第三章 凸轮机构

§3.1 凸轮机构的应用和分类一．凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构，

机械设计教程－三、平面连杆机构

。其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。如图所示为以内燃机的配气凸轮机构，凸轮 1 作等速回转，其轮廓将迫使推杆 2 作往复摆动，从而使气门 3 开启和关闭，以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的。二、凸轮分类1 ．按凸轮的形状分类（ 1 ）盘形凸轮：如上图所示，这种凸轮是一个具有变化向径盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直与凸轮轴的平面内运动。（ 2 ）移动凸轮：当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大时，则凸轮相当于作直线移动，称作移动凸轮。（ 3 ）圆柱凸轮：这种凸轮是在圆柱端面上作出曲线轮廓或在圆柱面上开出曲线凹槽。当其转动时，可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运动。2 ．按从动件的形状分类 可分为三类：（1）尖顶从动件：这种从动件结构简单，但尖顶易于磨损（接触应力很高），故只适用于传力不大的低速凸轮机构中。（2）滚子从动件：由于滚子与凸轮间为滚动摩擦，所以不易磨损，可以实现较大动力的传递，应用最为广泛。（3）平底从动件：这种从动件与凸轮间的作用力方向不变，受力平稳。而且在高速情况下，凸轮与平底间易形成油膜而减小摩擦与磨损。其缺点是：不能与具有内凹轮廓的凸轮配对使用；而且，也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配对使用。此外，按维持高副接触分（锁合）；  1）力锁合→弹簧力、重力2）几何锁合：等径凸轮；等宽凸轮三、凸轮机构的特点 ：优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大。§3.2 凸轮从动件的运动规律凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律基圆 —— 凸轮理论轮廓曲线最小矢径所作的圆。行程 —— 从动件由最低点到最高点的位移 h （ 式摆角）推程运动角 —— 从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。回程运动角 —— 高 —— 低凸轮转过的转角。远休止角 —— 从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。近休止角 —— 从动件在最低位置停留过程中所转过的角。从动件位移线图 —— 从动件位移 S 与凸轮转角（或时间 t ） 之间的对应关系曲线一、 等速运动规律从动件开始和最大行程加速度有突变则有很大的冲击。这种冲击称刚性冲击。实质材料有弹性变形不可能达到，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载。第三章 凸轮机构§3.1 凸轮机构的应用和分类一．凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构，其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，通常作连续的等速转动、摆动或移动。从动件在凸轮轮廓的控制下，按预定的运动规律作往复移动或摆动。如图所示为以内燃机的配气凸轮机构，凸轮 1 作等速回转，其轮廓将迫使推杆 2 作往复摆动，从而使气门 3 开启和关闭，以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。由上述例子可以看出，从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的。二、凸轮分类1 ．按凸轮的形状分类（ 1 ）盘形凸轮：如上图所示，这种凸轮是一个具有变化向径盘形构件，当他绕固定轴转动时，可推动从动件在垂直与凸轮轴的平面内运动。（ 2 ）移动凸轮：当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大时，则凸轮相当于作直线移动，称作移动凸轮。（ 3 ）圆柱凸轮：这种凸轮是在圆柱端面上作出曲线轮廓或在圆柱面上开出曲线凹槽。当其转动时，可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运动。2 ．按从动件的形状分类 可分为三类：（1）尖顶从动件：这种从动件结构简单，但尖顶易于磨损（接触应力很高），故只适用于传力不大的低速凸轮机构中。（2）滚子从动件：由于滚子与凸轮间为滚动摩擦，所以不易磨损，可以实现较大动力的传递，应用最为广泛。（3）平底从动件：这种从动件与凸轮间的作用力方向不变，受力平稳。而且在高速情况下，凸轮与平底间易形成油膜而减小摩擦与磨损。其缺点是：不能与具有内凹轮廓的凸轮配对使用；而且，也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配对使用。此外，按维持高副接触分（锁合）；  1）力锁合→弹簧力、重力2）几何锁合：等径凸轮；等宽凸轮三、凸轮机构的特点 ：优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大。§3.2 凸轮从动件的运动规律凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律基圆 —— 凸轮理论轮廓曲线最小矢径所作的圆。行程 —— 从动件由最低点到最高点的位移 h （ 式摆角）推程运动角 —— 从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。回程运动角 —— 高 —— 低凸轮转过的转角。远休止角 —— 从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。近休止角 —— 从动件在最低位置停留过程中所转过的角。从动件位移线图 —— 从动件位移 S 与凸轮转角（或时间 t ） 之间的对应关系曲线一、 等速运动规律从动件开始和最大行程加速度有突变则有很大的冲击。这种冲击称刚性冲击。实质材料有弹性变形不可能达到，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载。二、 等加速度、等减速度加速度有有限突变，柔性冲击，适用于中等速度轻载 。三、余弦加速当推杆作停、升、停型运动时，推杆在 O 、 A 两点位置加速度有突变也有柔性冲击产生。但对降、升、降型运动规律，则无冲击出现 。§3.3  凸轮轮廓曲线设计设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度，使其绕凸轮轴心。

平面连杆机构创新设计 第6篇

(1)试确定该机构为何种机构；

(2)若以构件AB为原动件，试用作图法求出摇杆CD的最大摆角，此机构的极位夹角，并确定行程速比系数K(3)若以构件AB为原动件，试用作图法求出该机构的最小传动角

min；

(4)试分析此机构有无死点位置。

图11 【分析】(1)是一道根据机构中给定的各杆长度（或尺寸范围）来确定属于何种铰链四杆机构问题；(2)(3)(4)是根据机构中给定的各杆长度判定机构有无急回特性和死点位置，确定行程速比系数K和最小传动角问题。

解：(1)由已知条件知最短杆为AB连架杆，最长杆为AD杆，因 lABlAD42108150mmlBClCD7875153mm

(2)当原动件曲柄AB与连杆BC两次共线时，摇杆CD处于两极限位置。故AB杆为曲柄，此机构为曲柄摇杆机构。

适当选取长度比例尺l，作出摇杆CD处于两极限位置时的机构位置图AB1C1D和AB2C2D，由图中量得=70°，=16°，可求得



1801.19

180′′(3)当原动件曲柄AB与机架AD两次共线时，是最小传动角min可能出现的位置。用作图法作出机构的这两个位置ABC″″D和ABCD，由图中量得27,50,故 min=27(4)若以曲柄AB为原动件，机构不存在连杆BC与从动件CD共线的两个位置，即不存在0的位置，故机构无死点位置；若以摇杆CD为原动件，机构存在连杆BC与从动件AB共线的两个位置，即存在0的位置，故机构存在两个死点位置。

【评注】 四杆机构基本知识方面的几个概念(如有曲柄条件、急回运动、传动角等)必须清晰。机构急回运动分析的关键是确定极位夹角的大小，本题曲柄合理转向的确定依据就是机构存在慢进快退的急回特性；而传动角和死点的分析要特别注意它与机构原动件有关。如图12所示，连杆BC的长度lBC及其两个位置B1C1、B2C2为已知，试设计一铰链四杆机构ABCD，使得AB杆为原动件时，机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD的长度为lAD。

图12 【分析】 由题意知，本题为实现连杆预定两位置要求的四杆机构设计中，确定固定铰链A、D位置的问题。解： 分别作连线B1B2的中垂线b12和连线C1C2的中垂线c12，即得固定铰链A、D所在的几何位置线。

为使机构在此位置时的传动角相等，则应取b12和c12的交点作为固定铰链D；然后再在b12上截取AD的长度为lAD，可得另一固定铰链A，则机构ABCD为所求之机构。

由于A点也可在b12上D点的另一侧截取，故本题有两个解。

【评注】 此类问题中常常要满足给定的一些附加条件：如要求设计成为某一种四杆机构，或者给定A、D安装位置的某些限制，或者给出某杆的长度，或者给出传动角的要求等等，即使满足这些附加的条件，其设计结果仍为多解的。因此，此类题目求解的正确性是以设计方法正确和满足设计要求为原则，而不能追求唯一答案。本题的附加条件是机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD的长度为lAD。图13示为一铰链四杆机构ABCD的固定铰链A、D，已知主动件AB的三个位置和连杆上K点所对应的三个点。试求：

(1)确定连杆上铰链C的位置和连架杆CD的长度；(2)验算其主动件是否为曲柄；

(3)指出最小传动角min的位置并确定其数值。

图13

图14 【分析】由题意知，(1)实际上是已知连杆的三个位置B1K1、B2K2、B3K3以及固定铰链A、D的位置，设计四杆机构问题；(2)(3)属于根据机构中给定的各杆长度来确定属于何种铰链四杆机构和确定最小传动角问题。解：(1)见图14，先取相应比例尺l，分别连线B1K1、B2K2、B3K3，用反转法作图如下：

作B1K1DB2K2D和B1K1DB3K3D，求得D、D点； 分别作DD、DD的中垂线d13、d23，其交点即为C1。连B1C1及C1D，则AB1C1D即为该机构第一位置的机构简图。由图可知，lCD42mm。

(2)由图可知，lABlBC68.5mmlCDlAD86.5mm且连架杆AB为最短杆，所以AB为曲柄。

(3)作AB1C1D和ABCD两位置，经比较，机构在ABCD位置时其传动角为最小，由图量得minBCD44。【评注】本题的求解正是利用了已知连杆上两点(即B、K)的预定位置来进行设计，因给定了3个位置，故仅有一解。为求活动铰链点C的第一位置C1，用到反转法设计，要注意刚体是由每一对应位置的已知铰链中心间的连线和预定的标线所组成，之所以要反转就是要将活动铰链中心的问题转化成求固定铰链中心的问题；铰链四杆机构中是否存在曲柄和最小传动角min的位置和数值的确定也是本题考查内容之一。图15示为一曲柄滑块机构OAAC，当滑块从C1移到C2时，连架杆OBB上的一条标线OBE1转至OBE2；当C从C2移到C3时，OBE从OBE2转至OBE3。现欲将曲柄OAA与连架杆OBB用一连杆AB连接起来，试求铰链点B1的位置，并画出机构第一位置的机构简图。（写出简要作图步骤，保留作图线）

图15 【分析】初看起来本题好象比较复杂，但从题设条件，我们很容易将曲柄OAA对应于连架杆OBB的三个位置OBE1，OBE2和OBE3的三个位置OAA1，OAA2和OAA3求出来。这样就可把原来的问题归结为已知铰链四杆机构OAABOB的两连架杆的三个对应位置，设计该四杆机构的问题。

图16 解 ： 如图16所示，(1)求A2，A3

以OA为圆心，OAA1为半径画圆，则所有A点都应在该圆上。以C1A1为半径，以C2为圆心画弧交圆与A2点，以C3为圆心画弧交圆于A3点。

'(2)利用反转法求A2，A3点

'作A2E1OBA2E2OB，得A2；作A3E1OBA3E3OB，得A3； '(3)求B1

''' 连A1A2作A1A2的中垂线a12；连A2A3作A2A3的中垂线a23，则a12和a23的交点为B1点；

(4)求机构第一位置的机构简图

连A1B1和B1OB，并将OBE1与OBB1固结在一起，则C1A1OAB1OB为该机构第一位置的机构简图。

【评注】 此题虽为设计六杆机构，但实质为已知两连架杆对应位置设计铰链四杆机构问题，问题的关键是将曲柄OAA对应于连架杆OBB的三个位置OBE1，OBE2和OBE3的三个位置OAA1，OAA2和OAA3求出来。另外，对于多杆机构的设计，常常将其划分为几个四杆机构来设计，要注意四杆机构的划分及其各部分的连接关系问题，以便正确确定四杆机构的设计次序和相应的设计条件。

5设计曲柄摇杆机构ABCD。已知摇杆CD的长度lCD=290mm，摇杆两极限位置间的夹角ψ=32º，行程速比系数K=1.25，连杆BC的长度lBC=260mm。试求曲柄AB的长度lAB 和机架AD的长度lAD。(解法不限)【分析】 此题属于已知行程速比系数设计四杆机构问题，因此可先作出固定铰链A所处的圆，再根据C1C2及角，由三角形的余弦定理解得lAB，作图求出lAD。

解： 180(1)/(1)180(1.251)/(1.251)20 取相应比例尺l作图17；

取一点D,使C1DC232，C1DC2DlCD/l,连C1C2,作C1C2P9070, 作C1P⊥C1C2交C2P于P点。作△C1C2P的外接圆。在C1C2A中, C1C22(lBClAB)2(lBClAB)22(lBClAB)(lBClAB)cos

其中C1C2解得：2lCDCOSC1C2D2290COS74159.87mm

lAB67mm

以C1为圆心，lBClAB为半径作弧交C1C2P的外接圆于A点，故：

lADlAD250mm

图17

【评注】 已知行程速比系数K设计四杆机构，可先作出固定铰链A所处的圆(即以C1C2为弦，圆周角为的圆)，然后再依据其他条件确定出A点的确定位置。6 在曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，转速n160rmin，且已知曲柄长lAB50mm，连杆长lBC70mm，摇杆长（工作行程平均速度<空回行程速度），试问： lCD80mm，机架长lAD90mm，(1)行程速度系数K=？

(2)摇杆一个工作行程需要多少时间？(3)最小传动角min=？

【分析】 由题意知，本题属于根据机构中给定的各杆长度确定行程速 比系数K和最小传动角问题。

图18 解： 如图18所示

(1)ACD1中：C1ADarccos22(lBClAB)2lADlCD2(lBClAB)lAD41.81

AC2D中：C2ADarccos22(lBClAB)2lADlCD2(lBClAB)lAD54.31

C2ADC1AD12.5

K(2)Kt1t21.15 t2t1K t60n1s t1t(1(3)曲柄与机架重叠共线时：

18018012.51.15

18018012.51)0.535s K22lBClCD(lADlAB)21arccos30

2lBClCD曲柄与机架拉直共线时：

22lBClCD(lADlAB)21802arccos137.82

2lBClCD 242.181 所以

min130

【评注】 本题在解题过程中，有两点需特别注意，一是行程速比系数和机构最小传动角的计算运用了三角形的余弦定理，而未采用作图法，在未要求解法的前提下，这种方法节省画图时间，计算结果也更精确，但数学基础要扎实；二是机构急回运动的定义要牢记，并能灵活运用。7 图19所示为齿轮变速装置的手柄操纵机构，杆AB为操纵手柄，通过连杆由CD杆拨动滑移齿轮进行变速。已知lAD100mm，lCD40mm，手柄AB的两个位置190，2180，对应拨杆CD的两个位置1292，2248，试用解析法设计此机构。并校验此机构为何种型式的机构。

图19 【分析】 本题属于按给定两连架杆对应位置用解析法设计四杆机构问题。解： 已知11190 12218000 00 311292322248cos(1i0)0cos(3i0)1cos(3i01i0)2

式中 而 0mm1nm2n21l2 22nlbamcand acos900cos2921cos(29290)2 cos180cos248cos(248180)012因1mcac0.402.02ndadlABa20.3896 cc19.8mmm0

lBCbalam2n212n2102.3mm

校验机构类型：lABlBC122.1mmlCDlAD140mm且手柄AB最短，所以此机构为曲柄摇杆机构。

【评注】 建立方程式时必须将机构中各杆组成封闭矢量多边形；在两连架杆初始角位移为0时，位置方程式只有3个待定参数0、