16-平面四杆机构特点及应用

课题：平面连杆机构应用及特点
教材分析：
本课题选自李世维主编、高等教育出版社出版的中等职业教育国家规划教材《机械基础》（机械类）第6章“常用机构”中“§6-1 平面连杆机构”的内容。

本节课内容主要介绍的铰链四杆机构的实际应用及特点。

学情分析：
中职生文化基础差、学习能力较弱、学习的主动性不强，这是一个不争的事实，也是一个普遍的现实问题，但他们对新事物有较强的好奇心，善于联想，从这一现状出发，教学中应以调动学生学习积极性为出发点，以生活中的实例为教学模型，扩散思维，归纳总结来组织教学，让学生在发现问题，解释问题的思索中提高对本课程的学习兴趣，不断积累专业知识，并能活学活用，理论联系实践。

教学目标：
1. 知识目标
（1）掌握铰链四杆机构的特点和应用实例；
（2）了解铰链四杆机构的急回特性及应用实例；
（3）掌握铰链四杆机构的死点位置及应用实例。

2. 能力目标
培养学生理论联系实际的能力，从生活中，从身边去挖掘教学模型，学以致用。

3. 情感目标
培养学生口头表达能力，如何去欣赏别人的优点，如何去肯定别人，从而培养团队意识，合作意识。

教学重点：1．铰链四杆机构的急回特性
2．铰链四杆机构的死点位置。

教学难点：极位夹角和摆角的画法。

课时安排：2课时
教学手段：利用多媒体辅助教学
教学方法：情景教学、启发引导、讲练结合
学法指导：教法与学法室相辅相成的，教法直接影响学生对知识点掌握和能力
的提高，而学法指导是学生智力发展目标得以实现的重要途径。

教学过程：
（一）新课导入教学模型实物展示，多媒体展示汽车雨刮器动画，雷达天线俯仰机构动画，引出新课
（二）新课讲授：
一、铰链四杆机构的应用
1、曲柄摇杆机构
两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图所
示，曲柄AB为主动件，并作等速运动。

从动摇杆CD将在弧C1C2范围内作变速往复摆动，C1、C2两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。

（1）曲柄摇杆机构能将曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动。

曲柄主动，摇杆从动。

如剪刀机、筛砂机、搅拌机以及碎石机等，都可以连续的工作。

（2）曲柄摇杆机构，除可将曲柄的整周回转运动转换成摇杆的往复摆动外，也可以使摇杆的摆动转换成曲柄的整周回转运动。

摇杆主动，曲柄从动。

如缝纫机踏板机构。

当踏板（主动件）作上下往复摆动时，通过连杆使曲柄（从动件）作整周转动，再经过带传动驱使机头主轴转动。

2、双曲柄机构。

两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图2-7所示。

双曲柄机构的运动特点是：当主动曲柄作等速转动时，从动曲柄随之作变速转动（即从动曲柄在每转一周中的角速度，有时大于主动曲柄的角速度，有时小于主动曲柄的角速度）。

（1）不等长双曲柄。

如惯性筛分机。

当曲柄AB作等速转动时，另一个曲柄CD作周期性的变速转动，EF杆连接物料和CD杆，利用CD的变速转动和物料的惯性达到筛分目的。

（2）等长双曲柄
1）平行双曲柄双曲柄机构中，当两曲柄长度相等而且平行时（即其他两杆的长度也相等），称为平行双曲柄机构。

如图所示，这时四根杆组成了平行四边形，平行双曲柄机构的两曲柄旋转方向相同，角速度相等。

2）反向双曲柄双曲柄机构如果对边长度相等，但互不平行，则称为反向双曲柄机构。

如图所示，反向双曲柄机构的两曲柄旋转方向相反，角速度不相等。

平行双曲柄机构在运动过程中，主动曲柄AB转动一周，从动曲柄CD将会出
现两次与连杆BC共线位置，这样会造成从动曲柄CD运动的不确定现象为避免这一现象的发生，除可利用从动曲柄本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，利用其惯性作用来导向外，还可用增设辅助机构或将若干组相同机构错列等方法来解决。

图示为机车主动轮联动装置。

它是增设了一个曲柄EF的辅助构件，保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。

图示为两组车轮的错列装置，利用左右两组车轮相错90°的方法，而使车轮能正常运行。

公共汽车车门启闭机构。

这是应用反向双曲柄机构的一个实例，当主动曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转动，从而保证两扇车门能同时开启和关闭到预定的各自位置。

3、双摇杆机构。

两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，摇杆都只能摆动一定角度，即摇摆范围不超过这两个极限点。

上图a是港口用起重吊车，吊钩的移动轨迹近似水平线。

上图b是自卸载货汽车的翻斗机构，AD杆是固定杆，当液压缸中输入压力油时，活塞杆向右伸出，使AB和CD向右摇动，从而使车斗货物卸下。

二、铰链四杆机构的基本特性
1、急回特性：当主动件作等速运动时，从动件空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的性质，称为机构的急回特性。

图示为一曲柄摇杆机构，设曲柄AB为原动件，在其转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时，摇杆CD分别位于两极限位置C1D和C2D。

曲柄摇杆机构所处的这两个位置，称为极位。

极位夹角：曲柄与连杆两次共线位置之间所夹的锐角θ，称为极位夹角。

摆角：摇杆两个极限位置之间所夹锐角
2、死点：当主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，不能
使从动件转动而出现“顶死”现象的位置，称为死点位置。

当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置，在平面四杆机构中是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。

（1）顺利通过死点的办法：
①增设辅助机构，如机车主动轮联动机构。

②采用机构错位排列，使各组机构的死点相互错开，如机车车轮错位排列机构。

③安装飞轮，加大惯性，借惯性作用使机构闯过死点。

“死点”位置是有害的，但在某些场合却利用“死点”来实现工作要求。

（2）利用死点的场合：
①飞机起落架，在机轮放下时，杆BC与杆CD成一直线，机构处于死点，此时虽然机轮上可能受到很大的力，但起落架不会反转（折回），使降落更加可靠。

②钻床工件夹紧机构，当工件夹紧后，机构处于死点位置，将工件紧紧压住，保证在钻削加工时，工件不会松脱。

作业：
1．杆长分别为AB = 25 mm，BC = 35 mm，CD = 45 mm，AD = 55 mm 的机构，如何成为双曲
柄机构？
2．曲柄摇杆机构中，当以曲柄为主动件时，摇杆为什么会产生急回运动？3. 平面连杆机构中，哪些机构在什么情况下会出现“死点”位置？
（三）课堂小结
本节课我们讲了四杆机构的应用实例、四杆机构的特性，极位夹角的画法重点介绍四杆机构的应用，希望同学们睁大双眼，去发现身边的四杆机构，分析其结构组成和运动特点，并能灵活应用。

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教学反思：
这节课中通过和学生的互动反映，我们的学生愿意和老师互动，但分析问题时不知如何着手，说不到重点或关键。

机构的实际应用还要带同学们多分析，多说。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。