平面连杆机构的优化设计教案
平面连杆机构教案
平面连杆机构【教学目标与要求】铰链四杆机构的基本类型和应用；掌握铰链四杆机构的基本类型；【教学重点】铰链四杆机构的基本类型和应用；【教学难点】铰链四杆机构的应用；【教学过程】新课讲授平面连杆机构一、基本概念连杆机构：是由若干个刚性构件通过低副联接而组成的机构，所以又称为低副机构。
平面连杆机构：所有的构件都在同一平面或平行平面内运动的连杆机构。
四杆机构：是平面连杆机构中应用最广泛、结构最简单而且最具代表性的平面低副机构。
二、铰链四杆机构的基本类型和应用构件之间的连接全部是转动副的四杆机构，称为铰链四杆机构。
如图4—1所示为一铰链四杆机构。
固定不动的杆4为机架。
与机架相连的杆1和杆3称为连架杆，其中能作整周回转的称为曲柄，只能在小于360º的一定范围内摆动的则称为摇杆。
连接两连架杆的杆2称为连杆。
图4—1对于铰链四杆机构，按照其连架杆是曲柄还是摇杆，可分为以下三种型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
2.1.1 曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。
如图4—2所示的雷达天线俯仰机构和图4—3所示的缝纫机踏板机构。
ABDABDC图4—2雷达天线俯仰机构图4—3缝纫机踏板机构2.1.2 双曲柄机构两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。
如图4—4所示的惯性筛的四杆机构就属于这种机构。
图4—4当双曲柄机构中的四个杆件满足相对两杆平行且长度相等时，称为平行双曲柄机构或平行四边形机构。
它的运动特点是：两曲柄则以相同的角速度同向转动，而连杆作平移运动。
如图4—5所示的火车联动机构和图4—6所示的摄影平台升降机构。
图4—5 火车联动机构 图4—6 摄影平台升降机构如果从动曲柄的转向发生反转，则该机构称为反平行四边形机构。
车门开闭机构，就利用反平行四边形机构的两曲柄转向相反的特性，使两车门同时打开或关闭，如图4—7所示。
B1图4—72.1.3 双摇杆机构两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。
机械原理课程教案—平面连杆机构及其分析与设计
机械原理课程教案一平面连杆机构及其分析与设计一、教学目标及基本要求1掌握平面连杆机构的基本类型，掌握其演化方法。
2,掌握平面连杆机构的运动特性，包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等；3.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。
4.掌握连杆机构的传力特性，包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等；正确理解自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。
5,了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式；学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构；对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。
二、教学内容及学时分配第一节概述（2学时）第二节平面连杆机构的基本特性及运动分析（4.5学时）第三节平面连杆机构的运动学尺寸设计（3.5学时）三、教学内容的重点和难点重点：1.平面四杆机构的基本型式及其演化方法。
2.平面连杆机构的运动特性，包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性；平面连杆机构的传力特性，包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。
3.平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。
4.按给定2~3个位置设计刚体导引机构，按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构，按K值设计四杆机构。
难点：1.平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。
2.按给定连架杆的2~3个对应位置设计函数生成机构。
四、教学内容的深化与拓宽平面连杆机构的优化设计。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、速度影像、加速度影像、装配模式等；基本理论和方法的应用，如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化一反转法等。
机械设计基础平面连杆机构教案
机械设计基础平面连杆机构教案教案标题：机械设计基础平面连杆机构教案教案目标：1. 了解平面连杆机构的基本概念和组成要素。
2. 掌握平面连杆机构的运动分析方法。
3. 能够设计简单的平面连杆机构并进行运动仿真。
教学资源：1. 教材：机械设计基础教程2. 计算机软件：SolidWorks、AutoCAD等教学内容和步骤：第一课：平面连杆机构的基本概念和组成要素1. 引入平面连杆机构的概念和应用领域。
2. 介绍平面连杆机构的基本组成要素：连杆、铰链、滑块等。
3. 分析平面连杆机构的运动特点和限制条件。
第二课：平面连杆机构的运动分析方法1. 介绍平面连杆机构的运动分析方法：图解法、代数法和向量法。
2. 通过示例演示如何利用图解法进行平面连杆机构的运动分析。
3. 引导学生进行代数法和向量法的运动分析实践。
第三课：平面连杆机构的设计与仿真1. 介绍平面连杆机构的设计原则和注意事项。
2. 利用计算机软件（如SolidWorks）进行平面连杆机构的三维建模。
3. 运用仿真功能进行平面连杆机构的运动仿真和分析。
4. 学生根据给定的设计要求，设计并仿真一个简单的平面连杆机构。
教学评估方法：1. 课堂小测验：通过选择题、填空题等形式测试学生对平面连杆机构基本概念和运动分析方法的掌握程度。
2. 设计报告：要求学生撰写一个关于设计和仿真平面连杆机构的报告，包括设计过程、仿真结果和分析等内容。
教学扩展：1. 探究课题：引导学生选择一个具体的平面连杆机构应用案例，深入研究其设计和优化方法，并进行相关实验验证。
2. 实践项目：组织学生参与机械设计竞赛或工程项目，应用所学知识设计和制作平面连杆机构相关部件。
教学辅助措施：1. 提供教材和参考书籍，供学生深入学习和查阅。
2. 提供计算机实验室或计算机软件使用指导，帮助学生进行平面连杆机构的建模和仿真实践。
以上教案仅供参考，具体教学内容和步骤可根据教学实际情况进行调整和拓展。
《平面连杆传动机构作业设计方案》
《平面连杆传动机构》作业设计方案第一课时一、设计背景平面连杆传动机构是机械学中一个重要的探究领域，其在各种机械装置中都有广泛应用。
在本次作业中，我们将设计一个由连杆组成的机构，通过传动来实现特定的运动功能。
这将有助于加深对平面连杆传动机构的理解，培育同砚的设计和分析能力。
二、设计目标1. 设计一个平面连杆传动机构，使其能够实现简易的往来运动。
2. 通过计算和仿真，验证设计的合理性，并分析其运动规律。
3. 培育同砚的设计思维和团队合作能力。
三、设计方案1. 机构结构设计：选择适当的毗连方式和材料，设计出符合要求的平面连杆传动机构结构。
2. 运动规律分析：利用计算机帮助软件，对机构进行运动学分析，验证设计的准确性，并猜测机构的运动规律。
3. 试验验证：通过搭建实物模型，进行试验验证，观察机构的运动状况，并收集数据进行分析。
4. 结果展示：将设计方案和试验结果进行总结，撰写报告并进行展示，分享设计阅历和心得。
四、工作流程1. 确定设计方案：依据要求和目标确定设计方案，并分工合作。
2. 结构设计：详尽设计机构结构，包括连杆的尺寸和毗连方式等。
3. 运动学分析：利用计算机软件进行运动学分析，验证设计的正确性。
4. 试验搭建：搭建实物模型，进行试验验证，观察机构的运动状况。
5. 数据分析：收集试验数据，进行分析，总结结果。
6. 报告撰写：撰写设计报告，展示设计过程和结果。
五、预期效果1. 深度理解平面连杆传动机构的原理和设计方法。
2. 培育同砚的设计能力和分析能力。
3. 提高团队合作认识和沟通能力。
六、总结通过本次作业设计，同砚将能够深度了解平面连杆传动机构的原理和设计方法，培育实际操作能力和团队合作能力，为将来的机械设计和探究奠定基础。
期望同砚能够在作业过程中不息进修和成长，为将来的机械领域贡献自己的力气。
第二课时一、设计背景及目标平面连杆传动机构是一种常见的机械结构，具有简易、高效、运动平稳等特点，广泛应用于各种机械设备中。
平面连杆机构教案
课题：平面连杆机构（教材第6章第1节）教案教学目的：通过一些实例的演示讲解，使学生掌握平面连杆机构的组成、类型、特性及应用，从而掌握一些比较简单的平面铰链四杆机构的设计方法。
教学对象：一年一期模具制造技术、数控技术应用、机电技术应用、汽车维修与检测等专业的新生。
教学重点：1、运动副的概念及机构运动简图的绘制；2、平面铰链四杆机构类型的判别；3、平面铰链四杆机构的运动特性及应用。
教学难点：机构运动简图的绘制、铰链四杆机构类型的判别及其运动特性。
教学方式：讲解法、演示法、例证法、讨论法教学场地：多媒体教室教学课时：2课时教学内容安排：导入：先在多媒体屏幕上打开演示一个飞机起落的3D动画，引起学生的兴趣，集中学生的注意力，由此提出飞机能平安着陆靠的是什么?由这样一个问题引出飞机起落架的运动特性，从而开场今天的新课内容。
一、平面连杆机构概念平面连杆机构的各构件是用销轴、滑道（低副）等方式连接起来的，各构件间的相对运动均在同一平面或互相平行的平面内。
最简单的平面连杆机构是由4个杆件组成的，简称平面四杆机构，其结构简单、易于制造、工作可靠，因此应用非常广泛。
应用实例有：雷达、飞机起落架、铲斗、缝纫机、货车自卸机构、变速器、起重机、破碎机、筛选机、压紧机等等。
二、运动副1、定义：使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接，称为运动副。
2、分类：在工程上，人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类。
在一般机器中，经常遇到的是平面运动副。
平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为低副和高副。
（1）、低副是指两构件之间作面接触的运动副。
如下图1所示。
ab c图1（2）、高副高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。
如下图2所示。
ab c图23、机构运动简图机构运动简图就是指用一些简单的线条表示运动副关系的图形，称之为机构运动简图。
图4 移动副的表示方法三、铰链四杆机构1、铰链四杆机构的组成如图6所示，由4个构件通过铰链（转动副）连接而成的机构，称为铰链四杆机构。
平面连杆机构优化设计
平面连杆机构优化设计一、问题描述平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。
一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。
在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。
曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。
设计一曲柄摇杆机构（如图1所示）。
已知曲柄长度l=100mm,机架长1度l4=500mm。
摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为80,摇杆与机架的夹角为十0。
在曲柄转角8从8 0匀速增至80+90°的过程中，要求摇杆转角甲=甲+二%-①1。
为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角Y只0 3n 0允许在45°~135°范围内变化。
图1 机构运动简图二、基本思路四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。
本案例中，要求曲柄作等2%-中)。
优化设计速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律w =w +E 0 3n 0时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。
本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MATLAB优化工具箱的相关函数进行求解。
三、要点分析优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。
依次确定三要素后，编写程序进行计算。
1.设计变量的确定通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角0列为设计变量，即X = (XX X X X)T = (l l l l①)T (1) 考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取11为单位长度，而其他杆长则按比例取为11的倍数。
若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则80及十0均为杆长的函数，即(l + l)2 + l2—12 /Q\①=arccos 12 43 (2)0 2(l1 + l2)l4(l + l )2—l2—l2 =arccos -4——2 4 3-因此，设计变量缩减为3个独立变量，即2l314X = (x1 x 2 x 3)T = (12 13l 4)T ⑷2.目标函数的建立以机构预定的运动规律观测量^ E i与实际运动规律观测量^ i之间的偏差平方和最小为指标来建立目标函数，即f (X) = X 皿-V )2 . min ⑸E i ii=1式中，m为输入角的等分数；（p E i为预期输出角，匕i W E（W i）；中i为实际输出角。
平面连杆机构及其分析与设计PPT教案
a+d≤b+c
(4-1)
|d-a|≥|b-c|
(4-2)
(1) 若d≥a，则可得 a+b≤c+d (若b>c)
a+c≤b+d (若c>b)
从而可得
a≤b
a≤c
a≤d
第22页/共116页
(2) 若d≤a 则可得
dd
a b
b a
c c
d c a b
(b c) (c b)
dd
a b
d c
第31页/共116页
二、传力特性 1. 压力角和传动角
压力角—作用在 从动件上的力的方向与 着力点速度方向所夹锐 角。
传动角 —压力角的 余角。
B A
F
C
F
F
D
有效分力 FFcos Fsin 径向压力 F Fsin=Fcos 角越大， F越大， F越小，对机构的传动越有利。 连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构 传力性能的优劣。
● 实现运动形式的转换和运动性质的变换 ● 实现运动规律的变换和运动函数的再现 ● 实现轨迹运动 ● 导引刚体按一定的位置和姿态运动
第39页/共116页
(一) 实现多种运动形式的转换和运动性质的变换 1. 转动→转动 输入转动与输出转动运动参数相同
火车车轮联动机构 平行四边形机构
Parallel-crank mechanism
平面连杆机构的类型
整转副——能作360˚相对回转的运动副； 摆转副——只能作有限角度摆动的运动副。
曲柄摇杆机构
• 低副运动可逆性
双摇杆机构
第14页/共116页
双曲柄机构
(2)选不同的构件为机架
《平面连杆机构》模块教学设计
《平面四杆机构》模块教学设计
模块目标
【知识与技能】
1.了解运动副的概念并会分析判断运动副类型。
2.熟悉平面四杆机构基本类型、特点及会分析实例中的基本类型。
3.掌握铰链四杆机构中曲柄存在的条件及正确判断三种基本类型。
4.了解机构的演化形式和含有一个移动副的四杆机构的特点和应用。
5.了解平面四杆机构的急回特性及应用。
【过程与方法】
1．通过项目的设计，培养学生观察、作图、分析推理的能力，学会归纳总结。
2．通过项目的实施，使学生抓住主要问题，克服次要因素的干扰。
3．在分组合作探究活动中，培养学生的团队合作精神和相互协作能力。
【情感态度价值观】
1．让学生在一系列自主学习和探究活动中体验到成功的快乐，培养专业情感。
2．在成果展示、自我评析与完善中培养学生的成不骄、败不馁的品质和严谨认真的治学态度。
3.通过组织学习竞赛，培养学生的集体荣誉感。
模块任务
熟悉平面连杆机构的基本类型、特点和应用，了解铰链四杆机构的常见演化形式及应用，了解平面四杆机构的急回特性。
会进行简单的拆绘。
㈠课程设计
项目课时：5
(二)。
第2章平面连杆机构教案（精选5篇）
第2章平面连杆机构教案（精选5篇）第一篇：第2章平面连杆机构教案第2章平面连杆机构平面连杆机构——由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构，也叫平面低副机构平面连杆机构具有承载能力大、结构简单、制造方便等优点，用它可以实现多种运动规律和运动轨迹，但只能近似地实现所要求的运动。
最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平面四杆机构。
是组成多杆机构的基础只介绍四杆机构§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用一，铰链四杆机构铰链四杆机构——全部由回转副组成的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形态。
如图2-1a所示，铰链四杆机构由机架4、连架杆(与机架相连的 1、3两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆2)组成。
如图所示曲柄——能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。
摇杆——只能在某一角度范围(小于360°)内摆动的连架杆。
铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本型式。
1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构——两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。
当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动。
应用：雷达调整机构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。
当原动曲柄连续转动时，从动曲柄也作连续转动如图所示在双曲柄机构中，若其相对两杆相互平行如右图所示，则成为或平行四边形机构(平行双曲柄机构)。
如图所示当平行四边形机构的四个铰链中心处于同一条直线上时，将出现运动不确定状态，一般采用相同机构错位排列的方法，来消除这种运动不确定状态。
如图所示应用：在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。
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应用：飞机起落架通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，可以得到铰链四杆机构的其他演化型式二，含一个移动副的四杆机构 1，曲柄滑块机构通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构，如图所示对心曲柄滑块机构与偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用于活塞式内燃机2、导杆机构在图所示曲柄滑块机构中，若改取杆1为固定构件，即得导杆机构。
《平面连杆传动机构核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学年高中通用技术地质版
《平面连杆传动机构》导学案一、导学目标：1. 了解平面连杆传动机构的基本原理和工作方式。
2. 掌握平面连杆传动机构的运动规律和分析方法。
3. 能够应用平面连杆传动机构解决实际问题。
二、导学内容：1. 平面连杆传动机构的定义和分类。
2. 平面连杆传动机构的运动规律和分析方法。
3. 平面连杆传动机构的应用实例和案例分析。
三、导学步骤：1. 导入：通过展示一些平面连杆传动机构的实例，引起学生对该主题的兴趣。
2. 进修：介绍平面连杆传动机构的定义和分类，讲解其工作原理和运动规律。
3. 实践：让学生通过实际的案例分析和计算练习，加深对平面连杆传动机构的理解和掌握。
4. 总结：对学生进行知识点的总结和梳理，强化他们对平面连杆传动机构的认识。
5. 拓展：引导学生思考平面连杆传动机构在工程实践中的应用，激发他们的创新认识和实践能力。
四、导学评判：1. 教室表现：观察学生在进修过程中的表现和参与度，评判其对知识的理解和掌握水平。
2. 练习成绩：根据学生完成的练习和作业情况，评判其对平面连杆传动机构的应用能力和解决问题的能力。
3. 课后反馈：收集学生对导学过程的反馈意见和建议，及时调整教学方法和内容，提高教学效果。
五、导学延伸：1. 鼓励学生自主进修和探究平面连杆传动机构的更多知识，拓展他们的进修领域和深度。
2. 引导学生参与相关竞争和实践活动，提升他们的综合能力和实践能力。
3. 鼓励学生在课外时间深入钻研平面连杆传动机构的应用和发展趋势，培养他们的创新精神和实践能力。
通过本导学案的进修，学生将能够全面了解平面连杆传动机构的基本原理和工作方式，掌握其运动规律和分析方法，能够应用平面连杆传动机构解决实际问题，提高他们的工程设计和实践能力，为未来的进修和发展奠定坚实的基础。
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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 ϕ== 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 ϕ⎡⎤++-=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦
()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
()()21min
m Ei i i f x ψψ==-→∑
3.约束条件的确定
1）曲柄摇杆机构满足曲柄存在的条件
()()()()()()1122133144143251234613240
g x l l g x l l g x l l g x l l l l g x l l l l g x l l l l =-≤=-≤=-≤=+--≤=+--≤=+--≤
六、课堂小结
（板书）通过曲柄摇杆机构的优化设计，更深层的体会了优化设计数学模型的步骤：1.设计变量的确定。
2.目标函数的建立。
3. 约束条件的确定 七、布置作业
空间连杆机构的优化设计如何建立数学模型？
实例1：美国BIGDOG 大狗机器人（由波士顿动力学工程公司专门为美国军队研究设计的一种形似机械狗的四足机器人。
）
实例2：日本的阿西莫机器人（日本本田技研工业株式会社研制的仿人机器人）
【教学反思】
通过本节的教学暴露出了许多学生的问题，比如对于问题的分析能力，以及优化设计数学模型的理解还不深入，许多学生一知半解。
希望在下一次课，通过另一个实例的讲解之后，能够帮助在数学模型和实际工程问题间建立桥梁。