学习情境2平面连杆机构

学习情境2 平面连杆机构

主讲教师吴明清指导教师

授课日期授课班级12模具、12焊接

学习情境任务3 设计搅拌机曲柄摇杆机构学时 6

能力目标1．平面四杆机构基本特性的分析能力，并能绘图表示；

2．平面四杆机构的初步设计能力。

训练项目设计平面四杆机构。

知识点平面四杆机构的基本形式及其演化；平面四杆机构的特性；曲柄存在的条件、压力角、传动角、死点位置、极限位置、极位夹角、行程速比系数等基本概念；

设计平面四杆机构的基本方法。

教学重点与难点1. 曲柄存在的条件；

2.平面四杆机构设计的基本方法。

教学方法任务驱动教学与典型案例讲解相结合教学准备课件，黑板，多媒体设备等。

检测与评价教师评价与学生自评与互评相结合；职业能力(占70%)、职业素质(30%)；评价成绩采用百分制。

教案设计

工作过程工作内容

课前组织（5min）1．清点学生人数；2．检查授课环境；3．链接多媒体课件。

任务导入（5min）

平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构，例如我们常见的缝纫机踏板机构、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床等。最简单最常见的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构，它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。如图所示的搅拌器动力机构为曲柄摇杆机构，若已知摇杆CD的长度CD

l

，摆角ψ和行程速比系数K，试设计该曲柄摇杆机构。

a

综上所述，铰链四杆机构有曲柄存在的条件如下：

(1) 机架或连架杆中必有一杆为最短杆；

(2) 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆件长度之和。

以上两条件必须同时满足(△BCD 存在)，机构中才会有曲柄存在，否则机

构只能为双摇杆机构。

d

c

b

a

B1A D

B2

C1

B

C2

C

图3-19 铰链四杆机构

进一步分析，在满足“杆长之和条件”下，若以最短杆为机架，此时两连架杆均为曲柄，而得双曲柄机构；若以最短杆的相邻杆为机架，则最短杆为曲柄，而得曲柄摇杆机构；若以与最短杆件相对的杆件为机架，则得双摇杆机构。

2.4压力角和传动角

在生产实际中，除了考虑平面连杆机构的运动要求、实现预定的运动规律或运动轨迹外，还必须考虑机构的传力特性，使机构运转轻便，具有较高的传动效率。

图3-20 压力角和传动角

在图3-20所示的曲柄摇杆机构中，若不考虑构件的N质量、惯性以及转动副中的摩擦力等的影响，则连杆BC可视为二力杆件，则当曲柄AB为原动件时，通过连杆BC作用于从动件CD上的力F沿BC方向，力F的方向与力作用点C的绝对速度V c方向之间的夹角称为压力角，用α表示。力F分解为

图3-21 曲柄摇杆机构的急回特性

通常用行程速比系数（也称行程速度变化系数）

行程速比系数K为从动件回程平均角速度和工作行程平均角速度之比，即：

3-30 按K值设计曲柄摇杆机构

检查与评价

（15min）

巡回指导检查，及时解答学生疑问。

评价有教师评价与学生自评与互评相结合。

评定

形式

比例评定内容评定标准得

分自我

评定

20% 1.学习工作态度5

分

2.完成任务情况5

分

3.出勤情况5

分

4.独立工作能力5

分

积极【5】；一般【3】；不积极【0】

全部【5】；一半【3】；没有【1】

全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】

强【5】；一般【3】；不强【1】

小组

评定

30% 1.学习工作责任意识5

分

2.收集材料、调研能力5分

3.汇报、交流、沟通能力10分

4.团队协作精神10

分

强【5】；一般【3】；不强【0】

强【5】；一般【3】；不强【1】

强【10】；一般【6】；不强【2】

强【10】；一般【6】；不强【2】

教师

评定

50% 1.集体学习工作过程状态10

分

2.计划制定、执行情况10分

3.任务完成情况15

分

4.项目学习、实训报告15分

积极【10】；一般【6】；较差【2】

好【10】；一般【6】；较差【2】

好【15】；一般【10】；较差【5】

【0】-【15】

任务拓展（40min）

已知偏置曲柄滑块机构的行程速度变化系数K、滑块的行程H和偏距e，试设计此偏置曲柄滑块机构。

偏置曲柄滑块机构的设计方法与以上图3-30中曲柄摇杆机构的设计类似，其设计步骤如下：

(1) 计算极位夹角θ。

根据给定的行程速度变化系数K，由式（3-8）计算出极位夹角

1

1

180

+

-

⨯

=

K

K

ο

θ

(2) 确定滑块的极限位置。

，按滑块的行程H画出线段C1C2，得到滑块的选取适当的长度比例尺

l

两个极限位置C1和C2，如图3-31所示。

(3) 作△C1P C2及其外接圆（此处也可以按照上例中设计曲柄摇杆机构时的方法作外接圆）。作∠C1C2N=90°－θ,∠C2C1M= 90°,则∠C1PC2=θ。以P C2为直径作△C1P C2的外接圆O。

(4) 确定曲柄与机架的固定铰链中心A。

与C1C2的距离为偏距e，作C1C2的平行线，该直线与△PC1C2的外接圆的交点即为曲柄的转动中心点A。

(5) 确定曲柄和连杆的尺寸。

方法同曲柄摇杆机构的设计。

(6) 在曲柄的运动轨迹上，任取一点B，按各构件的尺寸画出机构ABC，如图3-31即为该机构在某个位置时的运动简图。

图3-31 按K值设计曲柄滑块机构