中职机械基础教案

教学目的 掌握常用的运动副类型 

教学重点 低副和高副 

教学难点  

辅助手段  课外作业  

课后体会  

一、运动副

 使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。

 根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。

    1.低副：低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为：

    （1）转动副：两构件在接触处只允许作相对转动。由滑块与导槽组成的运动副。

    （2）移动副：两构件在接触处只允许作相对移动。由滑块与导槽组成的运动副。

 3）螺旋副：两构件在接触处只允许作—定关系的转动和移动的复合运动。丝杠与螺母组成的运动副。

     2.高副：高副是两构件之间作点或线接触的运动副。

二、自由度

 —个作空间运动的构件具有六个的运动，即沿X、Y、Z轴的移动和绕 X、Y、Z轴的转动，构件的这种的运动称为构件的自由度。

 一个作平面运动的自由构件，可以产生三个运动，即沿X、Y、Z轴的移动及绕A点（极点）的转动，所以具有三个自由度。

     当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于受到约束，相应的自由度也随之减少。转动副约束了沿 X、Y轴向移动的自由度，保留了—个转动的自由度。移动副约束了沿一轴方向的移动和在平面内两个转动自由度，保留了沿另—轴方向移动的自由度。高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。

 所以在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度。

 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。

三、平面机构的运动简图

    绘制平面机构运动简图的目的

    绘制平面机构运动简图的目的在于：撇开与机构运动无关的外部形态，把握机构运动性质的内在联系，揭示机构的运动规律和特性。

    机构的相对运动只与运动副的数目、类型、相对位置及某些尺寸有关，而与构件的横截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体结构无关。

 用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图。

 只表示机构的结构及运动情况，不严格按比例绘制的简图称为机构示意图。

章节名称  TOPIC 2 铰链四杆机构 授课形式 讲授 课时 2 班级 中专0101 

教学目的 掌握铰链四杆机构的基本类型。掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。 

教学重点 掌握铰链四杆机构的基本类型。掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。 

教学难点 掌握平面四杆机构曲柄存在的条件。 

辅助手段  课外作业  

课后体会  

四杆机构的组成

 铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统。

 其中被固定的杆4被称为机架

 不直接与机架相连的杆2称之为连杆

 与机架相连的杆1和 杆3称之为连架

 凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于360°的        范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。

链四杆机构的类型                                       

铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。

1）曲柄摇杆机构

若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个是曲柄而另一个是摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。

 用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构。

 汽车前窗的刮雨器。当主动曲柄AB回转时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。

 2 ) 双曲柄机构

 如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作360°整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。

 在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架杆的长度相等（，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。

 蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线时，可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转。机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转。

双摇杆机构

 铰链四杆机构的两个连架杆都在小于360°的角度内作摆动，这种机构称为双摇杆机构。

三、曲柄存在的条件

 由上述以知，在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。而曲柄是否存在。则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。

 可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：

连架杆与机架中必有一个是最短杆；

最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。

    上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄条件，还可作如下推论：

 （1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能有以下几种情况：

 a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构；

 b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构；

 c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

 (2)若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。

四、铰链四杆机构的演化

 1．曲柄滑块机构

 在曲柄摇杆机构中，如果以一个移动副代替摇杆和机架间的转动副，则形成的机构称为曲柄滑块机构。

 它能把回转运动转换为往复直线运动，或作相反的转变。

2．导杆机构

章节名称  TOPIC 3铰链四杆机构的工作特性 授课形式 讲授 课时 1 班级 中专0101 

教学目的 掌握铰链四杆机构的工作特性 

教学重点 掌握铰链四杆机构的工作特性 

教学难点 急回特性、死点 

辅助手段  课外作业  

课后体会  

一、急回特性和行程速比系数

 曲柄摇杯机构中，当曲柄A B沿顺时针方向以等角速度转过φ1时，摇杆CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D，设所需时间为 t1，C点的明朗瞪为 V1；而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D，设所需的时间为 t2，C点的平均速度为 V2。由于φ1＞φ2，所以 t1＞t2 ,V2＞Vl。由此说明：曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。

 摇杆CD的两个极限位置间的夹角ψ称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位置时所夹的锐角θ称为极位夹角。

   在某些机械中(如牛头刨床、插床或惯性筛等)，常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时间，以提高生产率。

 行程速比系数K：从动件空回行程平均速度V2与从动件工作行程平均速度V1的比值。K值的大小反映了机构的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。

    K＝V2／V1 

 ＝(C2C1／t2) ／ (C1C2／t1)

 ＝（180°十θ）／ (180°一θ)

 由上式可知，K与θ有关，当θ＝0时，K＝1，说明该机构无急回特性；当θ＞0时，K＞l，则机构具有急回特性。

二、死点

   以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角γ＝0，压力角α＝90°的情况。此时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点。机构在死点位置时由于偶然外力的影响，也可能使曲柄转向不定。                                                                                                              死点对于转动机构是不利的，常利用惯性来通过死点，也可采用机构错排的方法避开死点。   

 但死点也有可利用的一面，当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱。