平面连杆机构教案

2024-05-10

平面连杆机构教案（共8篇）

篇1：平面连杆机构教案

机械基础电子教案 6.2 平面连杆机构

【课程名称】平面连杆机构【教材版本】

栾学钢主编。机械基础（多学时）。北京：高等教育出版社，2010 栾学钢主编。机械基础（少学时）。北京：高等教育出版社，2010

【教学目标与要求】一．知识目标

1.了解铰链四杆机构的组成和三种基本型式的运动特性与应用。2.熟悉曲柄存在条件的判别方法。3.了解含有一个移动副的四杆机构。

4.了解铰链四杆机构的运动特性―急回特性和死点。二．能力目的

1．能够判断四杆机构是否存在曲柄？并根据已知条件确定四杆机构的具体型式。2．熟悉含有一个移动副的四杆机构和三种基本型式的运动特性及应用场合。三．素质目标

1．了解四杆机构的运动是将连续匀速的转动转变成变速的摇动或其他型式的运动机构，实现运动型式的转化。

2．熟悉三种常见的四连杆运动的基本型式的特点。

3．能够根据曲柄存在条件及取不同构件作为机架来判断出不同的四杆机构。

四．教学要求

1．熟悉低副接触四杆机构的运动特点和的组成条件。

2．能够判断四杆机构是否存在曲柄和该机构的基本型式。掌握三种机构的应用场合。【教学重点】

1．四杆机构曲柄存在条件的判别及四杆型式的确定。2．熟悉三种基本型式的运动特点及应用场合。【难点分析】

1．高、低运动副的区分和四杆机构基本型式的判断。

2．急回特性的形成，要借助于教具或实物演示，最好请同学上台自己体验。3．死点的形成条件是曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动件才可能出现，如果学生有自己使用过缝纫机请他谈谈使用的感受最好。在理论上要用力矩的大小等于力与力臂的乘积来决定，如果力臂为0，则无论力有多大，则力矩仍为0。【教学方法】

讲授为主，配合教具课件演示，最后归纳总结。【学生分析】

从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容，是一个由静向动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点，这也是要改变学生思路的方式。在讲课时，一定要把这些特点先告诉学生，以便更快地适应新的教学内容。【教学资源】

1．机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2010。

2．吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2010。【教学安排】

4学时（180分钟）【教学过程】

一．

开始常用机构一章的学习，机构的特点是运动的，所以要从运动的角度出发来研究和分析机构，这样就比较容易理解掌握。要习惯于机构简图的表示内涵及它表示的构件运动特点。如书中图6-3所示。机构的种类很多，本书只介绍平面连杆机构，凸轮机构和间歇运动机构，其共同特点是将主动件连续的匀速转动通过机构转化成断续或不均运的各种运动型式，以满足实际工作场合的需求。二．新课讲授 1．平面连杆机构

首先要和学生共同回忆机构的定义，即构件的组合与构件之间具有相对的运动，如果没有相对的运动，就不成机构。接着要讲明连杆的含义，即长度与横截面之比值较大才成为杆，杆之间用运动副（如销轴或滑道）连接。然后再介绍何为平面，即四个杆件的运动都在一个平面内或者在相互平行的平面内才称之为平面连杆机构。开始讲授时，一定要把基本概念阐述严密完整。高低运动副的区别在于是面或是点线接触，多举例说明，如板擦与黑板之间是面接触，而粉笔与黑板是点接触；滚动轴承是点线接触的高副连接，滑动轴承的曲面接触的低副连接。2．铰链四杆机构

凡是由四个杆件组成的机构即是四杆机构，它必定有固定不动的机架和两个与机架相连的连架杆，另一个不与机架相接触的杆件即为连杆。由于杆件的长度不一，但总能找出其中最短的杆件，将最短杆与其中最长杆的长度之和与其它两杆长度之和的比较，一定能得出如果大于其它两杆长度之和，则此机构取不同的杆件作为机架，将会出现曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构等三种不同型式。曲柄即能绕机架的固定转轴作整周转动，而摇杆只能绕机架作某个角度范围内的摆动。3．双曲柄机构如果双曲柄的长度相等，又可以根据双曲柄的运动方向是否相同或相反分成二种运动特性。

讲课中重点要结合中职学生的职业特点讲述机构的应用实例，理论要贴近实际，应用到生产实践中，加深学生的记忆，也使学生学以致用，为用而学，才能调动学生的学习主动性。

4．含有一个移动副的四杆机构

常用曲柄滑块机构，把转动转化成移动，如冲压机。

5．铰链四杆机构的运动特性

急回特性

从演示中先让学生得出结论入手再按书中图6-28来分析，着重注意虽然摇杆的行程往返一样长，但曲柄转过的圆心角都不相等，由于曲柄作等角速运动，走过的圆心角所需要的时间就长，反之所需要的时间就短，在相同的行程中，时间长的其移动的速度必然就慢，反之必然就快，这就导致在摇杆的往返两个行程产生了不同的行走速度，即一快一慢，出现了快速的回程，这正是机械中空行程所需要的，它可以缩短非工作时间。称为回程的急回特性。

压力角

压力角的大小影响到从动件的运动受力状况，压力角与传动角互成90度，传动角的大小由连杆和摇杆的夹角组成，在运动中容易观察，所以常用传动角的大小来控制。

死点

死点形成的前提是在曲柄摇杆机构中以摇杆作为主动构件，而当摇杆在两端极限位置时，极位夹角成0°或180°时，曲柄的力臂为0，此时无论施加多大的作用力，曲柄都不可能转动，称之为死点位置。解决死点位置的方法是加惯性轮，靠惯性的作用冲过死点，或者采用机构错位排列的方法，如图6-17所示。反之也可以利用死点来作有用的工作，如作夹具或飞机起落架。三．小结

1．平面连杆机构的功能是将连续匀速的转动转化为非匀速的断续或其它运动型式，满足不同的工作环境要求。

2．平面连杆机构主要由低副联接而成的四杆机构，根据组成条件，可以分为曲柄连杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构，这主要取决于四杆机构中是否存在曲柄，并取何杆件作为机架来决定。

3．双曲柄还可以根据两曲柄的特点进一步细分，但不必讲的过深，简单了解就可以。4．急回特性是曲柄摇杆机构运动的特点，具有一定的实用价值。死点产生于以摇杆作主动构件的前题。四．作业布置

【课后分析】

篇2：平面连杆机构教案

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。杆 4称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动。通常取杆2为原动件。当l1

3、摇块机构和定块机构

在图所示曲柄滑块机构中，若取杆2为固定构件，即可得图所示摇块机构。应用：卡车自动翻转卸料机构。

若取杆3为固定件，即可得图所示定块机构。应用：抽水唧筒

三，含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）

双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。

按照两个移动副所处位置的不同，可将双滑块机构分成四种型式。⑴两个移动副不相邻，如图所示。从动件3 的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。

⑵两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联，如图所示。从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。⑶两个移动副相邻，且均不与机架相关联，这种机构的主动件 1与从动件3具有相等的角速度。应用：滑块联轴器

⑷两个移动副都与机架相关联。应用：椭圆仪

四、偏心轮机构

曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构通过扩大转动副尺寸，可得到偏心轮机构。如图所示为由曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构中曲柄的转动副B的半径扩大至超过曲柄的长度时，得到的偏心轮机构。偏心距e即是曲柄的长度。

当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。

§2-2平面四杆机构的基本特性一，铰链四杆机构有整转副的条件

具有整转副的铰链四杆机构才有可能存在曲柄。而铰链四杆机构是否具有整转副，取决于各杆的相对长度。l1l2，l1l3，l1l4 它表明：杆1为最短杆，在杆

2、杆

3、杆4中有一杆为最长杆。结论：

⑴铰链四杆机构有整转副的条件（曲柄存在的必要条件）是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ⑵ 整转副是由最短杆与其邻边组成的。

曲柄是连架杆，只有整转副处于机架上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足整转副条件时，机构中最短杆的两端转动副一定为整转副。因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄的条件：

⑴最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ⑵连架杆和机架中，必有一个是最短杆。

当铰链四杆机构满足上述整转副条件时 ① 以最短杆为机架，则为双曲柄机构； ② 以最短杆的邻边为机架，则为曲柄摇杆机构； ③ 以最短杆的对边为机架，则为双摇杆机构。

若不满足上述曲柄存在的必要条件，则不论以何杆作为机架，都为双摇杆机构。

二，急回特性

在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件并作等速转动时，从动摇杆空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。

摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。摇杆处于两极限位置时，主动件曲柄所夹的锐角称为极位夹角。曲柄转角为φ，时间为t 机床等机器用急回特性来缩短非生产时间，提高生产率急回特性相对程度用行程速比系数K表示

2/t2t11180K1/t1t22180K1180K1三，压力角和传动角

在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构中从动件受力F方向和受力点绝对速度vC方向间所夹的锐角称为机构在此位置的压力角。压力角是衡量机构传力效果的一个标志。

力F在vC方向的有效分力F′=Fcos，即压力角愈小，有效分力愈大，对机构的传动愈为有利。

压力角的余角=900-，称为机构在此位置的传动角，如图2-7所示。对于连杆

机构，传动角往往表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以有时用传动角来反映机构的传力性能较为方便。即压力角越小，传动角越大，机构的传力性能越好；反之，越大，越小，机构传力越费劲，传动效率越低。四，死点位置

如图所示，曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件，而曲柄AB为从动件时，则当摇杆处于极限位置时，连杆BC与曲柄 AB共线，此时在主动件上无论施加多大的驱动力，连杆加给曲柄的力均通过铰链中心A，此力对A点不产生力矩，所以都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。

例：1.缝纫机踏板机构 2.夹紧机构 §2-4 平面四杆机构的设计

平面四杆机构设计主要有下面两类问题：

⑴按照给定从动件的运动规律（位置、速度、加速度）设计四杆机构。⑵按照给定点的运动轨迹设计四杆机构。

四杆机构设计的方法有解析法、几何作图法和实验法。作图法直观，解析法精确，实验法简便。

一、按照给定的行程速度变化系数设计四杆机构 1.曲柄摇杆机构

已知条件：摇杆长度l3，摆角ψ和行程速度变化系数K。

设计的实质是确定铰链中心A点的位置，定出其他三杆的尺寸l

1、l2和l4。其设计步骤如下：

⑴由给定的行程速比系数K，按式（2-2）求出极位夹角θ

180K1K1

由于A点是△C1PC2外接圆上任选的点，所以若仅按行程速比系数K 设计，可得无穷多的解。A点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的传动质量，可按

照最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点的位置。2.导杆机构

已知条件：机架长度l4、行程速比系数K。

由图2-27可知，导杆机构的极位夹角θ等于导杆的摆角ψ，所需确定的尺寸是曲柄长度l1。其设计步骤如下：

⑴ 由给定的行程速比系数K，求出极位夹角θ ⑵任选固定铰链中心 C，以夹角ψ作出导杆两极限位置

Cm和Cn。

⑶作摆角ψ 的平分线AC，并在线上取 AC= l4，得固定铰链中心 A的位置。

⑷过A点作导杆极限位置的垂线AB1（或AB2），即得曲柄长度l1＝AB1

二、按给定连杆位置设计四杆机构

图2-28所示为铸工车间翻台振实式造型机的翻转机构。它是应用一个铰链四杆机构来实现翻台的两个工作位置的。

如给定与翻台固联的连杆3的长度l3=BC及其两个位置B1C1和B2C2，要求确定连架杆与机架组成的固定铰链中心A和D的位置，并求出其余三杆的长度l1、l2和l4。设计问题的关键为确定固定铰链A、D的位置。

由于连杆3上B、C两点的轨迹分别为以A、D为圆心的圆弧，所以A、D必分别位于B1B2和C1C2的垂直平分线上。故可得设计步骤如下：

⑴根据给定条件，绘出连杆3的两个位置B1C1和B2C2。

⑵分别连接B1和B2、C1和C2，并作B1B2和C1C2的垂直平分线b12和c12。⑶由于A和D两点可在b12和c12两直线上任意选取，故有无穷多解。在实际设计时还可以考虑其他辅助条件，例如最小传动角、各杆尺寸所允许的范围或其他结构上的要求等等。本机构要求 A、D两点在同一水平线上，且AD=BC。根据这一附加条件，即可唯一地确定 A、D的位置，并作出所求的四杆机构AB1C1D。

篇3：平面连杆机构运动学仿真

平面连杆机构是一类工程中广泛使用的典型运动机构, 它的运动分析是机构学中典型的机构运动分析之一。如果设计平面四杆机构时能及时用图显示其运动轨迹, 从而将图示结果与设计要求相比较, 可以使设计者及时修改设计中的偏差, 提高设计效率。

MATLAB是集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体的高性能数学软件, 它在国内外高校和科研部门正扮演着越来越重要的角色, 功能也越来越强大, 将其强大的计算功能与VB在图形用户界面开发方面的优势结合起来, 实现应用系统的无缝集成。

Auto CAD是目前应用十分广泛的工程图形处理软件, Active X技术使得我们可以通过Auto CAD暴露出来的信息, 用其它应用程序Visual Basic (VB) 、VC等, 通过编程访问Auto CAD内部机制, 把Auto CAD的强大功能集成到应用程序中。

本文拟利用Active X技术实现VB与MATLAB、VB与Auto CAD的连接, 通过VB编程实现三者的集成, 完成平面连杆机构的运动仿真。

2 机构的运动仿真

2.1 机构的数学模型[1,2]

图1为平面连杆机构结构简图。

图中, L1'为原动件、L3'为从动件、L2'为连杆、L0'为机架, 设各杆长分别为L1、L3、L2、L0, 原动件L1以角速度ω1匀速运动, 求从动件L3的角位移、角速度及角加速度。

将平面四杆机构视为1个封闭矢量多边形, 用复数表示各个杆矢量, 得到矢量方程为:

由式 (1) 区分出实部和虚部, 可以得到:

式 (2) 中, 各杆长为已知量, L1为原动件, 故θ1已知, 式 (2) 为包含两个未知量θ2、θ3的非线性方程组, 求解的方法很多, 具体有以下3种。

1) 从方程组 (2) 中任意消去一未知量θ2或θ3, 得到仅含有一个未知量θ3或θ2的非线性方程, 用数值分析中非线性方程求根的相关算法求解, 或利用MATLAB的fzero函数求解该方程可使原问题得解, 参考文献[2~3];

2) 直接用牛顿迭代法求解非线性方程组 (2) , 同样可在MATLAB中编程完成牛顿迭代法的求解过程, 参考文献[4];

3) 对方程组 (2) 求其二阶导数可得平面连杆机构的加速度方程, 将其写出矩阵形式为:

将用牛顿法求解非线性方程组 (3) 的MATLAB文件作为可视化仿真工具Simulink的函数模块实现求解, 此方法的优点是通过Simulink的Scope模块输出可实时输出角位移、角速度、角加速度曲线, 也可将结果输出到MATLAB工作空间进一步处理, 参考文献[4~6]。

比较上述三种方法, 方法 (1) 较简单, 但其每次只能求解一个未知量, 不能像方法 (2) 、 (3) 那样同时求解多个未知量, 不如方法 (2) 、 (3) 直观方便;方法 (3) 实质上是方法 (2) 的逆过程, 从加速度积分求解速度、位移, 需要用到积分器, 积分器初值的设定是该方法的重点和难点, 而用方法 (2) 求解只须给定位移的初值, 比方法 (3) 简单, 但方法 (3) 最直观。读者可根据需要选择合适的方法完成求解。

2.2 实现方法

2.2.1 总体设计

本文利用Active X技术实现VB与MATLAB、VB与Auto CAD的连接, 程序的总体设计思路如图2, 由VB制作程序主界面, 由MATLAB引擎完成连杆机构的求解并将结果返回到VB, 由Auto CAD完成连杆机构的运动仿真、或由VB的line、circle等方法在主界面图像框控件内完成仿真动画, 程序的运行须遵循“计算->仿真”的顺序, 如图2中标号所示, VB中可通过设置控件的Enabled属性控制程序的运行顺序。本文使用VB内部控件Data控件实现与Access数据库连接, 使用文本框作为数据绑定控件, 同时文本框用作用户输入, 数据库中包含一些典型连杆机构的设计信息。VB制作的主界面如图3所示, 图4为启动MATLAB引擎完成计算后由VB的绘图方法完成的仿真动画, 图中所示为双曲柄机构仿真动画的一个截图, 右下角为仿真运行时各杆件的坐标输出, 鼠标停在上面会显示相应的提示信息。计算完成后若点击“CAD仿真”按钮将会启动Auto CAD软件完成相应机构的运动仿真, 图5为曲柄滑块机构的仿真截图, 对于四杆机构的Auto CAD运动仿真,

1.计算请求2.计算结果返回3.仿真运行4.仿真结束返回

退出本程序时, VB会同时关闭MATLAB引擎及Auto CAD系统, 用户可根据Auto CAD的提示选择保存当前绘图或不保存直接退出。

2.2.2 Active X技术

Microsoft把所有以COM (构件对象模型) 为基础的技术统称为Active X技术。COM是一种客户/服务器方式的对象模型, 这种模型使得各构件和应用程序之间能以统一的方式进行交互。同样, Active X技术由客户程序和服务器程序组成, 由客户程序控制操纵服务器程序。服务器程序包含一系列的暴露对象, 只要它提供一定的接口, 就可以使任何对象实现自动化。对象包含了一些外部接口, 它们被称为属性和方法。

MATLAB实现了Active X自动化服务支持, 在VB下通过Active X自动化接口可将MATLAB作为Visual Basic语言的一个Active X部件调用。MATLAB Active X自动化服务的功能主要包括在MATLAB工作空间执行MATLAB命令, 以及直接从工作空间存取矩阵等。这种方法不要求链接整个MATLAB, 只需要载入MATLAB引擎库, 节省了大量的系统资源。MATLAB自动化服务支持的几个主要方法如表1。

在Auto CAD中, 提供了对象类型库 (Auto CAD Object Library) , 这样可以在VB等编写的应用程序中访问AutoCAD的Automation对象, Auto CAD对象类型库提供了约70个左右的对象, 这些对象带有约500个方法和属性, 所有对象组成一个层次结构, 最高层是Application对象, 代表Auto CAD自身, 它包含的一些属性和方法可以对AutoCAD进行控制。Application对象的子层是Preferences对象和Documents对象。前者可对Auto CAD进行系统设置, 后者是Auto CAD当前编辑的图形, 可以存取图形和非图形对象。图形对象也称为实体, 分为模型空间实体和图形空间实体, 它们包含所有绘图模式和图纸空间的图形实体如line、arc、circle等。用非图形对象可得到如层、线形、文本试样等。可以把这些对象分成以下几类:

1) 图元类对象, 如直线、圆弧、多义线、文本、尺寸等;

2) 样式设置类对象, 如线型、尺寸样式等;

3) 组织结构类对象, 如图层、组、图块等;

4) 图形显示类对象, 如视图、视窗等;

5) 文档与应用程序类对象, 如一个DWG文件或应用程序本身等。

所有这些对象都具有一种层次的关系, 根据它们在Auto CAD中的功能, 可以组成一种树形结构, 称之为对象模型 (Object Model) 树, 如图7 (局部) 所示[8]。

本文中, VB作为客户端控制MATLAB、Auto CAD服务器程序, 构成客户/服务器方式的对象模型。

2.2.3 关键代码

1) VB与MATLAB连接

要将VB与MATLAB连接起来, 构建客户/服务器方式的对象模型, 需要两个步骤:编写VB代码前, 首先要在VB编程环境中引用MATLAB对象库mlapp.tlb, 该对象库位于Rootbinwin32目录下 (Root表示MATLAB安装目录) ;然后在VB中创建MATLAB对象, 启动运行MATLAB引擎, 关键代码如下:

VB与MATLAB连接后, 就可向MATLAB工作空间传送数据、启动计算、并从MATLAB工作空间返回计算结果到VB数组中, 部分代码如下:

上述代码第一行完成向MATLAB工作空间传送数据, 第二行完成四连杆机构的计算, 第三行向VB返回计算结果, 其中四连杆机构的计算用牛顿迭代法编写MATLAB程序完成求解, 程序文件存为bar4_ppf.m, 类似地, 其它类型平面连杆机构的求解可选择合适的方法编写相应的MATLAB程序, 由VB运行时完成求解。

2) VB与AutoCAD连接

要将VB与AutoCAD连接起来, 也需要两个步骤:编写VB代码前, 首先在VB编程环境中引用AutoCAD对象库acad.tlb, 该对象库位于AutoCAD安装目录下;然后在VB中创建AutoCAD对象, 启动运行AutoCAD, 关键代码如下:

其中第一行代码的作用是避免重复运行AutoCAD, 第五行代码启动AutoCAD, 并将AutoCAD根对象命名为AcadApp, 此后便可使用该对象及其下级对象的属性和方法, 控制AutoCAD的绘图过程, 完成平面连杆机构的运动仿真。

3 应用实例

在上文中已给出了曲柄滑块机构、双曲柄机构、四连杆机构的一些实例, 本节给出曲柄摆杆机构的运动仿真实例, 为便于比较, 本文的实例选自文献[6] (牛头刨床主运动机构) , 图8为机构简图。

图8中, 各杆件的长度分别为:曲柄长rAB=400mm, 机架长rAD=1000mm, 曲柄转速ωAB=10rad/s。上述数据可由主界面文本框输入, 或直接从数据库中选取, 要运行曲柄摆杆机构仿真, 需要在主界面选择“曲柄摆杆机构”选项, 启动MATLAB完成计算后即可在Auto CAD中运行仿真, 图9所示为仿真运行的截图, 图10为运动仿真主界面。

计算完成后可将仿真结果图形化, 在MATLAB环境中用plot函数完成绘图, 图11为杆件5的位移、速度、加速度曲线, 图中的计算结果与文献[6]并无差别。同样, 可根据需要图示其它平面连杆机构的仿真结果。

4 结语

本文借助ActivX技术实现了VB、MATLAB、AutoCAD软件的集成, 分别发挥三者在界面制作、数值计算、精确绘图方面的优势, 完成了平面连杆机构的运动仿真, 为平面连杆机构的设计与分析提供了一条可行的方法。本文的程序在Visual Basic 6.0、MATLAB 6.5、AutoCAD2002版中调试通过。

参考文献

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[2]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2000.

[3]王静文, 刘舜尧, 莫江涛.基于MATLAB实现四杆机构运动仿真[J].现代机械, 2005, 4:50-52.

[4]周进雄, 张陵译.机构动态仿真——使用MATLAB和SIMULINK[M].西安:西安交通大学出版社, 2002.

[5]王芳, 张海燕.基于Simulink的连杆机构运动学仿真[J].机械设计与研究, 2004, 20 (2) :35-37.

[6]曲秀全, 陈照俊, 焦映厚.RPR-RPP六杆机构的MATLAB动力学仿真[J].机械传动, 2003, 27 (5) :18-21

[7]王颖, 胡宗军, 邹介棠, 等.ActiveX:从Visual Basic6.0调用MATLAB的实现方法[J].机电工程, 1999, 16 (6) :172-174.

篇4：浅谈《平面连杆机构》的教学心得

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

篇5：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）

篇6：第二章平面连杆机构习题

1.如图所示的运动链中，已知各构件长度lAB60mm，lBC40mm，lCD50 mm，lAD20mm，回答下列问题：(a)判断是否存在曲柄？

(b)固定哪个构件可获得曲柄摇杆机构？(c)固定哪个构件可获得双曲柄机构？(d)固定哪个构件可获得双摇杆机构？

2.根据图中所注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，并说明为什么.a

3.设计一铰链四杆机构。已知摇杆长度,摇杆最大摆角,行程速比系数K,机架长度,1）求曲柄长度和连杆长度；2）该机构在什么情况下，在什么位置出现死点？

4.设计一曲柄摇杆机构。已知其行程速比系数K=1.4,曲柄长LAB=30mm,连杆LBC=80mm,摇杆的摆角ψ=40。求摇杆的长度LCD和机架LAD的长度。

设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆的长度LCD=150mm，行程速比系数K=1，摇杆的极限位置与机架所成的角度分别为30度和90度，求LAB和LBC。5.6.试设计一偏置曲柄滑块机构。已知其滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的冲程H=60 mm，偏距e=15 mm，试确定曲柄及连杆的长度。

BCA

7.在下图所示铰链四杆机构中，各杆的长度分别为： lAB = 25 mm , lBC = 55 mm ，lCD = 40 mm , lAD = 50 mm , 试问：（1）该机构中哪个构件是曲柄？

（2）该机构中哪个构件是摇杆？并作图表示出摇杆的摆角范围φ（不用计算具体数值）。

（3）该机构在什么情况下有死点位置？

篇7：机械设计教程－三、平面连杆机构

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。

篇8：平面连杆机构基本性质的教学分析

实践活动是学生学习的起点。平面连杆机构来源于生活, 要学生深入实践, 引导他们发现问题, 探究规律, 从而达到主动学习, 获取新知识。为此在实践教学阶段, 让学生做以下几件事:

1.让学生自制模型, 要求学生用截面10mm*15mm木条4根, 长度在150mm-650mm之间, 木条两两之间搭接并用铁钉钉穿 (构成转动副) 。如图示:

2.带领学生到机加工车间观摩牛头刨床的工作过程。

3.让学生体验踩踏缝纫机。

通过以上的实践教学, 学生实现了既动手、又动脑的能动学习过程, 使学生由直观的感知到理性的认识。把理论与实践融为一体, 从而为理论教学奠定了基础。

二、曲柄存在条件总结

机械基础教材中通常以曲柄摇杆机构为例, 通过运动过程中曲柄与连杆的两次共线位置所构成的三角形, 运用数学知识证明, 其过程抽象深奥, 中职学生难以理解。本人在教学中, 让两名学生带着自制的模型到讲台上演示, 即学生手持一杆, 如上图A中AD杆, 该杆即为机架, 然后转动AB杆, 观察其运动过程。可知:AB为曲柄, CD为摇杆, 机构类型为曲柄摇杆机构。后手持AB杆、BC杆、CD杆 (依次为机架) , 依次转动BC杆、CD杆、DA杆 (依次为主动件) , 由演示过程得到机构的类型依次为:双曲柄机构、曲柄摇杆机构, 双摇杆机构。而学生手持图B的模型, 无论以何杆为机架, 均为双摇杆机构类型。

通过学生自制模型的感知、动手演示的过程以及学生的分组讨论, 笔者对其归纳总结得出曲柄存在条件为:

1.最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

2.最短杆是机架或连架杆。

三、急回特性分析与讨论

急回特性是指机构在运动过程中非工作行程的速度比工作行程的速度大的现象。意义在于缩短非生产时间, 从而提高生产效率。学生在机加工车间观摩牛头刨床的加工过程就是利用这一特性。在讲述急回特性前需要掌握的几个基本概念:

1.极限位置:曲柄与连杆共线位置时, 摇杆位于C1D和C2D的两个位置。

2.极位夹角:曲柄与连杆两次共线位置时所夹的锐角。

3.工作行程:按照曲柄的转动方向, 定义摇杆由C1D运动C2D时, 机构处于加工过程。

4.非工作行程:按照曲柄的转动方向, 定义摇杆由C2D运动C1D时, 机构复位, 为下一次加工做准备。

据上图A绘制机构运动简图 (绘图方法略, 如图C)

设曲柄AB逆时针匀角速度ω转动, 图中C1D、C2D表示摇杆的两个极限位置, 其参数列表如下:

很显然, 从上表中可以看出, 当θ>0时, t1>t2, 1<2。亦即非工作行程的速度大于工作行程的速度, 这就是连杆机构的急回特性。