双曲柄机构

平面四杆机构特点及应用

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=25mm，BC=35mm，CD=45mm，

AD=55mm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。

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。