【文章內(nèi)容簡介】 應用公式時注意事項1. 局部自由度，放課件（局部自由度）滾子繞其本身軸線作自由轉動，絲毫不會影響其它構件的運動，這在進行自由度計算時，要將局部自由度去除，)。2. 復合鉸鏈，放課件（復合鉸鏈）什么叫復合鉸鏈，如何進行計算結論：由m個構件匯成的復合鉸鏈應當作為m1的轉動副，如圖31所示。圖31 復合鉸鏈計算3. 虛約束在運動副所加的約束中，有些約束所起的限制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束，在計算自由度時，虛約束應當除去不計，放課件（），）中EF為虛約束，）虛約束是很難找出，一般可從下面二點來找1）運動狀態(tài)不改變2）虛約束去掉前后F不同，=1，=0，故EF為虛約束。接下來放課件（~）說明一下。那么虛約束有什么用途？它可提高構件的剛性，改善其受力情況，因此，在現(xiàn)場，還是被廣泛地使用。第4章 平面連桿機構一、教學要求本章的主要內(nèi)容為用相對運動圖解法作平面連桿機構的運動（速度）分析、力分析；平面四桿機構的基本特性及其演化；鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件；平面四桿機構的設計。具體的教學要求如下：1）了解平面機構的運動（速度）分析。2）掌握平面機構的力分析。3）了解平面四桿機構的基本型式，掌握其演化方法。4）掌握平面四桿機構的基本特性。5）掌握平面四桿機構的圖解法設計。二、重點、難點重點：平面四桿機構的基本型式、演化及其基本特性。難點：1）平面四桿機構相關的基本概念。 2）平面四桿機構的力分析。 3）平面四桿機構的設計三、教學安排教學內(nèi)容學時數(shù)1. 概述2. 平面機構的運動分析3. 平面機構的力分析24. 鉸鏈四桿機構的基本型式及演化25. 平面四桿機構的基本特性6. 平面四桿機構的設計2注：為了照顧編寫教案時的系統(tǒng)性，表中列出的學時數(shù)只僅供參考，但全章總學時數(shù)不變。全教案同。四、教學思路設計本章主要介紹平面四桿機構的類型、特性、運動分析、力分析及運動設計等，同時簡要討論機構的效率和自鎖問題。學習了這些內(nèi)容，其最終目的為根據(jù)實際需求，確定滿足此需求的連桿機構類型，選擇合適的設計方法設計出此連桿機構。第4章 第1講知識點教學手段1. 平面連桿機構概況介紹2. 同一構件上各點速度分析3. 1）運動副中的摩擦 2）機構的受力分析 3）機械效率及自鎖 4）螺旋機構的效率課件（同一構件上點的運動分析、平面摩擦、楔形滑塊等速移動受力、軸頸的摩擦和摩擦圓、轉動副、考慮摩擦時機構的靜力分析、矩形螺旋副受力、滑塊等速上升受力、滑塊等速下滑受力）一、講授時注意幾點：1. 平面機構的運動分析主要講授用相對運動圖解法求解同一構件各點速度的方法，其中提出速度影像原理，求解加速度等不作要求。2. 平面機構的力分析是本章的難點，主要是為了確定各運動副中的反力，進而確定平衡力、平衡力矩。對這部分內(nèi)容主要應了解運動副的摩擦情況，機構受力分析方法、機械效率及自鎖概念。二、講授程序設計分析應該要求低些，因此在講授此內(nèi)容時，只得以簡單、典型情況進行分析，例如只分析同一構件點的速度，不分析加速度和不分析組成移動副的兩構件瞬時重合點的速度、加速度求法等。平面機構設計必須要進行運動分析及力分析。由于高職學生對設計的理論講授教案編寫如下所述第1講 教案第4章 平面連桿機構 概述放課件（鉸鏈四桿機構）平面連桿機構是由若干個構件以低副連接形成的平面機構。若干個構件可以是4桿、5桿等，其中平面四桿機構是平面連桿機構中最常用的一種形式。平面連桿機構的優(yōu)缺點（教材中有，說明一下） 用圖解法作平面機構的運動分析一個機構必須要有確定運動及其一定的運動規(guī)律，因此必須要進行機構的運動分析。其任務：根據(jù)機構原動件的已知運動規(guī)律，分析確定該機構其它構件上的某些點的位移、速度、加速度或角位移、角速度、角加速度等。研究這些有什么用途：1）如研究位移，就能看出構件是否能到達這個位置、構件間會不會發(fā)生互相碰撞。2）如知道了機構的速度，就可求出機構的功率等。分析方法有圖解法、解析法，這里只談圖解法，而圖解法中又有速度瞬心法、相對運動法、線圖法，本章只談相對運動圖解法，現(xiàn)只介紹應用相對運動圖解法進行同一構件點的速度分析。這里就要指出一點：這些運動分析是在不考慮引起機構運動外力的影響下進行的。放課件（同一構件上各的運動分析），這種四桿機構構件間用鉸鏈相連的，又稱為鉸鏈四桿機構。已知：1）各構件的尺寸，位置 2）原動件1以等ω轉動求：1. 圖示位置時的機構中C點、E點的、。2. 、分析時理論依據(jù)為工程力學，即剛體作平面運動時可分解為隨基點的平動和繞基點的轉動，因此基點的選擇是一個關鍵問題，一定要選這個點上的速度為已知的，下面分析一下同一構件上各點的速度求法。放課件，并按圖41所示的，一邊講，一邊徒手在黑板上作圖。圖41 同一構件上點的速度分析選一個比例尺，做出機構位置圖。步驟：（1）求取基點為A點，大小為，方向，指向與相同。取比例尺作圖，取一極點P，作一線段作矢量為。（2）求因為B點與C點同為構件2上的點，物體2作平面運動，基點取在B點，這是為什么？問一下學生，根據(jù)工程力學可知： ：為基點的速度。 ：為C點繞B點相對轉動的速度。 大小 ？ ？方向 下面說明二點：1）為什么的方向為？在構件3上，C點的速度為在構件2上，C點的速度為這C點為同一點，在二個構件上，因此=，由于方向為，所以方向也為。2）為什么方向？C點相對于B點的速度，即為B點不動，C點的速度，構件2作轉動，相對于B點作轉動，因此方向必定⊥于BC。一邊作圖，一邊講解，根據(jù)相對運動矢量方程，就可得出pbc圖形，求出大小及大小。量出線段長度 、 ， （3）求、 從速度多邊形中可見出，因為方向方向圖示，則為順時轉。 同上法，可得出為逆時轉。、標在圖上。（4）求因為B、C、E為同上構件上的點，同樣道理可得出下列矢量方程 這方程是以B點為基點，列出的。 這方程是以C點為基點，列出的。二者同等于則 大小 ？ ？ ？方向 ？ ⊥AB ⊥BE ⊥CE ⊥CE這矢量方程為二個未知數(shù)，就可用速度圖解法求出。這二線交于e點過b點作的方向線，be⊥BE 過c點作的方向線，ce⊥CE矢量代表，大小為，pbec為速度矢量多邊形，p為極點，根據(jù)上述，我們可得出速度多邊形的特性。1）極點p代表該構件上速度為零的點。2）在速度多邊形中連接p點和任一點的矢量，便代表該點在機構圖中的同名點的絕對速度，其指向是從p點指向該點。3）在速度多邊形中，連接其他任意兩點的矢量，便代表該兩點在機構圖中的同名點間的相對速度，其指向與速度下標的順序相反。如代表而不是。4）從圖中可見出，代表各相對速度的矢量分別⊥于機構圖中的。因此△BCE ∽△bce，且字母順序一致，（圖示的為順時針方向）。圖形bce稱為機構圖中BCE的速度影像，這樣我們就可利用圖形相似原理求出同一構件上某一點的速度。最后要強調(diào)一下，這原理只能用于同一個構件上的各點速度求法，而不能用于機構的不同構件上各點速度求法。 平面機構的力分析作用于機構上的力有5種類型1. 驅動力 驅使機構產(chǎn)生運動的力，這力所作的功為正值，稱輸入功。2. 阻力 阻止機構運動之力，其功為負值，阻力又可分為二種。 1）有效阻力：這個與生產(chǎn)工作直接相關的阻力，其功稱有效功或輸出功，又稱工作阻力。 2）有害阻力：除了有效阻力外的無效部分，其功對生產(chǎn)沒有用，反而有害的。3. 運動副反力。 當機構運轉時，在運動副中產(chǎn)生的反作用力簡稱為反力，在進行力分析時，反力可分為沿運動副兩構件接觸處的法向和切向兩個分力。法向反力：又稱正壓力，它與運動副元素的相對運動方向相⊥的。此力不作功。切向反力：即為運動副中的摩擦力，因它是由于正壓力而產(chǎn)生的，起到阻止運動的作用，一般情況下摩擦力對生產(chǎn)是無效的，有害的，但有些機構中摩擦力是起到有利的作用，如帶傳動中的摩擦力。考慮到摩擦力后的運動副的反力稱為總反力。4. 重力。5. 慣性力 （在高速時才考慮它）。為了保證機構作持續(xù)的預先確定運動，根據(jù)此運動條件與作用在機構上的已知外力，就可求出與之相平衡的未知外力，這未知外力稱為平衡力或平衡力矩，這一點學生一定要記牢，理解，以后就要用到這原理去求平衡力的。再說明一下未知外力與已知外力一起作用在機構上，使機構處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件就可求出未知外力（即平衡力，平衡力矩）。最后說明一下，研究機構力的分析的目的有兩個。① 確定機構運動副的反力；② 確定機構需加的平衡力或平衡力矩。力的分析可為今后計算各構件零件的強度，確定機械效率及軸承型式等提供了必需的資料。因此這一內(nèi)容不但是重點，也是一個難點，學生一定要掌握它。 運動副中的摩擦1. 移動副中的摩擦力最常見的移動副中的摩擦可分為平滑塊的摩擦和槽形滑塊的摩擦二種，我們先談平滑塊的摩擦。，放課件（平面摩擦），在黑板上按分析順序作圖。在外力F作用下，滑塊1向左移動←，滑塊1和平面2組成一個移動副，因此分析一下滑塊1上作用什么力：①驅動力F；②平面2給1的反力。下面分析討論之。驅動力F：F力為作用在滑塊1上的所有作用力的合力，它與接觸面法線間所夾的角度為β，將F力分解為法向分力Fn和切向分力Ft二部分。① Fn：使1滑塊緊貼于平面上。② Ft：使1滑塊在Ft作用下向左運動或具有向左運動趨勢。從圖中可得出 ()反力：平面2加在滑塊1上的反作用力，它有兩部分組成。① 正壓力FN ：為法向反力，它與Fn關系是大小相等，方向相等的力，這是為什么？學生去想一下。② 摩擦力Ff ：Ff的方向是與1相對于2的運動方向相反，大小為fFN。FN與Ff的合力就是平面上加在滑塊1上的總反作用力FR，又稱總反力FR。 φ角稱為摩擦角（FN與Ff之間夾角），在一定工作條件下，f（摩擦系數(shù)）為一定的，φ也為一定值，可得出式（）。討論一下：1）當βφ時，說明了外力F的作用線在摩擦角φ之外的情況，這時FtFf，推動力Ft大于摩擦力，使滑塊作加速運動。2）當β=φ時，外力F的作用線與總反力FR作用線相重合。此時Ft=Ff，使滑塊作等速運動，如滑塊原來不動、靜止，那么滑塊1仍然保持靜止不動狀態(tài)。3）βφ時，外力F的作用線在摩擦角所包圍區(qū)域的里面，此時FtFf，滑塊作減速運動，而終于靜止。如滑塊1原來不動，那么無論外力F加得多大，滑塊1都不能運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。下面談一下楔形滑塊在楔形槽中的摩擦情況。放一下課件（楔形滑塊等速移動受力），滑塊1在楔形槽2中作等速滑移（圖中沿z向移動）。 槽面摩擦分析方法同平滑塊的，作圖。驅動力為水平的F反力，滑塊的兩個接觸面上同時承受正壓、和摩擦力Ff（畫圖加上這三個力）。根據(jù)平衡條件，經(jīng)推導可得出式（）F=fFr/sinθ=fvFr 式中fv稱為當量摩擦系數(shù)，其數(shù)值始終大于f，也就是說槽面摩擦的摩擦力總是大于滑塊的摩擦力，這樣引入fv概念后，就可將槽面摩擦簡化為平面摩擦概念來處理。2. 轉動副中的摩擦力軸承就是轉動副，軸在軸承孔中轉動，軸安裝在軸承孔的那一部分稱為軸頸。