平面四杆机构的基础知识课稿

第一篇：平面四杆机构的基础知识课稿

平面四杆机构的基础知识课稿

我说课的题目是：《平面四杆机构的基础知识》。本节是《机械原理》第八章三节的内容。我主要从教材分析，教法设计，学法指导，教学过程，板书设计五个方面进行阐述。

一、教材分析： 从以下四方面加以分析：

1、地位作用：本节主要阐述平面四杆机构的基础知识，包括铰链四杆机构曲柄存在的条件和急回特性两个问题的分析，对于生产实践有重要指导意义。所以本节内容是本章的重点之一。

2、教学目标：

根据大纲要求，结合学生特点，我将教学目标定为知识目标，能力目标两个方面。

知识目标：

1、掌握曲柄存在的条件及机构判断方法。

2、掌握急回特性产生的条件及应用。

能力目标：

1、培养学生观察、分析及综合归纳能力。

2、培养学生主动探究、协作学习的能力。

3、重点与难点

铰链四杆机构曲柄存在的条件是判断机构类型的重要依据，所以把它定为教学重点。而急回特性的原因相对学生的基础而言有一 定的难度，所以把它定为教学难点。

4、教材处理：

本着突出重点和突破难点的原则，我对教材做如下处理（1）通过直观演示的方法，引导学生循序渐进，步步深 入, 通过观察、分析、归纳总结得到曲柄存在的条件

（2）通过补充急回特性系数这一概念，使急回特性产生的原因简单易懂。

二、教法设计：

主要采用直观演示和启发式教学方法，通过提出问题——探究验证——归纳总结——实践应用等环节，体现“教为主导，学为主体”的教学原则。

三、学法指导：

1、创设形象生动的教学氛围，让学生能主动参与，积极探究,善于思考，协作学习，从而提高学生分析问题，解决问题的能力。

2、提取旧知——积极思维——实验探究——构建新知——巩固深化的学法。

四、教学过程：为更好地完成教学目标，我将教学过程分为以下几部分。

1、复习提问：通过对上节课内容的复习，演示铰链四杆机构提出 问题，让学生回答。

设计目的：通过直观演示，让学生在轻松的氛围中巩固相关知识，设置的问题既是对前面知识的复习，又是后面知识的前奏。

2、探索研究：

曲柄存在的条件是本节的一个重点：为突破重点，我把探究过程分为四步

第一步：我通过演示机构－提出问题－学生观察并回答。设计的目的是使学生产生初步的感性认识：铰链四杆机构有三种基本类型。

第二步：我继续演示机构－提出问题－学生观察并回答－曲柄存在的条件取决于杆的长度。设计的目的是使学生分析问题的方向，为后面的推导做好辅垫。

第三步：我以曲柄摇杆机构为例和学生一起分析，并得出曲柄存在的条件

第四步：根据曲柄存在的条件，让学生分组讨论，教到师引导，师生共同推导出结果：如何判断铰链四杆机构类型。

以上四步：通过直观演示，问题的提出，学生分组讨论，师生共同推导等手段，使整个推导过程循序渐进，步步深入，使学生轻松掌握所学知识。急回特性的产生原因是本节的一个难点：为突破难点，我把探究过程分为四步

第一步：我通过课件演示－提出问题－学生观察并回答。设计的目的是使学生产生初步的感性认识：即曲柄摇杆机构具有急回特性。

第二步：我继续演示机构－提出共线问题－学生观察并回答－得出极位夹角的概念。设计的目的是使学生掌握曲柄摇杆机构的特殊位置和极位夹角的概念，为后面的推导做好辅垫。

第三步：我采用分解演示空回行程和工作行程

第四步：根据演示过程及分析数据，让学生讨论，教师引导，师生共同推导出结果：即：V2＞V1，从而得产生急回特性的原因。

以上四步：将难点分解，通过直观演示，学生讨论，师生共同推导等手段，使整个推导过程循序渐进，步步深入，变难点为趣点，使学生轻松掌握所学知识。

在前面推导的基础上，我提出急回特性系数这一概念，师生共同推导得出急回特性产生的条件即K>1，θ >0,这是本节的重点之一。

这样设计的目的是：在以往的教学中，由于教材缺少这一环 节，学生掌握教为困难，通过补充急回特性系数这一概念,使急回特性产生的条件简单易懂，便于学生掌握。

然后我通过演示牛头刨床的实际加工过程,让学生观察分析，分组讨论，从而得到急回特性的意义。这样可以使学生对急回特性的应用有了进一步的感性认识.4、演练反馈部分

扣住本节，我设置了五个判断题，通过学生的回答，教师归纳总结。使学生能够更好掌握知识

5、总结提炼：

在演练反馈的基础上，加深学生印象。五，板书设计

一． 铰链四杆机构有曲柄的条件 1.曲柄存在的条件 2.判断类型的方法

二． 铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数 1，急回特性 2，行程变化系数

这样设计的目的使版面直观，层次分明，重点和难点突出。

第二篇：平面四杆机构说课稿

《平面四杆机构》 说课稿

一、说教材

（一）教材地位及作用：本节课选自高等教育出版社出版的《机械基础》中的第三章第二节。《机械基础》是机械专业的一门技术基础课，同时也是一门能直接用于指导生产的课程。在整个教学计划中处于承上启下的地位。铰链四杆机构不仅本身应用广泛，而且是平面四杆机构、多杆机构的基础，同时为以后如凸轮等机构的学习打下必要的基础，其教学成败直接关系到能否达到教学大纲所规定的培养目标。本节课在学习了铰链四杆机构的基本类型及应用后，再进一步探索其基本性质即曲柄存在条件、急回特性及行程速比系数K、死点位置，为掌握其他形式的铰链机构打基础，为学习专业知识和今后利用机械原理进行技术革新提供理论指导。

（二）教学目标：根据本节课的内容、教学大纲的要求，参照学生现有知识水平和理解能力，确定本节课的教学目标为： 1）知识与能力目标：理解铰链四杆机构的类型及应用，掌握铰链四杆机构类型的判别，掌握四杆机构运动特性。2）过程与方法：通过观看动画、结合实际生活中的例子，并不断提问的方法来让学生掌握知识点。3）情感态度与价值观目标：培养学生团结协作的精神，激发学生的学习兴趣。通过把所学的知识运用到生活中，让学生获得成就感。

（三）教学重点与难点：教学重点铰链四杆机构的基本类型及运动特性、判别方法，掌握本节课的教学重点能够让学生理解通过改变某些构件的形状、相对长度或选择不同的构件作为机架得到的一些其他演化形式的机构，为今后对机械机构进行维护、技术创新等打下良好基础；教学难点是急回特性，K与极位夹角θ有关，并且与铰链四杆机构的第三个基本性质死点位置也有关系，要运用物理中运动学、工程力学中力学性质等对这些问题进行分析和处理，对职业学校的学生来说确有一定的难度。

二、说教法

如何突破教学重点和教学难点达到教学目标呢？单纯的讲授法显然不利于调动学生的学习积极性和学习热情，也不利于培养学生的学习方法，因此我结合“学案”引导法来讲授，采用一些教学手段如：演示或投影法、图示法等，提问、分析推导、讨论练习、归纳练习、归纳综合等教学方法，实现对每一个知识点的认识、理解、记忆、掌握，将目标逐步实现。

三、说学法

职业学校学生专业课成绩欠佳的主要原因是没有形成良好的学习习惯和学习方法。因此，在教学过程中进行学习方法的渗透有其重要意义，教师应设法创设环境让学生在学习的过程中学到学习的方法，本节课我是这样处理的：

（一）让学生明确教学目标：把本节课学习的具体要求和应达到何种程度都告诉学生，本节课一开始在通过设问自然引入新课的同时明确本节课的目标，使学生做到心中有数。

（二）本节课采用设问、指导学生观察、练习讨论等教法的目的就是为了设计一些环节让学生积极参与进来，充分发挥学生的主体作用，打破学生被动学习的单向教学模式。

（三）注意激发差生的学习兴趣和培养优生的创造性思维能力。为了实施以上教学目标，采取相应的教学手段，通过复习导入、新课教学、课堂练习、归纳总结等环节进行教学。

四、说教学过程

（一）复习导入 在实地参观有感性认识的基础上，用实物或投影演示采用不同的构件为机架得到不同的铰链四杆机构，让学生根据前一节课的知识来回答，分别是什么机构？什么是运动副？常见的运动副有哪些？通过设问，复习与本节课有关的知识，同时自然过渡引入，激发学生的学习兴趣和求知欲，并使学生带着疑问有目的地参与下面的教学活动。

（二）新课教学 1.讲基本概念（1）实物演示法：演示曲柄摇杆机构的运动过程，指导学生进行观察。为引导学生学会观察，可设计一些问题如曲柄作主动回转，摇杆如何运动？其位置如何变化？有没有特殊现象？此时铰链四杆机构的连杆位置如何？四杆的位置呈什么关系？（2）图示法：把铰链四杆机构的运动位置及特殊位置用图表示出来，把具体的实物模型简化成数学模型，便于学生理解接受。（3）分析推导：根据四边形的特性，利用化简的关系式分析得到曲柄存在的条件：①连架杆与机架两构件中至少必有一个是四根杆中的最短件；②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两构件长度之和。再根据结论及一开始讨论曲柄摇杆机构选取不同构件为机架得到不同型式的机构，推导出曲柄存在条件的推论。

（4）实物演示：利用一个四杆机构改变构件作为机架得到不同的机构，巩固所学知识。（5）举例：选择一个针对性强的实例，设计不同层次的问题，如已知四杆机构的四杆长度（AB、BC、CD、DA），问①以AB杆为机架时，判断为何种机构？②要得到双曲柄机构，应选择哪一杆为机架？让不同层次的学生来思考，先组织学生进行讨论，在此基础上让学生参与进来，师生共同完成解题。

通过以上实物演示、观察、设问、图示、分析推导、归纳总结及举例说明等教学过程将本节课的重点层层突破，符合学生的认知规律，体现了情意原理、序进原理和巩固原理。2.急回特性 这部分内容是难点，为了突破它，可这样组织教学：（1）结合生活中机构运动的实例，观察摇杆来回运动的速度变化，引出急回特性的概念。（2）结合图示，组织学生分析讨论，揭示本质。这样以学生为主体完成知识的获取，使学生体会到独立获取知识的愉快感和成功感，达到乐学的境界。（3）教师在学生讨论的基础上进行精讲。教师的精讲是把系数K的公式进一步分析论述，突破难点。（4）应用公式进行课堂练习。通过以上教学活动，层层剖析难点，体现循序渐进原理，达到教学目的。3.死点位置 这部分内容只要作一般了解，主要了解其措施及应用。因此略讲。（1）通过自己的切身体会，如折迭椅、缝纫机踏脚机构出现不运动或运动的不确定性时即为死点现象，曲柄摇杆实物演示，引出死点的概念（点出主动件为摇杆）。（2）结合图示，运用力学知识进行分析。利用力学中的二力杆性质分析曲柄所受力的情况，在曲柄与连杆成直线位置时说明曲柄受的力矩为0,曲柄不转动，此时的位置即为死点位置。（3）举例分析死点现象。

（三）练习、反馈及小结 为了使学生深入巩固本节课的知识，同时为了掌握学生对知识的理解程度，根据本节课的要求找出具有典型意义的练习，教师作巡回指导，通过练习可以从中发现存在的问题，找出薄弱环节，及时采取相应的补救措施，并作为总结。

（四）布置作业

（五）板书设计（略）

五、说教学反思

让学生带着问题去观察，然后总结出问题的答案。在讲课过程中充分体现学生为主体，老师起到提出问题，分析学生的回答，归纳总结更全面的答案的作用。借助多媒体动画使得课堂生动了许多，并且更让对这些没见过的机构有了亲眼所见，印象深刻。铰链四杆机构是平面连杆机构中最简单的一种形式，并且应用广泛。在讲解时分了三大部分，一、铰链四杆机构的组成。

二、铰链四杆机构的基本形式。

三、铰链四杆机构的演化及应用。在铰链四杆机构的组成中先运用多媒体课件演示四杆机构的运动，调动注意力，并且给出学生问题“分析动画中机构的构件数？讲述机构的运动形成？”由此引出动画中的铰链四杆机构的组成“机架、连架杆、连杆”，并且通过动画让学生更好的记忆了不同杆的运动形式。在铰链四杆机构的基本形式中也采用多媒体动画，例如：讲解曲柄摇杆机构时，放映曲柄摇杆的动画，让学生观察并且给出问题：“图中曲柄是谁？摇杆是谁？通过谁的什么运动得到了谁的什么运动？”动画演示很好的提高了学生的积极性，并且结合问题去观察让学生学会思考。

在铰链四杆机构的演化及应用中同样放映相应的动画，让学生带着问题去观察，然后总结出问题的答案。在讲课过程中充分体现学生为主体，老师起到提出问题，分析学生的回答，归纳总结更全面的答案的作用。借助多媒体动画使得课堂生动了许多，并且更让对这些没见过的机构有了亲眼所见，印象深刻！

第三篇：平面四杆机构分析报告

工业设计机械设计基础大作业

一、序言

平面连杆机构是若干个刚性构件通过低副(转动副、移动副)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构。虽然与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂，但是因为低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器。对连杆机构进入深入透彻的研究，有助于工业设计的学生在今后的产品设计中对其进行灵活应用或创新改进。

二、平面连杆机构优缺点的介绍

连杆机构应用十分广泛，它是由许多刚性构件用低副连接而成的机构，故称为低副机构，这类机构常常应用于各种原动机、工作机和仪器中。例如，抽水机、空气压缩机中的曲柄连杆机构，牛头刨床机构中的导杆机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构等。这其中铰链四杆机构，曲柄滑块机构和导杆机构是最常见的连杆机构形式。

它们的共同特点是：第一，它们的运动副元素是面接触，所以所受的压力较高副机构小，磨损轻；第二，低副表面为平面和圆柱面，所以制造容易，并且可获得较高的加工精度；第三，低副元素的接触是依靠本身的几何约束来实现的，因此不需要高副机构中的弹簧等保证运动副的封闭装置。

连杆机构也存在如下一些缺点：为了满足设计的要求，往往要增加构件和运动副数目，使机构构造复杂，有可能会产生自锁；制造的不精确所产生的累积误差也会使运动规律发生偏差；设计与计算比高副机构复杂；在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难以用一般方法方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。此外，虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计却是十分困难的，且一般只能近似地得以满足。

正因如此，所以如何根据最优化方法来设计连杆机构，使其能最佳地满足设计要求，一直是连杆机构研究的一个重要课题。

三、平面四杆机构的基本类型与应用实例。

连杆机构是由若干刚性构件用低副连接所组成的。在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。平面四杆机构是平面连杆机构的最基本形式，这其中所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。

在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将四杆机构分为三种基本形式。即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。其中： 1.曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄（整周回转），另一个为摇杆（一定范围内摆动），则称为曲柄摇杆机构。

在这种机构中，当曲柄为原动件时，可将原动件的连续转动，转变为摇杆的反复摆动。如飞剪、间歇传送机构、传送带送料机构等。而当摇杆为原动件时，可以将原动机的反复摆动，转化为从动曲柄的整周转动。如缝纫机的踏板机构。

实例1：飞剪

图示为飞剪机构，构件1为曲柄，它转动后通过连杆2使摇杆3（即下刀口）绕D点摆动，通过与连杆2（即上刀口）配合运动，在曲柄回转一周中会存在某个时刻连杆2（即上刀口）与摇杆（即下刀口）汇合在一起，即形成剪切动作。

实例2：间歇传送机构

图示为间歇传送机构，构件1为曲柄，它转动后通过连杆2使摇杆3绕D点摆动，在连杆2上固定安装有推动物料的构件，在曲柄1运动过程中，连杆带动该构件做出推动动作，且曲柄每回转一周完成一次推动动

实例3：缝纫机的踏板机构

图示为缝纫机的踏板机构，构件1为摇杆，它转动后通过连杆2使曲柄3绕D点转动，使用摇杆为主动件的曲柄摇杆机构存在止点，当机构因为止点而无法运转时，需要借助外力将机构推离止点。

2.双曲柄机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄（整周回转），则称为双曲柄机构。这种机构的传动特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般作不等速运动，只有当两对边构件长度均相等且平行时，主动曲柄与从动曲柄才能实现相同角速度转动。

作，如此往复，便可实现间歇传动。双曲柄机构的应用例子有惯性筛机构、公共汽车车门开闭机构、火车车轮机构等。

实例1：惯性筛机构

图示为惯性筛机构，构件1为主动曲柄，它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动，该机构中曲柄长度不平行，当主动曲柄1匀速转动时，从动曲柄3做变速转动，从而使得上方的筛子具有一定的加速度，达到筛分物料的目的。

实例2：公共汽车车门开闭机构 图示为公共汽车车门开闭机构，构件1为主动曲柄（一侧车门），它转动后通过连杆2使从动曲柄3绕D点转动。该机构中两曲柄长度相同但不平行，因此其运动的主从动曲柄转向相反。当曲柄1转动时，曲柄2即向相反方向转动，因而可以使得两侧车门同时打开，且速度相等。

3.双摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆（一定范围内摆动），则称为双摇杆机构。在这种机构中两连架杆均为摆动，可以实现一定范围内的移动。其应用实例有飞机起落架、鹤式起重机、汽车前轮转向机构等。

实例1：汽车前轮转向机构

图示为汽车前轮转向机构，构件1为主动摇杆，它转动后通过连杆2使从动摇杆3绕D点摆动，该机构使用一个动力元件便可使得两前轮同向转动，且转动角度相同以实现转向动作。

实例2：鹤式起重机

图示为鹤式起重机机构。AB为主动摇杆，CD为被动摇杆，重物悬挂在连杆CE上，当主动摇杆AB摆动时，从动摇杆CD也随之摆动，位于连杆BC延长线上的重物悬挂点E将沿近似水平直线运动。

实例3：飞机起落架

图示为飞机起落架机构，构件1为主动摇杆，一般由液压缸带动，它转动后通过连杆2使从动摇杆3绕D点转动，同时带动轮子收起（放出）。当轮子处于伸出状态时，整个机构处于止点状态，有助于保证飞机降落时的安全。

三、平面四杆机构的演变方法、演变过程，演变后机构的应用实例、将转动副转化为移动副法

演变过程如下图a所示，将铰链四杆中的摇杆3做成滑块的形式，使其沿圆弧导轨往返滑动时，该机构演变为图b所示的具有曲线导轨的曲柄滑块机构。再将摇杆的长度演变成∞，机构就演变成图c所示的具有偏距e的曲柄滑块机构，当e=0时，则为图d所示对心曲柄滑块机构。

d图 a图

b图

c图 该转化方法的应用实例有：

实例1：小型冲床

图示为小型冲床结构，构件3为曲柄，一般在冲床的曲柄上配有一个质量比较大的飞轮，转动起来之后借助飞轮的转动惯量，便可实现较大的冲压力。其具体的动作过程为，曲柄3转动带动连杆4运动，同时使滑块5顺着导轨槽上下往复运动。

实例2：内燃机

图示为内燃机一个工作缸的结构简图，构件3为滑块（活塞），活塞在柴油或汽油的燃烧作用被推动，活塞3的上下往复运动通过连杆2推动曲柄1做回转运动，从而为汽车提供了动力源。

2、选用不同的构件为机架

对心曲柄滑块机构是具有一个移动副的四杆机构，在a图所示的曲柄滑块机构中，若取构件1为机架则转化为如b所示的转动导杆机构；若取构件2为机架则转化为图c所示的曲柄摇块机构；若取构件3为机架则转化为图e所示的定块机构。

该转化方法的应用实例有：

实例1：小型刨床

图示为小型刨床结构，图示的ABC部分即为转动导杆机构，构件1为曲柄，通过滑块C带动导杆3转动，运动时滑块C在导杆上滑动，导杆末端通过另一杆件与刨刀E相连接，E的运动具有急回特性。

实例2：牛头刨床

图示为牛头刨床结构，图示的ABC部分即为摆动导杆机构，构件2为曲柄，通过滑块C带动导杆3摆动，运动时滑块C在导杆上滑动，滑块固定在一滑槽内，通过滑块带动刨刀运动。

实例3：自卸卡车车厢举升机构

图示为自卸卡车车厢举升机构，图示的ABC部分即为曲柄摇块机构，其中摇块3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。

实例4：手摇唧筒

图示为手摇唧筒，图示的ABC部分即为定块机构，构件1为摇杆，定块3通过连杆2与摇杆连接，摇杆带动限制在滑槽中的活塞4运动，完成取水动作。

3、扩大转动副的尺寸

在图a所示的曲柄摇杆机构中，如果将曲柄1端部的转动副曰的半径加大至超过曲柄1的长度AB，使得到如图b所示的机构。此时，曲柄l变成了一个几何中心为B、回转中心为A的偏心圆盘，其偏心距e即为原曲柄长。该机构与原曲柄摇杆机构的运动特性相同，其机构运动简图也完全一样。在设计机构时，当曲柄长度很短、曲柄销需承受较大冲击载荷而工作行程较小时，常采用这种偏心盘结构形式，在冲床、剪床、压印机床、柱塞油泵等设备中，均可见到这种结构。

其应用实例有：

实例1：小型冲床

图示为小型冲床结构，构件3为曲柄，一般在冲床的曲柄上配有一个质量比较大的飞轮，转动起来之后借助飞轮的转动惯量，便可实现较大的冲压力。其具体的动作过程为，曲柄3转动带动连杆4运动，同时使滑块5顺着导轨槽上下往复运动。

（四）、连杆机构的创新（选作）

与传统的连杆机构相比，近年来的设计已经充分使用了仿真分析，比如利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析，使用ANSYS等软件对连杆机构机构模型进行运动仿真等。利用这些手段，现代利用数学分析的方法对连杆系统进行求解的比重大大增加，不仅降低了设计的难度，也使得系统的实用性也能够最大程度的满足设计的需求。

通过查阅资料，目前常见的连杆创新设计有变比例剪叉式连杆机构、多套四杆机构串联机构、六杆机构等。

实例1：变异剪叉式连杆机构 图示为曲线轨迹变异剪叉式结构，通过改变销轴的位置，使其偏离于两杆的中心位置，在剪叉机构展开时，其打开方向就会呈现曲线的状态。

五、参考资料

1、黄华梁、彭文生主编，高教出版社出版，《 机械设计基础》 2.阮宝湘主编，机械工业出版社出版《工业设计机械基础》

3、孙桓主编，高等教育出版社出版，机械原理

4、杨家军编/华中科技大学出版，机械原理(第二版)/

5、申永胜主编，清华大学出版社出版机械原理

六、提交资料要求：通过图书馆或网络收集相关资料，整理初稿,用纸抄写，补充插图（插图用铅笔画），整理后上交。

第四篇：平面六杆机构的综合与应用研究

平面六杆机构的综合与应用研究

机械设计及理论专业

研究生：成 善 宝指导老师：姚 进

在汽车驱动装置中，转向机构是极其重要的。设计汽车的转向机构非常重要的一方面就是汽车转弯时的两个前轮要满足转向条件。最常用的汽车转向机构是平面四杆机构，其结构相对简单，而且已经有大量深入的研究。但是由于六杆机构构件多、优化参数多、转向精度高，所以用平面六杆机构来代替四杆机构作为汽车的转向机构可以更好的实现转向条件。本课题对平面转向六杆机构进行了如下的研究：根据转向条件方程，与转向机构的两个闭环方程，采用消元法消去一个未知变量，得出了转向六杆机构关于输入角的目标函数方程；利用边界条件，得出一个包含三个变量、三个方程的方程组；并采用计算机图解法，在一定值的范围内求解出该方程组的全部实数解。

介绍了一个基于Fourier描述符的目标函数，其能够纯粹得只比较两条平面、闭环曲线的形状差别，而不受其位置，尺寸，或者方向差别的影响。编制了利用该Fourier描述曲线形状差别的方法的软件对任意曲线来比较其形状差别，并利用该软件来对一个平面六杆机构进行轨迹再现优化综合。

提出了求解三元多项式方程组的计算机图解法。针对所得三元高次多项式方程组，采用数学计算软件Matlab编制程序。以一定的步长增量，在一定范围内取两个变量的值，该两个变量在其范围内对应一个点值；循环选取其变量值，并将其代入已知的三个方程中，即可得到另一变量的对应值；将点值和对应的另一个变量的值对应坐标绘制出来，即得到三个方程的二维图形。将三条曲线交点坐标转化为对应的三个变量的值，即为原方程组的解。以这些交点为初始值，利用无约束优化，可以得到在一定值范围内的原方程组的全部精确实数解。

第五篇：平面四杆机构的连杆曲线及轨迹综合开题报告 (164)

一、选题的依据及意义：

1．1选题目的

1．建立研究新机构，新机器发明创造的普遍规律及实用方法的实用基础理论。

2．加速吸收发达工业化国家的先进技术，为本国新机构，新机器的二次设计，二次开发提供理论基础。

3．提出在技术革新和设备改造中提出的新机构，新机器的独特结构和创新构思，是其成为成熟的先进技术。

4．简介一些新机构，新机器实用性结构及技术的应用实例，说明理论对实践的指导作用。

5．为从事机械设计，制造的工程技术人员的知识，技术更新开阔视野提供参考资料。6．探索平面连杆机构研究的新方法，新思路。

连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。

所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之後，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，则称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程，包括型综合和尺度综合两大主要内容，主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。近几十年来，随着工业技术的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已不能满足要求，而基于计算机辅助设计（CAD）的解析法得到了广泛的应用。

本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线及轨迹综合，其意义在于：

一、深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用，从而指导实践；

二、总结出四杆机构轨迹综合的理论基础，从而指导多杆或复杂的低副平面机构的综合。

此课题的主要目标是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用；主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。

受控连杆机构是指一个或若干个原动件受计算机控制，从而使机构可以精确实现任意给定运动并具有智能化的一类机构，如具有一个受控原动件的平面五杆机构；受控机构学研究受控连杆机构的分析与综合理论、控制方法与控制系统和应用。

1．2课题主要内容及选题意义

四杆机构在机械自动化，机械手，机器人中都有很广泛的应用，近几十年来，随着现代工业的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已经不能满足要求，而解析法则成为日益广泛应用的分析方法。

本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线与运动领域识别，要求研究者用解析法先进行平面四杆机构连杆轨迹的生成，再利用随机函数建立轨迹曲线数据库，对数据库中的曲线进行分类及运动领域识别，最后用软件（Visual Basic）实现运动仿真。

意义在于：深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用，从而指导实践；二，总结出四杆机构轨迹综合的理论基础，从而指导多杆（如六杆）或复杂的低副平面机构的综合。

二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：

连杆机构综合的重中之重就是尺度综合。六十年代以后，计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）蓬勃发展，随着CAD技术和新算法的出现，人们已开发出许多实用化的软件来进行尺度综合。

目前，通过采用计算机高级语言编程来实现某种算法而精确求解的解析法得到了广 泛的应用，例如连续算法（即同伦算法）、遗传算法（GA）等，这些算法能够综合出精 度很高的机构。另外，近十年来还出现了“数值图谱”进行机构的尺度综合，其思路为 将连杆曲线机构的输出参数用一组特征参数存入计算机，通过特征参数的比较，决定所 设计机构的近似精度，以进行机构的尺度综合。现在国内外学者已有不少研究成果，并 引入了多种数学工具，如频谱分析、模糊数学、小波特征等参数。最后，应用计算机来 对机构进行仿真已成了目前机构综合的一个重要内容，通过仿真来获得机构的各个特征 参数，然后再进行优化设计也决定了机构的精确。

1.受控机构学发展展望

作为受控机构学目前研究的重点受控五杆机构，虽然有一定进展，形成了一定的体系，但作为一个新兴研究领域还有待更深入的研究。1.1进一步加强研究，完善方法和理论体系

具有一个受控原动件的五杆机构是一种最简单，但功能优越的，能精确实现给定运动的机电一体化的连杆机构。下一步的研究，将进一步开拓新的研究领域，如精确实现给定的刚体位置的理论和综合方法；精确实现给定的组合运动（如实现连杆轨迹的同时满足主

从动件之间的函数关系，实现连杆轨迹的同时满足刚体位置的要求等）的理论和综合方法；机构动力学方面的研究，如机构所传递的动力对精确实现运动的影响和平衡问题等；从而形成较完善的受控机构学理论体系。1.2编制具有良好“鲁棒性”的应用软件

为了能使这种新型机构理论得到推广，不但要有完善的理论研究，而且还要开发具有良好“鲁棒性”的应用软件，因此结合最新的计算机窗口和图形技术，面向用户编制具有良好“鲁棒性”的计算机仿真程序和应用软件，让用户不需要学习或只经过短时的训练就能使用该软件设计机构，而且得到全套的机构图、机构尺寸、运动学参数、动力学参数和控制参数。将研究结果以软件形式推广，也是一个研究重点。1.3加强实验研究，推广工程应用

科学研究的目的是为了推动工业进步。下一步的研究将侧重于进行实验研究。结合实际应用在实验室条件下建立通用实验台，该通用实验台要能够调整机构尺寸和动力学参数，并能适应各种单一运动、多个运动和组合运动的实验需要，以验证理论，探讨控制系统的组成和优化，为工业应用奠定基础。

三、研究内容及实验方案：

用解析法计算平面四杆机构连杆各点轨迹，建立连杆轨迹曲线数据库，用软件编程实现运动分析。这需要做到：

1、建立平面四杆机构运动方程

2、编写运动分析程序

3、机构运动模拟

平面连杆机构原理，包括铰链四杆机构（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）、铰链四杆机构的演化（曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构、定块机构、双滑块机构）。

研究内容：

1.平面四杆机构连杆点的轨迹坐标 2.连杆轨迹曲线分类基准的确定 3.轨迹曲线的分类及运动领域识别 4．运动学仿真软件编制

实验方案：

平面四杆机构简图如右： 在直角坐标系XOY中，固定回转副D、A的坐标分别为θ2@(0,0)、(a0,0)，平面四杆机构ABCD的各杆长及其角位移如图所示，连杆上任意点K的坐标（x，y）可由下列公式求得：可由下列公式求得： 在图中，四杆的向量满足如下关系： θ1θ3

OAABOCCB

所以，a0a1cos1a3cos3a2cos2（1）

a1sin1a3sin3a2sin2（2）

32x1x2（1）（2）联立消去2，再将xtan()，sin3，cos3 21x1x21代入，解方程可得：32tan1x2tan1(式中，xBa0a1cos1，yBa1sin1

2222xByBa3a222，q2xByBq12 q12a3yBq2xBq1)（3）

当连杆初始位置是ABCD时，（2）式中取“+”号；当连杆初始位置是ABC/D时（2）式中取“-”号；当q20时，连杆机构相应位置无法实现。所以，xCa3cos3，yCa3sin3 所以，2tan1(yByC)

xBxC所以，连杆上任一点（K点）的坐标（x,y）就可以表示为

xxCa4cos(2)yyCa4sin(2)

四、目标、主要特色及工作进度：

目标：系统地对平面四杆机构和四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用。

主要特色：在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程（VB）来辅助设计和仿真平面四杆机构，主要体现在三个方面：

一、绘制连杆曲线；

二、综合机构尺度；

三、机构的优化和VB运动模拟。

工作进度：

1、开题报告、外文资料翻译 两周 3月1日-——3月11日

2、平面四连杆机构的类型 三周 3月14日——4月2日

3、连杆曲线的生成与分类准则的确定 三周 4月6日——4月26日

4、曲线分类 两周 4月27日——5月10日

5、曲线分类的运动领域识别 两周 5月11日——5月25日

6、毕业论文整理及答辩准备 一周 5月26日——6月1日

五、参考文献：

1、张纪元主编.机械学的数学方法.上海：上海交通大学出版社，2003

2、孙桓等主编.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001

3、濮良贵主编.机械设计.北京：高等教育出版社.2001

4、曹惟庆编著.平面连杆机构分析与综合.北京：科学出版社，1989

5、孟彩芳主编.机械原理电算分析与设计.天津：天津大学出版社，2000

6、曹清林等编著.对称轨迹机构 北京：机械工业出版社，2003

7、杨廷力编著.机械系统基本理论——结构学 运动学 动力学.北京：机械工业出版社，1996