摆动导杆机构
基于仿真与试验平台的摆动导杆机构急回特性教学研究
11学科採素Disciplines Exploration基于仿真与试验平台的摆动导杆机构急特性教学研究张蔚乔生红张永其（常州纺织服装职业技术学院江苏•常州213164）摘要以摆动导杆机构急回特性的教学为例，设计了结合虚拟样机仿真手段与实物样机试验手段的教学环节，为学生提供了一种便捷和开放的互动学习途径，增进了学生对急回特性的感性认识和理性理解，为强化以学生为主体餉教学模式和提高课堂教学质量进行了尝试.关键词摆动导杆机构急回特性虚拟样机探索者中图分类号：G712文献标识码:A D01:10.16400/ki.kjdks.2019.10.011 Teaching Research on Rapid Return Characteristic of SwingGuide Bar Mechanism Based on Simulation and Test PlatformZHANG Wei,QIAO Shenghong,ZHANG Yongqi(Changzhou Vocational Institute of Textile and Garment,Changzhou,Jiangsu213164) Abstract In this paper,based on the quick・retum characteristic of swinging guide rod mechanism,the teaching link combining virtual prototype simulation method and real prototype test method is designed,which provides a convenient and open way of interactive learning for students,and improves perceptual knowledge and rational understanding of the quick-return characteristic.Strengthening the teaching mode of with students as the main body and improve the quality of classroom teach・ing were made.Keywords swinging guide rod mechanism;quick-return characteristic;virtual prototype;explorer0引言急回特性是平面连杆机构的重要运动特性之一，在实际应用中，可以用来调节执行件的往复运动速度，缩短空行程的时间，提高生产效率。
摆动导杆机构课程设计
摆动导杆机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握摆动导杆机构的基本概念、工作原理及其在工程中的应用。
2. 学生能够描述摆动导杆机构的运动特性，包括运动轨迹、速度和加速度的变化规律。
3. 学生能够运用相关的数学知识，分析摆动导杆机构的几何关系，并解决实际问题。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件绘制摆动导杆机构的三维模型，并进行简单的运动仿真。
2. 学生能够通过实验或模拟，观察和分析摆动导杆机构的运动状态，提出并解决问题。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的摆动导杆机构，实现特定的运动要求。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对机械运动的兴趣，增强对机械设计、制造等相关专业的认识和认同。
2. 学生通过小组合作完成课程任务，培养团队协作精神和沟通能力。
3. 学生能够认识到摆动导杆机构在生活中的应用，提高对科学技术的认识和尊重，激发创新意识。
课程性质：本课程为机械设计基础课程，旨在帮助学生建立摆动导杆机构的基本理论，培养其运用CAD软件进行设计和分析的能力。
学生特点：学生为高中二年级学生，具备一定的物理、数学基础，对机械运动有一定了解，但对摆动导杆机构的认识有限。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分运用现代教学手段，激发学生的学习兴趣，提高其动手能力和解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 摆动导杆机构的基本概念：介绍摆动导杆机构的定义、分类及其在工程中的应用。
- 教材章节：第二章第一、二节- 内容：摆动导杆机构的类型、特点及应用实例。
2. 摆动导杆机构的工作原理：讲解摆动导杆机构的运动原理、运动关系及运动特性。
- 教材章节：第二章第三节- 内容：摆动导杆机构的运动分析、几何关系、速度和加速度的计算。
3. 摆动导杆机构的设计与CAD软件应用：学习如何使用CAD软件进行摆动导杆机构的设计与运动分析。
摆动倒杆机构
• 平面四杆机构的设计————摆动 倒杆机构
摆动倒杆机构
• 本节学习目的与要求
目的：本节主要介绍摆动倒杆机构的画法。 要求：学习本节时要灵活和前面知识对接，从 而了解摆动倒杆机构的画法和相关知识的计算。
复习
• θ＝180°(K-1)/(K+1) • 摆角ψ：摇杆在两极限位置间的夹角. • 极位夹角θ:曲柄在摇杆处于两极限位 置时所夹的锐角.
3、 摆动导杆机构 设已知：机架长度AC，K，设计此机构。 m 由于θ与导杆摆角ψ相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 AB。 ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); B
②任选C作∠mCn＝ψ＝θ， 作角分线; ③取A点，取机架AC。 ④过A点作极限位置 Cm的垂线AB，即是 曲柄AB。 A θ B ψ=θ C
n A
ψ=θ
C
Thank you! gentlemen.
and
制作人：赵华友、吴国超 班级：成型122班
导杆机构.
导杆机构
1 2 3
导杆机构的构成与类型
摆动导杆机构的运动特点
摆动导杆机构的应用
曲柄滑块机构的演化
曲柄滑块机构可通过选不同的构件为机架演化出新的机构：导杆机构、 摇块机构和定块机构。
一、导杆机构的结构与类型
曲柄滑块机构中若选择曲柄为
固定件，就会演化成导杆机构。
其中与滑块组成移动副的杆件, 称为导杆 。
1 A
B
2
4
3 C
摆动导杆机构 : 构件2做整周转动，导杆4随滑块3做往复摆动。
二、摆动导杆机构的运动特点
摆动导杆机构具有急回特性 极位夹角等于摆角
三、摆动导杆机构的应用
牛头刨床的主运动机构为摆动导杆机构
转动导杆机构：L1>L2 摆动导杆机构：L1<L2
曲柄滑块机构 导杆机构
导杆机构
转动导杆机构
转动导杆机构—构件1为机架，构件2为曲柄，L2>L1，导杆4作整周运动。
B
1 A
导杆
2 4
3 滑块 C
特点：曲柄和导杆都能作360°周转运动。 主动曲柄作等速转动，从动导杆作变速，构件2为曲柄， L2＜L1，导杆4做往复摆动。
机构优化设计综合实验报告 摆动导杆机构资料.doc
机构优化设计综合实验报告摆动导杆机构资料.doc机构优化设计综合实验报告学号: 姓名: 班级: 成绩:同组实验同学: 实验日期: 指导教师:1. 实验目的:学习在ADAMS软件平台上建立摆动导杆机构的参数化仿真模型,并对该机构模型进行运动学､动力学分析和机构的优化设计｡2. 实验内容:摆动导杆机构是一种应用十分广泛的典型机构,如下图所示｡该机构工作时,曲柄为原动件,匀速转动,滑块2为执行构件,做往复直线运动｡滑块2从左向右运动时称为工作行程,此时要求速度较低并且均匀;滑块2从右向左运动时称为空回行程,此时要求速度较高,以提高工作效率｡为此,该机构应具有急回特性｡另外,滑块2在工作行程中,受到阻力F P的作用,而在空回行程中则不受阻力作用｡已知:曲柄的转速为n(r/min),各构件的尺寸､质心位置和质量;导杆绕质心的转动惯量J S及阻力F P的变化规律;滑块2的导路位于导杆端点B所做圆弧高的平分线上｡要求:（1）建立摆动导杆机构运动尺寸的数学模型;（2）建立摆动导杆机构的参数化仿真模型;（3）对机构进行运动学和动力学仿真分析;（4）对机构进行设计研究和优化设计｡3. 实验参数:4. 实验结果;(1) 机构在左极限位置时,在直角坐标系下的建模过程,即机构各点的坐标表达式｡10 X + 30 Y(2)滑块2质心点的位移､速度和加速度曲线｡(3)导杆的角速度和角加速度曲线｡(4)阻力曲线､各转动副的受力曲线和曲柄上的平衡力矩曲线｡（5）机构优化结果报告｡5. 思考题:(1)摆动导杆有没有急回特性?如果有,所设计方案中其行程速度变化系数k为多少?答:有,且k=(180°+θ)/(180°-θ),根据现有数据,得θ=2*α=2*arcsin(11/38)= 33.65°,故k=1.460｡(2)对摆动导杆机构进行参数化建模的步骤是什么?答:1.建立设计变量:即建立设计初始参数和建立设计变量;2.建立设计点:在Point Table上创建设计点及其数值或表达式;3.创建运动件:对于本模型,有滑块1､导杆､曲柄､滑块2和连杆;4.创建运动副:即创建相应位置的转动副或移动副;5.给机构施加驱动:在相应位置加驱动力;6.机构仿真:观察其运动情况;7.细化机构仿真模型:即修改质心位置､惯性参数､加力､力的参数化等｡(3)在对摆动导杆机构进行优化设计前,为什么要进行设计研究?答:当需要迅速获得一个经过改善的模型,即在对摆动导杆机构进行优化设计前,它应满足机构设计提出的各种要求和所有的必须动作,在满足一定的设计条件下,要对一些变量进行设计方案的研究,从中找出一种方案使机构中各铰链点的支反力达到最小值｡故进行设计研究很有必要｡(4)试举摆动导杆机构在工程实际中2—3个应用案例｡答:1. M6的低频振动攻丝工作台用摆动导杆机构近似替代低频振动攻丝机中的简谐扭振机构,对近似替代的可能性和可行性进行了分析｡得出结论:当曲柄长度与机架长度之比小于0.1时,摆动导杆机构可以足够精确地输出正弦函数｡给出了该机构在攻螺纹直径为M6的低频振动攻丝工作台中的应用实例｡2. 小袋包装机针对我国国内全自动计量杯式小袋包装机上传动系统的不足,提出了摇块式摆动导杆滑槽间歇机构实施量杯旋转盘动停结合,保证计量杯有充足的时间加料和排料;并确定了此机构的基本参数和几何尺寸,还分析了该机构的运动特性.3. 牛头刨床牛头刨床的摆动导杆的机构用于调整滑枕的行程。
导杆机构应用(精)
摆动导杆机构应用
２．摆动导杆机构应用实例 ２）摆动导杆机构在牛头刨床上的应用
摆动导杆机构应用
小结
１．摆动导杆机构
１）结构组成 ２）工作原理 ２．摆动导杆机构应用实例 １） 摆动导杆机构在插床上的应用
２） 摆动导杆机构在牛头刨床上的应用
摆动导杆机构应用
作业
填空题
标出图示牛头刨床机构的导杆为 Ａ．构件ＡＤ Ｂ．构件ＢＣ 。 Ｃ．构件ＤＥ
２）工作原理
曲柄作定轴匀速转动，带 动滑套（滑块）转动并摆 动，滑套（滑块）套在导 杆上，使导杆往复来回摆 动。
滑套
导杆
摆动导杆机构应用
２．摆动导杆机构应用实例 １）摆动导杆机构在插床上的应用 工作原理
ＡＢ构件绕销轴Ａ作定轴转 动，带动滑块Ｂ转动并摆动 ，滑块Ｂ在导杆ＣＤ上滑动 并带动导杆ＣＤ绕销轴Ｃ作 定轴摆动，摆杆ＣＤ带动连 杆ＤＥ做平面运动，连杆Ｄ Ｅ带动滑块Ｅ和刀架及插刀 做往复运动，从而实现插削 加工。
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作者：张本升 email：79210583@
摆动导杆机构 应用
作者：张本升 单位：浙江工贸职业技术学院
所属学科：工科 课程：激光设备机械设计基础
专业：光机电应用技术 适用对象：光机电应用技术专业的学生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 摆动导杆机构应用
教学目标
了解摆动导杆机构应用实例
摆动导杆机构应用
１．摆动导杆机构 １）结构组成
由机架· 曲柄· 摇杆（导杆） 和滑套（滑块）组成。 曲柄 机架
摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系
摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系摆动导杆机构是应用于机械技术的一种重要机构，它可以实现平面三维活动运动，由摆杆、齿条和摆杆驱动。
摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角是非常重要的理论研究，其关系对机械动力、机械控制等机械工程技术有着重大的影响。
摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角是摆动导杆机构中最重要的指标之一。
极位夹角也称为齿轮夹角，它是描述摆杆和齿条两个直接相连的轴之间的夹角。
一般情况下，仅通过改变齿条的摆角就可以调整摆杆和齿条的极位夹角。
导杆摆角是指导杆再水平面的摆动角度，它可以衡量摆动机构的质量，也是变位机构和电动机械运动控制的基本指标。
由于摆动导杆机构轴端夹角所改变的量相当大，如果不适当地控制摆动机构的极位夹角和导杆摆角，就可能出现摆动不精确、角度误差大、行程不够长等问题，从而影响机械的动力性能和控制性能。
因此，摆动导杆机构的极位夹角和导杆摆角之间关系必须得到切实控制，这对摆动机构的正常运行具有重要的意义。
摆动导杆机构的极位夹角和导杆摆角之间的关系大体上可以用于解决摆动导杆机构安装角度调整、刚度调整、内部结构调整等问题。
其具体方法是将摆动导杆机构极位夹角中心线固定，通过调整齿条摆角来改变极位夹角。
为了实现最佳状态，摆动导杆机构的摆角要在极位夹角的基础上进行精细调整。
当摆动导杆机构修正装配后，极位夹角和导杆摆角会产生变化，这会影响机械动力性能和控制性能。
由于后续的维护调整有可能超出极位夹角的范围，这将导致摆动机构的准确性降低，从而影响机械的性能和效率。
因此，在调整摆动导杆机构时，应重视极位夹角和导杆摆角之间的关系，以确保摆动机构能够得到准确调整，实现最佳。
摆动机构的计算
1.1 摆动导杆机构的组成
图1所示为摆动导杆机构,曲柄AB为原动件,以等角速度ω1转动,其长度为l1,角位移为φ1。
导杆回转中心与曲柄回转中心的中心距为e(e > l1)。
将该机构置于直角坐标系Oxy中,导杆的固定铰链C点与坐标原点O重合,假设滑块在导杆上的位置距C点距离为S。
摆动导杆机构简图
1.2 摆动导杆转角函数的建立[4-6]
(7)
式(7)为摆动导杆BC一个周期内转角函数ω2的表达式。
1.3 摆动导杆角速度函数的建立
式(11)为摆动导杆BC一个周期内角速度函数ω2的表达式。
1.4 摆动导杆角加速度函数的建立
式(13)为摆动导杆BC一个周期内角加速度函数ε2的表达式。
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二、基本机构的运动特点分析
❖（一）转动到转动的运动特性分析 ❖（二）转动到往复摆动的运动特性分析 ❖（三）转动到往复移动的运动特性分析 ❖（四）转动到间歇转动的运动特性分析 ❖（五）摆动到连续转动的运动特性分析 ❖（六）移动到连续转动的运动特性分析
第十二章 机构组合与创新设计
（一）转动到转动的运动特性分析
12、双滑块机构
双滑块机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
（二）齿轮类机构的基本型
❖ 1、单级圆柱齿轮机构 ❖ 2、单级圆锥齿轮机构 ❖ 3、单级蜗杆机构
第十二章 机构组合与创新设计
1、单级圆柱齿轮机构
❖ 外啮合圆柱齿轮机构示意图
第十二章 机构组合与创新设计
2、单级圆锥齿轮机构
❖ 外啮合圆锥齿轮机构示意图
第一节 基本机构及其运动特性
❖ 一、基本机构的概念 ❖ 二、基本机构的运动特点分析
第十二章 机构组合与创新设计
一、基本机构的概念
❖ （一）连杆机构的基本型 ❖ （二）齿轮类机构的基本型 ❖ （三）凸轮类机构的基本型 ❖ （四）间歇运动机构的基本型 ❖ （五）其它常用机构的基本型 ❖ （六）挠性传动机构 第十二章 机构组合与创新设计
3、直动从动件圆柱凸轮机构
直动从动件圆柱凸轮机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
4、摆动从动件圆柱凸轮机构
摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
（四）间歇运动机构的基本型
❖ 1、棘轮机构 ❖ 2、槽轮机构 ❖ 3、不完全齿轮机构 ❖ 4、分度凸轮机构
第十二章 机构组合与创新设计
第十二章 机构组合与创新设计
4、摩擦轮机构
❖ 用于速度或方向的运动变换，即可 实现减速也可增速传动。结构紧凑 简单，运转平稳，但传动比不准确， 只能在小功率且传动比要求不是很 准确的场合应用。
第十二章 机构组合与创新设计
5、双曲柄机构与转动导杆机构 ❖ 利用主动件等速转动、从动件的 不等速转动的特点实现特殊工作要 求。
❖ 1、直动从动件盘形凸轮机构及其运动变 换
❖ 2、摆动从动件盘形凸轮机构 ❖ 3、直动从动件圆柱凸轮机构 ❖ 4、摆动从动件圆柱凸轮机构
第十二章 机构组合与创新设计
1、直动从动件盘形凸轮机构及其运动变换
直动从动件盘形凸轮机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
2、摆动从动件盘形凸轮机构
摆动从动件盘形凸轮机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
❖1、齿轮机构 ❖2、带传动机构 ❖3、链传动机构 ❖4、摩擦轮机构 ❖5、双曲柄机构与转动导杆机构 ❖6、双转块机构 第十二章 机❖7构、组万合与向创机新构设计
1、齿轮机构
❖ 用于速度或方向的运动变换，即可 实现减速也可增速传动。结构紧凑， 运转平稳，传动比大，机械效率高， 使用寿命长，可靠性好。是最常用 的转动到转动的速度变换机构。特 别是组成各种轮系后，其应用更加 广泛。
❖ 转动导杆机构的基本型
第十二章 机构组合与创新设计
8、曲柄摇块机构
曲柄摇块机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
9、摆动导杆机构
摆动导杆机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
10、移动导杆机构
移动导杆机构的基本型 第十二章 机构组合与章 机构组合与创新设计
2、双曲柄机构
❖ 双曲柄机构的基本型
第十二章 机构组合与创新设计
3、双摇杆机构
第十二章 机构组合与创新设计
4、曲柄滑块机构
第十二章 机构组合与创新设计
5、正弦机构
图12-3 正弦机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
6、正切机构
正切机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
7、转动导杆机构
螺旋机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
2、万向机构及其运动变换
双万向机构的基本型
第十二章 机构组合与创新设计
（六）挠性传动机构
❖ 主、从动件之间靠挠性构件连接起来，常称 为挠性传动机构。典型的挠性传动机构有带 传动机构、链传动机构和绳索传动机构。
挠性传动机构的基本型
第十二章 机构组合与创新设计
1、棘轮机构
a）外棘轮机构基本型
第十二章 机构组合与创新设计
b）内棘轮机构的基本型
2、槽轮机构
槽轮机构是把连续等速转动转化为间歇转动的常用机构。主 动转臂转动一周，从动槽轮可以转过的角度可由槽轮的结构和转 臂的个数确定。
图12-15所示为单臂四槽的槽轮机构。
第十二章 机构组合与创新设计
槽轮机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
第十二章 机构组合与创新设计
2、带传动机构
❖ 常用于两转动轴中心距较大时的运 动速度的变换，即可实现减速也可 增速传动。运转平稳，传动比较大， 但传动比不准确，过载时发生打滑。 是最常用的大中心距时转动到转动 的速度变换机构。
第十二章 机构组合与创新设计
3、链传动机构
❖ 常用于两转动轴中心距较大时的运 动速度的变换，即可实现减速也可 增速传动。传动比较大，压轴力较 小，但瞬时传动比不准确，不适合 在高速场合应用。也是在低速时最 常用的大中心距转动到转动的速度 变换机构。
3、不完全齿轮机构
不完全齿轮机构示意图 第十二章 机构组合与创新设计
4、分度凸轮机构
a）凸轮式分度机构的基本型
b）蜗杆凸轮分度机构的基本型
第十二章 机构组合与创新设计
（五）其它常用机构的基本型
❖ 1、螺旋机构及其运动变换 ❖ 2、万向机构及其运动变换
第十二章 机构组合与创新设计
1、螺旋机构及其运动变换
第十二章 机构组合与创新设计
3、单级蜗杆机构
❖ 用于垂直不相交轴之间的等速转动 到等速转动的运动变换，实现机构 的大速比减速传动。
❖ 一般情况下蜗杆传动机构具有自锁 性。
❖ 图12-11c为蜗杆传动机构示意图。
第十二章 机构组合与创新设计
蜗杆机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计
（三）凸轮类机构的基本型
（一）连杆机构的基本型
❖ 1、曲柄摇杆机构
7、转动导杆机构
❖ 2、双曲柄机构
8、曲柄摇块机构
❖ 3、双摇杆机构
9、摆动导杆机构
❖ 4、曲柄滑块机构
10、移动导杆机构
❖ 5、正弦机构
11、双转块机构
❖ 6、正切机构
12、双滑块机构
第十二章 机构组合与创新设计
1、曲柄摇杆机构
全转动副四杆机构的基本型 第十二章 机构组合与创新设计