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1、节目录节目录2.1 曲柄连杆机构曲柄连杆机构2.2 转向传动机构转向传动机构2.3 四杆机构的特性四杆机构的特性菜单菜单2.2 2.2 汽车常见四杆机构汽车常见四杆机构 1）掌握汽车机械中常用传动机构的工作原理、特点、选用及其设计计算方法。2）具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。3）了解使用、维护和管理机械设备的一些基础知识。本篇的学习目标本篇的学习目标 为什么汽车能转向自如？为什么雨天刮雨器能把汽车前窗水滴刮干净？为什么汽车转弯不与地面打滑？为什么卡车能自卸翻斗？为什么汽车车门能开关自如？这就是汽车中存在许许多多的平面连杆机构。导入：导入：概述概述连杆机构连杆机构用低副联接构
2、件组成的机构，用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。又称低副机构。连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形式之间的转换。式之间的转换。连杆机构应用广泛连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基而且是组成多杆机构的基础础。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面平面四杆机构。汽车的转向机。汽车的转向机构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。一、平面连杆传动机构一、平面连杆传动机构 是由若干个构件用低副联接并作平面运动的是由若干个构件用低副联接并作平面运动的机构。机构。二、平面连
3、杆传动机构特点二、平面连杆传动机构特点 运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较长；长；表面形状简单，易于加工、成本较低。表面形状简单，易于加工、成本较低。1 1 曲柄机构曲柄机构l平面连杆机构的应用：平面连杆机构的应用：实例实例3 3：发动机活塞连杆机构：发动机活塞连杆机构实例实例2 2：汽车刮雨器：汽车刮雨器实例实例1 1：机车车轮联动机构：机车车轮联动机构三、铰链四杆机构三、铰链四杆机构 当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链铰链四杆机构。四杆机构。如图如图1所示。所示。连连架架杆杆连杆连杆机架机架图图1 1 曲柄
4、曲柄:能做整周转动的连架杆。能做整周转动的连架杆。摇杆：摇杆：仅能在某一角度摆动的连架杆。仅能在某一角度摆动的连架杆。按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：分为三种基本型式：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构铰链四杆机构基本型式：铰链四杆机构基本型式：1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构:铰链四杆机构中，若两个连架杆，铰链四杆机构中，若两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆。一个为曲柄，另一个为摇杆。功能：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。功能：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。图图2所示为调整雷达天
5、线俯仰角的曲柄摇杆机构。所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。图图3所示为缝纫机的踏板机构所示为缝纫机的踏板机构。图图2 雷达天线俯仰角调整机构雷达天线俯仰角调整机构 图图3 缝纫机的踏板机构缝纫机的踏板机构曲柄为曲柄为从动件，从动件，机构工机构工作时会作时会出现什出现什么现象么现象？2 2、双曲柄机构、双曲柄机构 图图4 插床双曲柄机构插床双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄双曲柄机构机构。图图5 平行四边形机构及其不确定性平行四边形机构及其不确定性在双曲柄中常见的是平行四边形机构，但平行在双曲柄中常见的是平行四边形机构，但平行四边形会出现
6、运动的不确定。四边形会出现运动的不确定。平行四边形机构平行四边形机构利用错列机构克服平行四利用错列机构克服平行四边形机构不确定性状态边形机构不确定性状态机车联动机构机车联动机构利用辅助曲柄消除平利用辅助曲柄消除平行四边形机构的运动行四边形机构的运动不确定状态不确定状态车门启闭机构车门启闭机构平行四边形机构的应用例子平行四边形机构的应用例子图图7 7 车门启闭机构车门启闭机构 惯性筛惯性筛图图8所示为起重机机构所示为起重机机构.3、双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机双摇杆机构构。功能功能:将一种摆动转换成另一种摆动。将一种摆动转换成另一种摆动
7、。图图8 8 港口起重机港口起重机双摇杆机构应用实例：双摇杆机构应用实例：飞机起落架飞机起落架图9 飞机起落架 两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。形机构。2 2 转向传动机构转向传动机构汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构汽车转向机构汽车转向机构方向盘是怎样把运动传递给方向盘是怎样把运动传递给方向盘是怎样把运动传递给方向盘是怎样把运动传递给车轮的呢？车轮的呢？车轮的呢？车轮的呢？补充：一、铰链四杆机构类型的判别补充：一、铰链四杆机构类型的判别 铰铰链链四四杆杆机机构构中中是是否否存存在在曲曲柄柄，取取决决于于机机构构各各杆杆的相对长度和机架的选择。
8、的相对长度和机架的选择。如如图图10各各杆杆长长度度以以l1、l2、l3、l4表表示示。为为了了保保证证曲曲柄柄1整整周周回回转转，曲曲柄柄1必必须须能能顺顺利利通通过过与与机机架架4共共线的两个位置线的两个位置AB和和AB。图图10 曲柄存在的条件分析曲柄存在的条件分析 当当曲曲柄柄处处于于AB 时时，形形成成三三角角形形BCD。根根据三角形两边之和必大于第三边，可得据三角形两边之和必大于第三边，可得l2（l 4-l 1）+l 3l 3（l 4-L1）+l 2即：l 1+l 2 l 3+l 4 l 1+l 3l 2+l 4 当曲柄处于当曲柄处于AB”位置时，形成三角形位置时，形成三角形B”C
9、”D。可写出以下关系式可写出以下关系式：l 1+l 4l2+l3 将以上三式两两相加可得：将以上三式两两相加可得：l 1l 2 l 1l 3 l 1l 4曲柄存在的必要条件：曲柄存在的必要条件：(2)连架杆和机架中必有一个是最短杆。连架杆和机架中必有一个是最短杆。（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。长度之和。根据以上分析可知：根据以上分析可知：如何得到不同类型的铰链四杆机构如何得到不同类型的铰链四杆机构？当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链四杆机构。以得到不同类型的铰链四杆机构。
10、（1）取最短杆相邻的构件）取最短杆相邻的构件 （杆（杆2或杆或杆 4）为机架时：为曲柄摇杆机构）为机架时：为曲柄摇杆机构图图11（2）取最短杆为机架为双曲柄机构。）取最短杆为机架为双曲柄机构。其连架杆其连架杆2和和4均为曲柄均为曲柄（3）最短杆的对边（杆）最短杆的对边（杆3）为机架）为机架（最短杆为连杆）（最短杆为连杆）两连架杆两连架杆2和和4都不能整周转动都不能整周转动故图所示为双摇杆机构。故图所示为双摇杆机构。铰链四杆机构存在曲柄的必要条件铰链四杆机构存在曲柄的必要条件 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。度之和。满足这个条件的机构究
11、竟有一个曲柄、两个曲柄满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度之当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，为双摇杆机构。为双摇杆机构。二、铰链四杆机构的演化二、铰链四杆机构的演化1.1.回转副转化成移动副回转副转化成移动副曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构演化：演化：回转副回转副D移动副移动副 图图12 曲柄滑块机构的演化曲柄滑块机构的演化 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的
12、演化：曲柄滑块机构类型曲柄滑块机构类型l偏置曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构，e0，滑块运动线与曲柄回转，滑块运动线与曲柄回转中心不共线；中心不共线；l对心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构，e=0，滑块运动线与曲柄回转，滑块运动线与曲柄回转中心共线；中心共线；应用：应用：活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。特点特点：曲柄等速回转，滑块具有急曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。回特性。滑块滑块导杆导杆e曲柄滑块机构的应用：自动送料机构曲柄滑块机构的应用：自动送料机构2导杆机构导杆机构图图a）所示为曲柄滑块机构。）所示为曲柄滑块机构。若取曲柄为机架，则为演若取曲柄为机架，
13、则为演变为导杆机构，如图变为导杆机构，如图b）所）所示。示。a.若若L1L2，则为摆动导杆机构。，则为摆动导杆机构。图图13 牛头刨床的摆动导杆机构牛头刨床的摆动导杆机构 回转导杆机构回转导杆机构（简易刨床的主运动机构）（简易刨床的主运动机构）实例实例3摇块机构摇块机构图图a）所示的为）所示的为曲柄滑块曲柄滑块机构机构。若取杆若取杆2为固定件，即可为固定件，即可得图得图c）所示的摆动滑块）所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。机构，或称摇块机构。图图14 自卸卡车翻斗机构及其运动简图自卸卡车翻斗机构及其运动简图 摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内
14、。如图装置内。如图16所示自卸卡车翻斗机构及其运动简所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸图。在该机构中，因为液压油缸3绕铰链绕铰链C摆动，故摆动，故称为摇块。称为摇块。4定块机构定块机构若若取取块块3为为固固定定件件，即即可可得得图图d）所所示示的的固固定定滑滑块块机机构构或或称称定块机构。定块机构。图图a）所示曲柄滑块机构。）所示曲柄滑块机构。图图15 所示为抽水唧筒机构及其运动简图所示为抽水唧筒机构及其运动简图 5偏心轮机构偏心轮机构图示为偏心轮机构。图示为偏心轮机构。A、B之间的距离之间的距离e称为偏心距。称为偏心距。e在图示的曲柄滑块机构中，将转动副在图示的曲柄滑
15、块机构中，将转动副B扩大，则扩大，则图图a所示的曲柄滑块机构，可等效为图所示的曲柄滑块机构，可等效为图b所示的机构。所示的机构。6双滑块机构双滑块机构 曲柄滑块机构演化为具有两个移动副的四杆机曲柄滑块机构演化为具有两个移动副的四杆机构，称为双滑块机构。构，称为双滑块机构。曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构 将圆弧槽将圆弧槽mm的半径逐渐增至无穷大，则图的半径逐渐增至无穷大，则图2b所示机构就演化为图示的机构。此时连杆所示机构就演化为图示的机构。此时连杆2转化为沿转化为沿直线直线mm移动的滑块移动的滑块2；转动副；转动副c则变成为移动副，滑则变成为移动副，滑块块3转化为移动导杆。转化为移动导杆。（
16、1）两个移动副不相邻，如图示。这种机构从动）两个移动副不相邻，如图示。这种机构从动件件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。切机构。（2）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架）两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关连，如图示。这种机构从动件相关连，如图示。这种机构从动件3的位移与原动的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。（3）两个移动副相邻，且均不与机架相关连，如）两个移动副相邻，且均不与机架相关连，如图示这种机构的主动件图示这种机构的主动件1与从动件与从动件3具有相等的角速具有相等的角速度
17、。度。滑块联轴器 滑块联轴器就是这种机构的应用实例，它可用来滑块联轴器就是这种机构的应用实例，它可用来连接中心线不重合的两根轴。连接中心线不重合的两根轴。（4）两个移动副都与机架相关连。）两个移动副都与机架相关连。所示椭圆仪就是这种机构的例子。当滑块所示椭圆仪就是这种机构的例子。当滑块1和和3沿沿机架的十字槽滑动时，连杆机架的十字槽滑动时，连杆2上的各点便描绘出长上的各点便描绘出长短不同的椭圆。短不同的椭圆。椭圆仪椭圆仪 曲柄摇杆机构的主要特性有。曲柄摇杆机构的主要特性有。1.急回特性急回特性2.压力与传动角压力与传动角3.死点死点3 3 四杆机构的特性四杆机构的特性1 1急回运动急回运动如图
18、如图27所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在在转动一周的过程中，有两次与连杆转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这共线。在这两个位置，铰链中心两个位置，铰链中心A与与C之间的距离之间的距离AC1和和AC2分分别为最短和最长，因而摇杆别为最短和最长，因而摇杆CD的位置的位置C1D和和C2D分分别为其两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角别为其两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角 称为摇杆的摆角称为摇杆的摆角。图图2727 曲柄摇杆机构的急回特性曲柄摇杆机构的急回特性 当曲柄由当曲柄由AB1顺时针转到顺时针转到AB2时，曲柄转角时，曲柄转角 1=180+，这时摇杆
19、由，这时摇杆由C1D摆到摆到C2D，摆角为，摆角为；而当曲柄顺时针再转过角度；而当曲柄顺时针再转过角度 2=180-时，摇杆时，摇杆由由C2D摆回摆回C1D，其摆角仍然是，其摆角仍然是 。虽然摇杆来。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等(12);当曲柄匀速转动时当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等对应的时间也不等(t1t2)，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆自令摇杆自C1D摆至摆至C2D为工作行程，这时铰链为工作行程，这时铰链C的平均速度是的平均速度是v1=C1C2/t1；摆杆自；摆杆自C2D摆回至摆回
20、至C1D为空回行程，这时为空回行程，这时C点的平均速度是点的平均速度是v2=C1C2/t2，v1v2，表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、，表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨床、往复式运输机等机械就利用这种往复式运输机等机械就利用这种急回特性作用：急回特性作用：来来缩短非生产时间，提高生产率。缩短非生产时间，提高生产率。急回特性可用急回特性可用行程速比系数行程速比系数K表示，即表示，即 整理整理后，可得极位夹角的计算公式：可得极位夹角的计算公式：K K急回特性越显著急回特性越显著导致机器动载导致机器动载 冲击冲击一般：一般：K 2，为锐角。为锐角。1)1)压力角压力角a a (分析分析)从动
21、件所受力从动件所受力F F与受力点速度与受力点速度V Vc c所夹的锐角所夹的锐角a a。la a愈小，愈小，Fn Fn越小，机构传动性能愈好。越小，机构传动性能愈好。FtFt有效分力有效分力FnFn有害分力有害分力2 2压力角和传动角压力角和传动角图图28 压力角与传动角压力角与传动角 2)2)传动角传动角连杆与从动件所夹的锐角连杆与从动件所夹的锐角 =90900 0-a-a。越大，机构的传动性能越好，越大，机构的传动性能越好，一般一般 min40,高速大功率机械高速大功率机械 min50。3)3)最小传动角的位置最小传动角的位置曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。曲柄与机架共线的两位置出
22、现最小传动角。是连杆机构的重要动力指标；是连杆机构的重要动力指标；在机构运转时是变化的；在机构运转时是变化的；maxmax90900 0时，时，0 F0 Ft t=F=F 太小易自锁，太小易自锁，限制限制 minmin，以，以保证机构正常工作。保证机构正常工作。(分析分析)3)3)最小传动角的位置最小传动角的位置曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。平面四杆机构的最小传动角位置：平面四杆机构的最小传动角位置：在曲柄摇杆机构，如以摇杆在曲柄摇杆机构，如以摇杆3 为原动件，而曲为原动件，而曲柄柄1 为从动件，连杆为从动件，连杆2与曲柄与曲柄1共线，这种位置称为
23、死共线，这种位置称为死点。机构处于压力角点。机构处于压力角=90（传力角（传力角=0）的位置时，）的位置时，驱动力的有效力为驱动力的有效力为0。此力对。此力对A点不产生力矩，因此点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。不能使曲柄转动。3 3死点死点死死点点的的缺缺陷陷：死死点点会会使使机机构构的的从从动动件件出出现现卡卡死死或或运运动动不不确确定定的的现现象象。可可以以利利用用回回转转机机构构的的惯惯性性或或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的脚踏机构。添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的脚踏机构。死点的应用：死点的应用：如图所示工件夹紧装置，就是利如图所示工件夹紧装置，就是利用连杆用连杆BC与摇杆与摇杆CD形成的死点，这时工件经杆形成的死点，这时工件经杆1、杆杆2传给杆传给杆3的力，通过杆的力，通过杆3的传动中心的传动中心D。此力不能。此力不能驱使杆驱使杆3转动。故当撤去主动外力转动。故当撤去主动外力F后，工件依然被后，工件依然被可靠地夹紧。可靠地夹紧。死点死点利用死点夹紧工件的夹具利用死点夹紧工件的夹具