菜单 节目录 2.1 曲柄连杆机构 2.2 转向传动机构 2.3 四杆机构的特性

2.2 汽车常见四杆机构 本篇的学习目标 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。 2.2 汽车常见四杆机构 本篇的学习目标 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。

导入： 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。

概述 连杆机构——用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。 连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形式之间的转换。 连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基础。 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。汽车的转向机构和刮雨器机就是由平面连杆机构组成。

1 曲柄机构 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机构。 二、平面连杆传动机构特点 1 曲柄机构 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机构。 二、平面连杆传动机构特点 运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较长； 表面形状简单，易于加工、成本较低。

平面连杆机构的应用： 实例1：机车车轮联动机构 实例2：汽车刮雨器 实例3：发动机活塞连杆机构

三、铰链四杆机构 当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图1所示。 连杆 连架杆 机架 图1

曲柄:能做整周转动的连架杆。 摇杆：仅能在某一角度摆动的连架杆。

铰链四杆机构基本型式： 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： 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构

1、曲柄摇杆机构:铰链四杆机构中，若两个连架杆，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。 图2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。 图3所示为缝纫机的踏板机构。

图2 雷达天线俯仰角调整机构

曲柄为从动件，机构工作时会出现什么现象？ 图3 缝纫机的踏板机构

两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。 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。 图4 插床双曲柄机构

平行四边形机构 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运动的不确定。 图5 平行四边形机构及其不确定性

利用错列机构克服平行四边形机构不确定性状态

利用辅助曲柄消除平行四边形机构的运动不确定状态 机车联动机构

平行四边形机构的应用例子 车门启闭机构 图7 车门启闭机构

惯性筛

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。 功能:将一种摆动转换成另一种摆动。 图8所示为起重机机构.

图8 港口起重机

双摇杆机构应用实例： 飞机起落架 图9 飞机起落架

2 转向传动机构 两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。

汽车前轮转向机构 汽车转向机构 方向盘是怎样把运动传递给车轮的呢？

补充：一、铰链四杆机构类型的判别 铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各杆的相对长度和机架的选择。 如图10各杆长度以l1、l2、l3、l4表示。为了保证曲柄1整周回转，曲柄1必须能顺利通过与机架4共线的两个位置AB’和AB’’。

图10 曲柄存在的条件分析

当曲柄处于AB’ 时，形成三角形B’C’D。根据三角形两边之和必大于第三边，可得 即：l 1+ l 2 ≤l 3+ l 4 l 1+ l 3≤l 2+ l 4 l2≤（l 4- l 1）+ l 3 l 3≤（l 4-L1）+ l 2

当曲柄处于AB”位置时，形成三角形B”C”D。可写出以下关系式： l 1+ l 4≤l2+ l3 将以上三式两两相加可得： l 1≤l 2 l 1≤l 3 l 1≤l 4

曲柄存在的必要条件： （1） 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 (2) 连架杆和机架中必有一个是最短杆。

如何得到不同类型的铰链四杆机构？ 根据以上分析可知： 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。

（1）取最短杆相邻的构件 （杆2或杆 4）为机架时：为曲柄摇杆机构 图11

（2）取最短杆为机架为双曲柄机构。 其连架杆2和4均为曲柄

（3）最短杆的对边（杆3）为机架 （最短杆为连杆） 两连架杆2和4都不能整周转动 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 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 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。 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，为双摇杆机构。

二、铰链四杆机构的演化 1. 回转副转化成移动副 曲柄摇杆机构 回转副D→移动副 曲柄滑块机构 演化：

图12 曲柄滑块机构的演化

铰链四杆机构的演化：曲柄滑块机构类型 偏置曲柄滑块机构，e≠0，滑块运动线与曲柄回转中心不共线； 特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。 Ｂ Ｂ １ １ ２ ２ 导杆 ３ Ａ ３ e Ａ ４ Ｃ Ｃ 滑块 应用： 活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。

曲柄滑块机构的应用：自动送料机构

2．导杆机构 图a）所示为曲柄滑块机构。 若取曲柄为机架，则为演变为导杆机构，如图b）所示。 a.若L1<L2，则为转动导杆机构。 b.若L1>L2，则为摆动导杆机构。

图13 牛头刨床的摆动导杆机构

实例 回转导杆机构 （简易刨床的主运动机构）

3．摇块机构 图a）所示的为曲柄滑块机构。 若取杆2为固定件，即可得图c）所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。

摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如图16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3绕铰链C摆动，故称为摇块。 图14 自卸卡车翻斗机构及其运动简图

4．定块机构 图a）所示曲柄滑块机构。 若取块3为固定件，即可得图d）所示的固定滑块机构或称定块机构。

图15 所示为抽水唧筒机构及其运动简图

5．偏心轮机构 图示为偏心轮机构。A、B之间的距离e称为偏心距。 e

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。 6．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构，称为双滑块机构。 在图示的曲柄滑块机构中，将转动副B扩大，则图a所示的曲柄滑块机构，可等效为图b所示的机构。

将圆弧槽mm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2转化为沿直线mm移动的滑块2；转动副c则变成为移动副，滑块3转化为移动导杆。 曲柄移动导杆机构

（1）两个移动副不相邻，如图示。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。

（2）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3的位移与原动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，如图示这种机构的主动件1与从动件3具有相等的角速度。

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。

（4）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1和3沿机架的十字槽滑动时，连杆2上的各点便描绘出长短不同的椭圆。 椭圆仪

3 四杆机构的特性 曲柄摇杆机构的主要特性有。 1. 急回特性 2. 压力与传动角 3. 死点

1．急回运动 如图27所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分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。

图27 曲柄摇杆机构的急回特性

当曲柄由AB1顺时针转到AB2时，曲柄转角1=180+，这时摇杆由C1D摆到C2D，摆角为；而当曲柄顺时针再转过角度2=180-时，摇杆由C2D摆回C1D，其摆角仍然是 。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等(12);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2)，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。

令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程，这时铰链C的平均速度是v1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回至C1D为空回行程，这时C点的平均速度是v2=C1C2/t2，v1<v2，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急回特性作用：来缩短非生产时间，提高生产率。

急回特性可用行程速比系数K表示，即 整理后，可得极位夹角的计算公式： θ↑ K↑急回特性越显著——导致机器动载↑ 冲击↑ 一般： K ≤ 2， ∴ θ为锐角。

2．压力角和传动角 1)压力角a (分析) 从动件所受力F与受力点速度Vc所夹的锐角a。 Ft——有效分力 Fn——有害分力 a愈小， Fn越小，机构传动性能愈好。

图28 压力角与传动角

2)传动角——连杆与从动件所夹的锐角g =900-a。 (分析) g越大，机构的传动性能越好， 一般 gmin≥40°, 高速大功率机械g min≥50°。 g在机构运转时是变化的； gmax＝900时，a＝0 →Ft=F g太小易自锁，∴限制gmin，以保证机构正常工作。 3)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。

3)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。 平面四杆机构的最小传动角位置：

3．死点 在曲柄摇杆机构，如以摇杆3 为原动件，而曲柄1 为从动件，连杆2与曲柄1共线，这种位置称为死点。机构处于压力角=90（传力角=0）的位置时，驱动力的有效力为0。此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄转动。

死点的缺陷：死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象。可以利用回转机构的惯性或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：如图所示工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F后，工件依然被可靠地夹紧。

死点

利用死点夹紧工件的夹具