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上篇机械传动

单元1 常用机构与轴系零件

课题一平面连杆机构

本课题学习目标

理论目标

1.熟悉平面连杆机构的组成、应用及特点。

2.熟悉四杆机构的基本形式、演化及应用。

技能目标

1.会区分铰链四杆机构的三种基本形式。

2.熟悉汽车上常用的平面连杆传动。

情感目标

1.教师通过观察等了解学生在课堂学习中的学习品质、积极性等方面的进步和缺失，从而做出更好的引导和调整。

2.培养学生学习兴趣。

任务说明

学生在学习相关知识链接及教师的指导下，完成以下任务：

任务一区分低副与高副，判断铰链四杆机构的三种基本形式。

任务二四杆机构的演化及应用。

任务一

1.观察下列图形（如图1-1-1和图1-1-2所示），哪个是低副？哪个是高副？

图1-1-1 运动副一

图1-1-2 运动副二

2.观察下列铰链四杆机构（如图1-1-3～图1-1-5所示），判断其基本形式。

图1-1-3 铰链四杆机构一

图1-1-4 铰链四杆机构二

图1-1-5 铰链四杆机构三

【相关知识链接】

一、平面连杆机构的组成及运动副的分类

1.平面连杆机构的组成

图 1-1-6 所示为单缸汽油发动机的曲柄连杆机构。它由汽缸、活塞、连杆、曲轴四个构件构成一个平面连杆机构，能将活塞的往复运动转化成曲轴的回转运动，或是将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动。这些构件组成机构时，每个构件都以一定的方式与其他构件相互连接。这种连接的特点是允许两构件间存在着一定的相对运动。使两构件直接接触而又产生一定相对运动的连接称为运动副。机构是由若干具有相对运动的构件组成的。

图1-1-6 单缸汽油发动机的曲柄连杆机构

2.运动副及其分类

如图1-1-7所示，运动副根据接触方式可分为低副和高副

图1-1-7 运动副

1）低副

两构件之间以面接触组成的运动副称为低副，它又可分为转动副、移动副和螺旋副。2）高副

两构件之间以点或线相接触组成的运动副称为高副。

二、铰链四杆机构的基本形式及类型

平面连杆机构是由许多刚性构件用低副连接组成的平面机构，其特点是：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损、形状简单、易加工。平面连杆机构在生产中应用较为广泛，如汽车发动机中的曲柄连杆机构、汽车的前轮转向机构等都是平面连杆机构在生产中的具体应用。

根据连杆机构中各构件间相对运动范围分：平面连杆机构与空间连杆机构；根据连杆机构所含构件数可分为：四杆机构与多杆机构。平面四杆机构的基本形式是铰链四杆机构，其他四杆机构都是由它演变得到的。

1.铰链四杆机构的基本形式

当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，可称为铰链四杆机构，如图 1-1-8 所示。机架固定不动，两条连架杆与机架相连，并绕 A、D 做定轴转动，其中能绕机架做 360°转动的连架杆称为曲柄；只能在一定角度内做摆动的连架杆称为摇杆；与机架相对的构件称为连杆。

图1-1-8 铰链四杆机构

2.铰链四杆机构的类型

连杆的运动状态较为复杂，一般而言，按两连架杆是曲柄还是摇杆的不同，可将铰链四杆机构分为以下三种形式：

1）曲柄摇杆机构

两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的应用非常广泛，常用于缝纫机踏板机构、牛头刨床的横向进给机构等，如图1-1-9所示。

图1-1-9 曲柄摇杆机构的应用

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。在双曲柄机构中，应用最多的是正平行四边形机构。其相对应的两杆长度分别相等，从而形成一个平行四边形，如图 1-1-10 所示。双曲柄机构常用于机车车轮联动机构、天平机构、汽车车门的开闭机构等，如图1-1-11所示。

图1-1-10 双曲柄机构

图1-1-11 双曲柄机构的应用

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。图 1-1-12 所示为起重机的变幅机构。当摇杆摇动时，可以使悬挂在连杆 BC 延长部分的吊钩能近似在水平线上移动。汽车转向机构是两个摇杆长度相等的双摇杆机构。汽车转弯时，两个前轮连接的两摇杆摆动的角度β和α不相等，如果在转弯的任意位置都能使两个前轮的轴线交点 P 落在后轮轴线的延长线上，使整个车身绕P点转动，四个车轮都做纯滚动，则可避免轮胎滑动磨损。

图1-1-12 双摇杆机构的应用

任务二

判断图1-1-13中哪个是曲柄滑块机构？哪个是导杆机构？

图1-1-13 判断机构类型

【相关知识链接】

三、铰链四杆机构的演化和应用

在铰链四杆机构中，通过改变杆长，出现了曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。为了满足某些机构运动方面的要求，再改变某些构件形状并选择不同构件作为机架等，可以获得其他形式的四杆机构，如曲柄滑块机构、导杆机构等。

1.曲柄滑块机构

如图1-1-14所示，将曲柄摇杆机构中的摇杆3的长度趋向无穷大，机架同时加长，则摇杆的摆动中心移至无穷远，摇杆与连杆铰接点的运动轨迹就变成了沿直线导轨往复运动的滑块，成为曲柄滑块机构。

图1-1-14 曲柄滑块机构由曲柄摇杆机构演化而来

在曲柄滑块机构中，曲柄做圆周运动，如以曲柄为主动件时，则由连杆带动滑块做往复直线运动；相反以滑块为主动件做往复直线运动时，则由连杆带动曲柄做连续圆周运动，滑块行程等于曲柄长度的两倍，即S=2r。由此可知，曲柄、滑块可以互为主动件。

曲柄滑块机构在各种机械中应用广泛，如图1-1-15所示为曲柄滑块机构在压力机和内燃机中的应用。在压力机中曲柄为主动件，在内燃机中活塞为主动件。

图1-1-15曲柄滑块机构的应用

2.导杆机构

导杆机构是通过改变曲柄滑块机构中的固定件演化而来的，如图 1-1-16 所示。当曲柄 1固定，机架作为杆4时，即可得到导杆机构。杆2通常为主动件，杆4为导杆，滑块3可相对导杆4滑动。当杆1长度小于杆2长度时，杆2与杆4均可做圆周运动，称为转动导杆机构。当杆1长度大于杆2长度时，杆4只能做往复摆动，称为摆动导杆机构。导杆机构常用于牛头刨床、插床和旋转油泵中。