2.2 常见四杆机构《汽车机械基础》河南省（对口招生）交通运输类 知识点讲解

河南省（对口招生）交通运输类《汽车机械基础》 知识点讲解 二、常见四杆机构 【课程要求】 1. 能描述曲柄连杆机构、转向梯形机构的工作原理及在汽车上的应用。 2. 能分析曲柄连杆机构的受力、运动及动力学特性，进行简单计算。 3. 能解释急回特性、压力角、传动角、止点位置等概念及其工程意义。 4. 能根据几何关系分析活塞、连杆、曲轴的运动协调性。 5. 能识别汽车上常见四杆机构的类型并绘制运动简图。 【知识网络】 【知识要点】 知识点 1 曲柄连杆机构 1. 机构组成与受力分析 曲柄连杆机构由活塞、连杆、曲轴和缸体组成，活塞与缸体构成移动副，连杆小头与活塞、连杆大头与曲轴、曲轴与缸体分别构成转动副。受力分析时，活塞受燃气压力、缸体约束力和连杆反力，三者汇交于一点，属于平面汇交力系，平衡条件为合力为零。连杆在不计自重时受两个力作用，属于二力杆，力的作用线沿两作用点连线。曲轴受连杆力、轴承约束力和阻力矩，属于平面任意力系，可向一点简化为主矢和主矩。平面汇交力系合力可用几何法（力的多边形）或解析法（投影求和）计算。 2. 运动分析 活塞作往复移动，位移s、速度v、加速度a分别为位移对时间的一阶导数和二阶导数。曲轴作定轴转动，转角φ= f(t)，角速度ω = dφ/dt，角加速度ε = dω/dt。转速n与角速度关系：ω = πn/30。曲轴上任意点速度v = Rω，切向加速度a_τ = Rε，法向加速度a_n = Rω²，全加速度a = R√(ε²+ω⁴)。 3. 动力学分析 往复惯性力F_j由活塞组件和连杆小头的往复运动产生，方向与加速度相反，大小与质量和加速度成正比。离心力F_c由偏离轴线的曲柄、曲柄销等旋转质量产生，方向沿曲柄半径向外，大小与曲柄半径、质量及转速有关。这些力引起附加载荷和振动，需在结构上采取平衡措施。 4. 几何关系 连杆小头轴线与连杆大头轴线平行，连杆大头轴线与曲轴轴线平行，活塞纵向轴线与上述三轴线垂直。 知识点 2 转向传动机构 1. 等腰梯形机构 汽车转弯时各车轮应纯滚动，轴线交于一点，内外轮转角满足cotα = cotβ + B/L。采用双摇杆机构且两摇杆等长构成等腰梯形机构，近似满足该关系。 2. 其他应用 曲柄摇杆机构用于汽车前窗刮水器控制机构；双曲柄机构用于车门启闭机构。 知识点 3 四杆机构的特性 1. 急回特性 曲柄摇杆机构中，曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同，回程速度大于推程速度。极位夹角θ为曲柄与连杆共线时两位置所夹锐角。行程速比系数k = v2/v1 = (180°+θ)/(180°-θ)，k>1时有急回特性。偏置曲柄滑块机构有急回特性，对心曲柄滑块机构无急回特性。 2. 压力角与传动角 压力角α：从动件受力方向与受力点速度方向所夹锐角。传动角γ = 90° - α，γ越大传力性能越好。最小传动角γ_min ≥40°（一般），传递大功率时≥50°。曲柄摇杆机构中γ_min出现在曲柄与机架共线位置之一；曲柄滑块机构中γ_min出现在曲柄与导轨垂直位置。 3. 止点位置 当摇杆为原动件、曲柄与连杆共线时，传动角γ=0°，机构处于止点位置。此时力通过曲柄回转中心，不能产生力矩，从动件可能卡死或转向不确定。常采用安装飞轮利用惯性通过止点位置。 【练习题】 一、单项选择题 1. 在活塞—连杆—曲柄机构中，连杆属于（） A. 二力杆 B. 三力杆 C. 受弯矩的杆 D. 受扭矩的杆 2. 曲柄摇杆机构的急回特性程度用（）来衡量。 A. 压力角 B. 传动角 C. 极位夹角 D. 行程速比系数 3. 为保证四杆机构具有良好的传力性能，应使最小传动角γ_min（） A. 等于0° B. 小于30° C. 大于等于40° D. 等于90° 4. 汽车转向传动机构采用等腰梯形机构，其目的是（） A. 实现变速 B. 实现急回 C. 近似满足纯滚动条件 D. 增大转向力 5. 曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件，摇杆处于极限位置时，曲柄与连杆（） A. 垂直 B. 平行 C. 共线 D. 成45° 6. 对心曲柄滑块机构（）急回特性。 A. 具有 B. 不具有 C. 有时有 D. 无法确定 7. 曲柄摇杆机构中，最小传动角出现的位置是（） A. 曲柄与机架共线 B. 曲柄与连杆共线 C. 摇杆与机架共线 D. 摇杆与连杆共线 8. 克服四杆机构止点位置对传动不利影响的常用方法是（） A. 增大压力角 B. 减小传动角 C. 安装飞轮 D. 增大极位夹角 二、填空题 1. 活塞—连杆—曲柄机构中，活塞与缸体构成______副，曲轴与缸体构成______副。 2. 平面汇交力系平衡的充要条件是______。 3. 曲轴定轴转动时，角速度ω与转速n的关系式为______。 4. 往复惯性力的方向总与______方向相反。 5. 曲柄摇杆机构的急回特性是用______系数来衡量的，其值越大，急回特性越______。 6. 压力角α与传动角γ的关系是______。 7. 当机构处于止点位置时，传动角γ等于______。 8. 汽车前窗刮水器控制机构属于______机构。 三、判断题 1. 曲柄连杆机构中的连杆在受力分析时通常被视为二力杆。（） 2. 平面任意力系向一点简化得到的主矢与简化中心无关，主矩与简化中心有关。（） 3. 曲柄摇杆机构一定具有急回特性。（） 4. 压力角越大，机构传力性能越好。（） 5. 最小传动角越大，机构的传力性能越差。（） 6. 汽车发动机通过安装飞轮来克服止点位置对曲轴转动的不利影响。（） 7. 偏置曲柄滑块机构没有急回特性。（） 8. 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可能会出现止点位置。（） 四、简答题 1. 简述曲柄摇杆机构急回特性的含义及其在生产中的用途。 2. 什么是压力角和传动角？它们对机构传力性能有何影响？ 3. 说明止点位置的概念，以及如何克服止点位置对机构传动的不利影响。 4. 汽车转向传动机构为什么要采用等腰梯形机构？其近似满足的运动学条件是什么？ 【答案】 一、单项选择题 1. A 2. D 3. C 4. C 5. C 6. B 7. A 8. C 二、填空题 1. 移动；转动 2. 合力为零（或力多边形自行封闭） 3. ω = πn/30 4. 加速度 5. 行程速比；明显 6. γ = 90° - α 7. 0° 8. 曲柄摇杆 三、判断题 1. √ 2. √ 3. × 4. × 5. × 6. √ 7. × 8. √ 四、简答题 1. 急回特性是指当曲柄等速转动时，摇杆回程的平均速度大于推程平均速度的特性。生产中利用这一特性可以缩短非生产时间（如回程时间），提高劳动生产率。 2. 压力角是从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角，传动角是压力角的余角。压力角越小（或传动角越大），有效分力越大，有害分力越小，机构传力性能越好；反之传力性能越差。 3. 止点位置是指当摇杆为原动件、曲柄与连杆共线时，传动角为零，曲柄无法转动的极限位置。克服方法是在曲轴上安装大质量飞轮，利用飞轮的惯性使曲柄顺利通过止点位置。 4. 采用等腰梯形机构是为了使汽车转弯时内外车轮的轴线近似交于一点，实现纯滚动，减少轮胎磨损和附加阻力。其近似满足的运动学条件是cotα = cotβ + B/L，其中α、β为内外轮转角，B为轮距，L为轴距。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $