项目二 单缸内燃机结构和运动分析
一、教学目标
1. 了解平面连杆机构和凸轮机构。 2. 熟悉平面连杆机构和凸轮机构的分类。 3. 掌握平面连杆机构和凸轮机构各项参数。
二、课时分配
安排2课时。
三、教学重点
通过本项目的学习，可以掌握平面连杆机构、凸轮机构相关知识，具备对平面连杆机构、凸轮机构进行结构和运动分析的能力。
四、教学难点
1．熟悉平面连杆机构和凸轮机构的分类。 2．掌握平面连杆机构和凸轮机构各项参数。
五、教学内容
一、平面连杆机构 1．平面连杆机构概述
由若干个刚性构件用低副连接而成的，各个构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构称为平面连杆机构。
（1） 平面连杆机构的特点 平面连杆机构主要有以下特点：
1)平面连杆机构中的构件可实现多种运动形式，如转动、摆动、移动、平面运动等。通过连杆机构进行运动形式转换，容易得到所需的运动形式。
2）平面连杆机构中的运动副都是低副，组成运动副的两构件间接触面积大，单位面积上承受的压力小，不易磨损，便于润滑，可用于承受载荷较大的场合。
3）运动副的接触面均为几何形状比较简单的圆柱面或平面，并可靠其自身的几何约束来保持接触，因而制造比较简单。
4）由于平面连杆机构中有较多的构件和运动副，致使构件尺寸和运动副间隙的累计误差较大，机械效率较低。
5）平面连杆机构中大部分构件或构件重心在运动过程中都做变速运动，因此产生的惯性力难以消除，故不宜用于高速的场合。
（2）平面连杆机构的类型和应用 1）平面连杆机构的类型 2）平面连杆机构的应用
平面连杆机构被广泛用于各种机械设备、仪器仪表、操纵控制装置以及日常生活用具中的下述情况：
①把主动件的转动转换为从动件的往复摆动或往复直线运动，也可做相反的运动转换。
②把主动件的转动或摆动转换为与其运动规律相同或不同的转动或摆动。 ③在不直接与机架相连的构件上，不同点的轨迹是形状各异的曲线，称为连杆曲线，可以满足生产中所需的各种轨迹要求。
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铰链四杆机构
（1）铰链四杆机构的组成
如图2-2所示，铰链四杆机构由四个杆形构件和四个转动副组成。其中，固定不动的杆件称为机架；与机架相连的杆件称为连架杆；不直接与机架相连的杆件称为连杆。连架杆中，能做整周回转运动的连架杆称为曲柄；只能绕机架在小于360°的范围内做往复摆动的连架杆称为摇杆。
图2-2铰链四杆机构的组成
（2）铰链四杆机构的基本类型
根据两个连架杆的运动形式不同，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
1）曲柄摇杆机构
如图2-3所示，在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个是曲柄，另一个是摇杆，该机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可以方便地实现曲柄的整周回转运动与摇杆的往复摆动之间的转换。
图2-3曲柄摇杆机构
图2-4所示为汽车前窗的雨刷器，当主动曲柄AB整周回转时，从动摇杆CD做往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。图2-5所示为雷达调整机构，当主动曲柄整周回转时，通过连杆带动固定在从动摇杆上的天线做一定角度的往复摆动，以调整天线的俯仰角。
图2-4曲柄摇杆机构应用——汽车雨刷器
图2-5曲柄摇杆机构应用——雷达调整机构
在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时， 可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续整周回转运动，在生产中应用广泛。图2-6所示的缝纫机踏板机构，当脚踏板CD（相当于摇杆）做往复摆动时，通过连杆带动曲轴AB（相当于曲柄）做连续整周回转运动。
图2-6曲柄摇杆机构应用——缝纫机踏板机构
2）双曲柄机构
如图2-7所示，在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。该机构主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周。图2-8所示的惯性筛工作时，主动曲柄AB做等速回转运动，通过连杆BC带动从动曲柄CD做周期性的变速转动，再通过E点的连接，使筛子做变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动，筛子具有一定的加速度，使筛面上的物料由于惯性来回抖动以达到筛分物料的目的。
图2-7一般双曲柄机构
图2-8一般双曲柄机构应用——惯性筛
在双曲柄机构中，常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。如图2-9所示，当两曲柄的长度相等且平行时（其他两杆也平行且长度相等)，称为平行双曲柄机构。平行双曲柄机构中两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等。平行双曲柄机构应用广泛， 在图2-10所示的机车车轮联动机构中，车轮相当于曲柄，保证了各车轮同速同向转动。此装置中还增设了一个曲柄EF作辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABCD反向转动。
图2-9平行双曲柄机构
《机械基础(机电专业)》教案项目2单缸内燃机结构和运动分析
