汽车机械基础项目八 汽车常用机构分析任务一 铰链四杆机构在汽车中的应用任务学习目标1．认识四杆机构的类型并掌握其应用场合。2．理解曲柄的存在
条件，掌握判别铰链四杆机构类型的方法。3．了解铰链四杆机构的演化，掌握其演化形式。4．掌握铰链四杆机构在汽车上的应用。思政目标1．
做到理论联系实际，学以致用，提升动手能力。2．培养实事求是、尊重自然规律的科学精神。3．培养团队合作意识，勇于克服困难。任务引入由
若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构称为平面连杆机构。常见的平面连杆机构由四个构件组成，称为平面四杆机构。平面四杆机
构在汽车上的应用很多，如发动机的曲柄连杆机构、雨刮机构（见图 8-1）、汽车转向机构等。图 8-1 汽车雨刮机构一、铰链四杆机构铰
链四杆机构在汽车中广泛应用于动力传递或者改变运动形式，如汽车转向机构、公交车车门开闭机构、汽车刮水器等，都是利用铰链四杆机构来完成
的。1．铰链四杆机构的组成构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为铰链四杆机构，如图 8-2 所示。铰链四杆机构是四杆机构的基本
形式，也是其他多连杆机构的基础。其中各构件的名称如下：① 机架：固定不动的构件。② 连架杆：不与机架直接相连的构件。③ 连杆：不与
机架相连的构件。④ 曲柄：与机架相连且能做整周旋转运动的连架杆。⑤ 摇杆：与机架相连且只能在某一角度范围内摆动的连架杆。图 8-2
铰链四杆机构一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构2．铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构根据两个连架杆是否为曲柄，可以分为曲柄摇杆机构
、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型，其具体结构及运动特点见表 8-1。一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构一、铰链四杆机构一、铰链四
杆机构一、铰链四杆机构3．铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，而有无曲柄则取决于机构中各杆
的相对长度以及机架的选择。1）曲柄存在的条件铰链四杆机构若存在曲柄，则必须同时满足以下两个条件：① 最长杆与最短杆的长度之和小于或
等于其余两杆长度之和；② 连架杆和机架中必有一个为最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别方法，见表 8-2。一、铰链四杆机构2）急回特
性图 8-3 所示的曲柄摇杆机构，摇杆处在两个极限位置时所对应的曲柄的两个极限位置所夹的锐角 θ 称为极位夹角。当曲柄等速转动时，
摇杆来回摆动的速度不同，返回时速度较大，这种性质，称为机构的急回特性，通常用急回特性系数 K 来表示。机构有无急回特性，取决于极位
夹角 θ。极位夹角 θ 值越大，急回特性越显著，也就是从动件回程越快。当 θ= 0°时，K = 1，机构无急回特性，θ 越大，急回
特性越显著。图 8-3 曲柄摇杆机构一、铰链四杆机构2）急回特性图 8-3 所示的曲柄摇杆机构，摇杆处在两个极限位置时所对应的曲柄
的两个极限位置所夹的锐角 θ 称为极位夹角。当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回时速度较大，这种性质，称为机构的急回特性
，通常用急回特性系数 K 来表示。机构有无急回特性，取决于极位夹角 θ。极位夹角 θ 值越大，急回特性越显著，也就是从动件回程越快
。当 θ= 0°时，K = 1，机构无急回特性，θ 越大，急回特性越显著。一、铰链四杆机构3）传力特性衡量机构传力性能的特性参数是
压力角。在不计摩擦力、惯性力和杆件的重力时，从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，称为机构的压力角；它的余角称为
传动角。图 8-4 所示的曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件，在曲柄与连杆共线的位置出现传动角等于 0°的状况，这时无论连杆对曲柄的作用
力有多大，都不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置。机构处于死点位置时，从动件与整个机构静止不动或产生运动不确定的现象。图 8
-4 曲柄摇杆机构及死点位置一、铰链四杆机构为了使机构通过死点位置而连续运动，可以采用以下方法：① 用死点位置相互错开的若干机构共
同控制一个从动曲柄。图 8-5（a）所示的四缸发动机曲柄连杆机构，各缸相互错开 180°来完成连续运动。② 增设辅助机构。图 8-
5（b）所示的火车车轮联动装置，中间增加一个曲柄（车轮），可防止该机构在运动中变为反向机构。③ 利用从动件本身的质量或附加大飞轮的
转动惯量。图 8-5（c）所示的缝纫机脚踏机构，利用飞轮的惯性，使机构的连杆与曲柄共线时能通过死点位置，确保曲轴连续运动。（a）四
缸发动机曲柄连杆机构 （b）火车车轮联动装置 （c）缝纫机脚踏机构图 8-5 克服死点位置的机构二、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构
是平面四杆机构的基本形式，在实际生产中，平面四杆机构的形式是多样的。当铰链四杆机构的某些构件的形状、相对长度发生变化，或选择不同构
件作为机架时，铰链四杆机构可演化为其他形式。1．曲柄滑块机构当曲柄摇杆机构中摇杆的长度趋于无穷大而连杆的长度有限时，则连杆与摇杆的
连接点将由原来的圆弧往复运动变成直线往复运动，将摇杆变成滑块，曲柄摇杆机构就演化成曲柄滑块机构。曲柄滑块机构的典型应用如图 8-6
所示，其中活塞作为主动件做往复直线运动，曲柄作为从动件做往复圆周运动。图 8-6 曲柄滑块机构二、铰链四杆机构的演化2．偏心轮机
构当要求滑块的行程很小时，曲柄长度必须很小。此时，出于结构的需要，常将曲柄做成偏心轮，用偏心轮的偏心距来代替曲柄的长度，曲柄滑块机
构演化成偏心轮机构，如图 8-7 所示。偏心轮机构常用在柱塞泵等设备中。图 8-7 偏心轮机构课后练习1．在平面铰链四杆机构中，与
机架相对的构件称为 。 A．连架杆 B．连杆 C．曲柄 D．摇杆2．若平面四杆机构中，一个连架杆能做整周转动，另
一个只能做往复摆动，则该机构称为 机构。A．双曲柄 B．双摇杆 C．曲柄摇杆 D．曲柄滑块3．当铰链四杆机构的最短杆与最长
杆之和小于或等于其余两杆长度之和，并以最短杆的相邻杆为机架时，该铰链四杆机构为 机构。A．双曲柄 B．双摇杆 C
．曲柄摇杆 D．导杆4．连杆做平移运动的机构为 机构。A．双曲柄 B．双摇杆 C．曲柄摇杆 D．平行双曲柄5．对
心曲柄滑块机构中，设连杆的长度为 l，曲柄的长度为 e，则滑块的位移是 。 A．2e B．2l C．l D．l+
e 课后练习6．曲柄滑块机构中，曲柄匀速转动时，活塞在 时速度为零。A．上止点 B．行程中点 C．下止点 D．上
、下止点7．机构中压力角 ，传动角 ，则机构的传力性能较好。A．小；大 B．小；小 C．大；小
D．大；大8．在曲柄滑块机构中，当 为主动件时，会出现死点位置。A．连杆 B．摇杆 C．滑块 D．曲柄9．铰链
四杆机构 ABCD 如图 8-8 所示。请根据基本类型的判别方法，说明机构分别以 AB、BC、CD、AD 各杆为机架时属于哪种机构
。10．什么是铰链四杆机构的急回特性？急回特性系数 K 表示什么？11．什么是铰链四杆机构的传动角？传动角的大小如何影响机构的传动
？12．什么是死点位置？通常采用哪些方法使机构顺利通过死点位置？13．说明铰链四杆机构中曲柄存在的条件。 图8-8 铰链四杆机构思
政元素在增压发动机中，为了防止产生爆震，其压缩比要低于自然吸气发动机。在增压压力低时热效率降低，使燃油经济性下降，特别在涡轮增压发
动机中，由于增压度上升缓慢，在低压缩比条件下转矩上升也很缓慢，形成所谓的增压滞后现象。也就是说，在发动机低速运行时，增压作用滞后，
要等到发动机加速至一定转速后增压系统才起作用。 为了解决这个问题，改变压缩比是重要的手段，其目的在于提高增压发动机的燃油经济性。在
增压压力低的负荷工况下，提高压缩比到或稍高于自然吸气发动机压缩比；在增压压力高的负荷工况下，降低压缩比。换言之，随着负荷的变化连续
调节压缩比，可在从低负荷到高负荷的整个工况范围内有效提高热效率。 东风日产于 2018 年将首款正式量产的可变压缩比涡轮增压发动机
应用于新款车型上。该款发动机有别于传统发动机的曲柄连杆结构，独创了多连杆系统，实现发动机压缩比由8:1（高性能）～14:1（高效能
）之间的智能无级切换，峰值转矩 380N·m，最大功率 185kW，在保证动力性的前提下，实现了比较好的燃油经济性。汽车机械基础项
目八 汽车常用机构分析任务二 凸轮机构在汽车中的应用任务学习目标1．熟悉凸轮机构的基本类型、作用及特点。2．了解凸轮机构从动件常见
的运动规律。3．掌握凸轮机构的工作原理及其在发动机配气机构中的作用。思政目标增强民族自豪感与文化认同。任务引入凸轮机构在汽车中主要
应用在发动机配气机构上，它的作用是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。与连杆机构相比，凸轮机构便于准确地
实现给定的运动规律和轨迹，其类型、轮廓曲线等对配气以及发动机的工况都有较大的影响。一、凸轮机构的传动特点及在汽车上的应用1．凸轮机
构的传动特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。凸轮具有曲线或曲面轮廓形状，做定轴等速转动或往复直线移动；从动件与凸轮轮
廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律，一般做往复直线运动或摆动，如图 8-9 所示。凸轮机构的传动特点如下：凸轮机构结构紧凑，从
动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了，且可以实现高速启动，工作可靠
、准确等；凸轮轮廓和从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，多用于传递动力不大的场合。图 8-9 凸轮机构一、凸轮机构的传动特点及在
汽车上的应用1．凸轮机构的传动特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。凸轮具有曲线或曲面轮廓形状，做定轴等速转动或往复直
线移动；从动件与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律，一般做往复直线运动或摆动，如图 8-9 所示。凸轮机构的传动特点如下
：凸轮机构结构紧凑，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了，且可以
实现高速启动，工作可靠、准确等；凸轮轮廓和从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，多用于传递动力不大的场合。一、凸轮机构的传动特点及
在汽车上的应用1．凸轮机构的传动特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。凸轮具有曲线或曲面轮廓形状，做定轴等速转动或往复
直线移动；从动件与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律，一般做往复直线运动或摆动，如图 8-9 所示。凸轮机构的传动特点如
下：凸轮机构结构紧凑，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了，且可
以实现高速启动，工作可靠、准确等；凸轮轮廓和从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，多用于传递动力不大的场合。一、凸轮机构的传动特点
及在汽车上的应用2．凸轮机构在汽车上的应用汽车发动机中的配气机构如图 8-10 所示，它是由凸轮机构来控制的，凸轮以等角速度转动，
它的轮廓驱使从动件（气阀杆）按预期的运动规律开启气门，从而完成气缸的排气和进气。图 8-10 配气机构一、凸轮机构的传动特点及在汽
车上的应用2．凸轮机构在汽车上的应用汽车发动机中的配气机构如图 8-10 所示，它是由凸轮机构来控制的，凸轮以等角速度转动，它的轮
廓驱使从动件（气阀杆）按预期的运动规律开启气门，从而完成气缸的排气和进气。二、凸轮机构的分类1．按凸轮形状分类1）盘形凸轮盘形凸轮
是绕定轴转动且具有变化的回转半径（称为向径）的盘形零件，如图 8-9 所示，其结构比较简单，应用广泛，但从动件的行程不能太大，多用
在从动件行程较小的机构中。2）圆柱凸轮圆柱凸轮是在圆柱面上开设曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓的凸轮，如图 8-11所示，主要用
在较大行程的机构中。3）移动凸轮移动凸轮可视为回转中心趋近于无穷远的盘形凸轮，它相对机架做往复移动，如图8-12所示。图 8-11
圆柱凸轮图 8-12 移动凸轮二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类2．按从动件顶部的结构形式分类1）尖顶从动件如图 8-13（a
）所示，尖顶从动件与凸轮接触的运动副元素为尖点或刀刃形状，它能实现复杂的运动规律。尖点和凸轮轮廓线是点或线的接触，适用于传力不大、
速度较低的场合。2）平底从动件如图 8-13（b）所示，当不考虑摩擦时，凸轮对于这种从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受力平稳
，传力性能好，且接触面间易形成油膜，润滑好，可用于高速、重载凸轮机构中。3）滚子从动件如图 8-13（c）所示，滚子从动件的端部装
有可以自由回转的滚子，将从动件与凸轮的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦，机械效率高，磨损较小，可用于传递较大的动力。图 8-13 从动件
的结构形式三、凸轮机构的运动过程及基本参数1．凸轮机构的运动过程如图 8-14 所示，以尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，说明主动件
凸轮与从动件间的运动关系及有关名称，在图示位置，凸轮转角为零，从动件位移也为零，从动件尖顶位于离凸轮轴心 O 最近的位置 A，称为
起始位置。以凸轮轮廓最小向径 OA 为半径作的圆，称为基圆，基圆半径用rb 表示。从动件离轴心最近的位置 A 到最远的位置 B''
间的距离 h称为行程。图 8-14 凸轮机构的运动过程三、凸轮机构的运动过程及基本参数1）推程当凸轮以等角速度 ω 按顺时针方向转
动时，从动件尖顶被凸轮轮廓由 A 推至 B′ 这一行程为推程，凸轮相应转角 δ0称为推程运动角。从动件在推程做功，称为工作行程。2
）远停程凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮的 BC 圆弧段接触，停留在远离凸轮轴心 O 的位置B′，该过程称为远停程，凸轮相应转角 δ
s称为远休止角。3）回程凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮轮廓 CD 段接触，在其重力或弹簧作用下由 B′ 回至A，这一行程称为回程，
凸轮相应转角，称为回程运动角。从动件在回程不做功，称为空回行程。图 8-14 凸轮机构的运动过程三、凸轮机构的运动过程及基本参数4
）近停程凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮的 DA 圆弧段接触，停留在离凸轮轴心最近的位置A，该过程称为近停程，凸轮相应转角? s?称
为近休止角。凸轮转过一周，从动件经历推程、远休止、回程、近休止四个运动阶段，是典型的升—停—回—停的双停歇循环；从动件运动也是可以
一次停歇或没有停歇的循环。行程 h 以及各阶段的转角，是描述凸轮机构运动的重要参数。将凸轮的转角与从动件的位移的关系用曲线表示，此
曲线称为从动件的位移曲线。从动件的位移是随凸轮转角变化的，也是随时间变化的。因此，当凸轮以等角速度转动时，从动件的位移、速度和加速
度的变化规律都是由凸轮轮廓形状决定的。图 8-14 凸轮机构的运动过程三、凸轮机构的运动过程及基本参数2．基圆半径与压力角以凸轮的
最小向径为半径所作的圆称为凸轮的基圆。作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间的锐角称为压力角。对于高副机构，压力角即接触轮
廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。驱动从动件的有用分力一定时，基圆越小，压力角越大，则有害分力越大，机构的效率越低。图 8-14
凸轮机构的运动过程四、从动件常见的运动规律凸轮机构中，从动件所获得的运动规律，完全取决于凸轮的轮廓形状。设计和加工凸轮实际上就是确
定凸轮的轮廓形状。从动杆的运动直接与凸轮轮廓曲线上各点向径的变化有关，而轮廓曲线上各点向径的大小随凸轮转角的变化而变化，这种运动关
系称为从动件的运动规律。根据运动方程或运动线图，即可绘制出凸轮的轮廓曲线。1．等速运动规律（直线运动规律）当凸轮以等角速度转动时，
从动件在升程或回程的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律，如图 8-15 所示。图 8-15 等速运动规律四、从动件常见的运
动规律凸轮机构中，从动件所获得的运动规律，完全取决于凸轮的轮廓形状。设计和加工凸轮实际上就是确定凸轮的轮廓形状。从动杆的运动直接与
凸轮轮廓曲线上各点向径的变化有关，而轮廓曲线上各点向径的大小随凸轮转角的变化而变化，这种运动关系称为从动件的运动规律。根据运动方程
或运动线图，即可绘制出凸轮的轮廓曲线。1．等速运动规律（直线运动规律）当凸轮以等角速度转动时，从动件在升程或回程的速度为一常数，这
种运动规律称为等速运动规律，如图 8-15 所示。从动件在运动开始或终止的瞬间，因速度有突变，从动件在理论上将出现无穷大的加速度和
惯性力，而使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。因此，等速运动规律适用于中、小功率和低速运动的凸轮机构。图 8-15 等
速运动规律四、从动件常见的运动规律2．等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）等加速等减速运动规律：从动件在一个升程或回程中，前半段
做等加速运动，后半段做等减速运动，通常加速度和减速度的绝对值相等，如图 8-16 所示。等加速等减速运动规律的位移曲线由两段光滑相
连的抛物线构成，故这种运动规律又称抛物线运动规律。当等加速等减速运动规律中有远停程和近停程时，在升程（推程）和回程的两端及中点，其
加速度仍存在突变，但惯性力为有限值，由此而产生的冲击称为柔性冲击。因此，等加速等减速运动规律只适用于中速、轻载的场合。图 8-16
等加速等减速运动规律课后练习1．凸轮机构是由 、 和 三个基本构件组成的。2．根据从动
件末端形状的不同，有 从动件、 从动件、 从动件。3．凸轮机构按凸轮的形状分为哪几种类型
？4．常用的凸轮机构的从动件运动规律有哪几种？各有什么特点？5．什么是压力角？与机构传动效率有何关系？6．分析汽车发动机配气机构的
凸轮磨损情况及润滑方式。思政元素记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，由“记道车”发展而来。有关记道车的文字记载最早见于汉代刘歆
的《西京杂记》：“汉朝舆驾祠甘泉汾阳……记道车，驾四，中道。”可见至迟在西汉时期，已有了这种可以计算道路里程的车。到后来，因为加了
行一里路打一下鼓的装置，故名“记里鼓车”。 记里鼓车的基本原理采用的是齿轮机构的差动关系。当年，张衡制造的记里鼓车没有较详细的记载
，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然有些零星的字句，但都太简略。到北宋时，记里鼓车的制造方法有了改进，《宋史·舆服志》记载比较详细，
大体说记里鼓车的外形是独辕双轮，车厢内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，“凡用大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙
相制，周而复始。”记里鼓车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，车上木人击镯。记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的。车中有一套减速齿轮系
，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。至于
“十里击镯”的记程原理，同击鼓记里的机械原理大同小异，只是这一减速齿轮系的末端齿轮在车行十里时正好回转一周，因此“十里一击镯”。这
一原理与现代汽车上的里程表的原理相同。汽车机械基础项目八 汽车常用机构分析任务三 棘轮机构与螺旋机构在汽车中的应用任务学习目标1．
了解棘轮机构的基本结构及应用。2．了解螺旋机构的类型及应用。思政目标1．培养学生的民族自信、爱国精神。2．培养学生的创新精神。任务
引入棘轮机构和螺旋机构在汽车机械结构中都有应用。例如，汽车驻车制动锁止机构中使用了棘轮机构，如图 8-17 所示；汽车循环球式转向
器中应用了螺旋机构，如图 8-18 所示。图 8-17 驻车制动锁止机构图 8-18 循环球式转向器一、棘轮机构棘轮机构的主要作用
是将主动件的连续运动转化为周期性的间歇运动，即时动时停。汽车的手制动（停车制动）装置以及各种单向离合器均使用了棘轮机构。1．棘轮机
构的工作原理和特点典型的棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆、弹簧和止动棘爪组成，如图 8-19 所示。棘轮机构的工作原理为：当摇杆（主动件
）做往复摆动时，棘轮（从动件）做单向间歇转动。摇杆空套在与棘轮固连的从动轴上，棘爪与摇杆用转动副相连，止动棘爪外侧的弹簧可保证棘爪
与棘轮啮合。具体表现为：当摇杆左摆时，棘爪插入棘轮的齿内推动棘轮转过某一角度。当摇杆右摆时，棘爪滑过棘轮，而棘轮静止不动，往复循环
。止动棘爪则起到防止棘轮反转的作用。棘轮机构的优点：结构比较简单，棘轮轴的运动（每次间歇转过的角度）可以在较大的范围内变动，并且可
以在工作过程中调节。棘轮机构的主要缺点：有较大的冲击和噪声，而且传动精度不高。图 8-19 棘轮机构一、棘轮机构2．棘轮机构的类型
与应用外啮合单动式棘轮机构：棘爪装在棘轮的外面，当摇杆往复摆动一次时，棘轮只能单向间歇地转过某一角度，如图 8-20（a）所示。内
啮合棘轮机构：棘爪装在棘轮的内部，单向间歇转动，如图 8-20（b）所示。双动式棘轮机构：摇杆往复摆动时能使棘轮沿同一方向做间歇运
动，如图 8-20（c）所示。可变向棘轮机构：摇杆与棘爪既可以使棘轮按逆时针方向做间歇运动，又可以使棘轮按顺时针方向做间歇运动。若
将棘爪提起并绕其轴线旋转 180°后放下，则能使棘轮按顺时针方向做单向间歇转动，如图 8-20（d）所示。图 8-20 棘轮机构的
类型一、棘轮机构可变棘轮转角的棘轮机构：利用遮板调节棘轮的转角。在棘轮外部罩一遮板，改变遮板位置以遮住部分棘齿，可使棘爪行程的一部
分在遮板上滑过，棘爪不与棘齿接触，从而改变棘爪推动棘轮的实际转角的大小，如图 8-20（e）所示。摩擦式棘轮机构：通过棘爪和棘轮之
间的摩擦力来传递运动，噪声小，但接触面容易发生滑动，为了增加摩擦，一般将棘轮做成槽形，如图 8-20（f）所示。汽车上常用的单向离
合器也可以看作一种将棘轮做成槽形的棘轮机构。此机构由爪轮、套筒、滚柱、弹簧顶杆等组成。利用此机构，当爪轮以任意角速度反复转动时，可
使套筒获得任意转角的单向间歇转动。图 8-20 棘轮机构的类型二、螺旋机构构件通过螺旋副连接的机构称为螺旋机构，用来传递运动和动力
。基本的螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成。螺杆与螺母组成螺旋副，螺杆与机架组成转动副，螺母与机架组成移动副。通常，螺杆为主动件，做匀
速转动，螺母为从动件，做轴向匀速直线运动，螺杆转动一周，螺母的轴向位移为一个螺纹导程。1．螺旋机构的类型和应用螺旋机构按其用途可分
为起重螺旋、传动螺旋、调整螺旋三种。图 8-21 千斤顶图 8-22 滚珠丝杠图 8-23 千分尺二、螺旋机构起重螺旋：用以举重或
克服其他相当大的生产阻力，如图 8-21 所示千斤顶。起重螺旋一般为间歇性工作，每次工作时间较短，工作速度也不高。它可承受很大的轴
向力，通常需有自锁能力。传动螺旋：用以传递运动及功率。传动螺旋要在较长的时间内高速连续工作，而且要求有较高的传动精度。传动螺旋按其
螺纹间摩擦性质的不同，又可分为滑动螺旋和滚动螺旋（见图 8-22 所示滚珠丝杠）。调整螺旋：用以调整并固定零件或工件的位置，一般不
在工作载荷下转动，如图 8-23所示千分尺。图 8-21 千斤顶图 8-22 滚珠丝杠图 8-23 千分尺二、螺旋机构二、螺旋机构
二、螺旋机构2．螺旋机构的特点① 当螺杆转过一周时，螺母只移动一个导程，而导程可以做得很小，故螺旋机构可以得到很大的减速比。② 由
于减速比大，当在主动件上施加一个不大的转矩时，在从动件上可获得一个很大的推力，即螺旋机构具有很大的机械利益。③ 选择合适的螺旋升角
，可以使螺旋机构具有自锁性。④ 结构简单、传动平稳、无噪声等。滑动螺旋的效率较低，特别是自锁螺旋的效率低于 50%。3．螺旋传动的
运动形式螺旋传动的运动形式包括以下四种情况：① 螺母不动，螺杆转动并做直线运动；② 螺杆不动，螺母回转并做直线运动；③ 螺杆原位转
动，螺母做直线运动； ④ 螺母原位转动，螺杆往复运动。课后练习1．棘轮机构由哪几部分组成？2．棘轮机构的类型有哪些？列举其主要应用
场合。3．螺旋机构由哪几部分组成？4．螺旋机构传动的运动形式有哪些？5．螺旋机构有何特点？与螺纹连接有何区别？思政元素20 世纪
70 年代，东周王城遗址出土了一套青铜齿轮构件，即人类最早制作并使用的、具有制动功能的棘轮装置——东周棘轮装置，它在机械制造史上占有重要地位。 这套青铜齿轮构件由齿轮、钩卡组成。齿轮为圆形，圆周有 40 个斜齿，齿距相等，中间为用来安装木轴的方孔，轮径 4.2 厘米，方孔边长 2.5 厘米；钩卡呈弓状，一端有用来安装圆轴的圆孔，另一端有钩爪，背部有小圆鼻，长 5.9 厘米。后经机械工程师辨认，出土的这套青铜齿轮、钩卡，在机械学中名为棘轮、棘爪。二者相配，则是机械装置中的一个具有制动功能的、相对独立的运动单元，即棘轮机构。 这种棘轮机构，是一种适于低速传动的简单的机械构件。其工作原理是：当机械负荷工作时，棘轮沿逆时针方向转动，棘爪在轮背上滑过；间歇时，逆时针转动的棘轮受阻而沿顺时针方向回转，回转时被嵌入齿槽的棘爪卡住，由此实现机械的间歇并等待棘轮再次转动。 《墨子·经说》：“举之则轻，废之则重，非有力也。”意思是说，放在地上的物体本身很重，但提举时它显得很轻，这不是因为提举者的力气很大。那么，为什么用很小的力可以提举重物呢？这是因为先民们通过长期实践，掌握了杠杆、斜面、滑轮、齿轮等的力学原理，制作出用来提举、搬运重物的机械；并经过试验制作出了具备制动功能的青铜齿轮构件，就这样，古老机械中的棘轮机构诞生了。迄今为止，东周王城遗址出土的青铜齿轮构件，是我国考古所见的年代最早的棘轮构件。这种原始的机械构件开启了棘轮机构的先河。这种古老的机械装置，不仅为中国后世所传承，也被他国所借鉴。东周王城遗址出土的齿轮构件，被称为世界棘轮机构之父，是人类机械制造史上的里程碑。 |
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