生活中的机械

生活中的机械
-----生活中的连杆
人居学院王钰2120701018 建环21 摘要:连杆是指机构中不与机架相连的杆件。

它由于其灵活多变的特点，成为生活中不可或缺的机械结构，这里将从连杆的特点，结构，历史，发展，应用，和创新等方面对连杆进行研究，展现这一结构的神奇魅力和多变的功效。

关键字：结构特点历史发展应用创新
首先来认识连杆,连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。

例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。

连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。

连杆是汽车与船舶等发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。

连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。

因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。

它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。

连杆的特点：优点：1.连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击2.运动副的元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造3.在原动件运动规律不变的情况下，通过改变各机构的相对长度，可以使部件得到不同的运动规律4.连杆曲线可以满足不同运动规律的要求。

缺点：1.运动误差累积较大，影响传动精度2.由于惯性力不好平衡而不适于高速转动3.设计方法比较复杂
连杆大致可分为三类：曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构。

曲柄摇杆机构的两个连架杆中，一为曲柄，一为摇杆。

通常曲柄主动，摇杆从动，但也有摇杆主动的情况。

应用例：牛头刨床进给机构、雷达调整机构、缝纫机脚踏机构、复摆式腭式破碎机、钢材输送机等。

而满足双摇杆机构的条件是1.最长杆长度＋最短杆长度≤其他两杆长度之和，此条件称为杆长条件。

2.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。

在满足杆长条件的四杆机构中，如果以最短杆为连杆（即图中的AB杆，CD杆为机架），则该机构为双摇杆机构。

如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转副，此时不论以何杆为机架，均为双摇杆机构。

在铰链四杆机构中，若两连接杆均为曲柄，此四连杆机构称为双曲柄机构。

在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。

在双曲柄机构你中，连杆与机架的长度相等，两个曲柄的长度相等且转向相反，则称反平行四边形机构。

连杆机构的功能及应用
在工程实际中，平面连杆机构能完成各种各样的功能运动，因而获得广泛的应用。

平面连杆机构有以下几方面的功能：
1）刚体导引功能
所谓刚体导引，就是机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置。

具有这种功能的连杆机构，称之为刚体导引机构。

2）函数生成功能
所谓函数生成功能是指能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的某种函数关系。

具有这种功能的机构，称之为函数生成机构
3）轨迹生成功能
所谓轨迹生成功能是指连杆上某点通过某一预先给定轨迹的功能。

具有这种功能的机构称之为轨迹生成机构。

4）具有综合功能的机构
运动设计的基本问题和方法
1）基本问题
平面连杆机构运动设计的任务是：在运动方案设计的基础上，根据机构所要完成的功能运动所提出的设计条件（运动条件、几何条件和传力条件等）确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。

除了要考虑上述各种功能运动要求外，还有一些其他要求：
a.要求某连架杆为曲柄；
b.要求机构运动具有连续性；
c.要求最小传动角在许用传动角范围内，以保证机构有良好的传力条件；
d.特殊的运动性能要求。

如要求机构输出件有急回特性；要求二连架杆角速度和角加速度满足给定条件等
根据以上分析，可将平面连杆机构运动设计的问题概括成下述基本问题：
a.实现已知运动规律问题；（刚体导引及函数生成功能）
b.实现已知轨迹问题（轨迹生成功能）
2）设计方法
a.实验法用作图试凑或利用图谱、表格及模型实验等来求得机构运动学参数。

此方法直观简单，但精度较低，适用于精度要求不高的设计或参数预选。

b.几何法根据几何学原理，用几何作图法求解运动学参数。

该方法直观、易懂，求解速度一般较快，但精度不高。

适用于简单问题或对精度要求不高的问题求解。

c.解析法以机构参数来表达各构件间的函数关系，以便按给定条件求解未知数。

此法精度高，能解决较复杂的问题。

随着电子计算机的广泛应用，这种方法正在得到逐步推广连杆是柴油机的重要部件，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而且要有足够的刚性和韧性。

通常连杆是以调质状态在发动机里服役，其寿命首先取决于调质工艺质量，硬度应在HB207～289(因不同柴油机型号而异)；第三，应经磁力探伤确保无裂纹.连杆常用的材料有以下几种，45号钢（中碳钢）、40Cr、42Cr（中碳合金钢）、40CrMo以及采用可锻铸铁GTS65 和/或球墨铸铁GGG70 （多用于汽油机）等，连杆材料的调质热处理非常重要，其寿命首先取决于质工艺质量，即它的金相必须是1～4级晶粒度的细的回火索式体 (可有少量托氏体和极少量铁素体)；小型汽油机连杆多采用可锻铁或者球铁，前者硬度应于
210--260HBS，抗拉强度不低于619MPa；后者硬度240--280HBS，抗拉强度不低于690MPa。

铸铁材料连杆一般也要经过表面喷丸等技术处理。

冶金粉末锻造工艺在欧美国家30年代就已经应用于实际生产，随之技术的不断改进，冶金粉末零件成为了一种新兴的金属零件成形工艺。

常用材料HS150TM及HS160TM,粉锻连杆的力学性能以及疲劳性能与锻钢连杆相似，高强度的粉锻连杆抗拉强度可达1000MPa以上.非调质钢连杆材料例如
35MnVS,49MnVS3,30SiMnVS6等等，而涨断是一种处理连杆的加工工艺连杆加工的工艺流程是：拉大小头两端面——粗磨大小头两端面→拉连杆大小头侧定位面→拉连杆盖两端面及杆两端面倒角→拉小头两斜面→粗拉螺栓座面，拉配对打字面、去重凸台面及盖定位侧面→粗镗杆身下半圆、倒角及小头孔→粗镗杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角→清洗零件→零件探伤、退磁→精铣螺栓座面及R5圆弧→铣断杆、盖→小头孔两斜端面上倒角→精磨连杆杆身两端面→加工螺栓孔→拉杆、盖结合面及倒角→去配对杆盖毛刺→清洗配对杆盖→检测配对杆盖结合面精度→人工装配→扭紧螺栓→打印杆盖配对标记号→粗镗大头孔及两侧倒角→半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔→检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度→压入小头孔衬套→称重去重→精镗大头孔、小头衬套孔→清洗→最终检查→成品防锈。

连杆的工艺特点(1)连杆体和盖厚度不一样，改善了加工工艺性。

连杆盖厚度为31mm，比连杆杆厚度单边小3.8mm，盖两端面精度产品要求不高，可一次加工而成。

由于加工面小，冷却条件好，使加工振动和磨削烧伤不易产生。

连杆杆和盖装配后不存在端面不
一致的问题，故连杆两端面的精磨不需要在装配后进行，可在螺栓孔加工之前。

螺栓孔、轴瓦对端面的位置精度可由加工精度直接保证，而不会受精磨加工精度的影响。

(2)连杆小头两端面由斜面和一段窄平面组成。

这种楔形结构的设计可增大其承压面积，以提高活塞的强度和刚性。

在加工方面，与一般连杆相比，增加了斜面加工和小头孔两斜面上倒角工序；用提高零件定位及压头导向精度来避免衬套压偏现象的发生，但却增加了压衬套工序加工的难度。

(3)带止口斜结合面。

连杆结合面结构种类较多，有平切口和斜切口，还有键槽形、锯齿形和带止口的。

该连杆为带止口斜结合面. 精加工基准采用了无间隙定位方法，在产品设计出定位基准面。

在连杆杆和总成的加工中，采用杆端面、小头顶面和侧面、大头侧面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜结合面加工工序的连杆盖加工中，采用了以其端面、螺栓两座面、一螺栓座面的侧面的加工定位方法。

这种重复定位精度高且稳定可靠的定位、夹紧方法，可使零件变形小，操作方便，能通用于从粗加工到精加工中的各道工序。

由于定位基准统一，使各工序中定位点的大小及位置也保持相同。

这些都为稳定工艺、保证加工精度提供了良好的条件。

而连杆的发展历史也同样悠久，“瓦特连杆”，对车有了解的人听起来是不是有点熟悉呢？？没错，瓦特连杆并非新发明，早就18世纪已经发明了，而发明它的人就是英国人詹姆斯.瓦特，（1736-1819），这家伙其它发明还包括改进了蒸气机，直接把人类文明带进工业革命时代，创新是建立在对历史了解基础上，欧宝是第一个把扭力梁与瓦特连杆结合在一起的车厂，并为此申请了专利。

瓦特连杆工作原理
当车辆在离速过弯时，离心力的作用会让后轮内侧不堪重负，而外侧车轮却失去抓地力，堪至会短暂地离开路面（房车赛中赛车高速过弯就是如此），这样操控和舒性就无从谈起，多连杆的后园挂一个作用是平衡这个作用力，而瓦特连杆的件作用是将离心力反转到另一边车轮，这样二边车轮就能始终与路面保持最适合的接确，而汽车在转向时也就能变得更加灵活了。

其中新上市的通用1。

6T就是用这种瓦特连杆的.多连杆悬挂系统，又分为5连杆后悬挂和4连杆前悬挂系统。

顾名思义，5连杆后悬挂系统包含5条连杆，分别为控制臂、后置定位臂、上臂、下臂和前置定位臂，其中控制臂可以调整后轮前束。

5连杆悬挂的优点是构造简单、重量轻，减少悬挂系统占用的空间。

5连杆后悬挂能实现主销后倾角的最佳位置，大幅度减少来自路面的前后方向力，从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性，同时也保证了直线行驶的稳定性，因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小，不易造成非直线行驶。

在车辆转弯或制动时，5连杆后悬挂结构可使后轮形成正前束，提高了车辆的控制性能，减少转向不足的情况。

同时紧凑的结构增加了后排座椅和行李厢空间。

由于这种悬挂优点显著，易于调整，因而受到广泛的欢迎，多连杆独立后悬挂能提供给车辆更好的操控性和舒适性。

而连杆结构并不因历史长久就失去活力，反而在一次次创新中绽放出更大的魅力，展现出更广阔的前景，它于液压支架，用malab对连杆的建模和开发，多连杆，铲斗连杆，opengl，仿真，创新瓦特连杆等，使得连杆在生活中生产中的用途愈发的出众。

所以，连杆将随着科学技术的发展被赋予更多的活力，在生产生活中的利用的范围将越来越广，故我们要注意对它的开发和利用，争取让连杆机构成为生产生活才的超级助手。