活动情景
汽车是由许多相对独立的机构所组成的，其中刮水器就是汽车上必不可少的一个相对独立的辅助机构（装置），一旦出现刮水器不正常工作或卡死等故障，都将会影响安全行车。本任务通过对汽车电动刮水器的拆装，观察刮水器的工作过程，了解铰链四杆机构的相关知识。
任务要求
（1）观察电动刮水器总成的基本组成。
（2）观察电动刮水器各构件之间的相互装配关系。
（3）观察电动刮水器工作过程演示，了解转矩传递方式。
（4）通过电动刮水器，进一步了解“铰链四杆机构”和“运动副”的种类和特点。
技能训练
进行桑塔纳电动刮水器的拆装。
1．所需器材
进行桑塔纳电动刮水器拆装时，所需器材有实习用汽车、一字起子、十字起子、T形扳手、套筒组合扳手、二用开口扳手、二爪拉马等，如图3－1所示。
图3－1 拆装电动刮水器所需工具
2．操作步骤
（1）取下刮水器刮臂固定螺母罩盖，用T形扳手或套筒扳手拧松刮臂固定螺母，用二爪拉马拉下刮臂及刮水片组件，如图3－2、图3－3、图3－4所示。
图3－2 取下刮水器刮臂固定螺母罩盖
图3－3 用T形扳手或梅花扳手拧松刮臂固定螺母
（2）打开发动机舱盖，用支撑杆将发动机舱盖支撑住，如图3－5所示，取下电动刮水器总成上的塑料防水挡板。
图3－4 取下刮臂及刮水片组件
图3－5 打开发动机舱盖
（3）拔下电动刮水器电机的接线插件，如图3－6所示。
（4）拧松电动刮水器总成固定螺栓，如图3－7所示。
图3－6 拔下电动刮水器电机接线插件
图3－7 拧松电动刮水器总成固定螺栓
注意
1999年以前的桑塔纳，在拆电动刮水器时，需拆卸电动刮水器底板下面的电机与拉杆的连接螺母，取下连接拉杆，如图3－8所示。
图3－8 拆卸电机与拉杆的连接螺母
（5）拆卸摇臂轴固定螺母，如图3－9所示，从发动机舱内取下电动刮水器总成件，如图3－10所示。
图3－9 拧松摇臂轴固定螺母
图3－10 取下电动刮水器总成件
（6）按拆卸相反的顺序安装好电动刮水器总成。
注意
在安装电动刮水器总成时，要注意将车身上的摇臂轴橡胶防护垫的两层分别垫在车身铁皮的上、下，若让摇臂轴橡胶防护垫的两层一起垫在上面或下面，就起不到防护作用。
图3－11 电动刮水器组成
（7）拆装完毕，清洁、归还工具和实习器材。
基本活动
1．了解电动刮水器总成的组成
电动刮水器一般由电机总成、底板、拉杆、摆杆、刷架、刮臂和刮水片等组成，如图3－11所示。
2．刮水过程演示
（1）观察电动刮水器演示板上电动刮水器总成各构件间的相互连接关系。
（2）将电动刮水器演示板上的电机总成接通12V直流电源，打开电动刮水器电源开关，观察电动刮水器的工作过程。
（3）观察电动刮水器的转矩传递方式。
（4）通过对电动刮水器演示过程的观察，了解铰链四杆机构中各杆件的运动变化。
高级技术
1．机器和机构
在日常工作和生活中，人们经常使用的各种生产工具、加工器具等通常被人们称为机器。我们在日常生活中经常接触到的汽车、车床、钻床、砂轮机、电动机、洗衣机、缝纫机等就是最常见和普及的机器。各种机器由于用途不同，其结构也不同，有的简单，有的复杂。但是任何一台机器都由若干个零件组成。
1）零件
从制造角度看，机器是由若干个零件组成的，零件是机器组成中不可再拆的最小单元件，因此，零件是机器的制造单元。零件按其使用性能不同可以分为通用零件和专用零件两大类，如图3－12、图3－13所示。固定电动刮水器用的螺栓属于通用零件；而刮臂及刮水片等都属于专用零件。
图3－12 通用零件
图3－13 专用零件
2）构件
从运动角度看，机器又是由若干个构件组成的。构件是机器组成中最基本的运动单元，其运动形状和尺寸主要取决于运动性质，因此，构件是机器的运动单元。
电动刮水器连动机构中摇臂轴摆杆组件，分别由摇臂轴和摆杆通过焊接而成，如图3－14所示，雨刷器在工作过程中与摇臂轴摆杆组件具有确定的相对运动。因此，该刚性连接体通常称为一个“构件”，而摇臂轴和摆杆是该构件上不同的零件。
图3－14 摇臂轴摆杆组件
3）机械
汽车电动风窗刮水器是一个比较常用的简单机器，主要由电动机、蜗轮蜗杆机构、拉杆、摆臂、刮水片组成，如图3－11所示。
汽车电动风窗刮水器的工作过程：由电动机通过蜗轮蜗杆带动拉杆运动，驱动摆臂的摆动，由刮水片实现汽车风窗玻璃上雨水的清除工作。通过对汽车电动风窗刮水器工作过程的观察，可以归纳出以下三个基本特征。
（1）是人为实物（零件或构件）的组合体；
（2）各部分之间都具有确定的相对运动；
（3）能代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功或实现能量转换。
我们把符合上述三个特征的实物组合体，称为机器。如果将汽车电动风窗刮水器的电动机拆除，这样汽车电动风窗刮水器就无法实现摆臂的摆动，只有蜗轮蜗杆、拉杆、摆臂等组成的“曲柄摇杆机构”，只具备了机器三个特征中的前两个特征，而无法代替或减轻人类的劳动，不能完成有用的机械功或实现能量转换。这样被拆除电动机的汽车电动风窗刮水器就不能再称为“机器”，而只能称为“机构”。人们习惯把机器和机构统称为“机械”。
从上述分析可知，机器是由多个机构以一定的方式连接而成；机构又是由多个构件以一定的方式连接而成；而构件又是由多个零件以一定的方式连接而成。
2．运动副
1）连接
按照连接的方式不同，连接一般分为三种：刚性连接，如铆接、焊接，如图3－15、图3－16所示；固定连接，如螺栓连接，如图3－17所示；可动连接，如转动连接、移动连接，如图3－18、图3－19所示，在图3－19中，活塞在气缸内运动。
图3－15 7种常用的铆接形式
图3－16 焊接
由两个构件直接接触并产生一定相对运动的连接，称为运动副。如汽车电动风窗刮水器中蜗轮与拉杆、拉杆与摆杆之间的连接都具有相对运动，因此这些连接都可称为运动副。按运动副中两构件间的接触形式不同，运动副又分为低副和高副两类。
图3－17 螺栓连接
图3－18 转动连接
图3－19 移动连接
2）低副
两构件之间以面接触形式所构成的运动副称为低副。根据两构件之间的相对运动不同，低副又可以分为转动副或移动副。
（1）转动副。若组成运动副的两构件之间只能绕同一轴线作相对运动，则该运动副称为转动副，也称为铰链。如图3－20所示，汽车电动风窗刮水器中刮臂轴与固定座之间的连接就属于转动副。
（2）移动副。若组成运动副的两构件之间只能沿某一直线作相对移动，则该运动副称为移动副。如图3－19、图3－21所示，活塞在气缸内运动、气门在气门导管内的运动等就属于移动副。
图3－20 刮臂轴与固定座之间的连接
图3－21 气门在气门导管内运动
3）高副
两构件之间以点或线接触所组成的运动副称为高副。构成高副的两构件之间的相对运动是“转动与移动”的叠加。如图3－22、图3－23所示，两齿轮啮合运动和凸轮推动挺柱运动就属此类。
图3－22 两齿轮啮合运动
图3－23 凸轮推动气门挺柱运动
3．平面连杆机构
平面连杆机构是指机构内各构件的相对运动都在同一平面内或相互平行的两个平面内。平面连杆机构是由若干个构件用低副（转动副或移动副）连接组成的机构，各构件间的相对运动都处在同一平面或平行平面内。
平面连杆机构的种类和形式很多，但最常见的是由4个构件组成的铰链四杆机构。根据各个构件的工作过程不同，平面连杆机构又可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构这三种典型形式及其演化机构。
组成铰链四杆机构的4个构件之间都是用转动副连接而成的，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，连接两连架杆的杆件称为连杆。能绕与机架相连的固定铰链做整周回转的连架杆称为曲柄，不能做整周回转的连架杆称为摇杆。
1）曲柄摇杆机构
若组成铰链四杆机构的两个连架杆，有一个是曲柄，另一个是摇杆，这样的铰链四杆机构称为“曲柄摇杆机构”，如图3－24所示。
曲柄摇杆机构通常在应用中是将曲柄的整周运动转变为摇杆的往复摆动，或者将摇杆的往复摆动转变为曲柄的旋转运动。如汽车电动风窗刮水器，如图3－25所示，是由两个四杆机构组成，一个是曲柄摇杆机构（实线部分），另一个是双摇杆机构（虚线部分）。
图3－24 曲柄摇杆机构
图3－25 汽车电动风窗刮水器
曲柄摇杆机构中曲柄存在的条件有两个，第一，连架杆和机架中必有一个杆件是最短杆；第二，最短杆与最长杆杆长之和小于或等于其他两杆杆长之和。
2）双曲柄机构
若组成铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄，则称为“双曲柄机构”。如两曲柄等长，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。最典型的应用是机车车轮联动机构、公共汽车车门启闭机构，如图3－26所示。
图3－26 公共汽车车门启闭机构
3）双摇杆机构
若组成铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆，则称为“双摇杆机构”。
注意
（1）若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。
（2）最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，不论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构。
拓展训练
（1）请学生在汽车中找出另外一些常用的铰链四杆机构，如曲柄滑块机构。
（2）请学生在汽车中找出一些常用的运动副，哪些是高副、哪些是低副，如凸轮机构。
任务归纳
（1）通过拆装电动刮水器总成，了解机械、机器、机构、构件、零件所表述的含义和相互间的关系。
（2）通过拆装电动刮水器总成，了解平面四连杆机构的种类以及各杆件的名称、相互关系。
（3）观察电动刮水器的工作过程演示，掌握运动副的基本概念和平面四连杆机构的转矩传递方式。
思考练习
（1）电动刮水器总成的基本组成和装配关系如何？
（2）什么是机器、机械、机构、构件和零件，它们相互是什么关系？各举一例说明。
（3）机器和机构各有什么基本特征？有什么共同点和不同点？
（4）什么是运动副？运动副如何分类？什么是高副、低副、移动副和转动副？各举一例说明。
（5）什么是连接？连接又分为哪几种？各举一例说明。
（6）什么是平面连杆机构？平面连杆机构又分为哪几种常用机构？通过观察，在汽车上找出双摇杆机构、双曲柄机构、曲柄摇杆机构。
表3－1 任务测评表
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