机械基础-平面四杆机构课件

动画演示曲柄存在的三种类型：
（2）不满足长度和条件，即 lma xlmi nll
当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之 和时，无论取哪一杆件为机架，机构均为双摇杆机构。
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
作业：
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆 的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确
2、死点位置
摇杆处于左极限 位置C1D时,连杆与从 动件(曲柄)的共线位 置C1A B1。
摇杆处于右极限位置 C2D时,连杆与从动件(曲柄) 的共线位置C2B2A。
死点在实践中的应用
死点的利用：飞机起落架和钻床夹紧机构两个实例， 了解死点在生活中有益的一面。
飞机起落架机构
夹具机构
死点位置的应用
(二). 平面连杆机构的特点
1）低副连接，接触表面为平面或圆柱面，压强小，便于润 滑，磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；
2）结构简单，加工方便，易于制造，易于获得较高的运动 精度；
3）连杆易于做成较长的构件，可实现较远距离的操控；
4）能够实现的运动规律和运动轨迹多样；
5）传动 链长， 累计误 差大， 难于实 现精确 运动。
转动导杆机构
该机构是通过将曲柄滑块机构中的曲柄固定演化而成，它可将主 动件的匀速回转转化为导杆的非匀速摆动，且具有急回特性。
曲柄移动导杆机构应用实例----插床
利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。
(2)曲柄摆动导杆机构
该机构具有急回运动性质，且其传动角始 终为90度，具有最好的传力性能，常用于 牛头刨床、插床和送料装置中。
（2）逆平行四边形机构：两个曲柄长度相等转向相么，且 连杆和机架长度也相等的双曲柄机构。

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机械基础
平面连杆机构
1 B
4-1平面连杆机构
定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构,也可 称为平面低副机构。
优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中 各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、 磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副 的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。
3、准备工作：硬纸板、美工刀、钉子、尺子；
4、制作步骤：（1）用尺子和美工刀裁出相应尺寸的纸 条，长度和宽度自定，并在纸条上注明尺寸；（2）按相 应顺序用钉子连接做成铰链四杆机构；（3）用手按住一 个杆件作机架，能够自由转动。
17 B
4-1平面连杆机构
评价：制作完毕后，组内先自评，让最好的上台演示， 教师再进行评价。
A
B1
2
4
1180
3
摆角 D
2 180
对应的时间
摇杆点C的 平均速度
t1 1/1
v1 C¼1C2 / t1
t2 2/1
v2 C¼2C1 /t2 7 B
4-1平面连杆机构
输出件的行程速度变化系数K：
从动件快行程平均速度v2与慢行程平均速度v1之比。
Kv2 v1
t1 t2
1 2
1188 00
180 K1
不满足杆长 之和条件
任意杆为机架
双摇杆机构（II）
15 B
4-1平面连杆机构 练习：判断下面四杆机构是什么机构
16 B
4-1平面连杆机构
三、制作铰链四杆机构
1、分组：4人为一组，共五组；
2、要求：每人做铰链四杆机构2个，一个为满足杆长和 条件，一个为不满足杆长和条件；每组派一位学生上台 演示，用自己所做的机构演示出曲柄摇杆机构、双摇杆 机构、双曲柄机构（组内学生要自评）；

械
设 转动导杆机构：
计 基
BC>AB
础 导杆可作360º回转
摆动导杆机构：
BC<AB 导杆在小于360º范围内摆动。
（牛头刨床的主传动机构）
平
面
4
连 杆 机 构
3 C
3 C
33 3 C
C3 C3
242 2 22 242
3C C3
C3
4224 B
4224
3C
4 2 21 22 2 4
C3 4
4
3 C
A CC
——双摇杆机构
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二、铰链四杆机构的演化
机
械
设
计 基
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连杆
2 连架杆 B
C 连架杆
3
1
A
4
D
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机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1
机
机
械
设
计
基
础
内容
平 面
• 平面四杆机构的基本类型
连 杆
• 平面四杆机构的演化
机 构
• 平面四杆机构的特点及设计
了解常用四杆机构的基本类型和应用。 对急回特性、传动角、压力角、死点位置等有明确概念。
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机 一、铰链四杆机构
械 设 计 基 础
平
面
连

杆机构的一种演化形式。
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4.1 平面四杆机构
• 2.导杆机构 • 导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来
的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机 构类型，见表4-4。
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4.2 凸轮机构
• 4.2.1 凸轮机构的类型及特点
• 如图4-18所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。 其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等 速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的 运动规律。
第4章 常用机构
• 4.1 平面四杆机构 • 4.2 凸轮机构 • 4.3 间歇机构
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4.1 平面四杆机构
• 4.1.1 平面机构概述
• 在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连 杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在 同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多 种多样，不一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替 代。
运动特点来工作的。
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4.3 间歇机构
• 4.3.3 不完全齿轮机构
• 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。 如图4-30所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时， 从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆 弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。
4.3 间歇机构
• 4.3.2 槽轮机构
• 1.槽轮机构的组成和工作原理 • 图4-27所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径
向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用 圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连 续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的 锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱 动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而 实现了槽轮的单向间歇运动。

定义：平面连杆机构是由一系列刚性杆件通过转动副或移 动副相互连接，并按照预定的顺序或模式进行运动传递的 机构。
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特点
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结构简单，易于设计和制造。
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具有较大的传递力矩的能力。
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运动形式和运动轨迹相对固定，易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通 过低副（铰链或滑块）连接而成的机 构，构件之间的相对运动都在同一平 面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性， 确定各构件之间的相对位置、相对速 度和相对加速度，为机构设计、优化 和性能评估提供依据。
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适用于多种类型的运动转换和传递，如转动、摆动、移动 等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等，利用平面连杆机构实 现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等，利用平面连杆机构实 现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等，利用平面连杆机构实 现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势：随着科技的进步和应用需求 的多样化，平面连杆机构的设计和制造 技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用，提高了 设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面 连杆机构，由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件，匀速转动，带 动连杆摆动，摇杆作为从动件，
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例，通过解析 法分析曲柄的转速、摇杆的摆角 以及各构件之间的相对速度和加

图8-3
振动筛机构
在双曲柄机构中，有两种特例： 1）平行四边形机构：其相对两杆平行且相等，如图8-7a 所示。
其运动特性是：
①两曲柄作等速同向转动； ②连杆作平移运动。
图8-7a
应用实例： 图8-8所示的机车车轮的联动机构就利用了特性① ；
图8-8
如图所示的摄影平台升降机构和图8-9 b所示的播种 机料斗机构则是利用了特摇杆长度相等。 图8-12b所示的汽车、拖拉机前轮的转向机构。
图8-12b
二、平面四杆机构的演化型式
(Evolution of Planar Four-bar Linkage)
1、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设 计上的要求。 2、四杆机构的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸
在图8－14，b所示的曲柄滑块机构中，B点相对于C 点的运动轨迹是αα。
连杆2做成滑块
αα 做成导轨
图8－14 b）
曲柄滑块机构 演化
图8－15 a） 双滑块机构
连杆长→∞，
αα →直线
图8－15 b）
正弦机构s=LABsinψ
2）改变运动副的尺寸
扩大转动副B的半径
使之超过曲柄的长度
图8－16 a） 图8－16 b） 演化 偏心轮机构
摇杆3做成滑块 ββ做成导轨
具有曲线导 轨的曲柄滑 块机构
图8－13 a ）
图8－13 b ）
图8－13 a ）
摇杆长→∞, ββ →直线 摇杆3 →滑块， 转动副D →移动副 偏置(eccentric or e≠0
offset)
对心(in-line) e=0 图8－14 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、 内燃机、空压机等机械中。

已知连杆两个位置的设计
造型机翻转机构设计
机械设计基础
已知连杆三个位置的设计
给定连杆3个位置的设计
机械设计基础
四、复习题
1. 填空题
(1) 曲柄摇杆机构中行程速比系数K的大小取决于 的 越显著。
(2) 在曲柄摇杆机构中，当 角γmin 。 与
，K值越大，机构
共线时，机构可能出现最小传动
(3) 在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连接的杆称为 (4) 在曲柄滑块机构中，若滑块作为主动件，当 位置。 (5) 铰链四杆机构曲柄存在的条件是① ；②
机械设计基础
• 3．双摇杆机构 • 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆 机构称为双摇杆机构。 双摇杆机构 的传动特点 是：可将一 种摆动转换 成另一种摆 动。
机械设计基础
飞机起落架机构
机械设计基础
图2-7 轮式车辆的前轮转向机
机械设计基础
二、
铰链四杆机构的演化
平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更 机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。
机械设计基础
• • • • •
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆 长度之和时，可得到以下三种结构； （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构； （2）机架是最短杆 为双曲柄机构； （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。 若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之 和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
第三节 平面四杆机构的设计
平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选 择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设 计中还应考虑结构条件(如合适的杆长比和运动副结构与尺 寸)，动力条件(最小传动角限制)等。 按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。 如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占 据几个预定位置等。

曲柄摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。

第2页/共87页
机架
连杆
图4-1 铰链四杆机构
第3页/共87页
连架 杆
图中，机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称 为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。另外，能做整周转动的连架杆， 称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
第4页/共87页
对于铰链四杆机构来说，机架和连杆 总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型 式：
当BCD为锐角时，传动角=BCD，是传动角的最小值，也即 BCD(min) ；
当BCD为钝角时，传动角=180-BCD ，BCD(max)对应传动角的 另一极小值。
第22页/共87页
若BCD由锐角变钝角，机构运动将在BCD(min)和BCD(max)位置 两次出现传动角的极小值。两者中较小的一个即为该机构的最小传动角min。
第18页/共87页
它可使从动件产生有效的回转力矩 ，显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向
的分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅
无助于从动件的转动，反而增加了从动 件转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn
越小越好。由此可知，压力角越小， 机构的传力性能越好，理想情况是=0
，所以压力角是反映机构传力效果好坏 的一个重要参数。一般设计机构时都必 须注意控制最大压力角不超过许用值。
第42页/共87页
如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链 四杆机构。
第43页/共87页
（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时：
最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆 故图4-14a）所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。

平面四杆机构ppt课件
contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机

(1)低副中存在间隙，精度低
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、 多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、导杆机构
(1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导
杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2 L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和--
称为杆长条件。 2.曲柄为最短杆。 此时，铰链A为整转副。 若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动 副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的 长度之和≤其他两 杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4

FR12
g
x
Fr
F R21 G 2
FR45
Fr
FR43
e
FI2
h
G5
b
FR65
Fb
FR61
1
B
G
FR21 F
b
c
i
A
x
FR6
三、 用解析法作机构的动态静力分析
1. 矢量方程解析法 在图4 – 6中,设为刚体上A点的作用 力，当该力对刚体上任意点0取矩时，则
故 以图4 – 7所示机构为例，
确定各运动副中的反力及需
S2 G2
3
E D
n FR 63
按F作力多边形 由力多边形得：
h3 FR4 3
n FR 12
h2
t FR 63
FR6 5
F
t
f
F nR12 F
n R63
f
R12
FR4 5
F S5 5
FI5
Fb F if FR 6 1 F hi
F tR63
a
G5
FR63
f
FR32 FI5
解 : 1）根据已知条件作
出各转动副处的摩擦
R23
圆(如图中虚线小圆
所示)。
R43
2）取二力杆连杆3为研究对象 构件3在B、C两运动副处分别受到R23及R43的作用
R23和R43分别切于该两处的摩擦圆外，且R23=-R43。
3）根据R23及R43的方向，定出R32 及R34的方向。 4）取滑块4为分离体
1) 可解性分析：在四杆机构中，共有四个低副，每个低副中的反力都有两个
未知要素 (即反力的大小及方向 )，此外，平衡力尚有一个力的未知要素， 所以在此机构中共有九个未知要素待定；而另一方面，在此机构中，对三

摄影三脚架中的平面四杆机 构通常由三根支撑杆和若干 个连接杆组成。
三根支撑杆通常具有较好的 弹性和韧性，可以适应不同 地形和环境，提供稳定的支 撑效果。连接杆则将三根支 撑杆连接在一起，形成稳定 的三角形结构。
挖掘机机构
挖掘机是一种广泛应用于建筑、道路 、矿山等领域的工程机械设备。它的 主要功能是通过挖掘斗的升降、旋转 和移动来实现挖掘作业。
作用
03
连杆在机构中起到传递运动和动力的作用，还可以改变运动的
方向。
转动副
定义
转动副是平面四杆机构的基本组成之一，是一种 连接两个构件的相对转动的运动副。
特点
转动副由两个构件组成，一个构件作为固定轴， 另一个构件围绕固定轴旋转。
作用
转动副在机构中起到传递运动和动力的作用，同 时也可以改变运动的方向。
双摇杆机构
由两个摇杆和两个连架杆组成的平面四杆机构。双摇杆机构中，两个摇 杆长度相等且平行，连架杆相对摇杆做往复摆动，可以实现将摇杆的往 复摆动转换为连架杆的往复摆动。
平面四杆机构的应用
实例1
缝纫机踏板机构。当脚踏板低速转动时，通过一个曲柄摇杆 机构将脚踏板的往复摆动转换为缝针的上下摆动；当脚踏板 快速转动时，通过一个双曲柄机构将脚踏板的往复摆动转换 为缝针的上下摆动。
利用计算机辅助设计软件进行 数值仿真，通过对机构参数的
调整，实现最优设计。
基于实验设计的优化
通过实验测试机构的性能，利 用实验设计方法对机构进行优 化。
基于人工智能的优化
利用人工智能算法，如神经网 络、遗传算法等，对机构的参 数进行优化。
多学科优化方法
综合考虑机构的多学科因素， 如结构、运动、动力学等，实
转向机构是汽车底盘的一个重要组成部分，它的 主要功能是控制汽车的行驶方向，使车辆能够按 照驾驶员的意愿进行转弯或者改变行驶方向。