铰链四杆机构
铰链四杆机构名词解释
铰链四杆机构名词解释铰链四杆机构是一种具有高度的灵活性和耐久性的精密机构，它是运动学上重要的一种机构。
它能够实现精确的位置和姿态控制，并能够通过输出四自由度（X、Y、Z方向及旋转）精确地控制它的运动轨迹。
它的结构往往由四个杆件和大量的铰链组成，是一种可以极其灵活地实现不同的运动控制的机构，在应用中可以被用于数控机床、控制机器人、控制可编程机器等等。
结构上来说，铰链四杆机构由四个杆件和大量的铰链组成，其四杆件分别安装在铰链中，并加上关节连接在一起，这四杆件就构成了一个固定的体系。
其中铰链的数量可根据不同的应用而定，有些包括4-6条铰链、有些包括8-12条铰链，甚至有些可以包括16-18条铰链，其余件均按照铰链的设计和参数要求进行装配并安装好。
铰链四杆机构的主要优势就在于其灵活性高和耐久性强。
由于其采用了大量的连接杆件来构成，其运动轨迹非常灵活，且具有很好的耐久性。
此外，它的功率利用率也相对较高，可以产生大量的力，能够在较大的轨迹范围内进行良好的操作，因此也是一种理想的运动控制机构。
另外，由于铰链四杆机构的体积比较小，它可以被广泛用于多个用途，如它可以应用于机器人运动控制、家用和工业用电器、AV机器人控制、坐式控制机器人以及植物鉴定机等等。
同时，它可以应用于研发视觉系统、精密仪器和仪表控制，可以按照客户的要求定制，以满足不同环境下的应用要求。
此外，铰链四杆机构还具有优良的抗干扰能力，由于在其结构上采用了固定的夹紧结构，它可以有效地抵抗外界的干扰，以及在运动控制过程中出现的扰动，因此也比较适合应用于工业环境下的控制机构。
总的来说，铰链四杆机构是一种具有高度灵活性和耐久性的机构，它可以实现精确的位置控制，从而满足不同的应用需求。
它的结构简单易于安装，具有良好的抗干扰能力，能够在工业环境中发挥良好的性能。
铰链四杆机构的基本类型
铰链四杆机构的基本类型
一、铰链四杆机构的基本类型
1、双铰链四杆机构
双铰链四杆机构是由四杆，两个铰铁，两个链轮或内和外球头节组成的机构，它具有结构简单，刚度大，调整方便等特点。
它能够在四杆围绕固定轴线上进行旋转，实现多自由度的旋转，同时它也可以作为偏转角度机构。
2、四轴铰链机构
四轴铰链机构也称为双弧四杆机构，它由杆，通用四轴两个铰铁，两个链轮或内和外球头节组成，它能够在四杆围绕同一轴线作出连续旋转，实现更多的自由度，还可以作为斜移角度机构。
3、铰链对称四杆机构
铰链对称四杆机构也称为对称四杆机构，它由小球头，四杆，两个铰铁，两个链轮或内外球头节组成，它能够在四杆围绕同一轴线作出连续旋转，实现更多的自由度，还可以作为斜移角机构。
4、相向四杆机构
相向四杆机构由四杆，两个单向装置（由铰铁链轮组成），两个链轮或内外球头节组成，它可以在四杆围绕同一轴线作出连续旋转，实现更多的自由度，同时它还可以作为斜移角度机构。
5、转动铰链四杆机构
转动铰链四杆机构由四杆，两个铰铁，两个链轮或内外球头节组成，它可以在四杆围绕不同的轴线作出连续旋转，实现更多的自由度，
还可以作为偏转角度机构。
二、铰链四杆机构的应用
1、铰链四杆机构可以用于单点拖动，它可以实现空间任意方向的连续运动，并可以解决物体受力方向不用的问题，是常用的拖动机构。
2、铰链四杆机构可以用于连续回转，它可以实现任意方向的回转，并且速度可以进行精确的控制，可以实现复杂的运动。
3、铰链四杆机构可以用于调整机构，它可以实现任意角度的偏转，可以调整物体在任意空间位置的偏转，是可以调整机构的常用机构。
高等机构学第3章-铰链四杆机构
3.1.1、铰链四杆机构的空间模型
由于四杆机构性能随各杆长度的不同而变化，而四杆机构各杆长度在一定的尺寸范围 内可以任意选定，机构的绝对尺寸型是无穷多的。因此若能把这无穷多种尺寸型表示在有 限的范围内，对研究其各种性能将具有重要意义。下面介绍的空间模型就可以把全部铰链 四杆机构的尺寸类型表示在有限的区域内。
高等机构学
第3章 铰链四杆机构
韩建友
机械工程学院
第3章 铰链四杆机构
铰链四杆机构(以下简称四杆机构)作为连杆机构中最简单也最具代表性的机构，是其 它四杆机构的基本形式，是研究其他连杆机构的基础，也是应用最广泛的机构之一。本章 主要介绍该机构的一些重要特性。
第3章 铰链四杆机构
3.1、铰链四杆机构的尺寸型 3.2、铰链四杆机构的连杆曲线 3.3、同源机构 3.4、平行运动 3.5、四杆机构的齿轮五杆同源机构
(3-4)
如果在空间直角坐标系中取三坐标轴分别表示 a、b、c，在极限情况下，即
a b c 4 (d 0) a b c 2 (d 2)
(3-5)
3.1.1、铰链四杆机构的空间模型
满足(3-3)、(3-4)式的一切四杆机构的尺寸型均存在于直角坐标系内一个封闭的空间里。如
2. 平面区间图及子区间 由式(3-3)可知，对任意机架尺寸 d，有 a+b+c=4-d，表示直角坐 标系内一等截距平面。这些等截距平面和空间模型相交得到一些形状不同的平面六边形。 例 如 ， 在 图 3-5a 中 d=1.5 ， a+b+c=2.5 的 平 面 与 空 间 模 型 相 交 所 截 的 平 面 六 边 形 A1A2B1B2C1C2，其平面图形如图 3-5b 所示，称为平面区间图。在互为 120的方向分别表示 a、b、c 三个坐标尺寸，均由 0 到 2.0 范围内改变，这是一种三坐标的封闭平面区间图。 图形内任意一点都表示 d 为一定的一个机构尺寸型。图 3-5b 中 P、Q、R 三点分别表示机 构相对尺寸为 P(a 0.5,b 1.0,c 1.0, d 1.5) Q(a 1.5,b 0.5,c 0.5, d 1.5) R(a 1.0,b 1.25,c 0.25, d 1.5)
铰链四杆机构
转动导杆机构
应用——小型牛头刨床
小型牛头刨床
机械设计基础——平面连杆机构
2）摆动导杆机构：导杆做定轴摆动的导杆机构。
应用——牛头刨床刨刀切削机构
机械设计基础——平面连杆机构
3）曲柄摇块机构：一连架杆为曲柄，另一连架 杆为块状，且只能作定轴往复摆动的机构。
曲柄摇块机构
应用——自卸汽车卸料机构
自卸汽车
机械设计基础——平面连杆机构
4）移动导杆机构(定块机构）:以曲柄滑块机构中 的滑块作为机架，原机架在固定滑块中移动的机构。
移动导杆机构
应用：手动抽水机
手动压水机
机械设计基础——平面连杆机构
小结：导杆机构的演化
曲 柄 滑 块 机 构
转
曲
移
动
柄
动
导
摇
导
杆
块
杆
机
机
机
构
构
构
摆 动 导 杆 机 构
2.双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。
应用——鹤式起重机、飞机起落架等
机械设计基础——平面连杆机构
3.1.2铰链四杆机构基本类型的判别 1.铰链四杆机构曲柄存在的条件
1）连架杆与机架中必有一个最短杆 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
机械设计基础——平面连杆机构
铰链四杆机构，如果存在曲柄，那么取不同 的杆件为机架，得到不同的机构。
1）连架杆为最短杆——曲柄摇杆机构 2）机架为最短杆——双曲柄机构 3）连杆为最短杆——双摇杆机构
机械设计基础——平面连杆机构
3.1.3 铰链四杆机构的演化
曲柄摇杆机构
曲柄曲线滑块机构
偏置曲柄滑块机构
铰链四杆机构
铰链四杆机构1. 简介铰链四杆机构是一种常见的机械结构，由几个相互连接的四杆构成。
每个四杆通过铰链连接，形成一个闭合的链条。
铰链四杆机构具有多种应用领域，例如机械手臂、汽车悬挂系统和门窗等。
2. 构成元素铰链四杆机构由以下四个元素组成：2.1 铰链（Hinge）铰链是两个连接件通过一个固定的铰销相连的装置，可以实现两个连接件的旋转运动。
在铰链四杆机构中，多个铰链被用于连接四个杆件。
2.2 杆件（Link）杆件是构成铰链四杆机构的基本元素，通常是刚性材料制成的长条形物体。
每个杆件通过铰链连接到其他杆件，使整个机构能够进行运动。
2.3 驱动机构（Drive Mechanism）驱动机构是铰链四杆机构的动力来源，对机构进行驱动和控制。
常见的驱动机构包括电机、液压缸和气动马达等。
2.4 限位机构（Limiting Device）限位机构用于限制铰链四杆机构的运动范围，防止杆件超出可接受的运动范围。
常见的限位机构包括限位销和限位块等。
3. 工作原理铰链四杆机构的工作原理基于约束和运动连杆理论。
每个杆件都通过铰链与其他杆件连接，其中一个杆件作为固定支架，其他三个杆件可以进行旋转运动。
当驱动机构施加力或扭矩到其中一个杆件时，整个机构就会发生运动。
铰链四杆机构的运动可分为三个基本类型：3.1 平动平动是指铰链四杆机构中，连接杆件的铰链在运动时，机构表现为整体沿着一条直线移动。
这种运动适用于平移和夹紧操作。
3.2 翻转翻转是指铰链四杆机构中，连接杆件的铰链在运动时，机构表现为从一种位置翻转到另一种位置。
这种运动适用于平衡杆和力传递等操作。
3.3 旋转旋转是指铰链四杆机构中，连接杆件的铰链在运动时，机构表现为整体绕固定点旋转。
这种运动适用于电机驱动机构和夹具操作等。
4. 应用领域铰链四杆机构具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：4.1 机械手臂铰链四杆机构可以用于构建机械手臂，实现复杂的运动和操作。
机械手臂广泛应用于工业生产线上，能够完成精密和重复的任务。
铰链四杆机构基本形式和特性
3.４ 铰链四杆机构类型判别
３、案例分析
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。试确定该机构分别以
AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？（板书）
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
3.1 铰链四杆机构的类型
平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四 杆机构。如：脚踏式脱粒机
脚踏式脱粒机
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3.1 铰链四杆机构的类型
二、铰链四杆机构组成
（1）机架：机构中固定不动的构件。 （2）连架杆：与机架连接的构架。
曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 （3）连杆：不直接与机架相连的构件。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲
柄共线时，机构的传动角γ＝0°，此时主动件CD 通过连杆 作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了 不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位
置或死点。
缝纫机的脚踏机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(3)克服死点的方法
（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。 （2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。 （3）采用相同的机构错位排列。
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
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3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件
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铰链四杆机构类型
铰链四杆机构类型铰链四杆机构类型一、常见的铰链四杆机构铰链四杆机构是一种以驱动活塞活动的机构，通过其上的铰链的存在，通过控制发动机的活塞活动，就可以达到控制活塞的运动，从而实现活塞的控制。
常见的铰链四杆机构有拉杆结构、曲臂结构、拉杆曲臂结构和蜗杆结构等。
1、拉杆结构拉杆结构的铰链四杆机构，主要是通过拉杆对活塞进行控制，并且控制的运动也是活塞的前后运动，其具有精度高、操作简单、可靠性强等特点，常用于实验室分析仪器和包装机、模具机等设备中。
2、曲臂结构曲臂结构的铰链四杆机构，主要是将四杆作为曲臂的形式，通过其形成的曲线上的活塞的运动，从而实现活塞的控制，其动作范围比较大，但是控制的准确性相对于拉杆结构会有所损失。
因此该结构通常用于大范围控制应用中，如工业控制、气动机等。
3、拉杆曲臂结构拉杆曲臂结构的铰链四杆机构，是将拉杆结构和曲臂结构相结合，形成的一种结构，它既可以控制活塞的前后运动，也可以控制活塞沿曲线运动，是拉杆结构和曲臂结构的一种结合，其具有控制动作范围大，可靠性高的特点。
4、蜗杆结构蜗杆结构的铰链四杆机构，主要是通过蜗杆的形成，连接四杆，从而实现活塞的控制，它可以同时满足活塞的前后运动和沿着曲线路径运动，其具有控制动作范围广，精确度高，可靠性强等特点。
二、铰链四杆机构的优点1、结构简单，操作简便，维护方便；2、控制精度高，可以实现稳定的速度变化；3、可以实现小型化、节能；4、可以实现曲线路径的快速控制；5、在恒定载荷下，可以满足较长的寿命要求。
三、铰链四杆机构的应用1、工业控制：铰链四杆机构可以用于工业自动控制系统，实现控制精度高、操作简便、可靠性强的控制。
2、机械包装机：铰链四杆机构可以实现高效的包装生产，提高了包装设备的生产效率。
3、模具机：铰链四杆机构可以控制模具机的运动，实现高效的生产加工。
4、实验室分析仪器：由于铰链四杆机构具有控制精度高、可靠性强等特点，可以实现实验室分析仪器的准确控制。
铰链四杆机构
2、图示：在机构简图中，小圆圈表示铰链，线段表示构件；带一组短斜线的线段或者两固定铰 链间的家乡连线，表示机构中固定不动的构件。
3、铰链四杆机构中各构件名称 机架：机构的固定构件，如杆4 。 连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 连架杆：与机架用转动副相连接的构件，
机构两极限位置：
B1C1D C2B2A
双摇杆机构
由于曲柄是连架杆，整转副处于机架上，才能形成曲柄。所以，具有整转副的铰链四杆机构 是否存在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。
铰链四杆机构类型的判断条件：
1 在满足杆长和的条件下： （1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，该
机构为双曲柄机构。 （2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整
转副，该机构为曲柄摇杆机构. （3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，
该机构为双摇杆机构。
五、曲柄滑块机构及其演化形式 通过用移动副取代转动副、变更杆件长度，变更机架和扩大转动副等途径，可得到铰链四杆机构的其 它演化形式。
曲柄滑块机构： 改变构件的形状和运动副
双曲滑块机构的应用 内燃机气缸
平行双曲柄机构
反向双曲柄机构 连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等，曲柄转向相反的双曲柄机构。
反向双曲柄机构
双曲柄机构的应用 惯性筛
天平
汽车车门启闭
火车驱动轮连动机构
三、双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
B 1
2 C
3
A
D 4
铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆。
铰链四杆机构
本节要点
1、铰链四杆机构的组成及基本形式。 2、曲柄摇杆机构 3、双曲柄机构 4、双摇杆机构
第二章_铰链四杆机构
A、曲柄摇杆机构
C、双摇杆机构
B、双曲柄机构
D、双曲柄机构或双摇杆机构
3．在铰链四杆机构中，（ C ）有无存在是机构基本形式的根本区别
A
机架
B
连杆
C
曲柄
4、若将曲柄摇杆机构中最短杆的对面杆改为机架，则得到（ B ） A 双曲柄机构 B 2-1 曲柄摇杆机构的基本性质
急回特性
飞机起落架
飞机起落架
汽车自卸翻斗装置
判断下图铰链四杆机构类型
小结
1、铰链四杆机构的组成
机架 连杆 连架杆 曲柄 摇杆
2、铰链四杆机构的分类
（按连架杆运动形式不同分）
曲柄摇杆机构
仰俯式雷达搜索机构 搅拌机 不等长双曲柄机构 惯性筛 火车轮 汽车车门启闭系统
双曲柄机构
平行双曲柄机构 反向双曲柄机构
本 节 重 点 之 二
A
1.当a+d≤c+b时： a为最短杆；d为最长杆
B
b d
b
C
c
D
a
与最短杆相邻的杆AD为机架，此时为： 曲柄摇杆机构
C
最短杆AB为机架，此时为 ： 双曲柄机构
B
a
A
c d
D
B
b d
C
a
A
c
D
与最短杆相对的杆CD为机架，此时为： 双摇杆机构
2.当a+d>c+b时：a为最短杆；d为最长杆
全部用转动副相 连的平面四杆机构。 它是平面四杆机构的 基本型式之一，其它 型式的四杆机构可看 作是在它的基础上通 过演化而成的。
2
B
3
A
1
O1
4
O2
铰链四杆机构
设计：潘存云
Q
Q A
搅拌机构
E
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K）
3)动力条件（给定γmin）
设计方法：图解法、解析法、实验法
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角φ及K， E 设计此机构。步骤如下： θ φ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D，作等腰三角形 A 腰长为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P;
第2章 平面连杆机构
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性 §2－2 铰链四杆机构有整转副的条件 §2－3 铰链四杆机构的演化 §2－4 平面四杆机构的设计
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、 折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。 定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。 特点： ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
设计：潘存云
φ=θ
D
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H，偏 距e，设计此机构 。 ①计算: θ ＝180°(K-1)/(K+1); ②作C1 C2 ＝H
H C1
90°-θ
C2
90°-θ
A
铰链四杆机构
3.双摇杆机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都作为摇杆。
5
曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，一个连架杆作为曲柄，另 一个连架杆作为摇杆。
AB——曲柄 CD——摇杆
取曲柄AB为主动件，当曲柄AB作连 续等速整周转动时，从动摇杆CD 将在一定角度内作往复摆动。由此 可见，曲柄摇杆机构能将主动件的 整周回转运动转换成从动件的往复 摆动。
10
举例
11
双摇杆机构 在铰链四杆机构中，两个连架杆都作为摇杆。
在双摇杆机构中，两杆均可作为主 动件。主动摇杆往复摆动时， 通过连杆带动从动摇杆往复摆 动。
12
举例
13
ห้องสมุดไป่ตู้
6
举例：
雷达
7
缝纫机
8
双曲柄机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都作为曲柄。
AB——曲柄 CD——曲柄
双曲柄机构中，当两曲柄长度 不相等时，主动曲柄作等速转 动，从动曲柄随之作变速转动， 即从动曲柄在每一周中的角速 度有时大于主动曲柄的角速度， 有时小于主动曲柄的角速度。
9
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。
3
2、概念
（1.）曲柄——连架杆能作整周旋 转， 则称为曲柄。 （2.）摇杆——连架杆不能作整周旋转， 即只 能作摆动（小于1800），则 称为摇杆。
4
二、分类
1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，一个连架杆作为曲柄，另 一个连架杆作为摇杆。
2.双曲柄机构
在铰链四杆机构中，两个连架杆都作为曲柄。
1）当两曲柄的长度相等且平行时，称为平行双曲柄机构。平行双曲柄机构 的两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等（图a）。平行双曲柄机构应用很 广，机车联动装置中，车轮相当于曲柄，保证了各车轮同速同向转动。此 机车联动装置中还增设一个曲柄EF作辅助构件，以防止平行双曲柄机构 ABCD变成为反向双曲柄机构。 2)当双曲柄机构对边都相等，但互不平行，则称其为反向双曲柄机构。反向 双曲柄的旋转方向相反，且角速度也不相等。车门启闭机构中，当主动曲 柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过，从而保证两扇车门 能同时开启和关闭。
铰链四杆机构类型
铰链四杆机构类型
一、什么是铰链四杆机构
铰链四杆机构是一种简单而又具有灵活性的机构，它由四根杆件组成，其中两根杆件之间由一个连接轴（或转动节点）组成，可以实现相对活动，进而改变杆件之间的相对位置。
二、铰链四杆机构的种类
1. 齐轴铰链四杆机构
齐轴铰链四杆机构是一种典型的机构形式，它由四根杆件和两个连接轴组成，其中两根杆件分别和两个连接轴连接，连接轴分别与两根杆件垂直，而两个连接轴之间的距离相等，因此，当两个转动节点同时转动时，受四杆机构稳定性的作用，杆件不会发生位移。
2. 偏心铰链四杆机构
偏心铰链四杆机构是一种特殊的机构形式，与齐轴铰链机构相比，它具有更大的活动范围，可以实现更多的位置改变。
它由四根杆件和两个连接轴组成，但与齐轴铰链四杆机构不同的是，两个连接轴之间的距离不相等，而是呈偏心状态，所以当两转动节点同时转动时，杆件会发生位移。
3. 偏心球铰链四杆机构
偏心球铰链四杆机构的结构与偏心铰链四杆机构类似，只是将连接轴替换为球节点，因此，它既具有机构的高灵活性，又能够提供更大的活动范围。
- 1 -。
铰链四杆机构基本性质
2．连架杆和机架中必有一杆是最短杆。
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法 曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆
双曲柄机构的条件：机架为最短杆
双摇杆机构的条件：连杆为最短杆
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。
§7－3 铰链四杆机构的基本性质
1. 掌握铰链四杆机构曲柄存在的条件。 2.了解机构的急回特性和死点位置的意义。
导入新课
观察图中的曲柄摇杆 机构，两个连架杆中 最短杆AB能做整周转 动而为曲柄，此时杆 AD为机架；如果把 CD杆固定为机架时， 机构就不存在曲柄， 为什么呢？
C B
A
D
曲柄摇杆机构
一、曲柄存在条件
B
L’
Lmin
Lmax
A
C
L”
D
双摇杆机构
图中LAD为最杆， LAB为最短杆，且
LAD LAB LBC LCD
当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之和， 即Lmax+Lmin＞L＇+L〃时，无论取哪一杆件为机架 ，机构均为双摇杆机构。
【例1】如图所示的铰链四杆机构，各杆的长度如 图。试判断各铰链四杆机构的类型。
急回特性：空 回行程时的平均速 度大于工作行程时 的平均速度。
急回特性
机构的急回特性可用行程速比系数K表示：
K
v2 v1
t1 t2
180 180
极位夹角θ越大，机构的急回特性越明显。
导入死点位置
缝纫机踏板机构如果操作不当，缝 纫机飞轮会出现倒转或卡死的现象。那 么，为什么会产生这种现象呢？
三、死点位置
铰链四杆机构的组成与分类
剪板机
雷达天线俯仰角度 的摆动装置
汽车雨刷
曲柄摇杆机构应用—剪板机运动分析:
曲柄AB为主动件进行转动，通过BC带动摇杆CD往复摆动，摇杆延伸端 实现剪板机上刃口的开合剪切工作。
曲柄摇杆机构应用—雷达天线俯仰角摆动运动分析:
曲柄转动，通过连杆，使固定在摇杆上的天线作一定角度的摆动， 以调整天线的俯仰角。
• 2.当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为__铰__链_四__杆_机__构__, 其属于___低___副机构。
• 3.在铰链四杆机构中，机架为__固__定_不__动___的构件，连杆为 __不_与__机__架_直__接_连__接_____的构件，连架杆为___连_接__机_架__与_连__杆______的构 件。
• 6._绕__固_定__铰_链__只_能__来_回__摇_摆__一_个__角_度__的_________的连架杆称为摇杆。
ห้องสมุดไป่ตู้
§3-1铰链四杆机构的组成与分类
一、机构的组成
1、曲柄摇杆机构及其应用
它由四个杆件通过铰链互 相连接而构成。
两连架杆中一个为曲柄、
另一个为摇杆的铰链四杆机 构，称为曲柄摇杆机构。
曲柄摇杆机构的主要作用就是将曲柄的匀速转动变成摇杆 的摆动。曲柄AB是主动件，做整周回转运动，摇杆CD做往复 摆动。
曲柄摇杆机构动动简图:
整圈转动
以一定角度摆动
由此可知，曲柄摇杆机构能将主动件（曲柄）的等速整周回转运动 转换为从动件（摇杆）的变速往复摆动。
曲柄摇杆机构的应用实例:
（1）曲柄为主动件，摇杆为从动件时，曲柄摇杆 机构可以把曲柄的整周回转转换成摇杆的往复摆动。 利用这一原理的实例有：
二、机构的基本类型
铰链四杆机构
结合现代控制技术和传感器技 术，实现铰链四杆机构的自动
化和智能化操作。
新型铰链四杆机构的设计
1 2 3
新型连杆机构设计
通过改变连杆的形状和长度，以及运动副的配置 方式，设计出具有优异运动特性的新型铰链四杆 机构。
优化设计方法
采用现代设计方法和优化算法，对铰链四杆机构 进行参数优化和结构设计，以提高其性能和可靠 性。
材料与制造工艺选择
根据机构的工作需求和性能要求，选择合适的材 料和制造工艺，以确保机构的制造精度和使用寿 命。
新型铰链四杆机构的性能评估与优化
运动学分析
通过运动学分析，研究新型铰链四杆机构的 运动规律和特性，为机构的性能评估和优化 提供理论依据。
动力学分析
进行动力学分析，研究机构在动态工作过程中的受 力情况和运动稳定性，为机构的优化设计提供指导 。
工作原理
工作原理
通过改变杆件长度或相对位置，使得 机构在运动过程中满足一定的几何关 系，从而实现所需的运动。
几何关系
通常涉及角度、距离、平行、垂直等 几何要素，通过这些要素的变化和组 合，实现所需的运动轨迹。
应用领域
工业领域
在各种机械设备中广泛应用，如 缝纫机、纺织机、印刷机等，用
于实现各种复杂的运动轨迹。
双摇杆机构通常用于实现复杂的运动轨迹或调整机械系统的 位置。
03
铰链四杆机构的设计与 优化
机构设计
确定机构类型
确定转动副和移动副
根据工作需求，选择合适的铰链四杆 机构类型，如曲柄摇杆机构、双曲柄 机构或双摇杆机构。
根据机构类型和设计要求，确定各杆 件之间的转动副或移动副，并选择合 适的轴承和导轨。
05
铰链四杆机构的改进与 创新
铰链四杆机构类型判别
01
求 LAB的最大值； ( 2 )若此机构为双曲柄机构，求LAB的最小值。
02
思考题：
练习：四杆机构中，机架长为30mm，两连架杆分别为30mm,两连架杆分别为15mm和40mm，若要该机构为曲柄摇杆机构。 试求连杆的长度范围。
01
思考题：
02
铰链四杆机构中曲柄存在的条件？
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法？
取 为机架， 构成双曲柄机构；
取 为机架， 构成双摇杆机构。
最短杆的相邻杆
最短杆
最短杆的相对杆
[实验二]
返回
判别：Lmax+Lmin与L1+L2的关系？
解题步骤：
确定以哪根杆为机架？
例：如图所示铰链四杆机构中，已知LBC=50mm，LCD=35mm，LAD=30mm，AD为机架。 若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，
202X
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铰链四杆机构 ——类型判别
汇报人姓名
汇报日期
机架、连杆、连架杆
（曲柄、摇杆）
2、铰链四杆机构有哪几种类型？
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
添加标题
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1、四杆机构有哪些构件组成？
复习：
看一看比一比
看一看比一比
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
[小结]
[作业]
课堂作业： 习题卷 课外作业： 思考在曲柄摇杆机构中以摇杆为主动件，则在运动中会发生什么情况？
双摇杆机构
一个曲柄
二个曲柄
无曲柄
是否有曲柄的存在？
那么，铰链四杆机构在什么情况下有曲柄呢？
以曲柄摇杆机构为例（设各杆长度依次为L1、L2、L3、L4，且L1<L4）
铰链四杆机构的定义
铰链四杆机构的定义嘿，朋友们！今天咱来唠唠这个铰链四杆机构呀！这玩意儿可有意思啦！你说啥是铰链四杆机构呢？嘿嘿，简单来说呀，它就是由四个杆件通过铰链连接起来的这么一个组合。
就好像咱小时候玩的那种拼接玩具，几个零件拼在一起，能变出各种花样。
你想想看哈，这四个杆件就像四个好兄弟，它们手挽手连接在一起，相互配合着干活儿。
有的杆件负责当老大，带着其他杆件动；有的杆件就乖乖跟着，起到辅助的作用。
这铰链四杆机构在我们生活中可常见啦！就拿家里的门来说吧，那门和门框不就是一个简单的铰链四杆机构嘛！门能轻松地开合，不就是靠这几个杆件和铰链的配合嘛。
还有那些折叠桌椅，也是利用了铰链四杆机构的原理呀，能收能放，多方便！咱再深入一点说哈，这铰链四杆机构还有不同的类型呢！有曲柄摇杆机构，那就是有一个杆件能像曲柄一样转圈圈，还有一个杆件像摇杆一样晃来晃去，多有意思呀！还有双曲柄机构和双摇杆机构呢，它们都有各自独特的特点和用处。
你说这铰链四杆机构是不是很神奇？它就像一个小小的魔法盒，看似简单，却能发挥出大大的作用。
它可以让机器动起来，可以让我们的生活更便利。
比如说工厂里的那些机械设备，很多都离不开铰链四杆机构的功劳呢。
没有它，那些机器怎么能那么听话地工作呀？它就像是幕后的英雄，默默地为我们的生活和工作贡献着。
你说要是没有这铰链四杆机构，我们的世界会变成啥样？那很多东西都没法正常运转啦，那得多不方便呀！所以说呀，可别小瞧了这小小的铰链四杆机构哦！它虽然不显眼，但是却在各个领域都发挥着重要的作用。
就像我们生活中的很多小事物一样，平时可能不觉得有多重要，可一旦没有了，才发现少了它还真不行呢！这就是铰链四杆机构的魅力呀，朋友们！你们说是不是这么个理儿？。
铰链四杆机构
机架
连 架 杆
图4-1 铰链四杆机构
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。
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：
v2 C1C2 / t2 t1 1 180 K v1 C1C2 / t1 t2 2 180
整理后，可得极位夹角的计算公式：
K 1 180 K 1
2．压力角和传动角
在生产实际中往往要求连杆机构不仅 能实现预期的运动规律，而且希望运转轻 便、效率高。图 4-5 所示的曲柄摇杆机构， 如不计各杆质量和运动副中的摩擦，则连 杆BC为二力杆，它作用于从动摇杆 3上的 力P是沿BC方向的。作用在从动件上的驱 动力P 与该力作用点绝对速度 vc之间所夹 的锐角称为压力角。由图可见，力P在vc 方向的有效分力为Pt=Pcos，
图4-15 曲柄滑块机构的演化
若将弧形槽的半径增至无穷大，则 转动副D的中心移至无穷远处，弧形槽 变为直槽，转动副D则转化为移动副， 构件3由摇杆变成了滑块，于是曲柄摇 杆机构就演化为曲柄滑块机构，如图414c所示。
此时移动方位线mm不通过曲柄回转 中心，故称为偏置曲柄滑块机构。曲柄 转动中心至其移动方位线mm的垂直距离 称为偏距e，当移动方位线mm通过曲柄 转动中心A时（即e=0），则称为对心曲 柄滑块机构。
令摇杆自C1D摆至C2D为工作行 程，这时铰链C的平均速度是 v1=C1C2/t1；摆杆自C2D摆回至C1D为 空回行程，这时C点的平均速度是 v2=C1C2/t2，v1<v2，表明摇杆具有急回 运动的特性。牛头刨床、往复式运输 机等机械就利用这种急回特性来缩短 非生产时间，提高生产率。
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正切机构
正弦机构
定 块 机 构
摇块机构
四、具有偏心轮的四杆机构
P.27
B A 原理：
C
e
A
B
C
曲柄回转副B (半径↑) ＞曲柄长AB (铰链四杆、曲柄滑块～)
一.铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
一曲一摇
二曲
二摇
二、铰链四杆机构的基本类型
铰链四杆机构按其连架杆是否为曲柄，可以分为三种基本 类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 1．曲柄摇杆机构 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例。
剪板机
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例。
颚式破碎机
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例。
补充知识：反平行四边形机构
• 定义：相对两杆长度相等，但彼此不平行。 • 特点：两曲柄转向相反，且角速度不相等。
返回
返回
• 车门启闭机构
二、铰链四杆机构的基本类型
车门启闭机构，应用反向平行双曲柄机构。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆
例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重物的 E 点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物→平稳、减小能量消耗）
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
2 . 双曲柄机构： 特例：平行四边形机构
• 特点： 机构中相对的两杆平行且相等，两曲柄 同向、同角速度回转，连杆平动。一周过 两次转折点。
二、铰链四杆机构的基本类型
连杆与机架的长度相等，两个曲柄长度相等且转向相同的 双曲柄机构，称为平行四边形机构。平行四边形机构也称平行 双曲柄机构。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
缝纫机脚踏板机构
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例跑源自机2 . 双曲柄机构(动画) ： 连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动 └从动曲柄: 变速转动
例: 惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄4变速转动 →使筛子6产生加速度 →使不同材料因惯性不同而筛分
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机器的组成
(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成
机器 机械
机构 构件
原动构件 从动构件 机 架
零件
通用零件
专用零件
零件
静联接
构件
动联接
(运动副)
机构
与动力 源组合
机器
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-1 运动副
一、构件
构件：作为一个整体参与机构运动的刚性单元体。 机架、原动构件、从动构件 2
当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例
2 1
A
B
3 2
4
B
2 1
A
B
2 1
B
3
A
3 2 1
4
4
B
A
3
返回
4
二、导杆机构
连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆 机构。导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件。导杆 机构可以看成由改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成。
二、铰链四杆机构的基本类型
2．双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
双曲柄机构在惯性筛中的应用。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
插床的主运动机构就是双曲柄机构。
曲柄摇杆机构
摆动导杆机构
曲柄滑块机构
二、含有一个移动副的四杆机构 P.24 1.曲柄滑块机构→滑块移动 2.导杆机构 →滑块移动＋摆动 3.摇块机构 →滑块摆动 4.定块机构 →滑块固定 C C
例：活塞式内燃机、空气压缩机 例：刨床、插床、油泵
例：摆动式内燃机、自卸货车 例：抽水唧筒、抽油泵
C
C
B
一、曲柄滑块机构
曲柄滑块机构演化成偏心轮机构。
第五章 平面连杆机构
§5—3 铰链四杆机构的演化
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
曲柄滑快机构演化
应用
曲柄滑块机构 锯木机 缝纫机下针机构
返回
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
2.取不同的构件为机架
返回
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
1)低副，成本低，精度高； 优点: 2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。
缺点: 不能精确实现任意运动规律。
2.应用: 1）实现已知运动规律 2）实现给定点的运动轨迹
第一节 四杆机构的类型和应用
一、基本型式：铰链四杆机构
–组成：机架+连架杆+连杆 • 曲柄：crank • 摇杆：rocker • 连杆：connecting rod，coupler –分类： • 曲柄摇杆机构：crank-rocker mechanism • 双曲柄机构：double crank mechanism • 双摇杆机构：double rocker mechanism
搅拌机
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构应用实例。
雷达俯仰角度的摆动装置
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
在曲柄摇杆机构中，当取摇杆为主动件时，可以使摇杆的 往复摆动转换或从动件曲柄的整周回转运动。
t
n
低副：转动副、移动副 (面接触)
高副：齿轮副、凸轮副 (点、线接触)
机械设计基础 —— 平面连杆机构
空间副
了解
高副：点、线接触
球面副 螺旋副
机械设计基础 —— 平面连杆机构
三、机构
机构是由构件通过运动副连接而成的 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余的活动构件 机 架：固定不动的构件 2
双摇杆机构应用实例
车辆的前轮转向机构
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
双摇杆机构应用实例
风扇摇头
二、铰链四杆机构的演化型式：
• 改变构件形状和运动尺寸 • 改变运动副尺寸 • 选不同构件作为机架（倒置） – 铰链四杆机构 – 曲柄滑块机构 – 双滑块机构 • 运动副元素的逆换
4.5 平面四杆机构的基本特性
3 运动副的表示方法
转动副
移动副
高副（齿轮副、凸轮副）
２
机械设计基础 —— 平面连杆机构
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
带 传 动
机械设计基础 —— 平面连杆机构
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
B
B A 摇块机构
B A 定块机构
A A 曲柄滑块机构 导杆机构
三、含有两个移动副的四杆机构 P.25 1.正切机构 →两个移动副不相邻
2.正弦机构 →两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联。 3.滑块联轴器 →两个移动副不相邻 ，且均不与机架相关联。 →两个移动副都与机架相关联。 4.椭圆仪
二、铰链四杆机构的基本类型
机车车轮联动装置利用了平行四边形机构的两曲柄回转方 向相同、角速度相等的特点，使从动车轮与主动车轮具有完全 相同的运动，为了阻止这种机构在运动过程中变成反向平行双 曲柄机构，增设了一个辅助构件（曲柄EF）。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
过转折点常用方法
连杆 2 B 1 C 3 4 D 机架
连架杆
机架、连杆、连架杆 曲柄 摇杆(摆杆) (整转) (摆转) 连 曲柄：可回转360°的连架杆 架 摇杆：摆角小于360°的连架杆 杆 滑块：作往复移动的连架杆
A
平面连杆机构－平面机构+低副联接 (转动、移动副) 最常用→平面四杆机构（ 四个构件→四根杆) 1.特点:
概念：若干刚性构件通过低副联接而成的机 构，称为连杆机构。低副机构
平面连杆机构
空间连杆机构
• 优点： – 低副：承载能力大，容易制造、接触面间压强小、 润滑条件好 – 能够实现的运动规律和运动轨迹多样
• 缺点： – 运动链长，累计误差大，效率降低 – 存在连杆，惯性力不好平衡，不适合于高速机械
铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和； (2) 最短杆为连架杆。 选任一杆为机架，都能实现完全相同的相对运动关系，这称为 运动的可逆性。
在一个四杆机构中，选取不同的构件作机架，以获得输出构件 与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。
第五章 平面连杆机构
§5—1 铰链四杆机构的组成与分类
二、铰链四杆机构的基本类型
曲柄长度相等但转向不同的双曲柄机构，称为反向平行双 曲柄机构。
平行四边形机构的运动特点是：两曲柄的回转方向相同， 角速度相等。反向平行双曲柄机构的运动特点是：两曲柄的回 转方向相反，角速度不等。