铰链四杆机构基本形式和特性
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。
铰链四杆机构各类变形情况
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，1/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性一、铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。
它是平面四杆机构的基本型 式。
机构中各构件名称如下：机架--构件4；连架杆--直接与机架相连的构件1和3；连杆--不直接与机架相连的构件2。
其中：连架杆1为曲柄 （能做整周回转的连架杆）；连架杆3为摇杆 （ 仅能在某一角度范围内往 复摆动的连架杆）。
转动副A、B为 整转副，转动副C、D为摆动副 。
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，将四杆机构分为3种基本型式。
（1）曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
应用实例： 缝纫机踏板机构：搅拌器机构： /jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm2012-8-142.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，2/13（2）双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。
通常情况下，当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。
应用实例：惯性筛机构：两种特殊 的双曲柄机构：正平行四边形机构和反平行四边形机构 a.正平行四边形机构 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。
/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm2012-8-142.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，3/13正平行四边形机构的两曲柄的转向不仅相同，而且转速相等。
正平行四边形机构有一个位置不确定问题 ：如图示，当主动曲柄AB转到AB1位置时，从动曲柄有两种 运动可能，一种按原方向转动，一种反向转动。
解快方法： ①加惯性轮 利用惯性维持从动曲柄转向不变。
②加虚约束 通过虚约束保持平行四边形，如机车车轮联动的平行四边形机构。
b. 反平行四边形机构 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。
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)
铰链四杆机构基本形式和特性
平面连杆机构特点
一、平面连杆机构特点
定义: 全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构 特点：面接触，承载能力强，耐磨损；
易于制造和获得较高的制造精度； 能实现多种运动规律。 缺点：效率低； 累计运动误差较大； 高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。
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min
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
（3）最小传动角确定
在△ABD和△BCD中，分别有
llB B22D Dba22
d2 2adcos c2 2bccos
联立求解得 co sb2c2a2d22ac do s
2bc
0（ o 1或 8o） 0 时 co， s（ 1 或 1） －， 有最小值（或
（1）定义：压力角α 的余角即α +γ =90º称为传动角。
讨论:①α ↑（γ ↓）→ Fn↑→传力性能差。 ②α ↓（γ ↑）→ Fn↓→传力性能好。
（2）设计要求 传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构
中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现 最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置。
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3.1 铰链四杆机构的类型
三、基本形式及其应用
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰
链四杆机构分为：
双曲柄 机构
曲柄摇杆 机构
铰链四 杆机构
双摇杆 机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
1、曲柄摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲 柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
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铰链四杆机构各类变形情况
/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm
2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
页码，5/13
二、四杆机构的运动特性
1.转动副为整转副的条件 机构中具有整转副的构件是关键构件，因为只有这种构件才有可能用电机等连续转动的装置来驱动。 若具有整转副的构件是与机架铰接的连架杆，则该构件即为曲柄。 以图示的铰链四杆机构为例，说明转动副为整转副的条件：
b. 反平行四边形机构 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。如图示。
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2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性 应用实例： 汽车车门开闭机构：
搅拌器机构： /jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm 2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
页码，2/13
（2）双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。
通常情况下，当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。 应用实例： 惯性筛机构：
动件的往复摆角均为 。由图可以看出，曲柄相应的两个转角φ1和φ2为：
式中，θ为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角，称为极位夹角。 急回特性：摇杆回程平均速度大于工件行程的平均速度。 表示急回特性的程度用行程速比系数K表示，则
K
如已知K，即可求得极位夹角θ，即
m 2 t1 1 180 m1 t 2 2 180
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
页码，10/13
除以上分析方法外，机构成为双摇杆机构时，LAB 的取值范围亦可用以下方法得到：对于以上给定的 杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分 析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时LAB 的取值范围后，在0～220mm之内的其余值即为双摇杆机构时 LAB 的取值范围。 例2： 图示的插床用转动导杆机构（导杆AC 可作整周转动），已知LAB =50mm， LAD =40mm，行程速度变 化系数K=2。求曲柄BC的长度LBC 及插刀P的行程s。
铰链四杆机构类型
铰链四杆机构类型
铰链式四杆机构类型
铰链式四杆机构是机械运动控制中比较常见的机构之一，可用于构造二维，三维的空间运动系统。
它是由四根节点可以移动的直线杆构成的，其中，两根杆之间是由铰链连接的，由它构成的空间运动系统可以实现四维以上的复杂运动。
常见的铰链四杆机构类型有：
一、四根杆构成的双平移铰链四杆机构：由四根杆组成，其中，两根杆是等长的，并且使其两端分别与移动平面的定位点相连，另外两根杆的长度可以不等，这样就可以构成一个双平移的铰链四杆机构。
二、梁铰链四杆机构：由四根杆构成的，其中，两根杆的长度可以不等，而两杆的中点分别与移动平面定位的点相连接，形成一个梁状的铰链四杆机构。
这种机构由于其结构简单，因此它可以用于构成一个简单的空间运动系统。
三、双曲线铰链四杆机构：由四根杆构成，其中，两根杆的长度可以不等，且两根杆中间的四个端点分别与移动平面定位的点相连，可以构成一个双曲线的铰链四杆机构，这种机构可以实现三维空间运动。
四、蝶形铰链四杆机构：由四根杆构成，其中，两根杆长度相等，且两根杆的中间的四个端点分别与移动平面定位的点相连，可以构成一个蝶形的铰链四杆机构，这种机构可以实现四维或更高维度的空间运动。
铰链四杆机构特点
铰链四杆机构特点
铰链四杆机构特点
第一步：介绍铰链四杆机构
铰链四杆机构是一种驱动机构，它由蜗轮机构、滑块机构和铰链机构
三部分组成。
蜗轮机构由蜗轮及旋转的蜗轮轴直接与驱动机构连接，
这样就可以把驱动机构的动力传送到所驱动的设备上。
在蜗轮机构的
驱动轴的两端装有滑块，滑块机构中的滑块通过铰铦连接部件将动力
传送到旋转或转动工作部件上。
铰链机构则是滑块机构与旋转或转动
工作部件之间的连接部件，它能把滑块机构传送的动力带到所驱动的
工作部件上。
第二步：铰链四杆机构的特点
铰链四杆机构的结构简单，组装方便，具有较强的耐用性和可靠性。
首先，铰链四杆机构的安装要求不高。
其次，它耐用准确，不会因润
滑油变质而导致机构受损。
另外，它具有良好的动力传递性能，且具
有很高的动力传递效率。
此外，它还具有低噪音、低振动等特点。
第三步：铰链四杆机构的应用
由于其结构简单，组装方便，耐用性和可靠性高，因此铰链四杆机构
在工业生产中被广泛应用。
如它可以用于制造工业机械的拖动和定位，以及重型机器的驱动。
此外，它也是典型的多元机构之一，用于驱动
和控制非常复杂的工作任务的传动装置；应用于各种起重仓储设备；
在化工、石油、航空航天等行业中大量使用；并在许多机械设备中也有使用。
第四步：结论
以上是铰链四杆机构的特点，也就是它简单结构，容易组装，耐用准确，高效传动，低噪音、低振动等特点，在工业生产中得到了广泛应用。
这样，铰链四杆机构既提高了机构的运行性能，也满足了不同行业的不同需求。
铰链四杆机构的基本形式和特性
在铰链四杆机构中，按连架杆能否 作整周转动，可将铰链四杆机构分为：
一、曲柄摇杆机构 二、双曲柄机构 三、双摇杆机构
一、曲柄摇杆机构
两个连架杆中，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。
曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。 雷达天线俯仰机构
基本概念
1、铰链四杆机构： 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，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、机架：机构的固定构件，如杆4 。 3、连杆：不直接与机架连接的构件，如杆2。 4、连架杆：与机架用转动副相连接的构件，
如杆1、3 。 连架杆可分为： 5、曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆，如杆1； 6、摇杆：只能绕机架作小于360°的某一角度摆动
F2
C
γF α
δ F1 vc
D
F1 为有效分力 F1 = Fcosα , F1
在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角γ来判 断机构传力性能。 γ F1，机构传力性能越好，
反之，机构传力越费劲，传动效率越低。
机构运转时，传动角γ是变化的，为
了保证机构的正常工作，机构的传动角作出 如下规定（P23）
转动
当l1≤l2，杆2、杆4能作
整周转动，称为转动导
杆机构。
当l1>l2，杆2能作整周转动，杆4
只能往复摆动，称为摆动导杆
机构。 运动特性：
三、摇块机构和定块机构： 选用不同的构件为机架
摆动滑块机构
自卸卡车车箱的举升机构 运动特性：
固定滑块机构或定块机构
3 C
2 4
B 1 A
C3
2 4
铰链四杆机构的三种基本形式特点
铰链四杆机构的三种基本形式特点
铰链四杆机构的三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
所有运动
副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机
构都可以看成是在它的基础上演化而来的。
1、曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆。
2、双曲柄机构的条件：机架为最长杆。
3、双摇杆机构的条件：连杆为最短杆。
铰链四杆机构中，按照连架杆与否可以搞整周旋转，可以将其分成三种基本形式，即
为曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。
所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。
选取其中一个构件做为机架之後，轻易与机架链接的构件称作连架杆，不轻易与机架
相连接的构件称作连杆，能搞整周调头的构件被称作曲柄，就可以在某一角度范围内往复
转动的构件称作摇杆。
如果以旋转副相连接的两个构件可以搞整周相对旋转，则称作整转副，反之称作摆转副。
铰链四杆机构基本类型的判别方法
铰链四杆机构基本类型的判别方法
关于铰链四杆机构基本类型的判别方法，我们可以在考虑杆的数目的同时，参照其各杆的相对长度以及拓扑结构进行分类与鉴别。
首先，我们将铰链四杆机构进行一种基本的分类，简单说来就是根据其构造形式可以将其分为循环铰链四杆机构，开链铰链四杆机构和闭链铰链四杆机构。
其中循环铰链四杆机构的特点是两个动杆之间存在虚拟中心，而开链铰链四杆机构一般由两个移动态和两个固定态构成，其特点是具有单一的输入和输出，闭链铰链四杆机构一般有一个固定杆、两个连杆和一个浮动杆组成，这种结构使得其在运动过程中具有很高的稳定性。
再者，铰链四杆机构的判别方法也可以通过凯尔特氏法则进行。
通过设定不同的动点，将机构转换为四边形，利用四边形对角线关系的性质，判断出四杆机构的类型。
凯尔特氏法则主要根据长杆和短杆与对角线作用的比例关系进行判定，使得人们能够更直观、便捷地了解到机构的状况。
此外，根据铰链四杆机构的六个不同的工作位置（即标准位置、罐筒位置、直排位置、倒排位置、异侧位置和同侧位置），也可进行进一步的判别。
例如，标准的循环链铰链四杆机构的工作位置是固定链接在两个最长链接之间。
以上，就是关于铰链四杆机构基本类型的判别方法的一些基本信息，需要注意的是，不同的判别方法适用于不同的情境，因此在实际操作过程中须结合具体情况进行选择。
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。
第二章 铰链四杆机构
2．平面四杆机构的极限位置
曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原 动件时，从动件作往复摆动或往复移动，存在左、右两个极限位置， 如图6-17所示。内燃机活塞连杆机构中活塞的上止点和下止点即曲 柄滑块机构的两极限位置。
3．压力角和传动角
在不计摩擦力，惯性力和重力时，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，用a表示。
图6-6所示的机车驱动轮 联动机构是正平行双曲柄机构 的应用实例。图6-7所示为车 门启闭机构，是反平行双曲柄 机构的一个应用，它使两扇车 门朝相反的方向转动，从而保 证两扇门能同时开启或关闭。
在正平行双曲柄机构中， 当各构件共线时，可能出现从 动曲柄与主动曲柄转向相反的 现象，即运动不梯形；当汽车 转弯时，两摇杆摆过不同的角 度，使两前轮转动轴线汇交于 后轮轴线上的O点，以确保车 辆转弯的每一瞬时，四个轮子 与地面之间均绕O点作纯滚动。
A、曲柄 B、连杆 C、摇杆 D、机架
3、能够实现回转运动与直线往复运动转换的平面四杆机构是—— —— 。
A、曲柄摇杆机构 B、曲柄滑块机构 C、导杆机构 D、摇 块机构
4、曲柄滑块机构当以————为主动件时，会出现“死点”现象。
A、曲柄 B、滑块 C、连杆
5、将曲柄摇杆机构的————长度取无穷大时，曲柄摇杆机构 中的————将转化为沿直线运动的滑块，成为曲柄滑块机构。
曲柄滑块机构的演化过程：
曲柄滑块机构的性质：
曲柄滑块机构的应用：
2．导杆机构
若将图6-9所示的曲柄滑块机构的构件作为机架，则曲柄滑块机构就 演化为导杆机构，连架杆对滑块的运动起导向作用，称为导杆，它包括 转动导杆机构和摆动导杆机构两种形式。如图6-10所示，导杆均能绕机 架作整周转动，称为转动导杆机构。如图 6-11所示，导杆4只能在某一角度内 摆动，称为摆动导杆机构。导杆机构 具有很好的传力性能，常用于插床、 牛头刨床和送料装置等机器中。
铰链四杆机构基本类型
在曲柄摇杆机构中，当 从动件（摇杆）位于两 极限位置时，曲柄与连 杆共线。此时对应的主
动曲柄之间所夹的锐角θ
叫作极位夹角。
设曲柄以ω逆时针匀速旋转。
平面连杆机构的运动和动力特性
从 AB1 转 到 AB2 ， 转 过 180°+θ 时为工作行程，所花时间为t1 ； 此 时 摇 杆 从 C1D 摆 到 C2D ， 平 均速度为V1,则有：
双滑块机构的应用
• (4) 两移动副相邻且都与机架相连。下面所示的椭 圆仪就是这种机构。当两个滑块在机架的滑槽中 移动时，连杆上的各点的轨迹是长短半径不同的 椭圆。
双滑块机构应用－椭圆仪
五、偏心轮机构
扩大转动副
曲柄滑块机构
偏心轮机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
（1）曲柄摇杆机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
特征：曲柄＋摇杆
作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
雷达天线俯仰机构
搅拌机构
（ 曲柄主动 ）
缝纫机踏板机构 （ 摇杆主动 ）
• 如图所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的 原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD 及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲 柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围
设计时往往先给定 K 值，再计算θ，即 180 K1
K1
曲柄滑块机构的急回特性分析
平面连杆机构的运动和动力特性
导杆机构的急回特性分析
应用：节省回程时间，提高生产率。
• 一、曲柄滑块机构
• 在图2-11a）所示的铰链四杆机构 ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲 率半径较大甚至是C点作直线运动，则 摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷 大，这显然给布置和制造带来困难或不 可能。为此，在实际应用中只是根据需 要制作一个导路，C点做成一个与连杆 铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不 再专门做出CD杆。这种含有移动副的 四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运 动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构， 当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑 块机构。
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
铰链四杆机构三种基本形式
目录
content
工业中铰链四杆机构有很多种，现总 结归纳为以下三种基本形式：
01
一、曲柄摇杆机构
02
二、双曲柄机构
03
三、双摇杆摇 杆的铰链四杆机构。 作用：将主动件（曲柄）的整周回转 运动转换成从动件（摇杆）的往复摆 动。
动态图
实物图
动态图
02
二、双曲柄机构
两个连架杆都为曲柄的铰链四杆 机构。 作用：将主动曲柄作的等速转 动 转变为从动曲柄的变速转动。
动态图
实物图
动态图
03
三、双摇杆机构
两个连架杆都为摇杆的铰链 四杆机构。 作用:将主动摇杆的往复摆动 转变为从动摇杆的往复摆动。
动态图
实物图
动态图
小结
名称
铰链四杆机构三种类型对比
组成
运动特点
实例
曲柄 摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
机架 连杆 曲柄 摇杆
曲柄连续转动 摇杆往复摆动
机架 连杆 两曲柄
主动曲柄连续转动 从动曲柄连续转动
机架 连杆 两摇杆
主动摇杆往复摆动 从动摇杆往复摆动
雷达 调整机构
机车轮 转动机构
港口 起吊机构
铰链四杆机构基础认识
铰链四杆机构1）四根杆子的名称及特点机架——固定不动连杆——机架的对边杆曲柄——能整周转摇杆——不能整周转2）铰链四杆机构的三种基本类型曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构3）曲柄存在的条件：a）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；b）连架杆或机架中必有一是最短杆。
注意：1.上述两条件同时满足必有曲柄存在；2.满足其中一条件可能有曲柄存在；3.如有一条件不满足，肯定没有曲柄存在。
推论1：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和（1）连架杆最短——曲柄摇杆机构；（2）机架最短——双曲柄机构；（3）连杆最短——双摇杆机构。
推论2：最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和。
此条件不满足曲柄存在的条件，所以无论何杆最短均只能得到双摇杆机构。
曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。
通常曲柄１为原动件，并作匀速转动；而摇杆３为从动件，作变速往复摆动。
1）曲柄摇杆机构的主要特性：a）急回运动曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心 A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD的位置C1D和C2D分别为其左右极限位置。
摇杆在两极限位置间的夹角ψ，称为摇杆的摆角。
当曲柄由位置 AB1 顺时针转到位置AB2 时，曲柄转角ψ1＝180°＋θ，这时摇杆由左极限位置C1D 摆到位置右极限位置C2D，摆杆角度为ψ；而当曲柄顺时针再转过角度ψ2＝180°－θ时，摇杆由位置C2D摆回至位置C1D，其摆角仍然是ψ 。
虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄转角不等(ψ1 > ψ2)；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（t 1> t 2）。
令摇杆自ClD摆至C2D为工作行程，这时铰链Ｃ的平均速度是 v1=C1C2 ／tl 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ，它表明摇杆具有急回运动的特性。
铰链四杆机构基本性质
死点影响
机构处于死点位置时，无论驱动力多大 ，都不能使从动件转动。因此，死点位 置对机构的传动性能有不利影响。
压力角与传动角
01
压力角定义
压力角α是从动件的受力方向与力作用点的速度方向之间所夹的锐角。
压力角越大，机构的传动性能越差。
02
传动角定义
传动角γ是压力角的余角，即γ=90°-α。传动角越大，机构的传动性能
铰链四杆机构的速度分析是研 究机构在运动过程中各点速度 的变化规律。
通过速度分析，可以了解机构 在不同位置时的速度分布和变 化规律，为机构的动态设计和 优化提供依据。
速度分析需要考虑机构的几何 特性和运动学特性，采用适当 的方法进行计算和分析。
加速度分析
01
铰链四杆机构的加速度分析是研究机构在运动过程中各点加速 度的变化规律。
铰链四杆机构的运动分析
REPORTING
WENKU DESIGN
位置分析
铰链四杆机构的位置分析是研究 机构在不同位置时的形态和尺寸
关系。
通过位置分析，可以确定机构在 不同位置时的杆长、角度等参数，
进而了解机构的运动特性。
位置分析是铰链四杆机构设计和 分析的基础，对于优化机构性能
具有重要意义。
速度分析
铰链四杆机构基本性 质
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REPORTING
• 铰链四杆机构概述 • 铰链四杆机构的基本性质 • 铰链四杆机构的演化形式 • 铰链四杆机构的设计方法 • 铰链四杆机构的运动分析 • 铰链四杆机构的优化与应用拓展
目录
PART 01
铰链四杆机构概述
REPORTING
应用领域
铰链四杆机构被广泛应用于各种传动装置、操纵机构和执行机构中，如汽车转向器、工程 机械的变幅机构、飞机起落架收放机构等。
铰链四杆机构类型的判定
铰链四杆机构类型的判定一、引言铰链四杆机构是一种常见的机械传动装置，由四个杆件和若干个铰链连接而成。
它具有结构简单、运动自由度少等特点，被广泛应用于机械工程领域。
本文将深入探讨铰链四杆机构的类型判定方法。
二、铰链四杆机构的基本概念铰链四杆机构由四个杆件和若干个铰链连接而成。
其中，铰链是指两个杆件通过一个固定转动中心连接。
根据杆件之间的连接方式和运动特点，铰链四杆机构可以分为以下几种类型。
三、类型一：平面四杆机构平面四杆机构是指四个杆件都在同一个平面内运动的机构。
它的特点是运动自由度为1，即只能实现平面内的直线运动或旋转运动。
1. 平面四杆机构的判定条件•杆件数量：平面四杆机构由四个杆件构成。
•铰链数量：平面四杆机构至少有四个铰链连接杆件。
•运动自由度：平面四杆机构的运动自由度为1，即只能实现平面内的直线运动或旋转运动。
2. 平面四杆机构的实例•摇杆机构：由一对相互平行的摇杆和两个铰链连接构成。
常用于发动机的气门传动系统。
四、类型二：空间四杆机构空间四杆机构是指四个杆件不在同一个平面内运动的机构。
它的特点是运动自由度为3，即可以实现空间内的任意运动。
1. 空间四杆机构的判定条件•杆件数量：空间四杆机构由四个杆件构成。
•铰链数量：空间四杆机构至少有四个铰链连接杆件。
•运动自由度：空间四杆机构的运动自由度为3，即可以实现空间内的任意运动。
2. 空间四杆机构的实例•机械手臂：由多个杆件和铰链连接构成，用于工业生产线上的物料搬运和装配操作。
五、类型三：平面与空间结合的四杆机构平面与空间结合的四杆机构是指四个杆件中有部分在同一个平面内运动，有部分在不同平面内运动的机构。
1. 平面与空间结合的四杆机构的判定条件•杆件数量：平面与空间结合的四杆机构由四个杆件构成。
•铰链数量：平面与空间结合的四杆机构至少有四个铰链连接杆件。
•运动自由度：平面与空间结合的四杆机构的运动自由度为介于1和3之间，可以实现平面内的直线运动或旋转运动，同时还可以实现空间内的部分运动。
铰链四杆机构的特点
铰链四杆机构的特点
1 四杆机构
四杆机构，又称为四自由度机构，是指由四根坐标轴的机构。
它
由三个关节及一个铰链组成，其中两个关节通过铰链串在一起，构成
一个四杆机构。
四杆机构多用于汽车制动系统，液压传动装置，倒车
影像系统等。
2 四杆机构的主要特点
1. 全自由度机构：四杆机构是一种具有四个自由度（两个平面和
一个转动角度）的机构，可以实现多种运动，例如旋转、移动、延伸等。
2.紧凑轻巧：由于采用四根坐标轴，四杆机构结构紧凑轻便，占
用空间小，有效提高产品性能。
3.可靠性高：四杆机构通过安装特殊的密封圈和止动器，可以抵
抗腐蚀介质的冲击，动态响应稳定，使得机构可以长时间工作。
4.使用方便：四杆机构可以通过轴承和齿轮进行传动和传递运动，操作方便，可以很好的满足实际需求。
3 应用
四杆机构广泛用于汽车制动系统，液压传动装置，航空设备，搅
拌机，起重机等机械设备，是工业领域中一种重要的运动机构。
四杆机构具有自由度高，可靠性高，结构紧凑，占用空间小，维护方便等特点，可以实现多种复杂运动，因此在工业机器人中广泛应用。
严格按照产品质量要求制作成品，保证机构性能和可靠性，以满足工况要求，提高测量效率，使实际化学加工过程更加安全、高效。
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中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的，机构出现 最小传动角的位置正好是传力效果最差的位置。
min
21
3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
（3）最小传动角确定 在△ABD和△BCD中，分别有
lB2Da2 d2 2adcos lB2Db2 c2 2bccos
平行双曲柄机构（运动不确定性）
12
3.1 铰链四杆机构的类型
图3-11 车门启闭机构（反向双曲柄机构） a)1、3—曲柄 2—连杆 4—机架 b)1、3—车门 2—连杆
13
3.1 铰链四杆机构的类型
3、双摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。 （2）作用：将一种摆动转换为另一种摆动。
联立求解得 co sb2c2a2d22ac do s
2bc
0（ o 1或 8o） 0 时 co， s（ 1 或 1） －， 有最小值（或
m in可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB’，
AB’’）的位置之一处，0（ o即 或 180o）
处。
22
3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
8
3.1 铰链四杆机构的类型
雷达天线俯仰机构
雨刮机构
9
搅拌机构
3.1 铰链四杆机构的类型
2、双曲柄机构
（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构。 （2）作用：转动-转动，通常二转速不相等
应用举例 ①惯性筛机构 ②平行双曲柄机构 ③反平行双曲柄机构
10
3.1 铰链四杆机构的类型
惯性筛
11
3.1 铰链四杆机构的类型
B2 180º-
最大摆角：摇杆在两 个极限位置间的夹角
C1
D
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在对
应位置所夹的锐角。
17
3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
180º+
A
C2
B1
B2 180º-
C1
D
急回特性：当主动 件等速转动，作往复运 动的从动件在空回行程 的平均速度大于工作行
程平均速度的特性。
1
平面连杆机构
1 铰链四杆机构形式及应用 2 铰链四杆机构的特性 3 四杆机构的曲柄存在条件
2
教学目标、重难点
Ø教学目标
u了解平面四杆机构的基本类型、应用。 u熟练掌握铰链四杆的类型的判断。 u理解平面四杆的工作特性。
Ø教学重点和难点
u铰链四杆机构类型的判断。 u平面四杆机构的基本特性。
3
平面连杆机构特点
脚踏式脱粒机
5
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。
6
3.1 铰链四杆机构的类型
三、基本形式及其应用
案例导入
案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动 简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使 摇杆1（原动件）往复摆动→连杆2驱→曲柄3（从动件）→ 带动带轮使机头主轴连续转动。
缝纫机踏板机构
问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？ （2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？
A
B1
B2 180º-
C1
D
K1180
K1
K m m 1 2 //tt1 2 1 8 01 8 0 1 1 8 8 0 0
讨论：①θ>0º→K>1→有急回特性，θ↑→ K↑ →急
回特
性越显著。②θ=0º→K=1，无急回特性。
19
3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
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。
23
3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(2)死点位置的利弊
利：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快 速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。
夹具机构
24
3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定 现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。
缝纫机的脚踏机构
25
3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
应用举例 ①飞机起落架 ②港口起重机变幅机构 ③反前轮转向机构
14
3.1 铰链四杆机构的类型
飞机起落架
15
起重机变幅机构
3.1 铰链四杆机构的类型
汽车前轮转向机构
16
3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
一、相关名词
极限位置1
连杆与曲柄拉伸共线
C2
极限位置2 连杆与曲柄重叠共线
180º+
A
B1
工作行程 (慢行程) 返回行程 (快行程) 结果比较
曲柄转角
1=180º 2=180º
1>2
曲柄转速 所需时间
t1
பைடு நூலகம்
相等
t2 t1>t2
摇杆摆角
相等
摇杆平均角速度
m1 t1 m2 t2 m1<m2
18
3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。
C2
180º+
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰
链四杆机构分为：
双曲柄 机构
曲柄摇杆 机构
铰链四 杆机构
双摇杆 机构
7
3.1 铰链四杆机构的类型
1、曲柄摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲 柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
（2）作用：回转运动与往复摆动转换。
应用举例 ①雷达天线俯仰机构 ②汽车雨刮机构 ③搅拌器中搅拌机构
1、压力角
从动件上的作用力F与该点速度vc所夹锐角α称为机构
的压力角。
F 的两个分力：
Fn Fsin—有害分力
Ft Fcos—有效分力
压力角越小，有效分力越大。
20
3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
2、传动角
（1）定义：压力角α的余角即α+γ=90º称为传动角。 讨论:①α↑（γ↓）→ Fn↑→传力性能差。 ②α↓（γ↑）→ Fn↓→传力性能好。
一、平面连杆机构特点
定义: 全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构 特点：面接触，承载能力强，耐磨损；
易于制造和获得较高的制造精度； 能实现多种运动规律。 缺点：效率低； 累计运动误差较大； 高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。
4
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