铰链四杆机构的常用机构

第二章常用机构

学习目标

1.了解和掌握铰链四杆机构的组成、基本类型及其特点和应用

2.了解和掌握凸轮机构的组成、特点、分类、应用及其从动件常用运动规律

3.了解棘轮机构和槽轮机构的组成、分类、特点和应用

无论是在生活中，还是在生产中，各

种各样的机构都在为人们的生活和工

作服务。例如，门窗、天平秤、铲土

机、火车等

一、运动副

使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接，称为运动副。

在工程上，人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类。在一般机器中，经常遇到的是平面运动副。平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为低副和高副。

1.低副

低副是指两构件之间作面接触的运动副（图2—1），包括转动副、移动副和螺旋副。

图 2—1

2.高副

高副是指两构件之间作点或线接触的运动副（图 2—2）

二、平面连杆机构

平面连杆机构的各构件是用销轴、滑道（低副）等方式连接起来的，各构件间的相对运动均在同一平面或互相平行的平面内。

最简单的平面连杆机构是由4个杆件组成的，简称平面四杆机构，其结构简单，易于制造，工作可靠，因此应用非常广泛。图2—3所示

图 2—2

港口

起重机吊运

货物是利用

平面连杆机

构中的双摇

铲土机为

了保证铲斗平

行移动，防止

泥土流出，采

用了平面连杆

机构

图2—3

§ 2—1 铰链四杆机构

铰链（即转动副）的形式很多，机械设备中铰链的一般形式如图6—3所示；在日常生活中，门和家具上用的合叶（图2—4）也是铰链联接的具体应用。

图 2—4

铰链四杆机构在生活、生产和工作中广泛用于动力的传递或者改变运动的形式，例如公共汽车车门的开闭（图2—5）、汽车前窗刮雨器（图2—6）的运动等都是利用铰链四杆机构来完成工作任务的。

公共汽车车门上安装了铰链四杆机构，

通过杆件的联动，使两侧车门实现同时开启、

同时关闭的运动。

图2—5

当有雨水或雾气聚集在汽车前挡玻璃上

挡住驾驶员的视线时，开启汽车前窗刮雨器，

雨刮在电动机的带动下就会左右摆动刮去雨

水或雾气。雨刮为什么能将电动机的旋转运

动转变为来回的摆动？这也是铰链四杆机构

的作用。

图2—6

一、铰链四杆机构的组成

如图2—7所示，由4个构件通过铰链（转动副）连接而成的平面机构，称为铰链四杆机构。右图为铰链四杆机构的简图。

在该机构中，固定不动的4称为机架；与机架用转动副相连接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架相连接的杆2称为连杆。

曲柄——如果连架杆能绕其回转中心做整周转动，则称为曲柄。

摇杆——如果连架杆只能在一定角度内作摆动，则称为摇杆。

图2—7 4—机架 1,3—连架杆 2—连杆

二、铰链四杆机构的基本类型

对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，按照曲柄的存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1、曲柄摇杆机构及其应用

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，

如图2—8所示

图2—8 曲柄摇杆机构

曲柄AB为主动件，逆时针等速转动。当曲柄AB的B端从B点回转到B1点时，从动件摇杆CD的C端从C点逆时针摆动到C1点，而当B端从B1点回转到B2点时，C端从C1点顺时针摆动到C2点。当B端继续从B2点回转到B1点时，C端将从C2点逆时针摆回到C1点。C1，C2两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。

曲柄摇杆机构的主要作用是将主动件AB的整周回转运动转换成摇杆CD的往复摆动，曲柄AB是主动件并做匀速回转，摇杆CD是从动件做变速往复摆动。

曲柄摇杆机构的应用如图2—9所示

曲柄摇杆机构的应用举例

图示简图

曲柄AB为主动件且

均匀转动，通过连杆BC带动

摇杆CD作往复摆动，摇杆

延伸端实现剪板机上刃口

的开合剪切动作

曲柄1转动，通过连杆2

使固定在摇杆3上的天线作一

定角度的摆动，以调整天线的

俯仰角

主动曲柄AB回转，从动

摇杆CD作往复摆动，利用摇

杆的延长部分实现刮水动作

踏板（相当于摇杆）为主动

件，当用脚踩踏板时。通过连杆

BC使带轮（相当于曲柄）作

整周转动

图2—9

2、双曲柄机构及其应用

两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构，如图2—10所示

图2—10 不等长双曲柄机构

曲柄AB为主动件，当主动曲柄AB匀速顺时针回转180°到AB1位置时，从动曲柄CD 顺时针回转到C1D，转过角度，主动曲柄AB继续再匀速回转180°，从动曲柄CD转过角度为，显然 > 。

双曲柄机构的运动特点是主动曲柄匀速回转一周，从动曲柄随之变速回转一周。

图2—10所示的双曲柄机构中两曲柄长度不相等，，称为不等长双曲柄机构，其应用如图2—11所示的惯性筛

图示简图

主动曲柄AB作匀速

转动，从动曲柄CD作变

速转动，通过构件CE使

筛子产生变速直线运动，

筛子内的物料因惯性而来

回抖动

图2—11 惯性筛

双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等且转向相同，则称为平行双曲柄机构，如图2—12

两曲柄选转方向

相同，角速度相等

图2—12 平行双曲柄机构

平行双曲柄机构的应用如图2—13所示的天平

图示简图

利用平行双曲柄机构中

两曲柄的转向和角速度均相

同的特性，保证两天平盘始

终处于水平状态。

图2—13 天平

平行双曲柄机构在运动过程中，主动曲柄AB（图2—12）转动一周，从动曲柄CD将会出现两次与连杆BC共线位置，这样会造成从动曲柄CD运动的不确定现象，（即CD可能顺时针转，也可能逆时针转而变成反向双曲柄机构）。为避免这一现象的发生，可用增设辅助机构方法来解决。图2—14所示为机车主动轮联动装置。，它是增设了一个曲柄EF的辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABCD变为反向双曲柄机构。