5.铰链四杆机构基本类型讲解

雷达天线俯仰机构
搅拌机构
缝纫机踏板机构 （ 摇杆主动 ）
（ 曲柄主动 ）
• 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 的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰 角得到改变。
特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。
优点：
平面连杆机构的类型、特点和分类
▲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。 ▲改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ▲连杆曲线丰富。可满足不同要求。 缺点： ▲构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率 较低。 ▲产生动载荷（惯性力），不适合高速。 ▲设计较复杂，难以实现精确的轨迹。 本章重点介绍四杆机构。
l1+ l3 ≤ l2 + l4 l1+l2 ≤ l3 + l4
即：AB 为最短杆
将以上三式两两相加得：
l1≤ l2
l1≤l3
l1≤l4
同理，若 l1 > l4，可得： l4≤ l1 , l4≤ l2 , l4≤ l3
平面连杆机构的运动和动力特性
即： AD为最短杆
曲柄存在的条件:（Grashof 定理） ▲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。 ▲连架杆之一或机架为最短杆。 当满足杆长条件时，其 最短杆上的转动副都是 整转副。
（2）双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变为 等速或变速回转。
类
惯性筛
• 如图所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机 构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的 长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从 动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使 筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。
* 可以利用“死点”位置进行工作， 例如：飞机起落架、钻夹具等。
4.急回特性
平面连杆机构的运动和动力特性
从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平 均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有急回特性。 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。
类
二. 平面连杆机构的类型和应用
1. 平面四杆机构的基本型式和应用
全部由转动副组成的平面四
杆机构称为铰链四杆机构。 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件；
连杆——连接两连架杆且作平面运动的构件； 曲柄——作整周定轴回转的构件；
摇杆——作定轴摆动的构件；
（1）曲柄摇杆机构
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。
特例：平行四边形机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
特征：两连架杆等长且平行，
连杆作平动。
AB = CD BC = AD
摄影平台升降机构 机车车轮联动机构
平行四边形机构存在 运动不确定位置。
类
反平行四边形机构
可采用两组机构错开排列 的方法予以克服。
（3）双摇杆机构
类wenku.baidu.com
特征：两个摇杆
应用举例：鹤式起重机 特例：等腰梯形机构—— 汽车转向机构
第 二 章
平 面 连 杆 机 构
第一节 平面连杆机构的类型、特点和应用
一. 连杆机构的特点
定义：由低副连接刚性构件组成的机构。
应用：内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、 公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。
平面连杆机构 分类: 空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、五杆机构、多杆机构等。
3.死点 对于曲柄摇杆机构， 当摇杆为主动件时，
平面连杆机构的运动和动力特性
在连杆与曲柄两次共
线的位置，机构均不 能运动。 机构的这种位置称为：
“死点”（机构的死点位置） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0
平面连杆机构的运动和动力特性
* “死点”位置的过渡方法：
依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。 两组机构错开排列，如火车轮联动机构。
第二节 平面连杆机构的运动和动力特性 1.平面四杆机构存在曲柄的条件
平面四杆机构具有整转副 则可能存在曲柄。 设l1 < l4,连架杆若能整周回 转，必有两次与机架共线。 由△B2C2D可得： 由△B1C1D可得： l3≤(l4 –l1) + l2 l2≤(l4– l1) + l3 l1+l4≤ l2 + l3
此时，铰链A、B均为 整转副。
2.压力角和传动角 压力角：作用在从动 件上的驱动力F与力 作用点绝对速度之间 所夹锐角α。 切向分力
平面连杆机构的运动和动力特性
Ft= Fcosα = Fsinγ 法向分力 Fn= Fcosγ γ↑ Ft↑ 对传动有利。 γ是α的余角。 常用γ的大小来表示机构传力性能的好坏, 称γ为传动角。
平面连杆机构的运动和动力特性
设曲柄以 ω 逆时针匀速旋转。 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：
• 如图所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中， ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆 AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端 点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水 平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。
• 图所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形 双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB、CD是等长 的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯 时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线 某点P，汽车整车绕瞬时中心P点转动，获得各 轮子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时 轮胎的磨损。
•例 铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图2-10所示。 请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、 CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
解：分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD = 20，最长 杆为CD = 55，其余两杆AB = 30、BC = 50。 因为 AD＋CD = 20＋55 = 75 AB＋BC = 30＋50 = 80 ＞ Lmin＋Lmax 故满足曲柄存在的第一个条件。 1)以AB或CD为机架时，即最短杆AD 成连架杆，故为曲柄摇杆机构； 2)以BC为机架时，即最短杆成连杆， 故机构为双摇杆机构； 3)以AD为机架时，即以最短杆为机架， 机构为双曲柄机构。