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？。
连杆机构-4.铰链四杆机构
9.3平面四杆机构的设计
设计类型 ：
1.实现给定的运动规律：给定行程速 比系数以实现预期的急回特性、实现 连杆的几组给定位置等。 2.实现给定的运动轨迹：要求连杆上 某点沿着给定轨迹运动等。
设计目标 ：
根据给定的运动条件，选定机构的类 型，确定机构中各构件的尺寸参数。
设计方法 ：图解法、实验法和解析法等。
9.2 铰链四杆机构的基本性质
1.急回特性 :
—摇杆的摆角， —极位夹角。
为描述从动摇杆的急 回特性，在此引入行
K = 180 +
程速比系数 K，即：
180 -
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大
小取决于极位夹角 ，角越大，K值越大，急回运动 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 0 ，K=1 ，
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有
急回特性
的四杆机
构，关键
是要抓住
机构处于
极限位置
时的几何
关系，必
要时还应
考虑其他
辅助条件。
例：已知摇杆长度L=100，摆角 =50 和行程速比
系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
解：由给定的行程速比系 数求出极位夹角 :
180 K1
K1
=
30
C1
Fn Fsin Ft Fcos
压力角愈小，机构的传力效果愈好。所以， 衡量机构传力性能，可用压力角作为标志。
Fn
F
Ft vC
在连杆机构中，为度 量方便，常用压力角 的余角即连杆与从动 件间所夹的锐角(传 动角)检验机构的传 力性能。
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，也 是检验其传力性能的关键位置。
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
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死点的应用－－防松 ❖ 飞机起落架机构
g=00
❖ 折叠家具机构
整理ppt
20
3. 急回特性
❖ 当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征
❖ 摆角：ψ 极位夹角：
❖ 1 = const ❖ 1 = 1 t1 =1800 + ❖ 2 = 1 t2 =1800 - ❖ t1 > t2 , v2 > v1
l2
l1
曲柄滑块机构
导杆机构
（转动导杆机构）
l1<l2
牛头刨、插床、回整转理式ppt 油泵
摆动导杆机构 l1>l2
25
应用实例一
2作机架 曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B 2 B
B
1A
11 B
1212
B 2
4 2
222CC2 C C CCCCCC
2 33 3 3 33 3333
2
A
快
❖ ↑ K↑ 急回特征越显整著理ppt
21
1.4 铰链四杆机构的演化
1 转动副转化为移动副 2 变换构件形态 3 变更机架 4 扩大转动副尺寸
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
曲柄滑块机构
导杆机构
整理ppt
22
铰链四杆机构
B 1 A
C 2
3
4
D
曲线导轨曲柄滑块机构
C
对CD杆等效转化 转动副变成移动副
机构具有确定运动的条件
W>0, W= 主动件个数
复合铰链
局部自由度
虚约束
整理ppt
3
导路重合的虚约束
习题1：计算机构的自由度
观察视频： 作用？ 输出构件？
椭圆规机构
W＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 －4 0
＝1
整理ppt
4
1.2 铰链四杆机构的基本型式和特征
二杆
铰链四杆机构
三杆, 不可能.
• 平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构 • 其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的
最短杆是连杆
——双摇杆机构
❖ 推论2： ❖ 当Lmax+Lmin > L(其余两杆长度之和)时 ——双摇杆机构
整理ppt
15
三. 铰链四杆机构的特性 1. 压力角α和传动角γ ———衡量传力性能 压力角α－从动件受力方向和绝对速度方向的夹角
传动角γ＝90º- α
传动灵活: α γ F在Vc向分力Ft=Fcosα
整理ppt
7
2.双曲柄机构
❖ 结构特点：二连架杆均为曲柄
❖ 运动变换：转动转动，通常二转速不相等
❖ 举例：振动筛机构
整理ppt
8
特殊双曲柄机构
• 平行四边形机构 结构特点：二曲柄等速 • 运动不确定问题 • 车门开闭机构
• 反平行四边形机构 结构特点：二曲柄转向相反
整理ppt
9
(3) 双摇杆机构
双摇杆机构: 最短杆长度+最长杆长度 >其余两杆长度之和。
整理ppt
13
变更机架后机构的演化
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
整理ppt
双摇杆机构
14
C b B
c
a A
d
D
❖ 推论1：
❖ 当Lmax+Lmin L(其余两杆长度之和)时 最短杆是连架杆之一 ——曲柄摇杆机构
最短杆是机架
——双曲柄机构
D
B B1 g=00
A
B2
g=00
B
g=00
1
F
v
C１
C
C
2
整理ppt
17
C C
防止死点: (1)利用惯性(例如缝纫机)； (2)用机构错列的方法；
蒸汽机车两侧利
F’ G’
用错位排列的两
E’
套曲柄滑块机构 使车轮联动机构
E
G
通过死点
F 整理ppt
18
死点的应用－－防松
夹紧机构
整理ppt
触点开关
19
应用实例三
B 1 A
2 C
4
3
曲柄滑块机构
１作机架
B 1
A
2 C
4
3
导杆机构
4
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
C3
4 3C
3 C
4
4
4
4
lBC > lAB， 导杆AC整周转动
AA 11
1B
A
1A
1 41
4A
4
曲柄摇块机构
4
A1 A 11
1A 41
4
2 4
4 44
C
A A A 44
3
BB B
液压作动筒
车箱举升机构
整理ppt
26
应用实例二
B
2
1
C
A
4
3
曲柄滑块机构
3作机架
BB
B
11
222
11
C
A
4
3
定块机构
整理ppt
手动唧筒机构
A
A
1
1
A 4
1
B BB
2 22 C 3
27
诸如颚式破碎
α
机的最小传动 角不低于50°；
对于小功率仪
表指针可小于
40°。
整理ppt
ΔABD 和ΔBCD 及余弦定理可计 算最小传动角。
16
2. 死点
传动角：γ＝( 90º- α )=0º或180 º
• 死点:传动角为零g=0(连杆与从动件共线),机构顶死
C
2
1
B
vF
1
A
B2
4
g=00
C C2
3
B2
1
A 4
lCD
3 D
B
1
2
C3
A 4
对心曲柄滑块机构
B
2
C3
e0 1
A 4
偏置曲柄滑块机构
e
整理ppt
23
❖ 选不同构件作机架——机构倒置
❖ 导杆机构 ❖ 曲柄摇块机构 ❖ 移动导杆机构
变更机架
❖ 曲柄滑块机构
导杆机构
曲柄滑块机构24
导杆机构
原动件
vF
西北农林科技大学
机械学基础课程电子教案
机械与电子工程学院 闫锋欣
整理ppt
Review
低副
平面机构运动简图 运动副
高副
回转副
低副(面接触) 移动副
高副（点、线接触）
活塞泵机构 整理ppt
机构简图
2
平面机构的自由度
机构自由度计算公式
W ＝ 3n2P LP H
高副 低副
消除1个自由度 消除2个自由度
整理ppt
1.2 铰链四杆机构的基本型式和特征
一.基本型式
曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构
连杆
C
连架杆
2
B
3
1
A
4
D
连架杆 机架
整理ppt
6
1 . 曲柄摇杆机构
2
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆
• 运动变换：转动摇动
1
3
4
• 举例：搅拌器机构、雷达天线机构
特性： • 急回特征 • 死点
❖ 结构特点：二连架杆均为摇杆 ❖ 运动变换：摆动摆动 ❖ 举例: 鹤式起重机
整理ppt
10
特殊机构
• 等腰梯形机构 • 实例: 汽车前轮转向机构
整理ppt
11
2.双曲柄机构
3. 双摇杆机构
插床机构
鹤式起重机
整理ppt
惯性筛
飞机起落架
12
二. 铰链四杆机构曲柄存在条件
曲柄存在必要条件: （1）曲柄是最短杆； （2）最短杆长度+最长杆长度 其余两杆长度之和。
❖ —急回特性
B
1
1
A
1
C1 2
B2
4
C C2
3 v1
v2 j
D
❖ 行程速比系数K
2 B1
Kv v1 2C C 1 1 C C 2 2//tt1 2tt1 21 21 18 8 0 0 0 0
180 K1
K1
❖应用：牛头刨、插床（工作形成慢、匀）
慢
❖ Ѳ=0 or K=1 无急回特性（平行）