铰链四杆机构的常用机构
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
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。
常用机构
四杆机构存在急回特性必须具备以下条件： ①曲柄为主动件
②从动件有极限位置
四杆机构的基本形式
铰链四杆机构： 由四个杆状构件及四个转动 副组成。
B A C D
AD——机架 AB、CD——连架杆 BC——连杆 能整圈回转——曲柄
连架杆 往复摆动——摇杆
铰链四杆机构基本类型的判别方法：
（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两 构件长度之和，所有运动副均为摆动副，均为双摇 杆机构。（不满足长度条件）
从动件底面与凸轮之 间易形成油膜，可高 速运转。受力平稳 （从动件平底），传 动效率高。只适用于 凸轮轮廓为外凸形式。
间歇运动机构:机器工作时，当主动件作连
续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和 停歇，实现这种运动的机构，称间歇运动机构。
类型：
1.主动件往复摆动，从动件间歇运动---棘轮 机构 2.主动件连续转动，从动件间歇运动---槽轮 机构、不完全齿轮机构 应用：自动机床的进给机构、送料机构、刀 架的转位机构等
槽轮机构
一、槽轮机构的工作原理
当拨盘上的圆柱销A没有进 入槽轮的径向槽时，槽轮的内 凹锁止弧面被拨盘上的外凸锁 止弧面卡住，槽轮静止不动。 当圆柱销A进入槽轮的径向槽时， 锁止弧面被松开，则圆柱销A驱 动槽轮转动。当拨盘上的圆柱 销离开径向槽时，下一个锁止 弧面又被卡住，槽轮又静止不 动，将主动件的连续转动转换 为从动槽轮的间歇运动。
二、凸轮传动机构的类型 1、按凸轮的形状和运动分类 (1)、盘形回转凸轮 凸轮呈盘状，具有 变化的向径。应用 最广，最基本的形 式。 (2)、平板移动凸轮
举例说明铰链四杆机构的应用
举例说明铰链四杆机构的应用
铰链四杆机构是一种常见的机械结构，它由四个连杆和若干个铰链连接而成。
这种结构常用于机械设备和工业机器人等领域，下面以几个具体的例子来说明其应用。
1. 汽车车门
汽车车门通常采用铰链四杆机构来实现打开和关闭。
在车门的上、下、前、后四个角落分别安装一个铰链四杆机构，通过机构的运动，车门可以实现向内、向外打开和关闭的功能。
2. 工业机器人
工业机器人通常需要进行各种精细的运动控制，铰链四杆机构在这方面具有较高的精度和可靠性。
例如，在焊接机器人中，铰链四杆机构可以实现焊枪的精准控制，从而保证焊接的质量和效率。
3. 飞机起落架
飞机起落架也是一个重要的应用领域。
由于飞行过程中需要经历各种复杂的环境和振动，所以起落架的设计需要考虑到安全、结构合理和可靠性等因素。
铰链四
杆机构的结构简单，重量轻，可以满足这些要求。
总之，铰链四杆机构是一种结构简单、可靠性较高的机械结构，广泛应用于各种机械设备和工业机器人中。
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—12.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。
铰链四杆机构
B2 C
1 3
A
4
D
铰链四杆机构中两连架杆均为摇杆 机构两极限位置：
B一C一D C二B二A
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：
一在满足杆长和的条件下：
一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 二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. 三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
不等长双曲柄机构
平行双曲柄机构 连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等 曲柄转向相同的双曲柄机构
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Biblioteka 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
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 曲柄一为原动件作匀速转动；摇杆三为从动件 作变速往复摆动
机构特性
曲柄摇杆机构的应用
剪板机 汽车雨刷
雷达 缝纫机踏板
雷达天线俯仰机构
曲柄摇杆机构的一些主要特性：
一、机构的急回运动特性：
动画演示
三、死点位置
摇杆处于左极限位置 C一D时连杆与从动件 曲 柄 的 共 线 位 置 C一 AB一
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
铰链四杆机构-(精品-课件-素材)
常用机构(四连杆机构)
械
设 转动导杆机构：
计 基
BC>AB
础 导杆可作360º回转
摆动导杆机构：
BC<AB 导杆在小于360º范围内摆动。
（牛头刨床的主传动机构）
平
面
4
连 杆 机 构
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
——双摇杆机构
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11
二、铰链四杆机构的演化
机
械
设
计 基
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连杆
2 连架杆 B
C 连架杆
3
1
A
4
D
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12
机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1
机
机
械
设
计
基
础
内容
平 面
• 平面四杆机构的基本类型
连 杆
• 平面四杆机构的演化
机 构
• 平面四杆机构的特点及设计
了解常用四杆机构的基本类型和应用。 对急回特性、传动角、压力角、死点位置等有明确概念。
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机 一、铰链四杆机构
械 设 计 基 础
平
面
连
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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，种各样的机构都在为人们的生活和作服务。
例如，门窗、天平秤、铲机、火车一、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高副 2.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2 图 2—口港重物连摇构中的双为机铲土了保证铲斗平行移动，防止泥土流出，采用了平面连杆机构3—图 2—§21 铰链四杆机构所示；在日常生—63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 2活中，门和家具上用的合叶（图—）也是铰链联接的具体应用。
44图 2—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）的运动等都是利用铰链四杆—62公共汽车车门的开闭（图2—5）、汽车前窗刮雨器（图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。
5 图2—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。
6图2—一、铰链四杆机构的组成个构件通过铰链（转动副）连接而成的平面机构，称为铰链四杆所示，由47如图2—机构。
右图为铰链四杆机构的简图。
称为连架称为机架；与机架用转动副相连接的杆在该机构中，固定不动的41和杆3 2杆；不与机架相连接的杆称为连杆。
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8 曲柄摇杆机构图2—点时，从动件点回转到BB端从BAB曲柄为主动件，逆时针等速转动。
当曲柄AB的1点顺C点时，C端从点，而当B端从B点回转到BC摇杆CD的C端从点逆时针摆动到C1121点。
点逆时针摆回到CCB点时，C端将从B时针摆动到C点。
当B端继续从点回转到11222C两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。
C，21的往复摆动，的整周回转运动转换成摇杆CD曲柄摇杆机构的主要作用是将主动件AB 是从动件做变速往复摆动。
AB是主动件并做匀速回转，摇杆CD曲柄所示—9曲柄摇杆机构的应用如图2曲柄摇杆机构的应用举例简图图示曲柄AB为主动件且 BC带动均匀转动，通过连杆作往复摆动，摇杆摇杆CD 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AB回转，从动主动曲柄 CD作往复摆动，利用摇摇杆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92—图 2、双曲柄机构及其应用 10所示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 不等长双曲柄机构2 图CDAB位置时，从动曲柄AB曲柄AB为主动件，当主动曲柄匀速顺时针回转180°到1转过CD180°，从动曲柄继续再匀速回转，转过角度顺时针回转到CD ，主动曲柄AB1 > 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。
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2图—10 所示的惯性筛11—2如图图示简图作匀速主动曲柄AB 作变转动，从动曲柄CD 使速转动，通过构件CE 筛子产生变速直线运动，筛子内的物料因惯性而来回抖动惯性筛2—11 图双曲柄机构中，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12图2—两曲柄选转方向相同，角速度相等平行双曲柄机构图2—12所示的天平平行双曲柄机构的应用如图2—13 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。
13 天平图2—将会CD（图2—12）转动一周，从动曲柄平行双曲柄机构在运动过程中，主动曲柄AB可能顺CD运动的不确定现象，（即CD共线位置，这样会造成从动曲柄出现两次与连杆BC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，可用增设辅的辅EF—助机构方法来解决。
图214所示为机车主动轮联动装置。
，它是增设了一个曲柄助构件，以防止平行双曲柄机构ABCD变为反向双曲柄机构。
图2—14 机车主动轮联动装置在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，但曲柄转向不同，称为反向双曲柄机构（图2—15）两曲柄旋转方向相反，角速度不相等反向双曲柄机构图2—15所示的车门开闭机构反向双曲柄机构的应用如图2—16 简图图示两曲柄的转向相反，角速度也不相同。
牵动的延伸端E，主动曲柄AB 能使两扇车门同时开启或关闭16 2—图 3、双摇杆机构及其应用所示—17两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，如图2机构中两摇杆可以分别为主动件，当连杆与摇杆共线时）BACD与C（即B 2121为机构两极限位置17—图2—18所示 2双摇杆机构的应用如图图示简图当摇杆AB摆动时，摇杆CD随之摆动，可使吊在连杆BC上点E处的重物G作近似水平移动这样可避免重物在平移时产生不必要的升降，减少能量消耗汽车前轮转向机构中，两摇杆的长度相等，当汽车直线行驶时，机构保持为等腰梯形；当汽车转弯时，两摇杆摆过不同的角度，使两前轮同时转动。
飞机着陆前，着陆轮须从机翼（机架）中推放 BC共至图中位置，AB与线。
飞机起飞后，为了减小飞行中的空气阻力，又须将着陆轮收回机翼中。
AB通上述动作由主动摇杆CD 驱动从动摇杆过连杆BC 带动着陆轮实现18—图2三、铰链四杆机构的基本性质我们已经研究了铰链四杆机构的组成，了解了机架、连杆、曲柄和摇杆的定义和相互之间的关系。
如果改变它们之间的某一尺寸或者位置关系，那么它们的结构性质就会发生变化，就会转化成另外一种性质的铰链四杆机构。
下面我们就来研究铰链四杆机构的基本性质。
、曲柄存在的条件1从上述铰链四杆机构的三种基本形式中可知，它们的根本区别就在于连架杆是否为曲柄，曲柄的存在条件为：）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
1 ）最短杆为机架或连架杆。
2 根据曲柄存在的条件，可得出铰链四杆机构基本类型的判别方法。
1）当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时： 1）若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构。
（ 2）若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构。
（ 3）若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。
（）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，机构2.均为双摇杆机构急回特性2.DC的过程工作行程：DC到21DCDC到的过程空回行程：12工作行程和空回行程摇杆的摆角相同， +θ°的转角曲柄AB =180θ-°=180．—图219 曲柄摇杆机构AB19所示为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，当曲柄旋转一周时，在AB和图2—21为摇杆的其夹角和CD,两位置上与连杆BC共线，同时摇杆CD分别位于两极限位置CD21摆角。
曲柄与连杆两次共线位置之间所夹的锐角称为极位夹角。
θB 转至AB设从动件摇杆CD从工作行程所需时间为，CB点的平均速度为，曲柄21. 的转角为 /，则=CC21转回空回行程所需时间为点的平均速度为，曲柄CAB从B，又设从动杆摇杆CD2.，则=CC/至B的转角为121>/ω因为曲柄AB是以等角速度旋转，所以，故,t=从而>.上述分析表明，摇杆在返回过程中运动较快，即机构具有急回特性。
K====°θ=180时，机构无急回特性。
K=1θ=0°，当越大，急回特性越显著。
,机构有急回特性，且θ当θ>0°死点位置3.为从动件，当机构为主动件，曲柄AB—20所示的曲柄摇杆机构中，设摇杆CD在图2通过连杆作用CD处于图示的两个虚线位置之一时，连杆与曲柄在一条直线上。
这时主动件转点不产生力矩。
所以不能使构件AAB于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，此力对动而出现“顶死”或者运动不确定状态（即工作件在该位置可能反向转动），这个位置称为死点位置。
图2—2021—图2为了使机构能够顺利地通过死点，继续正常运转，可以采用机构错位排列的办法，即所示的蒸汽机车212—将两组以上的机构组合起来，而使各组机构的死点相互错开（如图1组成的，而两者的曲柄位置相互错1G与E1F车轮联动机构，就是由两组曲柄滑块机构EFG 90°）；也常采用加大惯性的办法，借惯性作用使机构闯过死点。
开“死点”位置是有害的，但在某些场合却利用“死点”来实现工作要求。
成一直线，机构出于CD所示的飞机起落架机构，在机轮放下时，杆BC与杆2图—22 死点，此时虽然机轮上可能受到很大的力，起落架不会反转（折回），使降落更加可靠。
飞机起落架机构图2—22所示的钻床工件夹紧机构，也是利用机构的死点进行工作的，当工件夹紧2图—23成一直线，机构处于死点位置，将工件紧紧压住，保证在钻削加工时，工件不会后，BCD 松脱。
23—2图§2—2 凸轮机构凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置中。
凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。
一、凸轮机构的组成、特点图2—24所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复移动。
与凸轮轮廓接触的构件一般作往复直线运动或摆动，称为从动杆。