铰链四杆机构的组成与分类
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，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。
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
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
最新课件
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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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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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1
机 一、铰链四杆机构
械 设 计 基 础
平
面
连
铰链四杆机构类型判断的方式
铰链四杆机构类型判断的方式
铰链四杆机构是一种常见的机械结构，用于转动或平移运动。
要判断铰链四杆机构的类型，可以从几个方面进行分析：
1. 运动副的类型，铰链四杆机构通常由铰链连接的四个杆件组成，通过观察各个连接处的运动副类型，可以判断机构的类型。
例如，如果存在旋转副和铰链副，那么这个四杆机构就是旋转-转动铰链机构；如果存在滑动副和铰链副，那么这个四杆机构就是平移-转动铰链机构。
2. 杆件的排列方式，观察四个杆件的排列方式，可以帮助判断铰链四杆机构的类型。
如果四个杆件呈矩形排列，两对对角杆件平行，这是典型的平行四杆机构；如果四个杆件呈菱形排列，这是典型的菱形四杆机构。
3. 运动特性，观察铰链四杆机构的运动特性也可以帮助判断其类型。
通过对机构进行手动模拟或进行运动学分析，可以得出机构的运动规律，从而确定其类型。
综上所述，判断铰链四杆机构的类型需要结合运动副类型、杆件排列方式和运动特性进行综合分析，以得出准确的结论。
5.1铰链四杆机构的组成与分类
§铰链四杆机构的组成与分类一、铰链四杆机构的组成平面连杆机构是由一些刚性构件有转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构。
它是低副机构。
由四个构件组成的平面连杆机构叫四杆机构。
而构件间用四个转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。
关于铰链四杆机构的术语：1．机架（静件、固定件）：固定不动的构件。
2．连杆：机构中不与机架相连的构件。
3．连架杆：机构中与机架用低副相连的构件。
连架杆按其运动特征可分成曲柄和摇杆两种。
连架杆曲柄——能绕转动副轴线整圈旋转的连架杆。
摇杆——只能绕转动副轴线摆动的连架杆。
二、铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1．曲柄摇杆机构——具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。
对于曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件时，能将曲柄的整圈旋转转换成摇杆的往复摆动；当摇杆为主动件时，能将摇杆的往复摆动转换成曲柄的整圈旋转运动。
举例说明。
2．双曲柄机构——具有两个曲柄的铰链四杆机构。
其特点为：主动曲柄匀速回转一周，从动曲柄随之变速回转一周。
双曲柄机构1．平行四边形机构：连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等，两曲柄转向相同。
其运动特点：两曲柄的回转方向相同，角速度相等。
2．反向平行双曲柄机构：连杆与机架的长度相等、两曲柄长度相等但转向相反。
其运动特点：两曲柄的回转方向相反，角速度不等。
运动的不确定现象: 主动曲柄回转方向不变，而从动曲柄可能顺时针回转，也可能逆时针回转，而使机构变成反向平行双曲柄机构，导致不能正常传动的现象。
怎样避免运动不确定现象？（1）利用从动曲柄本身的质量或附加一转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性作用来导向；（2）增设辅助构件；（3）采取多组机构错列。
举例说明。
如机车车轮联动装置，采用车轮错列机构及车门启闭机构等。
3．双摇杆机构——具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构中，两个连架杆均为摇杆，两摇杆可以分别为主动件，故有两个死点位置。
四杆机构的组成
四杆机构的组成四杆机构是一种常见的机械结构，由四根杆件和若干个铰链连接而成。
它具有多种运动特性，可以用于实现各种机械装置的运动传动和控制。
下面将介绍四杆机构的组成部分及其作用。
1. 固定杆件：四杆机构中的固定杆件用于固定整个机构，使其保持稳定。
它通常是一个不参与运动的杆件，起到支撑和固定其他杆件的作用。
2. 连接杆件：连接杆件是四杆机构中的重要组成部分，它连接着其他杆件，并且具有一定的长度和刚度。
连接杆件的长度和形状决定了机构的运动特性，可以通过调整连接杆件的长度和角度来改变机构的运动轨迹和速度。
3. 铰链：铰链是四杆机构中的连接元件，它能够使杆件在连接处可以相对旋转。
铰链的作用是允许杆件之间的相对运动，同时保持连接的稳定。
在四杆机构中，铰链通常由销钉或轴承等元件构成。
4. 操纵杆件：操纵杆件是四杆机构中用于传递输入力或运动的杆件。
它通常与外部输入力或运动源相连，通过操纵杆件的运动来控制整个机构的运动。
操纵杆件的长度和形状可以根据具体的应用需求进行设计。
四杆机构的组成部分相互配合，通过铰链的连接和操纵杆件的运动，实现了机构的运动传动和控制。
四杆机构具有多种运动特性，包括旋转、平移、摇摆等，可以用于实现各种机械装置的运动机构，如摇杆机构、连杆机构等。
四杆机构的应用非常广泛。
在工程领域中，它常用于设计和制造各种机械装置，如发动机、机床、机械手臂等。
在生活中，四杆机构也可以见到，如门窗的开关、自行车的脚踏板等。
四杆机构的设计和分析需要考虑多个因素，如杆件的长度和形状、铰链的位置和类型、操纵杆件的运动方式等。
四杆机构是一种重要的机械结构，由固定杆件、连接杆件、铰链和操纵杆件组成。
它具有多种运动特性，可用于实现各种机械装置的运动传动和控制。
四杆机构的设计和分析需要考虑多个因素，以满足具体的应用需求。
通过合理的设计和优化，四杆机构能够发挥出其优势，实现各种复杂的运动任务。
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。
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三、双摇杆机构动画演示
（单击箭头进行播放）
三、双摇杆机构
定义：具有两个摇杆的铰链四杆机构成为双摇杆 机构 。 两摇杆可以分别为主 动件。 机构两极限位置：
B1C1D C2B2A
双摇杆机构的应用实例
港口起重机 吊运货物是利 用平面连杆机 构中的双摇杆 机构实现的
起重机机构
双摇杆机构的应用实例—起重机动画演示
反向双曲柄机构的应用实例有
车门启闭机构
3.不等长双曲柄机构动画演示
（单击箭头进行播放）
不等长双曲柄机构
如图所示，取曲柄AB 为主动件，当主动曲柄AB 顺时针回转180°到AB1位 置时，从动曲柄CD顺时针 回转到C1D，转过的角度 φ1 ， 主动曲柄AB继续回 转180°，从动曲柄CD转 过的角度φ2 。 显然φ 1 > φ 2 运动特点：
曲柄摇杆机构应用—破碎机动画演示
二、双曲柄机构
定义：两连架杆都是曲柄（整周转）的铰链四杆机构。 类型：
不等长双曲柄机构
双曲柄机构
等长双曲柄机构
平行双曲柄机构 反向双曲柄机构
1.平行双曲柄机构动画演示
1.平行双曲柄机构
当不等长双曲柄机构中的主、从动曲柄长度相等，且始 终平行时，双曲柄机构则演化成平行双曲柄机构，又称 为平行四边形机构。 平行四边形机构运动特点： 平行四边形机构的 两曲柄旋转方向相 同，角速度也相同。 从动曲柄运动不确 定。
曲柄摇杆机构的应用实例
（1）曲柄为主动件，摇杆为从动件时，曲柄摇杆机 构可以把曲柄的整周回转转换成摇杆的往复摆动。利 用这一原理的实例有：
剪板机
雷达天线俯仰角度
的摆动装置
汽车雨刷
曲柄摇杆机构应用—剪板机动画演示
（播放模式下点击play进行动画播放）
曲柄摇杆机构应用—汽车雨刷动画演示
曲柄摇杆机构应用—搅拌机动画演示
起重机机构
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Q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 量的消耗。
自动翻斗装置 当油缸活塞杆向右伸出时，可带动双摇杆AB与CD 向右摆动，使翻斗中的货物自动卸下。当油缸活 塞杆向左缩回时，则带动双摇杆AB与CD向左摆动， 使翻斗回到原来的位置。
课堂练习
刚性构件 用 _________ 转动副 和_________ 移动副 1.平面连杆机构是由___________ 同一平面 相互连接而组成的，在____________ 或 相互平行的平面 ______________内运 动的机构。 2.当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为 铰链四杆机构 低 副机构。 ____________,其属于______ 固定不动 的构件，连杆为 3.在铰链四杆机构中，机架为__________ 不与机架直接连接 的构件，连架杆为__________________ 连接机架与连杆 __________________ 的构件。 曲柄摇杆机构 4.铰链四杆机构的三种基本类型是____________、 双曲柄机构 双摇杆机构 。其基本类型是按 ___________和____________ 两个连架杆种类的不同 _____________________来确定的。 绕固定铰链作整周连续旋转的 的连架杆称为曲柄。 5.__________________________ 绕固定铰链只能来回摇摆一个角度的 6._________________________________ 的连架杆称为摇杆。
小结
铰链四杆机构的组成。
曲柄及摇杆的定义。
曲柄摇杆机构的特地昂及应用实例。 双曲柄机构的特点及应用实例。 双摇杆机构的特点及应用实例。
布置作业
习题册§7－2 铰链四杆机构的组成与分类
φ 1 + φ 2 =360°
主动曲柄等速转动， 从动曲柄变速转动。
不等长双曲柄机构的应用实例—惯性筛 动画演示
不等长双曲柄机构的应用实例—惯性筛
惯性筛工作 时，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。
慢
快
平行双曲柄机构的应用实例
机车车轮 联动装置
天 平
平行双曲柄机构的应用实例—天平动画演示
（单击箭头进行播放）
2.反向双曲柄机构动画演示
（单击箭头进行播放）
2.反向双曲柄机构
当双曲柄机构中的主、从曲柄长度相等，而机架与 连杆长度也相等但不平行时，双曲柄机构则演化成 了反向双曲柄机构。 反向双曲柄机构运 动特点：反向双曲 柄机构的两个曲柄 的旋转方向相反， 且角速度不等。
AD—机架 AB—摇杆 CD—摇杆 BC—连杆
电风扇摇头机构
电动机固定在摇杆4上，铰链A处装有一个与连杆 1固结成一体的蜗轮，蜗轮与电动机轴上的蜗杆 相啮合电动机转动时，通过蜗杆和蜗轮迫使连杆 1绕A点作整周旋转。当主动件连杆AB转动时，带 动两从动摇杆AD和BC作往复摆动，从而实现了风 扇的摇头动作。
铰链四杆机构的分类
(播放模式点击按钮进行动画播放）
一、曲柄摇杆机构
定义：两连架杆一个是曲柄， 一个是摇杆的铰链四杆机构。
曲柄的整周回转
摇杆的往复摆动
运动特点：曲柄等速转动，摇杆变速摆动。
曲柄摇杆机构动画演示
(播放模式下点击运动进行动态演示）
以一定角度摆动
整圈转动
由此可知，曲柄摇杆机构能将主动件（曲柄）的 等速整周回转运动转换为从动件（摇杆）的变速 往复摆动。
构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为平 面铰链四杆机构。简称铰链四杆机构。是平面连杆机构 的基的组成与分类
4—机架（静件） 2—连杆
固定不动的杆
不与机架相连的杆
与机架直接相连的杆 1，3—连架杆 曲柄：能绕其转动副中心作整周回转运动的连架杆。 摇杆：仅能在某一角度内摆动的连架杆。
§7－2 铰链四杆机构的组成与分类
回顾：§7－1 平面连杆机构的特点
相关概念： ⑴ ⑵ (3) 平面连杆机构 平面四杆机构 平面铰链四杆机构
平面连杆机构——由一些刚性构件用转动副和
移动副相互连接而组成的,在同一平面或相互平行平
面内运动的机构。
最常用的平面连杆机构是具有四个构件（包括机架）
的低副机构，称为平面四杆机构。