第二章_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
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
• 举例：雷达天线；缝纫机的踏板机构。
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图1-17 雷达天线俯仰角调整机构
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图1-18 缝纫机踏板机构
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皮带轮
BA
C
踏板
D
7
d≤b
d≤c
(1-2)
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• 式（1-1）和式（1-2）说明，组成整转副A 的两个构件中，必有一个为最短杆；
• 式（a）、（b）、（c）说明，该最短杆与 最长杆的长度值和必小于或等于其余两构件 的长度之和，该长度之和关系称为“杆长之 和条件”。
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• 综合归纳以上两种情况，可得出如下结论： 在铰链四杆机构中，如果某个转动副能成为 整转副，则它所连接的两个构件中，必有一 个为最短杆，并且四个构件的长度满足杆长 之和条件。
和。 • 最短杆或最短杆的任一相邻杆作为机架。
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判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、 双曲柄机构还是双摇杆机构？
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练习
已知四杆机构中，尺寸如图所示， AD为机架，求： 1、该机构为曲柄摇杆机构时，lAB的最大值。 2、该机构为双曲柄机构时，lAB的最小值。
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图 1-23 翻砂箱机构
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图1-24 汽车前轮转向机构
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判断：起重机机构属于曲柄摇杆机构、双曲 柄机构还是双摇杆机构？
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(整理)铰链四杆机构及其转换机构
第二章 平面连杆机构案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。
第一节 铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成和基本形式1.铰链四杆机构的组成如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。
被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。
连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。
2.铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
(1)曲柄摇杆机构。
在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。
如图2-1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。
如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB 转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功能。
如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB 转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E 作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。
(2)双曲柄机构。
在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。
如图2-4所示惯性筛的 图2-1 雷达天线调整机构 图2-2 汽车雨刮器图2-3 搅拌机工作机构原理，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。
当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a ）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。
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。
铰链四杆机构的三种基本形式
铰链四杆机构的三种基本形式
铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。
1、曲柄摇杆机构
定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。
应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。
如雷达天线俯仰角调整机构。
当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。
2、双曲柄机构
定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄时，此机构称为双曲柄机构。
在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如惯性筛。
如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构。
这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如机车车轮联动机构。
3、双摇杆机构
定义：铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时，此机构称为双摇杆机构。
在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当主动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆作摆动运动。
如码头起重机中的双摇杆机构，当CD摇杆摆动时，连杆BC上悬挂重物的点M近似水平直线移动。
判定方法：杆长之和条件: 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和。
满足杆长之和条件: ①最短杆为机架-----双曲柄机构; ②最短杆的相邻杆为机架----曲柄摇杆机构; ③最短杆的相对杆为机架-----双摇杆机构。
不满足杆长之和条件：无论以哪个杆作机架,均为双摇杆机构。
铰链四杆机构
设计：潘存云
Q
Q A
搅拌机构
E
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K）
3)动力条件（给定γmin）
设计方法：图解法、解析法、实验法
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角φ及K， E 设计此机构。步骤如下： θ φ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D，作等腰三角形 A 腰长为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P;
第2章 平面连杆机构
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性 §2－2 铰链四杆机构有整转副的条件 §2－3 铰链四杆机构的演化 §2－4 平面四杆机构的设计
§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、 折叠床、 牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。 定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。 特点： ①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。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
设计：潘存云
φ=θ
D
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H，偏 距e，设计此机构 。 ①计算: θ ＝180°(K-1)/(K+1); ②作C1 C2 ＝H
H C1
90°-θ
C2
90°-θ
A
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刮雨器
公共汽车车门启闭机构
公共汽车车门启闭机构
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。
认识一 下吧
认识一下吧
本章要解决的问题
铰链四杆机构是如何改变或传递运动的？ 杆与杆之间是怎么连接的？ 它的工作特性是什么？
一、铰链四杆机构的组成
A1
O1
2
B
3
4
O2
铰链四杆机构：
全部用转动副相 连的平面四杆机构。 它是平面四杆机构的 基本型式之一，其它 型式的四杆机构可看 作是在它的基础上通 过演化而成的。
机架 连杆 连架杆
机构的固定构件 不直接与机架连接的构件 与机架用转动副相连接的构件
2 3
1 4
连架杆可分为
曲柄：能绕机 架作整周转动 的连架杆
双曲柄插床
双摇杆机构 特点：
两个连架杆均为摇杆 。
车轮转向机构：
四杆件构成等 腰梯形，按箭 头方向牵动摇 杆AB的延伸 端E，可使两 摇杆AB，CD 同向摆动并带 动两轮同时转 向。
飞机起落架
飞机起落架
汽车自卸翻斗装置
判断下图铰链四杆机构类型
小结
1、铰链四杆机构的组成
机架 连杆 连架杆
什么叫铰链？
一物体A套在另一物体B 的一部分C上,物体 A的运动受到C的限制，但A可以绕C在平面 或空间内（C为球形）转动，物体A与B就构 成铰链
．
生活中的铰链
铰链四杆机构在生活、生产中广泛用于动力 的传递或改变运动的形式，例如公共汽车门 的开启，汽车前窗刮雨器等都是利用铰链四 杆机构来完成工作任务的。
曲柄 摇杆
2、铰链四杆机构的分类
（按连架杆运动形式不同分）
曲柄摇杆机构 仰俯式雷达搜索机构 搅拌机
不等长双曲柄机构 惯性筛
双曲柄机构
平行双曲柄机构 火车轮 反向双曲柄机构 汽车车门启闭系统
双摇杆机构 起重机 飞机起落架
课堂练习
1、铰链四杆机构分为
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
———————— 、—————————
最短杆对杆为机架， 双摇杆机构
只形成双摇杆机构
铰链四杆机构类型的判别
满足杆长之和条件: ①最短杆为机架-----双曲柄机构; ②最短杆的相邻杆为机架----曲柄摇杆机构; ③最短杆的相对杆为机架-----双摇杆机构. 不满足杆长之和条件：
无论以哪个杆作机架,均为双摇杆机构
25
10
15
15
双摇杆机构
————————
三种基本类型，是根据
两连架杆
————————
的运动形式不同
——————————
来划分的。
2、家用缝纫机踏板机构是
曲柄摇杆 机构，它是以
———————
踏板
————
为主动件的。
3、下列属于双曲柄机构的是（ D ）
A 搅拌机
B 自动翻斗装置
C 港口起重机 D 汽车车门启闭机构
作业
摇杆：只能绕机 架作小180°的 某一角度摆动的 连架杆
二、铰链四杆机构的基本类型
根据两个连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构可分为三种 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
特点：
连架杆
一为曲柄 一为摇杆
将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
取不同的构件为机架时，可得三种不同性质的铰 链四杆机构
2.最长杆和最短杆的长度之和小于等于其 他两杆长度之和
曲柄存在的条件
铰链四杆机构三种基本形式的判别方法
本 1.当a+d≤c+b时： a为最短杆；d为最长杆
节
重 点
b
B
C
c
与最短杆相邻的杆AD为机架，此时为：
之 二
a
曲柄摇杆机构
A
D
d
b C 最短杆AB为机架，此时为 ：
B
c
a
双曲柄机构
A
d
D
b
B
a
画出剪板机的机构简图
铰 曲柄摇杆机构
链 四
具有一个曲柄和一个摇杆的铰 链四杆机构
杆
机
构
的 双曲柄机构
三 种
具有两个曲柄的铰链四 杆机构
基
本 双摇杆机构
形 式
具有两个摇杆的铰链四杆机 构
本节重点之一
想一想：四杆机 构中，曲柄存在 的条件是什么？
四杆机构中，要有曲柄存在，必须同时满足下 列两个条件： 1.连架杆与机架中必有一个是最短杆；
双曲柄机构的应用实例：
主动曲柄AB 匀速转动， 从动曲柄 CD做变速 转动并通过 附加连杆CE 带动筛子作 变速往复直 线运动，以 使被筛物料 获得较好的 筛分效果。
惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车门启闭机构 （反平行四边形机构）等。
火车驱动轮连动机构
平行双曲柄机构
连杆与机架的长度相等且两 曲柄长度相等，曲柄转向相 同的双曲柄机构
一为曲柄 一为曲柄
主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转 。
1.一般双曲柄机构（不等长双曲柄机构）
特点： 两曲柄不相等，主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。
应用：惯性筛
2.平行双曲柄机构： 特点：两曲柄相等、同向，角速度相等。 应用：火车车轮联动装置
3.反向双曲柄机构：
特点：两曲柄相等、反向，角速度不相等。 应用：车门启闭机构。
机车车轮联动装置
传动特点：主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动。
天平
利用平行双曲柄机构双曲柄的旋转方向和角度均相同的特性， 保证两天平盘始终保持水平状态。
挖掘机
汽车门启闭机构
四杆机构成反 向双曲柄机构。 双曲柄的转向 相反，角速度 也不相同。牵 动主动曲柄AB 的延伸端E， 能使两扇车门 同时开启或关 闭。
A
d
C 与最短杆相对的杆CD为机架，此时为：
c
双摇杆机构
D
2.当a+d>c+b时：a为最短杆；d为最长杆
b
C
本 节 重 点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
a
c
之
二
A
d
D
双无摇论杆哪机根构杆为机架都为:
归纳
Lmin Lmax L1 L2
判 别 方 法
Lmin+Lmax>L1+L2
最短杆邻杆为机架， 曲柄摇杆机构
最短杆为机架， 双曲柄机构
取最短杆的邻杆为机架 －－－曲柄摇杆机构
取最短杆的对杆为机架 －－－双摇杆机构
取最短杆为机架 －－－双曲柄机构
应用： 搅拌机、汽车前窗刮雨器等。
以摇杆为主动件,曲柄为从动件。 运动形式： 把摇杆的往复摆动转化为曲柄的整周回转运动
雷达机构
颚式破碎机
剪刀机
2.双曲柄机构
特点：
连架杆
10 25 1515
不满足杆长之和条件
双摇杆机构
25
25 15
15
15 25 15 25
满足杆长之和条件
双曲柄机构
例题：如下图所示，判断铰链四杆机构属于哪种基本
形式？
ADmax=230mm, ABmin=130mm,
C
200
B
180
130 230
A
D
由已知可得： 230mm+130mm<200mm+180mm 即AD+ AB< BC+ CD 满足Lmax +Lmin≤L 1+L2