四杆机构的基本型式资料
铰链四杆机构各类变形情况
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，1/132.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性一、铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。
它是平面四杆机构的基本型 式。
机构中各构件名称如下：机架--构件4；连架杆--直接与机架相连的构件1和3；连杆--不直接与机架相连的构件2。
其中：连架杆1为曲柄 （能做整周回转的连架杆）；连架杆3为摇杆 （ 仅能在某一角度范围内往 复摆动的连架杆）。
转动副A、B为 整转副，转动副C、D为摆动副 。
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，将四杆机构分为3种基本型式。
（1）曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
应用实例： 缝纫机踏板机构：搅拌器机构： /jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm2012-8-142.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，2/13（2）双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。
通常情况下，当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。
应用实例：惯性筛机构：两种特殊 的双曲柄机构：正平行四边形机构和反平行四边形机构 a.正平行四边形机构 在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。
/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm2012-8-142.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性页码，3/13正平行四边形机构的两曲柄的转向不仅相同，而且转速相等。
正平行四边形机构有一个位置不确定问题 ：如图示，当主动曲柄AB转到AB1位置时，从动曲柄有两种 运动可能，一种按原方向转动，一种反向转动。
解快方法： ①加惯性轮 利用惯性维持从动曲柄转向不变。
②加虚约束 通过虚约束保持平行四边形，如机车车轮联动的平行四边形机构。
b. 反平行四边形机构 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。
平面四杆机构的基本形式及其演变
平面四杆机构的基本形式及其演变提问：请试举几个生活与工程中的四杆机构的实例基本类型：铰链四杆机构（均为转动副）一、铰链四杆机构的基本形式及应用1、组成：机架：固定不动的构件曲柄：相对机架可作整周旋转连架杆：与机架相连的构件摇杆：只能在某一角度内摆动连杆：不与机架相连的构件2、分类：曲柄摇杆机构特征：曲柄加摇杆功用：（1）将曲柄的转动转换为摇杆的摆动（曲柄为主动件）（2）将摇杆的摆动转换为曲柄的转动（摇杆为主动件）例：雷达天线、搅拌机、剪切机（1）；缝纫机踏板机构（2）双曲柄机构特征：两个曲柄功用：将等速转动变为不等速同向、等速同向或不等速反向等转动。
特例：A、平行四边形机构特征：两相对构件等长且平行，呈平行四边形；两曲柄同速同向运动，连杆做平动。
实例：摄影平台、火车轮、天平等注意：平行四边形机构在共线位置出现运动不确定，两曲柄有可能反向旋转，所以采用两组机构错开排列，如火车轮。
B、反平行四边形机构特征：两相对构件等长，但机架与连杆不平行；两曲柄做反向不等速转动。
实例：车门开闭机构例：惯性筛（变速）；旋转式叶片泵、平台升降机构（同向同速）；车门开关机构（等速反向）双摇杆机构特征：两个摇杆功用：将一种摆动转换为另一种摆动实例：造型翻箱、起重机变幅机构、飞机起落架、汽车转向机构*注意分析各类四杆机构的运动传递关系和各构件的动作二、铰链四杆机构的演化型式(1) 改变构件的形状和运动尺寸(2)改变运动副的尺寸偏心轮机构(3)选不同的构件为机架曲柄滑块机构导杆机构（摆动、转动）应用实例：压力机、内燃机应用实例：牛头刨床31 2B31 2B对心曲柄滑块机构双滑块机构正弦机构偏心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构直动滑杆机构应用实例：货车自卸机构应用实例：手摇唧筒。
四杆机构的基本型式及其演化w (1)
往复摆动 —— 摇杆
1、铰链四杆机构的基本型式
⑴.曲柄摇杆机构（以最短杆的邻边为机架）
①.特点：
☆ 两连架杆中一个为曲柄， 另一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 曲柄的匀速转动
摇杆为主动件时， 摇杆变速往复摆动
摇杆变速往复摆动 曲柄的匀速转动
②.曲柄摇杆机构应用一——雷达天线俯仰机构 关键：以最短杆的邻边为机架
A
100
C
C 50 B
70 70
100
120
D A 60 D
50 C B
90
100
A
70
D
a）
b）
c）
d）
a) 40+110<70+90，又以最短杆为机架，则为双曲柄机构 b) 120+45<100+70,以最短杆邻边为机架，为曲柄摇杆机构 c)50+100>60+70，无论如何都是双摇杆机构 d)50+100<90+70,但以最短杆BC对边为机架，则为双摇杆机构
1.铰链四杆机构的优缺点
⑴优点： 磨损小，寿命长，传递动力大，制造简单， 制造精度较高。
原因：低副连接，面接触，压强小，便于润滑，磨损小，接触 面是圆柱面或平面，易制造，制造精度高
⑵缺点：运动累计误差大。
关键：低副连接(面接触)
第一节 平面机构的类型及其应用
一.铰链四杆机构
定义: 全由转动副构成的平面四杆机构 称为平面铰链四杆机构
关键：⑴ 对心曲柄滑块机构： ⑵ 偏置曲柄滑块机构：
e——偏距
2、导杆机构：
① L1＜ L2:机架短 曲柄转动导杆机构
② L1＞L2:机架短 曲柄摆动导杆机构
平面四杆机构的基本类型及应用-精品文档
图3－16b
图3－19
图3－20
• 若选用曲柄滑块机构中滑块3作机架（图316c），即演化成移动导杆机构（或称定块 机构）。 • 它应用于手摇卿筒（图3—21）和双作用式 水泵等机械中。
图3—21
图3-16c
（3）变化双移动副机构的机架
• 在图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机 构中，是选择滑块4作为机架的，称之为正弦机构， 这种机构在印刷机械、纺织机械、机床中均得到广 泛地应用，例如机床变速箱操纵机构、缝纫机中针 杆机构（图3—22d）；
铰链四杆机构可分为以下三种类型
1、曲柄摇杆机构
• 铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整 周转动，另一个只能作往复摆动的机构。
2、双曲柄机构
铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转 动的机构。
• 在双曲柄机构中，若相对两杆平行相 等，称为平行双曲柄机构（图3－9）。 这种机构的特点是其两曲柄能以相同 的角速度同时转动，而连杆作平行移 动。图3－10a所示机车车轮联动机构 和图3－10b所示的摄影平台升降机构 均为其应用实例。
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
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。
铰链四杆机构基本类型
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。
设曲柄以ω逆时针匀速旋转。
平面连杆机构的运动和动力特性
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：
双滑块机构的应用
• (4) 两移动副相邻且都与机架相连。下面所示的椭 圆仪就是这种机构。当两个滑块在机架的滑槽中 移动时，连杆上的各点的轨迹是长短半径不同的 椭圆。
双滑块机构应用－椭圆仪
五、偏心轮机构
扩大转动副
曲柄滑块机构
偏心轮机构
将转动副B加大，直至把 转动副A包括进去，成为 几何中心是B，转动中心 为A的偏心圆盘。
（1）曲柄摇杆机构
平面连杆机构的类型、特点和分类
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。
雷达天线俯仰机构
搅拌机构
（ 曲柄主动 ）
缝纫机踏板机构 （ 摇杆主动 ）
• 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
设计时往往先给定 K 值，再计算θ，即 180 K1
K1
曲柄滑块机构的急回特性分析
平面连杆机构的运动和动力特性
导杆机构的急回特性分析
应用：节省回程时间，提高生产率。
• 一、曲柄滑块机构
• 在图2-11a）所示的铰链四杆机构 ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲 率半径较大甚至是C点作直线运动，则 摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷 大，这显然给布置和制造带来困难或不 可能。为此，在实际应用中只是根据需 要制作一个导路，C点做成一个与连杆 铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不 再专门做出CD杆。这种含有移动副的 四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运 动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构， 当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑 块机构。
机械原理NO[1].12 8-3 平面四杆机构的基本知识--2
![机械原理NO[1].12 8-3 平面四杆机构的基本知识--2](https://img.taocdn.com/s3/m/f4a7b4b6e87101f69f319596.png)
工程上也常利用死点来工作。
夹具
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
四、铰链四杆机构的连杆曲线 Coupler-curve of four-bar linkages
在四杆机构运动时，其连杆平面上的每一点均描绘出一条曲线， 称为连杆曲线(coupler curves)
B型
水滴型
面包型
瘦长型
伪椭圆型
三角型
机构尺寸： 各运动副之间的相对位置尺寸（或
角度）以及描绘连杆上某点（该点实现 给定运动轨迹）的位置参数等。
平面连杆机构设计的基本要求：
1。要求从动件满足预定的运动规律要求（函数生成问题）； 2。满足预定的连杆位置要求（刚体导引问题）； 3。满足预定的轨迹要求（轨迹生成问题）。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
最多能解五个精确位置，多于五个位置只能近似求解，少于五个位置可有无穷解。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
2。按预定的运动规律设计四杆机构（函数综合）
1）按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构：
要求: 3i f (1i ) ， i =1、2、…、k
（已知条件）
取杆长的相对变量 a/a=1 , b/a=l, c/a=m , d/a=n 为设计参数，不影响各构件的相对 转角关系，故杆长的设计变量为ｌ、ｍ、 ｎ ，再加上0 、0共５个设计变量。
• （2）改变运动副的尺寸；
• （3）选不同的构件为机架；
• （4）运动副元素的逆换。
机械原理
第8章 平面连杆机构及其设计
• 4．平面四杆机构有曲柄的条件： • （1）各杆长满足杆长条件：最短杆与最长杆的长度之和
应小于或等于其余两杆长度之和； • （2）最短杆为连架杆或机架。 • 5．急回运动及行程速度变化系数： • （1） 急回运动： • 当连机构的主动件为等速回转时，从动件空回行程的平
平面四杆机构的基本类型及应用
图3-15
图3—22
• 若选取构件1为机架（图3－22b）， 则演化成双转块机构，它常应用 作两距离很小的平行轴的联轴器， 图3-22e所示的十字滑块联轴节为 其应用实例；
图3－22b
图3-22e
• 当选取构件3为机架（图3－22c）时， 演化成双滑块机构，常应用它作椭圆 仪（图3—22f）。
图3－22
图3－9
图3－10
• 在图3－11a所示双曲柄机构中，虽然其对应边长度 也相等，但BC杆与AD杆并不平行，两曲柄AB和 CD转动方向也相反，故称其为反平行四边形机构。 • 图 3－11b所示的车门开闭机构即为其应用实例， 它是利用反平行四边形机构运动时，两曲柄转向相 反的特性，达到两扇车门同时敞开或关闭的目的。
• 一、平面四杆机构的基本类型及应用
• 全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构， • 它是平面四杆机构的最基本型式（如图3-4a所示）
图3-4a
a—曲柄： 与机架相联并且作整周转动的构件； b—连杆：不与机架相联作平面运动的构件； c—摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件； d—机架： a、c—连架杆。
图 3－11
3、双摇杆机构
双摇杆机构:铰链四杆机构中的两连架杆均不能作 整周转动的机构。
如 图 3 － 12 所 示 鹤 式 起 重 机 的 双 摇 杆 机 构 ABCD，它可使悬挂重物作近似水平直线移动， 避免不必要的升降而消耗能量。在双摇杆机构 中，若两摇杆的长度相等称等腰梯形机构，如 图3—13中的汽车前轮转向机构。
转动导杆机构
摆动导杆机构
• 它可用于回转式油泵、牛头刨床及插床 等机器中。图3－17所示小型刨床和图3— 18 中的牛头刨床，分别是转动导杆机构 和摆动导杆机构的应用实例。
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二、铰链四杆机构的组成
机架：固定不动的构件。 （静件、固定件） 连架杆：与机架相连的杆； 连架杆 连杆：连接两连架杆的活
动构件； 它是不与机架相连的构件
连杆
连架杆 机架
曲柄：能绕固定铰链中心作整周转动的连架杆；
2020摇/5/2杆2 ：只能摆动的连架杆。
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三、铰链四杆机构的基本形式
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（一）曲柄摇杆 机构
转动副变移动副 偏心曲柄滑块机构
曲柄滑块机构——改变构件杆长的演变 曲柄滑块机构可看成是曲柄摇杆机构通过改变 构件的形状和运动尺寸演变而成的。
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类型 偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
曲柄存在条件：
取构件1为机架 曲柄滑块机构 —L1—<L—2————— 转动导杆机构
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取曲柄为机架 L曲柄>L连杆 曲柄滑块机构 ———————— 摆动导杆机构
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(2)、应用
2020/5/2简2 易刨床
牛头刨床机构
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2、摇块机构 (1)、演化过程
曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。
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连杆机构的优缺点
连杆机构相联处都是面接触，因此具有下述优缺点： 1、承受载荷大，便于润滑，故磨损小； 2、制造方便，易获得较高的精度； 3、改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 4、运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低时， 运动累积误差大。 5、产生动载荷（惯性力），不适合高速。
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缝 纫 机 脚 踏 板 机 构
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(3)反向双曲柄机构（反平行四边形机构） 特点：两曲柄转向相反，且角速度不相等。
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❖ 车门启闭机构
应用实例
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3、双摇杆机构 ❖ 是两连架杆都为摇杆的四杆机构。
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应用：鹤式起重机
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任务四 平面连杆机构 1、平面四杆机构的基本型式及其演化
教学目的 掌握铰链四杆机构基本型式及其演化型式的
特点及应用。 教学重点
铰链四杆机构的演化形式
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1
一、平面连杆机构概述
连杆机构是若干刚性构件用低副（转动副和移 动副）联接而成。 若各构件均在相互平行的平面内运动，就称为 平面连杆机构。
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二、 铰链四杆机构的演化 1、 转动副变为移动副的演变 2 、扩大运动副的演变 3、取不同的构件为机架的演变
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❖ 四杆机构的演化
转动副变
移动副
扩大转动副
❖ 曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构 偏心轮机构
取不同构 件为机架
取不同构 件为机架
双曲柄机构 双摇杆机构
导杆机构 定块机构 摇块机构
对心曲柄滑块机构：L1<L2 行程S=2L1
偏置曲柄滑块机构：L1+e<L2
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（二）扩大运动副尺寸的演化——偏心轮
在曲柄滑块机构中，若曲柄很短，则滑块的行程可将转动 副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中 心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有 偏心轮的机构称为偏心轮机构。
手摇唧筒
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小结
铰链四杆机构的演化形式
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（2）平行双曲柄机构（平行四边形机构）
❖ 机构中相对的两杆平行且 相等。
❖ 特点：两曲柄转速相等； ❖ 连杆始终与机架平行； ❖ 运动的不确定性。
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应用
播种机料斗机构
升 降 机 构
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❖ 过转折点（死点）常用方法 （1）在机构中安装一个大质 量的飞轮，利用其惯性闯过 转折点； （2）利用帮助曲柄来消除运 动不确定现象。
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应用
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也可以以摇 杆为主动件，曲 柄为从动件，将 主动摇杆的往复 摆动转化为从动 曲柄的整周转动。
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缝纫机踏板机构
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2、双曲柄机构
双曲柄机构：是两连架杆都可以相对于机架作整 周转动的铰链四杆机构。 （1）不等双曲柄机构（如惯性筛机构）
特点：主动曲柄以等 角速度连续旋转时，从 动曲柄则以变角速度连 续转动。
按连架杆的运动形式不同，四杆机构分为：
1、曲柄摇杆机构
特征：曲柄＋摇杆
2、双曲柄机构 特征：两个曲柄
（不等双曲柄机构、平行双曲柄机构、反向双曲 柄机构）
3、双摇杆机构
特征：两个摇杆
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4、铰链四杆机构类型的判别方法
P77
（1）若满足杆长之和条件，即 lmax lmin l1 l2 ，则 连架杆→为曲柄摇杆机构；
曲柄滑块机构
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偏心轮机构 24
应用:偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大， 且易于安装整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、 冲击较大的机械中。
2020/5/22颚式破碎机
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（三） 取不同杆做机架的演变
1、导杆机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时就演化成导杆机构。
取连杆为机架 曲柄滑块机构———————— 摇块机构
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(2)、应用
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卡车自动卸料机构
31
3、定块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将滑块改为机架时，就演化成定块机构。
取滑块为机架 曲柄滑块机构———————— 定块机构
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32
(2)、应用
最短杆是
机 架→为双曲柄机构；
连 杆为双摇杆机构。
（2）若不满足杆长之和条件，即 lmax lmin l1 l2，则 无论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构。
2020/5/22
6
（一）曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲柄，另 一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构
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