铰链四杆机构的特性
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。
铰链四杆机构的基本特性课件
利用智能控制技术，如模糊控制、神经网络和遗传算法，实现对机构的高精度 控制和自适应调节。
自动化技术
采用自动化技术，如机器人和自动化生产线，实现机构的自动化装配、检测和 调试，提高生产效率和产品质量。
铰链四杆机构的基本 特性课件
目录
CONTENTS
• 铰链四杆机构的定义与组成 • 铰链四杆机构的基本特性 • 铰链四杆机构的运动分析 • 铰链四杆机构的优化设计 • 铰链四杆机构的应用 • 铰链四杆机构的发展趋势与展望
01 铰链四杆机构的定义与组 成
定义
01
铰链四杆机构是一种由四个杆件 通过铰链连接而成的机械机构， 通常用于实现各种运动轨迹和传 动功能。
03 铰链四杆机构的运动分析
平面四杆机构的运动分析
平面四杆机构是由四个杆件相 互铰接组成的，其运动特性主 要取决于各杆的长度和角度。
平面四杆机构有三种基本类型 ：曲柄摇杆机构、双曲柄机构 和双摇杆机构。
平面四杆机构的运动分析可以 通过几何法和解析法进行，其 中解析法更为精确和可靠。
空间四杆机构的运动分析
求。
减小能耗
降低机构在运动过程中的能量 消耗，实现节能减排。
减小尺寸和重量
优化机构的结构设计，减小其 尺寸和重量，便于携带和运输
。
提高可靠性
增强机构的结构强度和耐磨性 ，提高其使用寿命和可靠性。
优化设计方法
数学建模
建立铰链四杆机构的数 学模型，包括几何模型 、运动学模型和动力学
模型等。
仿真分析
利用仿真软件对机构进 行运动学和动力学仿真 分析，以评估其性能。
印刷机械
在印刷机械中，铰链四杆机构用于 调节印刷滚筒的位置和角度，确保 印刷质量。
铰链四杆机构各类变形情况
/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm
2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
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二、四杆机构的运动特性
1.转动副为整转副的条件 机构中具有整转副的构件是关键构件，因为只有这种构件才有可能用电机等连续转动的装置来驱动。 若具有整转副的构件是与机架铰接的连架杆，则该构件即为曲柄。 以图示的铰链四杆机构为例，说明转动副为整转副的条件：
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。如图示。
/jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm
2012-8-14
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性 应用实例： 汽车车门开闭机构：
搅拌器机构： /jxsj/wang_luo_ke_cheng/2/2.1.htm 2012-8-14
2.1 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：
动件的往复摆角均为 。由图可以看出，曲柄相应的两个转角φ1和φ2为：
式中，θ为摇杆位于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角，称为极位夹角。 急回特性：摇杆回程平均速度大于工件行程的平均速度。 表示急回特性的程度用行程速比系数K表示，则
K
如已知K，即可求得极位夹角θ，即
m 2 t1 1 180 m1 t 2 2 180
2.1 铰链四杆机构的基本类型及运动特性
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除以上分析方法外，机构成为双摇杆机构时，LAB 的取值范围亦可用以下方法得到：对于以上给定的 杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分 析出机构为曲柄摇杆机构、双曲柄机构时LAB 的取值范围后，在0～220mm之内的其余值即为双摇杆机构时 LAB 的取值范围。 例2： 图示的插床用转动导杆机构（导杆AC 可作整周转动），已知LAB =50mm， LAD =40mm，行程速度变 化系数K=2。求曲柄BC的长度LBC 及插刀P的行程s。
铰链四杆机构的运动特性急回特性
这时摇杆CD处于最左和最右的位置：C1D和C2D。
也就是摇杆的两个极限位置。
B
C1
C C2
A
B2
D
B1
曲柄摇杆机构
3
铰链四杆机构的急回特性
一、概念： 1、极位：当曲柄摇杆机构处于两个极限位置时，称为 极位。 2、极位夹角：曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角称
为极位夹角，用字母 表示。
15
作行程（慢行程）的平均速度小于空回行程（快行程） 的平均速度，则称该机构具有急回特性。
工作行程： 切制工件 空回行程：刀具返回
8
铰链四杆机构的急回特性
四、急回特性系数 为能定量描述急回运动，将回程平均速度V2与工作行
程平均速度V1之比定义为行程速度变化系数即急回特性 系数，用K来表示。
由上式可观察出：
3、摆角：摇杆在两个极限位置的夹角称之为摆角，用
字母 表示。
思考：
极位夹角是取其所夹的锐角还是取其所夹的钝角？
为讨论及计算方便：取锐角。
4
铰链四杆机构的急回特性
二、分析：曲柄运转一周：
1、行程 1：曲柄由AB1顺时针转动到AB2时，转过的角度是1
=180º+ ；耗时为t1； 行程 2
B
C1
1
6
铰链四杆机构的急回特性
因为：
1 > 2 且曲柄匀速旋转
所以：
t1
1 1
180 1
又因为：
> t2
2 1 > t2
所以：
_
_
V1 C1C2 t1 < V2 C1C2 t2
即：摇杆返回速度较快；
这里就称它具有急回特性。
铰链四杆机构特点
铰链四杆机构特点
铰链四杆机构特点
第一步：介绍铰链四杆机构
铰链四杆机构是一种驱动机构，它由蜗轮机构、滑块机构和铰链机构
三部分组成。
蜗轮机构由蜗轮及旋转的蜗轮轴直接与驱动机构连接，
这样就可以把驱动机构的动力传送到所驱动的设备上。
在蜗轮机构的
驱动轴的两端装有滑块，滑块机构中的滑块通过铰铦连接部件将动力
传送到旋转或转动工作部件上。
铰链机构则是滑块机构与旋转或转动
工作部件之间的连接部件，它能把滑块机构传送的动力带到所驱动的
工作部件上。
第二步：铰链四杆机构的特点
铰链四杆机构的结构简单，组装方便，具有较强的耐用性和可靠性。
首先，铰链四杆机构的安装要求不高。
其次，它耐用准确，不会因润
滑油变质而导致机构受损。
另外，它具有良好的动力传递性能，且具
有很高的动力传递效率。
此外，它还具有低噪音、低振动等特点。
第三步：铰链四杆机构的应用
由于其结构简单，组装方便，耐用性和可靠性高，因此铰链四杆机构
在工业生产中被广泛应用。
如它可以用于制造工业机械的拖动和定位，以及重型机器的驱动。
此外，它也是典型的多元机构之一，用于驱动
和控制非常复杂的工作任务的传动装置；应用于各种起重仓储设备；
在化工、石油、航空航天等行业中大量使用；并在许多机械设备中也有使用。
第四步：结论
以上是铰链四杆机构的特点，也就是它简单结构，容易组装，耐用准确，高效传动，低噪音、低振动等特点，在工业生产中得到了广泛应用。
这样，铰链四杆机构既提高了机构的运行性能，也满足了不同行业的不同需求。
铰链四杆机构-(精品-课件-素材)
机械设计基础——铰链四杆机构
1.急回特性 : 1.急回特性
摇杆的摆角， 极位夹角。 摇杆的摆角 极位夹角 ψ —摇杆的摆角 θ —极位夹角
为描述从动摇杆的急 回特性， 回特性，在此引入行 程速比系数 K，即：
K =
180 180
+ -
θ θ
K值的大小反映了急回运动特性的显著程度。K值的大 值的大小反映了急回运动特性的显著程度。 小取决于极位夹角θ ， 角越大，K值越大，急回运动 θ 角越大， 值越大， 特性越明显；反之，则愈不明显。 特性越明显；反之，则愈不明显。当时 θ = 0 ，K=1 ， 机构无急回特性。 机构无急回特性。
传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构 传动角愈大，机构的传力性能愈好， 中力的传递。机构运转过程中，传动角是变化的， 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， 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。 是检验其传力性能的关键位置。 设计要求： 设计要求：
2.按给定的行程速比系数设计四杆机构 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。
θ θ θ
例：已知摇杆长度L=100，摆角 ψ =50 和行程速比 已知摇杆长度L=100， L=100 系数k=1.4 试设计曲柄摇杆机构。 k=1.4， 系数k=1.4，试设计曲柄摇杆机构。
若在设计机构时 先给定K 先给定K值，则 :
K 1 θ = 180° K +1
在生产实际中，常利用机构的急回运动来缩 短非生产时间，提高生产率，如牛头刨床、 往复式运输机等。
铰链四杆机构基本形式和特性
3.４ 铰链四杆机构类型判别
３、案例分析
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆的长度 分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确定该机构分别以
AD、AB、CD和BC为机架时，属于何种机构？（板书）
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
3.1 铰链四杆机构的类型
平面铰链四杆机构：构件间均用用转动副相连的平面四 杆机构。如：脚踏式脱粒机
脚踏式脱粒机
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3.1 铰链四杆机构的类型
二、铰链四杆机构组成
（1）机架：机构中固定不动的构件。 （2）连架杆：与机架连接的构架。
曲柄：若能绕机架作整周转动的连架杆则称为曲柄。 摇杆：只能绕着机架在一定范围内摆动的连架杆。 （3）连杆：不直接与机架相连的构件。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(1)死点的概念
曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲
柄共线时，机构的传动角γ＝0°，此时主动件CD 通过连杆 作用于从动曲柄AB上的力恰好通过其回转中心，所以出现了 不能使构件AB转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点位
置或死点。
缝纫机的脚踏机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(3)克服死点的方法
（1）增大从动件的质量，利用惯性度过死点位置。 （2）在从动曲柄上施加外力或安装飞轮以增加惯性。 （3）采用相同的机构错位排列。
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
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3.3 铰链四杆机构曲柄存在条件
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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。
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教材重点
曲柄存在的条件。
教材难点
急回特性，行程速比系数。
教学方法
“引导——激励”法。
学法任务
１、分析问题时要抓住关键点， 方能揭开事物的本质。 ２、总结归纳问题时要严谨、 细致，从而得出一般性的结论。
３、类比、想象会给思维插上 翅膀，有利于问题的解决。
教学过程
导课：
１、铰链四杆机构的基本类型有那 些？ ２、请同学们制作出这些机构。 （导出新课）
曲柄为主动件→急回特性
摇杆为主动件→死点位置
一、填空题：
课后练习
。
1、铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是
2、曲柄摇杆机构当摇杆为主动件时，其死点位置 出现在 与 拉直或重叠共线 处。
二、判断题：
1、只有以曲柄摇杆机构的最短杆为机架，才能得 到双曲柄构. ( ) 2、在平面连杆机构中，只要以最短杆作机架，就 能得到双曲柄机构。 （ ）
教学目标
知识目标: 1、掌握并运用曲柄存在的条件， 判断铰链四杆机构的类型。 2、掌握急回特性，行程速比系数 的含义。 3、了解死点位置的作用。
能力目标：1、培养学生观察分析问题的能力。2、培养学生动手操作能力及语言 表达能力。
情感目标：
1、培养学生对学习活动的情感 偏好和主动参与的意识。 2、培养学生科学、严谨、细致 的工作作风。
三、选择题：
曲柄摇杆机构中“死点”产生的根本原因是（ Ａ、摇杆为主动件 Ｂ、没有在曲柄上装一飞轮 Ｃ、从动件的运动不确定或卡死 Ｄ、施与从动件的力的作用线通过从动件的旋转
）。
中心
课程设置特点
1、导课新颖。 2、体现了“学生为主体，教师为主导” 的教育思想，注重学生的主动参与。 3、既注意了学生的基础训练，又考虑 了学生的能力拓展。 4、尊重认识规律，即由感性认识上升 到理性认识的思维过程。
再
见
谢谢
1、若ＡＢ是机构的主动件，ＡＤ为机架，机构是什 麽类型的机构？ 2、若CD是机构的主动件，ＡＤ为机架，机构是什麽 类型的机构？
3、若ＢＣ是机构的主动件，ＡＢ为机架，机构是什 麽类型的机构？
4、若杆ＢＣ是机构的主动件，ＣＤ为机架，机构是 什麽类型的机构？
二、急回特性和行程速比系数：
急回特性：曲柄AB随作等速转动，而摇杆CD空回行程 的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机 构的急回特性。
＊以最短杆为机架时，为 双曲柄机构。 ＊以最短杆的相对杆为机架时，为 双摇杆机构。 2、若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之 和大于或等与于其余两杆长度之和，则不论以哪 一杆为机架，均为 双摇杆机构。
能力拓展练习
图示四杆机构中，各杆长度为：a=25mm，b=90mm， c=75mm，d=100mm，试求:
1、连架杆与机架中必有一个是最短杆。 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。
推论：
转动副：整转副——A、B 摆转副——C、D
根据曲柄条件，作如下推论：
1、若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之 和小于或等于其余两杆长度之和，则可能有 以下三种情况：
＊以最短杆的相邻杆作机架时，为 曲柄摇杆机构。
1、当θ＝０时，Ｋ ＝１, 机构无急回特性。
2、当θ＞０时，Ｋ ＞ １， 则机构有急回特性。
曲柄摇杆机构的演化：
当摇杆ＣＤ的长度趋向无穷大时， 则Ｃ点沿直线往复运动。
急回特性的应用：
曲柄摇杆应用：
能力拓展练习
请你举出曲柄摇杆机构的应用实例。
三、死点位置：
快速夹紧机构
缝纫机踏板机构：
死点位置：
5.2
铰链四杆机构的基本性质
一、曲柄存在的条件：
曲柄：在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架 杆称为曲柄。
曲柄存在时，杆长之间的关系：
在△ＡＣ1Ｄ中： b-a+c≥d, b-a+d≥c, 即：a+d≤b+c a+c≤b+d
在△ＡＣ2 Ｄ中：
a+b≤c+d 两两相加，化简后可得：
曲柄存在的条件：
a≤b, a≤c, a≤d
曲柄摇杆机构中，若取摇杆ＣＤ 为主动件，当摇杆ＣＤ处于两极限位 置Ｃ１Ｄ、Ｃ２Ｄ时，连杆ＢＣ与曲 柄ＡＢ将出现两次共线。这时，如不 计各运动副中的摩擦和各杆的质量， 则摇杆ＣＤ通过连杆ＢＣ传给曲柄Ａ Ｂ的力，必通过铰链中心Ａ。因该力 对Ａ点的力矩为零，故曲柄ＡＢ不会 转动。我们把机构的这种位置称为死 点位置。
请你思考：
用什麽来描述空回行 程和工作行程的快慢程度？
它与哪些因素有关？
行程速比系数：
Ｋ＝从动件空回行程平均速度V2／从动件工作行程平均速度V1
k＝V 2 ／V1 ＝
＝t１/t２ =φ １/φ ２ =1800+θ /1800-θ
θ ——极位夹角。（主动件曲柄与连杆在两共线位置时的夹角。）
分析： K=(180Ｏ+θ )/（180Ｏ-θ )
驱动力对从 动件的有效回转 力矩为零，这个 位置为机构的死 点位置。
课堂小结
曲柄存在的条件：1、曲柄的概念。 2、曲柄存在的条件。
3、推论。
急回特性和行程速比系数：
1、急回特性的概念。
2、行程速比系数。 3、急回特性的应用。 死点位置： 1、死点位置的概念。 2、死点位置的应用及防止。
思想主线
曲柄摇杆机构：
机械基础
铰链四杆机构的基本性质
主讲：莘县职业中专 李东国
教材分析
本节课是机械专业的重要内容， 是教材第二篇常用机构及轴系零件 的核心，也是继前一节——铰链四 杆机构的基本类型和应用后，对四 杆机构的进一步分析和认识，这些 性质是四杆机构设计和分析的基础， 被广泛地应用于自动化操作及工程 运输机械中。