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
常用机构
§ 5—1 铰链四杆机构 § 5—2 凸轮机构 § 5—3 棘轮机构和槽轮机构
§ 5—1 铰链四杆机构
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
一、铰链四杆机构的组成及基本形式 定义：是由四个杆件通过联接而成的传 动机构，简称为四杆机构。 铰链四杆机构的画法：
急回特性的利用： 急回特性的利用 常利用摇杆的急回特性来缩短空行 程所用的时间，提高工作效率。 程所用的时间，提高工作效率。
（2）止点位置： ）止点位置：
在平面连杆机构中， 在平面连杆机构中，若 以摇杆或滑块为主动件， 以摇杆或滑块为主动件， 当其他两运动构件处于 同一直线时的位置时， 同一直线时的位置时， 不论驱动力多大,都不能 不论驱动力多大 都不能 此时摇杆 使机构起动 （此时摇杆 经连杆所施加的力必然 通过曲柄的回转中心， 通过曲柄的回转中心， 使其不能获得转矩， 使其不能获得转矩，机 构处于静止状态） 构处于静止状态）
摇杆： 摇杆：不能做整周运动的连架杆
2、铰链四杆机构的基本形式
曲柄摇杆：两个连架杆，一个为曲柄， 曲柄摇杆：两个连架杆，一个为曲柄， 一个为摇杆。 一个为摇杆。 双曲柄机构： 双曲柄机构：两个连架杆都为曲柄的机 构。 双摇杆机构：两个连架杆都为摇杆的机 双摇杆机构： 构。
二、曲柄摇杆机构
定义：两个连架杆，一个为曲柄，一个 两个连架杆，一个为曲柄， 两个连架杆 为摇杆。 为摇杆。 曲柄摇杆机构形成的条件： 曲柄摇杆机构形成的条件： （1）机构满足曲柄存在的杆长条件 ） （2）取最短杆的邻杆作为机架 ）
如何去克服机构的止点位置？
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
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。
铰链四杆机构的定义
铰链四杆机构的定义嘿，朋友们！今天咱来唠唠这个铰链四杆机构呀！这玩意儿可有意思啦！你说啥是铰链四杆机构呢？嘿嘿，简单来说呀，它就是由四个杆件通过铰链连接起来的这么一个组合。
就好像咱小时候玩的那种拼接玩具，几个零件拼在一起，能变出各种花样。
你想想看哈，这四个杆件就像四个好兄弟，它们手挽手连接在一起，相互配合着干活儿。
有的杆件负责当老大，带着其他杆件动；有的杆件就乖乖跟着，起到辅助的作用。
这铰链四杆机构在我们生活中可常见啦！就拿家里的门来说吧，那门和门框不就是一个简单的铰链四杆机构嘛！门能轻松地开合，不就是靠这几个杆件和铰链的配合嘛。
还有那些折叠桌椅，也是利用了铰链四杆机构的原理呀，能收能放，多方便！咱再深入一点说哈，这铰链四杆机构还有不同的类型呢！有曲柄摇杆机构，那就是有一个杆件能像曲柄一样转圈圈，还有一个杆件像摇杆一样晃来晃去，多有意思呀！还有双曲柄机构和双摇杆机构呢，它们都有各自独特的特点和用处。
你说这铰链四杆机构是不是很神奇？它就像一个小小的魔法盒，看似简单，却能发挥出大大的作用。
它可以让机器动起来，可以让我们的生活更便利。
比如说工厂里的那些机械设备，很多都离不开铰链四杆机构的功劳呢。
没有它，那些机器怎么能那么听话地工作呀？它就像是幕后的英雄，默默地为我们的生活和工作贡献着。
你说要是没有这铰链四杆机构，我们的世界会变成啥样？那很多东西都没法正常运转啦，那得多不方便呀！所以说呀，可别小瞧了这小小的铰链四杆机构哦！它虽然不显眼，但是却在各个领域都发挥着重要的作用。
就像我们生活中的很多小事物一样，平时可能不觉得有多重要，可一旦没有了，才发现少了它还真不行呢！这就是铰链四杆机构的魅力呀，朋友们！你们说是不是这么个理儿？。
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。
铰链四杆机构
• 曲柄滑块机构广泛应用于内燃机、 空压机 及冲床设备中 。
32
2.导杆机构
• 导杆机构可以看作是在曲柄滑块机构中选取不同 构件为机架演化而成 。
• 导杆——指在滑块中作相对移动的构件。 • 图1-28中，a：曲柄滑块机构
• 举例：雷达天线；缝纫机的踏板机构。
5
图1-17 雷达天线俯仰角调整机构
6
图1-18 缝纫机踏板机构
皮带轮
BA
C
踏板DBiblioteka 72. 双曲柄机构
• 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机 构。
• 双曲柄机构的特点：能将等角速度转动变为周期 性变角速度转动 。 通常主动曲柄作等速转动，从 动曲柄作变速转动 。
课题二 常用设备的平面连杆机 构形式分析
一、铰链四杆机构的基本形式 二、 铰链四杆机构曲柄存在的条件 三、 铰链四杆机构的演化
1
一、铰链四杆机构的基本形式
• 全部由回转副组成的平面四杆机构称为铰 链四杆机构。
2
• 组成：
① 机架---机构的固定件 4 ； ② 连架杆--与机架用转动副相连接的杆 1 和杆 3 ； ③ 连杆---不与机架直接连接的杆 2 。
37
图 1-31 自卸卡车翻斗机构及其运动简图
38
4.定块机构
• 在图 1-28 （ a ） 所示曲柄滑块机构中，若 取杆 3 为固定件，即可得图 1-28 （ d ）所 示的固定滑块机构或称定块机构 。 这种机 构常用于如图 1-32 所示抽水唧筒等机构中 。
39
图 1-32 所示为抽水唧筒机构
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
对心曲柄滑块机构
小结：曲柄摇杆机构
取 CD 无 限 长 并用滑块C代替
曲柄滑块机构
机械设计基础——平面连杆机构
机械设计基础——平面连杆机构
B1
A
b12
C1
c12 C2
无穷多解
B2
D
2连杆位置设计
机械设计基础——平面连杆机构
2.按给定的行程速比变化系数K设计四杆机构
常用设计步骤 1.按实际需要给定行程速比K的数值 2.算出极位夹角θ 3.根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件
来确定机构运动简图的尺寸参数。
应用——惯性筛
应用惯性筛
机械设计基础——平面连杆机构
平行双曲柄机构——相对的两杆长度分别相等的 双曲柄机构。特点：两曲柄转向相同转速相等，连杆 作平动。
应用——机车车轮、天平
机械设计基础——平面连杆机构
反平行双曲柄机构——两曲柄转向相反、转速 不等的双曲柄机构
应用——公交车门启闭机构
机械设计基础——平面连杆机构
3.1 平面连杆机构
3.2 凸轮机构
3.3 螺旋机构
3.4 间歇运动机构
基本要求: ❖掌握常用运动机构的基本类型，分析其基本工作原理。 ❖会分析常用运动机构的基本特性和运动规律，及其工程应 用，并会进行简单的基本计算。 ❖能用图解法进行常用机构的基本设计，能选择和确定相应 结构及材料。
3.1 平面连杆机构
5）根据题意，选定A，则AC1= AB+BC ,AC2=BC-AB 因此：曲柄AB=(AC1－AC2)/2，连杆BC=(AC1+AC2)/2
机械设计基础——平面连杆机构
死点特性的利用
快速夹具
飞机起落架
机械设计基础——平面连杆机构
3.1.5 平面四杆机构的设计 1.按给定连杆的位置设计四杆机构
常用设计步骤
1.选定长度比例尺u1 2.按照给定的连杆长度做出连杆的两个已知位置B1C1， B2C2 3.作B1B2的中垂线b12和C1C2的中垂线c12
给定三个连杆位置如何做？
行程速比系数K——机构的从动件在正反行程的平均速度之比
C2C1
Kv2 v1
t2 C1C2
t1 1 180 t2 2 180
t1
180 K1
K 1
2 传力特性
1）压力角α和传动角γ
压力角α——从动件受力方向与受力点线速度方向之间所夹的锐角 传动角γ——压力角的余角
设计条件
m
in
如何确定γmin？
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.曲柄滑块机构
曲柄为主动件：应用于滚轮送料机、冲压机等。
内燃机
滑块为主动件：应用于内燃机气缸等。
机械设计基础——平面连杆机构
2.偏心轮机构
偏心轮：几何中心与回转中心不重合的轮子
剪床
应用——受力较大且滑块行程较小的冲床、鄂式破碎机等。
机械设计基础——平面连杆机构
3.导杆机构 连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构。
机械设计基础——平面连杆机构
2）止点位置
当压力角α=90°（或γ=0°），对从动件的作用力或力矩为 零，不能驱动从动件运动的位置，也称死点位置。
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；②多组错列
蒸汽机车驱动轮联动机构 —— 利用机构错位排列
缝纫机踏板机构——利用惯性
机械设计基础——平面连杆机构
取不同构件作机架，可以得到不同的机构
机械设计基础——平面连杆机构
3.1.4 四杆机构的基本特性
1.传动特性
极位夹角——曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于左、 右两极 限位置时，主动曲柄两位置所夹的锐角θ。
摇杆的摆角——从动摇杆两极限位置间的夹角ψ。
机械设计基础——平面连杆机构
急回特性——当曲柄等速转动时，作往复摆动的摇杆在空回程 的平均速度大于工作行程的平均速度的运动特性。
平面连杆机构：由若干构件用低副（转动副和移动副）连接 组成的平面机构。
铰链四杆机构：构件间的连接都是转动副的平面四杆机构。 3.1.1铰链四杆机构的组成和基本类型
机架——固定不动的构件 连杆——不直接与机架铰接的构件 连架杆——与机架直接铰接的构件
曲柄：作整周转动 摇杆：只能作往复摆动
机械设计基础——平面连杆机构
机械设计基础——平面连杆机构
1.曲柄摇杆机构设计
已知CD杆长，摆角φ及K，设计此机构。
1）计算θ， θ＝180°(K-1)/(K+1);
2）任取一点D，以CD为腰长作等
腰三角形，夹角为φ;
A 3）作C2P⊥C1C2，作C1P使
∠C2C1P=90－θ,交于P;
C2
C1
θφ
90°-θ
θD
4）作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 P
1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，一个连架杆为曲柄，另一个 连架杆为摇杆的机构。
C
B
A
D
曲柄摇杆机构的作用：将转动转换成摆动，或 是将摆动转换成转动。
机械设计基础——平面连杆机构
应用——搅拌机、雷达、缝纫机脚踏板等。
曲柄为主动件
摇杆为主动件
搅拌机
缝纫机脚踏板机构
机械设计基础——平面连杆机构
2.双曲柄机构 两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
块
杆
机
机
机
构
构
构
摆 动 导 杆 机 构
1）转动导杆机构
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