铰链四杆机构基本形式和特性
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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
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
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
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
页码，5/13
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
页码，10/13
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。
铰链四杆机构基本形式和特性
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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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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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机械设计基础课件03-01铰链四杆机构的基本型式及曲柄存在条件---副本
平行四边形机构的应用：天平机构
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平行四边形机构的应用：机车车轮联动机构
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机的应用：平行双曲柄应用（摄影机升降机构）
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.2 铰链四杆机构曲柄存在条件 铰链四杆机构是否有曲柄，与机构中各杆的相对长度有关。
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.2 铰链四杆机构曲柄存在条件 铰链四杆机构是否有曲柄，与机构中各杆的相对长度有关。
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 1．曲柄摇杆机构的应用
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 2．双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 当四杆机构各构件之间以转动副联接时，称该机构为铰链四杆机构。
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 在铰链四杆机构中，固定不动的杆称为机架，与机架相连的称为连架杆；其中
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平行四边形机构的应用：机车车轮联动机构
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机的应用：平行双曲柄应用（摄影机升降机构）
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.2 铰链四杆机构曲柄存在条件 铰链四杆机构是否有曲柄，与机构中各杆的相对长度有关。
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.2 铰链四杆机构曲柄存在条件 铰链四杆机构是否有曲柄，与机构中各杆的相对长度有关。
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 1．曲柄摇杆机构的应用
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 2．双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 当四杆机构各构件之间以转动副联接时，称该机构为铰链四杆机构。
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
平面连杆机构
3.1.1 铰链四杆机构的基本型式及应用 在铰链四杆机构中，固定不动的杆称为机架，与机架相连的称为连架杆；其中
平面连杆机构
33..11铰铰链四链杆四机杆构机的构基的本基型本式型及式曲柄及存曲在柄条存件在条件
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。
铰链四杆机构的基本性质
角，用θ表示。
极位夹角
急回特性：空回行程 时的平均速度大于工 作行程时的平均速度。
摆角 急回特性
急回特性
机构的急回特性可用行程速比系数K表示：
Kv2 t1 180 v1 t2 180
极位夹角θ越大，机构的急回特性越明显。
极位夹角θ=0°时，机构往返所用时间相同，机构无急回
特性。
急回特性
方法二：增设辅助构件。
方法三：采用多组机构错列。
死点位置
死点位置的利用
工件夹紧后，BCD成一直 线，撤去外力F之后，机构 在工件反弹力T的作用下， 处于死点位置。即使反弹 力很大工件也不会松脱，
使夹紧牢固可靠。
死点位置
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四杆机构的急回特性可以节省非工作时间，提高生产效率。
如：牛头刨床退刀速度明显高于工作速度，就是利 用了四杆机构的急回特性。
死点位置
你用过缝纫机吗？ 当你踩缝纫机踏板时， 由于操作不当，遇到过 踩不动或使缝纫机飞轮 反转的情况吗？这是为 什么呢？
机构出现死点位置的条件：若为曲柄摇杆机构，首先应 满足摇杆为主动件。
2 连架杆和机架中必有一杆是最短杆。
曲柄存在条件
铰链四杆机构三种基本类型的判别方法
曲柄摇杆机构的条件：连架杆之一为最短杆
曲柄存在条件
双曲柄机构的条件：机架为最短杆
曲柄存在条件
双摇杆机构的条件：连杆为最短杆
当最长杆与最短杆 长度之和大于其余 两杆长度之和时， 无论取哪一杆件为 机架，机构均为双
死点位置
机构死点所在位置： 摇杆处于右极限位置
摇杆处于左极限
C2D时,连杆与从动件(曲柄) 的共线位置C2B2A。
铰链四杆机构的演化形式
组成要素
包括机架、连杆、主动件和从动件。其中，机架是固定不动 的构件，连杆是连接主动件和从动件的构件，主动件是驱动 机构运动的构件，从动件是随主动件运动而运动的构件。
运动特性分析
01
02
03
运动形式
铰链四杆机构可实现多种 运动形式，如转动、摆动 、移动等。
运动规律
机构运动过程中，各构件 的角位移、角速度和角加 速度等运动参数遵循一定 的规律变化。
结构特点与工作原理
结构特点
复合铰链四杆机构由两个或两个以上的基本铰链四杆机构组合而成，通过共享一个或多个铰链点实现 联动。这种机构具有更高的复杂性和灵活性，能够实现更丰富的运动轨迹和输出特性。
工作原理
复合铰链四杆机构的工作原理与基本铰链四杆机构相似，都是基于铰链点的相对运动来实现力的传递 和运动的转换。但由于结构的复杂性，其运动学和动力学分析更为复杂，需要借助专业的设计软件进 行精确的计算和仿真。
设计复杂度高
复合铰链四杆机构的设计涉及多个基本机构的组合和优化，设计 过程相对复杂，需要较高的专业知识和经验。
制造成本高
由于结构的复杂性和高精度要求，复合铰链四杆机构的制造成本相 对较高。
运动学和动力学分析困难
复合铰链四杆机构的运动学和动力学分析涉及多个基本机构的相互 作用和影响，分析过程相对困难。
VS
工作原理
当主动摇杆绕固定铰链转动时，通过连杆 的传动作用，使从动摇杆也绕固定铰链作 相应转动。双摇杆机构具有急回特性，即 主动摇杆等速转动时，从动摇杆的角速度 在回程中比往程中快。
优缺点分析
优点
双摇杆机构具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强等优点。同时，由于具有急回特性，因此适用于需要快速返 回的应用场合。
包括机架、连杆、主动件和从动件。其中，机架是固定不动 的构件，连杆是连接主动件和从动件的构件，主动件是驱动 机构运动的构件，从动件是随主动件运动而运动的构件。
运动特性分析
01
02
03
运动形式
铰链四杆机构可实现多种 运动形式，如转动、摆动 、移动等。
运动规律
机构运动过程中，各构件 的角位移、角速度和角加 速度等运动参数遵循一定 的规律变化。
结构特点与工作原理
结构特点
复合铰链四杆机构由两个或两个以上的基本铰链四杆机构组合而成，通过共享一个或多个铰链点实现 联动。这种机构具有更高的复杂性和灵活性，能够实现更丰富的运动轨迹和输出特性。
工作原理
复合铰链四杆机构的工作原理与基本铰链四杆机构相似，都是基于铰链点的相对运动来实现力的传递 和运动的转换。但由于结构的复杂性，其运动学和动力学分析更为复杂，需要借助专业的设计软件进 行精确的计算和仿真。
设计复杂度高
复合铰链四杆机构的设计涉及多个基本机构的组合和优化，设计 过程相对复杂，需要较高的专业知识和经验。
制造成本高
由于结构的复杂性和高精度要求，复合铰链四杆机构的制造成本相 对较高。
运动学和动力学分析困难
复合铰链四杆机构的运动学和动力学分析涉及多个基本机构的相互 作用和影响，分析过程相对困难。
VS
工作原理
当主动摇杆绕固定铰链转动时，通过连杆 的传动作用，使从动摇杆也绕固定铰链作 相应转动。双摇杆机构具有急回特性，即 主动摇杆等速转动时，从动摇杆的角速度 在回程中比往程中快。
优缺点分析
优点
双摇杆机构具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强等优点。同时，由于具有急回特性，因此适用于需要快速返 回的应用场合。
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3.1 铰链四杆机构的类型
三、基本形式及其应用
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰
链四杆机构分为：
双曲柄 机构
曲柄摇杆 机构
铰链四 杆机构
双摇杆 机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
1、曲柄摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲 柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
应用举例 ①惯性筛机构 ②平行双曲柄机构 ③反平行双曲柄机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
惯性筛
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3.1 铰链四杆机构的类型
平行双曲柄机构（运动不确定性）
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3.1 铰链四杆机构的类型
图3-11 车门启闭机构（反向双曲柄机构） a)1、3—曲柄 2—连杆 4—机架 b)1、3—车门 2—连杆
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平面连杆机构
1 铰链四杆机构形式及应用 2 铰链四杆机构的特性 3 四杆机构的曲柄存在条件
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教学目标、重难点
Ø教学目标
u了解平面四杆机构的基本类型、应用。 u熟练掌握铰链四杆的类型的判断。 u理解平面四杆的工作特性。
Ø教学重点和难点
u铰链四杆机构类型的判断。 u平面四杆机构的基本特性。
应位置所夹的锐角。
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
180º+
A
C2
B1
B2 180º-
C1
D
急回特性：当主动 件等速转动，作往复运 动的从动件在空回行程 的平均速度大于工作行
程平均速度的特性。
工作行程 (慢行程) 返回行程 (快行程) 结果比较
曲柄转角
1=180º 2=180º
2bc
0（ o 1或 8o） 0 时 co， s（ 1 或 1） －， 有最小值（或
m in可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB’，
AB’’）的位置之一处，0（ o即 或 180o）
处。
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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
3.1 铰链四杆机构的类型
汽车前轮转向机构
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
一、相关名词
极限位置1
连杆与曲柄拉伸共线
C2
极限位置2 连杆与曲柄重叠共线
180º+
A
B1
B2 180º-
最大摆角：摇杆在两 个极限位置间的夹角
C1
D
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在对
a d
１、曲柄存在条件 ① 最短杆与最长杆长之和小于或等于其余两杆长之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
2、铰链四杆机构基本类型的判别方法
（1）满足杆长和条件，即 lmaxlmi nll ➢ 若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构； ➢ 若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构； ➢ 若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。
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。
min
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
（3）最小传动角确定 在△ABD和△BCD中，分别有
lB2Da2 d2 2adcos lB2Db2 c2 2bccos
联立求解得 co sb2c2a2d22ac do s
（2）不满足杆长和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇 杆机构。
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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）
（2）作用：回转运动与往复摆动转换。
应用举例 ①雷达天线俯仰机构 ②汽车雨刮机构 ③搅拌器中搅拌机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
雷达天线俯仰机构 雨刮机构
搅拌机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
2、双曲柄机构
（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构。 （2）作用：转动-转动，通常二转速不相等
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。
案例导入
案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动 简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使 摇杆1（原动件）往复摆动→连杆2驱→曲柄3（从动件）→ 带动带轮使机头主轴连续转动。
缝纫机踏板机构
问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？ （2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？
1>2
曲柄转速 所需时间
t1
相等
t2 t1>t2
摇杆摆角
相等
摇杆平均角速度
m1 t1 m2 t2 m1<m2
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。
C2
180º+
A
B1
B2 180º-
C1
D
K1180
K1
K m m 1 2 //tt1 2 1 8 01 8 0 1 1 8 8 0 0
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总结
１、四杆机构基本类型判断及应用
➢三种基本类型应用
➢曲柄存在条件
➢四杆机构基本类型判断
2、铰链四杆机构三种特性
➢急回 ➢传动特性 ➢死点特性
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3.1 铰链四杆机构的类型
3、双摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。 （2）作用：将一种摆动转换为另一种摆动。
应用举例 ①飞机起落架 ②港口起重机变幅机构 ③反前轮转向机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
飞机起落架
起重机变幅机构
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讨论：①θ>0º→KBiblioteka 1→有急回特性，θ↑→ K↑ →急
回特
性越显著。②θ=0º→K=1，无急回特性。
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
1、压力角
从动件上的作用力F与该点速度vc所夹锐角α称为机构
的压力角。
F 的两个分力：
Fn Fsin—有害分力
Ft Fcos—有效分力
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。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(2)死点位置的利弊
利：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快 速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。
压力角越小，有效分力越大。
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
2、传动角
（1）定义：压力角α的余角即α+γ=90º称为传动角。 讨论:①α↑（γ↓）→ Fn↑→传力性能差。 ②α↓（γ↑）→ Fn↓→传力性能好。
（2）设计要求 传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构
夹具机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定 现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。
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。
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
如图所示缝纫机踏板机构，已知AB=4cm、AD =11cm、 BC =16cm，若BC为机构的最长构件，请问缝纫机踏板机构 中CD、构件应满足什么条件，缝纫机踏板机构才能为曲柄摇 杆机构？
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课堂练习
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
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
在B1C1中D 在B2C中2D
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acdb ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
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平面连杆机构特点
一、平面连杆机构特点
定义: 全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构 特点：面接触，承载能力强，耐磨损；
3.1 铰链四杆机构的类型
三、基本形式及其应用
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰
链四杆机构分为：
双曲柄 机构
曲柄摇杆 机构
铰链四 杆机构
双摇杆 机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
1、曲柄摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个是曲 柄，另一个是摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
应用举例 ①惯性筛机构 ②平行双曲柄机构 ③反平行双曲柄机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
惯性筛
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3.1 铰链四杆机构的类型
平行双曲柄机构（运动不确定性）
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3.1 铰链四杆机构的类型
图3-11 车门启闭机构（反向双曲柄机构） a)1、3—曲柄 2—连杆 4—机架 b)1、3—车门 2—连杆
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平面连杆机构
1 铰链四杆机构形式及应用 2 铰链四杆机构的特性 3 四杆机构的曲柄存在条件
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教学目标、重难点
Ø教学目标
u了解平面四杆机构的基本类型、应用。 u熟练掌握铰链四杆的类型的判断。 u理解平面四杆的工作特性。
Ø教学重点和难点
u铰链四杆机构类型的判断。 u平面四杆机构的基本特性。
应位置所夹的锐角。
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
180º+
A
C2
B1
B2 180º-
C1
D
急回特性：当主动 件等速转动，作往复运 动的从动件在空回行程 的平均速度大于工作行
程平均速度的特性。
工作行程 (慢行程) 返回行程 (快行程) 结果比较
曲柄转角
1=180º 2=180º
2bc
0（ o 1或 8o） 0 时 co， s（ 1 或 1） －， 有最小值（或
m in可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB’，
AB’’）的位置之一处，0（ o即 或 180o）
处。
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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
3.1 铰链四杆机构的类型
汽车前轮转向机构
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
一、相关名词
极限位置1
连杆与曲柄拉伸共线
C2
极限位置2 连杆与曲柄重叠共线
180º+
A
B1
B2 180º-
最大摆角：摇杆在两 个极限位置间的夹角
C1
D
极位夹角 —机构从动件处于两极限位置时，主动件在对
a d
１、曲柄存在条件 ① 最短杆与最长杆长之和小于或等于其余两杆长之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
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3.４ 铰链四杆机构类型判别
2、铰链四杆机构基本类型的判别方法
（1）满足杆长和条件，即 lmaxlmi nll ➢ 若以最短构件相邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构； ➢ 若以最短构件为机架，则机构为双曲柄机构； ➢ 若以最短构件对边为机架，则机构为双摇杆机构。
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。
min
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
（3）最小传动角确定 在△ABD和△BCD中，分别有
lB2Da2 d2 2adcos lB2Db2 c2 2bccos
联立求解得 co sb2c2a2d22ac do s
（2）不满足杆长和条件，则无论取哪个构件为机架均为双摇 杆机构。
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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）
（2）作用：回转运动与往复摆动转换。
应用举例 ①雷达天线俯仰机构 ②汽车雨刮机构 ③搅拌器中搅拌机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
雷达天线俯仰机构 雨刮机构
搅拌机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
2、双曲柄机构
（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构。 （2）作用：转动-转动，通常二转速不相等
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。
案例导入
案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动 简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使 摇杆1（原动件）往复摆动→连杆2驱→曲柄3（从动件）→ 带动带轮使机头主轴连续转动。
缝纫机踏板机构
问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？ （2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？
1>2
曲柄转速 所需时间
t1
相等
t2 t1>t2
摇杆摆角
相等
摇杆平均角速度
m1 t1 m2 t2 m1<m2
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3.2 平面四杆机构的特性-急回特性
常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。
C2
180º+
A
B1
B2 180º-
C1
D
K1180
K1
K m m 1 2 //tt1 2 1 8 01 8 0 1 1 8 8 0 0
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总结
１、四杆机构基本类型判断及应用
➢三种基本类型应用
➢曲柄存在条件
➢四杆机构基本类型判断
2、铰链四杆机构三种特性
➢急回 ➢传动特性 ➢死点特性
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3.1 铰链四杆机构的类型
3、双摇杆机构
（1）概念：铰链四杆机构的两个连架杆若都是摇杆。 （2）作用：将一种摆动转换为另一种摆动。
应用举例 ①飞机起落架 ②港口起重机变幅机构 ③反前轮转向机构
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3.1 铰链四杆机构的类型
飞机起落架
起重机变幅机构
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讨论：①θ>0º→KBiblioteka 1→有急回特性，θ↑→ K↑ →急
回特
性越显著。②θ=0º→K=1，无急回特性。
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3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
1、压力角
从动件上的作用力F与该点速度vc所夹锐角α称为机构
的压力角。
F 的两个分力：
Fn Fsin—有害分力
Ft Fcos—有效分力
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。
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
(2)死点位置的利弊
利：在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快 速夹具、折叠椅机构、飞机起落架等。
压力角越小，有效分力越大。
CopyRight ZDJ
3.2 平面四杆机构的特性-传动特性
2、传动角
（1）定义：压力角α的余角即α+γ=90º称为传动角。 讨论:①α↑（γ↓）→ Fn↑→传力性能差。 ②α↓（γ↑）→ Fn↓→传力性能好。
（2）设计要求 传动角愈大，机构的传力性能愈好，反之则不利于机构
夹具机构
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3.2 平面四杆机构的特性-死点特性
弊：机构有死点，从动件出现卡死或运动方向不确定 现象，对传动不利，如缝纫机的脚踏机构。
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。
CopyRight ZDJ
3.４ 铰链四杆机构类型判别
案例分析
如图所示缝纫机踏板机构，已知AB=4cm、AD =11cm、 BC =16cm，若BC为机构的最长构件，请问缝纫机踏板机构 中CD、构件应满足什么条件，缝纫机踏板机构才能为曲柄摇 杆机构？
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课堂练习
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
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
在B1C1中D 在B2C中2D
ad bc ①
b (d a) c c (d a) b
整理得 a b c d ②
acdb ③
将式①、②、③中的三个不等 式两两相加，化简后得④
a a
b c
④
CopyRight ZDJ
平面连杆机构特点
一、平面连杆机构特点
定义: 全由低副（转动副、移动副）构成的平面机构 特点：面接触，承载能力强，耐磨损；