平面四杆机构的基本类型

考研机械原理试卷真题一、选择题（每题2分，共20分）1. 机械原理中，机构的自由度是指：A. 机构的零件数B. 机构的运动副数C. 机构能够实现的独立运动数D. 机构的约束数2. 以下哪个不是平面四杆机构的基本类型？A. 双曲柄机构B. 双摇杆机构C. 曲柄摇杆机构D. 曲柄滑块机构3. 机械系统中，传动比是指：A. 驱动轮与从动轮的转速比B. 驱动轮与从动轮的直径比C. 驱动轮与从动轮的周长比D. 驱动轮与从动轮的力矩比4. 在机械设计中，静平衡是指：A. 零件在静止状态下的平衡B. 零件在运动状态下的平衡C. 零件在受到外力作用时的平衡D. 零件在受到内力作用时的平衡5. 以下哪个是机械传动中常见的传动方式？A. 齿轮传动B. 液压传动C. 磁力传动D. 风力传动6. 机械原理中，运动副的类型不包括：A. 转动副B. 滑动副C. 滚动副D. 振动副7. 机械原理中，平面机构的自由度计算公式是：A. F = 3n - 2p - φB. F = 3n - 2p + φC. F = 2n - p - φD. F = 2n - p + φ8. 以下哪个不是机械原理中常见的运动副？A. 铰链B. 螺旋C. 滑块D. 凸轮9. 机械原理中，平面四杆机构的死点位置是指：A. 曲柄的最低点B. 曲柄的最高点C. 曲柄的平衡位置D. 曲柄的任何位置10. 在机械设计中，动平衡是指：A. 零件在静止状态下的平衡B. 零件在运动状态下的平衡C. 零件在受到外力作用时的平衡D. 零件在受到内力作用时的平衡二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述平面四杆机构的基本特性及其应用场景。

2. 描述机械传动比的计算方法及其在机械设计中的重要性。

3. 解释静平衡和动平衡的区别，并举例说明它们在机械设计中的应用。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 已知一平面四杆机构，其中AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD为机架。

当AB的长度为200mm，BC的长度为300mm，CD的长度为400mm，求该机构的最小传动角，并说明其意义。

四杆机构的基本类型
四杆机构是一种常见的机械手臂，由四根轴和四个活动构成，能够实现六自由度（6-DOF）运动，是一种应用广泛的机械臂结构。

其设计原理是：在定义基准点和方向后，通过改变四根轴的转动和夹角，改变关节的位置和姿态，实现不同位置的机械物体的抓取和定位。

常见的四杆机构分为两种：1)串联式四杆机构。

所谓串联式，指的是由四根轴拼接连接而成，主轴的自由度有四个，穿越关节的自由度有两个，其中，一个是回转轴，另一个是摆动轴。

串联式四杆机构的设计简单灵活，造价低廉，对空间和负载要求比较低，是一种广泛应用的机械服务结构。

2)平行式四杆机构。

所谓平行式，指的是每个关节的轴线都是平行的，从而可以减少回转关节拐角处的摩擦，从而提高机械精度和使用寿命，但由于四杆架的整体尺寸较大，常见于较大型的占地面积的机械服务机械上。

四杆机构的活动臂可以实现六自由度（6-DOF）运动，具有一至六自由度的灵活性。

其常见应用有：机器人手臂、切割机、焊接机、注塑机、主轴维修机械等等。

机械臂做出在四杆机构的比较复杂的多DOF运动，需要将四个轴的速度和位置进行逻辑控制，而对应的驱动程序也复杂得多，需要将控制系统与机械系统、位置传感器进行一定的结合。

机械级精度高，性能稳定，能够满足人的要求，由于其具有高精度的性能，深受应用于精密复杂的工业生产活动中。

简述平面四杆机构的类型特点和应用一、平面四杆机构的类型：1. 平衡四杆机构：该机构有能力保持平衡，即使受到外部干扰也能够回到原来的位置。

这种机构被广泛用于稳定系统和开放环境。

2. 驱动四杆机构：该机构可以转化旋转运动为线性运动或反之。

这种机构广泛应用于机械工程、模具制造和自动化工程中。

3. 可逆四杆机构：该机构可以逆向工作，在不同的任务中灵活应用。

这种机构被广泛用于机器人工程和自动化工程中。

4. 变位四杆机构：该机构可以在不同位置自动调整，以适应不同的应用需求。

这种机构被广泛用于自动化机械和精密制造领域。

二、平面四杆机构的特点：1. 平面四杆机构可以转换不同类型的运动，包括旋转、线性、摆动等。

2. 平面四杆机构结构简单，易于制造和维护，具有良好的可靠性和稳定性。

3. 平面四杆机构可以通过组装多个单元来实现更高级别的机械结构，例如机器人、自动化系统等。

4. 平面四杆机构广泛应用于机械、汽车、制造、物流、自动化等领域，并逐渐成为机器人、智能装备的重要组成部分。

三、平面四杆机构的应用：1. 发动机连杆机构：由于发动机需要将旋转运动转化为线性运动来驱动汽车轮胎，平面四杆机构被广泛应用于汽车发动机的连杆机构中。

2. 物流设备：平面四杆机构可以逆向工作，可以将线性运动转化为旋转运动，这使得物流设备可以保持高速和精度，如自动包装线、调料机等。

3. 机械手：平面四杆机构的结构简单，稳定性好，这使得它成为机器人手臂的优选部件之一，广泛应用于各个制造领域。

4. 印刷机械：平衡四杆机构可以使印刷平台始终稳定，特别是在高速印刷时，它可以保持印刷品的精度和质量。

5. 飞控系统：平衡四杆机构被广泛应用于飞控系统的调节器中，以帮助控制飞行器的稳定性。

总的来说，平面四杆机构具有结构简单、稳定性好、运动特性多样等特点，可以在各个行业发挥重要的作用。

平面四杆机构的三种基本类型
1.平面四杆机构的基本类型
平面四杆机构是机械驱动系统中的一种常见结构，相对于其他机构而言，它具有简单结构，容易制造、安装和维护等特点，可以满足不同的机械驱动需求。

平面四杆机构可以分为三大类：摆动运动的活动类四杆机构、运动类四杆机构以及悬臂类四杆机构。

（1）摆动运动的活动类四杆机构
摆动运动的活动类四杆机构是一种典型的四杆机构，它具有一个主动类似于摆动运动的活动部件，一个棍杆组成，它一端连接固定在机械设备上的活动部件，另一端连接执行器，它可以通过输入信号来控制四杆机构的运动方向和速度。

（2）运动类四杆机构
运动类四杆机构是一种典型的四杆机构，它由一个主杆、两个连接杆、一个活动杆和一个联动机构组成，它可以实现前后、左右运动，可以通过改变运动方向和速度，来达到控制任务的目的。

（3）悬臂类四杆机构
悬臂类四杆机构是一种新型的四杆机构，它的结构类似悬臂梁，由一个主杆、两个连接杆、一个支点和一个活动杆组成，它可以实现前后、左右悬臂运动，可以通过改变运动方向和速度，来达到控制任务的目的。

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四杆机构基本类型的判别方法四杆机构是机械工程中常见的机构之一，它由四个连杆组成，其中两个连杆通过一个移动副连接在一起，形成一个闭合的四边形，另外两个连杆与这个四边形相连接。

根据连接方式的不同，四杆机构可以分为四种基本类型，分别是平行四杆机构、曲柄摇杆机构、夹杆机构和双曲杆机构。

下面将介绍四杆机构基本类型的判别方法。

1.判别平行四杆机构：平行四杆机构是指四杆机构中存在一对平行的连杆。

为了判别一个机构是否为平行四杆机构，可以采用以下步骤：（1）确定四杆机构的连杆长度和运动副类型；（2）找出连杆长度相等的两个连杆；（3）判断这两个连杆是否平行，可以通过计算两个连杆的法线向量来判断是否平行。

2.判别曲柄摇杆机构：曲柄摇杆机构是指四杆机构中存在一个连杆能够做直线运动，而其他三个连杆则固定在曲柄上。

为了判别一个机构是否为曲柄摇杆机构，可以采用以下步骤：（1）确定四杆机构的连杆长度和运动副类型；（2）找出一个连杆的运动副是旋转副，而其他三个连杆的运动副是滑动副；（3）判断这个连杆的运动副轴线是否与其他连杆的轴线有交点，如果有则说明这个连杆是曲柄。

3.判别夹杆机构：夹杆机构是指四杆机构中存在两个连杆固定在一个连杆上，并且这两个连杆可以夹紧或松开。

为了判别一个机构是否为夹杆机构，可以采用以下步骤：（1）确定四杆机构的连杆长度和运动副类型；（2）找出连杆连接方式，看是否有两个连杆固定在一个连杆上；（3）通过分析机构的运动学性质，判断这两个连杆是否可以夹紧或松开，例如通过计算连杆的角度或者线速度比较。

4.判别双曲杆机构：双曲杆机构是指四杆机构中存在两对连杆，其中一个连杆可以做旋转运动，另一个连杆可以做往复运动，而其他两个连杆则固定在此连杆上。

（1）确定四杆机构的连杆长度和运动副类型；（2）找出两个连杆的运动副是旋转副，另一个连杆的运动副是滑动副，而剩下一个连杆的运动副可能是旋转副或滑动副；（3）通过分析机构的运动学性质，判断其中一个连杆的运动副是否可以做往复运动，例如通过计算连杆的角度或者线速度比较。

第三讲课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。

教学重点: 铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。

教学难点：导杆机构教学方法：课堂演示、多媒体教学互动：每个知识点后提问或讨论。

教学安排：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。

平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。

因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。

一、四杆机构的类型1．曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄，一为摇杆。

功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。

应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。

2．双曲柄机构两连架杆都为曲柄功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。

应用：惯性筛机构若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。

如铲斗机构还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构3．双摇杆机构两连架杆都为摇杆功能：一种摆动转换为另一种摆动。

应用：鹤式起重机、飞机起落架二、铰链四杆机构的曲柄存在条件证明：结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．曲柄为最短杆。

铰链四杆机构存在曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．机架或连架杆为最短杆。

三、四杆机构类型判别否Lmax+Lmin< L' +L"是不可能有曲柄可能有曲柄最短杆对边最短杆最短杆邻边双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构四、铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构2．偏心轮机构3．导杆机构①摆动导杆机构（牛头刨床）②转动导杆机构③移动导杆机构4．摇块机构小结：本次课主要熟悉四杆机构的各种类型，了解它们的应用作业：预习下次课内容。