铰链四杆机构的基本型式及其演化
作者：起雪梅
来源：《科海故事博览·科教论坛》2011年第11期
摘要：平面四杆机构属于连杆机构中的一种，应用极其广泛，而铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。本文主要对铰链四杆机构的三种基本形式及其演化形式进行介绍，阐述其各自的特点与应用。
关键字：曲柄摇杆机构 双曲柄机构双摇杆机构 曲柄滑块机构 导杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
构件间只有低副连接的机构称为连杆机构，也称为低副机构。几个构件通过低副联接，且所有构件均做平行于某一平面的平面运动的机构称为平面连杆机构。由四个构件（包括固定的机架）通过低副连接而成的平面连杆机构，则称为平面四杆机构。它是组成多杆机构的基础，是平面连杆机构中最常见、最简单、应用最广泛的形式。铰链四杆机构是所有运动副均为转动副的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形式，其它形式的平面四杆机构都是由它演化而来。
平面连杆机构具有润滑条件好、磨损较轻；构件结构简单，加工方便，工作可靠；由于组成运动副为低副，所以组成运动副的两构件之间为面接触，因而单位面积承受的压强小，可以承受较大载荷；根据不同的工作需要，能实现复杂的运动规律，获得多种运动轨迹；能方便的实现转动、摆动和移动等基本运动形式及之间的转换等优点。但是也具有机构中各构件在运动时产生的惯性力不适用于高速的场合；低副中存在间隙会引起运动误差，设计计算比较复杂，整个机构存在较大的累积误差；累积误差又产生运动误差，不能准确反映机构运动要求，不能实现精确的运动规律等缺点。
这类机构常应用于各种机械、仪表和机电产品中。如：搅拌机，电动刮水机，缝纫机踏板机构，机械筛，牛头刨床中的横向进给机构，汽车摇窗机，车门启闭机构等。
在铰链四杆机构中，它的组成非常简单，固定不动的杆称为机架，与机架相连的两杆称为连架杆，连接两连架杆的杆称为连杆。若组成转动副的两构件能做整周相对转动，则称为整转副，否则成为摆动副。若能作整周回转的连架杆（即与机架组成整转副的连架杆）称为曲柄，仅能做一定角度摆动的连架杆（既与机架组成摆动副的连架杆）称为摇杆。铰链四杆机构根据根据连架杆是曲柄还是摇杆分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
浅析铰链四杆机构的演化
摘要:基于教学的实践,本文针对大学生学习《机械设计基础》课程之铰链四杆机构的演化时存在的一些模糊概念,以及理解较为困难的演化方法等此类问题,实事求是的对演化过程进行了详实的分析,总结出一些有效的学习方法和分析此类问题的技巧,从而提高该课程的教学质量和学生的学习效率。
关键词:机构 曲柄 摇杆 演化 运动特性
中图分类号:th122 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2012)06(c)-0122-02
在各种机床和实际生产中广泛应用着各种四杆机构,这些机构虽然具有不同的外形和构造,但都具有相同的运动特性,只要运动特性不变,机构中构件的形状可以有好多种,而这些机构都可以看作是从铰链四杆机构演化而来的,下面通过分类介绍平面四杆机构的演化方法与过程。
简单而言,铰链四杆机构的演化过程可以全部总结为下列两种。
1 改变构件的形状和尺寸,同时扩大转动副,使转动副变成移动副
1.1 曲柄摇杆机构演化曲柄滑块机构
如图1a)所示曲柄摇杆机构中,假定杆1为曲柄,杆3为摇杆,根据演化方法把杆3作成滑块(结构变化),d点的转动副扩大,杆4与机架相连,可转化成环形槽,如图1b)所示,演化之后3构件仍然以d为圆心做圆周摆动,2、3构件的相对运动未发生变化,3、4构件间的运动副类型也未发生变化,即机构的运动特性不变。由于秆3在环形槽的一部分中运动,因此,可将环形槽的多余部分出去,如图1c)所示。如果再将槽的半径增加到无穷大,转动副d的中心移到无穷远处,则环形槽变成了直槽,此时转动副变成了移动副,如图1d)所示,机构演化成偏置曲柄滑块机构,e为偏置距,当e=0,称为对心曲柄滑块机构。
1.2 曲柄滑块机构演化偏心轮机构
如图2所示曲柄滑块机构,假定杆1长度为l1,当曲柄较短时,如图2a)所示,往往由于工艺,结构强度等方面的要求,将转动副b的曲柄销半径逐渐扩大,如图2b)所示,直到超过曲柄长度l1,如图2c)所示,使曲柄成为绕a点转动的偏心轮(运动副尺寸变化),由于偏心轮的几何中心b与其回转中心a的偏心距e等于曲柄长度l1,所以该机构各构件间的相对运动与曲柄滑块机构没有差别运动特性未发生变化。这种机构工程上用的较多,主要是因为此机构减少了曲柄的驱动力,增加了转动副的尺寸,提高了曲柄的强度和刚度,广泛应用于冲压机构,破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。
铰链四杆机构的基本型式及其演化
摘要：平面四杆机构属于连杆机构中的一种，应用极其广泛，而铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式。本文主要对铰链四杆机构的三种基本形式及其演化形式进行介绍，阐述其各自的特点与应用。
关键字：曲柄摇杆机构 双曲柄机构双摇杆机构 曲柄滑块机构
导杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
构件间只有低副连接的机构称为连杆机构，也称为低副机构。几个构件通过低副联接，且所有构件均做平行于某一平面的平面运动的机构称为平面连杆机构。由四个构件（包括固定的机架）通过低副连接而成的平面连杆机构，则称为平面四杆机构。它是组成多杆机构的基础，是平面连杆机构中最常见、最简单、应用最广泛的形式。铰链四杆机构是所有运动副均为转动副的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形式，其它形式的平面四杆机构都是由它演化而来。
平面连杆机构具有润滑条件好、磨损较轻；构件结构简单，加工方便，工作可靠；由于组成运动副为低副，所以组成运动副的两构件之间为面接触，因而单位面积承受的压强小，可以承受较大载荷；根据不同的工作需要，能实现复杂的运动规律，获得多种运动轨迹；能方便的实现转动、摆动和移动等基本运动形式及之间的转换等优点。但是也具有机构中各构件在运动时产生的惯性力不适用
于高速的场合；低副中存在间隙会引起运动误差，设计计算比较复杂，整个机构存在较大的累积误差；累积误差又产生运动误差，不能准确反映机构运动要求，不能实现精确的运动规律等缺点。
这类机构常应用于各种机械、仪表和机电产品中。如：搅拌机，电动刮水机，缝纫机踏板机构，机械筛，牛头刨床中的横向进给机构，汽车摇窗机，车门启闭机构等。
在铰链四杆机构中，它的组成非常简单，固定不动的杆称为机架，与机架相连的两杆称为连架杆，连接两连架杆的杆称为连杆。若组成转动副的两构件能做整周相对转动，则称为整转副，否则成为摆动副。若能作整周回转的连架杆（即与机架组成整转副的连架杆）称为曲柄，仅能做一定角度摆动的连架杆（既与机架组成摆动副的连架杆）称为摇杆。铰链四杆机构根据根据连架杆是曲柄还是摇杆分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
授课教师 授课班级
授课时数 2 授课形式 新授
授课章节
名称 §5-3 铰链四杆机构的演化
使用教具 多媒体
教学目的 掌握四杆机构的演化形式及应用
教学重点 四杆机构的演化形式及应用、特点
教学难点 四杆机构的演化形式及应用
更新、补
充、删节
内容 无
课外作业 P97 15、16、17
教学
后记 通过多媒体帮助学生理解 授课主要内容或板书设计
§5-3 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构
是由曲柄摇杆机构当摇杆的长度趋向于无穷大时演化而来的。
它包括有：偏置的曲柄滑块机构、对心曲柄滑块机构
旋转运动和往复直线运动可相互转化
压力机、搓丝机、内燃机
二、偏心轮机构
曲柄由偏心轮代替
三、导杆机构
构件1为机架
牛头刨床滑枕机构等
课 堂 教 学 安 排
教学过程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤
复习
引入
新授
【复习】
1、曲柄存在的条件是什么？
2、 什么叫急回特性?如何确定？
3、为何会有死点位置？
【导入新课】
铰链四杆机构还可演化成其他机构，并了解这些机构在实际中的应用。
【新课讲解】
§5-3 铰链四杆机构的演化
一、 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是由曲柄摇杆机构演化而来的。
曲柄滑块机构的演化
图7—15a)曲柄滑块机构的演化
图7—15b)曲柄滑块机构的演化
在机架4上制作一与C点同样轨迹的圆弧槽，并将摇杆3做成弧形滑块置于槽中滑动。
这时，弧形滑块在圆弧槽中的运动完全等同于转动副D的作用，圆弧槽的圆心即相当于摇杆3的摆动中心D,其半径相当于摇杆3的长度CD。
图7—15c)偏置曲柄滑块机构
若再将圆弧槽的半径增加至无穷大，其圆心D移至无穷远处，则圆弧槽变成了直槽，置于其中的滑块3做往复直线运动，转动副D演化为移动副。
e为曲柄回转中心A至经过C点直槽中心线的距离，称为偏距。当e≠0时，称为偏置曲柄滑块机构。
