课题： 4.1 铰链四杆机构的类型及应用

4.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件

4.3 铰链四杆机构的演化

目的任务：熟悉四杆机构的类型，了解演化过程，能够利用曲柄存在条件判断铰链四杆机构的类型。

重点：四杆机构的类型及应用    难点：曲柄存在条件

教学方法：各种教学素材

4.1 铰链四杆机构的类型及应用

    由转动副联接四个构件而形成的机构，称为铰链四杆机构，奴图所示。图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，只能作往复摆动的称为摇杆。根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

铰链四杆机构

一、曲柄摇杆机构 
      两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的作用是将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动。如图所示的雷达、汽车前窗刮雨器与搅拌机均为曲柄摇杆机构的应用。

雷 达

汽车前窗刮雨器

             搅拌机

缝纫机（动画）

飞剪

二、双曲柄机构 

    两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构 。如图所示的惯性筛即为双曲柄机构 的应用。

惯性筛

    双曲柄机构中，当两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等时，称为平行双曲柄机构（平行四边形机构）。如图所示的机车车轮联动机构，就是平行双曲柄机构的具体应用。它能保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。

运动的不确定性

机车车轮联动机构

    此外，还有反平行四边形机构。如公共汽车车门启闭机构。当主动曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝相反方向转动，从而保证两扇车门同时开启和关闭。

公共汽车车门启闭机构

三、双摇杆机构 

      两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构 。如图所示的起重机、飞机起落架即为双摇杆机构的应用。

起重机

飞机起落架（实景）

4.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件

    图示曲柄摇杆机构中，设各杆长度依次为l₁、l₂、l₃、l₄，且l₁<l₄。假定AB为曲柄，则曲柄AB回转一周过
程中，必有两次与连杆BC处于共线。据三角形两边之和大于第三边的定理，由△AC₂D有
          l₃+l₄>l₁+l₂
由△AC₁D有
         l₂-l₁+l₄>l₃
          l₂-l₁+l₃>l₄
将上列三式整理，并考虑到四个杆件同时共线的情况，可得
          l₁+l₂≤l₃+l₄
           l₁+l₃≤l₂+l₄
           l₁+l₄≤l₂+l₃
     将上三式两两相加，化简得
          l₁≤l₂
           l₁≤l₃
           l₁≤l

(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

(二)曲柄为最短杆。

       铰链四杆机构存在曲柄的条件是：

(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

(二)机架或连架杆为最短杆。

例题：

取不同构件为机架

4.3 铰链四杆机构的演化

一、曲柄滑块机构

铰链四杆机构的演化：扩大转动副，使转动副变成移动副。

对心曲柄滑块机构

偏置曲柄滑块机构

工程应用实例：

发动机运动动画

二、偏心轮机构

铰链四杆机构的演化：扩大运动副。
   在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。

偏心轮机构

    偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中，如图所示为用于破碎机中的偏心轮机构。

颚式破碎机

三、导杆机构

(一)转动导杆机构

曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成图示的转动导杆机构。

小型刨床(点击图像)

选择不同的构件作为机架得到的演化机构

(二)摆动导杆机构

摆动导杆机构

牛头刨床机构

四、摇块机构

自卸卡车的翻斗机构

泵

应用

四、移动导杆机构

移动导杆机构应用

曲柄滑块机构演化

五、曲柄移动导杆机构

   两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种不同型式的四杆机构，如图曲柄移动导杆机构（正弦机构）、双转块机构和双滑块机构。

曲柄移动导杆机构

双转块机构  动画

双滑块机构(椭圆规)