铰链四杆机构的类型及应用详解

1）铰链四杆机构的基本形式

4个构件都用转动副（铰链）联接的四杆机构，称为铰链四杆机构，如图2.2所示。铰链四杆机构按两连架杆的运动形式，可分为3种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

图2.1　缝纫机

图2.2　铰链四杆机构

（1）曲柄摇杆机构

铰链四杆机构的两连架杆中，如果一个是曲柄，另一个是摇杆，则称曲柄摇杆机构，如图2.3所示。曲柄摇杆机构的运动特点是：改变传动形式，可将曲柄的回转运动转变为摇杆的摆动（见图2.4中的雷达天线），或将摇杆的摆动转变为曲柄的回转运动（见图2.1中的缝纫机踏板机构），或实现所需的运动轨迹（见图2.5中的搅拌器）。

图2.3　曲柄摇杆机构

图2.4　雷达天线

图2.5　搅拌器

（2）双曲柄机构

铰链四杆机构的两个连架杆均为曲柄时，称为双曲柄机构，如图2.6所示。双曲柄机构的运动特点是：当主动曲柄作匀速转动时，从动曲柄作周期性的变速转动，以满足机器的工作要求。如图2.7所示的惯性筛，就是利用了双曲柄机构ABCD 的这个特点。

图2.6　双曲柄机构

图2.7　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或平行四边形机构。其中，若两个曲柄长度相等且转向相同，称为正平行四边形机构。如图2.8所示的机车车轮联动机构，就是正平行四边形机构的具体应用。它能保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。

图2.8　机车车轮联动机构(www.xing528.com)

此外，还有反平行四边形机构，如公共汽车车门启闭机构，如图2.9所示。

图2.9　公共汽车车门启闭机构

（3）双摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆均为摇杆时，称为双摇杆机构，如图2.10所示。如图2.11所示的港口起重机，如图2.12所示的飞机起落架，如图2.13所示的可逆式座椅，以及电风扇摇头机构等都是双摇杆机构的应用实例。

图2.10　双摇杆机构

图2.11　港口起重机

图2.12　飞机起落架

图2.13　可逆式座椅

2）铰链四杆机构类型的判别

由上述可知，铰链四杆机构3种基本形式的主要区别就在于连架杆是否为曲柄。而机构是否有曲柄存在，又与构件的尺寸相关，取决于机构中各构件的相对长度以及最短构件所处的位置。其判别方法如下：

①当铰链四杆机构中最长构件的长度Lmax与最短构件的长度Lmin之和小于或等于其他两构件长度L′，L″之和（即Lmax+Lmin≤L′+L″）时：

a.若最短构件为连架杆，则该机构一定是曲柄摇杆机构（见图2.14（a））。

b.若最短构件为机架，则该机构一定是双曲柄机构（见图2.14（b））。

c.若最短构件为连杆，则该机构一定是双摇杆机构（见图2.14（c））。

②当铰链四杆机构中最短构件的长度Lmin与最长构件的长度Lmax之和大于其他两构件长度L′，L″之和（即Lmax+Lmin>L′+L″）时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，机构只能是双摇杆机构。

图2.14　铰链四杆机构类型的判别