认识平面四杆机构的步骤

一、铰链四杆机构的基本型式

铰链四杆机构中，根据连架杆运动形式的不同，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。

（一）曲柄摇杆机构

如图2－1－3所示的铰链四杆机构中，杆4是固定不动的，称为机架。不与机架相连的杆2称为连杆。杆1和杆3分别与机架直接连接，称为连架杆。两连架杆中，杆1能绕回转中心A做整周回转，称为曲柄；杆3不能绕回转中心D做整周回转，只能来回摆动一个角度，称为摇杆。这种两连架杆之一为曲柄、另一连架杆为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。

图2－1－3　曲柄摇杆机构

1—曲柄；2—连杆；3—摇杆；4—机架

曲柄摇杆机构在生产中的应用是很广泛的，如图2－1－4（a）所示搅拌器机构和图2－1－4（b）所示雷达天线机构均是曲柄摇杆机构的实际应用。

图2－1－4　曲柄摇杆机构的应用

（a）搅拌器机构；（b）雷达天线机构
1—曲柄；2—连杆；3—摇杆；4—机架

你还能举出哪些曲柄摇杆机构的应用实例？

（二）双曲柄机构

两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图2－1－5所示。在双曲柄机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄则变速回转一周，如图2－1－6所示的惯性筛就是这种双曲柄机构的典型应用。

若双曲柄机构中两曲柄长度相等，且连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构，如图2－1－7所示。该机构当原动曲柄AB转动到AD直线上时，从动曲柄CD有两种运动可能，即运动不确定，可以通过增加辅助构件等方式来克服。如图2－1－8所示机车车轮联动机构即为平行双曲柄机构，它增设了一个曲柄2（辅助构件），以防止该机构变为反向双曲柄机构。运动的不确定性解决后，其运动特点是：当原动曲柄做等速转动时，从动曲柄会以相同的角速度沿同一方向转动，连杆则做平行运动。

图2－1－5　双曲柄机构

图2－1－6　惯性筛

1—原动曲柄；2，5—连杆；3—从动曲柄；4—机架；6—滑块（筛子）

图2－1－7　平行双曲柄机构

图2－1－8　机车车轮联动机构

1—原动曲柄；2—辅助曲柄；3—从动曲柄

试分析如图2－1－9所示车门的启闭机构是哪种类型的铰链四杆机构？它是如何工作的？

图2－1－9　车门的启闭机构

1—曲柄；2—连杆；3—曲柄

（三）双摇杆机构

两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，如图2－1－10所示，B1C1D及C2B2A是其两个极限位置。在双摇杆机构中，两摇杆可分别为主动件，当原动摇杆摆动时，通过连杆带动从动摇杆摆动。如图2－1－11所示飞机起落架机构即双摇杆机构。(www.xing528.com)

图2－1－10　双摇杆机构

图2－1－11　飞机起落架机构

二、铰链四杆机构曲柄存在的条件

铰链四杆机构三种基本形式的区别在于连架杆是否为曲柄，下面讨论连架杆成为曲柄的条件。

如图2－1－12所示，设a＜d，连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线，如图2－1－12（b）和图2－1－12（c）所示，可得三个不等式；若运动过程中出现图2－1－13所示的共线情况，则上述不等式变成等式，即：

图2－1－12　铰链四杆机构的运动过程

图2－1－13　运动中可能出现的四杆共线情况

将以上三式的任意两式相加，可得

a≤b，a≤c

由此可知，曲柄必为最短杆。

若设a＞d，同理有：

d≤a，d≤b，d≤c

可得AD为最短杆。曲柄存在的条件如下：

（1）最长杆与最短杆的长度之和应不大于其他两杆长度之和，即杆长条件。

（2）连架杆或机架之一为最短杆。

根据有曲柄的条件可以推论如下：

推论一：当最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：

（1）最短杆为机架时得到双曲柄机构；

（2）最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构；

（3）最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。

推论二：当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。

应指出的是，当铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论哪一杆为机架，都不存在曲柄，而只能是双摇杆机构。但要注意推论二中所述的双摇杆机构与推论一中所述的双摇杆机构有本质上的区别。推论一中所述的双摇杆机构中的连杆能做整周转动，而推论二中所述的双摇杆机构中的连杆则只能做摆动。