铰链四杆机构的基本类型及应用

连杆机构通常以其所包含的构件数命名，例如，把含有四个构件的连杆机构称为四杆机构，把含有六个构件的连杆机构称为六杆机构等。由于四杆机构是组成多杆机构的基础，应用又特别广泛，所以本项目重点讨论平面四杆机构。平面四杆机构可以根据低副类型分为铰链四杆机构（全是转动副）、含有一个移动副的平面四杆机构和含有两个移动副的平面四杆机构。后两种都是在铰链四杆机构的基础上演化而来的，故铰链四杆机构是平面四杆机构的基本类型。

图3－1 铰链四杆机构

1、3—连架杆；2—连杆；4—机架

铰链四杆机构（见图3－1）中，固定不动的构件4是机架，与机架4相连的构件1和3均称为连架杆，连接两连架杆的构件2称为连杆。若连架杆相对于机架能作360°整周回转，就称之为曲柄；若其只能在一定范围内作往复摆动，就称之为摇杆。

铰链四杆机构的基本类型，按连架杆是曲柄还是摇杆分有三类。

1.曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两个连架杆中一个是曲柄，另一个是摇杆，则称该机构为曲柄摇杆机构，如图3－2所示。图中点画线表示B点的轨迹是圆，C点的轨迹是圆弧。曲柄摇杆机构可将曲柄的等速连续转动转换为摇杆的往复摆动，如图3－3所示的雷达天线俯仰机构和图3－4所示的搅拌机；也可将摇杆的往复摆动转换为曲柄的整周转动，如图3－5所示的缝纫机踏板机构。

图3－2 曲柄摇杆机构

图3－3 雷达天线俯仰角调整机构

2.双曲柄机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则称该机构为双曲柄机构，如图3－6所示，B点和C点的轨迹都是圆。这种机构的运动特点是当主动曲柄1等速回转时，从动曲柄3作变速转动。如图3－7所示的惯性筛机构就是利用这一特点使筛体6获得变化较大的加速度，从而达到筛分材料的效果的。

图3－4 搅拌机

1—曲柄；2—连杆；3—摆杆；4—机架

图3－5 缝纫机踏板机构

1—踏板；2—连杆；3—曲柄；4—机架

图3－6 双曲柄机构

图3－7 惯性筛机构

在双曲柄机构中，若两曲柄平行且长度相等，就称其为平行四边形机构（见图3－8）。这种机构的特点是两曲柄以相同的角速度同向转动，连杆作平移运动。图3－9所示的摄影平台升降机构及图3－10所示的机车车轮联动机构均为平行四边形机构的应用实例。

图3－8 平行四边形机构

图3－9 摄影平台升降机构

在平行四边形机构中，当两曲柄与机架共线时，在原动曲柄转向不变的条件下，从动曲柄的转向会出现不确定性。如图3－11所示，在主动曲柄1由AB位置继续转动到AB2位置时，从动曲柄3可能由DC位置转到DC2位置，也可能会反向转到DC′2位置。为了克服平行四边形机构的不确定性，可在机构中安装飞轮，借助它的惯性使从动曲柄保持转向不变，也可采用增加辅助曲柄的方法，如图3－10所示机车车轮联动机构中的构件3就是其应用实例，或者采用多组相同机构错开相位排列的方法，等等。对于两曲柄转向相反的情况，工程中也有应用，如图3－12所示的车门启闭机构就是利用使两曲柄转向相反来实现两扇车门同时开启或同时关闭的，这种机构也称为反平行四边形机构。

图3－10 机车车轮联动机构

图3－11 平行四边形机构运动的不确定性

图3－12 车门启闭机构

3.双摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称该机构为双摇杆机构。如图3－13所示的鹤式起重机的主体机构ABCD，它可使货物实现近似水平的移动，避免了升降货物引起的能量消耗。如果双摇杆机构中的两摇杆长度相等，就称其为等腰梯形机构，这种机构中两摇杆的摆角并不相等，图3－14所示的汽车前轮转向机构正是利用了这一特点，使得两前轮转动轴线汇交于后轮轴线上，从而可减轻汽车转弯时轮胎的磨损。

图3－13 鹤式起重机

图3－14 汽车前轮转向机构