铰链四杆机构的基本形式简介

图3－1　铰链四杆机构

全部由转动副连接而成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图3－1所示，它是平面四杆机构的基本型式。其他四杆机构可视为由它演化而得到的。

在此机构中，固定构件4称为机架，直接与机架相连的构件1、3称为连架杆，不直接与机架相连的构件2称为连杆。能做整周回转的连架杆称为曲柄，如构件1；仅能在小于360°的某一角度内摆动的连架杆称为摇杆，如构件3。根据两连架杆是曲柄或是摇杆，铰链四杆机构可分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1.曲柄摇杆机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构，可取曲柄1为原动件，并做匀速转动；而摇杆3为从动件，做变速往复摆动。图3－2为雷达天线调整机构。当曲柄1匀速转动时，通过连杆2使摇杆3（即天线）在一定角度范围内摆动或调整到某一适当位置。图3－3为搅拌器机构。曲柄1匀速转动时，利用连杆BC上点E的轨迹进行搅拌工作。

曲柄摇杆机构也可取摇杆作为原动件。图3－4为脚踏驱动砂轮机。摇杆AB是原动件，当其往复摆动时，曲柄CD（即砂轮）做整周转动。

图3－2　雷达天线调整机构

图3－3　搅拌器机构

2.双曲柄机构

在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，此四杆机构称为双曲柄机构。

如图3－5所示为惯性筛机构（六杆机构），其中杆1、2、3和机架4构成双曲柄机构。当主动曲柄1等速转动时，从动曲柄3变速转动，通过杆5带动置于滑块6上的筛子，使其具有所需的加速度，从而达到筛分物料的目的。

图3－4　脚踏驱动砂轮机

图3－5　惯性筛机构

在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。如图3－6中的AB1C1D所示，这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度同向转动，而连杆2做平动。(www.xing528.com)

在正平行四边形机构中，当主动曲柄从AB1转到AB2时，从动曲柄3处于DC2位置，此时四个铰链中心处于同一直线上（图中AB2DC2所示），当曲柄1继续转动时，从动曲柄3可能正转到DC'3位置，也可能反转到DC″3位置，这种现象称为机构运动不确定现象。为解决此问题，可以在从动曲柄CD上加装一个惯性较大的飞轮，利用惯性维持从动曲柄转向不变；也可以通过加虚约束使机构保持平行四边形，从而避免机构运动的不确定问题。如图3－7所示机构是将两平行四杆机构错位排列来解决此问题的。如图3－8所示的机车驱动轮联动机构是利用三个平行曲柄来消除机构运动的不确定性。

图3－6　平行四边形机构之一

图3－7　平行四边形机构之二

图3－8　机车车轮联动机构

在双曲柄机构中，如两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行，称为反平行四边形机构，如图3－9所示。这种机构主、从动曲柄转向相反（也可实现同向转动），主动曲柄等速转动时，从动曲柄做变速转动。如图3－10所示的车门启闭机构是其应用实例。两扇车门分别与两个曲柄固连在一起，当两曲柄反向转动时，带动两扇车门反向转动，以实现车门的开和闭。

图3－9　反平行四边形机构

图3－10　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，则称为双摇杆机构。如图3－11所示的鹤式起重机中的四杆机构ABCD即为双摇杆机构，当主动摇杆AB摆动时，从动摇杆CD也随之摆动，可使连杆BC上E点处的重物沿近似水平直线运动。这样，可避免重物平移时因不必要的升降而消耗能量。

两摇杆长度相等的双摇杆机构称为等腰梯形机构，此机构的特点是两摇杆的摆角不等。如图3－12所示汽车前轮转向机构就是等腰梯形机构的应用实例。当车辆转弯时，为保证轮胎与地面之间的纯滚动以减小磨损，要求两前轮的转动轴线与后轮的转动轴线交于一点P，即瞬时转动中心。为此，右转弯时，右前轮摆角δ应大于左前轮摆角β，左转弯时相反。采用等腰梯形机构来操纵两前轮的摆动，能近似满足这一要求。

图3－11　鹤式起重机机构

图3－12　汽车前轮转向机构