铰链四杆机构类型判别的简易方法

摘 要：无论是在生活中，还是在生产中，各种各样的机构都在为人们的生活和工作服务。了解和熟悉各种常用机构的概念、应用特点、种类对生产的指导作用意义重大。其中，铰链四杆机构是最常用的机构，且可演化成其他很多常用机构，因此学懂学好这部分知识内容对生产具有非常重大的指导作用。但近年来职业学校招收的学生素质普遍下降，多是一些升学无望的学生，他们中间很大一部分学生学习态度不明确、学习能力有限、学习动力不足，因此，用浅显的语言讲清、讲透主要知识点，使学生听懂学会就显得至关重要，介绍了一种简单易懂的判别铰链四杆机构的方法。

关键词：铰链四杆机构；分类；方法；学生

一、铰链四杆机构的概念

平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副或移动副相互连接而成，在同一平面或相互平行平面内运动的结构。它能够实现某些较为复杂的平面运动，广泛用于传递动力和改变运动形式。平面连杆机构中的移动副都是低副，因此平面连杆机构是低副机构。最常用的平面连杆机构是具有四个构件（包括机架）的低副机构，称为平面四杆机构。

构件间以四个转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链连杆机构，简称铰链四杆机构。铰链四杆机构是四杆机构的基本形式，也是其他多杆机构的基础，熟悉和掌握铰链四杆机构的相关知识对生产具有重大的指导作用。

二、铰链四杆机构的分类

如上图所示，在铰链四杆机构中，固定不动的构件4称为机架，不与机架直接相连的构件2称为连杆，与机架相连的构件1、3称为连架杆。在连架杆中，能绕转动副轴线作整周旋转的称为曲柄，不能绕转动副轴线作整周旋转的称为摇杆。这样铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同，可分为曲柄摇杆结构、双曲柄结构和双摇杆机构三种基本类型。

三、铰链四杆机构类型的判别方法

曲柄是能作整周旋转的连架杆，只有这种能作整周旋转的构件才能用电动机等连续转动的装置来带动，所以，能作整周旋转的构件在结构中具有重要地位，即曲柄是结构中的关键构件。

铰链四杆机构中是否存在曲柄，主要取决于机构中各杆的相对长度和机架的选择。铰链四杆机构存在曲柄，必须同时满足两个条件：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和；（2）连架杆和机架中必须有一杆是最短杆。

根据曲柄存在的条件，可以推导出铰链四杆机构三种基本类型的判别方法。取最短杆与最长杆之和与其余两杆之和相比，若最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，无论哪个杆为机架都不存在曲柄，则该铰链四杆机构为双摇杆机构；若最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆之和，则分三种情况：（1）若连架杆之一为最短杆，则该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构；（2）若机架为最短杆，则该铰链四杆机构为双曲柄机构；（3）若连杆为最短杆，则该铰链四杆机构为双摇杆机构。

四、铰链四杆机构类型的简易判别方法

铰链四杆机构类型的判别方法中，学生必须对机架、连架杆、连杆的概念非常清楚，才能正确判定出三种基本类型的种类。而现在的学生却不愿多花时间，希望有一套简易的判断方法。为此，可简化连架杆、连杆的概念，也可很轻易地判断出铰链四杆机构的类型，具体方法是：取最短杆与最长杆之和与其余两杆之和相比，若最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和，则该铰链四杆机构必为双摇杆机构；若最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆之和，则分三种情况：（1）如果以最短杆为机架，则该铰链四杆机构为双曲柄机构；（2）如果以最短杆的邻边为机架，则该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构；（3）如果以最短杆的对边为机架，则该铰链四杆机构为双摇杆机构。可用下表简单表述：

铰链四杆机构类型的简易判别方法

例：根据下图中标注的尺寸，判断各铰链四杆机构的基本类型。

解题思路：首先确定每个机构中的最短杆及最长杆，再根据上面介绍的方法一一对应，即可求解。

解：（1）最短杆Lmin为40杆，最长杆Lmax为110杆，其他两杆L1、L2为70杆与90杆。套公式：Lmin+Lmax=40+110=170，

L1+L2=70+90=160，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2為第一大类，

且以Lmin为机架，故可判断该铰链四杆机构为双曲柄机构。

（2）最短杆Lmin为30杆，最长杆Lmax为140杆，其他两杆L1、L2为70杆与120杆。套公式：Lmin+Lmax=30+140=150，

L1+L2=70+120=190，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2为第一大类，

且以Lmin的邻边为机架，故可判断该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。

（3）最短杆Lmin为50杆，最长杆Lmax为100杆，其他两杆L1、L2为70杆与60杆。套公式：Lmin+Lmax=50+100=150，

L1+L2=70+60=130，

故有：Lmin+Lmax>L1+L2为第二大类，故可直接判断该铰链四杆机构为双摇杆机构。

（4）最短杆Lmin为50杆，最长杆Lmax为100杆，其他两杆L1、L2为70杆与90杆。套公式：Lmin+Lmax=50+100=150，

L1+L2=70+90=160，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2为第一大类，

且以Lmin的对边为机架，故可判断该铰链四杆机构为双摇杆机构。

现代职业教育以实用、够用为原则，以应用性为目的，因此教学过程中应突出灵活性，摒弃一些过深、过难的内容。对于铰链四杆机构只要求学生会判断和区分其类型即可，判断的方法也只需要按上述式子简单套用即可。可生动地展示应掌握的知识点，降低教学难度，提高学生学习的成就感，教学过程“易教易学，易懂易用”，获得满意的教学效果。

参考文献：

徐艳敏.利用一种简单的方法判别铰链四杆机构的型式[J].广州航海高等专科学校学报，2007（02）.

作者简介：李咏梅，1970年3月出生，河南省焦作市技师学院本科。

编辑 薄跃华