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摘要：铰链四杆机构是《机械基础》课程的重点内容，其应用极其广泛。其中的“铰链四杆机构类型的判别”是本章内容的基础。本文从实际教学出发，分析了铰链四杆机构的类型判别方法及其实际应用，
关键词：铰链四杆机构 类型判别 实际应用
【中图分类号】：TH112.1
对于铰链四杆机构类型的判别方法，在传统的《机械基础》教学中都采取直接给出结论的方式，而对于它的得出过程则基本省略，本人认为这种直接给出判别方法的方式，违背了学生对事物的认知过程，不利于学生对知识的理解和掌握。另外，对于铰链四杆机构类型判别知识的应用过程中，传统的教学是直接给出铰链四杆机构的简图，然后让学生直接判断，本人认为如果让学生去现实中找相应的实际例子，再让学生自己画出简图，最后再判断机构的类型。通过这样的过程激发了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，并且加深了印象，从而有效的完成对知识的理解与掌握。并且达到学有所用的教学目的。所以本人通过多年的教学经验，摸索出一种教学方法，使学生对四杆机构各种基本类型有比较清楚的认识。
铰链四杆机构可以看作由一个机架、两个连架杆和一个连杆构成。按照连架杆相对机架运动形式的不同，铰链四杆机构可以分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。这三种型式的區别在于机构中是否存在曲柄，这主要与机构中各杆的相对长度有关。由于平面机构运动简图最显著的特征是它撇开了物体的具体形状与尺寸，表达了构件与构件之间的相对运动关系。机构中各杆的相对长度不是构件的实际长度，而是相邻的回转副之间的距离，它与构件的具体形状无关。所以我们在研究铰链四杆机构时为了使问题简化，用平面机构运动简图来揭示机构的运动规律和特性。
一、铰链四杆机构类型的判别
铰链四杆机构三种基本类型的不同点主要是它的连架杆是否为曲柄。实际生产中，驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般都是做整周运动的，因此要求机构的主动件也能做整周转动，即原动件为曲柄。在四杆机构中是否存在曲柄，关键是机构中各构件间的长度关系。下面就以铰链四杆机构来分析曲柄存在的条件。
在图1所示的铰链四杆机构中，各杆的长度分别为l1，l2，l3，l4。设l1< l4，若AB杆能绕A整周回转，则AB杆应能够达到与AD共线的两个位置AB/和AB//。由图可见，当AB杆能转至位置AB/ 时，在ΔB/C/D中，各杆长度应满足：
l1+ l4≤l2+l3 （1-1）
当AB杆能转至位置AB//时，在ΔB//C//D中，各杆长度关系应满足：
l2≤（l4—l1）+l3
即 l1+ l2≤l3+l4 （1-2）
l3≤（l4—l1）+l2
即 l1+ l3≤l2+l4 （1—3）
将上述三式两两相加可以得到：
l1≤l2 ， l1≤l3 ， l1≤l4 （1—4）
由式1-4可知，l1为最短杆。
若l4≤l1，同样可得到：
l4+ l1≤l2+l3，l4+ l2≤l1+l3，l4+ l3≤l1+l2 （1—5）
且l4为最短杆。而且由式（1-1）～（1—5）可知，最短杆 （连架杆） （机架）与最长杆长度之和总是小于或者等于其余两杆长度之和。所以可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为：
1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。
2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和（称为杆长条件）。
上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。
由此可以得到两个推论：
1）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和（即不满足杆长条件），则该机构不可能有曲柄存在，机构为双摇杆机构；
2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆之和，当最短杆为连架杆时，有一个曲柄存在，机构为曲柄摇杆机构；当最短杆是机架上时，有两个曲柄存在，机构为双曲柄机构；当最短杆为连杆时，无曲柄存在，机构为双摇杆机构。
例如图2所示铰链四杆机构中，已知各杆的长度 ，l2= ，l3= ，l4= ，问
（1）当以AD为机架时，该机构是否有曲柄存在？
（2）如杆长不变，如何得到双曲柄机构和双摇杆机构？
分析：（1）l1+ l2=30+120= < l3+ l4=75+90=
AB为最短杆，且为连架杆
此机构有曲柄存在。
（2）当以AB为机架时，该机构为双曲柄机构 图2
当以CD为机架时，该机构为双摇杆机构
二、实际应用
如图3中的雷达天线机构；首先让学生根据所学内容画出机构运动简图如图，再让学生测量杆件的尺寸，通过测量得到最短杆与最长杆长度之和小于其它两杆长度之和且最短杆1为连架杆，因此机构为曲柄摇杆机构；即当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图4所示的缝纫机踏板，画出简图并量出尺寸得到结果与雷达天线结构同，所以也是曲柄摇杆机构；如图5所示的鹤式起重机机构，它的机构简图如图，通过测量知道最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和且最短杆为连杆，所以无曲柄存在，机构为双摇杆机构。
并且通过测量发现是两摇杆长度相等的双摇杆机构，
通过这种实例的分析，让学生亲自去发现身边的铰链四杆机构，并自己动手绘出简图，判断四杆机构的类型，并结合运动情况检验自己的判断正确与否。据此能够更好地揭示铰链四杆机构的不同型式之间的联系与本质区别，更加牢固的掌握了铰链四杆机构的基本知识。从而为机构的设计与改进提供相应的理论依据。
参考文献：
[1] 李秀珍．机械设计基础[M]．4版．北京：机械工业出版社，2005：239．
[2] 喻怀正．机械设计基础[M]．2版．北京：高等教育出版社，1999：53．
关键词：铰链四杆机构 类型判别 实际应用
【中图分类号】：TH112.1
对于铰链四杆机构类型的判别方法，在传统的《机械基础》教学中都采取直接给出结论的方式，而对于它的得出过程则基本省略，本人认为这种直接给出判别方法的方式，违背了学生对事物的认知过程，不利于学生对知识的理解和掌握。另外，对于铰链四杆机构类型判别知识的应用过程中，传统的教学是直接给出铰链四杆机构的简图，然后让学生直接判断，本人认为如果让学生去现实中找相应的实际例子，再让学生自己画出简图，最后再判断机构的类型。通过这样的过程激发了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，并且加深了印象，从而有效的完成对知识的理解与掌握。并且达到学有所用的教学目的。所以本人通过多年的教学经验，摸索出一种教学方法，使学生对四杆机构各种基本类型有比较清楚的认识。
铰链四杆机构可以看作由一个机架、两个连架杆和一个连杆构成。按照连架杆相对机架运动形式的不同，铰链四杆机构可以分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。这三种型式的區别在于机构中是否存在曲柄，这主要与机构中各杆的相对长度有关。由于平面机构运动简图最显著的特征是它撇开了物体的具体形状与尺寸，表达了构件与构件之间的相对运动关系。机构中各杆的相对长度不是构件的实际长度，而是相邻的回转副之间的距离，它与构件的具体形状无关。所以我们在研究铰链四杆机构时为了使问题简化，用平面机构运动简图来揭示机构的运动规律和特性。
一、铰链四杆机构类型的判别
铰链四杆机构三种基本类型的不同点主要是它的连架杆是否为曲柄。实际生产中，驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般都是做整周运动的，因此要求机构的主动件也能做整周转动，即原动件为曲柄。在四杆机构中是否存在曲柄，关键是机构中各构件间的长度关系。下面就以铰链四杆机构来分析曲柄存在的条件。
在图1所示的铰链四杆机构中，各杆的长度分别为l1，l2，l3，l4。设l1< l4，若AB杆能绕A整周回转，则AB杆应能够达到与AD共线的两个位置AB/和AB//。由图可见，当AB杆能转至位置AB/ 时，在ΔB/C/D中，各杆长度应满足：
l1+ l4≤l2+l3 （1-1）
当AB杆能转至位置AB//时，在ΔB//C//D中，各杆长度关系应满足：
l2≤（l4—l1）+l3
即 l1+ l2≤l3+l4 （1-2）
l3≤（l4—l1）+l2
即 l1+ l3≤l2+l4 （1—3）
将上述三式两两相加可以得到：
l1≤l2 ， l1≤l3 ， l1≤l4 （1—4）
由式1-4可知，l1为最短杆。
若l4≤l1，同样可得到：
l4+ l1≤l2+l3，l4+ l2≤l1+l3，l4+ l3≤l1+l2 （1—5）
且l4为最短杆。而且由式（1-1）～（1—5）可知，最短杆 （连架杆） （机架）与最长杆长度之和总是小于或者等于其余两杆长度之和。所以可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为：
1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。
2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和（称为杆长条件）。
上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。
由此可以得到两个推论：
1）若四杆机构中最短杆与最长杆之和大于其余两杆之和（即不满足杆长条件），则该机构不可能有曲柄存在，机构为双摇杆机构；
2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于等于其余两杆之和，当最短杆为连架杆时，有一个曲柄存在，机构为曲柄摇杆机构；当最短杆是机架上时，有两个曲柄存在，机构为双曲柄机构；当最短杆为连杆时，无曲柄存在，机构为双摇杆机构。
例如图2所示铰链四杆机构中，已知各杆的长度 ，l2= ，l3= ，l4= ，问
（1）当以AD为机架时，该机构是否有曲柄存在？
（2）如杆长不变，如何得到双曲柄机构和双摇杆机构？
分析：（1）l1+ l2=30+120= < l3+ l4=75+90=
AB为最短杆，且为连架杆
此机构有曲柄存在。
（2）当以AB为机架时，该机构为双曲柄机构 图2
当以CD为机架时，该机构为双摇杆机构
二、实际应用
如图3中的雷达天线机构；首先让学生根据所学内容画出机构运动简图如图，再让学生测量杆件的尺寸，通过测量得到最短杆与最长杆长度之和小于其它两杆长度之和且最短杆1为连架杆，因此机构为曲柄摇杆机构；即当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图4所示的缝纫机踏板，画出简图并量出尺寸得到结果与雷达天线结构同，所以也是曲柄摇杆机构；如图5所示的鹤式起重机机构，它的机构简图如图，通过测量知道最短杆与最长杆之和小于其余两杆之和且最短杆为连杆，所以无曲柄存在，机构为双摇杆机构。
并且通过测量发现是两摇杆长度相等的双摇杆机构，
通过这种实例的分析，让学生亲自去发现身边的铰链四杆机构，并自己动手绘出简图，判断四杆机构的类型，并结合运动情况检验自己的判断正确与否。据此能够更好地揭示铰链四杆机构的不同型式之间的联系与本质区别，更加牢固的掌握了铰链四杆机构的基本知识。从而为机构的设计与改进提供相应的理论依据。
参考文献：
[1] 李秀珍．机械设计基础[M]．4版．北京：机械工业出版社，2005：239．
[2] 喻怀正．机械设计基础[M]．2版．北京：高等教育出版社，1999：53．