连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点:运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于
机架是整个机构的支撑部分，是固定不动的。与机架相连的杆件叫连架杆，分为曲柄和摇杆两种，其中曲柄是在连杆机构中做整周回转运动的部件，而摇杆只能做一定角度的摆动。而连杆则是不与机架直接相联接的活动构件。以下面的曲柄摇杆机构为例，你看看吧。
平面连杆机构传递和变换运动与力的性能可以通过其运动特性和传力特性加以表征。了解这些特性，对于正确选择平面连杆机构的类型、进而进行机构设计具有指导意义。本节以四杆机构为例，先容其主要工作特性。
1 转动副为整转副的充分必要条件
连杆机构中某个转动副是否为整转副取决于各构件之间的相对长度关系。考虑到机构中任意两构件之间的相对运动关系与其中哪个构件为机架无关，故可针对连杆运动链分析转动副为整转副的充分必要条件。
图示铰链四杆运动链，各构件长度分别为a、b、c、d，转动副分别为A、B、C、D。由图可知，各构件之间能相对运动的几何条件为任一构件的长度必须小于其他三个构件长度之和。若最短构件与最长构件长度之和小于或即是其他两构件长度之和，则此长度关系称为杆长之和条件。
铰链四杆机构
可得如下一般结论：铰链四杆运动链中，某一转动副为整转副的充分必要条件是组成该转动副的两构件中必有一个构件为最短构件，且四个构件的长度满足杆长之和条件。
在铰链四杆运动链中，假如四个构件的长度不满足杆长之和条件，则四个转动副均为摆动副，从而无论取哪个构件为机架，均得双摇杆机构。
假如铰链四杆运动链中四个构件的长度满足杆长之和条件，且其中一个构件的长度小于其他三构件中任一构件的长度，则该最短构件所联接的两个转动副均为整转副，另两个转动副均为摆动副。此时，若取最短构件作为机架，则得双曲柄机构；而取最短构件的任一相邻构件作为机架，则得曲柄摇杆机构；又若取最短构件的对边构件为机架，则得双摇杆机构。
铰链四杆机构
假如铰链四杆机构运动链中有两个构件长度相等且均为最短，则根据杆长之和条件可知：若另外两个构件长度不相等，则不存在整转副；若另外两个构件长度也相等，则当两最短构件相邻时，有三个整转副，当两最短构件相对时，有四个整转副。
含一个移动副四杆机构
对于图示由一个移动副和三个转动副组成的偏置四杆运动链，有关运动尺寸标于构件旁。由图可知，各构件之间能相对运动的几何条件为a+b＞e。可以证实：转动副B为整转副的充分必要条件为|a-b|≥e；转动副A为整转副的充分必要条件为a+e≤b；转动副C为整转副的充分必要条件为b+e≤a。显然，当e=0时，B一定是整转副。
含一个移动副的偏置四杆运动链
对于含一个移动副的偏置四杆运动链，根据构件尺寸相对关系的不同，取不同构件为机架时所得机构类型见表72。
表72 含一个移动副四杆机构主要类型
几何条件 整转副 作为机架的构件 所得机构名称
a+e≤b A、B 1 转动导杆机构
2 曲柄摇块机构（当将构件3做成导杆，构件4做成滑块，则为摆动导杆机构）
3 移动导杆机构
4 曲柄滑块机构
b+e≤a B、C 1 摆动导杆机构
2 曲柄转块机构（当将构件3做成导杆，构件4做成滑块，则为转动导杆机构）
3 曲柄导杆机构（当将构件3做成导杆，构件4做成滑块，则为曲柄滑块机构）
4 摇杆滑块机构
|a-b|＜e 无 1 双摇杆机构
2 摇杆摇块机构
3 摇杆导杆机构
4 摇杆滑块机构
2 行程速度变化系数
对于原动件（曲柄）作匀速定轴转动，从动件相对于机架作往复运动（摆动或移动）的连杆机构，从动件正行程和反行程的位移量相同，而所需的时间一般并不相等，因此从动件正反两个行程的均匀速度也就不相等。这种现象称为机构的急回特性。为反映机构急回特性的相对程度，引进从动件行程速度变化系数，用K表示，其值为
在图示曲柄摇杆机构中，曲柄1和连杆2重叠共线的AB1和拉直共线的AB2分别对应于从动件的两个极限位置C1D和C2D，矢径AB1和AB2将以A为圆心、a为半径的圆分割为圆心角不等的两部分，其中圆心角大者用f1(≥1800)表示，小者用f2(≤1800)表示，并设
可得
若曲柄以匀速转过f1和f2对应的时间分别为t1（对应于从动件慢行程）和t2（对应于从动件快行程），从动件摆角为y，则根据行程速度变化系数的定义，有
或
因此，机构的急回特性也可用q角来表征。由于q与从动件极限位置对应的曲柄位置有关，故称其为极位夹角。对于曲柄摇杆机构，极位夹角即为∠C1AC2，其值与机构尺寸有关，可能小于900（图a），也可能大于900（图b），一般范围为[00，1800)。
从动件慢行程的运动方向不仅与曲柄转向有关，而且还与构件尺寸有关。根据K及从动件慢行程摆动方向与曲柄转向的异同，曲柄摇杆机构可分为以下三种型式：
I型曲柄摇杆机构K＞1(q＞00)，且摇杆慢行程摆动方向与曲柄转向相同，如图a所示。其结构特征为A、D位于C1、C2两点所在直线t-t的同侧，构件尺寸关系为a2+d2＜b2+c2，如图a所示。
II型曲柄摇杆机构K＞1(q＞00)，且摇杆慢行程摆动方向与曲柄转向相反，如图b所示。其结构特征为A、D位于直线t-t的异侧，构件尺寸关系为a2+d2＞b2+c2，如图b所示。
III型曲柄摇杆机构K=1(q=00)，摇杆无急回特性。其结构特征为A、C1、C2三点共线，构件尺寸关系为a2+d2=b2+c2，如图c所示。
原动件作定轴转动，从动件相对于机架作往复运动的四杆机构除曲柄摇杆机构外，还有曲柄滑块机构和摆动导杆（或曲柄摇块）机构等。对于图示曲柄滑块机构，极位夹角为∠C1AC2，其值与机构尺寸有关，但一定小于900。滑块慢行程的运动方向不仅与曲柄转向有关，而且还与移动副导路的偏置方向有关，如图a、b所示。当e=0时，q=00，即对心曲柄滑块机构不存在急回特性。
曲柄滑块机构的急回特性
摆动导杆机构的极位夹角，其取值范围为(00，1800），并有y=q。导杆慢行程摆动方向总是与曲柄转向相同。
摆动导杆机构的急回特性
3 压力角和传动角
在图示曲柄摇杆机构中，若不考虑构件的重力、惯性力以及转动副中的摩擦力等的影响，则当曲柄1为原动件时，通过连杆2作用于从动件3上的力F沿BC方向，此力的方向与力作用点C的速度Vc方向之间的夹角用a表示。将F分解为沿Vc方向的切向力Ft和垂直于Vc的法向力Fn，其中Ft=Fcosa为驱使从动件运动并作功的有效分力，而Fn=Fsina不作功，仅增加转动副D中的径向压力。因此在F大小一定情况下，分力Ft愈大也即a愈小对机构工作愈有利，故称a为压力角，它可反映力的有效利用程度。
压力角a的余角g称为传动角，g愈大对机构工作愈有利。由于传动角g有时可以从平面连杆机构的运动简图上直接观察其大小，故平面连杆机构设计中常采用g来衡量机构的传动质量。当机构运转时，其传动角的大小是变化的，为了保证机构传动良好，设计时通常应使gmin≥400；对于高速和大功率的传动机械，应使gmin≥500。为此，需确定g=gmin时的机构位置，并检验gmin的值是否不小于上述许用值。
若d角的极限值为dmin和dmax，则最小传动角与 或 有着确定关系。可以证实：对于I型曲柄摇杆机构，最小传动角出现在曲柄与机架重叠共线位置；对于II型曲柄摇杆机构，最小传动角出现在曲柄与机架拉直共线位置；对于III型曲柄摇杆机构，曲柄与机架拉直共线和重叠共线均为出现最小传动角的机构位置。
对于其他类型的四杆机构，传动角和压力角可参考上述方法确定。
应留意的是，上述压力角或传动角概论是针对机构中从动件而言的，它是反映驱使从动件运动的力的有效利用程度和衡量机构传动质量的重要参数，故亦称为机构的压力角或机构的传动角。它不仅与机构中主、从动件的选取有关，而且还随构件尺寸及机构所处位置的不同而变化。
4 死点位置
在图示曲柄摇杆机构中，若摇杆3为主动件，而曲柄1为从动件，则当摇杆摆动到极限位置C1D或C2D时，连杆2与从动件1共线，从动件的传动角g=00（即q=900），通过连杆加于从动件上的力将经过铰链中心A，从而驱使从动件曲柄运动的有效分力为零。机构的这种传动角为零的位置称为死点位置。四杆机构是否存在死点位置，决定于连杆能否运动至与转动从动件（摇杆或曲柄）共线或与移动从动件移动导路垂直。
曲柄摇杆机构的死点位置
对于需连续运转的机构来说，假如存在死点位置，则对传动不利，必须避免机构由死点位置开始起动，同时采取措施使机构在运动过程中能顺利通过死点位置并使从动件按预期方向运动。例如家用缝纫机中的曲柄摇杆机构（将踏板往复摆动变换为带轮单向转动），就是借助于带轮的惯性来通过死点位置并使带轮转向不变的。而当该机构正好停于死点位置时，则需在人的帮助下用手转动带轮来实现由死点位置的再次起动。
机构的死点位置并非总是起消极作用。在工程中，也常利用死点位置来实现一定的工作要求。例如图示工件夹紧机构，当在P力作用下夹紧工件时，铰链中心B、C、D共线，机构处于死点位置，此时工件加在构件1上的反作用力Q无论多大，也不能使构件3转动。这就保证在往掉外力P之和，仍能可靠夹紧工件。当需要取出工件时，只要在手柄上施加向上的外力，就可使机构离开死点位置，从而松脱工件。
又如图所示电气设备开关的分合闸机构，合闸时机构处于死点位置，此时触头接协力Q和弹簧力F对构件CD产生的力矩无论多大，也不能推动构件AB转动而分闸。当超负荷需要分闸时，通过控制装置（图中未示出）产生较小的力来推动构件AB使机构离开死点位置，构件CD便能转动从而达到分闸的目的，如图中虚线所示。
"机构的急回特性"：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速转动，而摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。在偏置曲柄滑块机构中也有这个特性。作用：缩短非工作行程时间，提高效率。
因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。
最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。
由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂。
平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。
第二章 平面连杆机构
案例导入：通过雷达天线、汽车雨刮器、搅拌机等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍四杆机构的组成、基本形式和工作特性。
第一节 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的组成和基本形式
1铰链四杆机构的组成
如图1-14所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。
2铰链四杆机构的类型
铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
(1)曲柄摇杆机构。在铰链四杆机构中，如果有一个连架杆做循环的整周运动而另一连架杆作摇动，则该机构称为曲柄摇杆机构。如图2-1所示曲柄摇杆机构，是雷达天线调整机构的原理图，机构由构件AB、BC、固连有天线的CD及机架DA组成，构件AB可作整圈的转动，成曲柄；天线3作为机构的另一连架杆可作一定范围的摆动，成摇杆；随着曲柄的缓缓转动，天线仰角得到改变。如图2-2所示汽车刮雨器，随着电动机带着曲柄AB转动，刮雨胶与摇杆CD一起摆动，完成刮雨功能。如图2-3所示搅拌器，随电动机带曲柄AB转动，搅拌爪与连杆一起作往复的摆动，爪端点E作轨迹为椭圆的运动，实现搅拌功能。
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构，具有两曲柄反向不等速的特点，车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。
(3)双摇杆机构。两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图2-7所示为港口用起重机吊臂结构原理。其中，ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。图2-8所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC作为主动件绕C点摆动，使摇杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。图2-9所示的汽车偏转车轮转向机构采用了等腰梯形双摇杆机构。该机构的两根摇杆AB、CD是等长的，适当选择两摇杆的长度，可以使汽车在转弯时两转向轮轴线近似相交于其它两轮轴线延长线某点P，汽车整车绕瞬时中心P点转动，获得各轮子相对于地面作近似的纯滚动，以减少转弯时轮胎的磨损。
二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1铰链四杆机构中曲柄存在的条件
铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件为：
条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。
条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
2铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
实训例2-1 铰链四杆机构ABCD如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
解：经测量得各杆长度标于图2-10，分析题目给出铰链四杆机构知，最短杆为AD = 20，最长杆为CD = 55，其余两杆AB = 30、BC = 50。
因为 AD＋CD = 20＋55 = 75
AB＋BC = 30＋50 = 80 ＞ Lmin＋Lmax
故满足曲柄存在的第一个条件。
1)以AB或CD为机架时，即最短杆AD成连架杆，故为曲柄摇杆机构；
2)以BC为机架时，即最短杆成连杆，故机构为双摇杆机构；
3)以AD为机架时，即以最短杆为机架，机构为双曲柄机构。
第二节 平面四杆机构的其它形式
一、曲柄滑块机构
在图2-11a）所示的铰链四杆机构ABCD中，如果要求C点运动轨迹的曲率半径较大甚至是C点作直线运动，则摇杆CD的长度就特别长，甚至是无穷大，这显然给布置和制造带来困难或不可能。为此，在实际应用中只是根据需要制作一个导路，C点做成一个与连杆铰接的滑块并使之沿导路运动即可，不再专门做出CD杆。这种含有移动副的四杆机构称为滑块四杆机构，当滑块运动的轨迹为曲线时称为曲线滑块机构，当滑块运动的轨迹为直线时称为直线滑块机构。直线滑块机构可分为两种情况：如图2-11b）所示为偏置曲柄滑块机构，导路与曲柄转动中心有一个偏距e；当e = 0即导路通过曲柄转动中心时，称为对心曲柄滑块机构，如图2-11c）所示。由于对心曲柄滑块机构结构简单，受力情况好，故在实际生产中得到广泛应用。因此，今后如果没有特别说明，所提的曲柄滑块机构即意指对心曲柄滑块机构。
应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。
图2-12所示为曲柄滑块机构的应用。图2-12a）所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞－连杆－曲柄机构，其中活塞相当于滑块。图2-12b）所示为用于自动送料装置的曲柄滑块机构，曲柄每转一圈活塞送出一个工件。当需要将曲柄做得较短时结构上就难以实现，通常采用图2-12c)所示的偏心轮机构，其偏心圆盘的偏心距e就是曲柄的长度。这种结构减少了曲柄的驱动力，增大了转动副的尺寸，提高了曲柄的强度和刚度，广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。
二、导杆机构
在对心曲柄滑块机构中，导路是固定不动的，如果将导路做成导杆4铰接于A点，使之能够绕A点转动，并使AB杆固定，就变成了导杆机构，如图2-13所示。当AB＜BC时，导杆能够作整周的回转，称旋转导杆机构，如图2-13a＝所示。当AB＞BC时导杆4只能作不足一周的回转，称摆动导杆机构，如图2-13b)所示。
导杆机构具有很好的传力性，在插床、刨床等要求传递重载的场合得到应用。如图2-14a)所示为插床的工作机构，如图2-14b)所示为牛头刨床的工作机构。
三、摇块机构和定块机构
在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的构件固定成机架，使滑块只能摇摆不能移动，就成为摇块机构，如图2-15a)所示。摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用，如图2-15b)所示为摇块机构在自卸货车上的应用，以车架为机架AC，液压缸筒3与车架铰接于C点成摇块，主动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往复移动成导路，带动车箱1绕A点摆动实现卸料或复位。将对心曲柄滑块机构中的滑块固定为机架，就成了定块机构，如图2-16a)所示。图2-16b)为定块机构在手动唧筒上的应用，用手上下扳动主动件1，使作为导路的活塞及活塞杆4沿唧筒中心线往复移动，实现唧水或唧油。表2-1给出了铰链四杆机构及其演化的主要型式对比。
第三节 平面四杆机构的工作特性
一、运动特性
在图2-17所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄AB为主动件。曲柄在旋转过程中每周有两次与连杆重叠，如图2-17中的B1AC1和AB2C2两位置。这时的摇杆位置C1D和C2D称为极限位置，简称极位。C1D与C2D的夹角 称为最大摆角。曲柄处于两极位AB1和AB2的夹角锐角θ称为极位夹角。设曲柄以等角速度ω1顺时针转动，从AB1转到AB2和从AB2到AB1所经过的角度为（π＋θ）和（π－θ），所需的时间为t1和t2 ，相应的摇杆上C点经过的路线为C1C2弧和C2C1弧，C点的线速度为v1和v2 ，显然有t1＞t2 ，v1＜v2 。这种返回速度大于推进速度的现象称为急回特性，通常用v1与v2的比值K来描述急回特性，K称为行程速比系数，即
K= (2-1)
或有 (2-2)
可见，θ越大K值就越大，急回特性就越明显。在机械设计时可根据需要先设定K值，然后算出θ值，再由此计算得各构件的长度尺寸。
急回特性在实际应用中广泛用于单向工作的场合，使空回程所花的非生产时间缩短以提高生产率。例如牛头刨床滑枕的运动。
二、传力特性
1压力角和传动角
在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外，还应具有良好的传力性能，以减小结构尺寸和提高机械效率。下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的前提下，分析曲柄摇杆机构的传力特性。如图2-18所示，主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的C点，驱动力F必然沿BC方向，将F分解为切线方向和径向方向两个分力Ft和Fr ，切向分力Ft与C点的运动方向vc同向。由图知
Ft = F 或 Ft = F
Fr = F 或 Fr = F
α角是Ft与F的夹角，称为机构的压力角，即驱动力F与C点的运动方向的夹角。α随机构的不同位置有不同的值。它表明了在驱动力F不变时，推动摇杆摆动的有效分力Ft的变化规律，α越小Ft就越大。
压力角α的余角γ是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于γ更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角γ随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能，应控制机构的最小传动角γmin。一般可取γmin≥40°，重载高速场合取γmin≥50°。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个位置之一，如图2-18所示的B1点或B2点位置。
偏置曲柄滑块机构，以曲柄为主动件，滑块为工作件，传动角γ为连杆与导路垂线所夹锐角，如图2-19所示。最小传动角γmin出现在曲柄垂直于导路时的位置，并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构，即偏距e = 0 的情况，显然其最小传动角γmin出现在曲柄垂直于导路时的位置。
对以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆，其传动角γ恒为90°，即γ = γmin = γmax =90°,表明导杆机构具有最好的传力性能。
2止点
从Ft = F cosα知，当压力角α = 90°时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置称为止点，又称死点。如图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，当从动曲柄AB与连杆BC共线时，出现压力角α = 90°，传动角γ = 0。如图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果以滑块作主动，则当从动曲柄AB与连杆BC共线时，外力F无法推动从动曲柄转动。机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依靠惯性越过止点；另一方面是方向不定，可能因偶然外力的影响造成反转。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。
止点的存在对机构运动是不利的，应尽量避免出现止点。当无法避免出现止点时，一般可以采用加大从动件惯性的方法，靠惯性帮助通过止点。例如内燃机曲轴上的飞轮。也可以采用机构错位排列的方法，靠两组机构止点位置差的作用通过各自的止点。
在实际工程应用中，有许多场合是利用止点位置来实现一定工作要求的。如图2-21a）所示为一种快速夹具，要求夹紧工件后夹紧反力不能自动松开夹具，所以将夹头构件1看成主动件，当连杆2和从动件3共线时，机构处于止点，夹紧反力N对摇杆3的作用力矩为零。这样，无论N有多大，也无法推动摇杆3而松开夹具。当我们用手搬动连杆2的延长部分时，因主动件的转换破坏了止点位置而轻易地松开工件。如图2-21b)所示为飞机起落架处于放下机轮的位置，地面反力作用于机轮上使AB件为主动件，从动件CD与连杆BC成一直线，机构处于止点，只要用很小的锁紧力作用于CD杆即可有效地保持着支撑状态。当飞机升空离地要收起机轮时，只要用较小力量推动CD，因主动件改为CD破坏了止点位置而轻易地收起机轮。此外，还有汽车发动机盖、折叠椅等。
第四节 平面四杆机构运动设计简介
四杆机构的设计方法有图解法、试验法、解析法三种。本节仅介绍图解法。
一、按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构
1按连杆的预定位置设计四杆机构
例2-2 已知连杆BC的长度和依次占据的三个位置B1C1、B2C2、B3C3 ，如图2-22所示。求确定满足上述条件的铰链四杆机构的其它各杆件的长度和位置。
解：显然B点的运动轨迹是由B1、B2、B3三点所确定的圆弧，C点的运动轨迹是由C1、C2、C3三点所确定的圆弧，分别找出这两段圆弧的圆心A和D，也就完成了本四杆机构的设计。因为此时机架AD已定，连架杆CD和AB也已定。具体作法如下：
(1)确定比例尺，画出给定连杆的三个位置。实际机构往往要通过缩小或放大比例后才便于作图设计，应根据实际情况选择适当的比例尺 ，见式（1-1）。
(2)连结B1B2、B2B3 ，分别作直线段B1B2和B2B3的垂直平分线b12和b23（图中细实线），此两垂直平分线的交点A即为所求B1、B2、B3三点所确定圆弧的圆心。
(3)连结C1C2、C2C3，分别作直线段C1C2和C2C3的垂直平分线c12、c23（图中细实线）交于点D，即为所求C1、C2、C3三点所确定圆弧的圆心。
(4)以A点和D点作为连架铰链中心，分别连结AB3、B3C3、C3D（图中粗实线）即得所求四杆机构。从图中量得各杆的长度再乘以比例尺，就得到实际结构长度尺寸。
在实际工程中，有时只对连杆的两个极限位置提出要求。这样一来，要设计满足条件的四杆机构就会有很多种结果，这时应该根据实际情况提出附加条件。
实训例2-3 如图2-23所示的加热炉门启闭机构，图中Ⅰ为炉门关闭位置，使用要求在完全开启后门背朝上水平放置并略低于炉口下沿，见图中Ⅱ位置。
解：把炉门当作连杆BC，已知的两个位置B1C1和B2C2 ，B和C已成为两个铰点，分别作直线段B1B2、C1C2的平分线得b12和c12 ，另外两铰点A和D就在这两根平分线上。为确定A、D的位置，根据实际安装需要，希望A、D两铰链均安装在炉的正壁面上即图中yy位置，yy直线分别与b12、c12相交点A和D即为所求。
二、按给定的行程速比系数设计四杆机构
设计具有急回特性的四杆机构，一般是根据运动要求选定行程速比系数，然后根据机构极位的几何特点，结合其他辅助条件进行设计。
实训例2-4 已知行程速比系数K，摇杆长度lCD，最大摆角 ，请用图解法设计此曲柄摇杆机构。
解：设计过程如图2-24所示，具体步骤：
(1)由速比系数K计算极位角θ。由式（2-2）知
(2)选择合适的比例尺，作图求摇杆的极限位置。取摇杆长度lCD除以比例尺 得图中摇杆长CD，以CD为半径、任定点D为圆心、任定点C1为起点做弧C，使弧C所对应的圆心角等于或大于最大摆角 ，连接D点和C1点的线段C1D为摇杆的一个极限位置，过D点作与C1D夹角等于最大摆角 的射线交圆弧于C2点得摇杆的另一个极限位置C2D。
(3)求曲柄铰链中心。过C1点在D点同侧作C1C2的垂线H，过C2点作与D点同侧与直线段C1C2夹角为（900－θ）的直线J交直线H于点P，连接C2P，在直线段C2P上截取C2P/2得点O，以O点为圆点、OP为半径，画圆K ，在C1C2弧段以外在K上任取一点A为铰链中心。
(4)求曲柄和连杆的铰链中心。连接A、C2点得直线段AC2为曲柄与连杆长度之和，以A点为圆心、AC1为半径作弧交AC2于点E，可以证明曲柄长度AB = C2E/2，于是以A点为圆心、C2E/2为半径画弧交AC2于点B2为曲柄与连杆的铰接中心。
(5)计算各杆的实际长度。分别量取图中AB2、AD、B2C2的长度，计算得：
曲柄长 lAB = AB2，连杆长 lBC = B2C2 ，机架长 lAD = AD。
习题二
2-1 铰链四杆机构按运动形式可分为哪三种类型？各有什么特点？试举出它们的应用实例。
2-2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？
2-3 机构的急回特性有何作用？判断四杆机构有无急回特性的根据是什么？
2-4 题图所示的铰链四杆机构中，各构件的长度已知，问分别以a、b、c、d为机架时，各得什么类型的机构？
2-5 标注出各机构在题图所示位置的压力角和传动角。
实训二 设计平面四杆机构
1实训目的
掌握平面四杆机构的图解设计方法，初步了解和掌握计算机辅助设计在平面四杆机构设计中的应用。
2实训内容和要求
（1）设计一铰链四杆机构，已知摇杆长LC D = 012m , 摆角 ＝45°，机架长LAD = 010m，行程速比系数K=14，试用图解法求曲柄和连杆的长度。
（2）使用图解法设计一摆动导杆机构。已知行程速比系数K=15，机架长LAD=018m。
可自选一题目，采用计算机辅助设计（用AutoCAD图解设计）。
3实训过程。参考实训例2-4。
4 采用AutoCAD图解设计的实训步骤
按照自选好的题目初步构思、拟定作图步骤，然后上机操作：①进入AutoCAD工作界面；②按作图步骤作图；③利用查询功能测出设计结果；④保存设计结果。
连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。 连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。连杆材料一般采用45钢、40Ｃr或40MnB等调质钢。合金钢虽具有很高强度，担对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。
机构的两个特征是系统性和条理性。
机构是汉语词汇，意思指由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。按组成的各构件间相对运动的不同，机构可分为平面机构（如平面连杆机构、圆柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连杆机构、蜗轮蜗杆机构等）。
按运动副类别可分为低副机构（如连杆机构等）和高副机构（如凸轮机构等）；按结构特征可分为连杆机构、齿轮机构、斜面机构、棘轮机构等。
按所转换的运动或力的特征可分为匀速和非匀速转动机构、直线运动机构、换向机构、间歇运动机构等 。
按功用可分为安全保险机构、联锁机构、擒纵机构等。
在运动链中，如果将其中某一构件加以固定而成为机架，则该运动链便成为机构。机构：是具有确定相对运动的构件组合，它是用来传递运动和力的构件系统。
曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。 （1）将气体的压力变为曲轴的转矩 （2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动曲柄连杆机构的组成 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。 （1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱及油底壳 （2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆 （3）曲轴飞轮组：曲轴飞轮
