机械连杆机构入门：从四杆机构到创新设计

连杆机构是机械工程中最经典的设计之一。从蒸汽机到汽车雨刷，它们无处不在。

什么是连杆机构？

连杆机构由若干刚性构件通过运动副（铰链、滑块等）连接而成，能将一种运动形式转化为另一种。折叠椅的开合、挖掘机铲斗的运动都是连杆机构在工作。

四杆机构的三种类型

曲柄摇杆机构：一个连架杆做360°旋转（曲柄），另一个做范围摆动（摇杆）。典型应用：汽车雨刷器。

双曲柄机构：两个连架杆都做完整旋转。典型应用：火车车轮联动。

双摇杆机构：两个连架杆都只能摆动。典型应用：电风扇摇头机构。

格拉肖夫条件

设四杆长度为a(最短)、b、c、d(最长)，条件为 a + d ≤ b + c。满足后：最短杆为连架杆→曲柄摇杆；最短杆为机架→双曲柄；最短杆为连杆→双摇杆。

自由度计算

F = 3(n-1) - 2P_L - P_H
四杆机构：F = 3×(4-1) - 2×4 = 1
自由度1 → 只需一个电机驱动

工程应用

挖掘机：液压缸推动四杆机构，铲斗运动角度远大于液压缸行程——这是连杆的放大效果。

Jansen连杆：12杆机构，旋转输入产生近似步态轨迹，广泛用于足式机器人。

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