鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型判別的簡易方法

李詠梅

（焦作市技師學(xué)院）

一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的概念

平面連桿機(jī)構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副或移動副相互連接而成，在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的結(jié)構(gòu)。它能夠?qū)崿F(xiàn)某些較為復(fù)雜的平面運動，廣泛用于傳遞動力和改變運動形式。平面連桿機(jī)構(gòu)中的移動副都是低副，因此平面連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)。最常用的平面連桿機(jī)構(gòu)是具有四個構(gòu)件（包括機(jī)架）的低副機(jī)構(gòu)，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。

構(gòu)件間以四個轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為平面鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)，簡稱鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，也是其他多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，熟悉和掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)知識對生產(chǎn)具有重大的指導(dǎo)作用。

二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分類

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)示意圖

如上圖所示，在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件4 稱為機(jī)架，不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件2 稱為連桿，與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3 稱為連架桿。在連架桿中，能繞轉(zhuǎn)動副軸線作整周旋轉(zhuǎn)的稱為曲柄，不能繞轉(zhuǎn)動副軸線作整周旋轉(zhuǎn)的稱為搖桿。這樣鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同，可分為曲柄搖桿結(jié)構(gòu)、雙曲柄結(jié)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本類型。

三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別方法

曲柄是能作整周旋轉(zhuǎn)的連架桿，只有這種能作整周旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件才能用電動機(jī)等連續(xù)轉(zhuǎn)動的裝置來帶動，所以，能作整周旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中具有重要地位，即曲柄是結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)件。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，主要取決于機(jī)構(gòu)中各桿的相對長度和機(jī)架的選擇。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄，必須同時滿足兩個條件：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿長度之和；（2）連架桿和機(jī)架中必須有一桿是最短桿。

根據(jù)曲柄存在的條件，可以推導(dǎo)出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法。取最短桿與最長桿之和與其余兩桿之和相比，若最短桿與最長桿之和大于其余兩桿之和，無論哪個桿為機(jī)架都不存在曲柄，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)；若最短桿與最長桿之和小于等于其余兩桿之和，則分三種情況：（1）若連架桿之一為最短桿，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）若機(jī)架為最短桿，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）若連桿為最短桿，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的簡易判別方法

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別方法中，學(xué)生必須對機(jī)架、連架桿、連桿的概念非常清楚，才能正確判定出三種基本類型的種類。而現(xiàn)在的學(xué)生卻不愿多花時間，希望有一套簡易的判斷方法。為此，可簡化連架桿、連桿的概念，也可很輕易地判斷出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型，具體方法是：取最短桿與最長桿之和與其余兩桿之和相比，若最短桿與最長桿之和大于其余兩桿之和，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必為雙搖桿機(jī)構(gòu)；若最短桿與最長桿之和小于等于其余兩桿之和，則分三種情況：（1）如果以最短桿為機(jī)架，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（2）如果以最短桿的鄰邊為機(jī)架，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（3）如果以最短桿的對邊為機(jī)架，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。可用下表簡單表述：

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的簡易判別方法

例：根據(jù)下圖中標(biāo)注的尺寸，判斷各鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型。

解題思路：首先確定每個機(jī)構(gòu)中的最短桿及最長桿，再根據(jù)上面介紹的方法一一對應(yīng)，即可求解。

解：（1）最短桿Lmin為40 桿，最長桿Lmax為110 桿，其他兩桿L1、L2為70 桿與90 桿。套公式：Lmin+Lmax=40+110=170，

L1+L2=70+90=160，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2為第一大類，

且以Lmin為機(jī)架，故可判斷該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

（2）最短桿Lmin為30 桿，最長桿Lmax為140 桿，其他兩桿L1、L2為70 桿與120 桿。套公式：Lmin+Lmax=30+140=150，

L1+L2=70+120=190，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2為第一大類，

且以Lmin的鄰邊為機(jī)架，故可判斷該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

（3）最短桿Lmin為50 桿，最長桿Lmax為100 桿，其他兩桿L1、L2為70 桿與60 桿。套公式：Lmin+Lmax=50+100=150，L1+L2=70+60=130，

故有：Lmin+Lmax＞L1+L2為第二大類，故可直接判斷該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

（4）最短桿Lmin為50 桿，最長桿Lmax為100 桿，其他兩桿L1、L2為70 桿與90 桿。套公式：Lmin+Lmax=50+100=150，

L1+L2=70+90=160，

故有：Lmin+Lmax≤L1+L2為第一大類，

且以Lmin的對邊為機(jī)架，故可判斷該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

現(xiàn)代職業(yè)教育以實用、夠用為原則，以應(yīng)用性為目的，因此教學(xué)過程中應(yīng)突出靈活性，摒棄一些過深、過難的內(nèi)容。對于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只要求學(xué)生會判斷和區(qū)分其類型即可，判斷的方法也只需要按上述式子簡單套用即可。可生動地展示應(yīng)掌握的知識點，降低教學(xué)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，教學(xué)過程“易教易學(xué)，易懂易用”，獲得滿意的教學(xué)效果。

徐艷敏.利用一種簡單的方法判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的型式［J］.廣州航海高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2007（02）.