鉸鏈四桿機構類型判別的簡易方法

李詠梅

（焦作市技師學院）

一、鉸鏈四桿機構的概念

平面連桿機構是由一些剛性構件用轉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運動的結構。它能夠實現某些較為復雜的平面運動，廣泛用于傳遞動力和改變運動形式。平面連桿機構中的移動副都是低副，因此平面連桿機構是低副機構。最常用的平面連桿機構是具有四個構件（包括機架）的低副機構，稱為平面四桿機構。

構件間以四個轉動副相連的平面四桿機構稱為平面鉸鏈連桿機構，簡稱鉸鏈四桿機構。鉸鏈四桿機構是四桿機構的基本形式，也是其他多桿機構的基礎，熟悉和掌握鉸鏈四桿機構的相關知識對生產具有重大的指導作用。

二、鉸鏈四桿機構的分類

鉸鏈四桿機構示意圖

如上圖所示，在鉸鏈四桿機構中，固定不動的構件4 稱為機架，不與機架直接相連的構件2 稱為連桿，與機架相連的構件1、3 稱為連架桿。在連架桿中，能繞轉動副軸線作整周旋轉的稱為曲柄，不能繞轉動副軸線作整周旋轉的稱為搖桿。這樣鉸鏈四桿機構按兩連架桿的運動形式不同，可分為曲柄搖桿結構、雙曲柄結構和雙搖桿機構三種基本類型。

三、鉸鏈四桿機構類型的判別方法

曲柄是能作整周旋轉的連架桿，只有這種能作整周旋轉的構件才能用電動機等連續轉動的裝置來帶動，所以，能作整周旋轉的構件在結構中具有重要地位，即曲柄是結構中的關鍵構件。

鉸鏈四桿機構中是否存在曲柄，主要取決于機構中各桿的相對長度和機架的選擇。鉸鏈四桿機構存在曲柄，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）連架桿和機架中必須有一桿是最短桿。

根據曲柄存在的條件，可以推導出鉸鏈四桿機構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，無論哪個桿為機架都不存在曲柄，則該鉸鏈四桿機構為雙搖桿機構；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，則該鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構；（2）若機架為最短桿，則該鉸鏈四桿機構為雙曲柄機構；（3）若連桿為最短桿，則該鉸鏈四桿機構為雙搖桿機構。

四、鉸鏈四桿機構類型的簡易判別方法

鉸鏈四桿機構類型的判別方法中，學生必須對機架、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。而現在的學生卻不愿多花時間，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構的類型，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，則該鉸鏈四桿機構必為雙搖桿機構；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）如果以最短桿為機架，則該鉸鏈四桿機構為雙曲柄機構；（2）如果以最短桿的鄰邊為機架，則該鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構；（3）如果以最短桿的對邊為機架，則該鉸鏈四桿機構為雙搖桿機構。可用下表簡單表述：

鉸鏈四桿機構類型的簡易判別方法

例：根據下圖中標注的尺寸，判斷各鉸鏈四桿機構的基本類型。

解題思路：首先確定每個機構中的最短桿及最長桿，再根據上面介紹的方法一一對應，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為機架，故可判斷該鉸鏈四桿機構為雙曲柄機構。

（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的鄰邊為機架，故可判斷該鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構。

（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構為雙搖桿機構。

（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的對邊為機架，故可判斷該鉸鏈四桿機構為雙搖桿機構。

現代職業教育以實用、夠用為原則，以應用性為目的，因此教學過程中應突出靈活性，摒棄一些過深、過難的內容。對于鉸鏈四桿機構只要求學生會判斷和區分其類型即可，判斷的方法也只需要按上述式子簡單套用即可。可生動地展示應掌握的知識點，降低教學難度，提高學生學習的成就感，教學過程“易教易學，易懂易用”，獲得滿意的教學效果。

徐艷敏.利用一種簡單的方法判別鉸鏈四桿機構的型式［J］.廣州航海高等專科學校學報，2007（02）.