判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法

陳維范

判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法

陳維范

（遼寧裝備制造職業技術學院，遼寧 沈陽 110161）

鉸鏈四桿機構是工程中應用最廣泛的一種機構，按照運動形式的不同，可以分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和曲柄搖桿機構。鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的判定是高職機械相關專業教學中的重點和難點，也是工程技術人員在設計時經常遇到的問題。結合多年教學實踐總結出了判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法，利用此方法可以大大提高教學效果。

鉸鏈四桿機構；曲柄；連桿機構；機械設計

連桿機構是工程中應用最廣泛的一種機構，特別是平面連桿機構的應用尤為廣泛，而在平面連桿機構中又以四個構件組成的平面四桿機構最為常用[1-2]。構件間的運動副均為轉動副連接的四桿機構，是四桿機構的基本形式，稱為鉸鏈四桿機構[3]。鉸鏈四桿機構是高職機械類相關專業“機械設計基礎”課程中較為重要的學習內容。判斷出鉸鏈四桿機構的基本形式是高職教學是一個重點和難點，也是工程技術人員在機械設計時經常遇到的問題。根據多年的教學經驗總結出判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法，利用此方法可以大大提高教學效果。

1 鉸鏈四桿機構的基本形式和曲柄存在的條件

鉸鏈四桿機構如圖1所示，固定不動桿件AD稱為機架，與機架相連的桿件AB和桿件CD稱為連架桿，與機架相對的桿件BC稱為連桿。四桿機構中能作整周回轉的連架桿稱為曲柄，比如桿件AB；只能在小于360°的某一角度內往復擺動的連架桿稱為搖桿，比如桿件CD。

圖1 鉸鏈四桿機構

鉸鏈四桿機構中，根據兩連架桿的運動形式不同，可分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構三種基本形式。

一些教材和文獻中給出鉸鏈四桿機構有曲柄存在的條件為：①最長桿與最短桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和（即桿長之和條件）；②最短桿或其相鄰桿為機架。

根據有曲柄的條件可知：①當不滿足桿長之和條件時，即為雙搖桿機構。②當滿足桿長之和條件，同時滿足三個條件之一，即最短桿為機架時，得到雙曲柄機構；最短桿的相鄰桿為機架時，得到曲柄搖桿機構；最短桿的相對桿為機架時，得到雙搖桿機構。

這需要學生對一個鉸鏈四桿機構經過計算和討論來判定是否有曲柄存在。在教學中需要花費較長的時間，部分學生在實際判定時經常出現錯誤。

2 判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法

根據一些教材和文獻中給出鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的條件判定方法，經過多年的教學實踐，總結出判定鉸鏈四桿機構中有曲柄存在的簡捷方法：①當機構滿足桿長之和條件時，即max+min≤+，則有曲柄存在的可能性，否則為雙搖桿機構；②只有最短桿兩個端點存在曲柄的可能性；③曲柄一定是連架桿。

下面以實例說明上述判定方法。

例題：兩個鉸鏈四桿機構的各桿件長度如圖2所示，試判定兩個機構分別以桿件AB、BC、CD和AD為機架時，屬于何種機構？

圖2 各桿件長度（單位：mm）

第一步：當機構滿足桿長和條件時，即max+min≤+，有曲柄存在的可能性。

在圖2（a）中，max=CD=100 mm，min=BC=50 mm，=AB=70 mm，=AD=60 mm。

max+min≤+不滿足桿長之和條件，為雙搖桿機構。

在圖2（b）中，max=CD=100 mm，min=BC=50 mm，=AB=90 mm，=AD=70 mm。

max+min≤+滿足桿長之和條件，有曲柄存在的可能性，因此進行第二步判定。

第二步：只有最短桿兩個端點有曲柄存在的條件。

此時在最短桿BC兩個端點B和C處畫整圓圈，在其他兩個端點A和C處畫半圓圈，如圖3所示。

第三步：曲柄一定是連架桿。按照定義曲柄是能作整周旋轉的連架桿。

查看落在機架上有幾個整圓圈，如果落到機架上一個整圓圈，為曲柄搖桿機構；如果落到機架上兩個整圓圈，為雙曲柄機構；如果沒有落到機架上整圓圈，為雙搖桿機構，如圖4所示。

以AB為機架時，如圖4（a）所示，只有B點整圓圈落到機架AB上，為曲柄搖桿機構。以BC為機架時，如圖4（b）所示，有B、C兩點整圓圈落到機架BC上，為雙曲柄機構。

以CD為機架時，如圖4（c）所示，只有C點整圓圈落到機架CD上，為曲柄搖桿機構。以AD為機架時，如圖4（d）所示，沒有整圓圈落到機架AD上，為雙搖桿機構。

圖3 示意圖（單位：mm）

3 結語

用此方法判定鉸鏈四桿機構曲柄是否有簡單、快捷、準確的特點。實踐證明，采用該方法教學效率大大提高。此方法也適用于工程技術人員在設計四桿結構時對平面鉸鏈四桿機構有曲柄存在的判定。

圖4 示意圖（單位：mm）

［1］孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.7版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版 社，2004.

［3］李海萍.機械設計基礎［M］.北京：機械工業出版 社，2011.

TH112.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.004

2095－6835（2019）17－0010－02

陳維范（1967—），男，碩士，高級工程師，研究方向為數控機床、機械設計、機械質量檢測、液壓與氣動技術。

〔編輯：張思楠〕