鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型判別的簡(jiǎn)易方法

摘 要：無(wú)論是在生活中，還是在生產(chǎn)中，各種各樣的機(jī)構(gòu)都在為人們的生活和工作服務(wù)。了解和熟悉各種常用機(jī)構(gòu)的概念、應(yīng)用特點(diǎn)、種類(lèi)對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用意義重大。其中，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是最常用的機(jī)構(gòu)，且可演化成其他很多常用機(jī)構(gòu)，因此學(xué)懂學(xué)好這部分知識(shí)內(nèi)容對(duì)生產(chǎn)具有非常重大的指導(dǎo)作用。但近年來(lái)職業(yè)學(xué)校招收的學(xué)生素質(zhì)普遍下降，多是一些升學(xué)無(wú)望的學(xué)生，他們中間很大一部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不明確、學(xué)習(xí)能力有限、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，因此，用淺顯的語(yǔ)言講清、講透主要知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生聽(tīng)懂學(xué)會(huì)就顯得至關(guān)重要，介紹了一種簡(jiǎn)單易懂的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的方法。

關(guān)鍵詞：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；分類(lèi)；方法；學(xué)生

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(dòng)副或移動(dòng)副相互連接而成，在同一平面或相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。它能夠?qū)崿F(xiàn)某些較為復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，廣泛用于傳遞動(dòng)力和改變運(yùn)動(dòng)形式。平面連桿機(jī)構(gòu)中的移動(dòng)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(gè)構(gòu)件（包括機(jī)架）的低副機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為平面四桿機(jī)構(gòu)。

構(gòu)件間以四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為平面鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)對(duì)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(lèi)

如上圖所示，在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件4稱(chēng)為機(jī)架，不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件2稱(chēng)為連桿，與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3稱(chēng)為連架桿。在連架桿中，能繞轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線作整周旋轉(zhuǎn)的稱(chēng)為曲柄，不能繞轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線作整周旋轉(zhuǎn)的稱(chēng)為搖桿。這樣鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿的運(yùn)動(dòng)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(lèi)型。

三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)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(dòng)機(jī)等連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置來(lái)帶動(dòng)，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(duì)長(zhǎng)度和機(jī)架的選擇。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄，必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：（1）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)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(lèi)型的判別方法。取最短桿與最長(zhǎng)桿之和與其余兩桿之和相比，若最短桿與最長(zhǎng)桿之和大于其余兩桿之和，無(wú)論哪個(gè)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(zhǎng)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(lèi)型的簡(jiǎn)易判別方法

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判別方法中，學(xué)生必須對(duì)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(lèi)型的種類(lèi)。而現(xiàn)在的學(xué)生卻不愿多花時(shí)間，希望有一套簡(jiǎn)易的判斷方法。為此，可簡(jiǎn)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(lèi)型，具體方法是：取最短桿與最長(zhǎng)桿之和與其余兩桿之和相比，若最短桿與最長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)邊為機(jī)架，則該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)?？捎孟卤砗?jiǎn)單表述：

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的簡(jiǎn)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(lèi)型。

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

解：（1）最短桿Lmin為40桿，最長(zhǎng)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(lèi)，

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(zhǎng)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(lèi)，

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(zhǎng)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(lèi)，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(zhǎng)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(lèi)，

且以Lmin的對(duì)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(shí)用、夠用為原則，以應(yīng)用性為目的，因此教學(xué)過(guò)程中應(yīng)突出靈活性，摒棄一些過(guò)深、過(guò)難的內(nèi)容。對(duì)于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只要求學(xué)生會(huì)判斷和區(qū)分其類(lèi)型即可，判斷的方法也只需要按上述式子簡(jiǎn)單套用即可?？缮鷦?dòng)地展示應(yīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)，降低教學(xué)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，教學(xué)過(guò)程“易教易學(xué)，易懂易用”，獲得滿意的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)介：李詠梅，1970年3月出生，河南省焦作市技師學(xué)院本科。

編輯 薄躍華