陳維范

判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的簡(jiǎn)捷方法

陳維范

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是工程中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，按照運(yùn)動(dòng)形式的不同，可以分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的判定是高職機(jī)械相關(guān)專業(yè)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出了判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的簡(jiǎn)捷方法，利用此方法可以大大提高教學(xué)效果。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；曲柄；連桿機(jī)構(gòu)；機(jī)械設(shè)計(jì)

連桿機(jī)構(gòu)是工程中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)構(gòu)，特別是平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用尤為廣泛，而在平面連桿機(jī)構(gòu)中又以四個(gè)構(gòu)件組成的平面四桿機(jī)構(gòu)最為常用[1-2]。構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的四桿機(jī)構(gòu)，是四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)[3]。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是高職機(jī)械類相關(guān)專業(yè)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中較為重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。判斷出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式是高職教學(xué)是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的簡(jiǎn)捷方法，利用此方法可以大大提高教學(xué)效果。

1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和曲柄存在的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如圖1所示，固定不動(dòng)桿件AD稱為機(jī)架，與機(jī)架相連的桿件AB和桿件CD稱為連架桿，與機(jī)架相對(duì)的桿件BC稱為連桿。四桿機(jī)構(gòu)中能作整周回轉(zhuǎn)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(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿，比如桿件CD。

圖1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，根據(jù)兩連架桿的運(yùn)動(dòng)形式不同，可分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本形式。

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

根據(jù)有曲柄的條件可知：①當(dāng)不滿足桿長(zhǎng)之和條件時(shí)，即為雙搖桿機(jī)構(gòu)。②當(dāng)滿足桿長(zhǎng)之和條件，同時(shí)滿足三個(gè)條件之一，即最短桿為機(jī)架時(shí)，得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。

這需要學(xué)生對(duì)一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)計(jì)算和討論來(lái)判定是否有曲柄存在。在教學(xué)中需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，部分學(xué)生在實(shí)際判定時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2 判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的簡(jiǎn)捷方法

根據(jù)一些教材和文獻(xiàn)中給出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的條件判定方法，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有曲柄存在的簡(jiǎn)捷方法：①當(dāng)機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)之和條件時(shí)，即max+min≤+，則有曲柄存在的可能性，否則為雙搖桿機(jī)構(gòu)；②只有最短桿兩個(gè)端點(diǎn)存在曲柄的可能性；③曲柄一定是連架桿。

下面以實(shí)例說(shuō)明上述判定方法。

例題：兩個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的各桿件長(zhǎng)度如圖2所示，試判定兩個(gè)機(jī)構(gòu)分別以桿件AB、BC、CD和AD為機(jī)架時(shí)，屬于何種機(jī)構(gòu)？

圖2 各桿件長(zhǎng)度（單位：mm）

第一步：當(dāng)機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)和條件時(shí)，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(zhǎng)之和條件，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

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(zhǎng)之和條件，有曲柄存在的可能性，因此進(jìn)行第二步判定。

第二步：只有最短桿兩個(gè)端點(diǎn)有曲柄存在的條件。

此時(shí)在最短桿BC兩個(gè)端點(diǎn)B和C處畫(huà)整圓圈，在其他兩個(gè)端點(diǎn)A和C處畫(huà)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(zhuǎn)的連架桿。

查看落在機(jī)架上有幾個(gè)整圓圈，如果落到機(jī)架上一個(gè)整圓圈，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果落到機(jī)架上兩個(gè)整圓圈，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；如果沒(méi)有落到機(jī)架上整圓圈，為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

以AB為機(jī)架時(shí)，如圖4（a）所示，只有B點(diǎn)整圓圈落到機(jī)架AB上，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。以BC為機(jī)架時(shí)，如圖4（b）所示，有B、C兩點(diǎn)整圓圈落到機(jī)架BC上，為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

以CD為機(jī)架時(shí)，如圖4（c）所示，只有C點(diǎn)整圓圈落到機(jī)架CD上，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。以AD為機(jī)架時(shí)，如圖4（d）所示，沒(méi)有整圓圈落到機(jī)架AD上，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

圖3 示意圖（單位：mm）

3 結(jié)語(yǔ)

用此方法判定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄是否有簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。實(shí)踐證明，采用該方法教學(xué)效率大大提高。此方法也適用于工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)四桿結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)械原理［M］.7版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版 社，2004.

［3］李海萍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械質(zhì)量檢測(cè)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)。

〔編輯：張思楠〕