第14章 連桿機構 14-1 連桿機構的介紹 14-2 連桿機構的種類及應用 14-3 近似直線運動機構 總目錄

14-1 連桿機構的介紹 一、連桿裝置 1. 機器：由多件具有適當強度的剛體構 件所組成，而能達成某種動作，以執 行某種任務的設備。 14-1 連桿機構的介紹 一、連桿裝置 1. 機器：由多件具有適當強度的剛體構 件所組成，而能達成某種動作，以執 行某種任務的設備。 2. 各剛體構件至少應有兩處以樞軸方式 與其相聯件連接，並產生相互運動。 不論其是否為桿條形，通稱為連桿。 3. 由多個連桿所組成之組合，稱為連桿 裝置或連桿組。 節目錄

4. 運動鏈：將連桿組中的機架（及固定 桿）放開，即沒有固定桿存在，則稱 此連桿組為運動鏈。 連桿組合可以產生運動，稱為連桿機 4. 運動鏈：將連桿組中的機架（及固定 桿）放開，即沒有固定桿存在，則稱 此連桿組為運動鏈。 連桿組合可以產生運動，稱為連桿機 構。其不能產生運動，稱為結構。 6. 連桿裝置應用在機械上相當廣泛，例 如汽缸內活塞與曲軸間的運動、汽車 轉向系統的機構、利用平行連桿的升 降台、電扇左右擺動機構、牛頭鉋床 的急回機構、天平之機構、萬能製圖 儀之平行機構等。 上一頁 節目錄

二、四連桿機構 1. 在連桿組中，最常見也最有用的機構 為四連桿機構，如圖14-2所示。 2. 四連桿機構的充要條件為最長桿件之 1. 在連桿組中，最常見也最有用的機構 為四連桿機構，如圖14-2所示。 2. 四連桿機構的充要條件為最長桿件之 長度，一定要小於其餘三連桿件長度 之總和，否則無法組成四連桿機構。 上一頁 節目錄

《圖14-2 四連桿機構》 延伸動畫來源：http://www.mekanizmalar.com/ 延伸動畫 動 畫 上一頁 節目錄

四連桿機構：連桿1為機架（固定 桿），連桿2 與4為曲柄或搖桿 （註），連桿3為連接桿或浮桿。 上一頁 節目錄

【註】 1. 能繞固定軸心作360°迴轉的連桿，稱 為曲柄。 2. 能繞固定軸心作搖擺運動的連桿，稱 為搖桿。 1. 能繞固定軸心作360°迴轉的連桿，稱 為曲柄。 2. 能繞固定軸心作搖擺運動的連桿，稱 為搖桿。 3. 連接曲柄或搖桿而傳達相互間的運動 ，稱為連接桿或浮桿。 返回

死點：如果以搖桿 4 為主動，曲柄 2 為從動，當曲柄 2 與連接桿3成一直線時，由連接桿所傳達之推力或拉力，不能產生力矩以旋轉從動曲柄，此時曲柄 2 之位置稱為死點，如圖14-2。 5. 消除死點的方法有二種： (1)在從動件處加裝飛輪，藉飛輪運動之 慣性力克服。 (2)用兩組連桿機構聯合操作，藉由各組死 點位置之不同而克服。 上一頁 節目錄

《圖14-3 連桿機構之運動死點》 上一頁 節目錄

14-2 連桿機構的種類及應用 四連桿機構，常依連桿能否作 全周旋轉或搖擺來區分，可得到三 種基本形態，即曲柄搖桿機構、雙 14-2 連桿機構的種類及應用 四連桿機構，常依連桿能否作 全周旋轉或搖擺來區分，可得到三 種基本形態，即曲柄搖桿機構、雙 搖桿機構、雙曲柄機構。 節目錄

一、曲柄搖桿機構 以最短桿AB為曲柄，而將與此最短 桿相鄰的連桿AD固定，連桿CD僅能作週 期搖擺運動，此稱為曲柄搖桿機構，如圖 14-4所示。 《圖14-4 曲柄搖桿機構》 上一頁 節目錄

◎ 曲柄搖桿機構的死點位置 運動中，當C點運行至C1 或C2點時， 搖桿CD即開始反向運動，此位置亦為 死點位置（B1、B2）。 上一頁 ◎ 曲柄搖桿機構的死點位置 　 運動中，當C點運行至C1 或C2點時， 　 搖桿CD即開始反向運動，此位置亦為 　 死點位置（B1、B2）。   上一頁 節目錄

由∆ 可知 或 《圖14-4 曲柄搖桿機構》 上一頁 節目錄

◎曲柄搖桿機構的應用，如圖14-5、14-6。 《圖14-5 人騎腳踏車之運動機構》 延伸動畫 上一頁 節目錄 延伸動畫來源： 《圖14-5 人騎腳踏車之運動機構》 延伸動畫來源： http://www.mekanizmalar.com/ 延伸動畫 上一頁 節目錄

《圖14-6 橢圓滑步機》 上一頁 節目錄

二、雙搖桿機構 將最短桿之對邊桿固定，亦即浮桿最 短，則AB 桿及CD桿均僅能作搖擺動作， 稱為雙搖桿機構，如圖14-8所示。 《圖14-8 雙搖桿機構》 上一頁 節目錄

最短桿長度＋最長桿長度＜其他兩桿長度 的和，且 ＜ 由 可知 ◎雙搖桿機構的死點位置 當搖桿搖擺到AB1C1D或AB2C2D或AB'C'D或AB"C"D位置時（搖桿與連接桿重合在一直線上），搖桿AB或CD開始反向運動，此時之B1、B2、C'、C"為死點位置。 ◎構成雙搖桿機構，則下列條件必須存在： 最短桿長度＋最長桿長度＜其他兩桿長度 的和，且 ＜ 由 可知 或 上一頁 節目錄

◎雙搖桿機構的應用，如圖14-11。 《圖14-11 電扇搖擺機構》 上一頁 節目錄

三、雙曲柄機構 將最短連桿（AB）固定則BC 桿及AD 桿可繞軸心作360°迴轉，稱為雙曲柄機構， 或稱為牽桿機構，如圖14-12所示。 《圖14-12 雙曲柄機構》 上一頁 節目錄

◎構成雙曲柄機構，則下列條件必須存在： 由 可知 及 上一頁 節目錄

◎雙曲柄機構之應用，如圖14-13、14-14。 《圖14-13 Morgan划水車》 上一頁 節目錄

《圖14-14 插床》 上一頁 節目錄

四、滑塊曲柄機構 如圖14-15 所示，在曲柄搖桿組中， 將搖桿改裝成滑塊在滑槽中往復滑動，則得 滑塊曲柄機構。含一滑塊的四連桿組，依固 定桿之不同，可分成往復滑塊曲柄機構、迴 轉滑塊曲柄機構、擺動滑塊曲柄機構與固定 滑塊曲柄機構四種。 上一頁 節目錄

《圖14-15 滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

1. 往復滑塊曲柄機構 將連桿1 固定，則成為往復滑塊曲柄 機構，其衝程等於曲柄長之二倍，曲柄每 迴轉一圈有兩個死點位置，如圖14-16所 1. 往復滑塊曲柄機構 將連桿1 固定，則成為往復滑塊曲柄 機構，其衝程等於曲柄長之二倍，曲柄每 迴轉一圈有兩個死點位置，如圖14-16所 示，其應用例，如圖14-17所示，其他應 用如往復式壓縮機、蒸汽機、內燃機、手 壓沖床及曲柄壓床等。 《圖14-16 往復滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

《圖14-17 曲柄活塞機構》 上一頁 節目錄

2. 迴轉滑塊曲柄機構 將連桿2 固定，則成為迴轉滑塊曲柄機 構，如圖14-18所示，其應用實例為牛頭鉋 床急回機構。 2. 迴轉滑塊曲柄機構 將連桿2 固定，則成為迴轉滑塊曲柄機 構，如圖14-18所示，其應用實例為牛頭鉋 床急回機構。 《圖14-18 迴轉滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

心，做順時針方向旋轉，當BC垂直EA時， 搖桿在左端極限位置，衝頭開始切削，當 BC1垂直E1A時，衝頭切削完畢，曲柄已轉 BC為曲柄3，AC為連桿1。曲柄以B為軸 心，做順時針方向旋轉，當BC垂直EA時， 搖桿在左端極限位置，衝頭開始切削，當 BC1垂直E1A時，衝頭切削完畢，曲柄已轉 了a度（切削角）；當曲柄再繼續旋轉到BC 垂直EA時，衝頭做回程退刀衝程，曲柄已 轉了b度（回程角），因曲柄所旋轉之角度 與所花費之時間成正比，即 上一頁 節目錄

《圖14-19 牛頭鉋床急回機構之運動》 上一頁 節目錄

◎牛頭鉋床急回機構 牛頭鉋床急回機構， 其特徵為機械不作功 的行程速度快。因為 鉋床的工作行程、溜 座需要較慢的運行速 度，切削刀具的回 程，需要急回運行速 度，如圖14-20。 《圖14-20 牛頭鉋床 急回機構》 上一頁 節目錄

擺動滑塊曲柄機構 滑塊曲柄之連桿3 固定，則成為擺動滑塊 曲柄機構，如圖14-21 所示，其應用實例為 擺動引擎，如圖 14-22、14-23所示。 《圖14-21 擺動滑塊曲 柄機構》 上一頁 節目錄

《圖14-22 擺動引擎》 《圖14-23 擺動引擎之運動》 上一頁 節目錄

4. 固定滑塊曲柄機構 滑塊曲柄機構之滑塊4 固定，則成為固定 滑塊曲柄機構，如圖14-24所示，其應用實例為 4. 固定滑塊曲柄機構 滑塊曲柄機構之滑塊4 固定，則成為固定 滑塊曲柄機構，如圖14-24所示，其應用實例為 手壓抽水機，如圖14-25所示。 《圖14-24 固定滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

《圖14-25 手壓抽水機》 上一頁 節目錄

五、雙滑塊機構 如圖14-26所示為具有雙滑塊的連桿機構， 稱為雙滑塊機構；若將曲線槽的半徑增至無限 大，則此槽變成一直線槽，如圖14-27所示， 當曲柄2旋轉時，滑件4作簡諧運動。此種機構 稱為蘇格蘭軛，若將圖14-27中之滑槽中心線 yy作成與滑塊4之運動方向傾斜角度小於90度， 如圖14-28所示，則滑塊4在動路上亦作簡諧運 動，但其衝程將大於曲柄AB長的兩倍。 上一頁 節目錄

《圖14-26 雙滑塊機構》 《圖14-27 雙滑塊機構》 動 畫 上一頁 節目錄

《圖14-28 雙滑塊機構》 上一頁 節目錄

六、等腰連桿機構 在一曲柄滑塊機構中，使浮桿的長度與 曲柄的長度相等，因AB與BC兩連桿對於滑 塊之滑槽中心線，恆作成一兩邊相等之三角 形，故稱為「等邊連桿機構」，亦稱為「等 腰連桿機構」。 當曲柄旋轉一周時滑塊4的行程為曲柄AB 長的四倍，如圖14-29所示。 上一頁 節目錄

《圖14-29 等腰連桿機構》 上一頁 節目錄

在上述運動中，當滑塊4行經轉軸 中心點A時，滑塊4的運動無法確定。 因此，實用上將CB桿延伸至E點，並 於E點再裝置一滑塊，使其在一垂直滑 槽y' y "上滑動，如圖14-30所示，此裝 置可將曲柄AB省去不用。 上一頁 節目錄

《圖14-30 等腰連桿機構另一形式》 動 畫 上一頁 節目錄

◎等腰連桿機構之應用 橢圓規：P 點之軌跡是一橢圓軌跡，而P 點之位置可任意調整，而繪出各式橢圓， 如圖14-31所示。 《圖14-31 橢圓規》 上一頁 節目錄

歐丹聯結器：主要目的，是連接不在同一 中心線上，且相距甚短距離之兩平行軸之 傳動，如圖14-32所示。 《圖14-32 歐丹聯結器》 上一頁 延伸動畫來源：http://www.mekanizmalar.com 《圖14-32 歐丹聯結器》 動 畫 延伸動畫 上一頁 節目錄

七、肘節機構 如圖14-34所示，當滑塊C 向右運動接近 行程終點時，則B 點以極微之力P，滑塊C 即 可得到甚大的作用力F。此種現象稱為「肘節 效應」，利用此種效應之機械甚多，例如碎石 機、壓床、鉚釘機、鋼剪、萬能鉗、摩擦離合 器等，皆能在短距離內傳遞最大作用力。 上一頁 節目錄

延伸動畫來源：http://www.mekanizmalar.com/ 《圖14-34 肘節機構》 延伸動畫 上一頁 節目錄

其工作原理如圖14-34（a）所示，由 a值愈小，F愈大 上一頁 節目錄

八、平行等曲柄機構 如圖14-35所示，曲柄AB與CD相互平行 且長度相等，同時連心線AD 與浮桿BC 亦相 互平行且長度相等，因此，四連桿即形成一 平行四邊形，運動時，曲柄AB 與CD 之角速 率相等。如圖14-36所示為蒸汽火車車輪之牽 引機構，以及圖14-37所示平行規、工具箱平 行鉸鏈、懸臂式萬能製圖儀、勞伯佛天平機構 、摺架、縮放繪圖儀等，皆為平行等曲柄機構 的應用。 上一頁 節目錄

《圖14-35 平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

《圖14-36 火車車輪之牽引機構》 上一頁 節目錄

九、不平行等曲柄機構 1. 兩曲柄等長且連心線與浮桿等長 如圖14-38，當曲柄AB 以等角速度 旋轉，則曲柄DC 將作快慢不定之旋轉且 1. 兩曲柄等長且連心線與浮桿等長 如圖14-38，當曲柄AB 以等角速度 旋轉，則曲柄DC 將作快慢不定之旋轉且 迴轉方向與曲柄AB 相反。 《圖14-38 不平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

2. 兩曲柄等長但連心線與浮桿不等長 如圖14-39所示，此機構連心線較浮 桿為長，當CD 桿逆時針方向轉動q1角度 2. 兩曲柄等長但連心線與浮桿不等長 如圖14-39所示，此機構連心線較浮 桿為長，當CD 桿逆時針方向轉動q1角度 時，AB 桿亦逆時針方向轉動f1角，且 q1 ＞ f1 ；當CD桿順時針方向轉動q2角度 時，AB桿亦順時針方向轉動f2角，且 f2 ＞ q2 ，兩曲柄之角速度並不相同，此 機構常應用於汽車之轉向機構。 上一頁 節目錄

《圖14-39 不平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

◎汽車前輪之轉向機構 當汽車右轉時，其右輪軸之轉角必須比 左輪軸之轉角大，若於汽車左轉時，其 情況與右轉時相反，如圖14-40所示。 《圖14-40 汽車之轉向機構圖》 上一頁 節目錄

當汽車轉彎時，其兩前輪的理想位 置，為兩輪軸的延長線須與其後輪軸的 延長線相交於Q 點，如圖14-41所示。 《圖14-41 汽車轉向位置》 《圖14-41 汽車轉向位置》 延伸動畫來源： http://www.mekanizmalar.com/ 延伸動畫 上一頁 節目錄

14-3 近似直線運動機構 凡一機構上的一點，不依賴直線導路的 約束，即能發生直線運動，稱為直線運動機 14-3 近似直線運動機構 凡一機構上的一點，不依賴直線導路的 約束，即能發生直線運動，稱為直線運動機 構。可分為絕對直線運動與近似直線運動。 但絕對直線運動機構由於連桿數較多，構造 繁雜故少實用價值，本章節不予討論，而近 似直線運動機構（如圖14-43）其應用有： 一、改良司羅氏直線運動機構 二、饒氏直線運動機構 三、蔡氏直線運動機構 四、瓦特氏直線運動機構 節目錄

一、改良司羅氏直線運動機構 ◎ 圖為司羅氏直線運動 機構，是等腰連桿組的 應用，當連桿AB擺動時， 滑塊C在滑槽內滑動而E 點就可以產生絕對直線 運動軌跡，因使用滑塊 與滑槽之滑動，故摩擦 力阻力較大。 《圖14-43（a）近似直線運動機構（改良司羅氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

一、改良司羅氏直線運動機構 ◎ 將（a）圖滑塊C 與 滑槽改由連桿代替，如 圖（b）所示，則當連桿 AB 擺動2θ 角時，C 點 繞D 點擺動，而E 點在 yy 方向作近似直線運動。 在此機構中，連桿長 　　　　　　 。此機構又稱為蚱蜢機構。 《圖14-43（b）近似直線運動機構（改良司羅氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

當連桿AC 與連桿BD 同時向右或向左擺動時， 則P 點亦隨之劃出一近似 直線的軌跡，使 P 點軌跡接近直線，在此機構中， 與 二、饒氏直線運動機構 ◎連桿長 ，且 。 當連桿AC 與連桿BD 同時向右或向左擺動時， 則P 點亦隨之劃出一近似 直線的軌跡，使 P 點軌跡接近直線，在此機構中， 與 長度不得小於 長。             《圖14-43 近似直線運動機構 （饒氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

三、蔡氏直線運動機構 《圖14-43 近似直線運動機構（蔡氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

◎當桿AB 順時針方向轉動時，可轉至C1、P1、B1 成一直線之位置，且與 垂直。反之，當桿AB 三、蔡氏直線運動機構   ◎連桿長 即若 長，則　　　　　　 長， 長。 ◎當桿AB 順時針方向轉動時，可轉至C1、P1、B1 成一直線之位置，且與 垂直。反之，當桿AB 逆時針方向轉動時，可轉至C2、P2、B2 成一直線 之位置，且與 垂直，而BC 桿中點P 之運動路 徑P1PP2 為一近似直線。           上一頁 節目錄

四、瓦特氏直線運動機構 《圖14-43 近似直線運動機構 （瓦特氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

◎A、D 為兩固定軸，連桿AB 與CD 分別繞A、D 軸擺動，當AB 或CD 擺動時，BC 桿上一點P 之軌 四、瓦特氏直線運動機構 ◎A、D 為兩固定軸，連桿AB 與CD 分別繞A、D 軸擺動，當AB 或CD 擺動時，BC 桿上一點P 之軌 跡「8」字形之雙環曲線，使用上僅取其近似直線 之一段動路，如下圖中yy 線上之EF 段。 ◎此機構的連桿長度必須符合 之條件。 上一頁 節目錄

附錄一 ：圖片來源 上一頁 節目錄 圖14 － 5 Shutterstock images 圖14 － 14（b） http://www.jc80.com/UserDocument/whzjjd/Picture/20091222094256.jpg 圖14 － 17 右圖 Shutterstock images 圖14 － 25 Shutterstock images 圖14 － 32（b） http://www.directindustry.com/prod/oep-couplings/flexible-couplings-oldham-couplings-63786- 　　　　　　　 422118.html 圖14 － 34（b） http://img15.zgong.com/2/20101201/634268169475902500.png 圖14 － 34（c） http://image.cn.made-in-china.com/2f0j01BMRQibmsLokq/SC- 106KT%E9%93%86%E9%92%89%E6%9C%BA.jpg 圖14 － 36 Shutterstock images 圖14 － 37（a） http://lirnghrong.webnode.tw/%E6%9C%80%E6%96%B0%E6%B6%88%E6%81%AF/% E6%90%8D%E7%AE%A1%E8%88%AA%E5%AE%89%E8%A8%AD%E5%82%99/ 圖14 － 41（a） Shutterstock images 上一頁 節目錄