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.

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 《圖 四連桿機構》 延伸動畫來源： 延伸動畫 動 畫 上一頁 節目錄

6 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

7 【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

8 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

9 《圖 連桿機構之運動死點》 上一頁 節目錄

10 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
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

11 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 曲柄搖桿機構》 上一頁 節目錄

12 ◎ 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

13 由∆ 可知 或 《圖 曲柄搖桿機構》 上一頁 節目錄

14 ◎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 人騎腳踏車之運動機構》 延伸動畫來源： 延伸動畫 上一頁 節目錄

15 《圖 橢圓滑步機》 上一頁 節目錄

16 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 雙搖桿機構》 上一頁 節目錄

17 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

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

19 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 雙曲柄機構》 上一頁 節目錄

20 ◎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

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

22 《圖 插床》 上一頁 節目錄

23 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

24 《圖 滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

25 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 往復滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

26 《圖 曲柄活塞機構》 上一頁 節目錄

27 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 迴轉滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

28 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

29 《圖 牛頭鉋床急回機構之運動》 上一頁 節目錄

30 ◎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 牛頭鉋床 急回機構》 上一頁 節目錄

31 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 擺動滑塊曲 柄機構》 上一頁 節目錄

32 《圖 擺動引擎》 《圖 擺動引擎之運動》 上一頁 節目錄

33 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 固定滑塊曲柄機構》 上一頁 節目錄

34 《圖 手壓抽水機》 上一頁 節目錄

35 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

36 《圖 雙滑塊機構》 《圖 雙滑塊機構》 動 畫 上一頁 節目錄

37 《圖 雙滑塊機構》 上一頁 節目錄

38 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

39 《圖 等腰連桿機構》 上一頁 節目錄

40 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

41 《圖 等腰連桿機構另一形式》 動 畫 上一頁 節目錄

42 ◎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 橢圓規》 上一頁 節目錄

43 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： 《圖 歐丹聯結器》 動 畫 延伸動畫 上一頁 節目錄

44 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

45 延伸動畫來源： 《圖 肘節機構》 延伸動畫 上一頁 節目錄

46 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

47 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

48 《圖 平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

49 《圖 火車車輪之牽引機構》 上一頁 節目錄

50 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 不平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

51 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

52 《圖 不平行等曲柄機構》 上一頁 節目錄

53 ◎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 汽車之轉向機構圖》 上一頁 節目錄

54 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 汽車轉向位置》 延伸動畫來源： 延伸動畫 上一頁 節目錄

55 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

56 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

57 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

58 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 近似直線運動機構 （饒氏直線運動機構）》 上一頁 節目錄

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

60 ◎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

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

62 ◎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

63 附錄一 ：圖片來源 上一頁 節目錄 圖14 － 5 Shutterstock images
圖14 － 14（b） 圖14 － 17 右圖 Shutterstock images 圖14 － Shutterstock images 圖14 － 32（b） 　　　　　　　 html 圖14 － 34（b） 圖14 － 34（c） 106KT%E9%93%86%E9%92%89%E6%9C%BA.jpg 圖14 － Shutterstock images 圖14 － 37（a） 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