常用机构(四连杆机构)
铰链四杆机构的常用机构
第二章常用机构学习目标1.了解和掌握铰链四杆机构的组成、基本类型及其特点和应用2.了解和掌握凸轮机构的组成、特点、分类、应用及其从动件常用运动规律3.了解棘轮机构和槽轮机构的组成、分类、特点和应用无论是在生活中，还是在生产中，种各样的机构都在为人们的生活和作服务。
例如，门窗、天平秤、铲机、火车一、运动副使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接，称为运动副。
在工程上，人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类。
在一般机器中，经常遇到的是平面运动副。
平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为低副和高副。
1.低副低副是指两构件之间作面接触的运动副（图2—1），包括转动副、移动副和螺旋副。
图 2—1高副 2.高副是指两构件之间作点或线接触的运动副（图 2—2）二、平面连杆机构平面连杆机构的各构件是用销轴、滑道（低副）等方式连接起来的，各构件间的相对运动均在同一平面或互相平行的平面内。
最简单的平面连杆机构是由4个杆件组成的，简称平面四杆机构，其结构简单，易于制造，工作可靠，因此应用非常广泛。
图2—3所示2 图 2—口港重物连摇构中的双为机铲土了保证铲斗平行移动，防止泥土流出，采用了平面连杆机构3—图 2—§21 铰链四杆机构所示；在日常生—63铰链（即转动副）的形式很多，机械设备中铰链的一般形式如图 2活中，门和家具上用的合叶（图—）也是铰链联接的具体应用。
44图 2—铰链四杆机构在生活、生产和工作中广泛用于动力的传递或者改变运动的形式，例如）的运动等都是利用铰链四杆—62公共汽车车门的开闭（图2—5）、汽车前窗刮雨器（图机构来完成工作任务的。
公共汽车车门上安装了铰链四杆机构，通过杆件的联动，使两侧车门实现同时开启、同时关闭的运动。
5 图2—当有雨水或雾气聚集在汽车前挡玻璃上挡住驾驶员的视线时，开启汽车前窗刮雨器，雨刮在电动机的带动下就会左右摆动刮去雨水或雾气。
雨刮为什么能将电动机的旋转运动转变为来回的摆动？这也是铰链四杆机构的作用。
机械设计常用机构
机械设计常用机构一、引言机械设计是一门综合性很强的学科，它涉及到很多方面的知识，其中机构设计是一个非常重要的部分。
机构是由两个或两个以上的零件连接而成，用于传递力和运动。
在机械设计中，常用机构包括平面机构、空间机构、连杆机构等等。
本文将对常用的几种机构进行介绍。
二、平面机构平面机构是指所有零件均在同一平面内运动的机构。
根据其结构和运动特点，平面机构可以分为以下几种类型。
1.四连杆机构四连杆机构是最简单的平面运动副之一，由4个刚性连杆组成。
它有很多应用场合，如摇臂钳床、活塞式发动机等。
2.曲柄滑块副曲柄滑块副是由曲柄轴和滑块组成的副件。
它可以将旋转运动转换为直线运动，并且具有较大的力矩传递能力。
常见应用于发电厂、水泵等设备上。
3.齿轮传动齿轮传动是利用齿轮之间相互啮合的原理，将动力从一处传递到另一处。
它具有传递力矩大、精度高等优点，常用于汽车、机床等设备上。
三、空间机构空间机构是指零件在三维空间内运动的机构。
根据其结构和运动特点，空间机构可以分为以下几种类型。
1.球面副球面副是由两个球体组成的零件，其中一个球体固定不动，另一个球体则可以在其表面上自由滑动。
它常用于汽车悬挂系统、航天器等领域。
2.万向节万向节是将两个轴相连接的一种机构，它可以使两个轴在不同方向上转动，并且具有较大的角度范围。
它常用于汽车转向系统、飞行器等领域。
3.蜗杆副蜗杆副是由蜗杆和蜗轮组成的一种机构。
它可以将旋转运动转换为直线运动，并且具有较大的力矩传递能力。
常用于起重设备、钢铁冶金设备等领域。
四、连杆机构连杆机构是由两个或多个连杆连接而成的机构，它可以将旋转运动转换为直线运动。
根据其结构和运动特点，连杆机构可以分为以下几种类型。
1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构是由曲柄、摇杆和连杆组成的一种机构。
它可以将旋转运动转换为直线运动，并且具有较大的力矩传递能力。
常用于发电厂、水泵等设备上。
2.双曲面副双曲面副是由两个双曲面组成的零件，其中一个双曲面固定不动，另一个双曲面则可以在其表面上自由滑动。
机械基础——常用四杆机构
雷达天线俯仰角调整机构：天线固定在摇杆上，由 主动曲柄通过连杆使天线摆动以调整俯仰角度。
汽车前窗刮雨机构：主动曲柄AB回转时，从动摇杆作往复 摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨作用。
曲柄摇杆机构应 用 2）摆动变换为转动 缝纫机踏板机构
将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动。
破碎机
（二）双曲柄机构
铰链四杆机构按两连架杆的运动形式不同分 为三种基本形式：
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
（一）曲柄摇杆机 构
两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。 当曲柄为原动件 时，可将曲柄的连续转动转变为摇 杆的往复摆动。
曲柄摇杆机构应用 1）将转动变为摆动
搅拌机机构
黑色杆是什么？ 红色杆是什么？ 绿色杆是什么？ 蓝色杆是什么？
曲柄导杆机构
的平面四杆 曲柄摇块机构
机构
移动导杆机构
二、铰链四杆机构的基本类型及应用
由四个杆状构件及四个转动副组成。
C B
A
D
A
D
在此机构中：AD固定不动，称为机架； AB、CD两构件与机架组成转动副，称为连架杆； BC称为连杆。 在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度 范围内摆动的构件称为摇杆。
(A) 一个； (B) 二个； (C) 三个； (D) 四个。 （2）平面机构中的高副所引入的约束数目为 A 。
(A) 一个； (B) 二个； (C) 三个； (D) 四个。 （3）平面机构中的低副所保留的自由度数目为 A 。
(A) 一个； (B) 二个； (C) 三个； (D) 四个。
复习提问
三、 问答题 （1）机器与机构的主要区别是什么？
复习提问
三、 问答题 （3）机构具确定运动的条件是什么？
四连杆机构及其设计
4）泛菱形机构
若四杆机构的两相邻杆长度两两相等，则机构将变为泛菱 形机构，如下图a）、b）、c）
C
C
C
B2 3
B2 3
3（2）
1
1
4（1）
A 4D
A4 D
AD
图a）双曲柄机构 图b）曲柄摇杆机构
图c）二杆机构
泛菱形机构有3个周转副，一个摆转副。当其以短杆为机架时为双 曲柄机构；当其以长杆为机架时为曲柄摇杆机构，这种机构当相邻 两杆重叠在一起时，将退化为二杆机构，其运动不确定。
B
自卸卡车举升机构
摆缸式内燃机机构
左侧四杆机构位移量小，减振功能差
挖掘机相邻两杆之间的开合动 作也是由摇块机构来实现的。
③定块机构（移动导杆机构） B
曲柄滑块机构中，当滑块3为
1
2
A
4
C3
机架时，即得定块机构。
曲柄滑块机构
1 2
3 4
定块机构
滑块3为定块，一般取杆1为原动 件，杆2绕C点往复摆动，而杆4 仅相对滑块3作往复移动。
曲柄滑块机构、铰链四杆机构、导杆机构是最常见 的连杆机构型式。
这些机构的共同特点是其原动件1的运动 都要经过一个不直接与机架相联的中间构件 2才能传动从动件3，这个不直接与机架相联 的中间构件称为连杆，而把具有连杆的这些 机构统称为连杆机构。
●构件可长，用于远距离的操作。如挖掘机、车闸。 ●杠杆特性，用于增力。 ●运动形式多样，可用于运动转换。 ●连架杆位置对应，用于控制。 ●连杆位置多变，用于特定运动规律。
B
1
2
A
4
C3
4 1
曲柄滑块机构
2
曲柄摇块机构
3
传统机械结构及应用
传统机械结构及应用传统机械结构是指在工程和制造领域中广泛应用的基础机械结构，它们既可以单独应用，也可以组合在一起形成更复杂的机械系统。
这些结构通常由各种传动机构、骨架支撑和工作部件组成，用于实现特定的功能和任务。
下面将重点介绍一些常见的传统机械结构及其应用。
1. 四连杆机构四连杆机构是由四个杆件连接而成，其中两个杆件固定不动，另外两个杆件可以运动。
这种机构具有较好的工作稳定性和精度，常见的应用包括内燃机活塞连杆机构、机床推进机构等。
2. 齿轮传动齿轮传动是利用齿轮间的啮合与滚动来传递力和运动的一种机械传动方式。
它具有传动效率高、传动比稳定等特点，广泛应用于各种机械设备中，如汽车传动系统、工程机械的减速箱等。
3. 曲柄连杆机构曲柄连杆机构是由曲柄、连杆和活塞等组成的机械结构，常用于内燃机、柴油机等燃烧式发动机中。
曲柄连杆机构通过曲柄的转动将往复直线运动转化为旋转运动，实现活塞的工作，从而驱动其他部件的运动。
4. 皮带传动皮带传动是利用皮带与轮盘之间的摩擦来传递动力和运动的一种传动方式。
它具有结构简单、噪音小、传动平稳等特点，常用于机械设备的传动系统中，如发电机组、水泥生产线等。
5. 铰链机构铰链机构是由多个相连的铰链组成的机构，它具有良好的灵活性和可调性，常用于各种复杂的运动机构中，如机械手臂、门窗开关装置等。
6. 定位机构定位机构是一种用于实现精确位置控制的机械结构，它通过各种滑块、销轴、螺旋副等元件，使工件能够按照设计要求精确地定位和移动。
定位机构广泛应用于制造、装配等领域，如数控机床、自动化生产线等。
7. 传动链条传动链条是利用链条与链轮之间的啮合来传递力和运动的一种机械传动方式。
它具有结构简单、传动效率高等优点，常用于摩托车、自行车等交通工具，以及工程机械的传动系统中。
8. 螺杆传动螺杆传动是通过螺杆与螺母之间的啮合来实现转矩传递和运动的一种传动机构。
它具有自锁特性和传动比可调性，常用于各种需要大力矩传递的设备，如升降机、起重机等。
四连杆机构原理
四连杆机构原理
四连杆机构是一种常见的机械结构，由四个连杆组成，其中两个为主动连杆，两个为从动连杆。
四连杆机构的原理和应用十分广泛，下面将对其原理进行详细介绍。
首先，四连杆机构的结构特点是由四个连杆组成的闭合链条，其中两个连杆被固定，另外两个连杆能够相对运动。
这种结构使得四连杆机构具有较为灵活的运动特性，可以用于各种机械装置中。
其次，四连杆机构的运动原理是通过主动连杆的运动来驱动从动连杆的运动。
主动连杆通过外部力或驱动装置进行运动，从而带动从动连杆做相应的运动。
这种结构使得四连杆机构能够实现复杂的运动轨迹和运动规律，可以用于各种需要复杂运动的机械装置中。
四连杆机构的运动规律可以通过运动分析和动力学分析来进行研究。
通过对各个连杆的长度、角度和速度等参数进行分析，可以得到四连杆机构的运动规律和特性。
这对于设计和优化四连杆机构具有重要意义，可以使得机构的运动更加稳定和高效。
在实际应用中，四连杆机构被广泛应用于各种机械装置中，如发动机、机械手臂、输送装置等。
其灵活的运动特性和复杂的运动规律使得四连杆机构能够满足各种复杂的工程需求，成为机械设计中常用的重要元件之一。
总之，四连杆机构是一种常见的机械结构，具有灵活的运动特性和复杂的运动规律。
通过对其结构和运动原理的深入研究，可以更好地应用于各种机械装置中，为工程设计和制造提供重要的支持和帮助。
下列关于四杆机构曲柄存在的条件及其推论中
四杆机构是机械制造中常用的一种机构，它由四根连接件组成，可以实现旋转或者直线运动。
其中，曲柄是四杆机构中的重要组成部分，它具有一定的特殊性。
下面我们将对四杆机构中曲柄存在的条件及其推论进行介绍和分析。
一、曲柄存在的条件在四连杆机构中，曲柄的存在有一定的条件限制，以下为曲柄存在的条件：1. 曲柄机构的参数满足Grashof条件。
Grashof条件是四连杆机构的一种特殊情况，它要求四个杆件中至少有一个杆件的长度小于其他三个杆件的长度之和，并且满足这一条件的四杆机构中必定存在曲柄。
2. 四杆机构的对角杆之和大于另外两杆之和。
即对角杆之和大于两边杆之和，这是曲柄存在的另一种条件，满足这一条件的四杆机构就可以保证存在曲柄。
二、曲柄存在的推论曲柄存在的条件决定了曲柄在四杆机构中的作用和特性，下面是曲柄存在时的一些推论：1. 曲柄机构能够实现双转动。
由于曲柄存在的特殊性，使得四杆机构的曲柄具有双转动的特点，即曲柄能够实现两种不同的旋转运动方式。
2. 曲柄机构可以用于传动系统。
曲柄机构在传动系统中具有重要作用，它可以通过曲柄和连杆的转动实现对其他机械部件的传动和控制。
三、结论通过以上对四杆机构曲柄存在的条件及其推论的介绍和分析，我们可以看出曲柄在四杆机构中具有重要作用，同时也需要满足一定的条件限制。
曲柄的存在不仅能够实现双转动，还可以用于传动系统中，对于机械制造和应用中具有一定的实际意义和价值。
在设计和应用四杆机构时，需要充分考虑曲柄的存在条件及其推论，以保证机构的正常运行和性能表现。
以上就是关于四杆机构曲柄存在的条件及其推论的介绍，希望可以对您有所帮助。
很高兴您对四杆机构曲柄存在的条件及其推论感兴趣，接下来我们将进一步扩展这个话题，探讨曲柄在机械制造和应用中的更多实际意义和价值。
四、曲柄的作用曲柄在四杆机构中有着重要的作用，它不仅可以实现双转动，还可以通过传动系统影响机械装置的运行。
1. 实现双转动曲柄在四杆机构中的存在使得机构具有了双转动的特点。
四连杆机构原理 受力
四连杆机构原理受力四连杆机构是一种常用的机械传动装置，由四个连杆组成，可以实现复杂的运动轨迹。
在四连杆机构中，各个连杆之间的受力关系是非常重要的，它直接影响到机构的运动特性和稳定性。
我们来看一下四连杆机构中各个连杆的受力情况。
四连杆机构由一个固定连杆、两个活动连杆和一个驱动连杆组成。
固定连杆连接固定点和驱动点，活动连杆连接驱动点和工作点，驱动连杆连接工作点和固定点。
在四连杆机构中，驱动连杆是通过驱动点的力来产生运动的，而活动连杆则转化这个运动，并将其传递给工作点。
在四连杆机构中，各个连杆之间的受力关系是相互影响的。
首先，固定连杆在连接点处受到驱动点的力，这个力可以分解为水平方向和垂直方向的分力。
水平方向的分力使固定连杆产生水平方向的拉力，垂直方向的分力使固定连杆产生垂直向上的压力。
这些受力使得固定连杆保持稳定，并且不会发生位移。
接下来，活动连杆在连接点处同样受到驱动点的力。
这个力可以分解为水平方向和垂直方向的分力。
水平方向的分力使活动连杆产生水平方向的拉力，垂直方向的分力使活动连杆产生垂直向上的压力。
这些受力使得活动连杆具有一定的刚度，并且可以传递驱动点的力给工作点。
驱动连杆在连接点处同样受到驱动点的力。
这个力可以分解为水平方向和垂直方向的分力。
水平方向的分力使驱动连杆产生水平方向的拉力，垂直方向的分力使驱动连杆产生垂直向上的压力。
这些受力使得驱动连杆能够将驱动点的力传递给工作点，并且实现机构的运动。
四连杆机构中各个连杆之间的受力关系是非常重要的。
固定连杆、活动连杆和驱动连杆都承受着来自驱动点的力，这些力使得连杆产生拉力和压力，并且保持机构的稳定性和运动特性。
在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择合适的连杆长度和连接方式，以确保机构的可靠性和性能。
四连杆机构中各个连杆之间的受力关系是非常重要的。
了解这些受力关系可以帮助我们更好地设计和应用四连杆机构，实现所需的运动轨迹和功能。
同时，我们还需要注意机构的稳定性和可靠性，确保机构在工作过程中不会出现失效和故障。
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C
d c
d
D
j =0 cos j =1 cos d d min j =180° cos j = –1 cos d d max
d min 或 d max 可能最小
曲柄摇杆机构,当曲柄主动时,在曲柄与机架共线的两个位置 之一,传动角最小.
死点
• 死点:
• 传动角为零=0(连杆与从动件共线),机构顶死
B2
22
2 2
2
C 3
C 3
C
3
3
C
43 C44 4
4C4 4 44C
4 14 4
A
(3)扩大回转副 ——偏心轮机构
曲柄摇杆机构中，将曲柄上的转 动副B的半径扩大至超过曲柄的 长度，曲柄变成一个几何中心 与回转中心不重合的圆盘，称 为偏心轮。
提高偏心轴的强度和刚 度、简化结构
• 曲柄滑块机构 (扩大回转副)
角.
• 急回特性分析： • 1 = C • 1 = 1 t1 =1800 + • 2 = 1 t2 =1800 -
B
1
1
A
1
C
2
1
B2
4
C C2
3 v1
v2 j
D
• t1 > t2 , v2 > v1 • 行程速比系数K
K
v2 v1
C1C2 / t2 C1C2 / t1
t1 t2
1 2
1800 1800
起两个位置 铸造翻砂机构: • 要求实现两个翻转位置
设计
已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D 中心位置。
B1
C1
B2
A●
●D
C2
四杆机构 AB1C1D 为所求.
实现连杆给定的三个位置
C1 C2
B1 B2
B3 C3
D
A
四杆机构 AB1C1D 为所求.
2.具有急回特性的机构
按给定的 K 值,设计曲柄摇杆机构
或将滑块的往复直线运动变换为回转运动（如内燃机）。
（2）选不同构件作机架
• 导杆机构 • 曲柄摇块机构
• 移动导杆机构
（定块机构）
变更机架
• 曲柄滑块机构 导杆机构 例
曲柄滑块机构 例
曲柄摇块机构 移动导杆机构
导杆机构
将曲柄滑块机构中的曲柄作 为机架，既变为导杆机构。
转动导杆机构：
BC>AB 导杆可作360º回转
180 K 1 K 1
• K=1, 无急回特性
↑K↑急回特征越显著
B
2
1
❖急回特性的应用例：牛头刨工作要求
慢 快
(3) 传力特性
压力角和传动角
压力角 从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦)
传动角
压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)
F
d
V
d
连架杆 B 1
A
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
2 3
２３1作作机机架架 1
A
4
D
曲柄摇杆机构
22 33
1
A
4
D
曲双柄摇 曲摇杆柄杆机机构构
(1) 曲柄摇杆机构
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 2
• 举例：搅拌器机构
•
雷达天线机构
1
3
4
用途：改变运动形式 回转——遥感摆动 摇杆摆动——回转
(2) 双曲柄机构
3 铰链四杆机构类型的判别：
(1) 曲柄存在条件
（以曲柄摇杆机构为例）
设 AB 为曲柄, 且 a<d . 由 △BCD :
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b 以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：
b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b
4
3 C
3 C
33 3 C
C3 C3
242 2 22 242
3C C3
C3
4224 B
4224
3C
4 2 21 22 2 4
C3 4
4
3 C
A CC
C3
4 3C
3 C
4
4
4
4
摆动导杆机构：
BC<AB 导杆在小于360º范围内摆动。 （牛头刨床的主传动机构）
3 3 C3
C3 C3
C
2 2 C
3
2 3
22 2
C
C
C2
2
1
3
B
B
vF
B1 =00
1
A
B2
4
=00
A
B2
D
=00
B
=00
C１
C
C
1
2
F
v
克服死点的措施
• 利用构件惯性力 • 实例:家用缝纫机 • 采用多套机构错位排列 • 实例:蒸汽机车车轮联动机构 • 蒸汽机车两侧利用错位排列的两套曲柄滑块机构使车轮联
动机构通过死点 F’ G’
E’
E
G
F
死点的利用
• 结构特点：二连架杆均为曲柄 • 举例：振动筛机构 变速
特殊双曲柄机构：
• 平行四边形机构 特点：二曲柄等速
运动不确定问题
• 反平行四边形机构 结构特点：二曲柄转向相反
车门开闭机构
(3) 双摇杆机构
• 结构特点：二连架杆均为摇杆 • 举例: 鹤式起重机
特殊机构
• 等腰梯形机构 • 实例: 汽车前轮转向机构
• 实例:夹具 • 飞机起落架机构
=00
2-3 平面四杆机构的特点及其设计
一、平面四杆机构的特点 二、平面四杆机构的设计
一、平面四杆机构的特点
3
C
4 机架
A 4
1
连杆
C
2
2
连架杆
B
3
1 B
1
A
4
D
A
2
B D
3
5
C
E6
• 全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损 • 运动副结构简单，易加工 • 运动规律多样化、点的运动轨迹多样化 • 运动副累积误差大，效率低 • 惯性力难以平衡，不宜用于高速 • 不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂
LAB= mLAB = … 、 LBC= mLBC = … .
2） 给定 K、y、LCD 、[ ] .
① 分析.
C1
C
C3 min C2
2 > min
B
A B3
A0
y
D
② 设计.
C1
C3
C2
min
[]
2
A B3
A0
min 须不小于 [ ] .
y
D
3实现预定运动轨迹机构
• 实现预定轨迹的设计 • 即要求机构中连杆上某点的轨迹能与给定的曲线相一致,或
C 2
曲柄
(周转副)
摇杆(摆杆)
(摆转副)
B
3
1
A
4
D
机架：固定不动的构件——AD
连架杆：直接与机架相连的构件
——AB、CD
连架杆 B
连杆：不与机架相连的构件—BC
1
曲柄：能作整周转动的连架杆
A
摇杆：不能作整周转动的连架杆
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
机架
按连架杆不同运动形式分：
(1) 曲柄摇杆机构 (2) 双曲柄机构 (3) 双摇杆机构
d
1800 d
传动不利，设计时规定 4050 通常，机构在运动过程中传动角是变化的，最小值在哪？
最小传动角 min
2
BD
a2
d2
2a d
cosj
2
BD
b2
c2
2b c cosd
b
cosd
b2 c 2 2 a d cosj a 2 d 2
2bc
B
a
j
A
分析
1） 给定 K、y、LCD
① 分析.
C1
C
B
A D
B2
—KK—-+11180°
A B1
2
O y
D
C2
900 -
② 设计.
C1
—KK—-+111800 = …
以 mL = …
作图.
B
C
E
2
C2
900 -
AC1=BC-AB A
O
y
AC2=BC+AB
AB = —A—C2—-A—C1—
D
2
BC = —A—C22—+A—C—1 曲柄摇杆机构 ABCD 为所求.
并可得: a<b 、 a<c 、 a<d .
B
a
A
b f
d
C
c
D
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。 (2)曲柄是最短杆。
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 (2)曲柄是最短杆。
铰链四杆机构类型的判别：
当Lmax+LminL(其余两杆长度之和)时
二. 平面四杆机构的设计
设计类型 1.实现连杆给定位置 2.实现预定运动规律
例如:从动件的急回运动特性 3.实现预定运动轨迹
方法：解析法、作图法、实验法