4.3 铰链四杆机构的演化

如4.2节所述，在铰链四杆机构中，可根据两连架杆是曲柄还是摇杆，把铰链四杆机构分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。后两种可视为曲柄摇杆机构取不同构件作为机架的演变。通过用移动副取代回转副、变更杆件长度、变更机架和扩大回转副等途径，还可以得到铰链四杆机构的其他演化形式。

1.曲柄滑块机构

如图4-13（a）所示的曲柄摇杆机构，当曲柄1转动时，连杆2与摇杆3连接处铰链中心C的轨迹为以D为圆心和l3为半径的圆弧。若摇杆长度l3增至无穷大，则如图4-13（b）所示，C点轨迹变成直线。于是摇杆3演化为直线运动的滑块，回转副D演化为滑块与导路之间的移动副，整个机构演化为如图4-13（c）所示的曲柄滑块机构。若C点运动轨迹正对曲柄转动中心A，则称为对心曲柄滑块机构（见图4-13（c））；若C点运动轨迹的延长线与回转中心A之间存在偏距e见图4-13（d）），则称为偏置曲柄滑块机构。曲柄等速转动时，偏置曲柄滑块机构可实现急回运动。

1—曲柄；2—连杆；3—摇杆

曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、空气压缩机、冲床和弹簧管压力表等机械中，常用于把曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动，也可把滑块的直线移动转换为曲柄的回转运动。

2.曲柄滑块机构的演化

（1）导杆机构

导杆机构可看成是通过改变曲柄滑块机构中的固定件演化而来的。如图4-14（a）所示的曲柄滑块机构，若把曲柄滑块机构的曲柄1取为机架，杆4为导杆，滑块3在导杆4上滑动，并随连架杆2一起转动，即得图4-14（b）所示的导杆机构。一般杆2为原动件，当l1＜l2时，杆2和导杆4均可作整周转动，称为转动导杆机构。当l1＞l2时，杆4只能往复摆动，故称为摆动导杆机构。导杆机构的传动角始终等于90°，具有很好的传力性能，故常用于牛头刨床、插床和回转式油泵中。

（2）摇块机构

在图4-14（a）所示的曲柄滑块机构中，若取杆2为固定件，即可得图4-14（c）所示的摆动滑块机构，或称为摇块机构。这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。例如，在图4-15所示的卡车车厢自动翻转卸料机构中，当油缸3中的压力油推动活塞杆4运动时，车厢1便绕回转副中心B倾转，当达到一定角度时，物料就自动卸下。

1—机架；2—杆；3—滑块；4—导杆

1—车厢；2—底盘；3—油箱；4—活塞杆

（3）定块机构

在图4-14（a）所示的曲柄滑块机构中，若取滑块3为固定件，即可得图4-14（d）所示的固定滑块机构，或称为定块机构。这种机构常用于抽水唧筒（见图4-16）和抽油泵中。

3.双滑块机构

双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构，可以认为是铰链四杆机构两杆长度趋于无穷大演化而成的。图4-17所示的机构，从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。图4-18所示的机构，从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。这两种机构常见于计算装置之中。

1—机架；2—杆；3—滑块；4—导杆

1—机架；2—杆；3—滑块；4—导杆

1—机架；2—杆；3—滑块；4—导杆

正弦机构和正切机构在仪器仪表中应用较多。为了进一步简化机构，改善工艺性，常用高副代替低副。具体结构措施是在摆杆（曲柄）的端部或推杆的顶部镶上钢球，以形成高副。

4.偏心轮机构

图4-19（a）为偏心轮机构。杆1为圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆盘绕偏心A转动，故称为偏心轮。A、B之间的距离e称为偏心距。按照相对运动关系，可画出该机构的运动简图，如图4-19（b）所示。由图可知，偏心轮是回转副B扩大到包括回转副A而形成的，偏心距e即是曲柄的长度。

当曲柄长度很小时，通常把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高了偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械之中。