铰链四杆机构的演化历程

在实际机械中，平面连杆机构的类型是多种多样的，但其中绝大多数是在铰链四杆机构的基础上发展和演化而来的。一般可通过将铰链四杆机构的转动副转化为移动副或选取不同的构件为机架，则可获得相应的各种派生的四杆机构。凡含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构。下面介绍几种常见演化形式。

1.曲柄滑块机构

如图5-2-20（a）所示的曲柄摇杆机构中，摇杆3上的C点的轨迹是以D点为圆心、杆3的长度L3为半径的圆弧。如将转动副D的半径扩大，使其半径等于L3，并在机架上按C点的近似轨迹做成一弧形槽，摇杆3做成与弧形槽相配的弧形块，如图5-2-20（b）所示。此时，虽然转动副D的外形改变，但机构的运动特性并没有改变。若将弧形槽的半径增至无穷大，则转动副D的中心移至无穷远处，弧形槽变为直槽，转动副D则转化为移动副，构件3由摇杆变为滑块，于是曲柄摇杆机构就演化为曲柄滑块机构，如图5-2-20（c）所示。

曲柄滑块机构的运动特点是将曲柄的连续转动转化为滑块的往复运动，或将滑块的往复运动转化为曲柄的连续转动。

（1）偏置曲柄滑块机构

如图5-2-20（c）所示曲柄滑块机构中，移动方位线不通过曲柄回转中心，故称为偏置曲柄滑块机构。

（2）对心曲柄滑块机构

曲柄回转中心至其移动方位的垂直距离，称为偏心距e；当移动方位线通过曲柄回转中心时（即e=0），则为对心曲柄滑块机构，如图5-2-20（d）所示。

图5-2-20　曲柄滑块机构

曲柄滑块机构中曲柄存在的条件是：

对心曲柄滑块机构 L1<L2

偏置曲柄滑块机构 L1+e<L2

式中，L1为曲柄长度，e为偏心距，L2为连杆长度。对心曲柄滑块的行程s=2L1。

当对心曲柄滑块机构的曲柄长度较短时，常把曲柄制成偏心轮的形式，如图5-2-21所示，称为偏心轮机构。这样不但增大了轴颈的尺寸，提高了偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于轴的中部时，便于安装整体式连杆，从而使连杆结构简化。

图5-2-21　偏心轮机构

曲柄滑块机构的用途广泛，主要用于将转动变为往复移动，如内燃机和自动送料机构等。而偏心轮机构则广泛用于剪床、冲床、颚式破碎机等机械设备中。(www.xing528.com)

2.导杆机构

（1）转动导杆机构

如图5-2-22（a）所示，曲柄滑块机构中，L1<L2，如取构件1为机架，构件2为主动件，当构件2做圆周转动时，导杆4也做整周回转。此机构称为转动导杆机构，如简易刨床的主运动就是利用了这种机构，如图 5-2-22（b）所示。

图5-2-22　转动导杆机构

（2）摆动导杆机构

当L1>L2，以构件2为主动件做连续转动时，导杆4只能往复摆动，称为摆动导杆机构，如图5-2-23（a）所示。如牛头刨床的主运动机构，如图5-2-28（b）所示。

图5-2-23　摆动导杆机构

3.摇块机构

曲柄滑块机构中，如取构件2为机架，构件1做整周运动，则滑块3成了绕机架上C点做来回摆动的摇块，如图5-2-24（a）所示，称为摇块机构。这种机构常用于摆动液压泵，如图5-2-24（b）所示的液压驱动装置。如图5-2-24（c）所示的自卸汽车的翻斗机构，也是摇块机构的实际应用。

图5-2-24　摇块机构

4.定块机构

曲柄滑块机构中，如取滑块为机架，即得定块机构。如图5-2-25所示的手动压水机是定块机构的应用实例，以构件4为机架、杆3为绕固定轴摆动的摇杆，杆2为连杆，绕A点转动，使杆1做上下往复运动。

图5-2-25　手动压水机定块结构