铰链四杆机构的演化机构优化方案

除了铰链四杆机构以外，在工程实际中，还广泛应用着其他四杆机构，它们均可看成由铰链四杆机构演化而得到的。下面主要介绍4种常见的由铰链四杆机构演化而来的机构。

1.曲柄滑块机构

在图3.8（a）所示的曲柄滑块机构ABCD中，如果以摇杆3的回转中心D为圆心、C点铰链改为在固定圆弧槽内滑动的滑块，则机构各构件间的相对运动并不会发生改变，此时铰链四杆机构已演化为具有曲线导轨的曲柄滑块机构，如图3.8（b）所示。将CD的长度增加至无穷大，则点D将趋于无穷远，圆弧导轨变成了一条直线，如图3.8（c）所示，导路与曲柄转动中心点A有一个偏距e，此时该机构称为偏置曲柄滑块机构。当e=0即导路通过曲柄转动中心时，如图3.8（d）所示，该机构称为对心曲柄滑块机构。由于对心曲柄滑块机构的结构简单，受力情况好，故在实际生产中得到广泛应用。通常说的曲柄滑块机构即指对心曲柄滑块机构。

图3.8　曲柄滑块机构

图3.9所示为曲柄滑块机构的部分应用实例。图3.9（a）所示为应用于内燃机、空压机、蒸汽机的活塞-连杆-曲柄机构，其中活塞相当于滑块。图3.9（b）所示为用于自动送料装置的曲柄滑块机构，曲柄每转一圈活塞送出一个工件。当需要将曲柄做得较短时，结构上就难以实现，通常采用图3.9（c）所示的偏心轮机构，其偏心圆盘的偏心距e就是曲柄的长度。图3.9（c）结构减少了曲柄的驱动力，增大了转动副的尺寸，提高了曲柄的强度和刚度，广泛应用于冲压机床、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。

图3.9　曲柄滑块机构的部分应用实例

2.导杆机构

在对心曲柄滑块机构中，导路是固定不动的。如果将导路做成导杆4铰接于A点，使之能够绕点A转动，并使导杆AB固定，就变成了导杆机构，如图3.10所示。当AB＜BC时，导杆4能够作整周的回转，称为旋转导杆机构，如图3.10（a）所示；当AB＞BC时导杆4只能作往复摆动，称为摆动导杆机构，如图3.10（b）所示。

导杆机构具有很好的传力性，在插床、刨床等要求传递重载的场合得到广泛应用。如图3.11（a）所示的插床工作机构和图3.11（b）所示的牛头刨床工作机构，都是通过导杆机构来实现工作的。

图3.10　导杆机构

图3.11　导杆机构的应用

3.摇块机构

在对心曲柄滑块机构中，将与滑块铰接的构件AC固定成机架，使滑块只能摇摆不能移动，就形成了摇块机构，如图3.12（a）所示。摇块机构在液压与气压传动系统中得到广泛应用，图3.12（b）所示为摇块机构在自卸货车上的应用，以车架AC为机架，液压缸筒3与车架铰接于点C成摇块，原动件活塞及活塞杆2可沿缸筒中心线往复移动形成导路，从而带动车箱1绕点A摆动实现卸料或复位。(www.xing528.com)

图3.12　摇块机构及其应用

4.定块机构

在对心曲柄滑块机构中，将滑块3固定为机架，就形成了定块机构（也称固定滑块机构），如图3.13（a）所示。定块机构在手动唧筒与抽油泵等机械系统中得到广泛应用，图3.13（b）所示为定块机构在手动唧筒上的应用，用手上下扳动原动件1，使作为导路的活塞及活塞杆4沿唧筒中心线往复移动，实现唧水。表3.1列出了铰链四杆机构及其演化机构的主要形式。

图3.13　定块机构及其应用

表3.1　铰链四杆机构及其演化机构的主要形式

机构演化的实质就是机构的变换。机构变换的方式很多，如机构运动变换（如表3.1中铰链四杆机构的机架变换，相对运动关系不变，但绝对运动关系变化）、运动副变换、型变换、形态变换、自适应变换等，通过变换，可以得到新的机构。机构变换是机械创新的重要方法。