铰链四杆机构的演化和应用：全面解析

工程实际中，平面四杆机构的形式多种多样，但其中绝大多数是在铰链四杆机构的基础上发展演化而来的，这说明各种平面四杆机构甚至多杆机构之间是有内在联系的。

1.曲柄滑块机构

在图3-16（a）所示的曲柄摇杆机构中，摇杆3上C点的轨迹是以D为圆心、CD为半径的圆弧。现将转动副D的半径扩大，并在机架3上做出弧形槽，杆3做成与弧形槽相配合的弧形滑块，如图3-16（b）所示。此时，尽管转动副D的外形改变了，但机构的相对运动性质未变。若将弧形槽的半径增至无穷大，即转动副D的中心移至无穷远处，此时弧形槽变成了直槽，弧形滑块变成了平面滑块，滑块3上C点的轨迹变成了直线，转动副D也就演化成了移动副，如图3-16（c）所示，机构的相对运动性质也发生了变化。通过这样的转变后所得到的机构叫作曲柄滑块机构。

图3-16　曲柄滑块机构的演化

图3-17　对心曲柄滑块机构

在图3-16（c）中，由于滑块的移动路线不通过曲柄的转动中心A，故称为偏置曲柄滑块机构，滑块移动导路线至曲柄的转动中心A的垂直距离称为偏距e。当e=0时，滑块移动导路线通过曲柄的转动中心，称为对心曲柄滑块机构，如图3-17所示。曲柄滑块机构广泛应用于压力机、往复泵和压缩机等装置中。

图3-18所示为内燃机中的曲柄滑块机构。活塞（即滑块）的往复直线运动通过连杆转换成曲轴（即曲柄）的连续回转运动。由于滑块为主动件，因此该机构存在两个死点位置（俗称上死点和下死点）。对于单缸工作的内燃机，如手扶拖拉机用的柴油机，通常采用附加飞轮，利用惯性来使曲轴顺利通过死点位置；对于多缸工作的内燃机，如汽车发动机、船用柴油机和活塞式航空发动机等，通常采用错列各缸的曲柄滑块机构的方式。

当要求滑块的行程H很小时，曲柄长度必须很小。此时，出于结构的需要，常将曲柄做成偏心轮，用偏心轮的偏心距e来替代曲柄的长度，曲柄滑块机构演化成偏心轮机构，如图3-19所示。在偏心轮机构中，滑块的行程等于偏心距的两倍，即H=2e。在偏心轮机构中，只能以偏心轮为主动件。

2.导杆机构

导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的不同固定构件演化而来的。如图3-20（a）所示的曲柄滑块机构，若改取杆1为固定构件，即得导杆机构。杆4称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动。通常取杆2为原动件。如图3-20（b）所示，有两种情况：当L1＜L2时，杆2和杆4均可做整周回转，称为转动导杆机构；当Ll＞L2时，杆4只能往复摆动，称为摆动导杆机构。此外还可以固定杆2或滑块，固定滑块形式称为固定滑块机构，如图2-20（d）所示。

图3-18　内燃机中的曲柄滑块机构

1—连杆；2—曲轴（曲柄）；3—活塞（滑块）(www.xing528.com)

图3-19　偏心轮机构

1—偏心轮；2—连杆；3—滑块；4—机架

图3-20　曲柄滑块机构的演化

导杆机构具有很好的传力性能，广泛应用于回转式油泵（如图3-21所示）、牛头刨床（如图3-22所示）及插床等机器中。

图3-21　回转式油泵机构

图3-22　牛头刨床机构

若取杆2为机架，如图3-20（c）所示，则应用于卡车自动卸料机构（如图3-23所示）、插齿机（如图3-24所示）及摆缸式原动机等机器中。

图3-23　自动卸料机构

图3-24　插齿机