铰链四杆机构的演化

前文提到铰链四杆机构是平面四杆机构的基本类型，在它的基础之上通过特定的演化方法，可得到其他一些常用的四杆机构。这些演化机构弥补了铰链四杆机构在应用上的局限性，满足了对机构在结构设计、受力状况等方面的多种需要。下面对几种常用的演化方法及演化机构加以介绍。

1.改变构件的形状和运动尺寸

如图3－16a所示的曲柄摇杆机构，当曲柄1等速回转时，摇杆3上C点的轨迹是以D点为圆心、CD为半径的圆弧。将摇杆3做成滑块形式，使其在以C点轨迹为中心线的轨道β—β内往复移动，如图3－16b所示。这时，虽然构件3的形状发生了改变，且构件3与机架由转动副连接变成了移动副连接，但整个机构的相对运动性质并未改变，曲柄摇杆机构变成了有曲线导轨的曲柄滑块机构。如果继续将曲线导轨的中心D移至无限远处，曲线导轨就变成了直线导轨，图3－16b中的机构将演变成图3－16c所示的一般曲柄滑块机构。曲柄滑块机构中，滑块轨道中心线与曲柄的转动中心的垂直距离e称为偏距。e≠0的曲柄滑块机构称为偏置曲柄滑块机构（见图3－16c），e＝0的曲柄滑块机构称为对心曲柄滑块机构（见图3－16d）。曲柄滑块机构广泛用于内燃机、蒸汽机、空气压缩机、剪床和冲床等机械中，可实现转动与移动的转换。

图3－16 改变构件的形状和运动尺寸

利用上述的演化方法，可继续将含有一个移动副的四杆机构转化成含有两个转动副的四杆机构。读者可对照图3－17所示的双滑块机构（也称为正弦机构），自行思考一下其转化过程。双滑块机构在仪表、解算装置、纺织机械、印刷机械、机床中得到了广泛应用。

图3－17 双滑块机构

图3－18 偏心轮机构

2.改变运动副的尺寸

在图3－18a所示的曲柄滑块机构中，当曲柄1的尺寸很小时，点A、B处的两个转动副会靠得很近，这会大大影响曲柄1的传动强度。如果传递功率较大，在一个较短的构件上加工两个尺寸较大的转动副甚至是难以实现的。为此，可将点B处的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度，将杆状曲柄改做成图3－18b所示的几何中心B不与其回转中心A重合的圆盘。此圆盘称为偏心轮，偏心轮上回转中心与几何中心的距离e为偏距，它与图3－18a中的曲柄等长，转化后的这一机构称为偏心轮机构。在图3－18b所示的偏心轮机构中，构件数、各构件之间形成的运动副类型及相对运动关系与图3－18a中的曲柄滑块机构没有任何不同。偏心轮机构广泛应用于剪床、冲床、颚式破碎机、夹具及锻压设备中。

3.取不同的构件作为机架

1）曲柄摇杆机构的演化

在图3－19a所示的曲柄摇杆机构中，构件1是曲柄，构件3是摇杆，故机构中构成点A、B处转动副的构件可作360°的相对转动，而构成点C、D处转动副的构件只能作小于360°的相对转动。如果取不同的构件为机架，上述构件之间的相对运动关系并没有改变，但可演化成具有不同结构形式、不同用途的铰链四杆机构。如图3－19b所示是以构件1为机架的双曲柄机构，图3－19c所示是以构件2为机架的曲柄摇杆机构，图3－19d所示是以构件3为机架的双摇杆机构。

图3－19 铰链四杆机构取不同构件为机架

2）曲柄滑块机构的演化

在图3－20a所示的曲柄滑块机构中，若选构件1为机架，如图3－20b所示，构件4将绕轴线AC转动，同时滑块3以构件4为导路沿该构件作相对移动，由于构件4起到了导向的作用，故称之为导杆，相应地称该机构为转动导杆机构。图3－21所示是转动导杆机构在简易刨床上的应用实例。在导杆机构中，如果构件2的长度小于构件1的长度，导杆4只能在某一角度范围内往复摆动，这样的导杆机构称为摆动导杆机构，图3－22所示为牛头刨床的摆动导杆机构。

图3－20 曲柄滑块机构取不同构件为机架

图3－21 转动导杆机构在简易刨床上的应用

图3－22 牛头刨床的摆动导杆机构

图3－23 自动翻转卸料机构

在图3－20a所示的曲柄滑块机构中，若选构件2为机架，曲柄滑块机构将演化成为图3－20c所示的摇块机构。其中构件3只能绕C点摇摆。这种机构常应用于各种摆动式原动机中。图3－23所示的汽车车厢自动翻转卸料机构即为其应用实例。

图3－24 手动压水机

在图3－20a所示的曲柄滑块机构中，若选滑块作为机架，曲柄滑块机构将演化成为图3－20d所示的定块机构。图3－24所示的手动压水机即是其应用实例。