案例47：一个古老的平面连杆机构衍生出 一代又一代流体机械产品 (一)从平面连杆机构到液体介质输送系 图(1)所示是一个古老的较链四杆机构，除其四个运动副皆为低副外，还有一个 特点，就是原动件1的运动经过一个不直接与机架相连的中间构件2才能传到从动件3： 这个中间构件称为连杆，又因各构件之间的相对运动为平面运动，故称为平面连杆机构， 就是这种貌似简单的机构，人们通过改变构件的形状和相对尺寸，或通过改变运动刷的 尺寸，或通过选用不同的构件为机架等不同的方法，如图(1b)(1c)(1d),而神奇地 创造出一代又一代流体机械产品， 较早出现输送液体介质的往复式柱塞泵（图2a)和摆动式柱塞泵（图3a)是通 过改变从动机构的形状和相对尺寸而成的。其机构原理是曲柄滑块（见图2b)和曲柄 摇块机构（见图2(）)而这两种机构也是由平面连杆机构演化而来的。 c) d 图1平面连杆机构的演化 1
案例 47：一个古老的平面连杆机构衍生出 一代又一代流体机械产品 （一）从平面连杆机构到液体介质输送泵 图（1a）所示是一个古老的铰链四杆机构，除其四个运动副皆为低副外，还有一个 特点，就是原动件 1 的运动经过一个不直接与机架相连的中间构件 2 才能传到从动件 3； 这个中间构件称为连杆。又因各构件之间的相对运动为平面运动，故称为平面连杆机构。 就是这种貌似简单的机构，人们通过改变构件的形状和相对尺寸，或通过改变运动副的 尺寸，或通过选用不同的构件为机架等不同的方法，如图（1b）（1c）（1d）,而神奇地 创造出一代又一代流体机械产品。 较早出现输送液体介质的往复式柱塞泵（图 2 a））和摆动式柱塞泵（图 3 a））是通 过改变从动机构的形状和相对尺寸而成的。其机构原理是曲柄滑块（见图 2(b)）和曲柄 摇块机构（见图 2 (b)）而这两种机构也是由平面连杆机构演化而来的。 a) b) c) d) 图 1 平面连杆机构的演化 1
压水间 工作室.菜 a) 们甜 b) 图2往复式柱寡泵及其机构图 a b) 图3摆动式柱寒泵及其机构图 (二)从输送液体介质到输送气体介质的往复活塞式压缩机 1.由立式单缸到双红压缩机 稍晚出现的是以输送气体介质为对象的单缸立式往复活塞式压缩机，它的机构简图 为图4所示，即将曲柄滑块机构竖立，滑块变换成活塞沿气缸壁往复移动。虽然曲胡 2
a) b) 图 2 往复式柱塞泵及其机构图 a) b) 图 3 摆动式柱塞泵及其机构图 （二）从输送液体介质到输送气体介质的往复活塞式压缩机 1．由立式单缸到双缸压缩机 稍晚出现的是以输送气体介质为对象的单缸立式往复活塞式压缩机，它的机构简图 为图 4a 所示，即将曲柄滑块机构竖立，滑块变换成活塞沿气缸壁往复移动。虽然曲拐 2
旋转惯性力F,可在曲轴拐的反方向上加设平衡实现完全平衡，但其活寒的往复惯性力 无法平衡且造成振动，动力平衡性差，从而也限制了曲轴转速的提高。因此演变出双曲 柄夹角为180的双缸压馆机，这是两个平面连杆机构的组合形成并列形式（图50》。 a)机构图 b)立式单红往复活塞开启式空压机 1 ©)冰箱全封闭式单缸往复活塞机 图4单缸往复式活塞式压缩机及其机构
旋转惯性力 可在曲轴拐的反方向上加设平衡实现完全平衡，但其活塞的往复惯性力 无法平衡且造成振动，动力平衡性差，从而也限制了曲轴转速的提高。因此演变出双曲 柄夹角为 180°的双缸压缩机，这是两个平面连杆机构的组合形成并列形式（图 5e）。 Fr a)机构图 b)立式单缸往复活塞开启式空压机 c)冰箱全封闭式单缸往复活塞机 图 4 单缸往复式活塞式压缩机及其机构 3
a)立式双缸开启示压缩机 b)立式双缸半封闭压缩机外形图 ©)半封闭立式双缸制面图 4
a) 立式双缸开启示压缩机 b) 立式双缸半封闭压缩机外形图 c) 半封闭立式双缸剖面图 4
d)全封闭卧式双红虹压缩机 ©)双并立平面连杆机构 图5双曲拐双虹压缩机及其机构 图5a)、b以、©)、d)所展示的是家电产品中广泛使用的开启式、半封闭式和全封闭 卧式双缸往复活嘉式压缩机。它的两活塞一阶往复惯性力大小相等，方向相反，得以自 行平衡，但形成了一个候复力矩M(仁F)，且二阶往复惯性力 Fx和（仁mgnw22c0s20及其力矩仍无法平衡而成为振动源之一.两曲拐的旋转惯性力 合力为零。 输送气体介质的压缩机一般也可用以输送液体介质，随着液体泵新种类的出现和增 多，往复泵逐渐被其它泵所取代 2.从双曲柄双缸到单曲柄角度式压缩机的诞生 人们由实践中发现，通过改变单曲柄多气缸轴线间的夹角，可以使各缸活塞的一阶 5
d) 全封闭卧式双缸压缩机 e) 双并立平面连杆机构 图 5 双曲拐双缸压缩机及其机构 图 5 a）、b)、c)、d)所展示的是家电产品中广泛使用的开启式、半封闭式和全封闭 卧式双缸往复活塞式压缩机。它的两活塞一阶往复惯性力大小相等，方向相反，得以自 行平衡，但形成了一个倾复力矩 )( ′∏∂ = ∂′1aFM ，且二阶往复惯性力 及其力矩仍无法平衡而成为振动源之一。两曲拐的旋转惯性力 合力为零。 ( )2cos 2 rwmF θλ ′∏∂ = ∂′ 输送气体介质的压缩机一般也可用以输送液体介质，随着液体泵新种类的出现和增 多，往复泵逐渐被其它泵所取代。 2．从双曲柄双缸到单曲柄角度式压缩机的诞生 人们由实践中发现，通过改变单曲柄多气缸轴线间的夹角，可以使各缸活塞的一阶 5
往复惯性力的合力ΣF前成为一个与曲柄同向同旋转周期的力，因此完全可以用平衡旋 转惯性力的方法来一起解决。从而衍生出V型双缸（夹角为90°，见图6(）)，W型 三缸（相邻缸轴线夹角为60°，见图7(a)和扇形四缸（相邻红夹角为45°，见图8(a) 等压缩机种类，这些压缩机和后面的双曲柄V、W扇形等往复活塞式压细机风行二十 世纪乃至现在仍广泛使用。它们的机构图分别见图6(6)、图7b)和图8(b),实际上 是平面并联连杆机构。 a) b) 图6单曲柄V型双缸压缩机及其机构 3,从单曲柄到双白柄各种角度式压缩机的诞生 随着大容量气体介质输送的需要又发展出双曲柄的对称平衡双缸V型四缸、W型 六缸和扇形八红等大型和重型压缩机，它们的结构图和机构图为图9、图10、图11、 图12和图13所示。这是一些并列并联的复合式平面连杆机构。大型对称平衡式（又称 对动式)压缩机（双作用式）也产生出来。如图9所示。图10所示的V型DT4空压机 是1960年问世的，它以短行程著称。对现代往复式压缩机设计有重大而深远的影响。 这些压缩机的曲拐旋转惯性力合力和活塞往复惯性力合力均为0而自行平衡，但形 成了各自的旋转惯性力矩和一阶往复惯性力矩以及一般不予平衡的二阶往复惯性及其 力矩。而且结构复杂程度提高，加工难度增大。尽管如此，由于往复式压缩机的设计和 6
往复惯性力的合力 成为一个与曲柄同向同旋转周期的力，因此完全可以用平衡旋 转惯性力的方法来一起解决。从而衍生出 V 型双缸（夹角为 90°，见图 6（a）），W 型 三缸（相邻缸轴线夹角为 60°，见图 7（a））和扇形四缸（相邻缸夹角为 45°，见图 8（a）） 等压缩机种类，这些压缩机和后面的双曲柄 V、W 扇形等往复活塞式压缩机风行二十 世纪乃至现在仍广泛使用。它们的机构图分别见图 6（b）、图 7(b)和图 8（b），实际上 是平面并联连杆机构。 ∑ F∂′Ι a) b) 图 6 单曲柄 V 型双缸压缩机及其机构 3．从单曲柄到双曲柄各种角度式压缩机的诞生 随着大容量气体介质输送的需要又发展出双曲柄的对称平衡双缸 V 型四缸、W 型 六缸和扇形八缸等大型和重型压缩机，它们的结构图和机构图为图 9、图 10、图 11、 图 12 和图 13 所示。这是一些并列并联的复合式平面连杆机构。大型对称平衡式（又称 对动式）压缩机（双作用式）也产生出来。如图 9 所示。图 10 所示的 V 型 DT4 空压机 是 1960 年问世的，它以短行程著称，对现代往复式压缩机设计有重大而深远的影响。 这些压缩机的曲拐旋转惯性力合力和活塞往复惯性力合力均为 0 而自行平衡，但形 成了各自的旋转惯性力矩和一阶往复惯性力矩以及一般不予平衡的二阶往复惯性及其 力矩，而且结构复杂程度提高，加工难度增大。尽管如此，由于往复式压缩机的设计和 6
加工技术已经百年历史，很成熟，故仍广泛用作各种气体介质的输送机械。 a b) 图7单曲柄W型三缸压缩机及其机构 a b) 图8单曲柄扇形四缸压缩机及其机构 7
加工技术已经百年历史，很成熟，故仍广泛用作各种气体介质的输送机械。 a) b) 图 7 单曲柄 W 型三缸压缩机及其机构 a) b) 图 8 单曲柄扇形四缸压缩机及其机构 7
a)对称平衡压缩机 *日#常日 b)机构图 图9大型对称平衡双作用式压缩机及其机构 a)V形DT4空压机如 b)机构图 图10 双曲拐V型四缸压缩机及其机构
a) 对称平衡压缩机 b) 机构图 图 9 大型对称平衡双作用式压缩机及其机构 a) V 形 DT4 空压机组 b) 机构图 图 10 双曲拐 V 型四缸压缩机及其机构 8
a)W型六缸机外形正面图 b)机构图 ©)W型六缸机外形侧面图 图1川双曲拐W型六红压缩机及其机构 a)
a)W 型六缸机外形正面图 b)机构图 c) W 型六缸机外形侧面图 图 11 双曲拐 W 型六缸压缩机及其机构 a) 9
b) 图12双曲拐扇型八缸压缩机及其机构 图13双曲拐星形八缸核滑艇用空压机 (三)从往复活塞式（带连杆）到不带连杆的斜盘式和十字滑块式往复活塞式压缩机， 曲轴连杆往复话塞式压缩机由于连杆的存在，而且它的长度尺寸是曲柄半径的35 倍到6倍，因而使得压缩机的尺寸和体积增大，加工难度增大，后来出现了用于热泵空 调的微型十字滑块式压缩机、滑管式压缩机和现在广泛用于汽车空调上的斜盘式压缩 机，它们的结构图和其对应的机构分别为图14(a)、(b)、(c),(d)、(e)和图15(a)、 (b)、(c)和图16(a),(b)、()所示，尤其是斜盘式压缩式不仅以椭圆斜盘取代连 杆，且吸取对称双作用式压缩机的优势：就双向活塞而言，斜盘轴旋转一周，完成两周 10
b) 图 12 双曲拐扇型八缸压缩机及其机构 图 13 双曲拐星形八缸核潜艇用空压机 (三)从往复活塞式（带连杆）到不带连杆的斜盘式和十字滑块式往复活塞式压缩机。 曲轴连杆往复活塞式压缩机由于连杆的存在，而且它的长度尺寸是曲柄半径的 3.5 倍到 6 倍，因而使得压缩机的尺寸和体积增大，加工难度增大，后来出现了用于热泵空 调的微型十字滑块式压缩机、滑管式压缩机和现在广泛用于汽车空调上的斜盘式压缩 机，它们的结构图和其对应的机构分别为图 14（a）、（b）、（c）、（d）、（e）和图 15（a）、 （b）、（c）和图 16（a）、（b）、（c）所示，尤其是斜盘式压缩式不仅以椭圆斜盘取代连 杆，且吸取对称双作用式压缩机的优势；就双向活塞而言，斜盘轴旋转一周，完成两周 10