平面四杆机构急回特性简析

平面四杆机构急回特性简析
摘要通过对平面四杆机构急回特性的分析，讨论了平面四杆机构行程速比系数、极位夹角与急回特性之间的关系。

充分理解平面四杆机构急回特性的意义，有助于利用平面连杆机构的急回特性缩短生产中的辅助时间，提高生产效率。

关键词急回特性；行程速比系数；极位夹角θ
在某些连杆机构中，主动件作等速转动时，作往复运动的输出件返回速度较大，在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，称为连杆机构的急回特性。

急回特性对于提高生产效率，缩短机器非生产时间有很大的作用。

1急回运动
以曲柄摇杆机构为例：
曲柄摇杆机构
在图示的曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件并作匀速运动，曲柄与连杆有两个共线位置，此时，从动件摇杆位于两极限位置。

当主动曲柄1位于AB1而与连杆2成一直线时，从动摇杆3位于极限位置C1D。

当曲柄1以等角速度ω1逆时针转过角φ1而与连杆2重叠时，曲柄到达位置AB2，而摇杆3则到达其极限位置C2D。

当曲柄继续转过角φ2而回到位置AB1时，摇杆3则由极限位置C2D 摆回到极限位置C1D。

从动件的往复摆角均为Ψ。

由图可以看出，曲柄相应的两个转角φ1和φ2为：φ1 = 180°+θ，φ2 =180°-θ
在工作行程，主动曲柄从AB1→AB2 ，所走角度为φ1。

从动摇杆从C1D→C2D，所走角度为Ψ，所用时间为t1。

在空回行程中，主动曲柄从AB2→AB1，所走角度为φ2，从动摇杆从C2D→C1D，所走角度为Ψ，所用时间为t2。

由于曲柄是匀速运动，由于φ1>φ2所以t1> t2，而从动摇杆所走角度相等，所以空回行程速度大于工作行程速度，具有急回特性。

2行程速比系数
急回特性通常用行程速度变化系数K来表示这种特性，（下式中θ为从动摇杆位于两极限位置时主动曲柄对应的两位置所夹的锐角，称为极位夹角，是标志机构有无急回特性的重要参数），即为在急回运动机构中，主动件做等速转动时，作往复运动的输出件在空回行程的平均速度与工作行程的平均速度的比值，即：
根据急回特性的概念：在某些连杆机构中，主动件作等速转动时，作往复运动的输出件返回速度较大，在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，称为连杆机构的急回特性。

由公式（1）可知道，构件要具备急回特性，K>1，即机构的急回程度取决于极位夹角的大小，只要θ不等于零，即K>1，则机构
就具有急回特性；θ越大，K值越大，机构的急回作用就越显著。

但从另一方面看，机构运动的平稳性就越差。

因此在设计时，应根据具体工作要求，恰当的选择K植，在一般机械中10。

3 常见平面四杆机构急回特性分析
3.1偏置曲柄滑块机构
在图示的偏置曲柄滑块机构中，曲柄为主动件并作匀速运动，曲柄与连杆有两个共线位置，此时，从动件滑块位于两极限位置。

当主动曲柄AB位于AB1而与连杆BC成一直线时，从动滑块位于极限位置C1。

当曲柄AB以等角速度ω逆时针转过角φ1而与连杆BC重叠时，曲柄到达位置AB2，而滑块则到达其极限位置C2。

当曲柄继续转过角φ2而回到位置AB1时，滑块则由极限位置C2摆回到极限位置C1。

从动件的往复行程均为C1C2。

由图可以看出，曲柄相应的两个转角φ1和φ2为：φ1 = 180°+θ，φ2 =180°-θ
在工作行程，主动曲柄从AB1→AB2 ，所走角度为φ1。

从动滑块从C1→C2，所走行程为C1C2，所用时间为t1。

在空回行程中，主动曲柄从AB2→AB1，所走角度为φ2，从动滑块从C2→C1，所走行程为C1C2，所用时间为t2。

由于曲柄是匀速运动，由于φ1>φ2所以t1> t2，而从动滑块所走行程相等，所以空回行程速度大于工作行程速度，具有急回特性。

用连杆机构输出件具有急回特性的条件来判断，如图所示因θ不等于零，主动件AB杆等速整周转动，从动件BC往复运动，符合连杆机构输出件具有急回特性的条件为，所以偏置曲柄滑块机构有急回特性。

3.2导杆机构
导杆机构也可以如上分析，但可以简单应用连杆机构输出件具有急回特性的条件来判断，如图所示的导杆机构，因θ=φmax ，所以不可能出现θ=0的情况，主动件AB杆作等速整周转动，从动件BC作往复运动，符合连杆机构输出件具有急回特性的条件为，所以导杆机构有急回特性。

在实际工程中，常使从动件的快速运动行程为空回行程，从动件的慢速运动行程为工作行程，从而节约时间，提高生产效率，保证产品质量。

因此，正确分析平面连杆机构的急回特性，在机构分析和设计中具有很重要意义。

参考文献
[1]邱宣怀，等.机械设计.高等教育出版社.
[2]吴克坚，于小红，钱瑞明.机械设计.高等教育出版社.
[3]杨可桢，等.机械设计基础.高等教育出版社.
[4]刘孝民，等.机械设计基础.华南理工大学出版社.。