平面四桿機(jī)構(gòu)急回特性簡析

起雪梅

四川大學(xué)制造學(xué)院，四川 成都 610065

在某些連桿機(jī)構(gòu)中，主動件作等速轉(zhuǎn)動時(shí)，作往復(fù)運(yùn)動的輸出件返回速度較大，在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，稱為連桿機(jī)構(gòu)的急回特性。急回特性對于提高生產(chǎn)效率，縮短機(jī)器非生產(chǎn)時(shí)間有很大的作用。

1 急回運(yùn)動

以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例：

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

在圖示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄為主動件并作勻速運(yùn)動，曲柄與連桿有兩個(gè)共線位置，此時(shí)，從動件搖桿位于兩極限位置。當(dāng)主動曲柄1位于AB1而與連桿2成一直線時(shí)，從動搖桿3位于極限位置C1D。當(dāng)曲柄1以等角速度ω1逆時(shí)針轉(zhuǎn)過角φ1而與連桿2重疊時(shí)，曲柄到達(dá)位置AB2，而搖桿3則到達(dá)其極限位置C2D。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過角φ2而回到位置AB1時(shí)，搖桿3則由極限位置C2D 擺回到極限位置C1D。從動件的往復(fù)擺角均為Ψ。由圖可以看出，曲柄相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)角φ1和φ2為：φ1= 180°+θ，φ2=180° -θ

在工作行程，主動曲柄從AB1→AB2，所走角度為φ1。從動搖桿從C1D→C2D，所走角度為Ψ，所用時(shí)間為t1。在空回行程中，主動曲柄從AB2→AB1，所走角度為φ2，從動搖桿從C2D→C1D，所走角度為Ψ，所用時(shí)間為t2。由于曲柄是勻速運(yùn)動，由于φ1>φ2所以t1> t2， 而從動搖桿所走角度相等，所以空回行程速度大于工作行程速度，具有急回特性。

2 行程速比系數(shù)

急回特性通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性，（下式中θ為從動搖桿位于兩極限位置時(shí)主動曲柄對應(yīng)的兩位置所夾的銳角，稱為極位夾角，是標(biāo)志機(jī)構(gòu)有無急回特性的重要參數(shù)），即為在急回運(yùn)動機(jī)構(gòu)中，主動件做等速轉(zhuǎn)動時(shí)，作往復(fù)運(yùn)動的輸出件在空回行程的平均速度與工作行程的平均速度的比值，即：

根據(jù)急回特性的概念：在某些連桿機(jī)構(gòu)中，主動件作等速轉(zhuǎn)動時(shí)，作往復(fù)運(yùn)動的輸出件返回速度較大，在空回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度，稱為連桿機(jī)構(gòu)的急回特性。由公式（1）可知道，構(gòu)件要具備急回特性，K>1，即機(jī)構(gòu)的急回程度取決于極位夾角的大小，只要θ不等于零，即 K>1，則機(jī)構(gòu)就具有急回特性；θ越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回作用就越顯著。但從另一方面看，機(jī)構(gòu)運(yùn)動的平穩(wěn)性就越差。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工作要求，恰當(dāng)?shù)倪x擇K植，在一般機(jī)械中1<

綜上所述：并不是所有的連桿機(jī)構(gòu)都有急回特性，連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件為：1）主動件作等速整周轉(zhuǎn)動；2）從動件作往復(fù)運(yùn)動；3）極位夾角θ>0。

3 常見平面四桿機(jī)構(gòu)急回特性分析

3.1 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

在圖示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄為主動件并作勻速運(yùn)動，曲柄與連桿有兩個(gè)共線位置，此時(shí)，從動件滑塊位于兩極限位置。當(dāng)主動曲柄AB位于AB1而與連桿BC成一直線時(shí)，從動滑塊位于極限位置C1。當(dāng)曲柄AB以等角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)過角φ1而與連桿BC重疊時(shí)，曲柄到達(dá)位置AB2，而滑塊則到達(dá)其極限位置C2。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過角φ2而回到位置AB1時(shí)，滑塊則由極限位置C2擺回到極限位置C1。從動件的往復(fù)行程均為C1C2。由圖可以看出，曲柄相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)角φ1和φ2為：φ1= 180°+θ，φ2=180°-θ

在工作行程，主動曲柄從AB1→AB2，所走角度為φ1。從動滑塊從C1→C2，所走行程為C1C2，所用時(shí)間為t1。在空回行程中，主動曲柄從AB2→AB1，所走角度為φ2，從動滑塊從C2→C1，所走行程為C1C2，所用時(shí)間為t2。由于曲柄是勻速運(yùn)動，由于φ1>φ2所以t1> t2， 而從動滑塊所走行程相等，所以空回行程速度大于工作行程速度，具有急回特性。

用連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件來判斷，如圖所示因θ不等于零，主動件AB桿等速整周轉(zhuǎn)動，從動件BC往復(fù)運(yùn)動，符合連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件為，所以偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性。

3.2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也可以如上分析，但可以簡單應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件來判斷，如圖所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，因θ=φmax，所以不可能出現(xiàn)θ=0的情況，主動件AB桿作等速整周轉(zhuǎn)動，從動件BC作往復(fù)運(yùn)動，符合連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件為，所以導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有急回特性。

在實(shí)際工程中，常使從動件的快速運(yùn)動行程為空回行程，從動件的慢速運(yùn)動行程為工作行程，從而節(jié)約時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此，正確分析平面連桿機(jī)構(gòu)的急回特性，在機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中具有很重要意義。

[1]邱宣懷，等.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社.

[2]吳克堅(jiān)，于小紅，錢瑞明.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社.

[3]楊可楨，等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).高等教育出版社.

[4]劉孝民，等.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).華南理工大學(xué)出版社.