摆动导杆机构

平面四杆机构急回特性分析

边巍

【摘要】根据教科书四杆机构急回特性的概念,分别对摆动导杆机构、曲柄滑块机

构和双曲柄机构进行是否具有急回特性分析,并对双曲柄机构急回特性和曲柄滑块

机构及导杆机构急回特性的程度的不同进行分析,有助于更好地理解急回特性.

【期刊名称】《机械工程师》

【年(卷),期】2010(000)009

【总页数】2页(P52-53)

【关键词】急回特性;行程速比系数;四杆机构

【作者】边巍

【作者单位】江苏财经职业技术学院,江苏,淮安,223001

【正文语种】中文

【中图分类】TH112.1

急回特性是四杆机构的一个重要特性，在工程实际中可以应用急回特性缩短非生产

时间，提高生产效率。在教科书上研究连杆机构的急回特性时，都以曲柄摇杆机构

为例讨论机构急回特性，对于其他四杆机构是否具有急回特性，本文分别对不同类

型的四杆机构进行分析。

1平面四杆机构分类

平面四杆机构根据是否具有曲柄分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，又

可演化为带有滑块的四杆机构，主要有曲柄滑块机构（对心和偏心）、定块机构、

导杆机构（摆动导杆和移动导杆）机构。要分析急回特性，根据急回特性定义，所

以我们对含有曲柄的几种机构分别进行分析。

2摆动导杆机构急回特性分析

图1摆动导杆机构

如图1所示为一摆动导杆机构，主要用于牛头刨床机构中。运动原理：当曲柄AB

绕A点做等速转动时，摆杆BC以C点为基点做来回摆动。在曲柄AB转一整周

的过程中，摇杆分别有两个极限位置AB1和AB2。曲柄AB以等角速逆时针从

AB1转到AB2时，转过角φ1＝180°＋θ，摇杆从B1C摆至B2C，摆过的角度为

φ角，所需时间为t1，B点的平均速度为v1，当曲柄继续从AB2转到AB1，转

过的角度为φ2＝180°－θ，摇杆B2C摆至B1C，摆过的角度还是φ角，所需时

间为t2，B点的平均速度为v2，因为曲柄是等速转动，φ1＞φ2，所以t1＞t2，

则v1＞v2，它表示摇杆在摆回的过程中速度快，因此摆动导杆机构具有急回特性。

3曲柄滑块结构急回特性

根据曲柄中心和滑块中心是否在水平线上,曲柄滑块机构分为对心曲柄滑块机构和

偏心曲柄滑块机构。

3.1对心曲柄滑块机构急回特性

图2对心曲柄滑块机构

图2所示为对心曲柄滑块机构。B1、B2为两极限位置，当曲柄等速从AB2逆时

针转至AB1，转过的角度为180°，滑块由C2滑至C1。当曲柄从AB1转至AB2，

转过的角度为180°，滑块由C1滑至C2。因曲柄等速转动，转过的角度相同，所

用时间也相同，滑块在行程和回程时的时间也相同，因此对心曲柄滑块机构无急回

特性。

3.2偏心曲柄滑块机构急回特性

如图3所示为偏置曲柄滑块机构。B1C1和B2C2为连杆的两个极限位置，曲柄在

两个极限位置转动过程中转过的角度不同，所用时间不同，滑块在行程和回程中的

速度不同，因此偏置滑块机构具有急回特性。

图3偏置曲柄滑块机构

4双曲柄机构急回特性

图4双曲柄机构

图5极限位置一

双曲柄机构是四杆机构的一个重要类型，用途也很广泛，它可以将主动曲柄的等速

转动转化为从动曲柄的变速转动。为了表达更清楚，我们以具体尺寸的双曲柄机构

来研究其急回特性。图4所示，已知l1＝40mm，l2＝70mm，l3＝90mm，

图6极限位置二

l4＝110mm，由四杆机构判断类型可以看出，该机构属于双曲柄机构。在判断四

杆机构的急回特性时，要找出机构的两个极限位置，这里我们先找两个特殊位置作

为极限位置，一个是从动曲柄与机架AD共线的位置图5所示，一个是从动曲柄

与机架AD垂直的位置，如图6所示。我们分别对这两个位置进行极位夹角的计

算，并计算行程速比系数k。

已知在极限位置一（如图5），主动曲柄AB的两个极限位置中间所夹的角为θ角，

根据急回特性概念，那么θ角就是极位夹角，根据三角形余弦定理，我们可以求

出：

可求出∠C2AB2＝80.1°

可求出∠C1AB1＝23.2°，那么θ＝56.9°

为极限位置二时（如图6），也就是主动曲柄与机架垂直的位置，根据三角形定理。

可求出

根据三角形余弦定理可求出：∠B2AD＝20°，所以θ＝40°。

由此我们可以看出，当双曲柄机构极限位置不同，所得到的极位夹角也不相同，也

就是行程速比系数不同，那么急回特性的程度也不同。在杆长一定的情况下，曲柄

摇杆机构的急回特性程度是固定不变，而双曲柄机构的急回特性程度是发生变化的，

根据双曲柄机构不同的用途，找到机构急回特性的最大位置，有助于设计双曲柄机

构。

5结语

四杆机构中，曲柄摇杆机构具有急回特性，摆动导杆机构和偏心滑块机构具有急回

特性，并且急回特性程度是固定不变的，而对心曲柄滑块机构无急回特性，双曲柄

机构具有急回特性，但双曲柄机构急回特性程度不是发生变化的。

［参考文献］

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