平面四桿機構急回特性簡析

起雪梅

四川大學制造學院，四川 成都 610065

在某些連桿機構中，主動件作等速轉動時，作往復運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，稱為連桿機構的急回特性。急回特性對于提高生產效率，縮短機器非生產時間有很大的作用。

1 急回運動

以曲柄搖桿機構為例：

曲柄搖桿機構

在圖示的曲柄搖桿機構中，曲柄為主動件并作勻速運動，曲柄與連桿有兩個共線位置，此時，從動件搖桿位于兩極限位置。當主動曲柄1位于AB1而與連桿2成一直線時，從動搖桿3位于極限位置C1D。當曲柄1以等角速度ω1逆時針轉過角φ1而與連桿2重疊時，曲柄到達位置AB2，而搖桿3則到達其極限位置C2D。當曲柄繼續轉過角φ2而回到位置AB1時，搖桿3則由極限位置C2D 擺回到極限位置C1D。從動件的往復擺角均為Ψ。由圖可以看出，曲柄相應的兩個轉角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，所用時間為t2。由于曲柄是勻速運動，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

急回特性通常用行程速度變化系數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主動曲柄對應的兩位置所夾的銳角，稱為極位夾角，是標志機構有無急回特性的重要參數），即為在急回運動機構中，主動件做等速轉動時，作往復運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：

根據急回特性的概念：在某些連桿機構中，主動件作等速轉動時，作往復運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，稱為連桿機構的急回特性。由公式（1）可知道，構件要具備急回特性，K>1，即機構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，則機構就具有急回特性；θ越大，K值越大，機構的急回作用就越顯著。但從另一方面看，機構運動的平穩性就越差。因此在設計時，應根據具體工作要求，恰當的選擇K植，在一般機械中1<

綜上所述：并不是所有的連桿機構都有急回特性，連桿機構輸出件具有急回特性的條件為：1）主動件作等速整周轉動；2）從動件作往復運動；3）極位夾角θ>0。

3 常見平面四桿機構急回特性分析

3.1 偏置曲柄滑塊機構

在圖示的偏置曲柄滑塊機構中，曲柄為主動件并作勻速運動，曲柄與連桿有兩個共線位置，此時，從動件滑塊位于兩極限位置。當主動曲柄AB位于AB1而與連桿BC成一直線時，從動滑塊位于極限位置C1。當曲柄AB以等角速度ω逆時針轉過角φ1而與連桿BC重疊時，曲柄到達位置AB2，而滑塊則到達其極限位置C2。當曲柄繼續轉過角φ2而回到位置AB1時，滑塊則由極限位置C2擺回到極限位置C1。從動件的往復行程均為C1C2。由圖可以看出，曲柄相應的兩個轉角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，所用時間為t2。由于曲柄是勻速運動，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。

用連桿機構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桿等速整周轉動，從動件BC往復運動，符合連桿機構輸出件具有急回特性的條件為，所以偏置曲柄滑塊機構有急回特性。

3.2 導桿機構

導桿機構也可以如上分析，但可以簡單應用連桿機構輸出件具有急回特性的條件來判斷，如圖所示的導桿機構，因θ=φmax，所以不可能出現θ=0的情況，主動件AB桿作等速整周轉動，從動件BC作往復運動，符合連桿機構輸出件具有急回特性的條件為，所以導桿機構有急回特性。

在實際工程中，常使從動件的快速運動行程為空回行程，從動件的慢速運動行程為工作行程，從而節約時間，提高生產效率，保證產品質量。因此，正確分析平面連桿機構的急回特性，在機構分析和設計中具有很重要意義。

[1]邱宣懷，等.機械設計.高等教育出版社.

[2]吳克堅，于小紅，錢瑞明.機械設計.高等教育出版社.

[3]楊可楨，等.機械設計基礎.高等教育出版社.

[4]劉孝民，等.機械設計基礎.華南理工大學出版社.