擺動導桿機構

平面四桿機構急回特性分析

邊巍

【摘要】根據教科書四桿機構急回特性的概念,分別對擺動導桿機構、曲柄滑塊機

構和雙曲柄機構進行是否具有急回特性分析,并對雙曲柄機構急回特性和曲柄滑塊

機構及導桿機構急回特性的程度的不同進行分析,有助于更好地理解急回特性.

【期刊名稱】《機械工程師》

【年(卷),期】2010(000)009

【總頁數】2頁(P52-53)

【關鍵詞】急回特性;行程速比系數;四桿機構

【作者】邊巍

【作者單位】江蘇財經職業技術學院,江蘇,淮安,223001

【正文語種】中文

【中圖分類】TH112.1

急回特性是四桿機構的一個重要特性，在工程實際中可以應用急回特性縮短非生產

時間，提高生產效率。在教科書上研究連桿機構的急回特性時，都以曲柄搖桿機構

為例討論機構急回特性，對于其他四桿機構是否具有急回特性，本文分別對不同類

型的四桿機構進行分析。

1平面四桿機構分類

平面四桿機構根據是否具有曲柄分為曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構，又

可演化為帶有滑塊的四桿機構，主要有曲柄滑塊機構（對心和偏心）、定塊機構、

導桿機構（擺動導桿和移動導桿）機構。要分析急回特性，根據急回特性定義，所

以我們對含有曲柄的幾種機構分別進行分析。

2擺動導桿機構急回特性分析

圖1擺動導桿機構

如圖1所示為一擺動導桿機構，主要用于牛頭刨床機構中。運動原理：當曲柄AB

繞A點做等速轉動時，擺桿BC以C點為基點做來回擺動。在曲柄AB轉一整周

的過程中，搖桿分別有兩個極限位置AB1和AB2。曲柄AB以等角速逆時針從

AB1轉到AB2時，轉過角φ1＝180°＋θ，搖桿從B1C擺至B2C，擺過的角度為

φ角，所需時間為t1，B點的平均速度為v1，當曲柄繼續從AB2轉到AB1，轉

過的角度為φ2＝180°－θ，搖桿B2C擺至B1C，擺過的角度還是φ角，所需時

間為t2，B點的平均速度為v2，因為曲柄是等速轉動，φ1＞φ2，所以t1＞t2，

則v1＞v2，它表示搖桿在擺回的過程中速度快，因此擺動導桿機構具有急回特性。

3曲柄滑塊結構急回特性

根據曲柄中心和滑塊中心是否在水平線上,曲柄滑塊機構分為對心曲柄滑塊機構和

偏心曲柄滑塊機構。

3.1對心曲柄滑塊機構急回特性

圖2對心曲柄滑塊機構

圖2所示為對心曲柄滑塊機構。B1、B2為兩極限位置，當曲柄等速從AB2逆時

針轉至AB1，轉過的角度為180°，滑塊由C2滑至C1。當曲柄從AB1轉至AB2，

轉過的角度為180°，滑塊由C1滑至C2。因曲柄等速轉動，轉過的角度相同，所

用時間也相同，滑塊在行程和回程時的時間也相同，因此對心曲柄滑塊機構無急回

特性。

3.2偏心曲柄滑塊機構急回特性

如圖3所示為偏置曲柄滑塊機構。B1C1和B2C2為連桿的兩個極限位置，曲柄在

兩個極限位置轉動過程中轉過的角度不同，所用時間不同，滑塊在行程和回程中的

速度不同，因此偏置滑塊機構具有急回特性。

圖3偏置曲柄滑塊機構

4雙曲柄機構急回特性

圖4雙曲柄機構

圖5極限位置一

雙曲柄機構是四桿機構的一個重要類型，用途也很廣泛，它可以將主動曲柄的等速

轉動轉化為從動曲柄的變速轉動。為了表達更清楚，我們以具體尺寸的雙曲柄機構

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

圖6極限位置二

l4＝110mm，由四桿機構判斷類型可以看出，該機構屬于雙曲柄機構。在判斷四

桿機構的急回特性時，要找出機構的兩個極限位置，這里我們先找兩個特殊位置作

為極限位置，一個是從動曲柄與機架AD共線的位置圖5所示，一個是從動曲柄

與機架AD垂直的位置，如圖6所示。我們分別對這兩個位置進行極位夾角的計

算，并計算行程速比系數k。

已知在極限位置一（如圖5），主動曲柄AB的兩個極限位置中間所夾的角為θ角，

根據急回特性概念，那么θ角就是極位夾角，根據三角形余弦定理，我們可以求

出：

可求出∠C2AB2＝80.1°

可求出∠C1AB1＝23.2°，那么θ＝56.9°

為極限位置二時（如圖6），也就是主動曲柄與機架垂直的位置，根據三角形定理。

可求出

根據三角形余弦定理可求出：∠B2AD＝20°，所以θ＝40°。

由此我們可以看出，當雙曲柄機構極限位置不同，所得到的極位夾角也不相同，也

就是行程速比系數不同，那么急回特性的程度也不同。在桿長一定的情況下，曲柄

搖桿機構的急回特性程度是固定不變，而雙曲柄機構的急回特性程度是發生變化的，

根據雙曲柄機構不同的用途，找到機構急回特性的最大位置，有助于設計雙曲柄機

構。

5結語

四桿機構中，曲柄搖桿機構具有急回特性，擺動導桿機構和偏心滑塊機構具有急回

特性，并且急回特性程度是固定不變的，而對心曲柄滑塊機構無急回特性，雙曲柄

機構具有急回特性，但雙曲柄機構急回特性程度不是發生變化的。

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