西安铁路职业技术学院机电工程系,陕西 西安 710014) 分析了四种典型的平面四杆机构的急回特性,对这四种机构急回程度的可变性、运动变化方式和机构的动力传递等方面进行了比较分析,有助于更好地理解具有急回特性的平面 杆机构的特性;结合实例讨论了平面四杆机构的应用问题,可为工程实践中合理选用平面四 杆机构提供理论依据。 关键词: 平面四杆机构; 急回特性; 传动角 中图分类号: TH112 文献标志码: 文章编号:1671-5276( 2014) 06-0043-03 Application Research PlanarFour Bar Mechanism QuickReturn Characteristic WANG Mei-rong ElectricalEngineering,Xi’an Railway Vocational TechnicalInstitute,Xi’an 710014 ,China) Abstract: paperanal yzes quickreturn characteri stics planarfour bar mechanism itsquick return variability,move- ment mode powertransfer,so betterunderstand machine〃Combined examples,it also dis- cusses its application〃 theoreticalbasis itsreasonabl selection engineeringpractice〃 Keywords: planar four-bar linkage; fast-returning charact eristi transmissionangle 引言急回特性是具有曲柄的平面四杆机构的重要特性,急 回特性能提高机构在非工作行程中的速度,缩短非工作时 间,提高 。目前对于各种典型的平面四杆机构的急回特性研究的比较多,但通过对具有急回特性的四杆 机构进行比 较,从而根据机构的不同特点,选用合适的机构用于工程 实践的研究还不多。本文在对具有急回特性的典型四杆 机构特性进行比较的基础上,总结出不同类型急回四杆机 构的优缺点,可供工程机械上的选用提供理论依据。 几种典型四杆机构的急回特性分析 急回特性是指当主动件曲柄做等速转动时,从动件在 两极限位置间运动的平均速度不同,出 现了速度 从定义可以看出具有急回特性的四杆机构一定具有曲柄,所以下面对几种具有曲柄的四杆机构进行分析。 曲柄摇杆机构的急回特性曲柄摇杆机构分为型、 所示。当曲柄 AB 为主动件时,在曲柄 AB 和摇杆 CD 共线的两个 位置,摇杆处于两极限位置 D,曲柄和摇杆的运动参数见表 中可知,在工作行程和空回行程中从动件摇杆摆动的角度均为 点的平均速度,机构具有急回特性。 曲柄摇杆机构作者简介: ,女,陕西西安人,讲师,工程硕士,研究方向:工程机械。 摆动导杆机构的运动参数运动参数 AB 主动件运动过程结果比较 AB 运动参数AC AC运动过程 结果比较 AC BC运动过程 工作行程空回行程 工作行程 空回行程 曲柄滑块机构的急回特性曲柄滑块机构分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑 块机构两种 所示。曲柄滑块机构的急回特性分析与曲柄摇杆机构相同,在图 所示的对心曲柄滑块机构中,当摇杆 BC 处于两极限位置时,曲柄 AB 转过的角 度相同,所用时间相同,滑块在工作行程和空回行程的速 度相同,因此无急回特性; 而在图 所示的偏置曲柄滑块机构中,当摇杆 BC 处于两极限位置时,曲柄 AB 转过的 角度不同,所用时间不同,滑块在工作行程和空回行程的 速度不同,因此有急回特性。 摆动导杆机构的急回特性摆动导杆机构中当曲柄 AC 做整周转动时,导BC仅能在一定的角度( 范围内往复摆动,则该机构为摆动导杆机构 所示。在此机构中当曲柄AC 做一整 周转动时,导杆 BC 有两个极限位置 BC ,在机构运动的过程中,运动参数如表 BC在摆回的过程中速度较快,因此,摆动导杆机构具 有急回特性。 沿逆时针方向做整周等速转动时,DC 做变速整周转动,为了分析机构的 急回特性首先要找到从动件曲柄 DC 的两个极限位置 设主动曲柄AB 从初始位置 AB 置,从动件曲柄DC 转过180到DC 位置,这一过程中所用时间 AB继续从 AB 转过 回到AB ,此时DC 转过180回到 DC ,速度,因为 ,即回程速度大于行程速度,故双曲柄机构也有急回特性。从以上分析可以看出,双曲柄与其他具 有急回特性的机构不同之处在于从动曲柄 DC 回程转向 与工作行程转向一致,并且观察图 曲柄AB 初始位置不同,机构的急回程度不同。 几种平面四杆机构的比较及其在工程实践中的应用 44 http: ZZHD〃 chinajournal cnE-mail: ZZHD@ chainaj ournal〃 net〃 cn《机械制造与自动化》 几种平面四杆机构特性综合综上所述四种具有急回特性的平面四杆机构在急回 程度的可变性、运动变化及动力传递等方面均有所不同, 平面四杆机构的比较机构类型 特征区别 曲柄摇 杆机构 偏置曲柄 滑块机构 摆动导 杆机构 双曲柄 机构 双曲柄机构及其极限位置运动变换 转动摆动 转动移动 转动摆动 转动转动 几种平面四杆机构的比较急回程度 是否可变 不可变 不可变 不可变 可变 急回特性的比较从以上分析可以看出,曲柄摇杆机 构、偏置曲柄滑块 机构、摆动导杆机构和双曲柄机构都具有急回特性,能满 足工程上某些机械对急回的要求,同时这四种机构也存在 差异,其中前三种机构一旦组成机构的各杆 件尺寸确定 了,则衡量机构急回特性的参数极位夹角 是固定的,因此机构的急回特性不变。双曲柄机构中衡量急回特性的参数极位夹角 与机构主动件起始位置有关,主动曲柄起始位置不同则两参数不同,机构的急回程度也不同,也就是说双曲柄机构 运动转化的比较具有急回特性的平面四杆机构主动 件都是曲柄,机构 运动时主动件绕机架做转动,连杆一般做平面运动,从动 件的运动形式根据机构类型不同有多种形式。曲柄摇杆 机构和摆动导杆机构中从动件绕机架做来回摆动,即将主 动件曲柄的旋转运动转化成从动件的摆动; 偏置曲柄滑块 机构中从动件相对于机架做往复直线运动,即将曲柄的旋 转运动转化成从动件的移动; 双曲柄机构中从动件仍然绕 机架做旋转运动,但将主动曲柄的等速转动转化成从动曲 柄的变速转动。 传动角的比较机构在工作时不仅要传递一定的运动, 还要传递一定 的动力,因此在了解这四种机构急回特性的基础上,还需 要进一步分析机构的传力性能,机构的传力性能取决于传 动角,传动角指的是作用在从动件上的驱动力 时表示曲柄摇杆机构和双曲柄机构的传动角,曲柄滑块机构、摆动导杆机构的传动角分别见图 。从图中不难看出在机构运动的过程中只有摆动导杆机构的传动角 可以保持不变,且为 90,机构的传动平稳,传动效率高。 其他三种机构的传动角均做变化,设计选用时要控制最小 传动角,以保证传动效率。 四杆机构的传动角传动角( 大小变化 变化 固定 变化 几种平面四杆机构在工程实践中的应用 在工程实践中选用机构时不仅要考虑机构的急回特 性还要综合考虑其他特性才能做出适当的选择,比如牛头 刨床上为了实现刨削运动特性,同时缩短空回行程时间, 机构,既满足了工作中对急回的要求,并且传力性能好、机构 所占空间小。在牛头刨床上没有使用偏置滑块机构, 主要是 因为虽然该机构结构更加简单,但由于刨刀行程较 要有较长的曲柄,这会使得机构所占空间增大,并且随着急 回程度的增加,传动角将会减小,使机构的传力性 能变差, 而没有使用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构的组合 机构原因 也在于此。 结语具有急回特性的平面四杆机构有很多,它们在急回特 点、传力性能及运动变化上有明显的区别,在工程上选用 这些机构时要充分综合考虑其特点,选择最佳机构满足机 械设备的性能要求、提高机械效益。 参考文献: 平面四杆机构急回特性分析[J]〃机械工程师,2010, 熊劲松〃平面四杆机构急回特性研 2013,7:12-13〃 拖拉机与农用运输机,2008,35( 机械基础[M]〃北京: 北京邮电大学出版 社,2013〃 机械基础及机械实训[M]〃北京: 中国电力出版 社,2011〃 一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集,1998: 54-56〃 杨光辉,滕弘飞〃机构传动角新定义[J]〃 大连理工大学学 报,2010,50( 67-69〃收稿日期: 2013-08-14 Machine Building Automation,Dec 2014,43( 4545