3.2.2 平面四杆机构的运动特性
1)平面四杆机构的极位
在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中,当曲柄为原动件时,从动件作往复摆动或往复移动,存在左右两个极限位置。 此两个极限位置,称为极位。
极位可用几何作图法作出。 如图3.15(a)所示的曲柄摇杆机构,摇杆处于C1D 和C2D 两个极位的几何特点是曲柄与连杆共线。 其中,lAC1 =lBC -lAB,lAC2 =lBC +lAB。 如图3.15(b)所示为摆动导杆机构。 导杆的两个极位是B 点轨迹圆的两条切线Cm和Cn。 从动件处于两个极位时,曲柄对应两位置所夹的锐角θ,称为极位夹角;导杆对应两个极位间的夹角ψ,称为最大摆角。 对摆动导杆机构,θ=ψ。
图3.15 平面四杆机构的极位
(a)1—机架;2—滑块;3—导杆
(b)1—曲柄;2—连杆;3—摇杆;4—机架
2)急回特性
如图3.15(a)所示,主动曲柄AB 顺时针匀速转动,从动摇杆CD 在两个极位间作往复摆动,设从C1D 到C2D 的行程为工作行程,该行程克服阻力对外做功;从C2D 到C1D 的行程为空回行程,该行程只克服运动副中的摩擦力,C 点在工作行程和空回行程的平均速度分别为v1和v2。 由于曲柄AB 在两行程中的转角分别为φ1 =180° +θ 和φ2 =180° -θ,所对应时间t1 ＞t2。 因此,v2 ＞v1。 机构空回行程速度大于工作行程速度的特性,称为急回特性。 它能满足某些机械的工作要求。 例如,牛头刨床和插床,工作行程要求速度小而均匀,以提高加工质量;空回行程要求速度大,以缩短非工作时间,提高工作效率。(https://www.daowen.com)
急回运动特性的程度可用行程速比系数K 表示,即
由式(3.1)可得极位夹角的计算式为
式(3.1)表明,机构的急回程度取决于极位夹角θ 的大小。 只要θ≠0°,总有K ＞1,机构具有急回特性;θ 越大,K 值越大,机构的急回作用越显著。
对对心式曲柄滑块机构,因θ=0°,故无急回特性;对偏置式曲柄滑块机构和推动导杆机构,因不可能出现θ=0°的情况,故恒具有急回特性。
设计新机构时,可根据该机构的急回要求先确定K 值,然后由式(3.2)求出θ,再设计各构件的尺寸。