压力角和传动角的含义和计算方法

在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且希望运转轻便，效率较高。如图3.27所示的曲柄摇杆机构，若不计各杆质量和运动副中的摩擦，则连杆BC为二力杆，它作用于从动摇杆3上的力F是沿BC方向的。作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度vc之间所夹的锐角α称为压力角。由图可见，将力F分解为沿速度vc方向的分力Ft和垂直于vc方向的分力Fn。其中Fn只能使铰链C、D产生径向压力，是有害分力，Ft才是推动从动件CD运动的有效分力。而Ft=Fcosα，即压力角越小，有效分力Ft就越大，Fn就越小，对机构的传动越有利，也就是说，压力角可作为判断机构传动性能的标志。在连杆机构设计中，为了方便度量，通常以压力角的余角γ来衡量机构的传力性能，γ称为传动角（即连杆和从动件之间所夹的锐角）。因γ=90°-α，所以α越小，γ越大，机构传力性能越好；反之，α越大，γ越小，机构传力越费劲，传动效率越低。

事实上，在机构的运动过程中，传动角γ的大小是时刻变化的，为了保证机构正常工作，设计时必须规定最小传动角γmin。对于一般机械，通常取γmin≥40°；对于高速和大功率如颚式破碎机、冲床等的传动机械，可取γmin≥50°；对于小功率的控制机构和仪表，可取γmin略小于40°。

设机构中各杆的长度分别为l1、l2、l3、l4，在△ABD和△CBD中，由余弦定理可得

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图3.27　曲柄摇杆机构的压力角和传动角

当φ=0°时，∠BCD出现最小值（∠BCD）min，此值也是传动角的一个极小值；当φ=180°时，∠BCD出现最大值（∠BCD）max，若该角是钝角，则其补角180°-（∠BCD）max应为γ的另一极小值。γ的两个极小值中最小的一个即为机构的最小传动角γmin。

综上所述，曲柄摇杆机构的最小传动角γmin必出现在曲柄与机架共线（φ=0°或φ=180°）的位置。