平面四杆机构特征参数

1.铰链四杆机构存在曲柄的条件

机构中有无曲柄、有几个曲柄是铰链四杆机构的重要特征。有无曲柄的存在必须满足以下两个条件。

（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

（2）机架或连架杆中必有一个是最短杆。

根据以上条件，我们可得进行铰链四杆机构基本类型的判别，方法如下。

1）当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：

①若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构。

②若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构。

③若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。

2）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构。

图6-16 双曲柄机构

例：

铰链四杆机构ABCD的各杆长度如图6-16所示。现分别以AB、BC、CD和AD各杆为机架时，试判别其各属何种机构？

解：

①分析：最短杆与最长杆长度之和=50+20=70<其余两杆长度之和=30+45=75。最短杆为AD。

②以AB或CD为机架，则最短杆AD为连架杆，机构为曲柄摇杆机构；以BC为机架，则最短杆AD为连杆，机构为双摇杆机构；以最短杆AD为机架，机构为双曲柄机构。

2.平面四杆机构的极限位置

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，如图6-17所示。内燃机活塞连杆机构中活塞的上止点和下止点即曲柄滑块机构的两极限位置。(www.xing528.com)

在图6-18中，主动曲柄AB顺时针匀速转动，从动摇杆CD在两个极限位置间作往复摆动，当曲柄从AB₁转到AB₂时，从动摇杆从C₁D摆动到C₂D；当曲柄从AB₂转到AB₁时，从动摇杆从C₂D摆动到C₁D；在实际生产中，常把C₁D到C₂D设为工作行程，C₂D到C₁D设为空回行程，空回行程比工作行程需要的时间短，返回速度比工作行程快，这就是平面四杆机构的急回特性。它能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，其工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。

图6-17 内燃机活塞连杆机构

3.压力角和传动角

在不计摩擦力，惯性力和重力时，从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，称为机构的压力角，用α表示。

在图6-18所示曲柄摇杆机构中，由于不计摩擦，连杆BC为二力杆，任一瞬时曲柄通过连杆作用于从动件上的驱动力F均沿BC方向，受力点C的瞬时速度方向垂直于CD杆。力F与瞬时速度ωr之间所夹的锐角α即为机构该位置的压力角。力F可分解为沿ωr方向的有效分力F₁=Fcosα和有害分力F_n=Fsinα。显然，压力角越小，有效分力F₁越大，对机构传动越有利。

图6-18 曲柄摇杆机构的压力角和传动角

衡量机构传力性能的特性参数是压力角。但在具体应用中，为了直观的从机构运动简图中，以连杆和从动件所夹的锐角δ来判别机构传力性能的优劣，引入传动角λ。它是压力角的余角。

λ=90°-α=180°-δ

传动角λ越大，机构的传力性能越好。在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的。为保证机构传力良好，设计时须限定最小传动角λ_min≥40°～50°。曲柄摇杆机构的最小传动角λ_min必出现在曲柄AB与机架AD两次共线位置之一。

在平面四杆机构中，导杆机构具有最好的传力性能。

4.死点

图6-18所示的曲柄摇杆机构中，摇杆CD为原动件，曲柄AB为从动件。当摇杆摆到极限位置C₁D和C₂D时，连杆与从动曲柄共线，机构两位置的压力角α=90°，λ=0°，此时有效驱动力矩为零，不能使从动曲柄转动，机构处于“卡死”或运动不确定状态（即工件在该位置可能向反方向转动），这个位置称为死点位置。

对传动而言，死点的存在是不利的。例如，脚踏式缝纫机（见图6-3），有时出现踩不动或倒转现象，就是踏板机构处于死点位置的缘故。为克服这种现象，使机构正常运转，一般可在从动件上安装飞轮，利用其惯性顺利通过死点位置，如缝纫机上的大带轮即起了飞轮的作用。

在工程实践中，也常常利用机构的死点来实现一些特定的工作要求。如图6-19所示的钻床夹具就是利用死点位置夹紧工件，并保证在钻削加工时工件不会松脱。

图6-19 钻床夹具（死点的应用）