[平面四杆机构死点位置的分析与应用] 平面四杆机构死点位置
时间：2019-01-30 03:26:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：对平面四杆机构处于死点位置时静止不动进行了理论分析，为平面四杆机构解决死点问题和利用死点提供了范例。 关键词：平面四杆机构；曲柄摇杆机构；传动角；死点
Abstract:This article is to theoretically analyze the planer four bar linkage when it is actionless at dead pointposition ,and provide the example to resolve the problem of dead point and utilize the dead point.
Key words: Plane four bar linkage；Crank-and-rocker mechanism；transmission angle；Dead point
平面四杆机构是最典型的也是很常用的机构，很多机器都是以此机构为基础来实现一些简单或复杂的机械运动，它本身具有一些运动学上和力学上的特性，这些特性在实际中有着广泛的应用，例如牛头刨床、插床等利用它的急回特性，飞机起落架利用它的死点位置――即力学特性。本文主要研究一下平面四杆机构的死点问题，在教学中理论联系实际，帮助学生更好地掌握这一重要概念，并使学生在机械设计中能够处理和应用好死点位置问题。
一、要研究死点必须先懂得两个概念：压力角和传动角
在图1所示的曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动件，若不考虑运动副的摩擦力及构件的重力和惯性力的影响，连杆BC为二力构件，曲柄AB通过连杆BC作用于摇杆DC上的力F的作用线必然是沿BC方向的（如图1所示），显然摇杆DC上力F的作用点C的绝对速度vc的方向与CD杆垂直。
我们把主动件曲柄AB经连杆传递到从动件摇杆DC上C点的力F与受力点运动速度vC之间所夹锐角α称为机构在该位置的压力角。压力角α的余角γ称为传动角。压力角α和传动角γ在机构运动过程中是变化的，压力角α愈小或传动角γ愈大对机构的传动愈有利；而α愈大或γ愈小会使转动副中的压力增大磨损加剧，降低机构的传动效率。因此压力角不能太大或传动角不能太小，一般来说规定工作行程中的最小传动角γmin≥40°～50°。
二、死点位置的分析
如图2所示，若曲柄摇杆机构以摇杆DC为主动件而曲柄AB为从动件，当机构处于图中双点画线所示的两个位置之一时，由于摇杆处于极限位置，连杆与曲柄共线，摇杆经连杆传递到曲柄上的作用力刚好通过曲柄回转中心，此时，传动角γ=0°，无法使曲柄转动，出现“顶死”现象，机构的这个位置称为死点位置。死点位置常使机构从动件无法运动或出现运动不确定现象。
三、死点位置的判定
（一）判断机构有无死点位置与哪个构件为主动件有关。图2中AB为主动件时，无死点位置，BD为主动件时，有两个死点位置。因此，判断机构有无死点位置问题时一定要注意哪个是主动件，哪个是从动件。
（二）四杆机构中如果有死点位置，死点位置由从动件与连杆共线时确定；也可以通过观察从动件与连杆的位置是否重合来判定，如果重合，是死点位置，反之，则无死点位置。从动件与连杆的位置共线或重合时，当压力角等于90°时的位置，连杆传递到曲柄上的作用力刚好通过曲柄中心，此时，传动角γ=0°，无法使曲柄转动，出现“顶死”，这种位置就是死点位置。
由此可见，对于同一机构，若主动件选择不同，则有无死点位置的情况也不一样，死点位置由从动件与连杆共线或从动件与连杆位置重合时确定。平面四杆机构中，曲柄摇杆机构（或曲柄滑块机构）当以摇杆（或滑块）为主动件，连杆与曲柄位于两个共线位置时，无论加于主动件上的力多大，机构都处于静止状态，这种位置称为死点位置。
四、死点位置问题的处理
一般来说，传动机构有死点位置是不利于传动的，为了使机构能顺利通过死点而正常传动，必须采取一定的措施，可以在曲柄上安装飞轮，利用惯性闯过死点位置。例如，缝纫机就是利用惯性通过死点位置的。也可以采用两组机构错位排列的方法，使两组机构的死点位置互相错开，隔过死点位置。例如，图3所示的蒸汽机车车轮联动机构就是采用了此方法，将死点位置相互错开，从而使曲轴始终获得有效的驱动力矩，而不致卡死。
五、死点位置的应用
任何事物都是一分为二的，死点位置也不全是不利的，工程上也有利用死点位置满足特殊要求的时候，如图4所示的飞机起落架机构，就是利用死点位置使降落更可靠。当机轮放下时，机构正好处于死点位置。这样，飞机降落时，机轮上受到地面的很大的冲击作用力经杆BC传给杆CD时正好通过其转动中心，所以，起落架不会反转折回，从而保证了飞机着陆安全。
此外，还有一些折叠式家具、钻床夹具等机构，也是利用死点位置获得可靠的工作状态，在此不一一赘述。
六、结语
在死点位置问题的教学中，由于加强了死点位置问题的理论与实际应用相结合的讲解，既增加了学生的学习兴趣，也有利于学生对知识的理解和记忆巩固，同时增强了学生在机械设计中处理和应用好死点位置问题的能力，提高了讲解死点位置问题的课堂教学质量。
参考文献：
［1］胥宏.机械设计基础［M］.北京：科学出版社.
［2］黄森彬.机械设计基础［M］.北京：高等教育出版社.
［3］孙桓，陈作模.机械原理［M］.北京：高等教育出版社.
（作者单位 四川省内江市职业技术学院）
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