2.3 四杆机构的基本特性

四杆机构在传递运动和力时所显示的特性，是通过行程速度变化系数、压力角、传动角等参数反映出来的。它是机构选型、机构分析与综合考虑的重要因素。因此，需要研究上述参数的变化和取值。

2.3.1 急回特性与行程速度变化系数

如图2-34所示的曲柄摇杆机构，主动件曲柄在转动一周的过程中，两次与连杆共线（即图中的B₁AC₁、AB₂C₂），此时摇杆CD分别处于相应的C₁D和C₂D两个极限位置，摇杆两极限位置的夹角ψ称为摇杆的摆角；当摇杆处在两个极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角θ称为极位夹角。

当曲柄以等角速度ω由位置AB₁顺时针转到AB₂时，曲柄转角φ₁=180°+θ，此时摇杆由左极限位置C₁D摆到右极限位置C₂D，称为工作行程，设所需时间为t₁；当曲柄继续顺时针转过φ₂=180°-θ时，摇杆又从位置C₂D摆回到位置C₁D，称为空回行程，所需时间为t₂。摇杆往复运动的摆角虽均为ψ，但由于曲柄的转角不等（φ₁>φ₂），而曲柄是等角速回转的，所以t₁>t₂，则摇杆上C点往返的平均速度v₁<v₂，即回程速度快，曲柄摇杆机构的这种运动特性称为急回特性。在往复工作的机械中，常利用机构的急回特性来缩短非生产时间，提高劳动生产率。

机构的急回特性可用行程速度变化系数K表示，即

上式表明，当曲柄摇杆机构有极位夹角θ时，机构便有急回特性；而且θ角越大，K值越大，急回特性也越明显。

将式（2-2）整理后，可得极位夹角的计算公式为

机构设计时，通常根据机构的急回要求先定出K值，然后由式（2-3）计算极位夹角θ。

除上述曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构等也具有急回特性，其分析方法同上。

2.3.2 压力角与传动角

设计平面四杆机构时，在保证实现运动要求的前提下，还应使机构具有良好的传力性能，而体现传力性能的特性参数就是压力角。

如图2-35所示的曲柄摇杆机构，若忽略运动副摩擦力、构件的重力和惯性力的影响，则主动曲柄通过连杆作用在摇杆CD上的力F将沿BC方向。从动摇杆上C点速度v_C的方向与C点所受力F的方向之间所夹的锐角α，称为机构在该位置的压力角。机构位置变化，压力角α也随之变化。力F可分解为沿v_C方向的分力F_t和沿CD方向的分力F_n。F_n将使运动副产生径向压力，只能增大运动副的摩擦和磨损；而F_t则是推动摇杆运动的有效分力。由图可知：F_t=Fcosα，很明显α越小，则有效分力F_t越大，机构传力性能越好。

在实际应用中，为了方便度量，也常用压力角的余角γ来判断机构的传力性能，γ称为传动角。因γ=90°-α，故γ越大，对机构传动越有利，所以应限制传动角的最小值。设计中，对一般机械，通常取γ_min≥40°；对于大功率机械，γ_min≥50°。可以证明，对于曲柄摇杆机构，当主动曲柄与机架处于两个共线位置时，会出现最小传动角（∠BCD为锐角时，γ=∠BCD；∠BCD为钝角时，γ=180°-∠BCD）。如图2-35所示，比较两个位置的传动角，其中较小者即为该机构的γ_min。

如图2-36所示的曲柄滑块机构，当主动曲柄垂直滑块导路时，出现α_max（或γ_min）。如图2-37所示的摆动导杆机构，主动曲柄通过滑块作用于从动导杆的力F始终垂直于导杆并与作用点的速度方向一致，传动角恒等于90°说明导杆机构具有很好的传力性能。

2.3.3 死点位置

如图2-34所示的曲柄摇杆机构，设以摇杆为主动件，在从动曲柄与连杆共线位置时，传动角γ=0°，该位置称为机构的死点位置。此时主动摇杆通过连杆作用在曲柄上的力恰好通过曲柄回转中心A。所以，不论该力有多大，也不能推动曲柄转动。

为使机构能顺利通过死点而正常运转，必须采取相应的措施：通常在从动曲柄轴上安装飞轮，利用飞轮的惯性使机构通过死点（图2-16所示的缝纫机踏板机构中的大带轮即兼有飞轮的作用）；也可采用多组机构错位排列的办法，避开死点。

工程上有时会利用死点性质实现特定的工作要求。如图2-23所示的飞机起落架放收机构，飞机着陆时，杆AB和杆BC成一条直线，此时不管CD受多大的力，此力经BC传给杆AB的力通过其回转中心A，则AB不会转动，机构处于死点位置，故飞机可安全着陆。如图2-38所示的工件夹紧机构，当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构在工件的反力F_n作用下处于死点位置。这样，即使反力F_n很大，也可保证工件不松脱。