2.3 四桿機構的基本特性

四桿機構在傳遞運動和力時所顯示的特性，是通過行程速度變化系數、壓力角、傳動角等參數反映出來的。它是機構選型、機構分析與綜合考慮的重要因素。因此，需要研究上述參數的變化和取值。

2.3.1 急回特性與行程速度變化系數

如圖2-34所示的曲柄搖桿機構，主動件曲柄在轉動一周的過程中，兩次與連桿共線（即圖中的B₁AC₁、AB₂C₂），此時搖桿CD分別處于相應的C₁D和C₂D兩個極限位置，搖桿兩極限位置的夾角ψ稱為搖桿的擺角；當搖桿處在兩個極限位置時，對應的曲柄所夾的銳角θ稱為極位夾角。

當曲柄以等角速度ω由位置AB₁順時針轉到AB₂時，曲柄轉角φ₁=180°+θ，此時搖桿由左極限位置C₁D擺到右極限位置C₂D，稱為工作行程，設所需時間為t₁；當曲柄繼續順時針轉過φ₂=180°-θ時，搖桿又從位置C₂D擺回到位置C₁D，稱為空回行程，所需時間為t₂。搖桿往復運動的擺角雖均為ψ，但由于曲柄的轉角不等（φ₁>φ₂），而曲柄是等角速回轉的，所以t₁>t₂，則搖桿上C點往返的平均速度v₁<v₂，即回程速度快，曲柄搖桿機構的這種運動特性稱為急回特性。在往復工作的機械中，常利用機構的急回特性來縮短非生產時間，提高勞動生產率。

機構的急回特性可用行程速度變化系數K表示，即

上式表明，當曲柄搖桿機構有極位夾角θ時，機構便有急回特性；而且θ角越大，K值越大，急回特性也越明顯。

將式（2-2）整理后，可得極位夾角的計算公式為

機構設計時，通常根據機構的急回要求先定出K值，然后由式（2-3）計算極位夾角θ。

除上述曲柄搖桿機構外，偏置曲柄滑塊機構、擺動導桿機構等也具有急回特性，其分析方法同上。

2.3.2 壓力角與傳動角

設計平面四桿機構時，在保證實現運動要求的前提下，還應使機構具有良好的傳力性能，而體現傳力性能的特性參數就是壓力角。

如圖2-35所示的曲柄搖桿機構，若忽略運動副摩擦力、構件的重力和慣性力的影響，則主動曲柄通過連桿作用在搖桿CD上的力F將沿BC方向。從動搖桿上C點速度v_C的方向與C點所受力F的方向之間所夾的銳角α，稱為機構在該位置的壓力角。機構位置變化，壓力角α也隨之變化。力F可分解為沿v_C方向的分力F_t和沿CD方向的分力F_n。F_n將使運動副產生徑向壓力，只能增大運動副的摩擦和磨損；而F_t則是推動搖桿運動的有效分力。由圖可知：F_t=Fcosα，很明顯α越小，則有效分力F_t越大，機構傳力性能越好。

在實際應用中，為了方便度量，也常用壓力角的余角γ來判斷機構的傳力性能，γ稱為傳動角。因γ=90°-α，故γ越大，對機構傳動越有利，所以應限制傳動角的最小值。設計中，對一般機械，通常取γ_min≥40°；對于大功率機械，γ_min≥50°。可以證明，對于曲柄搖桿機構，當主動曲柄與機架處于兩個共線位置時，會出現最小傳動角（∠BCD為銳角時，γ=∠BCD；∠BCD為鈍角時，γ=180°-∠BCD）。如圖2-35所示，比較兩個位置的傳動角，其中較小者即為該機構的γ_min。

如圖2-36所示的曲柄滑塊機構，當主動曲柄垂直滑塊導路時，出現α_max（或γ_min）。如圖2-37所示的擺動導桿機構，主動曲柄通過滑塊作用于從動導桿的力F始終垂直于導桿并與作用點的速度方向一致，傳動角恒等于90°說明導桿機構具有很好的傳力性能。

2.3.3 死點位置

如圖2-34所示的曲柄搖桿機構，設以搖桿為主動件，在從動曲柄與連桿共線位置時，傳動角γ=0°，該位置稱為機構的死點位置。此時主動搖桿通過連桿作用在曲柄上的力恰好通過曲柄回轉中心A。所以，不論該力有多大，也不能推動曲柄轉動。

為使機構能順利通過死點而正常運轉，必須采取相應的措施：通常在從動曲柄軸上安裝飛輪，利用飛輪的慣性使機構通過死點（圖2-16所示的縫紉機踏板機構中的大帶輪即兼有飛輪的作用）；也可采用多組機構錯位排列的辦法，避開死點。

工程上有時會利用死點性質實現特定的工作要求。如圖2-23所示的飛機起落架放收機構，飛機著陸時，桿AB和桿BC成一條直線，此時不管CD受多大的力，此力經BC傳給桿AB的力通過其回轉中心A，則AB不會轉動，機構處于死點位置，故飛機可安全著陸。如圖2-38所示的工件夾緊機構，當工件被夾緊后，BCD成一直線，機構在工件的反力F_n作用下處于死點位置。這樣，即使反力F_n很大，也可保證工件不松脫。