陳杰(沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110000)

厲杰(沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山東 日照 276800)

對于克服平面四桿機構(gòu)死點位置的方法研究

陳杰(沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110000)

厲杰(沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山東 日照 276800)

平面連桿機構(gòu)是在相互平行的平面內(nèi)若干個剛性構(gòu)件通過低副連接而成的運動機構(gòu)。因此平面連桿機構(gòu)也被稱為平面低副機構(gòu)。[1]平面連桿機構(gòu)由于具有能夠?qū)崿F(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律和曲線軌跡以及形狀簡單，制造方便等顯著的特點，被運用到人們生活中的各種機械中，為人們提供了不少便利。

平面連桿機構(gòu)；死點位置；搖桿；主動

1 平面四桿機構(gòu)

1.1 平面四桿機構(gòu)的基本形式

最簡單的平面連桿機構(gòu)是兩桿機構(gòu)，因為他只有一個運動構(gòu)件，因此不能進行運動的轉(zhuǎn)換作用。平面連桿機構(gòu)的最基本的形式是平面四桿機構(gòu)，即平面四桿機構(gòu)。這也是最常見的形式，同時也是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。

1.2 平面四桿機構(gòu)的判別

平面四桿機構(gòu)的基本特性有運動特性和傳力特性。這些特性反映了機構(gòu)傳遞和變換運動與力的性能

1.2.1 整轉(zhuǎn)副存在的條件

（1）由格拉曉夫準(zhǔn)則及判別式:最長桿和最短桿的和小于等于其他兩桿的和。

（2）連架桿或機架之一為最短桿，其中機架鄰桿最短為曲柄搖桿機構(gòu)，這里主要討論曲柄搖桿機構(gòu)的死點位置，其他不再敘述。

1.3 曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性

搖桿在兩極限位置間的夾角成為搖桿的擺角。由于搖桿來回擺動的擺角相同，但對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角不同；當(dāng)曲柄主動勻速轉(zhuǎn)動時，其對應(yīng)的時間也不同，從而反映了搖桿往復(fù)擺動的快慢不同?？斓男谐叹褪强栈匦谐蹋木褪强栈匦谐?；這種急回特性縮短了非生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)率。

1.4 壓力角和傳動角

壓力角就是從動件上的驅(qū)動力F與該力作用點絕對速度V之間的夾角（銳角）。

傳動角就是連桿與從動搖桿之間所夾銳角，也就是壓力角F的余角。所以可得出壓力角和傳動角成反比關(guān)系，即：壓力角越小，傳動角越大，傳力性能越好，效率越高。由于曲柄轉(zhuǎn)角的變化范圍是0-180度，傳動角是銳角，所以曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角必然出現(xiàn)在曲柄與機架共線的位置。

2 死點位置

以曲柄連桿機構(gòu)為研究對象，轉(zhuǎn)換主動件，使搖桿作為原動件，曲柄為從動件，當(dāng)搖桿擺到兩個極限位置時，連桿和曲柄共線，從動件曲柄傳動角為0（壓力角為90度）。這一瞬間連桿加給從動件曲柄的力經(jīng)過曲柄中心，這個力不能對曲柄中心產(chǎn)生力矩，正因為如此，曲柄不能轉(zhuǎn)動。

3 克服點位置的方法研究

3.1 反急回特性方法

作往復(fù)運動（往復(fù)擺動或移動）的構(gòu)件，其往復(fù)運動區(qū)間的兩個極端位置為極限位置。工程實際中往往要求機器中作往復(fù)運動的的從動件在工作行程時速度慢點，而在空回行程時快點，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率，這種特性就是急回特性。

在平面四桿機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)）中，以曲柄為主動件，則不會出現(xiàn)死點位置，同一機構(gòu)以搖桿為主動件時會出現(xiàn)死點位置；因此，可以利用急回特性的特點，在死點位置附近施加不同的速度，使得構(gòu)件在慣性力的作用下成功越過死點位置。

3.2 死點位置轉(zhuǎn)移法

3.2.1 改變連桿形狀

由于曲柄搖桿機構(gòu)中，以搖桿為主動件時，機構(gòu)的死點位置處傳動角為0，壓力角為90度；壓力角和傳動角互為余角，所以只要改變壓力角，（即速度方向和作用力的方向夾角）就可以改變壓力角，也隨之改變了傳動角；只要傳動角不是0度，那么死點位置就可以克服了?？梢詫⑦B桿變成曲線桿，但保持曲柄搖桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)不變。在原始死點位置處死點位置的傳動角不再是0度。所以死點位置就克服了。

3.2.2 改變曲柄形狀

在曲柄搖桿機構(gòu)中，可以將曲柄換成曲線桿，當(dāng)搖桿主動時，曲柄從動時，在搖桿的極限位置上存在死點位置，因此，可以將曲柄換成曲線桿時，原死點位置的壓力角發(fā)生變化，傳動角也因此發(fā)生變化。所以，原死點位置不再是死點位置，死點位置不在搖桿極限位置，所以死點位置可以克服。

3.3 輔助從動曲炳法

在死點位置處，從動曲柄不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，運動不確定，所以可以考慮為曲柄在死點位置處添加一個動力，輔助曲柄越過死點位置，所以，我考慮使用棘輪機構(gòu)，在曲柄鉸鏈中心處安裝一個同軸轉(zhuǎn)動的棘輪，棘齒焊接在搖桿處，當(dāng)搖桿到達極限位置時，棘齒正好和棘輪接觸，使棘輪越過死點位置，然后棘齒和棘輪脫離，所以死點位置就可以超越。

還有就是可以在搖桿的軸向鏈接兩個同向的曲線桿，使得他們在要搖桿極限位置時恰好幫助曲柄越過傳動角為0度的位置。之后脫離曲柄，不影響原機構(gòu)的運動狀態(tài)。

3.4 其他方法

除了上述方法以外，還可以采用其他方法來完成這個工作。

3.4.1 電磁控制法

可以在曲柄鉸鏈中心處，安裝一個電動機，控制閥安裝在搖桿的極限位置處，在搖桿到達極限位置處，觸發(fā)控制開關(guān)，電動機轉(zhuǎn)動帶動曲柄轉(zhuǎn)動。

3.4.2 四桿機構(gòu)聯(lián)動法

在平行四桿機構(gòu)中，利用兩組柄滑塊機構(gòu)相互錯開90度（或其他不為零度的角度），互相幫助越過死點位置。如火車的車輪結(jié)構(gòu)就是利用這種方式?；蚴遣捎脙蓚€曲柄搖桿機構(gòu)互相錯開一定角度。同時轉(zhuǎn)動互相幫助。

還有就是在曲柄處安裝一個飛輪，在死點位置處，通過飛輪的慣性幫助機構(gòu)越過死點位置?？p紉機腳踏板驅(qū)動機構(gòu)就是利用下帶輪的慣性來渡過死點位置的。

4 結(jié)語

本論文主要研究了平面四桿機構(gòu)，搖桿主動時，對于克服死點位置的方法研究，方法結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)和機械設(shè)計的創(chuàng)新方法論，對渡過死點位置的方法進行了研究。收獲頗豐。

[1]楊可幀主編 機械設(shè)計基礎(chǔ)高等教育出版社第五版.

[2]孫志禮等主編機械設(shè)計 科學(xué)出版社第一版.

陳杰（1990-），男，籍貫：甘肅平?jīng)?；專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化；院校：沈陽理工大學(xué)；

厲杰（1993-），男；籍貫：山東省日照市開發(fā)區(qū)；專業(yè)：工業(yè)工程；院校：沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院。

在平面連桿機構(gòu)的研究中有一個運動瓶頸，那就是死點位置，由于死點位置的運動不確定性，使得一些比較精密的機器在運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)不確定性。因此，覺得有必要研究一下克服死點位置的方法，為一些機器改良做一些鋪墊。