平面连杆机构中“死点”的巧妙讲解

张平历

摘 要： 本文主要对平面连杆机构中“死点”位置进行深刻分析，探讨避开“死点”位置的有效方法。

关键词： 平面连杆机构 “死点”位置 避开方法

平面连杆机构的结构设计十分复杂，若传动机构位于从动曲柄共线及连杆位置时，传动角会变为0度，压力角则为90度。主动件可以利用连杆对从动件产生力的作用，便于从其回转中心通过，从动件则会因此停止转动，从而形成“死点”，在平面连杆结构中，这种特性表现得非常明显。

一、平面连杆机构中“死点”的概述

平面连杆机构中的组成结构十分复杂，简单而言，它就是通过移动副连接，在同一平面上形成的运动机构。它是人们在日常生活中的一种常用机构，很多繁琐、复杂的平面运动通过它都能够实现。不过在其运动过程中，偶尔会存在突然停止的现象，这种现象俗称传动机构卡死，一旦出现这种情况，就表明机构中存在“死点”。在同一机构中，“死点”不会一直出现在同样的位置，如何准确把握“死点”位置是最令大家头疼的问题。

机构中的“死点”是一个比较抽象的概念，在其传动过程中要注重传动角与压力角的变化情况。现在我们构想这样一种画面，把平面连杆机构中的曲柄定为AB，把机构的摇杆定为CD，A、D两点与地面平行，BC为它的一个连杆，机构在传动过程中，BC方向会出现一个力F，假设其速度为Vc，如图1所示。速度与力形成的锐角就是压力角α，压力角越小，越有利于使平面连杆机构工作效率的提升。在F和Fa之间的夹角则为传动角。

图1

二、平面连杆机构中“死点”的讲解

（一）通过实验找出“死点”位置

在平面连杆机构“死点”的讲解过程中，一定能够要强化“死点”现象，同样设平面连杆机构中的曲柄定为AB，把机构的摇杆定为CD，A、D两点与地面平行，BC为它的一个连杆。首先把遥感CD定为主动件，那么AB即为从动件，观察机构是否存在“死点”。经过实验之后很容易发现，当摇杆CD作为主动件开始运作时，曲柄AB作为从动件在运作过程中便容易出现卡死状况，并且这种卡死情况一般都出现在从动件与连杆部位上。

（二）传动角与压力角的讲解

传动角的主要目的是对机构传动性能的质量进行衡量，通常情况下，教材上的讲解都是利用曲柄摇杆机构作为例子，从而将传动角的极值推理出来，讲解时要善于思考和提问，例如我们做出如下思考：在偏置的曲柄平面机构中，当传动角为最小值时，“死点”会位于哪个位置？传动角为压力角的余角，由于讲解过程十分复杂，因此，必须要借助实践，才能够让将知识点理解透彻。

图2

如图2，我们设偏距为BE，从动件始终都是从水平方向运转，如果传动角最小，也就意味着压力角要为最大值，F方向的例一定会偏向竖直方向倾斜。

（三）探讨动件和连杆与“死点”形成的关系

实验得出的“死点”只是一种表面现象，只有找出其中的规律才能够得出结论。现在假设连杆CD与曲柄AB共线，从动点为B，其受力方向为P，通过观察发现P点无法对曲柄AB的运作产生推动作用，导致平面连杆机构在运行过程中卡死，从而形成“死点”。

我们可以发现机构中的“死点”位置实际上存在规律，连杆和从动件的位置与“死点”的形成存在很大关系，“死点”的存在对机构运行非常不利，若无法找到“死点”位置，机构就不能够充分发挥作用，也影响到机械设备的正常运行。讲解过程中一定要善于把握重点，既要突出平面机构中“死点”给机械设备造成的影响，又要重视“死点”在生活中的应用，在机构的实际操作过程中，利用“死点”也可以完成很多特殊的工作项目，例如“死点”的设计可以提高飞机降落的安全性，确保乘客的安全。

（四）机构中“死点”存在的规律

在平面连杆机构中，传动角与压力角之和为90度，若传动角越大，机械的运作能力就越强，反之，传动角变小，机械的运作效率便会下降。若传动角为0度，压力角应当为90度，此时，不管连杆BC方向的力有多大，驱动力对摇杆的回转力矩总为0，传动机构便无法继续运作，被迫停止，这就是一种卡死现象。平面连杆机构中“死點”位置其实存在一定的规律性，只要找出机构中传动角的最小值（即传动角为0度），就能够以此为依据对机构中的“死点”位置进行判断。若传动角为0度，则表明机构整合功能存在“死点”，若传动角不为0度，则表明机构中无“死点”。

（五）平面结构“死点”讲解的延伸与扩展

平面机构“死点”的讲解不能有太多局限性，除了要了解一般平面机构中的“死点”规律外，还要将其他复杂的平面机构了解透彻。在双曲柄机构中，同样想象这样一个场景，把平面连杆机构中的曲柄定为AB，把机构的摇杆定为CD，A、D两点与地面平行，BC为它的一个连杆，把曲柄AB定为主动件，经过实践得知，当曲柄AB与连杆CD共线时，机构的传动角的最小值不为0，这表明机构中并没有“死点”的形成。

三、结语

平面连杆机构中的“死点”位置其实存在一定的规律性，只要找出其中规律，便能够确保机构的正常运行，使其在机械应用中充分发挥作用。本文首先对平面机构中的“死点”进行了简单叙述，然后重点讲述了“死点”的讲解方法，讲解过程主要包括四个步骤，经过实践找出“死点”位置，并发现其中存在的规律有利于确保平面连杆机构的正常运行，保证其在机械使用中能够充分发挥作用。

参考文献：

[1]张莉.“平面连杆机构设计及分析平台”在《机械原理》课程中的应用[J].科技信息，2013（6）.

[2]曾亮华.平面连杆机构基本特性的教学解析[J].中国教育技术装备，2012（7）.