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摘 要：压力角是机械传动机构中的基本参数，它的取值直接影响着机构的传动效率。本文从压力角的定义出发，分析了平面四杆机构、齿轮、凸轮机构中压力角的特性，以及对其传动性能的影响，阐述了齿轮机构中啮合角和压力角、平面四杆机构中压力角与“死点”位置之间的关系。
关键词：压力角 啮合角 传动
一、什么是压力角
压力角就是从动件所受的作用力F方向与其速度 V方向所夹的锐角（α表示）。假设物体与地面的摩擦力为Ff 、重力为G、地面对物体的支承力为N，压力角的取值范围是0≤α≤90°，当α=90°时，F的水平分量为0，物体处于静止状态；当α=0°时，F的水平分量最大，物体向左的运动趋势最大或向左滑动。
二、平面四杆机构的压力角
在平面四杆机构中，以曲柄摇杆机构为例，若不考虑构件的惯性力和运动副中的摩擦力等的影响，以曲柄AB为主动件时，连杆BC是二力杆，通过连杆作用于从动件摇杆上的力F沿BC方向，此F力的作用线与力作用点C的绝对速度V之间所夹的锐角α称为压力角。在平面连杆机构中压力角的大小随着机构运动位置的变化而变化。压力角α越大，F在V方向能做功的有效分力就越小，传动越困难；压力角α越小，F在V方向能做功的有效分力就越大，机构的传动效率越高。
三、齿轮传动机构中的压力角
齿轮的压力角，以渐开线齿轮为例。当一直线nn沿一圆周作纯滚动时，此直线上任一点K的轨迹即称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，而该直线nn则称为发生线，曲线AK为渐开线。用渐开线作为齿廓的的齿轮称为渐开线齿轮。渐开线上任一点法向压力的方向线（即渐开线在该点的法线）和该点速度方向之间的锐夹角αk称为该点的压力角。
由图可知：cosαk=ON/OK＝rb/rk。
在渐开线齿轮中齿廓上各点的压力角均不相等，离基园越近压力角越小。渐开线齿轮的压力角通常是指在其分度圆的压力角，也称为齿形角，一般在14.5°～25°。齿轮的压力角是决定齿廓形状的主要参数，压力角越小，传动效率越高，轮齿的机械强度越差；齿轮压力角越大，传动效率越低，但轮齿的机械强度越高。从齿轮的互换性、传动效率和强度等方面综合考虑，我国齿轮的压力角取20°。
四、凸轮机构中压力角
如图所示，尖顶直动从动件盘形凸轮机构在推程的一个位置。当不考虑摩擦时，凸轮作用于从动件的驱动力F沿法线方向传递，此力可分解为沿从动件运动方向的有用分力F1和使从动件紧压导路的有害分力F2。驱动力F与有用分力F1之间的夹角α称为压力角。在凸轮机构中压力角α大小随着凸轮与从动件接触点的变化而变化。压力角α愈大，推动从动件上升的有用分力愈小，有害分力愈大，由有害分力引起的摩擦力也愈大，凸轮推动从动件愈费劲，为了保证凸轮机构正常工作，提高传动效率，要求αmax≤ [α]：对于直动从动件，[α]=30°；对于摆动从动件，[α]=45°。平底推杆凸轮机构的压力角α=0。
五、压力角大小对传动的影响
在平面四杆机构、凸轮机构和齿轮上，单纯从压力角概念出发，压力角α愈小，传动越省力，传动效率越高。同样，根据传递功率计算公式P＝Fcosα·V可以得出，压力角α愈小，其cosα值越大，机构传递的功率就越大。
参考文献
[1]黄锡恺《机械原理》（第六版）[M].高等教育出版社,1989,4。
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[5]邱宣怀《机构设计》（第四版）[M].高等教育出版社,1997,7。
论文作者:陈国宝
论文发表刊物:《教育学文摘》2016年7月总第197期
论文发表时间:2016/7/8
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