機械的自鎖課件

§5—2機械的自鎖

一、機械自鎖的概念在實際機械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動力作用方向的問題，有時會出現(xiàn)驅(qū)動力無論多大都無法使機械運動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是機械的自鎖。在設(shè)計機械時，有時為使機械實現(xiàn)預(yù)期的運動，當(dāng)然必須避免該機械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；但有時有些機械的工作又需要自鎖的特性。如圖5-5所示的螺旋千斤頂，在舉起重物時不應(yīng)發(fā)生自鎖，而在舉起重物后，無論被舉起的重物有多重，都不能驅(qū)動螺母反轉(zhuǎn)，致使物體自行下降，即要求千斤頂在物體的重力作用下，必須具有自鎖性。圖5-5在牛頭刨床中，工作臺的升降機構(gòu)及進給機構(gòu)都必須具有自鎖性。二、機械自鎖的原因及條件一）運動副產(chǎn)生自鎖的原因和條件1、移動副如圖5-6，滑塊1與平臺2組成的移動副。驅(qū)動力F作用于滑塊1上，β為F和法線nn之間的夾角（稱為傳動角），而ψ為摩擦角。圖5-6F分解：Ft

=Fsinβ=FntanβFn：產(chǎn)生摩擦力的有害分力Ft：推動滑塊1運動的有效分力圖5-6Ft

=Fsinβ=FntanβFn將使滑塊和平臺接觸面之間產(chǎn)生摩擦力，其所能引起的最大摩擦力為：Ftmax=Fntanψ當(dāng)β≤ψ（即驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi)）時，有：

Ft≤Ftmax此式說明：在β≤ψ（即驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi)）時，不管驅(qū)動力F如何增大（方向不變），驅(qū)動力的有效分力總是小于驅(qū)動力本身所可能引起的最大摩擦力，因而滑塊總不會運動，即發(fā)生自鎖。2、轉(zhuǎn)動副如圖5-7所示的軸頸和軸承組成的轉(zhuǎn)動副中，設(shè)作用在軸頸1上的外載荷為一單力F，F(xiàn)的力臂為a。圖5-7則當(dāng)a≤ρ（即力F作用在摩擦圓之內(nèi)）時：∵Md=Fa≤Fρ=R21ρ=Mf即：力F對軸頸中心的驅(qū)動力矩Md始終小于它本身所能引起的最大摩擦力矩Mf?！嗔的任意增大（力臂a不變），也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動，即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。▲運動副自鎖的原因及條件為：1）單移動副：驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi)，即β≤ψ；2）單轉(zhuǎn)動副：作用在軸頸上的驅(qū)動力為一單力F，且作用在摩擦圓之內(nèi)，即a≤ρ

。2）自鎖機械在正行程中的η一般都較低（η<50％），因此在傳遞動力時，只宜用于傳遞功率較小的場合?！⒁猓?）機械通常可以有正行程和反行程之分，正、反行程的效率η、η′一般不相等（η≠η′），一般有：①η>0、η′>0（正、反行程都能運動）；②η>0、η′<0（正行程運動、反行程自鎖）。在設(shè)計機械時，應(yīng)使其正行程的η>0，而反行程的η則根據(jù)使用場合既可使其大于0，也可使其小于0。我們把反行程能自鎖的機械稱為自鎖機械（從機構(gòu)角度來看，它本應(yīng)是能運動的）。常應(yīng)用于夾具、起重裝置、壓榨機、蝸輪蝸桿等機械中?！袛鄼C械是否會自鎖的方法有四種：1）根據(jù)單移動副、轉(zhuǎn)動副的自鎖條件，分析驅(qū)動力是否作用在摩擦角（或摩擦圓）之內(nèi)；2）分析機械效率是否小于等于0（即η≤０）；3）分析驅(qū)動力所能克服的生產(chǎn)阻抗力G是否小于等于0（即G≤０）；4）根據(jù)機械自鎖的概念，分析驅(qū)動力的有效分力是否小于等于由其所能引起的最大摩擦力。三、例題分析例１、在圖4-3、圖4-4斜面機構(gòu)中，求正行程不自鎖的條件、反行程自鎖的條件。圖4-3圖4-41）正行程——滑塊等速上升η=F0/F=tanα/

tan(α+ψ)∴正行程不自鎖的條件：η>0（或G>0）tan(α+ψ)>0α+ψ<π/2α<π/2－ψ2）反行程——滑塊等速下滑此時，G—驅(qū)動力，F(xiàn)′—維持滑塊等速下滑所要加的阻抗力。G＝F′cot(α-ψ)η′=G0/G=

tan(α-ψ)/

tanα∴反行程自鎖條件：η′≤0（或F′≤0）tan(α-ψ)≤0α-ψ≤0α≤ψ例2、如圖5-8，a所示的斜面壓榨機中，已知在滑塊２上施加一定的力F后將物體４壓緊，G為被壓緊的物體對滑塊３的反作用力，斜面的傾角為α，各接觸面的摩擦系數(shù)為f。求撤去F力后要求自鎖的條件。解：反行程：G→3→2，要求自鎖，此時G為驅(qū)動力，F(xiàn)為阻抗力：

η′=G0/G。正行程：F→2→3→G，壓緊；取分離體2：F+Ｒ12+Ｒ32=0作力多邊形，如圖5-8b。作力多邊形，如圖5-8b。Ｒ23+Ｒ13+G=0取分離體3：圖5-8a)圖5-8b)由正弦定理：Ｒ32／sin(90°+ψ)=

F／sin(α-2ψ)∴F=Ｒ32sin(α-2ψ)／cosψＲ23／sin(90°-ψ)=

G／sin(90°-α+2ψ)∴G=Ｒ23cos(α-2ψ)／cosψ∵Ｒ32=Ｒ23∴G=Fcot(α-2ψ)或F=Gtan(α-2ψ)令ψ=0，得：G0=Fcotα∴η′=G0/G=tan(α-２ψ)/tanα∴反行程自鎖條件：η′≤0（或F≤0）tan(α-２ψ)≤0α-２ψ≤０α≤２ψ圖5-8b)例3、如圖5-9，a所示的偏心夾具中，1為夾具體，2為工件，3為偏心圓盤。當(dāng)力F壓下手柄時，即能將工件夾緊，以便對工件加工。當(dāng)力F去掉后，夾具不至自動松開，即需要該夾具具有自鎖性。偏心盤的幾何中心在A點，外徑為D，偏心距為e，軸頸的摩擦圓半徑為ρ。求該夾具的自鎖條件。圖5-9a)圖5-9b)解：當(dāng)力F去掉后，偏心盤有沿逆時針方向轉(zhuǎn)動放松的趨勢，所以總反力R23的方位如圖b所示。分別過O、A點作R23的平行線和垂線。要使偏心夾具反行程自鎖，總反力R23（此時相當(dāng)于驅(qū)動力）應(yīng)穿過摩擦圓，即應(yīng)滿足條件：s-s1≤ρ由Rt△ABC及△OAE，有：s1=AC=(Dsinψ)/2s=OE=esin(δ-ψ)（角δ稱為楔緊角）∴esin(δ-ψ)-(Dsinψ)/2≤ρ——偏心夾具的自鎖條件例4、如圖5-10所示的凸輪機構(gòu)中，推桿1在凸輪推動力F的作用下，沿導(dǎo)軌2向上運動，摩擦面間的摩擦系數(shù)為f。為了避免發(fā)生自鎖，試問導(dǎo)軌的長度l應(yīng)滿足什么條件（不計推桿的自重）？解：因推桿在F力的推動下將發(fā)生傾斜，而與導(dǎo)軌在A、B兩點接觸，在該兩點將產(chǎn)生正壓力N1