对机械中自锁的实例分析

摘要：机械中应用自锁的实例非常多见，为了更好的应用自锁进行机构设计，对常用凸轮机构，斜面机构，偏心夹具机构的自锁条件进行了分析。

关键词：自锁；摩擦角；夹具机构；斜面机构

中图分类号：TH117 文献标识码：A

有些机械就其机构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大，也无法使其运动的现象，这种现象就是机械的自锁。自锁在机械设计过程中是必须考虑的问题，有些机构系统需要设计出运动规律以达到使用的目的，那么在设计过程中必须避免机构发生自锁现象。而有些机构在设计过程中需要利用自锁现象达到其使用目的。随着经济及机械行业专业技术的发展，现在工程中很多自锁应用的例子，如螺母，凸轮机构，斜面压榨机等。了解及掌握自锁原理可以设计机巧机械，可以利用自锁原理设计的机械解决实际问题。

1. 自锁产生原因

机械的自锁的原因是作用力在构件上的驱动力的有效分力总是小于由其所引起的同方向上的最大摩擦力。机械系统中机构自锁的本质是运动副发生了自锁。常见运动副为移动副和转动副。

（1） 移动副发生自锁的条件：驱动力作用在摩擦角φ以内。

如图1所示，滑块受到的驱动力为F，假设滑块与固定构件之间的摩擦系数为f，摩擦角为φ（摩擦角与物体本身的质量无关，而与接触面的摩擦系数有关）；构件滑块受到固定构件给它的摩擦力和法向反力，滑块与固定件之间是以移动副相连接，为了满足自锁条件那么在力F的作用下滑块不能移动，也就是要满足力F在水平方向的分力小于等于最大静摩擦力。力学关系表达式为：

如图2所示，斜面机构，已知物块与斜面间的摩擦角φ，斜面机构的倾角为？琢，那么根据移动副发生自锁的条件：驱动力与法线间的夹角小于摩擦角。斜面机构中驱动力为物块的重力，那么自锁条件为：

（2） 转动副发生自锁的条件：驱动力作用在摩擦圆以内。

2. 机构自锁实例分析

（1）凸轮机构的自锁应用

凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。在工作过程中，希望从动件立柱不能被卡住，必须合理选取a值。工作时，为了不被卡住，a值应取得越小越好。

（2）斜面压榨机的自锁

在斜面压榨机中，如图5所示给滑块1施加一个力F，产生的压紧力就将物体压紧，被压紧的物体对滑块又有反作用力Q， 当F撤去后，机构在Q的作用下形成自锁。

假设两接触面间的合力作用点为A，摩擦角为φ12（可由摩擦系数f12得到）。过A点作两接触面的法线nn，而法线与铅垂线的夹角即为斜面倾角？琢。

此时滑块2给予滑块1的全反力R21就是推动滑块向右运动的推动力。因为滑块2给予滑块1的摩擦力F21应同滑块1相对滑块2的滑动速度（或趋势）v12的方向相反，因此，全反力R21应自法线方向顺时针偏转一个摩擦角φ12。

（3）自锁螺母的自锁

自锁螺母的自锁与斜面机构类似，自锁条件即倾角要小于摩擦角。在机械中一般的螺母在使用过程由于振动等某种其它的原因会自行松脱，为防止这种现象，于是就发明了自锁螺母。自锁螺母的功能主要是防松、抗振。用于特殊场合。自锁螺母一般是靠摩擦力自锁。据科学数据表明现在没有一种自锁螺母能达到百分之一百的防松。还有一种情况下的自锁，就是安装好螺母后毁其螺纹，这样能达到很好的效果，可这样对机械的定期清洗，维护造成一定的障碍。

（4）偏心夹具

结论：

根据自锁产生原因分析了常用机构：凸轮机构、斜面机构，偏心机构的自锁条件，为机构设计提供了参考依据。

参考文献

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