自鎖與增力機(jī)構(gòu)

關(guān)于自鎖與增力機(jī)構(gòu)本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)是：☆

掌握什么是自鎖，合理利用自鎖或避免自鎖

☆

學(xué)習(xí)機(jī)械效率和自鎖的關(guān)系☆

學(xué)習(xí)自鎖的應(yīng)用和自鎖條件第一單元：

自鎖機(jī)構(gòu)第2頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月一、什么是機(jī)械的自鎖？我們知道，任何一件物體，“只要是消除了沿X、Y、Z軸三個(gè)方向各自存在的一個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，總共6個(gè)自由度，這個(gè)物體的位置就是確定了的”。所謂機(jī)械的自鎖是指：自由度F≥1，從機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)來(lái)講原本可以運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，在驅(qū)動(dòng)力任意增大的情況下，都不能使之運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。機(jī)械的自鎖對(duì)機(jī)械的性能有重要影響。有時(shí)我們需要克服自鎖，有時(shí)我們又需要利用自鎖。第3頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月二、先舉個(gè)例子說(shuō)明：一個(gè)物體1在另一個(gè)斜面物體2上滑動(dòng)F1FF2下滑力F1=F*SinA壓力F2=F*CosA摩擦力F3=F2*u=F*CosA*uF3<F2物體1沿斜面下滑F(xiàn)3>F1時(shí)物體發(fā)生自鎖，即F*CosA*u>F*SinA,發(fā)生自鎖條件是：TgA*u>1物體1物體2A第4頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月三、機(jī)械的效率或一、各種功及其相互關(guān)系驅(qū)動(dòng)功Wd（輸入功）：作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力所作的功。有益功Wr（輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所作的功。損耗功Wf：克服有害阻力所作的功Wd＝Wr＋Wf二、機(jī)械效率h機(jī)械效率是輸出功和輸入功的比值，它可以反映輸入功在機(jī)械中有效利用的程度。第5頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月理想驅(qū)動(dòng)力P0

：理想機(jī)械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，所需的驅(qū)動(dòng)力。四、機(jī)械效率的計(jì)算1.一般公式:理想機(jī)械：不存在摩擦的機(jī)械。理想機(jī)械的效率

h0等于1，即：第6頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月五、機(jī)械的自鎖一、機(jī)械的自鎖由于摩擦力的存在，無(wú)論驅(qū)動(dòng)如何增大也無(wú)法使機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。無(wú)論驅(qū)動(dòng)力為多大，它所作的功（輸入功）總是剛好等于摩擦阻力所作的功，沒(méi)有多余的功可以變成機(jī)器的功能，所以機(jī)器總不能不運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生自鎖

二、自鎖現(xiàn)象的意義1）設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為了使機(jī)械實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；2）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。第7頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月垂直分力Pn：所能引的摩擦力為六、發(fā)生自鎖的條件1.滑塊實(shí)例滑塊1與平臺(tái)2組成移動(dòng)副。P為作用于滑塊1上驅(qū)動(dòng)力

，b為力P與滑塊1和平臺(tái)2接觸面的法線(xiàn)nn之間的夾角，

為摩擦角。力P分解為水平分力Pt和垂直分力Pn，有效分力Pt：推動(dòng)滑塊1運(yùn)動(dòng)的分力。當(dāng)b

小於j時(shí)，-----------自鎖現(xiàn)象

滑塊1不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)第8頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）2.轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)例力P為作用在軸頸上的單一外載荷。當(dāng)力P的作用線(xiàn)在摩擦圓之內(nèi)（a<r）時(shí)

力P對(duì)軸頸中心的力矩力P本身所能引起的最大摩擦力矩Mf=Rr=Pr

a<r

M<Mf

不論力P如何增大，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)。M=Pa------自鎖現(xiàn)象第9頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）3.一般條件

機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多么大，都不能超過(guò)由它所產(chǎn)生的摩擦阻力。

h0當(dāng)h=0時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；當(dāng)h<0時(shí)，其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。

驅(qū)動(dòng)力所作的功，總是小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。

第10頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月1）當(dāng)逆著載荷Q向上運(yùn)動(dòng)時(shí)：要施加力矩F1，克服載荷Q的分力Fmc和Fxh,F1>Fmc+FxhF1的輸入功率大于或等于載荷Q和摩擦副產(chǎn)生的損失功率。2）當(dāng)在載荷Q的作用下向下運(yùn)動(dòng)時(shí)：載荷Q為驅(qū)動(dòng)力F2+Fxh>Fmc,F1的輸入功率和載荷Q產(chǎn)生的功率大于或等于摩擦副產(chǎn)生的損失功率。QF1F2FmcFxh六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）1）螺旋千斤頂實(shí)例第11頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月該千斤頂在物體重力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械效率為：此即該千斤頂在物體重力作用下不致于自行反轉(zhuǎn)的自鎖條件。六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）第12頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月為什么螺紋在振動(dòng)的情況下會(huì)發(fā)生松動(dòng)？原因在于現(xiàn)實(shí)中的內(nèi)外螺紋，其表面不是絕對(duì)光滑，牙型角、整個(gè)螺紋副的牙型不是絕對(duì)吻合；其配合面總是“點(diǎn)陣”接觸，遇到振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。它起碼是不能消除內(nèi)外螺紋間的徑向間隙，即內(nèi)外螺紋大徑之間的間隙，螺紋副在橫向載荷的情況下，必然出現(xiàn)松動(dòng)失效。在單一的軸向力的作用下，是不會(huì)發(fā)生松動(dòng)的

第13頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）2）斜面壓榨機(jī)

第14頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）3）偏心夾具的自鎖條件應(yīng)滿(mǎn)足的條件：由幾何關(guān)系得：（1）將s、s1的值帶入(1)式可得偏心夾具的自鎖條件為：第15頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月六、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）5.結(jié)論1）所謂機(jī)械具有自鎖性，是說(shuō)當(dāng)它所受的驅(qū)動(dòng)力作用于其某處或按某方向作用時(shí)是自鎖的，而在另外的情況下卻是能夠運(yùn)動(dòng)的。2）判定機(jī)構(gòu)是否會(huì)自鎖和在什么條件下發(fā)生自鎖，可根據(jù)具體情況，視方便運(yùn)用分析驅(qū)動(dòng)力是否作用于摩擦角之內(nèi)、或驅(qū)動(dòng)力所能克服的阻抗力等于小于零的方法來(lái)解決。第16頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月本單元的學(xué)習(xí)主要內(nèi)容有: 1.杠桿機(jī)構(gòu). 2.楔形(斜面)機(jī)構(gòu). 3.螺紋(螺桿)機(jī)構(gòu). 4.增壓增力. 6.滑輪增力. 7.齒輪增力. 8.離心增力. 9.曲柄連桿增力.第二單元：增力機(jī)構(gòu)第17頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月杠桿機(jī)構(gòu)阿基米得:“給我一個(gè)支點(diǎn),我就可以撬動(dòng)地球”

F1*L1=F2*L2=>F1=F2*L2/L1當(dāng)L2/L1→∞時(shí),F1→∞L1L2F1F2第18頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月杠桿機(jī)構(gòu)(1)折彎?rùn)C(jī)杠桿:要點(diǎn):1.中間為轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn),需定位,兩頭為腰形,方便滑動(dòng).2.Stopper位置,在力量小處最佳.(2)偏心輪:要點(diǎn):1.夾緊行程小.2.可實(shí)現(xiàn)自鎖.第19頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月楔形(斜面)機(jī)構(gòu)F1F2α12F1F1’αF1’’F1’F2α物1的受力分析:物2的受力分析:第20頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月楔形(斜面)機(jī)構(gòu)物1的受力分析:物2的受力分析:F1F1’αF1’’F1’F2αF1’=F1/CosαF2=F1’*Sinα=>F1’=F2/Sinα=>F1/Cosα=F2/Sinα=>F2=F1*Ctgα

當(dāng)0°≦α≦45°F2≧F1

當(dāng)45°≦α≦90°F2≦F1

當(dāng)α→0°時(shí)F2→∞

當(dāng)α→90°時(shí)F2→0第21頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月楔形(斜面)機(jī)構(gòu)(1)自動(dòng)插針機(jī)Base

加緊機(jī)構(gòu):(2)輔助支撐:說(shuō)明:1.兩運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)最佳. 2.保證良好潤(rùn)滑. 3.α角度<45°.4.兩工件接觸面滾動(dòng)時(shí)最佳. 5.可作為微調(diào)機(jī)構(gòu). 6.可實(shí)現(xiàn)自鎖.第22頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月螺紋(螺桿)機(jī)構(gòu)360°Pitch度mmα展開(kāi)=>螺桿螺紋展開(kāi)后相當(dāng)于斜面,當(dāng)0°≦α≦45°F2≧F1當(dāng)45°≦α≦90°F2≦F1當(dāng)α→0°時(shí)F2→∞當(dāng)α→90°時(shí)F2→0F1F2第23頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月增壓增力機(jī)構(gòu)增壓油缸示意圖D1D2D3PFP1Pπ(D1/2)2=P1π(D2/2)2P1=P(D1/D2)2F=P1(D3/2)2=P(D1/D2)2(D3/2)2計(jì)算公式:第24頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月增壓增力機(jī)構(gòu)快速雙行程增壓示意圖說(shuō)明:圖1為快速行程部分.

圖2為增力行程部分.

圖3為回退.123第25頁(yè),共28頁(yè)，星期六，2024年，5月齒輪增力減速箱渦輪渦桿說(shuō)明:1.多