华北理工机械原理案例分析04自锁及其实际应用

案例4自锁及其实际应用【问题的引出】自锁现象，自锁的实际应用，要保证自锁，应该满足的条件，如何求得。一、自锁现象无论驱动力有多大，由于摩擦的作用使机构不能运动的现象。自锁在机械工程中具有重要的意义。一方面，设计机构时，为使机器能实现预期的运动，必须避免在机械所需的运动方向上自锁；另一方面，有些机械的运动又需要具有自锁性能。二、机械的自锁条件确定方法确定自锁条件常用的方法有四种，可以根据具体情况选择不同的方法来进行。1）、令0根据效率的定义：当dfWW，驱动力做功刚好克服有害阻力做功，此时，效率为零。如果机器原来在运动，则此时机器仍能运动，但不能做任何有用功。输出功为零，机器空转；若机器原来静止，由于dfWW，没有多余的功驱动机器，所以机器仍然静止。当dfWW，0，即全部驱动功也不足以克服有害阻力做功。这时，无论驱动力怎样增加，它所做的功总小于摩擦阻力做功，所以机器将减速运转，直至静止。因此，机器的自锁条件为：0当机器自锁时，不能做功，故此时的已经没有一般意义上的含义，它只表明机器自锁的程度。0时，越大，自锁越可靠。2）、令工作阻力（力矩）01frdd工作阻力（力矩）0，说明阻力已经成为驱动力。可以理解为，要想使机器运动，加工作阻力是不可行的，必须将其变换为驱动力。3）、运动副自锁若机构中的运动副自锁，则机构肯定自锁。对于移动副，当外力作用线在摩擦角范围内时即自锁；对于转动副，当外力作用于摩擦圆内时即自锁；对于螺旋副，当螺纹升角小于等于当量摩擦角时即自锁。4）、根据自锁的本质，令运动方向的驱动力小于等于其摩擦力，从而求得自锁条件。三、自锁的应用1.螺旋千斤顶如图1，当转动手把将汽车顶起后，应保证无论汽车的重量G多大，螺母不反转，即汽车不能下落，这就要求该千斤顶在反行程必须具有自锁性能，而正行程不能自锁。其自锁条件是什么呢？反行程相当于松开过程，工作阻力矩为2tan2rvdMG，理想阻力矩20tan2rdMG，得反行程的效率0()vrrtgMMtg，.求反行程的自锁条件方法一：令工作阻力矩2tan02rvdMG，得：v。方法二：令反行程的效率()0vtgtg，得：v。即螺旋千斤顶反行程的自锁条件是：v，这也是螺旋副的自锁条件。2.斜面压榨机如图2a所示，在滑块2上施加一个水平外力P，则通过滑块3压紧物体4，物体4对滑块3产生压紧力Q。已知各接触面间的摩擦系数均为f。求：当去掉外力P，机构在力Q作用下，滑块2不至于右移的条件。（即自锁条件）图2解：滑块3的力平衡方程为02313RRFFQ，滑块2的力平衡方程为12320RRPFF，分别作力多边形如图2b所示，根据正弦定理得cos2sin'32RFP，cos2cos23RFQ则工作阻力2tan'QP，令0'P，得自锁条件为2