自锁与增力机构

Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:1/30机械自锁和增力机构Rev.A日期：7/21‘06教材编号：GHMB1.4.11N01BConfidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:2/30开课目的：通过该课程的学习,使自动化设计职系人员掌握自锁和增力知识，合理利用自锁和增力机构上课对象：自动化设计职系师1—师3讲師：自动化设计职系师4（含）以上资位上课时间：共2小时.Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:3/30课程大纲第一单元自锁机构…1hr第二单元增力机构…1hrConfidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:4/30本单元的学习目标是：☆掌握什么是自锁，合理利用自锁或避免自锁☆学習机械效率和自锁的关系☆学习自锁的应用和自锁条件第一单元：自锁机构Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:5/30一、什么是机械的自锁？•我们知道，任何一件物体，“只要是消除了沿X、Y、Z轴三个方向各自存在的一个平动和一个转动的自由度，总共6个自由度，这个物体的位置就是确定了的”。•所谓机械的自锁是指：自由度F≥1，从机构结构来讲原本可以运动的机械，在驱动力任意增大的情况下，都不能使之运动的现象。•机械的自锁对机械的性能有重要影响。有时我们需要克服自锁，有时我们又需要利用自锁。Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:6/30二、先举个例子说明：一个物体1在另一个斜面物体2上滑动F1FF2下滑力F1=F*SinA压力F2=F*CosA摩擦力F3=F2*u=F*CosA*uF3F2物体1沿斜面下滑F3F1时物体发生自锁，即F*CosA*uF*SinA,发生自锁条件是：TgA*u1物体1物体2AConfidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:7/30三、机械的效率drWW或dfdfddr1一、各种功及其相互关系驱动功Wd（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。有益功Wr（输出功）：克服生产阻力所作的功。损耗功Wf：克服有害阻力所作的功Wd＝Wr＋Wf二、机械效率机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:8/30理想驱动力P0：理想机械中，克服同样的生产阻力Q，所需的驱动力。PQdrPvQvNNPQvPQv0四、机械效率的计算1.一般公式:理想机械：不存在摩擦的机械。100PQvPQvPPPvvPPvQvPPPQ00MM0理想机械的效率0等于1，即：Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:9/30五、机械的自锁一、机械的自锁由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。无论驱动力为多大，它所作的功（输入功）总是刚好等于摩擦阻力所作的功，没有多余的功可以变成机器的功能，所以机器总不能不运动，即发生自锁二、自锁现象的意义1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:10/30垂直分力Pn：所能引的摩擦力为六、发生自锁的条件1.滑块实例滑块1与平台2组成移动副。P为作用于滑块1上驱动力，b为力P与滑块1和平台2接触面的法线nn之间的夹角，为摩擦角。力P分解为水平分力Pt和垂直分力Pn，有效分力Pt：推动滑块1运动的分力。bbtgntPsinPP当b小於时，maxFtP-----------自锁现象tgnPFmax滑块1不会发生运动uPnF*maxConfidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:11/30六、发生自锁的条件（续）2.转动副实例力P为作用在轴颈上的单一外载荷。当力P的作用线在摩擦圆之内（ar）时力P对轴颈中心的力矩力P本身所能引起的最大摩擦力矩Mf=Rr=PrarMMf不论力P如何增大，也不能驱使轴颈转动。M=Pa------自锁现象Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:12/30六、发生自锁的条件（续）3.一般条件机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。dfdfddr10当=0时，机械处于临界自锁状态；当0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:13/301）当逆着载荷Q向上运动时：要施加力矩F1，克服载荷Q的分力Fmc和Fxh,F1Fmc+FxhF1的输入功率大于或等于载荷Q和摩擦副产生的损失功率。2）当在载荷Q的作用下向下运动时：载荷Q为驱动力F2+FxhFmc,F1的输入功率和载荷Q产生的功率大于或等于摩擦副产生的损失功率。aQF1F2FmcFxh六、发生自锁的条件（续）1）螺旋千斤顶实例Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:14/30该千斤顶在物体重力的驱动下运动时的机械效率为：aatgtg)(0令0)(atga此即该千斤顶在物体重力作用下不致于自行反转的自锁条件。六、发生自锁的条件（续）Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:15/30为什么螺纹在振动的情况下会发生松动？原因在于现实中的内外螺纹，其表面不是绝对光滑，牙型角、整个螺纹副的牙型不是绝对吻合；其配合面总是“点阵”接触，遇到振动，就会产生塑性变形。它起码是不能消除内外螺纹间的径向间隙，即内外螺纹大径之间的间隙，螺纹副在横向载荷的情况下，必然出现松动失效。在单一的轴向力的作用下，是不会发生松动的Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:16/30六、发生自锁的条件（续）2）斜面压榨机Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:17/30六、发生自锁的条件（续）3）偏心夹具的自锁条件应满足的条件：r1ss2/)sin(1DACs)sin(eOEsr2/)sin()sin(De由几何关系得：（1）将s、s1的值带入(1)式可得偏心夹具的自锁条件为：Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:18/30六、发生自锁的条件（续）5.结论1）所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。2）判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:19/30本单元的学习主要内容有:1.杠杆机构.2.楔形(斜面)机构.3.螺纹(螺杆)机构.4.增压增力.6.滑轮增力.7.齿轮增力.8.离心增力.9.曲柄连杆增力.第二单元：增力机构Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:20/30杠杆机构阿基米得:“给我一个支点,我就可以撬动地球”F1*L1=F2*L2=F1=F2*L2/L1当L2/L1→∞时,F1→∞L1L2F1F2Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:21/30杠杆机构(1)折弯机杠杆:要点:1.中间为转动点,需定位,两头为腰形,方便滑动.2.Stopper位置,在力量小处最佳.(2)偏心轮:要点:1.夹紧行程小.2.可实现自锁.Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:22/30楔形(斜面)机构F1F2α12F1F1’αF1’’F1’F2α物1的受力分析:物2的受力分析:Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:23/30楔形(斜面)机构物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当0∘≦α≦45∘F2≧F1当45∘≦α≦90∘F2≦F1当α→0∘时F2→∞当α→90∘时F2→0Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:24/30楔形(斜面)机构(1)自动插针机Base加紧机构:(2)辅助支撑:说明:1.两运动方向垂直时最佳.2.保证良好润滑.3.α角度45∘.4.两工件接触面滚动时最佳.5.可作为微调机构.6.可实现自锁.Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:25/30螺纹(螺杆)机构360∘Pitch度mmα展开=螺杆螺纹展开后相当于斜面,当0∘≦α≦45∘F2≧F1当45∘≦α≦90∘F2≦F1当α→0∘时F2→∞当α→90∘时F2→0F1F2Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:26/30增压增力机构增压油缸示意图D1D2D3PFP1Pπ(D1/2)²=P1π(D2/2)²P1=P(D1/D2)²F=P1(D3/2)²=P(D1/D2)²(D3/2)²计算公式:Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:27/30增压增力机构快速双行程增压示意图说明:图1为快速行程部分.图2为增力行程部分.图3为回退.123Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:28/30齿轮增力减速箱涡轮涡杆说明:1.多级减速,增力2.输入轴&输出轴可平行可垂直.说明:1.一级减速2.大减速比3.输入轴&输出轴垂直.Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:29/30离心式增力曲柄连杆增力Confidential04/15/1999Page:2PGA370S/423Page:30/30几种增力机构1、通气液增力（一个容器内压强处处相等）2、通过减速增力（能量守衡）3、通过力量分散集合增力例如：动滑轮组