全角度自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、TECHNOLOGY APPLICATION|科技技術(shù)應(yīng)用全角度自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院王玉璞郭弘凌魏逍遙摘 要：本文介紹作者研究開發(fā)出的一種可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)桿件全角度自鎖的機(jī)構(gòu)。目前固定兩個(gè)桿件的方法主要有焊接、棘輪機(jī)構(gòu)等，這些方法固定后的桿件角度均不宜調(diào)節(jié)。而該機(jī)構(gòu)則主要通過渦輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)蝸桿的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)桿件全角度的自鎖固定。關(guān)鍵詞：全角度；自鎖；渦輪蝸桿；桿件固定一、研究背景在現(xiàn)實(shí)生活中，經(jīng)常要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)活動(dòng)桿以一定角度的固定。而固定的方式一般有：焊接、螺栓連接或者棘輪機(jī)構(gòu)等。但是，焊接等固定方式固定的桿件，角度固定后不能更改，雖然固定強(qiáng)度比較大，但是不具備可調(diào)

2、節(jié)性。而運(yùn)用棘輪機(jī)構(gòu)固定時(shí)，桿件的固定的角度只能間歇性的變化，雖然也具備可調(diào)節(jié)性。但是，不能連續(xù)，全角度的固定，適用范圍比較窄。二、機(jī)構(gòu)的工作原理渦輪蝸桿為機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)。制造工藝成熟，制造成本也相對(duì)較低。渦輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)理：將蝸桿1作為主動(dòng)件，帶動(dòng)渦輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)定義為正行程，而把當(dāng)渦輪2作為主動(dòng)件時(shí)，蝸桿1的運(yùn)動(dòng)定義為反行程，對(duì)于兩種運(yùn)動(dòng)時(shí)蝸桿1的受力情況進(jìn)行分析（如圖2）：桿件的力有多大，兩桿件的相對(duì)位置都不會(huì)改變。而且，如果需要改變兩桿件的相對(duì)角度，只需要旋轉(zhuǎn)蝸桿就可以。上述機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)360°全角度的自鎖，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單巧妙。三、機(jī)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)生活中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)桿件一定角度

3、的固定。如：三角鐵支架、展板支架等。常用的方法為焊接、棘輪機(jī)構(gòu)等。但是這些方法的實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜，且無法實(shí)現(xiàn)全角度的固定。而該機(jī)構(gòu)可以較為方便快捷的實(shí)現(xiàn)360°全角度自鎖，機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且渦輪蝸桿的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，生產(chǎn)成本較低。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且機(jī)構(gòu)的工作強(qiáng)度也較強(qiáng)?？梢詽M足大多數(shù)的民用和工業(yè)用情況。同時(shí)，該機(jī)構(gòu)便于拆卸，可以大量的簡(jiǎn)約資源，提高資源的重復(fù)利用率。如：展板使用完成后，可以將固定機(jī)構(gòu)拆卸，則兩固定桿和固定自鎖機(jī)構(gòu)都可以重復(fù)利用。參考文獻(xiàn)：1張春林.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2梁桂明.創(chuàng)造學(xué)與新產(chǎn)品開發(fā)思路與實(shí)例M.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.3謝

4、進(jìn).機(jī)械原理M.高等教育出版社，2010.4邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)M.高等教育出版社，1997.5田衛(wèi)軍.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例精解基于Pro/EM.北京航空航天大學(xué)出版社，2009.作者簡(jiǎn)介：王玉璞，（1989 ），男，漢族，江蘇人，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。郭弘凌，（1990 ），男，漢族，四川人，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。魏逍遙，（1991 ），男，漢族，江蘇人，研究方向：消防工程。圖 1此時(shí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力為：Ft=Fsin=Fntan 公式1阻力為摩擦力: F21=Fntan 公式2當(dāng) 恒有：FtF21 公式3此時(shí)無論驅(qū)動(dòng)力F 多大，兩者均不能出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。此時(shí)驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角內(nèi)。根據(jù)這一原理，對(duì)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的正反行程進(jìn)行受力分析由受力分析圖不難發(fā)現(xiàn)，在正行程過程中，無論驅(qū)動(dòng)力的角度和大小如何選取，都不會(huì)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。而在反行程中，當(dāng)時(shí)，則機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，即，若選取的渦輪蝸桿的接觸角且渦輪為主動(dòng)件時(shí)，則無論載荷有多大，都不能帶動(dòng)蝸桿運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)會(huì)形成自鎖。根據(jù)這一基本原理，我們?cè)O(shè)計(jì)出如下的機(jī)構(gòu)（圖2）：圖2在該機(jī)構(gòu)中兩桿件分別與蝸桿渦輪機(jī)構(gòu)固結(jié)。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)蝸桿，改