机械原理自锁[1]

定义

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，这种现象称为机械的自锁。

机械的自锁的实质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。

如图所示构件1在构件2上,作用于构件1上的外力为

F,其与接触面法线之间夹角为。若两构件之间的摩

β

擦系数为,则有

ff=tgφ.

由外力F而产生的摩擦阻力为

F=fFcosβ=Fcosβtgφ

f21

F

在水平方向上的分力为

:Fsinβ

当≤时,无论F如何增大,也不会是构

Fsinβ<

F

f21

件2运动,这种现象就叫做自锁.

这时有,≤

β

φ.

判断机械自锁的方法

根据具体情况，可选择以下方法判断机械自锁：

1）根据机构中运动副的自锁条件来确定。对于单自由度的机构，当机构中某一运动副发生自

锁，那么该机构也必发生自锁。运动副的自锁条件为：

(a)移动副的自锁条件为驱动力作用于摩擦角之内，即β≤φ，其中β为传动角；

(b)转动副的自锁条件为驱动力作用于摩擦圆之内，即a≤ρ，其中a为驱动力臂长；

(c)螺旋副的自锁条件为螺旋升角α小于或等于螺旋副的摩擦角或当量摩擦角，即α≤φ。

2) 根据机械效率小于或等于零来确定，即η≤0，但此时η已没有一般效率的意义，而只表

明机械自锁的程度。

3) 根据生产阻力Q小于或等于零来确定，Q≤0意味着只有当生产阻力反向变为驱动力后，才

可使机械运动，实际上此时机械已发生自锁。

4) 根据自锁的实质来确定，即根据作用在构件上的驱动力的有效分力总是小于或等于由其所

引起的同方向上的最大摩擦力来确定。

例题1

图示为一焊接用楔形夹具，利用这个夹具把要焊接的

工件1和1＇预先夹妥，以便焊接。图中2为夹具，3

为楔块，若已知各接触面间的摩擦系数均为f,试确定

此夹具的自锁条件。

此题是判定机构的自锁条件，下面选用多种方法求解。

解法1 根据反行程时η＇≤0的条件来确定。

反行程时（楔块3退出）取楔块3为分离体，其

受工件1（及1＇）和夹具2作用的反作用力和

RR

1323

以及支持力 ,各力方向如图a所示，根据楔块3的平

P

衡条件，作封闭三角形如图c所示。

反行程时为驱动力,由正弦定理可得

R

23

当(不考虑摩擦)时，得理想驱动力为:

φ=0

于是得此机构反行程的机械效率为

即:

令，可得自锁条件为。

解法2 根据反行程时生产阻力小于或等于零的条

件来确定。

根据楔块3的力三角形（图c），由正弦定理有

α≤2φ

。

若楔块3不自动松脱，则应使，即得自锁条件为

P≤0

解法3 根据运动副的自锁条件确定。

由于工件被夹紧后P力就被撤消，故楔块3的受

力如图b所示，楔块3就如同一个受到R（此时为驱

23

动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要R作用在

23

摩擦角之内，楔块3即发生自锁。

φ

R与垂直方向之间的夹角是要使R作用在摩

2323

α-φ,

擦角之内,即

φ

α-φ≤φ

所以,楔块3发生自锁的条件是:

α≤2φ

例题2:

图示为一平底直动推杆盘形凸轮机构,设不计凸轮1与

推杆2之间的摩擦,凸轮给推杆的力F垂直于平底.已

知:F与推杆导路之间偏距 e,推杆2与导槽3之间摩擦

系数f.

问:为保持推杆2不自锁,导槽3长度应满足何种条件?

解:推杆2受驱动力F作用使其逆时针方向偏转,且有

向上运动的趋势;导槽3给推杆2的反力和如

R"R'

3232

图所示.本题欲求推杆2不自锁的条件,即应用

η>0,

公式:

假设作用于推杆2上的阻力为Q,根据力的平衡条件可

得下列方程组:

将代入并解上述方程组得:

当不考虑摩擦时,理想驱动力为

f

=0,

机构的机械效率为:

机构不发生自锁的条件是:

即: