機(jī)械設(shè)計(jì)之鎖緊與防松

1、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一一鎖緊與防松此處所講的鎖緊與防松僅適于可拆結(jié)構(gòu)。對不不可拆結(jié)構(gòu)，一般從配合上或用不可拆聯(lián)接達(dá) 到要求。鎖緊機(jī)構(gòu)主要工作原理相關(guān)是力學(xué)上的死點(diǎn)、 壓力角和摩擦角。其實(shí)際機(jī)構(gòu)非常多， 常用的有螺紋 鎖緊、偏心輪鎖緊、斜面鎖緊、四桿機(jī)構(gòu) 鎖緊。螺紋鎖緊是最常用的，其產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 在一般情況下推薦使用。 使用螺紋鎖緊時(shí)應(yīng)注意 配合的螺紋長度。一般說來，超過八個(gè)牙后多余的配合長度意義不大，少于三個(gè)牙則聯(lián)接不可靠。螺紋 鎖緊的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是行程長，全行程均可作為有效作用點(diǎn)，且各處增力均勻。其缺陷是當(dāng)工作行程要求較長時(shí)，操作起來較麻煩。一般情況下均可采用，但在要求快換的情況下不宜單獨(dú)使用。偏心

2、輪鎖緊機(jī)構(gòu)能快速 鎖緊，但其鎖緊作用點(diǎn)較為固定且行程很小， 對零件精度有一定的要 求。對于塑膠件來說，因其容易產(chǎn)生蠕變而影響 鎖緊效果。對于鎖緊點(diǎn)常作小范圍變動(dòng)的情 況，可能偏心輪與螺紋 鎖緊配合使用。斜面鎖緊增力較小，行程較小，但行程有一定的調(diào)節(jié)能力，一般以斜鍥的方式使用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常利用塑膠的彈性在較小的 鎖緊力情況下使用。另外，也常用于調(diào)節(jié)零件間的間隙。 一般不用于較大鎖緊力的情況。四桿機(jī)構(gòu)鎖緊行程可設(shè)計(jì)得很大，鎖緊點(diǎn)較為固定。對于精度較高的機(jī)構(gòu)可單獨(dú)使用。除行程可以設(shè)計(jì)得較大外其它情況與偏心輪相似。一般與螺紋鎖緊配合使用。其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，應(yīng)用于經(jīng)常使用的快換機(jī)構(gòu)。除以上常用的 鎖緊

3、機(jī)構(gòu)外，還有一類機(jī)構(gòu)沒有 鎖緊作用，但能在作用點(diǎn)附近自鎖。 這類機(jī)構(gòu) 常與鎖緊機(jī)構(gòu)配合，擴(kuò)展 鎖緊機(jī) 構(gòu)的功能。這類機(jī)構(gòu)除棘輪外沒有固定的方式，一般是臨 時(shí)設(shè)計(jì)。壓力角是機(jī)構(gòu)中不考慮構(gòu)件的慣性力和不計(jì)運(yùn)動(dòng)副的摩擦力的情況下，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)件所受到的驅(qū)動(dòng)力的作用線與該力作用點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)的絕對速度方向線之間所夾的銳角。 壓力角越大，驅(qū)動(dòng)越困難。當(dāng)壓力角的余角小于接觸面間的摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)就能自鎖。在設(shè) 計(jì)自鎖機(jī)構(gòu)時(shí)，對摩擦角的取值應(yīng)是機(jī)構(gòu)工作所有可能環(huán)境的最小值。除此之外，此類機(jī)構(gòu)還要求能在一定情況下能方便的解鎖。此類機(jī)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)配合使用時(shí)可先解除 鎖緊，在沒有鎖緊力時(shí)一般可過改變驅(qū)動(dòng)力的作用點(diǎn)的方式

4、輕松解鎖。在做自鎖與鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意零件的剛度問題。如機(jī)構(gòu)零件在作用過程中產(chǎn)生較大的變形，則很可能會達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。防松不僅對鎖緊機(jī)構(gòu)重要，對較惡劣環(huán)境下工作的聯(lián)接也很重要。對于一般情況下的螺紋防松在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊上有所介紹，此處只考慮復(fù)雜受力環(huán)境下的機(jī)構(gòu)防松。防松的重要原理一個(gè)是固定；一個(gè)是彈性；還有一個(gè)是隔離作用力。對于固定防松的方式較 為極端，也最有較。比如，一些狙擊手用鹽水將瞄準(zhǔn)器與槍上的固定座浸泡，使之生銹。這種方式可使聯(lián)接在受槍強(qiáng)大的反沖力的情況下仍不松動(dòng)。在設(shè)計(jì)上，有用膠水固定，甚至在機(jī)構(gòu)鎖緊后直接焊接固定的極端情況。 在要求可拆的情況下， 也有附加一固定機(jī)構(gòu)將 鎖緊部

5、分固定起來的情況。但對于要求有一定調(diào)節(jié)量的情況這些方案就不適用了，這時(shí)一般利用彈性來達(dá)到防松的目的。機(jī)構(gòu)（包括 鎖緊機(jī)構(gòu)、聯(lián)接機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)）之所以在復(fù)雜受力情況下會松馳，主要原因是機(jī)構(gòu)在復(fù)雜受力情況下產(chǎn)生少量的位移（這很正常，除用極端方式固定外不可避免）后，因其在鎖緊方向的力要大于解鎖方向的作用力，所以機(jī)構(gòu)返回原位置較偏移原位置困難。在多次作用積累下，就會產(chǎn)生較大的位移，從而產(chǎn)使機(jī)構(gòu)松馳，達(dá)不到預(yù)定設(shè)計(jì)效果。而在鎖緊機(jī) 構(gòu)中加處彈性元件，則可起到兩個(gè)作用。一是彈性元件可起到復(fù)位的作用，將產(chǎn)生的 位移以彈性形變的方式出現(xiàn)。當(dāng)外力情況變化時(shí)，彈性元件則以相應(yīng)的彈性形變應(yīng)對。在這種情況下，機(jī)構(gòu)中的

6、元件并無實(shí)質(zhì)上的位移，也就避免了松馳的產(chǎn)生， 從而起到防松的作用。具體的例子有螺紋聯(lián)接中的彈性墊圈防松，異形墊圈防松。另一個(gè)作用是緩沖作用。在受沖擊作用力時(shí)，在沒有緩沖作用的情況下產(chǎn)生的力的峰值是非常大的。而在彈性元件的緩沖作用下，可使受保護(hù)的零件受力呈幾何數(shù)量級的減少。在這種情況下，可大大減少機(jī)構(gòu)松馳的可能。將鎖緊零件與運(yùn)動(dòng)零件隔離也是一個(gè)很好的防松方法。對于要經(jīng)常調(diào)節(jié)、機(jī)構(gòu)內(nèi)經(jīng)常有相互運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（如活動(dòng)支臂、摩擦阻尼機(jī)構(gòu)）在力度需要調(diào)節(jié)的情況下，鎖緊機(jī)構(gòu)不可能采用固定的方式防松。而因其常作大幅度的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，彈性元件的作用也很有限。在這種情況下， 可以將用于鎖緊的零件與機(jī)構(gòu)中與之有相對運(yùn)動(dòng)的

7、零件在受力上隔離開來。采用這種方式 時(shí)，因運(yùn)動(dòng)零件對 鎖緊零 件無影響，所以不用擔(dān)心在使用過程中機(jī)構(gòu)因多次運(yùn)動(dòng)而松馳。采用這種方式要注意的是隔離要徹底。因?yàn)榱慵庸ふ`差和裝配間隙的存在，較小的間障也會使隔離 不徹底。在隔離不徹底的情況下，往往開始時(shí)機(jī)構(gòu)還有一定的防松能力，但運(yùn)行 越久防松效果越差，最后根本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。第四類防松方式是結(jié)構(gòu)防松，這是一種新型防松方式。前三類防松方式主要依靠第三者力進(jìn) 防松，主要是指摩擦力。而結(jié)構(gòu)圖防松不依靠第三者力，依靠自身結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)防松方式即唐 氏螺紋防松方式，也是目前最先進(jìn)和效果最好的防松方式，但不為大部分人所知。目前，最先進(jìn)和效果最好的防松方式是唐氏螺紋緊固件防松方式。唐氏螺紋同時(shí)具有左旋和右旋螺紋的特點(diǎn)。它既可以和左旋螺紋配合，又可以和右旋螺紋配合。聯(lián)接時(shí)使用兩種不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母稱為緊固螺母，非支承面上的螺母稱為鎖緊螺母。使用時(shí)先將緊固螺母預(yù)緊，再將 鎖緊螺母預(yù)緊。在振動(dòng)、沖擊的情況下，緊固螺母會發(fā)生松動(dòng)的趨勢，但是，由于緊固螺母的松退方向是鎖緊螺母的擰緊方向，鎖緊螺母的擰緊恰恰阻止了緊