机构设计锁紧与防松

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机构设计——锁紧与防松

此处所讲的锁紧与防松仅适于可拆结构。 对不不可拆结构， 一般从配合上或用不可拆联接达到要 求。锁紧

机构主要工作原理相关是力学上的死点、 压力角和摩擦角。其实际机构非常多，常用的 有螺纹锁紧、偏心

轮锁紧、斜面锁紧、四杆机构锁紧。

除以上常用的锁紧机构外， 还有一类机构没有锁紧作用， 但能在作用点附近自锁。 这类机构常与 锁紧机

构配合，扩展锁紧机构的功能。 这类机构除棘轮外没有固定的方式，一般是临时设计。 压 力角是机构中不

考虑构件的惯性力和不计运动副的摩擦力的情况下 ,机构运动时从动件所受到的 驱动力的作用线与该力作用

点处运动的绝对速度方向线之间所夹的锐角。 压力角越大， 驱动越困 难。当压力角的余角小于接触面间的

摩擦角时，机构就能自锁。 在设计自锁机构时， 对摩擦角的 取值应是机构工作所有可能环境的最小值。

除此之外， 此类机构还要求能在一定情况下能方便的 解锁。 此类机构与锁紧机构配合使用时可先解除锁

紧， 在没有锁紧力时一般可过改变驱动力的作 用点的方式轻松解锁。 在做自锁与锁紧机构设计时， 一定

要注意零件的刚度问题。 如机构零件在 作用过程中产生较大的变形，则很可能会达不到设计效果。

防松不仅对锁紧机构重要， 对较恶劣环境下工作的联接也很重要。 对于一般情况下的螺纹防松在 《机械设

计手册》上有所介绍，此处只考虑复杂受力环境下的机构防松。

防松的重要原理一个是固定； 一个是弹性； 还有一个是隔离作用力。 对于固定防松的方式较为极 端，也

最有较。比如，一些狙击手用盐水将瞄准器与枪上的固定座浸泡，使之生锈。这种方式可 使联接在受枪强大

的反冲力的情况下仍不松动。 在设计上， 有用胶水固定， 甚至在机构锁紧后直 接焊接固定的极端情况。

在要求可拆的情况下， 也有附加一固定机构将锁紧部分固定起来的情况。 但对于要求有一定调节量的情况

这些方案就不适用了，这时一般利用弹性来达到防松的目的。 机构（包括锁紧机构、联接机构、自锁机构）

之所以在复杂受力情况下会松驰，主要原因是机构 在复杂受力情况下产生少量的位移（这很正常，除用极端

方式固定外不可避免） 后， 因其在锁紧 方向的力要大于解锁方向的作用力， 所以机构返回原位置较偏移

原位置困难。 在多次作用积累下， 就会产生较大的位移，从而产使机构松驰，达不到预定设计效果。 而在

锁紧机构中加处弹性元 件，则可起到两个作用。 一是弹性元件可起到复位的作用， 将产生的位移以弹性形

变的方式出现。 当外力情况变化时， 弹性元件则以相应的弹性形变应对。 在这种情况下， 机构中的元件

并无实质

使用螺纹锁紧时应注意配合 少于三个牙则联接不可靠。 螺 且各处增力均匀。 其缺陷是当工 但在要求快换

的情况下不宜单独使 螺纹锁紧是最常用的， 其产品已经标准化。 在一般情况下推荐使用。 的螺纹长度。一般说来，超过八个牙

后多余的配合长度意义不大， 纹锁紧的一个最大优点是行程长， 全行程均可作为有效作用点， 作行程要求

较长时， 操作起来较麻烦。 一般情况下均可采用， 用。 偏心轮锁紧机构能快速锁紧，但其锁紧作用点较为固定且行程很小， 对于锁紧点常作小范围变动的情况，

可能

对零件精度有一定的要求。

对于塑胶件来说， 因其容易产生蠕变而影响锁紧效果。 偏

心轮与螺纹锁紧配合使用。 斜面锁紧增力较小，行程较

小，但行程有一定的调节能力， 中，常利用塑胶的弹性在

较小的锁紧力情况下使用。另外， 用于较大锁紧力的情

况。

四杆机构锁紧行程可设计得很大， 锁紧点较为固定。 一般以斜锲的方式使用。 也常用于调节零件间的间隙 在实际设计 一般不

以设计得较大外其它情况与偏心轮相似。 一般与螺纹锁紧配合使用。 常

使用的快换机构。

对于精度较高的机构可单独使用。 其结构较为复杂， 除行程可 应用于经

上的位移，也就避免了松驰的产生，从而起到防松的作用。具体的例子有螺纹联接中的弹性垫圈防松，异形垫圈防松。另一个作用是缓冲作用。在受冲击作用力时，在没有缓冲作用的情况下产生的力的峰值是非常大的。而在弹性元件的缓冲作用下，可使受保护的零件受力呈几何数量级的

减少。在这种情况下，可大大减少机构松驰的可能。

将锁紧零件与运动零件隔离也是一个很好的防松方法。对于要经常调节、机构内经常有相互运动

的机构（如活动支臂、摩擦阻尼机构）在力度需要调节的情况下，锁紧机构不可能采用固定的方

式防松。而因其常作大幅度的往复运动，弹性元件的作用也很有限。在这种情况下，可以将用于

锁紧的零件与机构中与之有相对运动的零件在受力上隔离开来。采用这种方式时，因运动零件对

锁紧零件无影响，所以不用担心在使用过程中机构因多次运动而松驰。采用这种方式要注意的是

隔离要彻底。因为零件加工误差和装配间隙的存在，较小的间障也会使隔离不彻底。在隔离不彻

底的情况下，往往开始时机构还有一定的防松能力，但运行越久防松效果越差，最后根本达不到

设计要求。

第四类防松方式是结构防松，这是一种新型防松方式。前三类防松方式主要依靠第三者力进防松，主要是指摩擦力。而结构图防松不依靠第三者力，依靠自身结构。结构防松方式即唐氏螺纹防松方式，也是目前最先进和效果最好的防松方式，但不为大部分人所知。

目前，最先进和效果最好的防松方式是唐氏螺纹紧固件防松方式。

唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点。它既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配

合。

联接时使用两种不同旋向的螺母。工作支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称

为锁紧螺母。使用时先将紧固螺母预紧，再将锁紧螺母预紧。

在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁

紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松动。

唐氏螺纹紧固件利用螺纹自身矛盾，以松动制约松动，起到以毒攻毒”的效果。它的发明标

志着紧固件领域中的振松问题得到突破性的进展。

该方法已经被编入《机械设计手册》化工版，陈大先主编。