全角度自锁机构设计

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C H I N A

V E N T U R E

C A P I T A L

TECHNOLOGY APPLICATION |科技技术应用

一、研究背景

在现实生活中，经常要实现两个活动杆以一定角度的固定。而固定的方式一般有：焊接、螺栓连接或者棘轮机构等。但是，焊接等固定方式固定的杆件，角度固定后不能更改，虽然固定强度比较大，但是不具备可调节性。而运用棘轮机构固定时，杆件的固定的角度只能间歇性的变化，虽然也具备可调节性。但是，不能连续，全角度的固定，适用范围比较窄。

二、机构的工作原理

涡轮蜗杆为机械中的常用机构。制造工艺成熟，制造成本也相对较低。

涡轮蜗杆传动机理：将蜗杆1作为主动件，带动涡轮2的转动定义为正行程，而把当涡轮2作为主动件时，蜗杆1的运动定义为反行程，对于两种运动时蜗杆1的受力情况进行分析（如图2）：

图 1

此时，机构运动的驱动力为：ββtan sin n t F F F == 公式1阻力为摩擦力: ϕtan 21n F F = 公式2当β≤φ 恒有：21F F t ≤ 公式3

此时无论驱动力F 多大，两者均不能出现相对滑动，出现自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。根据这一原理，对涡轮蜗杆机构的正反行程进行受力分析由受力分析图不难发现，在正行程过程中，无论驱动力的角度和大小如何选取，都不会出现自锁现象。而在反行程中，当β≤φ时，则机构会出现自锁现象，即，若选取的涡轮蜗杆的接触角β≤φ且涡轮为主动件时，则无论载荷有多大，都不能带动蜗杆运动。机构会形成自锁。

根据这一基本原理，我们设计出如下的机构（图2）：

图2

在该机构中两杆件分别与蜗杆涡轮机构固结。旋转调节蜗杆，改变蜗杆和涡轮的相对位置。可以实现两个杆件的角度调节。在完成角度调节后，机构形成自锁，此时，无论外部对于

全角度自锁机构设计

西南交通大学机械工程学院　王玉璞　郭弘凌　魏逍遥

杆件的力有多大，两杆件的相对位置都不会改变。而且，如果需要改变两杆件的相对角度，只需要旋转蜗杆就可以。上述机构可以实现360°全角度的自锁，机构设计简单巧妙。

三、机构的应用现实生活中，经常需要实现两个杆件一定角度的固定。如：三角铁支架、展板支架等。常用的方法为焊接、棘轮机构等。但是这些方法的实现过程较为复杂，且无法实现全角度的固定。而该机构可以较为方便快捷的实现360°全角度自锁，机构的设计简单，且涡轮蜗杆的生产技术已经较为成熟，生产成本较低。

该机构的设计简单，且机构的工作强度也较强。可以满足大多数的民用和工业用情况。同时，该机构便于拆卸，可以大量的简约资源，提高资源的重复利用率。如：展板使用完成后，可以将固定机构拆卸，则两固定杆和固定自锁机构都可以重复利用。

参考文献：

[1]张春林.机械创新设计[M].机械工业出版社，2007.

[2]梁桂明.创造学与新产品开发思路与实例[M].机械工业出版社，2005.

[3]谢进.机械原理[M].高等教育出版社，2010.[4]邱宣怀.机械设计[M].高等教育出版社，1997.

[5]田卫军.机械设计实例精解——基于Pro/E[M].北京航空航天大学出版社，2009.

作者简介：王玉璞，（1989— ），男，汉族，江苏人，研究方向：机械设计制造及其自动化。

郭弘凌，（1990— ），男，汉族，四川人，研究方向：机械设计制造及其自动化。

魏逍遥，（1991— ），男，汉族，江苏人，研究方向：消防工程。

摘 要：本文介绍作者研究开发出的一种可以实现两个杆件全角度自锁的机构。目前固定两个杆件的方法主要有焊接、棘轮机构等，这些方法固定后的杆件角度均不宜调节。而该机构则主要通过涡轮蜗杆传动的自锁效应，通过调节蜗杆的相对位置实现杆件全角度的自锁固定。

关键词

：全角度；自锁；涡轮蜗杆；杆件固定