机械自锁机构创新设计完整

福州大学

至诚学院

科研实践报告

题目：机械自锁机构的设计

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2011 年 12 月 14 日

摘要

自锁现象是力学中的特殊现象，在生活和工业生产当中应用广泛。了解自锁现象产生的机理和生活中常见自锁现象的实质，对与我们学习进步有很大的帮助。自锁现象是可以利用自锁原理可以设计一些机巧的机械，但是有利有弊：破坏了自锁条件即可解除不需要的自锁，而且可以利用自锁原理设计的机械能够解决很多实际问题。通过对力学自锁现象的研究和应用分析，我们可以深入的了解力学中的自锁现象，为自锁现象更为广泛的应用于实际打下理论基础。

关键词:自锁现象；自锁条件；自锁应用

引言

自锁力学是物理学的一个分支。自锁是如果作用于物体的主动力的合力Q的作用线在摩擦角之内，则无论这个力怎样大，总有一个全反力R与之平衡，物体保持静止；反之，如果主动力的合力Q的作用线在磨擦角之外，则无论这个力多么小，物体也不可能保持平衡。这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。

在如今的生活中，已有很多领域用到自锁机构，并且加以改进做出更适合的。像可以再零度以下使用的自行车自锁脚踏板、自锁螺母等。甚至在电气领域里也用到自锁现象的应用。

经过一个学期的学习实践，我对Pro/E的建模、装配以及运动仿真等模块有了一定程度的了解，同时对自锁现象原理有一定的了解，所以设计了一个自锁机构可用于电钻等各种有进给系统回路中，防止不小心碰触开关而存在的隐患。但还是存在很多不足，在外观上，造型过于粗糙和不完美，机构过于简单，功能还有些欠缺。这都是需要进一步的改进。

一、自锁机构科技立项与研究的目的、意义

机械自锁的意义自锁现象在机械工程中具有十分重要的意义，主要有如下两方面：

1)当设计机械时，为能实现预期的运动，必须避免该机械在所需的运动方向发生自锁；

2)有些机械的工作原理就是利用了自锁的特性。

自锁机构在生活中的运用：

1.螺母自锁：

螺母上部有两个狭槽，当螺母在螺栓上拧紧时，螺栓的螺纹将旋入螺母横断面的狭槽中，螺纹被螺母侧壁渐渐锁紧就达到了制锁的功能。

见图一

图一

2.自锁脚踏

自锁脚踏给你对车更多的控制，特别是在越野中。如果你用脚套式的脚踏，就不得不适当的放松带子，好让你能快速的脱开。但是你还是会有时候在崎岖的地形上被晃出几米远（见图二）

图二

3.医用自锁托槽：

自锁托槽是近年出现的一种新技术。它的一个看似很小的改变，却给固定正畸技术带来了革命性的改变。它的主要优点是可以大大降低钢丝与托槽之间的摩擦阻力。因为正畸治疗移动牙齿需要克服钢丝与托槽之间的摩擦阻力，摩擦力越大，那么需要的矫治力也越大，移动速度也就越慢，矫治需要的时间也就越长。

4.自锁螺纹

各种机器及部件在连接装配中离不开紧固件。紧固件给机械工业带来了方便，但是，它有一个不可避免的弱点，即在剧烈震动中会自行松脱，致使部件或一台完整的设备损坏、解体甚至致酿成事故。（见图

三、四）

图三

图四

所以，自锁机构在筑路机械、矿山机械、振动机械设备等一些大型设备，及一些机

床等小型设备的研究应用具有重大意义。

5.在电气行业，也用到了自锁。

即依靠接触器自身的辅助触点而使其线圈保持通电的现象。

在控制回路中，按下启动按钮SB1，继电器K1（或接触器）吸合，但一旦放开SB1，继电器K1断电，达不到控制要求。为了使继电器或接触器在按下启动按钮SB1后，未按下停止按钮SB2之前，保持吸合状态，可在SB1两端并联上K1的常开触点，这样，按下SB1后,K1吸合，K1的常开触点闭合，松开SB1，继电器仍然吸合，直到按下停止按钮SB2。这种在启动按钮两端并联上继电器或接触器常开辅助触点的电路就叫电器自锁电路。（见图五）图五

二、项目研究过程与方法概述

Pro/E 软件的基本功能介绍

Pro/E 软件是美国 PTC 公司推出的大型 CAD/CAM/CAE 一体化软件。无论是造型设计、工程出图，以及 3D 装配等方面，Pro/E 软件都具有操作容易、使用方便、可动态修改的特点。 Pro/E 更是以其基于特征的参数化设计、单一数据库下的全相关性等新

概念而闻名于世。另外还具有模具设计，动态、静态干涉检查，计算质量特征（如质心、

惯性矩）等功能模块。用 Pro/E 创建的三维参数化零件模型，不但可以在屏幕上自由的翻转动态观察结构形体，更可以进行方便的动态修改和调整。进行力学分析、运动分析、数控加工等。 Pro/E 是在 Windows 环境下开发的，因此已成为目前计算机平台上

的主流三维设计软件之一。

1．参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。

2．基于特征建模

Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特

征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3．单一数据库（全相关）

Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。

三、自锁机构的组成，工作原理

此次所设计的自锁机构，是针对在一些设备、仪器、工具中含有进给系统的设计。可预防由于人为不小心按到开关而启动机器存在的安全隐患。

组成：主要有两个支撑架（灰色部件），及一个自锁扣合器组成（蓝色部件）。

当机器进给完毕回原位时，带动自锁扣合器（蓝色部件），扣合器下端可连接启动保护开关（可用按钮、或者弹簧扣），从而使开关失效，当需要使用时，掰动保护开关，即可正常使用。

心得体会