为什么静摩擦力方向与运动方向垂直的例子可以与运动的方向成任意角度?

本发明涉及模具领域 尤其涉及嘚是, 一种模架 【背景技术】

模具是工业生产中重要的工艺装备, 模具可大致分为两部份 模芯和模架。 模 具中一部份工作零件是与模具制成品直接接触的 如五金模的凸模, 凹模与被加工的 金属板直接接触 塑胶模的型心型腔与塑胶件制成品直接接触, 这些工作零件被稱为 "模芯" 模具中用来安装模具的工作零件 (模芯) 和其它结构零件、 保证模具的工 作部分在工作时间具有正确的相对位置, 并将模具与笁作母机连接起来的零件組合件 被称为 "模架" (工作母机例如冲床、 油压机或注塑机等) , 可以说模架是模具中 必用的 "基础件" 模架是个需要高精度的組合件, 看似简单 制造和装配时对各零 件的尺寸公差与形 (形状) 位 (位置) 公差都要求达到很高、 很精确。

常见的基本嘚五金模模架结构如图 1 所示模架包含一个动模板(上模板) 102、 一个静模板 (下模板) 105, 其中 模板是平板状零件, 模架还包含二至四組導套 103 与导柱 104 导套 103是圆筒型零件, 导柱 104是圆柱型零件 导套 103、 导柱 104 分別固定在动模板 102和静模板 105上, 导柱的外径与导套的内径相同 而且导柱的 外径插入导套的内径, 两者之间可以直线滑动 导套 103与导柱 104构成动静模板的 导向件組合。 其中 导柱连接模板孔 (导柱孔) 106的尺寸 D2和導套连接模板孔 (导 套孔) 101 的尺寸 D1 不同。

这样的结构 只要加工和装配精确, 固定在模板上的导柱 104与导套 103的配 合精度保证了动静模板直线往複运动的精度 并保证固定在动模板 102和静模板 105 上的模芯在工作时具有正确的相对位置。

模具或者模架工作时 动模板 102被固定在工作母机的笁作运动零件上, 例如 动模板 102被固定在工作母机的滑块上,静模板 105被固定在工作母机的工作台面上 动模板 102与静模板 105之间连接是通过导柱 104和导套 103組成的导向装置而实现 的, 模具工作时工作母机的工作运动零件对工作母机的工作台面做直线往复运动 固 定在模板上的模芯, 洳固定在动模板 1 02上的凸模与固定在静模板 1 05上的四模 因 导向装置的精度配合, 做精确直线往复运动 从而制造出所设定的精确模具产品。

構成塑胶模、 陶瓷、 橡胶与玻璃制品模压成型模等模具的模架 其工作原理, 机械结构与五金模模架是一致的

在这些结构中, 有两个缺點:

1、 导柱连接模板孔的尺寸 D2和导套连接模板孔的尺寸 D 1 不同 图 1 显示出导 柱孔 D2较小, 导套孔 D 1较大 由于上下模板孔的位置精度和中心距配匼精度要求高, 因此上下模板须在座标镗床上分別加工与导柱、 导套连接的模板孔 D2和模板孔 D 1 加工费用很高, 精度要求也高

2、 导柱 1 04、 导套 1 03与导柱连接模板孔 D2、 导套连接模板孔 D 1 的连接采用 过渡配合连接, 过渡配合连接构造简单 定心性好、 但零件加工精度高, 装配困难 特別是拆卸困难, 有时导套导柱与模板在装配、 运输、 使用时需要多次装卸 此时过 渡配合连接表面容易损伤, 一旦模板上的配合孔损伤较夶 形成装配精度下降甚至失 效, 修复很困难

因此, 现有技术需要改进

为了至少部分解决以上问题, 本发明提出了一种新的模架

为解决上述技术问题, 本发明采用的一个技术方案是本发明的技术方案如下: 一种模架 其包括至少一对模板, 所述一对模板包括一第一模板与一第二模板; 还包 括至少两对连接模板孔 所述一对连接模板孔包括一导套连接模板孔与一导柱连接模 板孔; 对应所述一对连接模板孔设置一导套、 一导柱及至少一弹性套, 所述导柱的一 端通过至少一所述弹性套固定于所述导柱连接模板孔 所述导套固定于所述导套连接 模板孔, 所述导柱的另一端设置于所述导套中; 其中 所述导套连接模板孔与所述导 柱连接模板孔的孔径相同; 所述孔径与所述弹性套嘚外径相同。 优选的 所述模架中, 对应所述一对连接模板孔设置一导套、 一导柱及至少两 弹性套 所述导柱的一端通过至少一所述弹性套固定于所述导柱连接模板孔, 所述导 套通过至少一所述弹性套固定于所述导套连接模板孔 所述导柱的另一端设置于所述 导套中; 其中, 所述导套连接模板孔与所述导柱连接模板孔的孔径相同 两所述弹性 套的外径相同, 所述孔径与所述外径相同

优选的, 所述模架中 對应所述一对连接模板孔设置两弹性套, 所述两弹性套 包括导套弹性套与导柱弹性套; 所述导柱通过所述导柱弹性套固定于所述导柱连接模 板孔 所述导套通过所述导套弹性套固定于所述导套连接模板孔; 所述导套弹性套与 所述导柱弹性套的外径相同。

优选的 所述模架中, 所述第一模板设置至少两个导套连接模板孔 所述导套 弹性套安装于所述导套连接模板孔, 所述导套安装于所述导套弹性套; 所述第二模板 设置至少两个导柱连接模板孔 所述导柱弹性套安装于所述导柱连接模板孔, 所述导 柱安装于所述导柱弹性套

优选的, 所述模架中 所述导套安装于所述导套连接模板孔, 所述导套与所述 导柱弹性套的外径相同 和 /或, 所述导套弹性套安装于所述导套连接模板孔 所述导 套弹性套与所述导柱弹性套的外径相同 所述导套或导套弹性套与所述导柱弹性套的 外径相同。

优选的 所述模架中, 所述弹性套具有內圆锥孔

优选的, 所述模架中 所述导套和所述导柱具有外圆锥体。

优选的 所述模架中, 所述导套的外圆锥体安装于所述导套对应的彈性套的所 述内圆锥孔中所述导柱的外圆锥体安装于所述导柱对应的弹性套的所述内圆锥孔中。

优选的 所述模架中, 所述一导套、 一導柱及至少一弹性套中 至少设置一装 配用螺紋組件, 用于实现相邻圆锥面部件的自锁联接

优选的, 所述模架中 所述弹性套具有第一梯形截面。

优选的 所述模架中, 所述导柱与所述导套具有第二梯形截面

优选的, 所述模架中 所述梯形截面中, 所述梯形为等腰梯形 其底角的正切 值为 9至 1 4。

优选的 所述組合件具有锥台部。

优选的 所述弹性套的内壁设置第一摩擦部。

优选的 所述弹性套的外壁设置苐二摩擦部。

优选的 所述模架中, 通过第一螺钉与介子、 所述弹性套 将所述导柱固定于 所述第二模板的导柱连接模板孔。

优选的 所述模架中, 通过第二螺钉和弹性套 将所述导套固定于所述第一模 板的导套连接模板孔。

优选的 所述模架中, 所述弹性套在轴向设置一縫隙部 其宽度为 1 至 3毫米。 例如 所述缝隙部为一通缝。

优选的 所述模架中, 所述弹性套的壁厚大于 2毫米

优选的, 所述模架中 所述彈性套与模板连接的轴向尺寸为弹性套与模板连接 直径的 0. 8至 2倍。

优选的 将导柱锥形弹性組合件的外径、 导套锥形弹性組合件的外径、 与仩述 組合件配合的模板孔这三个直径尺寸统一为相同直径尺寸, 这样 模板孔可以采用配 钻配镗工艺加工。 配钻配镗时上下模板被层叠固萣为一体 所有相配合的导套连接模 板孔和导柱连接模板孔被一次装夹全部加工出来, 每对导套连接模板孔和导柱连接模 板孔的中心线完铨一致 可以保证上下模板孔的配合。 其中 配钻配镗孔如图 3所示。 镗杆 401 设置于配钻配镗孔上方 上模板 403在上夹持施力位 402被施加夹持力, 丅 模板 404在下夹持施力位 405被施加夹持力 上下模板被层叠固定为一体, 相配合的 孔 406被一次同时加工出来 孔位对齐, 孔的中心线完全一致 仩模板的孔作为导套 连接模板孔, 下模板的孔作为导柱连接模板孔

本发明的有益效果是: 本发明的导套连接模板孔与导柱连接模板孔的孔径相同, 加工方便、 精度高 并且, 导柱、 导套与导柱连接模板孔、 导套连接模板孔的连接中 导套組合件与导柱組合件安装方便, 易於拆卸 当导柱或导套磨损后, 可及时更换以 保证导向精度 从而具有很高的实际应用价值。 【附图说明】

图 1为现有技术的五金模模架结構的示意图;

图 2A为本发明的一个实施例的模架结构示意图;

图 2B为图 2A所示模架的导套弹性套结构示意图;

图 2C为图 2B所示导套弹性套另一方向结構示意图;

图 2D为图 2A所示模架的导套结构示意图;

图 2E为图 2D所示导套另一方向结构示意图;

图 2F为图 2A所示模架的导柱结构示意图;

图 3为本发明的┅个实施例包括一导套连接模板孔与一导柱连接模板孔的一对连接模 板孔配钻配镗孔结构示意图;

图 4为本发明的一个实施例的冲模模架结構示意图;

图 5为本发明的一个实施例的塑料注射模模架结构示意图;

图 6为本发明的又一个实施例的塑料注射模模架结构示意图;

图 7为本发奣的又一个实施例采用滚动导向件的模架结构示意图

为了便于理解本发明, 下面结合附图和具体实施例 对本发明进行更详细的说明。 需 要说明的是 当元件被表述 "固定于" 另一个元件, 它可以直接在另一个元件上、 或者其间 可以存在一个或多个居中的元件 当一个元件被表述 "连接" 另一个元件, 它可以是直接连 接到另一个元件、 或者其间可以存在一个或多个居中的元件 本说明书所使用的术语 "垂直 的"、 "水平嘚"、 "左"、 "右" 以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义 本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技術人员通常理解的含义相同。 本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述 具体的实施例的目的 不是用于限制本发明。 如夲专利中所使用的导柱 导套、 弹性套、 模 板等虽然有不同的机械结构, 使用时仍以其主要技术特征命名为相同的术语 如附图中零件 202和零件 203构成导套組合件, 依据其主要技术特征命名零件 202为弹性套 202 零件 203 为导套 203。 图 4中零件 504为一直轴 图 5中零件 605为台阶轴, 均命名导柱 附图Φ零 件 203与图 6中零件 702均命名导套, 本说明书所使用的术语"和 /或"包括一个或多个相关 的所列项目的任意的和所有的組合 如说明书中几种导柱組合件与导套的各类組合。

本发明的一个实施例是 一种模架, 其包括至少一对模板 所述一对模板包括一第一 模板与一第二模板; 例如, 所述第一模板为动模板 (上模板) 所述第二模板为静模板 (下模 板), 又如 所述第一模板为下模板, 所述第二模板为上模板 本发奣不限制第一模板与第二 模板的位置、 形状和相对运动, 只需两者能够结合应用于所述模架即可 例如, 一种模架 其包括两对模板、 三對模板、 四对模板或者更多对模板。 又如 优选的, 一种模架 其仅包 括一对模板。

并且 所述模架还包括至少两对连接模板孔, 例如 所述模架包括两对、 三对、 四对、 五对、 六对或者更多对的连接模板孔; 优选的, 所述模架包括两对或四对连接模板孔; 其中 所述一对連接模板孔包括一导套连接模板孔与一导柱连接模板孔; 也就是说, 每对连接模板 孔都包括一导套连接模板孔与一导柱连接模板孔; 例如 所述第一模板设置至少两导套连接 模板孔, 所述第二模板设置至少两导柱连接模板孔; 又如 所述第一模板仅设置二导套连接 模板孔, 所述第二模板仅设置二导柱连接模板孔; 又如 所述第一模板仅设置至少二导套连 接模板孔, 不设置导柱连接模板孔 所述第二模板仅设置至少二导柱连接模板孔, 不设置导 套连接模板孔 又如, 所述第一模板设置至少一导柱连接模板孔与至少一导套连接模板孔 所述第二模板设置至少一导柱连接模板孔与至少一导套连接模板孔。 这种安装导柱导套的方 法常规不会用 但在特殊情况下, 如重载荷情况下 模板设置 4对和 4对以上连接孔时, 采 用交叉方式安装导套导柱导向装置不仅可行 而且模架结构对称均衡, 载荷分担更加合理

对应所述一对連接模板孔至少设置一导套、 一导柱及至少一弹性套, 也就是说 一对 连接模板孔, 对应设置一导套、 一导柱及至少一弹性套; 所述导柱嘚一端通过至少一所述弹 性套固定于所述导柱连接模板孔 所述导套固定于所述导套连接模板孔, 所述导柱的另一端 设置于所述导套中; 其中 所述导套连接模板孔与所述导柱连接模板孔的孔径相同; 所述孔 径与所述弹性套的外径相同。 或者说 每对连接模板孔, 也可以设置不同数量的导套和弹性 套 如两导套、 一导柱及一或多个弹性套, 例如图 4中每对连接模板孔设置有 3个弹性套 图 6中每对连接模板孔设置囿 4个弹性套, 图 6中也可以设置 2个导套; 所述导柱的一端通 过至少一所述弹性套固定于所述导柱连接模板孔 所述导套固定于所述导套连接模板孔, 例 如 如图 6所示, 所述导套直接固定于所述导套连接模板孔; 又如 如图 2所示, 所述导套 通过一所述弹性套固定于所述导套连接模板孔; 所述导柱通过一所述弹性套固定于所述导柱 连接模板孔; 所述导柱的另一端设置于所述导套中 例如, 安装时将所述导柱的另一端固定 于所述导套 拆卸时将所述导柱的另一端从所述导套中取出; 例如, 所述导柱的另一端插入 所述导套的导套内孔中 相互产生轴向嘚直线滑动。 如图 4所示 导柱 504—端通过第一弹 性套 505、 第二弹性套 506 固定于导柱连接模板孔, 并通过导柱连接模板孔固定于第二模板 507 另一端設置于导套 503 ; 如图 5所示, 导柱 605—端通过一弹性套 606、 导柱连接模板 孔固定于第二模板 607 另一端设置于导套 602 ; 如图 6所示, 导柱 704—端通过第一弹性套 707、 第二弹性套 705固定于导柱连接模板孔 并通过导柱连接模板孔固定于第二模板 706, 另一端设置于导套 702

优选的, 所述弹性套与模板连接的轴姠尺寸为弹性套与模板连接直径的 0. 8至 2倍 例如, 所述弹性套与模板连接的轴向尺寸为弹性套与模板连接直径的 0. 8、 1 . 05、 1 . 25、 1 . 5、 1 . 8或者 2倍

优选的, 所述模架中 对应所述一对连接模板孔设置两弹性套, 所述两弹性套包括导 套弹性套与导柱弹性套; 所述导柱通过所述导柱弹性套固定于所述导柱连接模板孔 所述导 套通过所述导套弹性套固定于所述导套连接模板孔; 所述导套弹性套与所述导柱弹性套的外 径相同。 优选的 所述模架中, 所述第一模板设置至少两个导套连接模板孔 所述导套弹性 套安装于所述导套连接模板孔, 所述导套安装于所述导套弹性套; 所述第二模板设置至少两 个导柱连接模板孔 所述导柱弹性套安装于所述导柱连接模板孔, 所述导柱安装于所述导柱 弹性套 例如, ┅种模架 其包括至少一对模板, 所述一对模板包括一第一模板与一第二模 板; 所述第一模板设置至少两导套连接模板孔及其导套組合件; 所述导套組合件设置一导套 及其导套弹性套 所述导套弹性套安装于所述导套连接模板孔, 所述导套安装于所述导套弹 性套; 所述第二模板设置至少两导柱连接模板孔及其导柱組合件; 所述导柱組合件设置一导 柱及其导柱弹性套 所述导柱弹性套安装于所述导柱连接模板孔, 所述导柱安装于所述导柱 弹性套; 导柱与其配合的导柱弹性套作为一导柱弹性套組 导套与其配合的导套弹性套作为 另一导套弹性套組, 其中 所述导套连接模板孔与所述导柱连接模板孔的孔径相同, 所述导 套弹性套与所述导柱弹性套的外径相同 所述孔径与所述外径楿同。

优选的 所述弹性套具有内圆锥孔, 例如 其具有第一圆锥面, 或者说 对于圆锥面, 该圆锥面为: 一个圆锥体 其平行于底面截除上方的部分, 所剩下的一个圆锥台体的周围部 分 或者说是该圆锥台体不包括上下两个圆形的外表面。 即 所述弹性套具有第一梯形截媔。 优选的 所述导套和所述导柱具有外圆锥体, 例如 其具有第二圆锥面。 优选的 所述模架 中, 所述导套和 /或所述导柱具有第二梯形截面 优选的, 所述第一梯形截面与所述第二梯形 截面相似; 又如 所述第一梯形截面与所述第二梯形截面相同。 优选的 所述梯形截面Φ, 所述梯形为等腰梯形 其底角的正切值为 9至 14。 依据锥形弹性套工作原理 锥形弹性套的 设计应充分考虑实际使用条件, 综合考虑各組匼件的结构合理性 合理选择参数, 特別是弹 性套的锥角、 最小壁厚、 宽度等 优选的, 所述外圆锥体与所述内圆锥孔形状、 大小相匹配; 例如 所述导套的外圆锥体安装于所述导套对应的弹性套的所述内圆锥孔中, 所述导柱的外 圆锥体安装于所述导柱对应的弹性套的所述內圆锥孔中 其中导套、 导柱及各弹性套均为联 接件, 用于实现模板的联接 所述一导套、 一导柱及至少一弹性套中, 至少设置一对装配鼡 螺紋組件 用于实现相邻部件的自锁联接。 安装时所述外圆锥体与内圆锥孔的角度相同 而 且角度在自锁角范围内, 例如 采用锥度为 1 : 1 0, 其对应锥角为 5 ° 42 ' 38" 但导套与导 套弹性套的角度, 导柱与导柱弹性套的角度 两种角度不需限制相同, 可以采用相同或者不 同的角度其Φ, 1 : 1 0的意思轴向增长 1 0 径向增长 1 或者针对锥度 指轴向增长 1 0 直径增大 1。 由于导套、 导柱与弹性套的锥型联接是自锁联接 因此在某个联接件仩 (如导 套上) 分別设置有装配和拆卸用的拆卸螺紋孔。 优选的 拆卸用的拆卸螺紋孔的螺紋尺寸, 螺距等螺紋技术要素与装配用的螺紋孔、 装配用的螺栓的螺紋尺寸 螺距等螺紋技术要素是 完全一致的, 这样装配用的螺栓拆下后即可旋入拆卸螺紋孔 并顶开锥型面联接处嘚自锁。

例如 所述第一模板设置至少两导套连接模板孔及其导套組合件; 例如, 組合件具有 锥形体的部分或者全部 并且, 組合件具有彈性部 此时, 組合件亦称为锥形弹性組合件 导套組合件也可称为导套锥形弹性組合件。 例如 所述組合件具有锥台部, 其中 所述锥囼 部为实体或者空腔。例如 对于每一导套连接模板孔(即导套孔), 设置一导套組合件其中, 所述导套組合件设置一导套及其导套弹性套 所述导套弹性套安装于所述导套连接模板孔, 所述导套安装于所述导套弹性套; 例如 所述导套连接模板孔上设置一导套弹性套, 所述导 套弹性套上设置一导套 所述导套与所述导套弹性套固定设置于所述第一模板。 所述第二模 板设置至少两导柱连接模板孔及其导柱組合件;例如对于每一导柱连接模板孔(即导柱孔), 设置一导柱組合件 其中, 所述导柱組合件设置一导柱及其至少一导柱弹性套 唎如, 一导 柱对应设置多个锥形导柱弹性套; 所述导柱弹性套安装于所述导柱连接模板孔 所述导柱安 装于所述导柱弹性套; 例如, 所述導柱连接模板孔上设置一导柱弹性套 所述导柱弹性套上 设置一导柱, 所述导柱与所述导柱弹性套固定设置于所述第二模板 例如, 所述導套安装于 所述导套连接模板孔 所述导套与所述导柱弹性套的外径相同, 又如 所述导套弹性套安装 于所述导套连接模板孔, 所述导套彈性套与所述导柱弹性套的外径相同

优选的, 根据所述模板孔的孔径 设置所述模板孔与其所在模板的侧边的距离, 即所 述模板孔与其所在模板侧边的距离大于常规导柱导套的通用距离

例如, 如图 2A所示 用导套 203与导套弹性套 202組成导套锥形弹性套組合件替代传 统的导套, 導柱 204与导柱弹性套 206組成导柱锥形弹性套組合件替代传统的导柱 在导柱、 导套与上模板 201和下模板 205的模板孔的连接处采用锥形弹性套組合件連接替换常规的过 渡配合连接。 连接时 在第一螺栓 208、 第二螺栓 209轴向力的作用下, 导柱、 导套上的锥 形面与弹性套上的锥形面产生相对轴姠的位移 锥面挤压挤紧自锁, 由于锥形连接处锥度较 小 优选的, 锥度为 1 : 10 锥角为 5 ° 42 ' 38" , 锥面挤压的同时在径向上产生较大的向外 扩张力 使锥形弹性套产生径向扩张变形, 由于锥形弹性套切有单一的轴向通槽因而具有一 定的胀縮弹性 锥面连接上产生的径向向外扩张力使錐形弹性套的变形较为容易, 形成锥形 弹性套微变形和外径扩大 并与其连接的模板孔实现过盈接合。 由于锥面挤压挤紧后自锁这 一特征 这种接合一旦形成就不会松动, 因此这种接合很可靠 优选的, 所述模架中 通过 第一螺钉与介子, 将所述导柱固定于所述第二模板的凅定端 例如, 在第一螺栓 208与导柱 弹性套 206之间设置介子 207 例如, 在拆卸时 只需卸除第一螺栓 208和第二螺栓 209, 用铜棒轻敲导柱与模板连 接处嘚端面 并将导套的锥形连接組件的连接面用螺栓 209顶开, 使其不再自锁 锥形弹性 套上的径向向外扩张力即可消除,锥形弹性套本身变形鈈大由于材料的弹性恢复至变形前的 外型尺寸, 导柱、 导套与模板即可脱离 例如, 导套弹性套如图 2B、 图 2C所示 其具有一 个梯形截面, 鼡于插入导套 导套弹性套设置若干装配用螺紋孔 302。 优选的 锥形弹性套 的锥面在安装后产生自锁, 此时 锥形弹性套及其組件上设置至尐一拆卸用螺紋孔, 例如 导套如图 2D、 图 2E所示, 其具有一个第二梯形截面 用于插入到所述导套弹性套, 和 /或 导套还根据导柱的形状, 對应设置空腔位; 导套上设置三个拆卸用螺紋孔 308 其排列为正 三角形; 优选的, 导套上还设置三个装配用通孔 307 其位置与图 2C所示导套弹性套的各个 装配用螺紋孔 302位置相对应。 优选的 三个装配用通孔 307排列为正三角形; 优选的, 如 图 2E所示 导套上设置三个拆卸用螺紋孔 308与三个裝配用通孔 307排列为正六边形。优选 的 根据所述模架的结构设置所述导柱的形状与结构, 例如 如图 2F所示, 所述导柱设置第 一端部 303、 圆柱形本体 304、 端面台阶 305以及第二端部 306 第一端部 303固定设置于导 套处, 第二端部 306固定设置于导柱弹性套 参考图 2A, 端面台阶 305用于将所述导柱固定 於第二模板时 固定所述导柱的位置, 限制其发生位移 又如, 如图 4所示 所述导柱具有 圆柱形本体。

其中 所述导套连接模板孔与所述導柱连接模板孔的孔径相同, 所述导套弹性套与所 述导柱弹性套的外径相同 所述孔径与所述外径相同。 而且所述导套弹性套与所述导柱彈性 套均开有 1 至 3國 的通缝或者称为缝隙 这样, 只要锥形弹性套选用的制造材料合理 锥形 弹性套内外径配合适当, 在较宽的允差范围内 例如小于 0. 1 國, 如 0至 0. 1國 均可实现 精确接合, 因此锥形弹性套本身直径和连接模板的孔径的精度容易保证 可比常见的导柱、 导套与模板嘚制造精度降低 1级精度。

优选的 例如, 将导柱锥形弹性組合件的外径、 导套锥形弹性組合件的外径、 与上述 組合件配合的模板孔这三个矗径尺寸统一为相同直径尺寸 模板孔采用配钻配镗工艺加工。 配钻配镗时上下模板被层叠固定为一体 所有相配合的所述导套连接模板孔与所述导柱连接 模板孔被一次装夹同时加工出来,每对导套连接模板孔和导柱连接模板孔的中心线完全一致 可以保证上下模板孔的配匼。 其中 配钻配镗孔如图 3所示。 镗杆 401设置于配钻配镗孔上 方 上模板 403在上夹持施力位 402被施加夹持力, 下模板 404在下夹持施力位 405被施加 夹持仂 上下模板被层叠固定为一体, 相配合的孔 406被一次同时加工出来 孔的中心线完 全一致, 孔位对齐 上模板的孔作为所述导套连接模板孔, 下模板的孔作为所述导柱连接模 板孔 优选的, 所述模架中 为了保证每对导柱导套配合的孔配钻配镗后的位置不会错乱, 所述第一模板与所述第二模板上采取设置相应的模板位置定位槽等方法标记方位 例如, 在 模板配钻时 在模板侧面偏离模板中心线的位置铣出定位槽, 又如 设置一对导柱孔和 /或导 套孔偏离中心距 3至 5 这样, 可以使模具在装配、 使用、 維修时的拆装过程中不会发生 动、 定模认错方向 在合模时避免错装。

优选的 所述模架中, 所述导柱与所述导套配研设置 例如, 两者执行配研工序 例 如, 在进入配研工序前 将导柱、 导套按实测尺寸分組。 每組配研的导柱导套应按組编号并 做相应标志 配研应保证同組导柱、 导套的间隙值, 孔的圆度 表面粗糙度徝等达到设计要 求; 这样, 可以提高模架的精度 优选的, 所述模架中 所述锥形弹性套的锥孔配磨设置, 例如 将各个导柱、 导套与配匼的锥形弹性套按实测尺寸分組, 每只导柱、 导套与其配合的 锥形弹性套都应按組编号并做相应标志 作为弹性套組, 无论弹性套是否为錐形均作如此处 理 例如, 导柱与其配合的弹性套作为一弹性套組 导套与其配合的弹性套作为另一弹性套 組。 锥形弹性套锥孔配磨时 應配磨、 检验至导柱、 导套锥面和锥形弹性套套锥孔面的配合 面积 70%, 例如 采用着色法进行检验。 配磨检验合格后对锥形弹性套开槽并修整掉由此产 生的毛刺; 这样可以提高模架的精度 又如, 导套、 锥形弹性套配合端面时 应确保与模板 孔的垂直度要求, 組装成套的导向件 对导套配合端面和锥形弹性套配合端面与导柱轴线的 垂直度值进行检测。

优选的 为了减少导柱导套弹性組合件的总体外径, 使模架茬同一尺寸下具有较大工 作空间 导柱导套組合件的锥形弹性套锥度, 应该设计的较小 例如, 锥度为 1 : 10 锥角 5 ° 42 ' 38" , 根椐结构也可以选择其咜可产生自锁并较易拆卸的锥度、 锥角 这类角度装配 后锥面将产生自锁, 有利于模架工作的稳定性 例如, 所述梯形截面中 根据装配後锥面将 产生自锁的条件, 设置其底角的角度 用于装配和拆卸的螺紋尺寸可以统一为同一尺寸, 即 图 2C的装配用螺紋孔 302与图 2E的拆卸用螺紋孔 308位同一尺寸 这样, 装配在模架上的 螺栓拆下后即可用于拆卸 应用很方便。

优选的 所述模架中, 所述弹性套在轴向设置一缝隙部 其宽度为 1 至 3毫米。 如图 2C所示 所述导套弹性套在轴向设置一缝隙部 301, 优选的 其宽度为 1 至 3毫米。 这样 在安装时有助于增加弹性套的弹性, 获得更好的固定效果 例如, 所述弹性套的内壁设置第 一摩擦部 用于产生导套、 导柱安装时的摩擦力, 从而获得更好的固定效果 优選的, 所述 弹性套的外壁设置第二摩擦部 用于产生弹性套安装于模板的摩擦力, 从而获得良好的固定 效果

优选的, 所述模架中 所述彈性套的壁厚大于 2毫米。 例如 锥形弹性套最小壁厚为 2?3 mm , 例如, 所述弹性套为金属套 其壁厚为 2、 2. 2、 3、 3. 5、 4、 5、 8、 1 0或者 15毫 米, 此时 由于缝隙部 301 的存在, 使得金属套有一定程度的弹性 即弹性金属套。

优选的 所述模架中, 如图 2B所示 锥形弹性套与模板结合部份的宽度取锥形彈性套 与模板结合部份直径的 0. 8?2倍。

弹性套可以采用各类金属材料、 工程塑料 (如尼龙) 等制造 例如, 所述弹性套为弹 簧钢 其采用调質热处理工艺制备。

优选的 所述模架中, 所述导套的端部与所述导套弹性套的端部之间设置间隙部 例 如, 装配后的导套与锥形弹性套端面间仍应有 2?3 mm间隙 从而保证锥面连接的可靠性。 又 如 间隙部的宽度的 1 至 3毫米。 优选的 所述间隙部宽度与锥形弹性套直径成正比, 苴大 于 1 毫米与上述任一实施例结合应用 优选的, 所述模架中 所述第一模板与所述第二模板 上设置对应的定位槽。 例如 在模板配钻时, 在模板侧面偏离中心线的位置铣出定位槽 又 如, 设置一对导柱孔和 /或导套孔偏离中心距 3至 5國 这样, 可以使模具在装配、 使用、 維 修時的拆装过程中不会发生动、 定模认错方向 在合模时避免错装。 例如 一个较佳的实施 例是, 一种模架 其包括至少一对模板, 所述一對模板包括一第一模板与一第二模板; 每一 对模板包括至少两对连接模板孔 所述一对连接模板孔包括一导套连接模板孔与一导柱连接 模板孔; 所述第一模板设置至少两导套连接模板孔及其导套組合件; 所述导套組合件设置一 导套及其导套弹性套, 所述导套具有第二梯形截媔; 所述导套弹性套安装于所述导套连接模 板孔 所述导套安装于所述导套弹性套; 所述第二模板设置至少两导柱连接模板孔及其导柱 組匼件; 所述导柱組合件设置一导柱及其导柱弹性套, 所述弹性套具有第一梯形截面; 所述 导柱弹性套安装于所述导柱连接模板孔 所述导柱安装于所述导柱弹性套; 其中, 所述梯形 为等腰梯形 其底角的正切值为 9至 14 ; 并且, 所述导套连接模板孔与所述导柱连接模板孔 的孔径相哃 所述导套弹性套与所述导柱弹性套的外径相同, 所述孔径与所述外径相同; 所 述弹性套在轴向设置一缝隙部 其宽度为 1 至 3毫米; 所述彈性套的壁厚大于 2毫米; 所述 弹性套的内壁设置第一摩擦部, 所述弹性套的外壁设置第二摩擦部; 所述第一模板与所述第 二模板上设置对應的定位槽

例如, 在制造所述模架时 制造所述导柱的工艺流程包括: 下料、 粗车、 热处理 (淬 火、 定性)、 研中心孔、 粗精磨外圆、 錐度圆。 又如 制造所述导套的工艺流程包括: 下料、 粗车、 钻孔、 热处理 (淬火、 定性)、 精车孔、 珩孔、 配研孔、 磨外圆及端面。 又洳 制造所 述锥形弹性套的工艺流程包括: 下料、 粗车、 作孔、 热处理 (淬火、 定性)、 磨锥孔、 磨外圆 及端面、 轴向开缝。 又如 制造所述上、 所述下模板的工艺流程包括: 下料、 热处理 (时效 处理)、 铣、 磨平面、 配钻孔、 配精镗孔。 又如 所述模架装配和拆卸的流程包括: 模架装配 前按模架精度等级规定的导柱、 导套的配合间隙值选配每对导柱、 导套; 装配前应清除导柱、 导套锥形套組合件配合面上嘚油脂、 尘埃等, 清除模板与导柱、 导套锥形套組合件连接孔的 油脂、 尘埃等; 导套装配时校正垂直度 导柱装配时借助于导套作导向, 裝配导柱时 应先 装配距离最远的两个导柱, 并试开、 合模是否灵活 如发现有阻滞现象, 调整后 再重新装 配; 螺钉要按对角、 交叉次序旋紧, 并配合试开、 合模分几次拧紧 两个导柱安装合适后, 再依次装配第三个、 第四个 每装配一个应进行一次上述试验, 直到合适為止 导柱、 导套 装配动模板、 静模板后, 开模和合模时 导柱与导套间应滑动灵活, 无阻滞现象 拆卸连接 时: 松开套端全部螺钉, 取螺钉旋入锥形弹性套組合件压套的辅助螺孔中拧紧产生推力 并 轻轻敲击拉出螺钉头部, 使拆卸松动 拉动螺钉, 锥形弹性套可拉出 例洳, 导柱采用图 2A、 图 2F的结构 只需使用铜棒或者其他辅助器械轻敲导柱与模板连接处的端面, 将锥面的自锁 解除 即可卸下。

例如 一冲模模架结构如图 4所示, 其中 上模板 501 设置导套弹性套 502, 其套置 导套 503 导套 503与导套弹性套 502通过第一螺栓 508固定; 导套 503套置导柱 504, 导柱 504是一直杆 方便制造, 导柱 504与下模板 507使用锥形弹性套組合件连接 第一锥形导 柱弹性套 505、 第二锥形导柱弹性套 506在轴向上均开有通槽, 即所述缝隙部 开槽后弹性 套增大弹性, 装配时随着第二螺栓 509拧紧 第一锥形导柱弹性套 505内径縮小, 第二锥形 导柱弹性套 506外径增大 连接导柱 504与下模板 507。 优选的 两锥形导柱弹性套材质相 同, 厚度相等; 优选的 两锥形导柱弹性套的轴向缝 (即间隙部) 安装时相差 180 ° 。

又一个例子 一塑料注射模模架, 如图 5所示 上模板 604固定于上夹板 601, 其中 上模板 604上设置导套弹性套 603, 其套置导套 602 导套 602与导套弹性套 603通过第一螺 栓 612固定; 導套 602套置导柱 605, 导柱弹性套 606在导柱 605远离导套 602的一端 套 置导柱 605, 通过第二螺栓 613固定于下模板 607 ; 这样 安装导柱与第一螺栓后, 导套及其 导套彈性套牢牢固定于上模板 上顶板 609通过螺栓固定于下模板 607, 下顶板 610通过螺 栓固定于上顶板 609 ; 固定块 608设置于下夹板 61 1 —端与下模板 607之间 例如, 凅定块 为方铁 下夹板 61 1—端通过螺栓固定于固定块 608, 另一端通过螺栓固定于下模板 607

本发明各实施例中, 导柱的形状、 结构相同或者相异 和 /或, 模板的形状、 结构相同 或者相异 和 /或, 是否设置夹板、 顶板等 根据具体模架的需求而定, 但是弹性套原理是相 同的 是本发奣所要求保护的重点。

例如 根据模架板的厚度, 包括上模板或者下模板的厚度等 设置所述孔径; 优选的, 所述孔径与所述模板的厚度荿正比 例如, 对于一些较厚的模架板 例如塑胶模模架板厚大 于等于 150國时, 锥形弹性导套組的尺寸设置偏大 例如, 如图 6所示 不用弹性套, 将导 套 702用常规的过渡配合直接固定在模板 703的孔中其中,第一模板 703固定于上夹板 701 第一模板 703设置导套 702, 导套 702套置导柱 704 第一弹性套 707茬导柱 704远离导套 702的一端, 套置导柱 704 第二弹性套 705在第一弹性套 707与导套 702之间, 套置导柱 704 其中, 第一弹性套 707与第二弹性套 705均设置于第二模板 706 并且, 第一弹性套 707 与第二弹性套 705分別通过螺栓固定于第二模板 706 ; 支撑板 708设置于上顶板 710与第二 模板 706之间 上顶板 710通过螺栓顺序固定于支撑板 708、 第二模板 706, 下顶板 71 1通过 螺栓固定于上顶板 710 固定块 709设置于下夹板 712与支撑板 708之间, 下夹板 712通过 螺栓顺序固定于固定块 709、 支撑板 708、 第二模板 706 该实施例中, 对导柱 704与第二模 板 706的连接使用两組锥形弹性套或者称为锥形弹性套組件 装配时应先安装固定导套 702, 利用导套 702对导柱 704的导姠功能引导来固定导柱 704 安装导柱时导柱插入固定好的导 套内, 调整紧固导柱 704固定用的第一弹性套 707 并推拉模板, 确定两块模板 703、 706的 相对矗线运动平滑顺畅 然后将已固定在第二模板 706的导柱 704从导套 702内抽出, 再固 定导柱 704固定用的第二弹性套 705 并再次将导柱 704插入导套 702并推拉模板, 确定第 一模板 703、 第二模板 706间的相对直线运动平滑顺畅 优选的, 如图 6所示 其中的导套 702可用两組锥形弹性导套組来替换, 这两組锥形弹性导套組与第一模板 703的联接与装配 与上述导柱弹性套組相同

上述各实施例所示滑动连接的导向件的结构可用在模具或者模架的滚动连接嘚导向件 上。 如图 7所示 导套 801通过导套弹性套 808固定于上模板 807, 并且 导套 801、 导套弹 性套 808 以及上模板 807通过第二螺钉 809实现固定与拆卸; 导柱 804通過导柱弹性套 81 1 固定于下模板 803, 并且 导柱 804、 导柱弹性套 81 1 以及下模板 803通过介子 805与第一螺 钉 806实现固定与拆卸; 导柱 804通过弹簧 802, 以及若干滚珠 810及其滚珠保持架 (图中 未示出) 与导套 801 滚动连接; 这样 其采用滚动导向件的模架的工作原理和结构与采用上 述各实施例所示滑动导向件模架的原理和结构相似, 在导柱或导套的导向表面上设置有滚珠 及滚珠保持架 模架工作时, 导柱与导套间的滑动直线运动改变成滚动直线運动 而滚动导 向件与模板的连接与滑动连接件的连接完全一致。

进一步地 本发明的实施例还包括, 上述各实施例的各技术特征 相互組合形成的模 架。 这些实施例所述模架工作时的精度取决于动、 静模板和各組导柱导套的加工精度和装配 精度 上模板导套孔和下模板导柱孔, 孔与孔的位置精度是上述精度中常规加工时很难保证 的 本发明各实施例将上下模板的平面精磨后夹在一起配钻, 特別是夹在一起哃时配镗 可 确保上模板导套孔和下模板导柱孔的位置精度的一直性。 并且 这种配钻配镗工艺可以在立 铣机床上加工, 不必使用昂贵的唑标镗床 在提高精度的同时还节约了生产成本。

并且 本发明各实施例使用锥形弹性套联接替代过渡配合, 定心精度高 连接刚性好, 優选的 通过试验和测量得到可靠数值, 来对应于锥形弹性套的变形量 从而保证连接的可 靠性。

本发明各实施例锥形弹性套制造方便、 咹装简单 安装锥形弹性套的轴和孔的加工不 像过渡配合那样要求高精度的制造公差。 锥面弹性套只要求锥面与圆柱孔有良好的同轴度 鈈要求孔、 轴尺寸有很高的加工精度和表面质量。 安装导柱导套与锥形弹性套組件也无需加 热、 冷却或加压设备 只须螺钉按规定的力矩擰紧即可。 并且 采用这种结构, 当导柱或导 套磨损后 可及时更换以保证导向精度, 如冲裁模模具在刃磨凸凹模刃口时 只要拆下导柱 戓导套, 就可方便地对凸四模进行磨削 重装导柱或导套后, 仍可保持模架的原装配精度 当导柱导套使用磨损后, 可以用电镀等方法修複 快捷经济, 降低了模具使用费用

本发明及其各实施例加工工艺简单可行, 使用一般机床加工 就能满足产品零部件的 加工需要。 本發明及其各实施例模架制造的原理与方法可应用于各类五金模、 塑胶模、 陶瓷、 橡胶与玻璃制品模压成型模等需导柱导套做导向件的模架仩 而且原理和结构形式完全可用 在使用滚动导向件的模架上, 在保证模架精度的同时可以降低生产难度和成本 对于中小企 业生产各型模架特別有利, 方便各类大型模架的制造 易于实现系列化与商品化。

需要说明的是 本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的實施例, 但是 本 发明可以通过许多不同的形式来实现, 并不限于本说明书所描述的实施例 这些实施例不作 为对本发明内容的额外限制, 提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透 彻全面 并且, 上述各技术特征继续相互組合 形成未在上面列举的各种實施例, 均视为本 发明说明书记载的范围; 进一步地 对本领域普通技术人员来说, 可以根据上述说明加以改 进或变换 而所有这些改进囷变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

  1. 1.曲线运动:物体的轨迹是一条曲線物体所作的运动就是曲线运动。

    作曲线运动物体的速度方向就是曲线那一点的切线方向而曲线上各点的切线方向不同,也就是运动粅体的速度在不断地改变所以作曲线运动的物体速度是变化的,物体作变速运动

    运动物体的轨迹是它在平面坐标系中的运动图像,与莋直线运动物体的位移与时间图像是有着本质的不同前者是运动的轨迹,后者是其位移随时间变化的规律;前者各点的切线方向是运动粅体的速度方向切线的斜率是运动物体的速度方向与某一方向的夹角的正切,后者各点的切线的斜率是运动物体的速度大小但它只反映作直线运动物体的速度情况,而不能反映作曲线运动的速度情况

    物体作曲线运动的条件:物体所受的合外力与物体的速度不在一条直線上(也就是合外力沿与速度垂直的方向上有分量,该分量时刻在改变着运动物体的速度方向)

    2.运动的合成与分解:运动的合成与分解就昰矢量的合成与分解它涉及运动学中的位移、速度、加速度三个矢量的合成与分解。

    两个互相垂直方向上的直线运动合成后可能是直线運动也可能是曲线运动,反过来两个方向的直线运动合成后可能是曲线,这就提供了研究曲线运动的途径——将曲线运动转化为直线運动进行研究

    运动的独立作用原理:如同力的独立作用原理一样,运动的合成与分解也是建立在各个方向分运动独立的基础上

    3.研究曲線运动的方法:利用速度、位移、加速度和力这些物理量的矢量性,进行合成与分解

    (1)在恒力的作用下的曲线运动:这种运动是匀速運动。一般将运动物体的初速度沿着力的方向和与力垂直的方向上分解在沿力的方向上物体作匀变速直线运动,在与力垂直的方向上物體作匀速直线运动

    若所求方向与速度和力均不在一条直线上,将速度和力均沿求解问题的方向和与求解问题垂直的方向进行分解

    (2)茬变力作用下的曲线运动:这种运动是非匀变速运动。一般将物体受到的力沿运动方向和与运动垂直的方向分解与运动方向一致的力改變速度的大小,与运动方向垂直的力改变运动的方向

    子弹射出枪膛,离弦的箭,抛铅球投篮,过河的船等等都属于曲线运动

  2. (1)物体莋平抛运动受力特点:它在空中仅受重力作用,重力是恒力物体只具有重力加速度。

    (2)物体作平抛运动的运动特点:物体的初速度水岼与重力垂直,在水平方向不受外力物体作匀速直线运动,竖直方向作自由落体运动

    平抛运动是匀变速曲线运动。

    2.平抛运动的规律:作平抛运动的物体在水平方向上速度不变在竖直方向上的加速度为重力加速度,以抛出点为原点以初速度的方向为x轴正方向,以竖矗向下为y轴正方向

    位移s与水平夹角为α,tanα== ④

    (3)平抛运动的轨迹方程:由①②两式消去时间t得y=*x2

    平抛运动中在任何Δt时间内速度的改变量Δv=gΔt,其方向总是向下的在平抛运动中,当前面无障碍时物体飞行时间仅决定于飞行高度,一般情况下当物体离地面高度h为已知時,物体飞行时间为t=

    作平抛运动的物体,其平抛运动中的水平距离与抛出时的初速度有关当运动物体的速度改变,其运动过程中的水岼距离也将发生变化;当作平抛运动的物体与其运动的物体相遇时往往是利用它们的位置相同时的位移关系求解;当作平抛运动的物体嘚速度方向一旦确定,也就可以确定其运动的时间或位移主要类型如下:

    1.一个物体作平抛运动,当它的受力情况发生了变化则运动状態也发生了变化,当物体是由两段不同的运动形式所构成那么前阶段的速度就是后阶段的初速度,作平抛运动的末速度就是后阶段其他運动的初速度

    2.作平抛运动的物体,它轨迹由初速度和阻碍物(离地面的高度、斜面、墙壁、排球网……)所决定反过来,阻碍物也导致了作平抛运动的物体具有临界状态

    3.相遇问题与相遇两个物体的运动情况有关,扣住相遇物体的位置相同是基本点位移与相对距离的關系,可从分运动的角度考虑也可以从合运动的角度考虑。

    4.研究平抛运动时并不都是从水平和竖直两个方向进行研究,所以在曲线運动的研究方法中,就注意到沿所求解物理量的方向与该方向垂直的两个方向进行分解才是分解的唯一原则

    摆球在竖直平面内绕悬点摆動,摆到最低点时绳突然断裂此后摆球所做的运动;雨伞绕竖直轴转动,伞边缘的水滴甩出后所做的运动(不计空气阻力)从枪口射出嘚子弹从飞机上抛下的物体等。

    1945年8月6日美国轰炸机向广岛投下代号为Boy的原子弹,原子弹是核武器之一是利用核反应的光热辐射、冲擊波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。

    在日本战败已荿定局的前提下没过仍然于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹。并通过精密的计算精准打击了目标。

    事后峩们不仅仅为原子弹的威力感到震惊,同时也赞叹于其精准的打击能力通过对飞机投放出的原子弹所行进的轨迹,我们不难看出它是┅个平抛运动,原子弹在出仓时在水平方向上拥有一个初速度,并且在出仓后水平方向无外力作用在竖直方向上,原子弹出仓时初速喥为零并且在出仓后只受重力作用,是原子弹在竖直方向上作着自由落体运动最终精准打击目标。

    下雨天然们为了避免挨浇,都要咑着伞出门在到达目的地后,我们经常会看见大部分人会把伞撑起然后进行转动落在上面的雨滴就从伞的边缘被甩出,而雨伞也很快僦会变干细心的人们就会发现,其实雨滴被甩出之后雨滴所做的运动就是一个类平抛运动。

    我们可以将这个类平抛运动做的理想化一些一个平整的没有弧度的雨伞表面,水平放置我们转动伞柄,慢慢会发现落在伞面的雨滴受到离心力作用会慢慢的跑向雨伞边缘最終沿着雨伞边缘的切线方向被甩出,甩出时雨伞获得了圆周运动时所具有的初速度并在甩出后水平方向没有外力的干饶,竖直方向甩絀后,雨滴只受重力作用做自由落体运动,其运动轨迹就是一个平抛运动的抛物线轨迹

  3. 1.圆周运动:质点的运动轨迹是圆周的运动。

    2.匀速圆周运动:质点的轨迹是圆周在相等的时间内,通过的弧长相等质点所作的运动是匀速率圆周运动。

    3.描述匀速圆周运动的物理量

    (1)周期(T):质点完成一次圆周运动所用的时间为周期

    频率(f):1s钟完成圆周运动的次数。f=

    (2)线速度(v):线速度就是瞬间速度做勻速圆周运动的质点,其线速度的大小不变方向却时刻改变,匀速圆周运动是一个变速运动

    由瞬时速度的定义式v=,当Δt趋近于0时,Δs与所对应的弧长(Δl)基本重合所以v=,在匀速圆周运动中由于相等的时间内通过的弧长相等,那么很小一段的弧长与通过这段弧长所用時间的比值是相等的所以,其线速度大小v=(其中R是运动物体的轨道半径T为周期)

    (3)角速度(ω):作匀速圆周运动的质点与圆心的连线所扫过的角度与所用时间的比值。ω==由此式可知匀速圆周运动是角速度不变的运动。

    4.竖直面内的圆周运动(非匀速圆周运动)

    (1)轻繩的一端固定另一端连着一个小球(活小物块),小球在竖直面内作圆周运动或者是一个竖直的圆形轨迹,一个小球(或小物块)在其内壁上作竖直面的圆周运动然后进行计算分析,结论如下:

    ①小球若在圆周上且速度为零,只能是在水平直径两个端点以下部分的各点小球要到达竖直圆周水平直径以上各点,则其速度至少要满足重力指向圆心的分量提供向心力

    ②小球在竖直圆周的最低点沿圆周向仩运动的过程中速度不断减小(重力沿运动方向的分量与速度方向是相反的,使小球的速度减小)而小球要到达最高点,则必须在最低点具有足够大的速度才能到达最高点否则小球就会在圆周上的某一点(这一点一定在水平直径以上)绳子的拉力为零时,小球就脱离圓周轨道

    (2)物体在杆或圆管的环形轨道上作竖直面内圆周运动,虽然物体从最低点沿圆周向最高点运动的过程中速度越来越小,由於物体可以受到杆的拉力和压力(或圆管对它的向内或向外的作用力)所以,物体在圆周上的任意一点的速度均可为零

    (3)物体在竖矗的圆周的外壁运动,此种运动的关键是要区别做圆周运动和平抛运动的条件它们的临界状态是物体的重力沿半径的分量提供向心力,此时轨道对物体没有作用力,但物体又在轨道上该点是物体在圆周上的临界点。若物体在最高点时mg=,v0=,当v?≥v0,物体在最高点处将作平拋运动当v<v?0,物体将沿圆周轨道下滑(下滑到一定位置还是要离开轨道)

    竖直面内的圆周运动只要求讨论分析最高点和最低点的情況,由于最高点的相信加速度竖直向下质点总是处于失重状态;最低点的向心加速度竖直向上,质点总是处于超重状态从这个角度来悝解竖直面内做圆周运动的质点受力情况比较直观。

    质点在圆轨道外圆时最高点处是作平抛运动还是圆周运动,质点与轨道之间的作用仂为零对应的速度是临界速度这个临界速度就是在圆周上的向心加速度等于重力加速度,质点的速度小于这个速度受轨道的支持力,夶于这个速度质点作平抛运动。

    详见第五小节——生活中的圆周运动

  4. 四.向心力、向心加速度

    1.向心力(Fn):改变速度方向所需要的外力

    姠心力是根据力的作用效果命名的。向心力可能是弹力、摩擦力或重力提供也可能是几个力的合力,还可能是某个力的分力提供

    匀速圓周运动的速率不变,而速度方向时刻在变化只改变速度方向的力叫做向心力。

    向心力最显著的特点是与速度方向垂直只改变速度方姠,不改变速度大小

    作匀速圆周运动的物体,由于速度大小不变速度方向不断改变,合力一定与速度方向垂直且合力指向轨迹弯曲┅侧,正好指向圆心所以,将改变速度方向的力称为向心力

    作匀速圆周运动的质点,合外力提供向心力;作非匀速圆周运动的物体来講一般将其所受的力沿着运动方向和与运动垂直的方向进行分解:沿运动方向的力(称为切向力)是改变速度大小;沿与运动方向垂直嘚力(称为法向力)是改变速度的方向。

    2.向心加速度(an):向心加速度是由向心力所产生的加速度源于向心力只改变质点的速度方向,洏不改变速度大小且其方向始终指向轨迹的圆心,由加速度与外力的关系可知向心加速度也是与速度垂直只改变速度方向,且指向圆惢作匀速圆周运动的质点,速度大小不变质点只具有向心加速度。

    经分析推导过程可知向心加速度是瞬时加速度不是平均加速度。公式a=是平均加速度在匀变速直线运动中加速度是不变的,所以平均加速度与加速度的瞬时值相等

    在匀速圆周运动中,ω===2πf

    an==ω2R=vω,这一组公式对非匀速圆周运动也适用

    an=R=4π2f2R这一组公式只适用于匀速圆周运动。

    向心力与速度方向垂直它改变速度方向不改变速度大小。在研究物体作曲线运动时所采用的途径一般情况下是将物体受的力沿速度方向与速度处置的方向分解,沿速度方向的力一般称为切向力它妀变速度的大小,垂直方向的力一般称为法向力它改变速度方向,只要是改变速度方向的力都是向心力所有做曲线运动的物体需要向惢力。

    向心力的速度是瞬时改变的所有的钱运动,在每一点都有一个圆心只有圆周上的各点圆心都重合,而其他曲线各点的圆心没有偅合而已学习向心力和向心加速度后,物体作平抛运动其轨迹上的各点所对应的半径可求,相应的圆心也可以求出来这是用物理方法求半径和圆心。

    医院内病人做尿检查时化验员将尿放入试管,并将试管放在一个高速旋转的器材中经过一段时间后,将试管取出来发现问题尿的杂质都会沉淀到试管底部,这是为什么呢

    试管高速旋转后,尿中的杂质能很快地沉淀到试管的底部选取尿中杂质微粒,将杂质微粒换成相同体积的尿来代替显然,试管高速旋转时尿微粒是不会作离心运动的而是相对试管静止,这是周围的尿对这尿微粒的合力刚好提供尿微粒作圆周运动的向心力将尿微粒换回杂质微粒后作匀速圆周运动,由于杂质的质量比尿大由公式F=mrω2可知,在半徑和角速度相同的情况下向心力与质量成正比,所以合外力不足以提供杂质所需要的向心力,杂质做远离圆心的运动而沉到试管底部

    摩托车越野比赛时,经常看到摩托车在转弯处出现翻车现象这种现象是怎样产生的?怎么样回避这种事故的发生

    摩托车转弯处速度過大,半径过小由向心力公式F=m可知所需的向心力很大,这是摩托车受到地面的摩擦力达到最大时都不足以提供向心力摩托车要作远离圓心的运动,向外翻滚这就说明摩托车在转弯时,速度要小半径要大,才能保证不出现交通事故实际上所有的交通工具在转弯时速喥都不大,超过转弯的规定速度都有出现交通事故的可能性

    平时我们换洗下来的衣物,在线、清洗之后会放入甩干桶甩过之后的衣物僦很容易晾晒干,这是为什么呢

    当甩干桶得比较慢时,水滴跟物体的附着力F 足以提供所需的向心力F 使水滴做圆周运动当甩干桶得比较赽时,附着力F 不足以提供所需的向心力F于是水滴做离心运动,穿过桶孔飞到甩干桶外面。

    在医院我们经常看到医生用离心机把体温计嘚水银柱甩回玻璃泡内这是如何做到的呢?

    当离心机转得比较慢时缩口的阻力F 足以提供所需的向心力,缩口上方的水银柱做圆周运动当离心机转得相当快时,阻力F 不足以提供所需的向心力水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。

    内筒与洗衣机的脱水筒相似里面加入白砂糖,加热使糖熔化成糖汁内筒高速旋转,黏稠的糖汁就做离心运动从内筒壁的小孔飞散出去,成为丝状到达温度较低的外筒并迅速冷却凝固,变得纤细雪白像一团团棉花。

  5. 火车是目前长距离运输中重要的交通工具近年来建设铁路新干线较多,铁轨是比较平直的在转弯处,火车只有依靠与它接触的铁轨提供向心力工字形铁轨固定在水泥基础上,火车的两轮都有轮缘突出的轮缘一般起定位作鼡,若是平直的轨道转弯只有依靠轨道与轮缘间侧向弹力使火车转弯,由于火车速度大质量也大,所需要的向心力很大所以,轮缘與铁轨间的弹性大形变量也大从而使铁轨容易受到损坏,使火车转弯时的向心力不是由轮缘和轨道间侧向弹力提供而是由车轮与轨道間正向弹力提供,车轮与轨道间的正向接触面积大对轨道的影响小,有什么办法可以达到此目的呢

    在牛顿运动定律中,放在光滑斜面仩的物体当斜面以一定加速度作水平运动时,物体可以相对斜面静止这时斜面的弹力与物体的重力的合力沿水平方向提供加速运动所需要的力(也可以认为斜面的弹力在竖直方向分量与物体的重力平衡,水平方向分量提供物体作加速度所需要的力)从这个例子中我们能得到的启示是火车转弯时将轨道平面倾斜。

    在设计转弯的轨道时若将外轨垫高些,使轨道平面与水平面有一夹角α,正向压力垂直于轨道平面,要使正向压力在竖直方向分量与重力平衡,水平方向分量提供向心力,则

    火车以速度v0=行驶时火车的车轮的轮缘与铁轨的侧向無压力。

    火车转弯时当火车的速度v>v0时,即重力和轨道的支持力的合力不足以提供向心力需要外轨对外轮的轮缘一个向内的侧压力,補充不充足的向心力;当火车速度v0<v时重力和轨道的支持力的合力大于向心力,需要内轨对内轮的轮缘一个向外的侧压力与多余的部汾分力平衡。

    汽车在水平路面上转弯时依靠静摩擦力方向与运动方向垂直的例子提供向心力在高速公路上,由于汽车的速度比较大仅靠静摩擦力方向与运动方向垂直的例子提供向心力是不行的,所以在转弯处的路面都是倾斜的(倾角α),若汽车依靠重力和路面支持力的合力提供向心力,就对应的速度如火车转弯是一样的,对应原速度v0=

    当汽车的速度v0≠,路面再施加静摩擦力方向与运动方向垂直的例子來作补充

    在杂技表演中,我们曾看见演员用一致小桶装上水然后用一根长约1米的绳子拴住小桶,使小桶在竖直面内作圆周运动桶中嘚水并没有流出,这是什么原因使桶中的水运动到最高点时水不留出呢?若小桶不能到达圆周的最高点而是在圆周上的某一点离开圆周,水会不会流出呢

    当小桶在最高点时,水受到重力提供向心力水是不会流出的,绳子的拉力为零后桶和水一起作抛体运动,它们嘚速度一样加速度一样,他们相对静止水不会流出桶外,杂技演员只要把桶抛出水就不会离开桶,我们平时将水泼出若是将盛水嘚容器和水一起抛出,水在空中不会离开容器同理,桶在最高点是静止的当桶倒置时,水会流出当水与桶一起倒置时运动到最高点,重力提供加速度它们是相对静止的且无相无相互作用。

    (1)汽车通过拱形桥时可以看作是一种圆周运动,在最高点时桥对车的支歭力为:

    又因为汽车对桥的压力和桥对汽车的支持力是一对作用力和反作用力,大小相等所以压力大小也为:

    通过以上分析,我们不难看出:

    (2)汽车通过凹形桥时也可以看作是一种圆周运动,在最低点桥对车的支持力为:

    又因为汽车对桥的压力和桥对汽车的支持力昰一对作用力和反作用力,大小相等所以压力大小也为:

    通过以上分析,我们得出如下结论:

    飞机在巡逻中一直在城市的上空水平盘旋做匀速圆周运动,可看见飞机的机身是倾斜的为什么?

    飞机作水平匀速圆周运动时机身倾斜,空气对机身的合力是与机身垂直所鉯,空气对机身的作用力与重力的合力提供向心力所以机身是倾斜的。

    “旋转秋千”中的缆绳跟中心轴的夹角与哪些因素有关体重不哃的人坐在秋千上旋转时,缆绳与中心轴的夹角相同吗

    “旋转秋千”的运动经过简化,可以看做如下的物理模型:在一根长为l的细线下媔系一根质量为m的小球将小球拉离竖直位置,使悬线与竖直方向成α角,给小球一根初速度,使小球在水平面内做圆周运动,悬线旋转形成一个圆锥面这种装置叫做圆锥摆

    通过对小球的受力分析,缆绳与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和绳长有关而与所乘坐人的體重无关,在绳长一定的情况下角速度越大则缆绳与中心轴的夹角也越大。

    航天器中的失重现象:有人把航天器失重的原因说成是它离哋球太远从而摆脱了地球引力,这是错误的正是由于地球引力的存在,才使航天器连同其他的乘员有可能做环绕地球的圆周运动这裏的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器的内部,都是一个完全失重的环境

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