自助补偿的工作原理

通过巧妙地选择系统元件的结构形式及零件之间的联接与配置关系，可以使零件或其结构要素之间形成一种加强功能的相互支持作用，称为自补偿（自助）。在正常情况（额定功率）下，自补偿意味着有加强功能、减载和平衡的作用；而在紧急情况（超载）下，自补偿意味着有保护与救援的作用。常见的自补偿原理有自增强、自平衡和自保护三种形式。

（1）自增强 在自补偿结构中，所要求的总效应是由初始效应和辅助效应共同产生的。如装置在初始状态下，具有某种功能，而在工作状态下，此种有用的功能由于辅助效应而得到加强，则称为自增强。如图6-38所示为压力容器。图a结构中，工作压力有利于加强端口的密封功能，可形成自增强；而图b结构中，其工作压力对于端口的密封功能有损耗作用。如图6-39所示为采用油封的密封结构。在正确安装的前提下，油封在工作状态下，由于内部工作介质的压力高于外部环境压力，此种压力差就是有利于增强油封密封效果的辅助效应。

图6-38 压力容器

图6-39 采用油封的密封结构

（2）自平衡 如果在正常载荷下的辅助效应与初始效应相反，并达到平衡状态，称为自平衡。自平衡可以取得令人满意的总效应。如图6-40所示为流体泵叶片自平衡的受力分析。图a中，介质作用力F_v对叶片根部产生很大的弯曲应力；而在图b中，由于设计中将叶片倾斜了一个角度，使得在高速旋转中叶片产生的离心力对叶片根部的弯曲应力与介质作用力F_v对叶片根部产生的弯曲应力的方向相反，因此可以抵消其副作用，产生了较佳的自平衡效果。

又如图6-41所示的两种斜齿轮轴系结构对比，图a所示的斜齿轮结构的无功轴向力对结构寿命危害很大；而图b采用人字齿轮结构，使力互相抵消，产生了自平衡，因而提高了寿命。

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图6-40 流体泵叶片自平衡的受力分析

图6-41 两种斜齿轮轴系结构的对比

（3）自保护 在结构设计中，由于将零件设计的具有自动实现加强功能的作用，因而在超载情况下，可以取得自动保护效果，称为自保护。一般，各类摩擦传动，如带传动、摩擦式离合器、摩擦无极变速器等均具有过载打滑的功能。如图6-42为同心压缩弹簧结构。其内外簧的刚度不同、旋向相反，不仅可避免共振，而且当其变形达到一定程度后，内弹簧被压并，使得外簧无法继续变形，因而起到自保护作用。图6-43所示的多片式摩擦离合器结构中，当过载时，其内外摩擦片自动打滑使传动中断，取得自保护效果；而当过载情况消失后，又能自动恢复传动。

图6-42 同心压缩弹簧结构

图6-43 多片式摩擦离合器结构