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时间:2020-06-04 22:04  编辑:泰和统计局

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三种基于形封闭圆偏心轮机构与杠杆式压板的夹紧装置

口王维 口钟康民

苏州大学机电工程学院, 江苏21502l

摘要:介绍了3种形封闭圆偏心轮机构与杠杆式压板串联组合的夹紧装置的工作原理和性能特点,给出了相应的 力学分析。该类夹紧装置不仅具有传统偏心夹紧装置操作方便、夹紧动作快、可自锁的特点与功能,且松开工件时不需要 其它辅助装置。根据结构形式和性能的不同,3种装置可分别适用于不同的情况。

关键词:形封闭偏心轮压板夹紧装置

中图分类号:TG75文献标识码:B 文章编号:1000一4998(2007)01—0064—02

偏心夹紧装置不仅具有自锁功能,而且具有结构

简单、制造工艺性好、操作方便、夹紧过程迅速等突出

优点,因而,它在机械制造领域中至今依然得到了极为

广泛的应用。单纯的偏心夹紧装置直接使用时,会对工

件表面产生2个方向相互垂直的作用力,即法向正压力

和切向摩擦力。除了极少数情况外…,偏心轮对工件表

面的切向摩擦力,往往会破坏定位、损伤工件表面。因

此,偏心夹紧装置在工程领域极少单独使用,大多是与

杠杆式压板进行串联组合使用。

然而,在传统的偏心轮机构与杠杆式压板串联组

合夹紧装置中,偏心轮机构几乎元一例外地采用了力

封闭方式。采用力封闭偏心轮机构的一大显著缺点是,

为了使松开过程中压板能可靠地自动脱离工件表面,

夹具设计人员一般都需要为杠杆式压板另外设计自动

复位装置,其中最常见的是弹簧式的。自动复位装置不

仅使夹紧装置的结构趋于复杂,而且裸露的弹簧不可

避免地会进入切屑等杂物,由此可能引起的夹具不能

正常使用,在制造企业中是屡见不鲜。

基于上述原因,我们根据形封闭凸轮机构在回程

时能强制从动件复位的原理,结合常见杠杆机构的类

型,设计了3种形封闭圆偏心轮机构与杠杆式压板串联

组合的夹紧装置。这几种夹紧装置在松开过程中,利用

形封闭偏心轮机构强制杠杆式压板脱离工件表面,不

仅工作可靠,而且结构上更为简约。

1工作原理

从力的传递特性上,可将杠杆机构分为一般杠杆 机构、恒减力杠杆机构和恒增力杠杆机构3类,并由此 对应着3类杠杆式压板。形封闭圆偏心轮机构与杠杆式 压板串联组合的夹紧装置,自然也存在相对应的3种形 式,它们的工作原理,分别如图1、图2、图3所示。

图1所示为形封闭圆偏心轮机构与一般杠杆式压 板串联组合的夹紧装置。其工作原理是:在杠杆式压板 收稿日期:2006年7月

回2哪/l 的右端加工一个孔,圆偏心轮以适当的配合方式置于 该孔中,并可绕固定轴转动。在手柄上施加一个力,使 圆偏心轮绕固定轴沿顺时针方向旋转,推动杠杆式压 板右端向上运动,从而使杠杆式压板的左端向下运动, 夹紧工件。圆偏心轮能够自锁,不需要继续施加力的作 用,就能使工件夹紧,然后就可以进行各种加工。加工 完毕后,逆时针方向转动圆偏心轮,杠杆式压板的左端 向上运动,完成复位。

图2所示为形封闭圆偏心轮机构与恒减力杠杆式 压板串联组合的夹紧装置。图2与图1所示结构的不同

机械制造45卷第5眇期

  万 方数据

之处在于,固定铰支座在杠杆式压板的右端,并且圆偏 心轮位于杠杆式压板中部的孔中。

图3所示为形封闭圆偏心轮机构与恒增力杠杆式 压板串联组合的夹紧装置。固定铰支座在杠杆式压板 的左端,圆偏心轮在右端的孔中强制压板绕固定铰支 座摆动,通过压板上的固定销将力传递到半圆形夹紧 件上,实现工件的夹紧或松开。

2力学分析

增力系数是机构的输出力与输入力之间的比值, 常用i来表示。不考虑摩擦损失的增力系数为理论增 力系数,用文表示;考虑摩擦损失的增力系数为实际增 力系数,用品表示。上述3个图中,圆偏心轮的实际增 力系数‘:1为:

. L

b;而ii弓了五:司

6、24,最大夹紧行程分别为7mm、14mm、3.5mm。图1所示装置是形封闭圆偏心轮与杠杆式压板串联组合的 一般应用;图2所示装置由于具有较大的夹紧行程,可 用来夹紧尺寸有稍微波动的工件,因为其力放大效果 不是很显著,而且又是采用手工操作,所以不会产生太 大的夹紧力,主要用于所要求的夹紧力不太大的场合; 图3所示装置可以夹紧一个大型的工件,或者采用半圆 形夹紧件来夹紧两个小型的零件,该装置增力效果明 显,夹紧行程小,可用以夹紧尺寸较为精确的工件。当 只夹紧一个工件时,若作用在手柄上的力为150N,则 工件就会受到3600,N的作用力。如果采用压力_p=

0.3MPa的气压缸直接作用,要产生相同大小的作用 力,经计算可知气压缸的直径需为124mm,因此在某

些方面可以用该装置代替气压夹紧机构。

(1) 3结束语

式中 己——圆偏心轮的力臂长

p,——偏心轮与工件之间的摩擦角

轨——偏心轮与转轴之间的摩擦角

p——回转中心至夹紧点的距离

a——圆偏心轮夹紧点的升角

这3种夹紧机构是手动装置,要求机构具有自锁性 能。这部分功能由形封闭圆偏心轮机构来实现,也就是 说圆偏心轮必须满足自锁的条件a。。≤9-+妒:。当 taJl妒l=tan妒2=0.1时,a。≤11。,一般取d。=8011’。 这时tand一=O.15=2e/D(e、D分别为偏心轮的偏 心距和直径),所以偏心夹紧机构的自锁条件一般为 D/e≥14。

圆偏心轮的手柄通常不能过长,否则使用不便,一 般取为偏心轮半径R的4~5倍,即£/D一2~2.5。当 tan妒1_tan妒:=O.1,满足自锁条件的偏心轮的平均升 角0[=40,回转中心至夹紧点的距离p=D/2时,圆偏 心轮的实际增力系数晶一12。

圆偏心轮的实际夹紧距离S=esin卢(卢是偏心轮的 转角)。当口=0时,实际夹紧距离最小,Sm;。=O,当卢= 90。时,实际夹紧距离最大,sm。=e。查看标准圆偏心轮 的s值表‘3’可知,其夹紧行程通常比较小,最大为7mm。 3种夹紧装置的实际增力系数为:

i。:粤叼品 (2) ‘op2i叼b LzJ

式中 z。——杠杆式压板主动臂的长度

Z:——杠杆式压板被动臂的长度

叩一杠杆式压板的传递效率为0.97【41 i。——圆偏心轮的实际增力系数

假设图1、2、3中,杠杆式压板的主动臂和被动臂之 比分别为1:1、1:2、2:1,则3个系统的增力系数约为12、 器 机械制造45卷 第509期

1)形封闭圆偏心轮机构与杠杆式压板串联组合的 夹紧装置结构简单,力传递效率高,操作方便,夹紧动 作快,是一种无污染的绿色夹具。由于采用了形封闭偏 心轮机构,使系统不需要其它的辅助装置就能够在偏 心轮的回程运动中强制压板复位,优化了偏心轮一杠 杆机构的结构和性能。它填补了杠杆机构中形封闭机 构的空白,为杠杆机构的应用开辟了更广阔的前景。 2)文中3种装置具有不同的形式,有其不同的应用 空间。第二种机构是一种恒减力装置,不能用于需要很 大夹紧力的场合,但其夹紧行程较大,适用于夹紧形状 尺寸有些许变化的工件。第三种是恒增力机构,力放大 效果显著,可以在某些方面代替气压传动机构。然而, 它的夹紧行程较小,应用于夹紧尺寸精度较高的零件, 且可以同时装夹两个工件。第一种装置能够在某些方 面代替上述两种装置。

3)圆偏心轮绕之转动的固定轴可以根据需要来调 整位置,这样即可设置机构的增力比和行程比,又可用 以夹紧不同尺寸的工件。

4)3种装置由于采用了圆偏心轮,所以多用于没有 振动或振动很小的场合。

参考文献

1曹华,钟康民.偏心轮直接作用单侧水平夹紧双圆柱定位钻 模【J].机械制造,2004,42(3):73—74.

2长春第一汽车制造厂工装设计室.机床夹具设计原理[M]. 长春:吉林人民出版社,1976.

3浦林祥.金属切削机床夹具设计手册(第2版)【M】.北京:机 械工业出版社,1995.

4林文焕,陈本通.机床夹具设计[M】.北京:国防工业出版社, 1987. △ (编辑 功 成)

2007/l 658

  万 方数据

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