基于三维软件的机用平口钳虚拟建模

张建琴

（永定县侨荣职业中专学校，福建龙岩364100）

0 引言

夹具是制造业工艺装备的重要部分之一，是实现各种零件优质、高效、低耗切削加工而必备的硬件，在国内外正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业［1］。夹具设计的好坏直接影响机加工零部件的精度，文中以平口钳为设计对象，采用SolidWorks软件，进行其各个组成零件的三维设计和虚拟装配，提高了设计效率，为下一步零件加工精度的保证奠定基础。

1 机用平口钳的工作原理

平口钳又称台虎钳，是机械加工和钳工装配或维修所必备的辅助工具,同时也是用来夹持工件一种通用夹具具体结构如图1所示。

钳座6安装在机床的工作台上起机座作用，支承钳口铁4、活动钳口1、螺杆8和方块螺母7等零件［2］。当用扳手转动螺杆8时，通过螺旋运动带动方块螺母7作左右移动，因为螺旋线有转动和轴向移动两种，而螺杆8的左边用开口销卡住，使得它只能在固定钳座的两圆柱孔中转动，而不能沿轴向移动螺杆。方块螺母7通过螺钉2、带着活动钳口1和钳口板2作左右移动，起夹紧或松开工件的作用。

2 机用平口钳的建模

SolidWorks建模基本思路是根据零件CAD数据，选择适当基准面建立相应草图，通过拉伸、旋转、扫描、放样等建立基体模型，运用各种切除、异型孔、倒圆和倒角等操作，建立各个零件三维图。文中主要对平口钳中形状比较复杂的零件进行建模：钳座、活动钳口和螺杆。建立后的钳座、活动钳口和螺杆如图2所示。

图1 机用平口钳

图2 平口钳主要零件

3 螺杆的强度计算确定

该平口钳采用梯形螺纹传动，螺杆和方块螺母均采用45钢，需要传动100 kN的夹紧力，该钢的许用切应力为185 MPa，强度极限为370 MPa。螺纹规格为 Tr18×4-7e，查梯形螺纹基本尺寸（GB5796-86），其小径和中径计算如表1。

表1 梯形螺纹参数计算mm

平口钳在夹紧工作状态下，螺杆螺纹牙受力是最大的部位，在根部发生剪切和挤压破坏，如图3所示，如果将一圈螺纹沿螺杆的螺纹大径d展开，则可以看作宽度为πd的悬臂梁，假设螺杆每圈螺纹所承受的平均压力为Q/z，z为啮合圈数，并作用在以螺纹中径d2为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为［3］

式中：b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P，P为螺纹螺距，mm；l为力臂，mm，l=（d-d2）/2；［τ］为螺杆材料许用切应力，MPa；［σ］为螺杆材料许用弯曲应力，MPa；因为方块螺母绘图长度选用30 mm，螺距P为4 mm，故

将该平口钳设计参数 Q=100 kN，d=18，b=2.6，l=1，z=10，代入式（1）、式（2），得到：τ=Q/（πdbz）=100÷（3.14×18×2.6×10）≤［τ］=180 MPa，满足剪切强度；σb=6Ql/（πdb2z）=6×100×1÷（3.14×18×2.62×10）≤［σ］=370MPa，满足弯曲强度。

图3 螺杆螺纹牙的受力

4 台虎钳装配

采用自底向上的装配方法，先创建一个个零件，然后选择要进行装配的零件几何模型，设置零件加入到装配中的相关信息，再通过面与面之间的配合、孔与孔之间中心对称配合、孔与轴中心对称配合等零件约束，完成装配模型图4。

图4 台虎钳装配

在装配过程中若发现零件尺寸不匹配，有干涉现象的话，可以打开零件图模式，通过修改相应尺寸，达到无干涉的配合效果。

5结语

文中采用三维软件进行了平口钳的零部件建模和装配，及时发现零件设计中的问题。实践证明，用SolidWorks软件设计产品，可以使设计图形直观化，减少设计错误，在较短的时间内可开发出高质量的机械产品。

［1］ 汤先云.基于SolidWorks机用虎钳的三维建模与运动仿真［J］.吉首大学学报：自然科学版，2009（5）：67-69.

［2］ 郭猛.立柱缸体的SolidWorks三维建模［J］.机械工程与自动化，2013（4）：182-183.

［3］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2005：251.