夹具翻转机构

石猛 梅新朋

摘 要：本文主要通过CAD模拟和几何计算的方式分析夹具设计过程中翻转定位销与板件干涉的原因，指导，规范夹具设计过程。

关键词：试制夹具翻转机构；定位销；钣金干涉

中图分类号： U46 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-156-2

0 引言

随着汽车工业的发展，汽车已经进入千家万户，人们的眼光越来越挑剔，人们对汽车的外观质量及乘坐舒适性的要求也越来越严格。由于车身焊接精度直接影响着整车的外观质量及零件的装配性能，因而车身焊接精度成为评定汽车产品品质的一个重要因素。

汽车白车身焊接精度主要靠夹具进行保证，在试制阶段使用的试制焊装夹具为适应试制阶段车身精度的需要，同时为降低成本，在设计时会减少夹具数量，增加夹具复杂性，故很多制件需要用翻转结构进行定位，因而对夹具的设计也提出了更高的要求。

如果设计不合理会造成带定位销的翻转机构在开闭时，定位销与钣金件发生干涉的现象，如图1所示。

1 翻转机构运动轨迹分析

在CAD中对工装翻转机构上的定位销进行运动轨迹模拟。如图2所示（位置1、2、3分别代表在不同位置的旋转轴）。当快卡的旋转轴到定位销的距离一定时，快卡的旋转轴与图3中定位销A—A截面的延伸面越接近时，产生干涉的可能性越小。

通过在CAD中对定位销与钣金件的相对运动过程进行模拟，发现产生干涉的临界点为下面两种情况（如图4所示）：①定位销的F点与钣金件的E点产生干涉；②定位销的B点与钣金件的C点产生干涉。

2 翻转机构干涉原因分析

将快卡旋转轴与定位销的A—A截面延伸面重合，通过改变快卡旋转轴到定位销的距离，发现当旋转轴到定位销中心线的距离小到一定程度后，会发生第①种干涉情况，即定位销的F点与钣金件的E点干涉，当旋转轴到定位销中心线的距离越大时，干涉的可能性越小。

当F点与E点产生临界干涉条件时，确定定位销中心线与旋转轴的最小距离（最小转动半径）：

连接E、F两点，做EF连接线的中垂线HI，与定位销A-A截面交于一点H，以交点为圆心，做通过E、F两点的圆，图4所示。该圆的半径与定位销的半径相加，即为定位销的最小转动半径。

由于带有定位的压紧结构，其旋转轴到定位销中心线的距离均在200mm以上，远大于表1中得出的最小转动半径的要求。故当旋转轴设计在定位销A-A截面的延伸面上时，定位销与钣金件之间不会产生干涉现象，因此干涉的发生只能是第②种“定位销的B点与钣金件的C点产生干涉”。

现假设旋转轴到定位销中心线的距离为d（图5所示），在产生临界干涉的情况下，确定旋转轴相对于定位销A-A截面上下偏移量（以定位销为BZX-10-4为例）。

①旋转轴向上偏移，如图5，可以看出图6中的A点是产生干涉的临界点。

连结AB，做AB连接线的中垂线，定位销运动轨迹的圆心在AB连线的中垂线上。将定位销的中心线偏移d，与AB连接线的中垂线相交于一点N，该点即为定位销运动轨迹的圆心。计算定位销旋转轴的上偏移量NK：（LA=0.05mm，LB为定位销的定位长度4mm，M为AB的中点，设定位销半径为r，α为旋转轴上偏时NM与MK的角度）

② 旋转轴向下偏移，如图7，可以看出图8中的C点是产生干涉的临界点。

连结CD，做CD连接线的中垂线，定位销运动轨迹的圆心在CD连线的中垂线上。将定位销的中心线偏移d，与CD连接线的中垂线相交于一点H，该点即为定位销运动轨迹的圆心。计算定位销旋转轴的下偏移量HI：（CE=0.05mm，ED为定位销的定位长度4mm，F为CD的中点，设定位销半径为r，β为旋转轴下偏时HF与IF的角度）

即当定位销的定位长度一定时，根据旋转轴到定位销中心线的距离不同，定位销的旋转中心偏移位置的连线形成一条直线，这条直线与定位销的A-A截面的延伸面存在一定的角度（偏移角），该角度只与钣金件與定位销之间的单边间隙和定位销的定位长度有关，且旋转轴上偏所形成的角度（上偏角）和旋转轴下偏所形成的角度（下偏角）相等。当旋转轴的圆心在上偏角与下偏角之间时，不会产生干涉，图9中阴影部分所示。

③通过以上计算得出影响翻转机构中定位销与钣金件干涉的原因。由于各汽车厂在设计夹具时，夹具定位销与钣金件定位孔之间的间隙均为定值，故翻转机构中影响定位销与钣金件干涉的原因为定位销的定位长度。

偏移角与定位销的定位长度存在如下关系：定位销的定位长度越长，偏移角越小，越容易产生干涉；定位销的定位长度越短，偏移角越大，越不容易产生干涉。

其中，R为钣金件上定位孔的半径，r为定位销的定位半径，L为定位销的定位长度。

3 总结

通过CAD模拟和几何计算相结合的方式，确定了造成夹具翻转结构中定位销与钣金件干涉的原因，并通过理论与计算相结合的方式得出设计参考数据，提高夹具设计的合理性。

另一方面希望通过此篇文章，传播利用CAD模型解决相关实际问题的理念。