一种夹紧装置的改进方案

陈海红

（漳州职业技术学院，漳州363000）



一种夹紧装置的改进方案

陈海红

（漳州职业技术学院，漳州363000）

摘要：介绍一种新的夹紧装置的工作原理：用圆柱-斜楔结构代替传统的杠杆或钢球式结构，以改善力传动件的受力情况。结果证明，利用机构受力自动平衡原理，改进方案改善了设备的受力情况，延长了其使用寿命，大大提高了其作用力的功效。

关键词：夹紧装置力的放大圆柱斜楔

引言

生产实践中，经常会使用到各种机械夹持装置。按驱动方式，机械夹持装置主要有液压驱动和气压驱动两种。液压式的机械手装置以液压油作为传动介质，能够获得大的夹持力，反应速度快，容易控制；缺点是液压装置所占空间大，在工作过程中液压油易发热和发生泄漏，对环境造成化学污染，甚至会因油液过热引起火灾。气压驱动式则以空气作为传动介质，对环境不会造成污染，夹持动作迅速，便于实现自动化控制，系统故障少。另外，机械手夹持后依靠压缩空气的势能，可以持续保持对被夹持对象的夹紧力，不再消耗其他能源，能量利率高。压缩空气的主要缺点是容易泄漏，所以系统压力较低（一般为0.4～0.7MPa），装置的夹持力较小。

尽管机械夹持装置的驱动方式多种多样，但无一例外都具有增力的作用。而影响夹持装置增力效果和外形尺寸大小的最主要因素，是它的增力机构的工作原理。市场上，常用的增力机构有杠杆式、钢球增力等各种形式。其中，杠杆式增力夹紧装置［1-2］构造简单、实用，但外观尺寸较大；而钢球增力液压夹具［3］结构较紧凑，但增力倍数较小（i=3～4），且是点接触，容易磨损，工作状况不理想。这里介绍一种圆柱-斜楔夹紧装置，具有夹紧力大，结构紧凑，使用寿命长等优点。

1 工作原理

圆柱-斜楔夹紧装置工作结构图如图1所示，主要由主动件压杆、力传动件滚柱、力输出件压头、回位弹簧和支座等组成。

图1 圆柱-斜楔夹紧装置工作结构图

工作过程：当外力F1带动压杆往里运动，挤压滚柱，迫使滚柱沿着支座内斜面滚道移动，并挤推压头移动，从而完成夹紧工作；当取消主动力F1后，压头在复位弹簧力作用下，往回移动并回位，滚柱也在支座内滚道作用下往回移动，完成一个工作循环。

2 夹紧力计算

在圆柱-斜楔夹紧装置结构中，圆柱与压杆及压头的几何关系如图2所示，圆柱的受力如图3所示。

图2 几何关系

图3 圆柱受力图

由圆柱受力图3可得：

输入主动力：

压头输出压力：

把（3）、（4）两式代入（2）式有：

由（1）式可得：

把（6）式代入（5）式可得：

再把（3）、（4）两式代入（7），整理可得：

因此，该夹紧装置结构夹紧力的放大倍数i为：

当主动力F1去除后，滚柱在复位弹簧作用下往回滚动，如图4所示。此时，应满足条件Fx13＞Ff43。

即滚柱往回移动应满足α＞ 2θ（9）

设取α=15°，β =12°，材料选用硬钢，则在无润滑条件下，滚柱的滚动摩擦系数f=0.02～0.04，取f≈0.03［4］。

则摩擦角θ=arctan（0.03）=1.72°

把α=15°，β =12°；θ=1.72°代入（8）式，得该夹紧装置输出压力的放大倍数为：

即F2=13. 3 F1。

若主动力（kg·f），则该夹紧装置产生的夹紧力为（kg·f）。

3 结论

圆柱-斜楔增力机构夹紧装置具有如下特点：

（1）用圆柱-斜楔结构代替球结构，由点受力改为面受力，改善了受力情况，减少磨损，延长了夹紧装置的使用寿命。

（2）结构上比传统的杠杆式简单、紧凑，使用维修方便。

（3）当、角变小时，圆柱-斜楔夹持装置的夹紧力的放大倍数将增大；反之，若、角变大时，夹紧力的放大倍数将减小。可见，其适用范围广。

（4）该圆柱-斜楔增力机构夹紧装置力的放大倍数较大，且径向力自动平衡，只产生轴向压力，具有较好的力学性能。

参考文献

［1］林杰，钟康民.一种双工位高效气动夹具的设计［J］.机电产品开发与创新，2014，（5）：63-64.

［2］潘秀石.基于串联增力机构的机械手夹持装置设计［J］.机械工程与自动化，2013，（5）：78-79.

［3］钟康民，宋强，郭培全.钢球增力液压夹具［J］.制造技术与机床，1999，（11）：47-48.

［4］吴宗泽.机械零件设计［M］.6版.北京：机械工业出版社，2006.

An Improved Scheme of Clamping Device

CHEN Haihong
（Department of architectural engineering Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou 363000）

Abstract:Introduce the working principle of a new clamping device, instead of the traditional lever or a steel ball type structure with a cylindrical wedge structure, improve the driving conditions of stress condition. The stress automatic balance principle, improve the stress conditions of the equipment, prolong the service life, greatly enhances the effect of force.

Key words:clamping device, power amplifier, cylindrical, wedge