盛小明 李 欣 鐘康民

(蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州215021)

隨著各種設備對液壓執(zhí)行元件產品多樣性、個性化要求的增高，需要根據不同用途、條件和性能對產品進行設計制造。市場對產品需求的變化越來越快，開發(fā)周期縮短，產品的復雜性增加，能夠快速設計和制造出符合上述要求的產品變得十分重要。

液壓-機械復合夾緊裝置可以適應各種不同機械設備的需求，滿足自動化設備模塊化、可重用性、兼容性和多種需求的特點，以較小技術復雜性實現較大的復合夾緊裝置功能多樣化。

本文提出的基于內置齒條活塞桿式液壓缸與曲柄連桿機構的復合夾緊裝置，具有利用現有產品模塊，形成新產品的能力，使產品生產周期縮短，實現高質量、大規(guī)模、快速、經濟地響應市場的需求。

1 可裝配液壓-機械復合夾緊裝置的設計思想

常見的內置齒條式活塞桿液壓缸，其優(yōu)點是剛性好、結構緊湊，但需通過串接其它機構才能輸出力與運動，如通過齒條-齒輪機構來實現輸出往復擺動運動。很多設計人員將齒條與活塞設計成整體式，使得這種結構液壓缸，只能適用于單一用途，而不能適應不同用途、不同使用條件、不同性能的需求。

為了使內置活塞桿式液壓缸滿足高性能、高靈活性、短開發(fā)周期、低成本的可重構設計理念，這里提出了內置裝配式齒條活塞桿液壓缸的設計思想，其特點是:在不改變缸體、活塞結構與尺寸的前提下，即缸體、活塞是可以重復利用的條件下，只需改變齒條式活塞桿與齒輪的結構尺寸，即進行尺寸重構，就可滿足不同的運動與力輸出的要求。

2 基于裝配式齒條活塞桿的液壓-機械復合夾緊裝置

2.1 外接正交曲柄連桿機構的液壓-機械復合夾緊裝置

圖1所示的裝置，是在內置裝配式齒條活塞桿液壓缸的基本結構上，外接一個正交曲柄連桿增力機構，進行力的傳遞、放大與輸出。

上述夾緊裝置的輸出力為

式中:R為齒輪節(jié)圓半徑;r為曲柄與齒輪鉸接中心至齒輪幾何中心的距離;α為連桿機構的理論壓力角(如圖1所示);φ為傳動角，φ=arcsin(l sinα/r)，(l為連桿的兩個鉸接中心之間的距離);ηC為液壓缸的機械效率;ηM為曲柄連桿機構的機械效率。曲柄連桿機構的實際增力系數ip的計算公式為

公式(2)顯示，當壓力角α和傳動角φ較小時，其實際增力系數ip遠大于1，即內置裝配式齒條活塞桿液壓缸在外接一個正交曲柄連桿增力機構后，可以將活塞的輸入力放大若干倍。

2.2 外接對稱曲柄連桿機構液壓-機械復合夾緊裝置

圖1裝置由于結構不對稱，活塞與力輸出件都因承受徑向力而造成較大的摩擦損失。為改變該狀態(tài)，在保持活塞結構不變的基礎上，將內置活塞桿設計成雙面齒條式，得到圖2外接對稱曲柄連桿機構的液壓-機械復合夾緊裝置。該裝置的顯著特點是:結構布局對稱，活塞與力輸出件的徑向受力對稱、平衡，所以活塞與缸體內壁之間、力輸出件與其導向孔之間，理論上不存在偏載產生的摩擦力，實際摩擦力也很小，從而改善了圖1結構中活塞和缸體之間單邊磨損的狀態(tài)。

圖1所示裝置與圖2所示裝置的力學計算公式是完全一致的。但是，圖2所示裝置由于活塞與力輸出件受力對稱、平衡，其力傳遞效率ηM的值，要顯著高于圖1所示裝置，其使用壽命也將得到相應提高。

3 結語

本文以內置齒條活塞桿式液壓缸為基本結構，配合曲柄連桿機械增力機構，設計了液壓-機械復合夾緊裝置，以滿足各種自動化設備對輸出力的需求。其特點是:

(1)所設計的液壓-機械復合夾緊裝置具有較大的力放大系數，而且結構對稱摩擦力小，可以用較低的液壓輸入壓力得到較大的輸出力，從而達到降低功率消耗、降低設備成本的目的。

(2)該液壓-機械復合夾緊裝置，通過改變內置多功能活塞桿、機械增力機構，還可以進行更多的設計和擴展，得到更多種類的液壓-機械復合夾緊裝置，以適應各種不同自動化機械設備的需求。

(3)該液壓-機械復合夾緊裝置，實現了以低的重組成本、短開發(fā)周期得到具有高性能、高靈活性的可重構產品，以滿足市場對產品需求的變化越來越快、產品性能要求越來越高的特點。

1 盛小明，鐘康民.基于固定式無桿活塞缸驅動的增力夾緊機構［J］.機械制造，2005，43(10):71～72

2 王維，鐘康民.基于無桿活塞缸的雙向對中夾緊裝置［J］.機械制造，2007，45(9)

3 柏青，鐘康民.基于無桿活塞氣缸的氣-液復合傳動增壓裝置［J］.流體傳動與控制，2006(10):31～35