陳海紅

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，漳州363000）

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一種夾緊裝置的改進(jìn)方案

陳海紅

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，漳州363000）

摘要：介紹一種新的夾緊裝置的工作原理：用圓柱-斜楔結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的杠桿或鋼球式結(jié)構(gòu)，以改善力傳動件的受力情況。結(jié)果證明，利用機(jī)構(gòu)受力自動平衡原理，改進(jìn)方案改善了設(shè)備的受力情況，延長了其使用壽命，大大提高了其作用力的功效。

關(guān)鍵詞：夾緊裝置力的放大圓柱斜楔

引言

生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常會使用到各種機(jī)械夾持裝置。按驅(qū)動方式，機(jī)械夾持裝置主要有液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動兩種。液壓式的機(jī)械手裝置以液壓油作為傳動介質(zhì)，能夠獲得大的夾持力，反應(yīng)速度快，容易控制；缺點(diǎn)是液壓裝置所占空間大，在工作過程中液壓油易發(fā)熱和發(fā)生泄漏，對環(huán)境造成化學(xué)污染，甚至?xí)蛴鸵哼^熱引起火災(zāi)。氣壓驅(qū)動式則以空氣作為傳動介質(zhì)，對環(huán)境不會造成污染，夾持動作迅速，便于實(shí)現(xiàn)自動化控制，系統(tǒng)故障少。另外，機(jī)械手夾持后依靠壓縮空氣的勢能，可以持續(xù)保持對被夾持對象的夾緊力，不再消耗其他能源，能量利率高。壓縮空氣的主要缺點(diǎn)是容易泄漏，所以系統(tǒng)壓力較低（一般為0.4～0.7MPa），裝置的夾持力較小。

盡管機(jī)械夾持裝置的驅(qū)動方式多種多樣，但無一例外都具有增力的作用。而影響夾持裝置增力效果和外形尺寸大小的最主要因素，是它的增力機(jī)構(gòu)的工作原理。市場上，常用的增力機(jī)構(gòu)有杠桿式、鋼球增力等各種形式。其中，杠桿式增力夾緊裝置［1-2］構(gòu)造簡單、實(shí)用，但外觀尺寸較大；而鋼球增力液壓夾具［3］結(jié)構(gòu)較緊湊，但增力倍數(shù)較?。╥=3～4），且是點(diǎn)接觸，容易磨損，工作狀況不理想。這里介紹一種圓柱-斜楔夾緊裝置，具有夾緊力大，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

1 工作原理

圓柱-斜楔夾緊裝置工作結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由主動件壓桿、力傳動件滾柱、力輸出件壓頭、回位彈簧和支座等組成。

圖1 圓柱-斜楔夾緊裝置工作結(jié)構(gòu)圖

工作過程：當(dāng)外力F1帶動壓桿往里運(yùn)動，擠壓滾柱，迫使?jié)L柱沿著支座內(nèi)斜面滾道移動，并擠推壓頭移動，從而完成夾緊工作；當(dāng)取消主動力F1后，壓頭在復(fù)位彈簧力作用下，往回移動并回位，滾柱也在支座內(nèi)滾道作用下往回移動，完成一個工作循環(huán)。

2 夾緊力計(jì)算

在圓柱-斜楔夾緊裝置結(jié)構(gòu)中，圓柱與壓桿及壓頭的幾何關(guān)系如圖2所示，圓柱的受力如圖3所示。

圖2 幾何關(guān)系

圖3 圓柱受力圖

由圓柱受力圖3可得：

輸入主動力：

壓頭輸出壓力：

把（3）、（4）兩式代入（2）式有：

由（1）式可得：

把（6）式代入（5）式可得：

再把（3）、（4）兩式代入（7），整理可得：

因此，該夾緊裝置結(jié)構(gòu)夾緊力的放大倍數(shù)i為：

當(dāng)主動力F1去除后，滾柱在復(fù)位彈簧作用下往回滾動，如圖4所示。此時，應(yīng)滿足條件Fx13＞Ff43。

即滾柱往回移動應(yīng)滿足α＞ 2θ（9）

設(shè)取α=15°，β =12°，材料選用硬鋼，則在無潤滑條件下，滾柱的滾動摩擦系數(shù)f=0.02～0.04，取f≈0.03［4］。

則摩擦角θ=arctan（0.03）=1.72°

把α=15°，β =12°；θ=1.72°代入（8）式，得該夾緊裝置輸出壓力的放大倍數(shù)為：

即F2=13. 3 F1。

若主動力（kg·f），則該夾緊裝置產(chǎn)生的夾緊力為（kg·f）。

3 結(jié)論

圓柱-斜楔增力機(jī)構(gòu)夾緊裝置具有如下特點(diǎn)：

（1）用圓柱-斜楔結(jié)構(gòu)代替球結(jié)構(gòu)，由點(diǎn)受力改為面受力，改善了受力情況，減少磨損，延長了夾緊裝置的使用壽命。

（2）結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)的杠桿式簡單、緊湊，使用維修方便。

（3）當(dāng)、角變小時，圓柱-斜楔夾持裝置的夾緊力的放大倍數(shù)將增大；反之，若、角變大時，夾緊力的放大倍數(shù)將減小。可見，其適用范圍廣。

（4）該圓柱-斜楔增力機(jī)構(gòu)夾緊裝置力的放大倍數(shù)較大，且徑向力自動平衡，只產(chǎn)生軸向壓力，具有較好的力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)

［1］林杰，鐘康民.一種雙工位高效氣動夾具的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，（5）：63-64.

［2］潘秀石.基于串聯(lián)增力機(jī)構(gòu)的機(jī)械手夾持裝置設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程與自動化，2013，（5）：78-79.

［3］鐘康民，宋強(qiáng)，郭培全.鋼球增力液壓夾具［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，1999，（11）：47-48.

［4］吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)［M］.6版.北京：機(jī)械工業(yè)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