一種液壓缸的鎖緊方法分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳秀梅，馬玉貴

(1.北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192;2.河北宏潤重工股份有限公司，河北 鹽山 061300)

0 引言

夾緊裝置是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的重要部件，是重型車床、磨床、鏜銑床、加工中心、柔性生產(chǎn)線的重要組成部件，在國內(nèi)機(jī)床、自動(dòng)化行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。其鎖緊力一般通過螺紋、斜面的自鎖角、液壓缸或氣壓缸等提供［1］。

現(xiàn)有技術(shù)的鎖緊采用螺紋或斜面的自鎖裝置，則必須要嚴(yán)格的自鎖角度實(shí)現(xiàn)自鎖，或者需要有足夠的操作空間，由于加工工藝的原因可能導(dǎo)致自鎖不牢靠，對(duì)于操作空間限制的情況下，更是無法實(shí)現(xiàn);采用液壓缸或氣壓缸方式，由于液壓油和壓縮空氣的性質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致鎖緊不穩(wěn)定，不易控制，對(duì)于精度要求高的場合，更不容易達(dá)到要求。特設(shè)計(jì)一種液壓缸通過機(jī)械力和液壓力實(shí)現(xiàn)可靠的鎖緊。

1 液壓缸的結(jié)構(gòu)及工作原理

液壓缸是液壓系統(tǒng)中的能源轉(zhuǎn)換裝置，在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛［2］。本設(shè)計(jì)主要在于鎖緊部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其余設(shè)計(jì)與普通液壓缸相同，在此不再贅述。如圖1 所示，液壓缸的結(jié)構(gòu)由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿等部分組成。圖1(a)為液壓缸驅(qū)動(dòng)的鎖緊裝置松開狀態(tài)，(b)為液壓缸驅(qū)動(dòng)的鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)［3］。

液壓油從左缸蓋2 上的進(jìn)油孔9 進(jìn)入并作用在活塞1左側(cè)端面，推動(dòng)活塞在軸向方向上向右運(yùn)動(dòng)，迫使滑塊5 徑向收縮，滑塊5 對(duì)活塞桿7 產(chǎn)生向左的拉力，活塞桿7 帶動(dòng)與活塞桿相連接的夾具向左運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊裝置的鎖緊動(dòng)作;當(dāng)液壓油右缸蓋6 上的進(jìn)油孔8 進(jìn)入并作用在活塞1 右側(cè)端面和活塞桿7 的左側(cè)，對(duì)活塞1 產(chǎn)生向左的壓力，滑塊5 在徑向膨脹，同時(shí)液壓力向右推動(dòng)活塞桿7，活塞桿7 從而帶動(dòng)夾緊裝置向右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鎖緊裝置的松開。

2 鎖緊方法分析

設(shè)備的鎖緊裝置的鎖緊動(dòng)作主要通過滑塊5、活塞1和活塞桿7 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，如圖2 所示。

圖2 a、b 接觸面

當(dāng)滑塊5 處于圖1(b)所示的狀態(tài)時(shí)，與滑塊5 的接觸面a 采用錐面結(jié)構(gòu)，滑塊5 與活塞1 的接觸面b。在鎖緊狀態(tài)中，由于活塞1、活塞桿7 與滑塊5 之間的相互作用，保證了活塞桿被精確夾緊而不松動(dòng)。這種錐面結(jié)構(gòu)可以在夾緊位置正向自鎖。因夾緊裝置處于自鎖狀態(tài)。所以不需要施加額外的夾緊力。其夾緊狀態(tài)只有在反向施加壓力的情況下才能松開，從而夾緊不會(huì)松動(dòng)或自行脫落。保證機(jī)械設(shè)備的正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3 示為滑塊結(jié)構(gòu)圖。

圖3 滑塊結(jié)構(gòu)圖

3 新型液壓缸的特點(diǎn)

1)本液壓缸通過控制缸蓋2、6 上的進(jìn)、出油孔8、9進(jìn)入液壓缸體內(nèi)的液壓油，從而實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的的鎖緊與松開;

2)鎖緊與松開動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)通過液壓力驅(qū)動(dòng)，通過斜面a，b 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鎖緊，不需要考慮自鎖角度與液壓油的穩(wěn)定性問題。可以保證在工作中出現(xiàn)停電等意外情況，刀柄不會(huì)自行松脫，從而保證安全性;

3)活塞桿7 的運(yùn)動(dòng)行程短，其右側(cè)直接連接夾緊裝置，實(shí)現(xiàn)鎖緊。

4)活塞1 的運(yùn)動(dòng)行程長，其左側(cè)桿伸出缸蓋2 之外，可以和外負(fù)載連接實(shí)現(xiàn)普通缸的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)功能。

4 結(jié)論

液壓傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用日益廣泛，液壓驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、能傳遞巨力或高力矩、易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。液壓缸是液壓傳動(dòng)中的執(zhí)行裝置，能與各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相配合，完成復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以應(yīng)用范圍很廣。本設(shè)計(jì)的液壓缸主要應(yīng)用于需要穩(wěn)定夾緊的短工作行程的場合，同時(shí)可以適用于長行程的場合。

機(jī)械結(jié)構(gòu)的鎖緊可以采用多種形式，如氣壓驅(qū)動(dòng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊。根據(jù)設(shè)計(jì)的設(shè)備要求該液壓缸也可以設(shè)計(jì)為氣壓缸，氣壓驅(qū)動(dòng)力要小于液壓驅(qū)動(dòng)力，所以可以適用于小型設(shè)備的鎖緊場合。

［1］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.5 卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［2］雷天覺.新編液壓工程手冊(cè)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.

［3］陳秀梅，楊慶東，于瀟客.五軸數(shù)控機(jī)床銑頭自動(dòng)松拉刀方法分析研究［J］.中國制造業(yè)信息化，2010，39(3):69-71.