冶金吊具參數(shù)化計算機輔助設(shè)計中摩擦式夾鉗夾緊力的分析與計算

趙嚴(yán)亮

摘 要 本文通過由一種機械板坯夾鉗入手，對其典型機構(gòu)簡圖進行受力分析，建立夾緊力計算的數(shù)學(xué)公式，通過其公式化，確定其夾緊力與該機構(gòu)各桿件所處位置（包括各桿桿長及桿于桿之間角度）、夾持物與夾鉗鉗口的摩擦系數(shù)之間的關(guān)系，并且使吊具參數(shù)化設(shè)計更直觀、更簡捷。總而言之，通過對典型機構(gòu)的夾持力分析計算，使夾鉗的設(shè)計計算、機構(gòu)各位置運動軌跡、吊具參數(shù)化設(shè)計提供了重要理論依據(jù)，同時也對各種新型吊具設(shè)計有重要的理論指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 冶金吊具 計算機輔助設(shè)計 夾緊力計算

冶金吊具是一種結(jié)構(gòu)精巧、使用方便、節(jié)省人力和能源的取物裝置，用于許多高溫、高濕、和人員不易接近的場合，除某些由動力驅(qū)動外，許多冶金吊具是靠機構(gòu)本身重量產(chǎn)生起重物所需夾緊力。在公司生產(chǎn)的吊具中，為數(shù)不少的是摩擦式機械夾鉗，根據(jù)起重物的重量和大小及其他相關(guān)參數(shù)來確定夾鉗機構(gòu)的主要幾何參數(shù)時，必須對機構(gòu)進行夾緊力的計算和調(diào)整，由于用戶對夾鉗功能要求的多樣性，隨著吊起重物的增加，夾鉗的自重和本身結(jié)構(gòu)尺寸將越來越大，這在許多使用夾鉗的場合無法容忍。因此，通過摩擦式夾鉗夾持力的分析與計算，通過計算機輔助設(shè)計、計算，來優(yōu)化設(shè)計夾鉗的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和運動受力參數(shù)，使用戶達到最滿意的效果。在我廠近年所開發(fā)吊具參數(shù)化計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中，對夾鉗夾緊力計算均采用了公式計算，以下是該計算公式的推導(dǎo)：

進行判別，最后完成夾緊力的效核計算。如果效核通不過，則可分析（16）式，可知有兩個方面加以改進：一是改變夾鉗鉗口的材料及形狀即增大摩擦系數(shù)來增加夾持力，這一點在實際操作中條件是有限的。二是改變機構(gòu)的幾何尺寸。如果是通過第二方面來改變夾鉗機構(gòu)的幾何尺寸來增加夾持力，可從（16）式分析得知：可改變的項有兩項，（1）桿長比L2/L4，（2）角度α， （3） 對于桿長L1、L6，它受機構(gòu)行程及整個結(jié)構(gòu)的制約，在夾取物板坯尺寸參數(shù)確定下來以后，L6尺寸就基本確定下來，變化值已不大了，桿長L1基本上受桿長L2及角度α確定而確定 ，變化值也不大，角度α由于機構(gòu)結(jié)構(gòu)的制約，變化值范圍值較小，所以調(diào)整量不大，所以可以改變項實際上只有L2/L4。因此，如夾緊力效核通不過，可以增加L2或減少L4，但值得注意的是增加L2會增加整個夾鉗的高度方向，并且使起重機有效起升高度減少，同時也增加了夾鉗的寬度，而減少了L4，則會減少夾鉗的開口度，并且使夾持有效高度減少。并且單某一參數(shù)改變時，必需根據(jù)整個機構(gòu)各桿間的相互制約關(guān)系進行調(diào)整，例如增加L2，則應(yīng)同時按比例增加L1和適當(dāng)調(diào)整角度，這樣才能保正機構(gòu)運動完整合理。

綜上所述，夾鉗夾緊力校核框圖如2圖所示。

在實際操作中運用此方法，可起到事半功倍的效果，例如2003年初我公司冷軋進兩臺21 T內(nèi)外夾鉗，除其他技術(shù)參數(shù)外，特別強調(diào)了夾鉗的開口度和整個夾鉗的寬度，而且工期緊，設(shè)計周期僅有7 d時間，運用已上公式法，通過計算機優(yōu)化計算，確定各部桿件最佳位置，保證整個機構(gòu)運轉(zhuǎn)靈活，同步，并且不發(fā)生干涉，同時在保證足夠夾持力的情況下滿足用戶提出的特別要求。設(shè)備制作好到現(xiàn)場使用后，深得用戶滿意和好評。

結(jié)論：（1）摩擦式夾鉗夾緊力計算公式化不僅為夾鉗設(shè)計提供了理論依據(jù)，而且使整個夾鉗的運動軌跡更直觀、明了，使吊具參數(shù)化設(shè)計更直觀、更簡捷。 （2）公式化用于夾鉗設(shè)計中，對各種新型特殊功能吊具的設(shè)計可以提供有力的理論指導(dǎo)。

參考文獻

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