一種新型開合螺母機構設計在平口鉗中的應用

□ 陳 華 □ 魯超奇 □ 馬國棟

中國礦業大學 機電工程學院 江蘇徐州 221000

一種新型開合螺母機構設計在平口鉗中的應用

□ 陳 華 □ 魯超奇 □ 馬國棟

中國礦業大學 機電工程學院 江蘇徐州 221000

平口鉗作為一種通用夾具，一般通過螺母與絲杠的配合傳動，帶動活動鉗身的前后移動，實現對工件的夾緊和松開。當需要裝夾前后尺寸變化較大的工件時，裝夾時間較長，工作效率低。利用螺紋傳動的特點設計了一種簡單、實用、高效的開合螺母機構，有效地解決了平口鉗這一費時耗力的問題，利用SolidWorks軟件設計了簡單的三維模型。

平口鉗 開合螺母 螺紋傳動 SolidWorks

平口鉗是一種通用夾具，如圖1所示。它既可作為普通鉗工的夾具，又可作為普通銑床、鉆床、磨床等的夾持工具，應用范圍非常廣泛。目前大部分平口鉗用的是全螺母與絲杠相配合，在手柄的轉動或者電力的驅動下使絲杠轉動，帶動活動鉗身前后移動，以實現對工件的夾緊或松開。由于平口鉗絲杠的螺距較小，當需要裝夾前后尺寸變化較大的工件時，絲杠要旋轉許多圈，花費較多的時間，這既不利于節省工人的勞動時間，也不利于提高生產效率。

針對現有平口鉗的上述缺陷，筆者利用螺紋傳動的特點，將螺旋運動分解為螺桿的旋轉運動和兩個半螺母的水平移動，設計了一種具有結構簡單、便捷高效、經濟實用等特點的開合螺母機構。

▲圖1 常用平口鉗

1 開合螺母機構的設計

開合螺母機構由右半螺母、左半螺母、支撐底座、階梯形螺桿組成，如圖2所示。

▲圖2 開合螺母機構

1.1 半螺母設計

如圖3所示，在左半螺母橫向設計一個直徑為Md1的螺紋通孔，在右半螺母橫向設計一個直徑為Md2的螺紋通孔（Md2＞Md1）。右半螺母螺孔的螺紋旋向與左半螺母螺孔的螺紋旋向相反，并且在左、右半螺母的底部設計有相同凸起的燕尾，使左、右半螺母在底座的燕尾槽中穩定運動及保證合攏后的自身精度。

1.2 階梯形螺桿的設計

階梯形螺桿螺柱的設計與兩個半螺母螺孔相對應，螺桿的前半部有直徑為Md1的螺柱，旋向與左半螺母相同，兩者可相互配合運動；螺桿后半部有直徑為Md2的螺柱，旋向與右半螺母相同，兩者可相互配合運動，如圖4所示。

1.3 裝配設計說明

結合圖2對開合螺母機構作進一步的說明。

①左、右半螺母的螺孔直徑設計成Md2＞Md1的原因。倘若設計成Md2=Md1，由于左、右半螺母螺孔的螺紋旋向是相反的，那么階梯形螺桿就不能與左、右半螺母實現裝配；若設計成Md2＞Md1，在裝配過程中，階梯形螺桿的Md2螺柱可直接旋入右半螺母的Md2螺孔，至螺桿的對應位置，再將左半螺母旋入，這樣的結構能很好地解決左、右半螺母與階梯形螺桿的裝配問題，如圖5所示。

② 左、右半螺母的旋向設計成相反的原因。左、右半螺母的旋向相反，正是開合螺母機構的設計關鍵點，由于旋向相反，順時針或者逆時針旋轉螺桿能使左、右半螺母分離或合攏，實現開合螺母與絲杠分離或配合。當開合螺母與絲杠分離時，便能推拉絲杠，帶動活動鉗身的前后移動，實現對工件的快速粗夾緊或快速分開；當開合螺母與絲杠接觸配合時，便可旋轉絲杠帶動活動鉗身前移，實現對工件的精確夾緊。筆者運用SolidWorks軟件對開合螺母的合攏和分離建立了三維模擬圖，如圖6、圖7所示。

③ 左、右半螺母的底部要設計有凸起的燕尾的原因。一是開合螺母與絲杠配合傳動，兩者需要有較高的同軸度才能正常工作。左、右半螺母合攏分開運動軌跡，必須垂直于絲杠軸線，其合攏后與絲杠配合，要達到一定的同軸度要求。而燕尾與燕尾槽的配合，能約束半螺母在軌道上運動軌跡，使其達到更高的同心要求，提高開合螺母的穩定性。二是在夾緊工件時，開合螺母需要承受較大的夾緊力，如果沒有底部凸起的燕尾，那么兩個半螺母在夾緊力的作用下，將會失去平衡，在豎直方向上發生一定的偏轉，這樣開合螺母的功能就無法達到，在添加了凸起燕尾后，夾緊力可以依靠燕尾與燕尾槽的接觸來平衡，以至在夾緊工件時，避免開合螺母因受力過大而產生偏轉，進而使開合螺母在豎直方向保持穩定。

▲圖3 左、右半螺母

▲圖4 階梯形螺桿

▲圖5 開合螺母與螺桿的配合圖

▲圖6 開合螺母閉合圖

▲圖7 開合螺母分開圖

▲圖8 運用開合螺母的平口鉗三維模擬圖

2 運用說明

運用SolidWorks軟件，對采用開合螺母的簡單平口鉗建立三維模型，如圖8所示。在實際生產使用中，當加工完一個工件后，需要加工一個比原來工件尺寸相差很大的工件時，逆時針旋擰階梯形螺桿，開合螺母向外側移動，與絲杠脫離，此時便可推拉動活動鉗身，使其在導軌上快速移動；當活動鉗身與工件接觸時，順時針旋擰階梯形螺桿，開合螺母向內側移動與絲杠配合，旋轉手柄進一步夾緊工件。

3 結束語

筆者針對現有平口鉗存在的缺點，設計了一種結構簡單、便捷高效、經濟實用及可操作的開合螺母機構。此機構可以大大降低工人的操作時間和勞動強度，提高生產效率。由于平口鉗的使用范圍很廣泛，如果設計的開合螺母機構能應用在平口鉗上，這對常用夾具的發展以及機械制造加工都有重要的意義。

［1］何銘新，錢可強，徐祖茂.機械制圖［M］.北京:高等教育出版社,2012.

［2］劉貴生.快速夾緊臺虎鉗 ［J］.金屬加工 （冷加工）,2009（19）:39-40.

［3］孫有亮.新型臺虎鉗介紹［J］.河北建筑工程學院學報,2002（3）:110.

（編輯 美 華）

TH122；TG702

B

1000-4998（2015）10-0084-02

2015年5月