一種夾緊裝置的改進方案

陳海紅

（漳州職業技術學院，漳州363000）

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一種夾緊裝置的改進方案

陳海紅

（漳州職業技術學院，漳州363000）

摘要：介紹一種新的夾緊裝置的工作原理：用圓柱-斜楔結構代替傳統的杠桿或鋼球式結構，以改善力傳動件的受力情況。結果證明，利用機構受力自動平衡原理，改進方案改善了設備的受力情況，延長了其使用壽命，大大提高了其作用力的功效。

關鍵詞：夾緊裝置力的放大圓柱斜楔

引言

生產實踐中，經常會使用到各種機械夾持裝置。按驅動方式，機械夾持裝置主要有液壓驅動和氣壓驅動兩種。液壓式的機械手裝置以液壓油作為傳動介質，能夠獲得大的夾持力，反應速度快，容易控制；缺點是液壓裝置所占空間大，在工作過程中液壓油易發熱和發生泄漏，對環境造成化學污染，甚至會因油液過熱引起火災。氣壓驅動式則以空氣作為傳動介質，對環境不會造成污染，夾持動作迅速，便于實現自動化控制，系統故障少。另外，機械手夾持后依靠壓縮空氣的勢能，可以持續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是容易泄漏，所以系統壓力較低（一般為0.4～0.7MPa），裝置的夾持力較小。

盡管機械夾持裝置的驅動方式多種多樣，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，是它的增力機構的工作原理。市場上，常用的增力機構有杠桿式、鋼球增力等各種形式。其中，杠桿式增力夾緊裝置［1-2］構造簡單、實用，但外觀尺寸較大；而鋼球增力液壓夾具［3］結構較緊湊，但增力倍數較小（i=3～4），且是點接觸，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，結構緊湊，使用壽命長等優點。

1 工作原理

圓柱-斜楔夾緊裝置工作結構圖如圖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構圖

工作過程：當外力F1帶動壓桿往里運動，擠壓滾柱，迫使滾柱沿著支座內斜面滾道移動，并擠推壓頭移動，從而完成夾緊工作；當取消主動力F1后，壓頭在復位彈簧力作用下，往回移動并回位，滾柱也在支座內滾道作用下往回移動，完成一個工作循環。

2 夾緊力計算

在圓柱-斜楔夾緊裝置結構中，圓柱與壓桿及壓頭的幾何關系如圖2所示，圓柱的受力如圖3所示。

圖2 幾何關系

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，該夾緊裝置結構夾緊力的放大倍數i為：

當主動力F1去除后，滾柱在復位彈簧作用下往回滾動，如圖4所示。此時，應滿足條件Fx13＞Ff43。

即滾柱往回移動應滿足α＞ 2θ（9）

設取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為：

即F2=13. 3 F1。

若主動力（kg·f），則該夾緊裝置產生的夾緊力為（kg·f）。

3 結論

圓柱-斜楔增力機構夾緊裝置具有如下特點：

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

（2）結構上比傳統的杠桿式簡單、緊湊，使用維修方便。

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

（4）該圓柱-斜楔增力機構夾緊裝置力的放大倍數較大，且徑向力自動平衡，只產生軸向壓力，具有較好的力學性能。

參考文獻

［1］林杰，鐘康民.一種雙工位高效氣動夾具的設計［J］.機電產品開發與創新，2014，（5）：63-64.

［2］潘秀石.基于串聯增力機構的機械手夾持裝置設計［J］.機械工程與自動化，2013，（5）：78-79.

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

［4］吳宗澤.機械零件設計［M］.6版.北京：機械工業出版社，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