第十一讲 基本夹紧机构分析(一)

上一讲内容提要:夹紧力的方向和作用点的确定夹紧力大小的估算本讲主要内容：斜楔夹紧机构螺旋夹紧机构本讲重点和难点：夹紧机构结构及原理、特点、应用夹紧机构的设计第九节基本夹紧机构夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。一、斜楔夹紧机构图l一57为几种用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。图1—57a是在工件上钻互相垂直的φ8mm、φ5mm两组孔。工件装入后，锤击斜楔大头，夹紧工件。加工完毕后，锤击斜楔小头，松开工件。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费时，所以，实际生产中应用不多，多数情况下是将斜楔与其它机构联合起来使用。A一Aa)图1—57斜楔夹紧机构1一夹具体2一斜楔3一工件图l—57b是将斜楔与滑柱合成一种夹紧机构，一般用气压或液压驱动。图1—57斜楔夹紧机构1一夹具体2一斜楔3一工件b)2SSc)图1—57斜楔夹紧机构1一夹具体2一斜楔3一工件图l—57c是由端面斜楔与压板组合而成的夹紧机构。1．斜楔的夹紧力图1—58a是在外力作用下斜楔的受力情况。建立静平衡方程式：而所以QFRXFF111tgFFJ)(2tgFFJRX图1—58a斜楔受力分析)(21tgtgFJQFQF式中——斜楔对工件的夹紧力(N)；——斜楔升角(°)；——加在斜楔上的作用力(N)；——斜楔与工件间的摩擦角(°)；——斜楔与夹具体间的摩擦角(°)。设，当很小时()，可用下式作近似计算JFQF1201021)2(tgFJQFQF图1—58b斜楔受力分析RXFF111tgFFJ)(2tgFFJRX)(21tgFtgFJJ)(21tgtg2．斜楔自锁条件图1-58b是作用力撤去后斜楔的受力情况。从图中可以看出，要自锁，必须满足下式；因代入上式由于都很小，，上式可简化为或因此，斜楔的自锁条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，一般取。、、2111tg22)(tg2121oo86oo30153．斜楔的扩力比与夹紧行程夹紧力与作用力之比称为扩力比或增力系数。i的大小表示夹紧机构在传递力的过程中扩大(或缩小)作用力的倍数。由式(1—20)可知，斜楔的扩力比为:如取，代入式(1—23)，得i=2.6。可见，在作用力不是很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。QJFFi211tgtgFFiQJQFo216o10在图1—58c中，h(mm)是斜楔的夹紧行程，s(mm)是斜楔夹紧工件过程中移动的距离由于s受到斜楔长度的限制，要增大夹紧行程，就得增大斜角口，而斜角太大，便不能自锁。当要求机构既能自锁，又有较大的夹紧行程时，可采用双斜面斜楔。图1—58c斜楔受力分析stghb)图1—57斜楔夹紧机构1一夹具体2一斜楔3一工件如图1—57b所示，斜楔上大斜角的一段使滑柱迅速上升，小斜角的一段确保自锁。二、螺旋夹紧机构由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。图1—59是应用这种机构夹紧工件的实例。图1—59螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且，由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。1.单个螺旋夹紧机构图1一59a、b所示是直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。在图1一59a中，螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。克服这一缺点的办法图1—59是在螺钉头部装上图l一60所示的摆动压块。当摆动压块与工件接触后，由于压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。图1—60如图l一60a、b(GB／2172—91)所示，A型的端面是光滑的，用于夹紧已加工表面；B型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时，可采用图1—60c(GB／T2173—91)所示结构图1—60夹紧动作慢、工件装卸费时，是单个螺旋夹紧机构的另一个缺点。如图1一59b所示，装卸工件时，要将螺母拧上拧下，费时费力。克服这一缺点的办法很多，图1—61是常见的几种。图1—59图1—61快速螺旋夹紧机构图1—61a使用了开口垫圈。图1一61b采用了快卸螺母。图1—61快速螺旋夹紧机构1一夹紧轴2一手柄3一摆动压块图1一61c中，夹紧轴1上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄2，使摆动压块迅速靠近工件，继而转动手柄，夹紧工件并自锁。图1—61快速螺旋夹紧机构4、5一手柄3一摆动压块图1一61d中的手柄4带动螺母旋转时，因手柄5的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块3往左移动，从而夹紧工件。松夹时，只要反转手柄4，稍微松开后，即可转动手柄5，为手柄4的快速右移让出了空间。图1—62螺杆受力分析由于螺旋可以看作是绕在圆柱体上的斜楔，因此，螺钉(或螺母)夹紧力的计算与斜楔相似。图1一62是夹紧状态下螺杆的受力情况。图中,为工件对螺杆的摩擦力，分布在整个接触面上，计算时可视为集中在半径为的圆周上。称为当量摩擦半径，它与接触形式有关(见表1一9)。为螺孔对螺杆的摩擦力，也分布在整个接触面上，计算时可视为集中在螺纹中径处。根据力矩平衡条件2F'r'r0d1F20'2dFrFLFRXQ2'102tgrtgdLFFQJ得式中一一夹紧力(N)；一一作用力(N)；L一一作用力臂(mm)；一一螺纹中径(mm)；一一螺纹升角()；一一螺纹处摩擦角()；一一螺杆端部与工件间的摩擦角()；一一螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)。oooJFQF0d12'r2.螺旋压板机构夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。图1一63是螺旋压板机构的四种典型结构。图1一63a、b为移动压板a)b)图1-63螺旋压板结构图1一63c、d为回转压板c)d)图1-63螺旋压板结构图1一64是螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑，使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用图1一65所示的自动回转钩形压板，它避免了用手转动钩形压板的麻烦。图1—64螺旋钩形压板；图l一65自动回转钩形压板钩形压板回转时的行程和升程可按下面的公式计算或式中s一一压板回转时沿圆柱转过的弧长(行程)(mm)；h一一压板回转时的升程(mm)一一压板的回转角度()一一压板螺旋槽的螺旋角，一般取30—40d一一压板导向圆柱的直径；K一一压板升程系数(表1一10)。360dstgdtgsh360oooKdhtgK360螺旋钩形压板所产生的夹紧力(N)HLFFFQJ31式中一一作用力(N)；H一一钩形压板的高度(mm)；L一一压板轴线至夹紧点的距离(mm)，f一一摩擦因数，一般取f=0.1一0.15。QF本讲小结：一、斜楔夹紧机构1．斜楔的夹紧力：2．斜楔自锁条件：3．斜楔的扩力比与夹紧行程:二、螺旋夹紧机构1.单个螺旋夹紧机构2.螺旋压板机构复习思考题：211tgtgFFiQJ)(21tgtgFJQFRXFF1stgh