第十一讲基本夹紧机构分析(一)

1、上一讲内容提要上一讲内容提要:n 夹紧力的方向和作用点的确定夹紧力的方向和作用点的确定n 夹紧力大小的估算夹紧力大小的估算 本讲主要内容：本讲主要内容：n 斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构n 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构 本讲重点和难点：本讲重点和难点：n 夹紧机构结构及原理、特点、应用夹紧机构结构及原理、特点、应用n 夹紧机构的设计夹紧机构的设计第九节第九节 基本夹紧机构基本夹紧机构 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夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为

2、基本夹紧机构。构。 一、斜楔夹紧机构一、斜楔夹紧机构 图图l l一一5757为几种用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。为几种用斜楔夹紧机构夹紧工件的实例。 图图157a157a是在工件上钻互相垂直的是在工件上钻互相垂直的 8mm8mm、5mm5mm两组孔。工件装两组孔。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，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。实际生产中应用不多，多数情况

3、下是将斜楔与其它机构联合起来使用。 A一Aa)图157斜楔夹紧机构1一夹具体 2一斜楔 3一工件 图图l57bl57b是将是将斜楔与滑柱合成一斜楔与滑柱合成一种夹紧机构，一般种夹紧机构，一般用气压或液压驱动。用气压或液压驱动。图157斜楔夹紧机构1一夹具体 2一斜楔 3一工件 b)2SSc)图157斜楔夹紧机构1一夹具体 2一斜楔 3一工件 图图l57cl57c是由端是由端面斜楔与压板组合而成面斜楔与压板组合而成的夹紧机构。的夹紧机构。 1 1斜楔的夹紧力斜楔的夹紧力 图图158a158a是在外力是在外力 作用下斜楔作用下斜楔的受力情况。建立静平衡方程式：的受力情况。建立静平衡方程式： 而而

4、所以所以QFRXFF111tgFFJ)(2tgFFJRX 图158a 斜楔受力分析)(21tgtgFJQFQF式中式中 斜楔对工件的夹紧力斜楔对工件的夹紧力( (N) )； 斜楔升角斜楔升角( () )； 加在斜楔上的作用力加在斜楔上的作用力( (N) )； 斜楔与工件间的摩擦角斜楔与工件间的摩擦角( () )； 斜楔与夹具体间的摩擦角斜楔与夹具体间的摩擦角( () )。 设设 ，当，当 很小时很小时( )( )，可用下式作近似计算，可用下式作近似计算JFQF1201021)2(tgFJQFQF图158 b斜楔受力分析RXFF 111tgFFJ)(2tgFFJRX)(21tgFtgFJJ)(2

5、1 tgtg 2斜楔自锁条件图斜楔自锁条件图1- 58 b是作用力是作用力 撤去后斜楔的受力情况。从图中可以看出，撤去后斜楔的受力情况。从图中可以看出，要自锁，必须满足下式要自锁，必须满足下式 ； 因因 代入上式代入上式 由于由于 都很小，都很小， ， 上式可上式可简化为简化为 或或 因此，斜楔的自锁条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜因此，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。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为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取 。用气压或。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，一般取液压装置驱动的斜楔不需要自

6、锁，一般取 。、2111tg22)(tg2121oo86 oo3015 3 3斜楔的扩力比与夹紧行程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夹紧力与作用力之比称为扩力比 或增力系数。或增力系数。i i的大小的大小表示夹紧机构在传递力的过程中扩大表示夹紧机构在传递力的过程中扩大( (或缩小或缩小) )作用力的倍数。作用力的倍数。 由式由式(120)(120)可知，斜楔的扩力比为可知，斜楔的扩力比为: : 如取如取 ， 代入式代入式(123)，得，得i =2.6。可见，在。可见，在作用力作用力 不是很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。不是很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。 QJFFi

7、211tgtgFFiQJQFo216o10 在图在图158c中，中，h(mm)是是斜楔的夹紧行程，斜楔的夹紧行程，s(mm)是斜楔是斜楔夹紧工件过程中移动的距离夹紧工件过程中移动的距离 由于由于s受到斜楔长度的限制，受到斜楔长度的限制，要增大夹紧行程，就得增大斜角要增大夹紧行程，就得增大斜角口，而斜角太大，便不能自锁。口，而斜角太大，便不能自锁。当要求机构既能自锁，又有较大当要求机构既能自锁，又有较大的夹紧行程时，可采用双斜面斜的夹紧行程时，可采用双斜面斜楔。楔。 图158c 斜楔受力分析stgh b)图157斜楔夹紧机构1一夹具体 2一斜楔 3一工件 如图如图157b所示，所示，斜楔上大斜角

8、的一段斜楔上大斜角的一段使滑柱迅速上升，小使滑柱迅速上升，小斜角的一段确保自锁。斜角的一段确保自锁。 二、螺旋夹紧机构二、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。图夹紧机构。图159是应用这种机构夹紧工件的实例。应用这种机构夹紧工件的实例。图159 螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且，由于缠绕在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

9、用得最多的一种能好，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。夹紧机构。 1.单个螺旋夹紧机构单个螺旋夹紧机构图图1 1一一59a59a、b b所示是直所示是直接用螺钉或螺母夹紧工件接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹的机构，称为单个螺旋夹紧机构。紧机构。 在图在图1 1一一59a59a中，螺中，螺钉头直接与工件表面接触，钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。件表面，或带动工件旋转。克服这克服这一缺点的办法一缺点的办法图159 是在螺钉头部装上图是在螺钉头部装上图l l一一6060所示的摆动压块。当摆动压块与工所示

10、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。擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。图160 如图如图l l一一60a60a、b(GBb(GB217291)217291)所示，所示，A A型的端面是光滑的，型的端面是光滑的，用于夹紧已加工表面；用于夹紧已加工表面； B B型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当型的端面有齿纹，用于夹紧毛坯面。当要求螺钉只移动不转动时，可采用图要求螺钉只移动不转动时，可采用图160c(GB160c(GBT217391)T217391)所示所示结构结构

11、图160 夹紧动作慢、工件装卸费时，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是单个螺旋夹紧机构的另一个缺点。如图点。如图1 1一一59b59b所示，装卸工件所示，装卸工件时，要将螺母拧上拧下，费时费时，要将螺母拧上拧下，费时费力。力。 克服这一缺点的办法很多，克服这一缺点的办法很多，图图161161是常见的几种。是常见的几种。 图1 5 9 图161 快速螺旋夹 紧机构 图图161a使用了开口垫圈。图使用了开口垫圈。图1一61b采用了快卸螺母。采用了快卸螺母。图161 快速螺旋夹紧机构1一夹紧轴 2一手柄 3一摆动压块 图图1 1一一61c61c中，夹紧中，夹紧轴轴1 1上的直槽

12、连着螺旋槽，上的直槽连着螺旋槽，先推动手柄先推动手柄2 2，使摆动压，使摆动压块迅速靠近工件，继而块迅速靠近工件，继而转动手柄，夹紧工件并转动手柄，夹紧工件并自锁。自锁。图161 快速螺旋夹紧机构4、5一手柄 3一摆动压块 图图1 1一一61d61d中的手柄中的手柄4 4带动螺母旋转时，因手柄带动螺母旋转时，因手柄5 5的限制，螺母不能右移，的限制，螺母不能右移，致使螺杆带着摆动压块致使螺杆带着摆动压块3 3往左移动，从而夹紧工件。往左移动，从而夹紧工件。松夹时，只要反转手柄松夹时，只要反转手柄4 4，稍微松开后，即可转动手稍微松开后，即可转动手柄柄5 5，为手柄，为手柄4 4的快速右移的快速

13、右移让出了空间。让出了空间。图162 螺杆受力分析 由于螺旋可以看作是绕在圆柱体上的由于螺旋可以看作是绕在圆柱体上的斜楔，因此，螺钉斜楔，因此，螺钉( (或螺母或螺母) )夹紧力的计算夹紧力的计算与斜楔相似。与斜楔相似。 图图1 1一一6262是夹紧状态下螺杆的受力情况。是夹紧状态下螺杆的受力情况。图中图中, , 为工件对螺杆的摩擦力，分布在为工件对螺杆的摩擦力，分布在整个接触面上，整个接触面上， 计算时可视为集中在半径计算时可视为集中在半径为为 的圆周上。的圆周上。 称为当量摩擦半径，它称为当量摩擦半径，它与接触形式有关与接触形式有关( (见表见表1 1一一9)9)。 为螺孔对螺杆的摩擦力，

14、也分布在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整个接触面上，计算时可视为集中在螺纹中径处中径处 。 根据力矩平衡条件根据力矩平衡条件 2Frr0d1F202dFrFLFRXQ2102tgrtgdLFFQJ 得得 式中式中 一一夹紧力一一夹紧力(N)(N)； 一一作用力一一作用力(N)(N)； L L一一作用力臂一一作用力臂(mm)(mm)； 一一螺纹中径一一螺纹中径(mm)(mm)； 一一螺纹升角一一螺纹升角( )( )； 一一螺纹处一一螺纹处 摩擦角摩擦角( )( )； 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摩擦角( )( )； 一一螺杆端部与工件间的

15、当量摩擦半径一一螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)(mm)。oooJFQF0d12r 2. 2.螺旋压板机构螺旋压板机构 夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。图夹紧机构中，结构型式变化最多的是螺旋压板机构。图1 1一一6363是螺旋压板机构的四种典型结构。图是螺旋压板机构的四种典型结构。图1 1一一63a63a、b b为移动压板为移动压板 a) b) 图1-63螺旋压板结构图图1 1一一63c63c、d d为回转压板为回转压板 c) d) 图1-63螺旋压板结构 图图1 1一一6464是螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑，使用是螺旋钩形压板机构。其特点是结构紧凑，使用方便。方便。

16、 当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用图当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用图1 1一一6565所示的自动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。回转钩形压板，它避免了用手转动钩形压板的麻烦。 图164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钩形压板回转时的行程和升程可按下面的公式计算 或或 式中式中 s一一压板回转时沿圆柱转过的弧长一一压板回转时沿圆柱转过的弧长(行程行程)(mm)； h一一压板回转时的升程一一压板回转时的升程(mm) 一一压板的回转角度一一压板的回转角度( ) 一一压板螺旋槽的螺旋角，一般取一一压板螺旋槽的螺旋角，一般取30 40 d一一压板导向圆柱的直径；一一压板导向圆柱的直径； K一一压板升程系数一一压板升程系数(表表1一10)。 360ds tgdtgsh360oooKdh tgK360螺旋钩形压板所产生的夹紧力螺旋钩形压板所产生的夹紧力( (N) ) HLFFFQJ31式中式中 一一作用力一一作用力( (N) )； H H一一钩形压板的高度一一钩形压板的高度(mm)(mm)； L L一一压板轴线至