【doc】斜楔机构的分析及双楔角斜楔机构的设计

斜楔机构的分析及双楔角斜楔机构的设计
南通工学院1997,13(2)
JournalofNantongInstituteofTe一
斜楔机构的分析及双楔角斜楔机构的设计
罗新华花国然
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-———一
(南通工学院机械工程系,南通226007)
l17.
7f7~0,3摘要通过对斜楔机掏的运动分析和受力分析,提出对双模角斜楔机构设计的具体方法.
关键词斜楔机构;夹具段计
姐法分类号%职楔角斟楔乱构
.亩if,夹靓丰勺斜楔是夹具夹紧机构的基本形式之一,它具有结构简单,能产生增力作用等特点,机床结
构中一些工作部件的夹紧装置也常用到但单斜楔夹紧机构的夹紧行程和增力作用受斜楔角
取值影响很大其应用受到限制.本文在对斜楔机构的参数作较详细分析的基础上,提出了双楔
角斜楔机构设计的具体方法.
1斜楔机构的分析
斜楔机构最典型的应用是斜楔夹紧机构,利用斜楔可以使夹紧机构实现所施夹紧力方向
改变,产生增力作用,并在满足一定条件时实现夹紧机构的自锁.
图1a为斜楔推动顶柱的夹紧机构简图,现对这一类斜楔机构的运动和受力情况进行分
析.夹紧机构外施力P与机构产生的夹紧力Q垂直,机构受力分析见图1b.
夹紧力Q为:
Q=P?
式中:0为斜楔底面与支承面间摩擦角}
0.为斜楔斜面与顶柱间摩擦角;
0.为顶柱与导向面间的摩擦角;
现令夹紧力Q和外施力P之比为斜楔机构的增力比i.图1a夹紧机构增力比:
Q
=㈨
斜楔机构通过楔面实现斜楔的水平运动转换为顶柱的垂直运动,两者之间的运动关系有:
Y—x?tga(见图le).
定义顶柱位移Ay与斜楔水平位移△X之比为斜楔机构运动换向的行程比i..
i一Ay/△x=ta(2)
斜楔夹紧机构除需考虑增力比i外,还应有适当的行程比i.以及在某些情况下所需的自
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第2期罗新华花国然:斜楔机构的分析及取楔角斜楔机构的设计'15'
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图1
锁要求,以图1a斜楔夹紧机构为倒,对斜楔机构的增力比,行程比以及自锁条件等作一讨论.
(1)自锁条件
对图1斜楔夹紧机构,当斜楔能自锁,夹紧元件也不会出现松动.应满足夹紧自锁的条件为:
.l+.2≥a(3)
一
般钢与钢或钢与铸铁的摩擦系数f--0.1～O.15,相应..:5.7.～8.5.,因此≤11.
～
17.为保证夹紧机构自镇可靠,可取6.～8.,由式(2)可知,此时夹紧行程比i大为减小.
(2)斜楔机构的增力比i,行程比及传动效率1
若不考虑斜楔机构各元件接触面间的摩擦时,斜楔机构的增力比称为理想增力比i',根
据式(1),(2)可以得出i.=1/i定义斜楔机构的实际增力比与理想增力比的比值为斜楔机构
的传动效率:
=ip/ip.一ip?g4)
i,1均为楔角a的函数图1斜楔机构的i,1与口角关系分别见图2中的曲线A和曲线
a,对常用的单楔角斜楔机构分析可以看出,当≤1O.时,斜楔机构可取得较大增力比i,.但此
时行程比i.很小,传动效率低,因此楔角小的单楔角斜楔机构用于需自锁的手动夹紧机构,
且夹紧行程小,夹紧机构的设计受到诸多条件的限制.当≥35.时.行程比i增大,传动效率提
高,但无增力作用(I≤1),因此大楔角斜楔机构一般没有实用价值.当在1O.～3O.时,行程比
明显高于小楔角的情况,传动效率提高,增力比较小(1～2倍),在相同夹紧力的情况下,要
求夹紧机构外施力P大,且不能自锁,一般机动夹紧的斜楔机构楔角在此范围内取值,但
取值越大.增力比i越小.
(3)带滚子的斜楔夹紧机构
如果将图1a斜楔机构中顶柱与斜楔接触面间的滑动摩擦改为滚动摩擦,即将顶柱
与斜楔
的接触改为滚子接触时,可在一定范围内提高增力比i,改用滚子接触的当量摩擦角0'有:
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图2
式中:d为滚子销轴直径.
D为滚子外径通常d/D一0.5
带滚子单楔角斜楔机构的增力比i仍用式(1)计算式中啦,0-应用当量摩擦角0',0t 代替.自锁条件按式(3)确定,同样.,.应改用.',0.图1中顶柱与斜楔面改用滚动摩擦的带滚子斜楔机构的增力比,传动效率与楔角a的关系可见图2中的曲线B和b.与图1斜楔
机构相比,在楔角a较小时,增力比i传动效率有明显提高,但当a较大时,两者差别很小,
并且带滚子斜楔机构需自锁时,楔角a更小,使行程比变得更小.
2双楔角斜楔夹紧机构
以上分析说明,单楔角斜楔机构的增力比i,与行程比i.是一对相互矛盾的参数.设计单
楔角斜楔机构时.楔角a的选取,不能同时满足夹紧机构对ii的要求,采用双楔角的斜楔夹
紧机构可解决这一问题现就双楔角斜楔机构的设计作一分析
图3所示的双楔角斜楔机构中.通过大楔角可取得较大行程比,使斜楔推动夹紧元件
快速趋近工件}通过小楔角可提高增力比,并且顶柱与斜楔面的接触采用带滚子形式.使夹
紧机构得到较大的夹紧力
对图3斜楔机构,其增力比i可参照式(1)有:
1一tgoa?tg(a2+0{)…
一
顶柱在a,楔面移动,其垂直,水平位移与a,角的关系如图3所示从图中可得:
x.tg~0一(x0--X2)t】+XZtga2
将x:一y2/g42,x.一如/t.代入,有
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第2期罗新华花国然:斜楔机构的分析及双楔角斜楔机掏的设计'17'
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图3
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式中:tga.双楔角斜楔夹紧机构的当量行程比.tgai..一Y o/x.,其中xo为斜楔水平移动行程.,
y.夹紧机构的夹紧总行程.
Y2由楔角a决定的夹紧行程.Y的确定应考虑夹紧过程的具体情况,一般应有
y2≥S+S+△(8)
S夹紧机构夹紧时的弹性变形
S一顶柱由a-楔面移到a.楔面,在Y.方向的升程备量.
△一工件在夹压方向上的尺寸误差.
Y按式(8)确定后,Y2/y.值越小,夹紧总行程Y.越大,央紧机构尺寸变大,因此Y.大小应
当满足工件在夹具上装卸方便所要求的尺寸条件.一般情况下,Y.取(5～1O)y..
由式(7)分析,当a角增大,i也增大,但a决定了夹紧机构的增力比i,当夹具增力比要
求大时,a应取小值,i..减小,在y/y.取值受限制条件下取值过小,i减小程度使得斜楔机
构采用双楔角形式的实用价值不大,因此夹具设计的增力比要求应取适当值.当a 取～1O.
时(tga一O.∞～O.18),图3斜楔机构增力比i≈3～4倍.而按y2/y.的取值条件可取Y2/y.≈
tga.,为简化(7)式计算,则:
tgal,,
tg.一I_0
双楔角斜楔机构的传动效率可根据单楔角斜楔机构的传动效率等效确定.由于夹紧力Q
是在小楔角a斜面上产生,因此
if=iptga=i?tga2(1o)
双楔角斜楔机构的设计可按下列步骤进行:
(1)应根据夹紧机构的增力比要求选择小楔角a;
(2)根据式(8)及夹具的结构尺寸要求确定Y和y/y.;
(3)按式(7)或(9)选择a以取得适当的当量行程比i…
在行程比相同的条件下,双楔角斜楔机构与单楔角斜楔机构相比,可得到更大的增力比
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3结束语
以上分析说明,双楔角斜楔机构在一定范围内可以解决单楔角斜楔机构设计中增力比,行
程比要求互相矛盾的问题.双楔角斜楔夹紧机构设计时,应注意以下几个问题: (1)双楔角斜楔机构的楔面接触形式可采用滚子形式(图3),也可以用不带滚子的滑动摩
擦形式.后者在楔角a取前述推荐值范围时可使夹紧机构实现自锁(i按照式1计算),但增
力比i减小.固此斜楔面接触形式的选择,应根据夹紧机构是否要求自锁和增力比i 的设计
要求决定.
(2)楔角需根据夹紧机构增力比i选择,小,增力比i大.但当量行程比i减小.固此
在满足夹紧机构增力比的条件下不宜取得过小.
(3)楔角a越大,当量行程比i大.但带顶柱的斜楔机构在楔角a取得过大时,顶柱将受
到较大的力矩,可能会在导向孔中卡住.固此a取值以35.～40.为宜.
(4)进行双楔角斜楔面的结构设计时.应将q,a楔角交换处表面改用适当的圆弧面
形
状,以避免顶柱的运动在该部位出现冲击现象.
参考文献
1哈尔滨工业大学等,机床走具设计:幂二版.上海:上海科技出版社,l989
2袁长良.机械制造工艺装奋设计手册.北京中国计量出敝社1992 ANANALYSISOFTHEWEDGEMECHANISMSANDTHEDESIGN
0FAWEDGEMECHANISMWITHDUPLEXWEDGEANGLES LUOXinghuaHuaGuora~
(MechanicalEngineeringDepartment?NantongInstituteofTechnology) AbstractThispaperanalysesthemovementandtheforceconditionsofthewedgemechan~m andpre—sentsamethodforthedesigningofthewedgemechanuismwithduplexwedgeangles. KeywordsWedgeMechau~sm?JgandFixtureDesign
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ATENTATIVEPR0BEINT0THEENR0LMENTLSSUEoF LoCALENGINEERINGC0LLEGESUNDERTHE"UNIFIEDENROLMENTSYSTE M"
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(Dean~Offlce,NantongInstituteofTechnology) AbstractThispaperanalyzesboththesubjectiveandtheobjectivefactorsrelatingtothediffic ultyof
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