第三章-工件在夹具中的夹紧

N等作用，要能自锁，必须满
足下式 F2 ＞Nsin(-1)
F2 = W tan 2
W = N cos (-1) W tg2＞ Wtg(-1) 即 Φ2 ＞ (-1)
或 ＜ 1＋ 2 一般 1 = 2 = =5～7°，
故当 ＜10～14°时自锁，
一般取 =6～8°
斜楔夹紧的特点：
1）能改变夹紧力作用力的方向； 2）有增力作用，扩力比 i = W /Q ，约等于3； 3）夹紧行程小,h/s =tanα，故 h 远小于 s ； 4）结构简单，但操作不方便。 5）夹紧效率低
（三）夹紧力的计算
N
N
α
1
F1
F2
2
W
W
MQ
M
/ N
M F 2
0
M
/ N
N/
sin(
1)d2
/2
Q
Wtg ( 1)d2 / 2
M F2 F2 r / Wtg2 r /
W
tg(
QL
1)d2 / 2
r /tg2
采用螺杆夹紧直径为100mm的工件，现已知切削力矩M＝3Nm.A、 B及C点处的摩擦系数为0.18，V形块夹角＝900。若选取M121.75的 螺杆，手柄直径d=62mm，施于手柄上的力Q=80N,螺杆与螺母间的摩
3）弹性心轴
弹性心轴：螺母4→锥套3（左） →弹性筒夹2外胀→夹紧
4）液性塑料夹具
1-加具体 2-薄壁套筒 3-液性塑料 4-柱塞 5-螺钉 6-限位螺钉
六 联动夹紧机构
（一）多点、多向夹紧机构
（二）多件夹紧机构
3-4 夹紧动力装置
可分为：气动、液压、电磁、真空等 1．气动夹紧
包括三个部分：第一部分为气源，第二部分 为控制部分，第三部分为执行部分。
升角：是工件上受压面与旋转半径的法线行 程的夹角。从几何关系可知，它是由转轴中心O点 和偏心几何中心C点，分别与夹紧点的连线所形成 的夹角。
P
max
e r
2）圆偏心夹紧的自锁条件
P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁
自锁条件 αmax ≤ 1 + 2
1-圆偏心轮与工件处的摩擦角。 2-圆偏心轮与转轴处的摩擦角。 tgαmax ≤ tg e/r ≤ , 取μ=0.1~0.15,
O1 TD1 Td1 X min1 O2 TD2 Td 2 X min2
TD1 0.023mm TD2 0.058 mm
Td1 0.001mm Td2 0.035 mm
X min1 0.002 mm X min2 0.005 mm
角度(o1o2 )
arctg
0.023 0.003 0.058 2 23
4）圆偏心的夹紧机构的适用范围
1.由于圆偏心的夹紧力小，自锁性能一般， 所以适用于切削负荷不大且无较大振动的场合。
2.夹紧行程较小
3.一般需与其它机构连用，很少用于直接 夹紧。
铰链夹紧机构
常用的铰链夹紧机构的三种基本结构： 单臂铰链夹紧机构； 双臂单作用铰链夹紧机构； 双臂双作用铰链夹紧机构。 一般由气缸带动铰链臂及压板转动夹紧或松开工件。
擦系数为0.15，试分析此夹紧是否可靠？
螺纹升角为： arctg t
d 2
arctg 1.75 2056/ 3.1410.86
螺杆端部与工件接触的 当量摩擦半径 r / 0
则螺旋夹紧力为：
Q d
W
2
d2 2
tg (
1)
r /tg2
已知Q 80 N
d 62mm
1 acrtg artg0.15 8032 /
2)为了简便，只考虑主要因素在力系中的影响，略去 次要因素在力系中的影响。
3)根据工件状态，列出力(力矩)的平衡方程式，解出 夹紧力的大小，还应适当考虑安全系数。
夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、 方向和相互位置关系具体计算，并乘以安全系数 K ，一般精加工K =1.5～2，粗加工K = 2.5～3。
以斜楔为研究对象，夹紧时
根据静力平衡原理，有
2
W
W
F2
Q = F2+ W tg(+1) F2= W tan 2
Q = Wtan 2+ W tg(+1)
N
F1 N
1
Q
W
Q
tg( 1) tg2
1 = 2 = ，当 ≤11°，
可用下式近似计算
W Q
tg 2tg
2
W F2 W
F1 N
N
1
夹紧力Q去除，斜楔受到F1、
M / Q/ l
/
QL Q/ l
M M/
Q/ Q L l
N N
H1
H2 F1
F2
W
W
Q// H2 F2 W H1
Q// Q/ cos
Q//
F 2 W tg2
H2 H1 tg( 1) W tg( 1)
W Q/ cos tg( 1) tg2
W Q L cos l[tg( 1) tg2 ]
（2）螺旋夹紧机构
螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的,相当于 把楔块绕在圆柱体上,转动螺旋时即可夹紧工作.
a) r 0 b) r 1 D 3
c) r (D3 d 3) 3(D2 d 2 )
螺旋夹紧特点： 1）结构简单，自锁性好，夹紧可靠； 2）扩力比约为80,远比斜楔夹紧力大； 3）夹紧行程不受限制； 4）夹紧动作慢，辅助时间长，效率低
W
1 2
M
r/
P
实际夹紧力为：
W0
k 2
M
r/
P
F1L1 F2L2 FR L
F1
F2
1 2
F
F (L1 L2 ) 2FR L
F 2FR L
(L1 L2 )
F K 2K FR L
(L1 L2 )
3-3 夹紧机构设计
（1）斜楔夹紧机构
工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变 为夹紧力，从而夹紧工件。
1/ acrtg(1.15tg1) 9047 /
W
80 62 10.86 tg(2056 /
9047 / )
2024 .48 N
N
W 2 s in
2
M 夹＝（N B
NC
WA )
D 2
＝W
2
D
1
sin
2
1
＝
2024
.48
0.18 2
0.1
s
1 in 45
0
＝43.99N m
第三章 工件在夹具中的夹紧
1.夹紧装置的组成及基本要求 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位 位置不变的装置，称为夹紧装置。
夹紧装置的组成
（1）动力源 （2）夹紧机构
中间递力机构 夹紧元件
中间递力机构的作用： 1）改变作用力的方向； 2）改变作用力的大小； 3）使夹紧实现自锁。
设计夹具时应考虑的问题 1.夹紧力（三要素：大小、方向、作用点） 2.传力方式（手动、气动、液力、电力等） 3.夹紧机构（增力、快速、机动等）
主要用于机动夹紧，且毛坯质量较高的场合。
➢夹持原则：
1. 楔 块 夹 紧 工 件 后 应 能 自 锁 ， α≤φ1 +φ2 为自锁条件
2. 一 般 钢 铁 的 摩 擦 系 数 为 0.1 ～ 0.15 ， 取
φ1 =φ2 = 5～7°，故α≤10～14° 3.为了安全可靠，取α= 5～7°
楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬58~62HRC
得d/e≥14～20自锁,
d/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工 作可靠性。
在实际应用中，一般多采用f=0.15，偏心 率d/e＝14的圆偏心轮作夹紧元件
圆偏心夹紧机构有效工作区域：
OC
3）圆偏心夹紧的夹紧力
e
L
l
M=Q L
Q
在此力矩M作用下， 在夹紧点接触处， 有一力Q/，产生的 力矩与M平衡。
2. 对夹紧装置的基本要求
1）夹紧应有利于工件的定位而不能破坏工件在定位时所获得 的正确位置；
2）夹紧力大小应适当，使夹紧作用可靠，而且能够自锁。 3） 夹紧后工件的变形应尽可能小，不能因夹紧变形而影响
加工精度。 4）夹紧机构的操作要方便、迅速、省力、安全。
3-2 夹紧力的确定
必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点
W0 Biblioteka BaiduK •W
夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠， 确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹 紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在 加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果 轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安 全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质 量不利。
1.根据加工简图，确定对工件夹紧的最不利的瞬时状 态。钻削力P使工件压向定位面，有利于工件夹紧，而钻
0.015
arctg0.00215
7.2/
2021
M M1 M2
M 1-夹紧力在压板与工件接触面间所引起的摩擦阻力
矩,Nm
M 2-由于切削力P和夹紧力W的作用，工件与定位支承
面所产生的摩擦阻力矩,Nm
因压板为活动件，故M 1的值可忽略不计，即M 1=0
夹紧力W和钻削轴向力P是均匀作用在圆环形支承面上，
设D和d为工件定位基面的内外圆直径，则得单位面积上得
1
三、偏心夹紧机构
常见的偏心轮—压板夹紧机构
➢工作原理：利用转动中心与几何中心偏移的圆
盘或轴作为夹紧元件。 ➢夹紧特点：
结构简单，制造方便 夹紧迅速，操作灵活 行程小，增力小，自锁能力差 适合夹紧力小、振动小的场合 ➢自锁条件：D/e ≥14～20
1）圆偏心夹紧原理及其几何特性 偏心夹紧实质是一种斜楔夹紧，但各点升角不等，
3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面
三、夹紧力大小的估算
加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力等 的作用，理论上夹紧力的作用应与上述力 (力矩)的作用相 平衡。但是切削力的大小和方向在加工过程中是变化的， 因此夹紧力的大小只能进行粗略的估算。估算的方法如下。
1)找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需 的夹紧力。
(1)夹紧力方向的确定 1）主要夹紧力方向应垂直于主要定位面
夹紧力方向对镗孔位置精度的影响
2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小
3）夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小
二、夹紧力的作用点 1）夹紧力应作用在刚度较好部位
2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件 形成的支承面内
薄壁件的夹紧
2．液压夹紧
液压夹紧是利用液压油为工作介质来传力的 一种装置。它与气动夹紧比较，具有夹紧力稳定、 吸收振动能力强等优点，但结构比较复杂、制造 成本高，因此适用于大量生产。液压夹紧的传动 系统与普通气压系统类似。
3、气-液组合夹紧
气-液组合夹紧的动力源为压缩空气，但要使用 特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。它的工作原理 如图所示，压缩空气进入气缸1的右腔，推动增压器 活塞3左移，活塞杆4随之在增压缸2内左移。因活塞 杆4的作用面积小，使增压缸2和工作缸5内的油压得 到增加，并推动工作缸中的活塞6上抬，将工件夹紧。
m、n处升角为为00， P处升角最大。
O C
点O 偏心轮工作时的旋转中心，点C为其工作 圆面的几何中心，即圆心，以O点为圆形，om 为
半径的圆称为圆偏心轮的基圆。
OC
圆偏心轮实际是斜楔的一种变形，它与平斜 楔和螺旋相比，主要特点是其工作表面上各夹紧 点的升角不是一个常数，它随转角的改变而发生 变化。
削扭矩M 将使工件绕中心旋转，当钻头的刃带进入切削时，
产生的钻削扭矩最大，此时应为工件夹紧的最不利情况。
2.按静力平衡原理列出平衡式并计算夹紧力W
由图可知，钻削扭矩M有使工件产生转动的趋势，这 需要由夹紧力W在夹紧点所产生的摩擦阻力矩及由钻削力P 和夹紧力W所产生的支承反力在工件和定位面间产生的摩 擦阻力矩相平衡，即有平衡式：
压力为：
4(W P)
p (d 2 D2)
圆环形支承面上所产生得摩擦阻力矩按定积分原理求
得，在支承面上取一圆环微面积
dA 2 d
dM2 p dA 2 P 2d
积分得：
M 2
2 p
d
2 D
2d
2
p d3 D3
12
M2
1 3
d3 d2
D3 D2
(W
P)
(W
P) r /
M M 2 (W P)r /
Yo1
Td
2 s in
2
0.15
Yo1
1200 0.087
2 s in
2
0.1
0.087
tg O1 O2 0.087 0.1 0.00117
2L
2 80
Y 2tg 0.234mm
100mm B 0
D Y 0.234mm 100mm
角度(o1o2 )
arctg
O1 O2 2L
铰链夹紧机构是一种增力机构，其结构简单，增力比大， 摩擦损失小，但一般不具备自锁性能，常与具有自锁性能的 机构组成复合夹紧机构。所以铰链夹紧机构适用于多点、多 件夹紧，在气动、液压夹具中获得广泛应用。
五 定心、对中夹紧机构
1）螺旋定心夹紧机构
螺旋式定心夹紧机构
2）弹性夹头
弹性夹头：螺母4（左）→弹性筒夹2（左移）+ 向心收缩（锥套3）→夹紧。