楔形锁紧装置的设计
【CN209836224U】一种楔形锁紧装置【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920278635.6(22)申请日 2019.03.06(73)专利权人 成都飞机工业（集团）有限责任公司地址 610092 四川省成都市青羊区黄田坝纬一路88号(72)发明人 胡植麟 金晓波 兰勇 周佳宇 (51)Int.Cl.C21D 1/00(2006.01)(54)实用新型名称一种楔形锁紧装置(57)摘要本实用新型公开了一种楔形锁紧装置，包括夹具底板、压紧器A、压紧器B、压块、楔形压条，所述夹具底板的左、右端分别设置有压紧器A、压紧器B，所述压块设置在压紧器A和压紧器B之间，所述压块的一边靠近压紧器B设置，且压块的另一边与压紧器A之间放置零件，所述楔形压条依次穿过并锁紧压紧器A、压紧器B，所述楔形压条通过压块锁紧零件。
本实用新型通过压紧器A和压紧器B搭接一根楔形压条的桥式锁紧结构，使得本装置不惧高温，易于安装和拆卸，本装置结构简单，具有良好的自锁性能。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 209836224 U 2019.12.24C N 209836224U1.一种楔形锁紧装置，其特征在于，包括夹具底板（1）、压紧器A （3）、压紧器B （4）、压块（8）、楔形压条（5），所述夹具底板（1）的左、右端分别设置有压紧器A （3）、压紧器B （4），所述压块（8）设置在压紧器A （3）和压紧器B （4）之间，所述楔形压条（5）依次穿过并锁紧压紧器A（3）、压紧器B （4），所述楔形压条（5）通过压块（8）锁紧零件（2）。
2.根据权利要求1所述的一种楔形锁紧装置，其特征在于，所述压紧器A （3）远离夹具底板（1）的一端开设有楔形孔A （6），压紧器B （4）远离夹具底板（1）的一端开设有楔形孔B （7），所述楔形孔A （6）的直径大于楔形孔B （7）的直径，所述楔形压条（5）依次穿过楔形孔A （6）和楔形孔B （7）。
楔紧块的设计
滑块锁紧楔形式
1）滑块锁紧楔形式应用实例 1
滑块锁紧楔形式
2）当定模不允许楔紧块做大，可直接将斜导柱安装于定模镶件或定模板上。
滑块锁紧楔形式
3）当模具位置非常紧张，滑块必须做的很小
滑块锁紧楔形式
4）有些制品滑块厚度较厚时，可将滑块的外侧减
滑块锁紧楔形式
5）防止侧壁粘模装置
滑块锁紧楔形式
6）内缩滑块仅适用于制品内侧壁凹下部位的成型脱模
滑块锁紧楔形式
6）内缩滑块仅适用于制品内侧壁凹下部位的成型脱模
滑块锁紧楔形式
6）内缩滑块仅适用于制品内侧壁凹下部位的成型脱模
楔形锁紧装置的研制_曹义信
楔形锁紧装置的研制曹义信 宋立存(南京电子技术研究所 210013)【摘要】 本文介绍了应用于L RM(现场可更换模块)的楔形锁紧装置的研制背景、原理、结构组成及在工程中的应用。
关键词 楔形锁紧装置 LRM 热阻The Design on Wedge Lock【Abstract】 T his paper introduces the background of desig ning of the wedge lock that used in L RM(Line Re-placeable M odular),and also discusses its principle and structure types and applications in projects.Key Words Wedge lock LRM(Line Replaceable Modular) Therm al resistance1 前 言随着科学技术的不断进步,超大规模集成电路的发展和集成电路的普及,使得过去功能单一、体积庞大、独立应用的模拟电路和分立元件被高集成度、体积小而功能众多、资源共享的模块化结构所代替。
在电子设备设计中,传统的自下而上的设计方法被现在自上而下的顶层设计思想所代替,即用标准化、模块化的思想,提出了现场可更换模块(LRM)的概念,并得到普及。
每一模块具有独立的功能,外形尺寸统一,减少了尺寸的复杂多样性。
在维护上,可以在现场将模块取出,换上另一标准模块,系统可立即恢复工作,换下的模块送到指定地点进行维修。
电子设备处于恶劣的振动、冲击环境下,尤其是军用电子设备所处的环境条件更为苛刻。
所以模块必须用一定的机械装置固定在机箱插槽中,不得晃动、窜动,同时尽量减小模块与机箱壁间的接触热阻。
我们决定采用楔形锁紧装置来实现上述功能,并开展研制。
图1为装有LRU的机箱及装有楔形锁紧装置的印制板插件。
2 原 理根据实际应用,研制了两种类型的楔形锁紧装置(三节式锁紧装置和五节式锁紧装置),如图2和图3所示。
210976229_SJ_20382《楔形锁紧装置规范》行业标准修订介绍
标准评析SJ 20382《楔形锁紧装置规范》行业标准修订介绍■ 陈振宇 吕召会（南京电子技术研究所）摘 要：本文阐述了SJ 20382－2007《楔形锁紧装置规范》行业标准修订的必要性，系统地介绍了SJ 20382－2021修订的原则、适用范围，给出了相对于SJ 20382－2007的变化，论述了标准项目设置及技术指标确定的依据。
关键词：楔形，锁紧装置，标准DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.06.026Introduction to the Revision of Industry Standard SJ 20382, Specifi cationfor wedge locking deviceCHEN Zhenyu LYU Zhaohui（Nanjing Research Institute of Electronic Technology）Abstract: This paper describes the necessity of the revision of industry standard SJ 20382—2007, Specification for wedge locking device, systemically introduces the principles and scope of application of SJ 20382—2021, gives the changes compared with SJ 20382—2007, and discusses the basis for setting standards items and determining technical indicators.Keywords: wedge, locking device, standardSJ 20382－2021《楔形锁紧装置规范》[1]代替SJ 20382－2007[2]，于2021年12月发布，2022年3月实施[1]。
楔形装置工作原理
楔形装置工作原理
楔形装置是一种简单的机械装置，其工作原理基于楔子的形状和应用。
楔形装置通常是一个具有尖端的三角形块，被用于分割、提升或保持物体的位置。
其基本工作原理涉及力的转移和机械优势的利用。
以下是楔形装置的工作原理：
1.力的转移：楔形装置利用其尖端的形状，通过
应用力来分离物体或提升物体。
当施加一个力到楔形装置的侧面时，这个力会被转移到楔子的尖端。
2.机械优势：楔形装置的设计使得在较小的力作
用下可以产生较大的力。
这是因为楔子的形状会逐渐分开物体，使得分隔的物体之间的间隙逐渐增大。
3.用途：楔形装置广泛应用于许多工程和日常生
活中。
例如，斜坡、斜面、楔子等都是楔形装置的例子。
它们可以用于切割、夹持、提升重物等操作。
4.力的方向：施加在楔形装置上的力的方向通常
与楔子的斜坡方向相反。
这种力的方向有助于将楔子推入物体，从而实现分割或提升的效果。
需要注意的是，虽然楔形装置可以提供力的增益，但
在实际应用中，摩擦力和其他因素可能影响其效率。
因此，在使用楔形装置时需要考虑物体的性质、摩擦系数等因素，以确保安全和有效的使用。
自锁楔形结构
自锁楔形结构
自锁楔形结构是一种常见的工程结构，广泛应用于建筑、交通和
机械工程领域。
它的主要特点是可以在一定程度上自动锁定，并且不
需要额外的支撑或者固定装置。
自锁楔形结构的设计原理是利用物体的几何形状和摩擦力来实现
自动锁定。
它通常由两个或多个部分组成，每个部分呈楔形，相互之
间可以嵌入或者嵌出。
当两个部分嵌入时，它们之间会产生一定的摩
擦力，使得结构处于稳定状态。
而当需要解除锁定时，只需施加足够
大的力，使得部分之间的摩擦力被克服，即可实现自动解锁。
自锁楔形结构的应用非常广泛。
在建筑领域，它可以用于墙体、
地板和天花板的连接，具有较高的稳定性和承载能力。
在交通领域，
它可以用于桥梁和隧道的支撑结构，能够有效抵抗地震和其他自然灾
害的冲击。
在机械工程领域，它可以用于连接和固定各种零部件，提
高设备的可靠性和安全性。
总的来说，自锁楔形结构是一种简单而有效的工程设计，具有自
动锁定和解锁的功能。
它的应用范围广泛，可以提供稳定性和安全性，为各行业的工程项目带来便利和保障。
楔形锁紧装置的设计
式中：Fｓｍａｘ 为弹簧最大压力，Ｎ；Fｍａｘ 为最大接触压力，
Ｎ；k 为 弹 簧 刚 度 ，Ｎ／ｍｍ；xｍａｘ 为 弹 簧 最 大 压 缩 量 ，
ｍｍ。
在图 ３ 中，动楔块完全插入到位，实现了锁紧，
设锁紧夹角为 γ，其锁紧力 Fｓ 大于初始插入力 Fｉ，但
小于动楔块在插入过程中的最大插入力 Fｉｍａｘ，由于
施加上述设定后，进行仿真分析，可以观察到动
楔块从插入到锁紧和装置解锁的整个模拟动画过程 （图 ７），根据实际工作状态，得出以下几个参数的分 析结果见表 ３。
图 ８ 曲线表示弹簧压力变化，图 ９ 曲线表示弹簧 变形位移，两曲线的变化趋势成反比例，随着动楔块 的插入，弹簧压缩，压力升高，当动楔块开始卡入夹紧 臂后，弹簧压缩夹紧臂夹紧动楔块，弹簧变形减小，压 力减小。图 １０ 显示了夹紧臂的张开、夹紧过程中的夹 角变化趋势。图 １１ 表达了插入力的变化趋势，在插入 开始阶段，需要对动楔块施加压力方能使夹紧臂张
摘 要：为了更好地解决固定部件和移动部件之间的锁紧问题，设计了一种新型楔形锁紧装置，其工作 原理是依靠楔形块之间的静摩擦力来约束两个具有相对运动部件之间的运动。对装置的动楔块、夹紧臂等关 键部件进行理论力学计算分析，优化关键参数。将楔形锁紧装置在 Ｐｒｏ／Ｅ 中进行结构建模，设定工作参数后 在 ＡＤＡＭＳ 中进行运动仿真分析，验证楔形锁紧装置设计的可行性，获得模拟样机数据，提高了样机试制精 确度，缩短实验周期，有效解决了工程机械领域设备中快速锁紧问题，保证设备安全及使用可靠。
β） α）
（４）
由 （４） 式可看出，xｉ 可以通过调节弹簧座来调 节，为求 α、β 可将其看作定值。当 α 一定时，β= 8.53°时 Fｉ 取最大值，这不是所需要的；当 β 一定时， α=81.47°时 Fｉ 取最小值，此时插入力最小，且与弹簧
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工业出版社，２００４． ［３］ 陈立平，张云清，任卫群，等． 机械系统动力学分析及
ＡＤＡＭＳ 应用教程［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５． ［４］ 张英会，刘辉航，王德成． 弹簧手册［Ｍ］．北京：机械工
参考图 图８ 图９ 图 １０ 图 １１
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图 8 弹簧压力 图 9 弹簧变形
第 ３９ 卷 ２００８ 年 １０ 月
工程机械
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
设 计
计 算
·
图 10 夹紧臂摆角
开，在动楔块完全进入卡紧槽后，由于弹簧对夹紧臂 施加压力，使夹紧臂斜面对动楔块的斜面产生附加的 夹紧力，此时不需要对动楔块施力即可将其锁紧。在 图 １１ 中存在锯齿形冲击曲线，这是由于锁紧或解锁 动作较快，压缩弹簧引起自身振动所致。
（８）
式（８）中 xｓ可以通过调节弹簧座来调节，为求 γ
各配合参数设定如表 １。
表 1 配合参数
·
计
计 算
也将其看作定值。
项目
参数
对（８）式利用求导方法求得：当 γ＝４５°时，Fｓ 取
动楔块
插入角度 ／ °
８１
最大值 Fｓｍａｘ＝２kxｓ，这也是解锁时的拉出力，与弹簧的 刚度及变形量相关。
锁紧角度 ／ ° 插入角度 ／ °
中，考虑零件结构特征及工艺性要求，设定 α=
81.47° ， β =81° 进 行 设 计 验 证 ， 此 时 插 入 力
Fｉ＝０．６０２kxｉ。
在图 ２ 中，随着动楔块向内插入，夹紧臂摆角加
大，在图示位置时摆角达到最大值，压缩弹簧的压力
也达到最大值 Fｓｍａｘ，此时由力矩平衡知：
Fｓｍａｘ×d２＝Fｍａｘ×d１，而 Fｓｍａｘ＝kxｍａｘ
夹紧臂组成的斜面卡槽中，为了起到省力的目的，动
楔块的头部夹角 β（０＜β＜１８０°）和两夹紧臂组成
的夹角 α（０＜α＜１０８°）应保持 β＜α 的关系。压缩
弹簧施加压力 Fｉ２，控制动楔块与夹紧臂接触，动楔
块与夹紧臂之间存在摩擦力，取摩擦系数 f＝０．１５，其
受力计算如下：
Fｉ
=2Fｉ（１ ｓｉｎ
β ２
在动楔块插入过程中同时存在直线运动、斜面接触
运动，其插入力 Fｉ 变化较复杂，有待经过设计仿真
计算得出。
在锁紧位置：
Fｉ
=2Fｉ（１ ｓｉｎ
γ ２
＋
f
ｃｏｓ
γ ２
）
（５）
Fｉ２
=2Fｉ１′（ｃｏｓ
γ ２
＋
f
ｓｉｎ
γ ２
）
（６）
Fｉ２ ＝kxｉ
（７）
式中：Fｓ 为动楔块锁紧力，Ｎ；Fｓ１＝Fｓ１′为接触压力，
４５ ８１．４７
综上计算可得，动楔块及加紧臂的关键参数设
夹紧臂
锁紧角度 ／ °
４５
定为 α=81.47 °，β＝８１° ，γ＝４５°，锁紧力大于插入力。
插入角度 ／ °
０～２０
工作压力范围 ／Ｎ
０～８００
２ 结构设计
压缩弹簧 行程位移 ／ｍｍ
０～３０
将楔形锁紧装置在 Ｐｒｏ／Ｅ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ２．０ 中进行结 构建模，总装配效果见图 ４。
备注 旋转轴 相对平移 固定 接触运动 压缩弹簧 运动设定 夹紧臂摆角 动楔块位移 弹簧压力变化 动楔块轴向力 弹簧位移变化
图 7 仿真过程截图 表 3 参数分析结果
序号
零件 ／ 参数
１ 压缩弹簧
压力 ／ Ｎ 位移 ／ｍｍ
２ 夹紧臂 摆角 ／ （°）
３
动楔块 ／ 轴向力 ／Ｎ
结果 ７７．９～７７８．４ １～－２４．０２ ９９．５～１１９．８ －７２５～２ １３２
β） α）
（４）
由 （４） 式可看出，xｉ 可以通过调节弹簧座来调 节，为求 α、β 可将其看作定值。当 α 一定时，β= 8.53°时 Fｉ 取最大值，这不是所需要的；当 β 一定时， α=81.47°时 Fｉ 取最小值，此时插入力最小，且与弹簧
图 3 锁紧状态
的刚度及变形量相关；又由于 β＜α ，在本装置设计
０～１ ５００ ２ ０００ ８２０ １ ５００
２０８×１５０×８０ 底板，螺栓固定
６．３９
１．活动轴 ２．销轴 ３．动楔块 ４．压缩弹簧 ５．弹簧座轴 ６．上夹板 ７．下夹板 ８ ．摆臂轴 ９．限位销轴 １０．锁片 １１．螺栓 １２．弹簧外座 １３．弹簧内座 １４．夹紧臂
图 4 楔形锁紧装置建模图
３ 运动仿真分析
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·
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
设 计
计 算
工程机械
第 ３９ 卷 ２００８ 年 １０ 月
图 5 ADAMS 简化模型
图 6 前置参数设定
序号 １ ２ ３ ４ ５ ６
７
约束类型 Ｊｏｉｎｔ：Ｒｅｖｏｌｕｔｅ Ｊｏｉｎｔ：Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｉｎｔ：Ｆｉｘｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｐｒｉｎｇ ｄａｍｐｅｒ Ｐｏｉｎｔ ｍｏｔｉｏｎ
摘 要：为了更好地解决固定部件和移动部件之间的锁紧问题，设计了一种新型楔形锁紧装置，其工作 原理是依靠楔形块之间的静摩擦力来约束两个具有相对运动部件之间的运动。对装置的动楔块、夹紧臂等关 键部件进行理论力学计算分析，优化关键参数。将楔形锁紧装置在 Ｐｒｏ／Ｅ 中进行结构建模，设定工作参数后 在 ＡＤＡＭＳ 中进行运动仿真分析，验证楔形锁紧装置设计的可行性，获得模拟样机数据，提高了样机试制精 确度，缩短实验周期，有效解决了工程机械领域设备中快速锁紧问题，保证设备安全及使用可靠。
Ａｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏｉｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅ Ｆｏｒｃｅ
Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
表 2 装置约束参数设定 施加体 夹板－外弹簧座、夹紧臂－内弹簧座夹紧臂－夹板 动楔块－夹板 上夹板、下夹板、内弹簧座－夹紧臂 动楔块－夹紧臂 内弹簧座－外弹簧座 动楔块 夹紧臂－夹板 动楔块－夹板 压缩弹簧 动楔块 压缩弹簧
５ 结论
通过对楔形锁紧装置进行结构建模设计，设定
图 11 插入力
工作参数后在 ＡＤＡＭＳ 中进行运动仿真分析，验证 楔形锁紧装置设计的可行性，获得模拟样机数据，提 高了样机试制精确度，缩短了试验周期，有效解决了 工程机械领域设备中快速锁紧问题，保证设备安全 及使用可靠。
参考文献 ［１］ 范成建．虚拟样机软件 ＭＳＣＡＤＡＭＳ 应用与提高［Ｍ］．
＋
f
ｃｏｓ
β ２
）
（１）
Fｉ２
=Fｉ１′（ｃｏｓ
α ２
＋f
ｓｉｎ
α ２
）
（２）
Fｉ２ ＝kxｉ
（３）
式中：Fｉ 为动楔块插入力，Ｎ；Fｉ１＝Fｉ１′为接触压力， Ｎ；Fｉ２ 为弹簧力，Ｎ；k 为弹簧刚度，Ｎ／ｍｍ；xｉ 为弹簧压 缩变化量，ｍｍ。
联立（１）、（２）、（３）式可求得：
Fｉ
＝２kxｉ
sin（81.47°+ sin（8.53°＋
１ 工作原理
楔形锁紧装置主要利用楔形块之间的静摩擦力 来约束两个具有相对运动部件之间的运动，其工作 原理如图 １～图 ３ 所示。动楔块 １ 固定在移动部件 上，夹紧臂 ２ 和弹簧 ３ 组合成静楔块架并固定在非 移动部件上，工作时，在移动部件带动动楔块 １ 插入 到静楔块架过程中，楔块架的两夹紧臂 ２ 被来自于
式中：Fｓｍａｘ 为弹簧最大压力，Ｎ；Fｍａｘ 为最大接触压力，
Ｎ；k 为 弹 簧 刚 度 ，Ｎ／ｍｍ；xｍａｘ 为 弹 簧 最 大 压 缩 量 ，
ｍｍ。
在图 ３ 中，动楔块完全插入到位，实现了锁紧，
设锁紧夹角为 γ，其锁紧力 Fｓ 大于初始插入力 Fｉ，但
小于动楔块在插入过程中的最大插入力 Fｉｍａｘ，由于
通过以上分析，对比设计要求，可以得出：弹簧、 夹紧臂、动楔块的结构设计达到功能要求，压缩弹 簧、锁紧力的设计也符合要求。
４ 安装和应用要求
在实际试制应用中，其固定接口应根据具体的 设备进行设计，不应局限于螺栓连接，可以采用焊接 结构、整体结构等形式；其锁紧力可以根据具体的锁 紧要求，采用更换压缩弹簧、调整弹簧压缩长度等办 法来实现。本锁紧装置也适用于大型设备之间的锁 紧，只要重新按结构样式进行放大设计即可。
施加上述设定后，进行仿真分析，可以观察到动
楔块从插入到锁紧和装置解锁的整个模拟动画过程 （图 ７），根据实际工作状态，得出以下几个参数的分 析结果见表 ３。
图 ８ 曲线表示弹簧压力变化，图 ９ 曲线表示弹簧 变形位移，两曲线的变化趋势成反比例，随着动楔块 的插入，弹簧压缩，压力升高，当动楔块开始卡入夹紧 臂后，弹簧压缩夹紧臂夹紧动楔块，弹簧变形减小，压 力减小。图 １０ 显示了夹紧臂的张开、夹紧过程中的夹 角变化趋势。图 １１ 表达了插入力的变化趋势，在插入 开始阶段，需要对动楔块施加压力方能使夹紧臂张
Ｎ；Fｓ２ 为弹簧力，Ｎ；k 为弹簧刚度，Ｎ／ｍｍ；x 为锁紧时
弹簧压缩量，ｍｍ。
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第 ３９ 卷 ２００８ 年 １０ 月
工程机械
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
联立（５）、（６）、（７）式可求得：
之间的位移约束。
设
Fｓ＝２kxｓ
sin（81.47°+ γ） sin（8.53°＋ γ）
夹紧臂 ２ 分开，动楔块 １ 插入；当动楔块 １ 的上端肩
部斜面到达夹紧臂 ２ 的 γ 角斜面时，弹簧 ３ 压缩夹
紧臂 ２ 将动楔块 １ 夹紧，实现锁紧的功能；解锁时，
各件反向动作。这样，在不改变部件之间相对移动的
前提下，仅在接口部位安装此装置即可轻易实现锁