第十一讲 基本夹紧机构分析(一)

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—61 快速螺旋夹紧机构 4、5一手柄 3一摆动压块
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, F2 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 r 的圆周上。 r ' 称为当量摩擦半径，它 与接触形式有关(见表1一9)。 F1 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 d 0 。 根据力矩平衡条件
A一A
a) 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。
b)
图1—57斜楔夹紧机构 1一夹具体 2一斜楔 3一工件
S S 2
图l—57c是由端 面斜楔与压板组合而 成的夹紧机构。
c) 图1—57斜楔夹紧机构 1一夹具体 2一斜楔 3一工件
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—64螺旋钩形压板；
图l一65 自动回转钩形压板
或
钩形压板回转时的行程和升程可按下面的公式计算 s d d h s tg 360tg 360 K h Kd 360tg
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( o ) 一一压板螺旋槽的螺旋角，一般取30 o—40o d一一压板导向圆柱的直径； K一一压板升程系数(表1一10)。
螺旋钩形压板所产生的夹紧力(N)
FQ FJ 3LF 1 H
式中 FQ 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。
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 ：
FJ
FQ tg1 tg ( 2 )
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。
2.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) 图1-63螺旋压板结构
b)
图1一63c、d为回转压板
c) 图1-63螺旋压板结构
d)
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。
F1 FRX
FJ 1 FQ tg1 tg 2
3．斜楔的扩力比与夹紧行程: i
h stg
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：
b) 图1—57斜楔夹紧机构 1一夹具体 2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。
克服这一缺点的办法很多， 图1—61是常见的几种。
图1 —5 9
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
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 1一夹紧轴 2一手柄 3一摆动压块
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
h stg
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
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。
1 2
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。
o o 为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取 6 8 。用气压或 液压装置驱动的斜楔不需要自锁，一般取 15o 30o 。
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
F ——加在斜楔上的作用力(N)； Q

1
——斜楔与工件间的摩擦角(°)；
2 ——斜楔与夹具体间的摩擦角(°)。
设 1 2 ，当 很小时(
100 )，可用下式作近似计算
FJ
FQ tg ( 2 )
2．斜楔自锁条件图1- 58 b是作用力 FQ 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 ；
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 φ 8mm、φ 5mm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。
图1—62 螺杆受力分析
FQ L F2 r FRX
'
d0 2
得
FJ
FQ L d0 tg 1 r ' tg 2 2
式中 FJ 一一夹紧力(N)；FQ 一一作用力(N)； L一一作用力臂(mm)； d 0 一一螺纹中径(mm)； 一一螺纹升角( o )； 1 一一螺纹处 o 摩擦角( )； 2 一一螺杆端部与工件间的摩擦角( o )； r ' 一一螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)。
1．斜楔的夹紧力 图1—58a是在外力 FQ 作用下斜楔 的受力情况。建立静平衡方程式：
F F F 1 RX Q
而
F1 FJ tg1
FRX FJ tg ( 2 )
所以
FJ
FQ tg1 tg ( 2 )
图1—58a 斜楔受力分析
式中 F ——斜楔对工件的夹紧力(N)； J ——斜楔升角(°)；
F1 FRX
因
F1 FJ tg1
FRX FJ tg ( 2 )
代入上式
FJ tg1 FJ tg ( 2 )
tg1 tg ( 2 )
图1—58 b斜楔受力分析
由于 1、2、 都很小， tg1 1 简化为 或 1 2
， tg ( 2 ) 2 上式可
i FJ FQ
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:
FJ 1 i FQ tg1 tg 2
o o 如取 1 2 6 ， 10 代入式(1—23)，得i =2.6。可见，在 作用力 FQ 不是很大的情况下，斜楔的夹紧力是不大的。