斜楔块

斜楔夹紧机构采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。

直接采用斜楔夹紧时，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。

即： a £ f1 + f2为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取a=6°~8°。

用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，可取a =15°~35°。

斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。

斜楔机构斜楔机构是通过斜楔和滑块的配合使用，变垂直运动为水平运动或倾斜运动的机械机构。

斜楔也称主动斛楔，工作中起施力体作用；滑块——工作斜楔，受力体；附属装置——反侧块、压板，导板（导轨）、防磨板、弹簧、螺钉等，起斜模附着、导向及力平衡作用的装置。

l 斜楔机构的组成斜楔机构是通过斜楔和滑块的配合使用，变垂直运动为水平运动或倾斜运动的机械机构。

斜楔也称主动斛楔，工作中起施力体作用；滑块——工作斜楔，受力体；附属装置——反侧块、压板，导板(导轨)、防磨板、弹簧、螺钉等，起斜模附着、导向及力平衡作用的装置。

2 斜楔机构的类按滑块的附着方式．常用斜楔机构可分为3种类型：①滑块附着于下模，称为普通斜楔机构，如图1所示；②滑块附着于上模，模具工作完后随上模上行，称为吊楔机构，如图2所示；⑧双动斜楔机构，即是图1中的斜楔(件2)制成以面为斜面，反侧块(件1)也做成滑块，当斜楔运动时可带动飘滑块，能实现一次完成板料负角弯曲。

普通斜楔机构，滑块一般附着于下模(见图1)，使设计和运动相对比较简单，但有些情况，滑块附着于下模时，制件的送入和取出不方便，或影响模具其它功能的实现，此时应考虑吊楔机构。

按滑块的运动方式，斜楔机构又分为平斜楔机构和倾斜式斜楔机构(模具本体与滑块接触而为斜面)。

3 斜楔机构的运动和受力分板3.1 斜楔机构运动分析在图3中，θ为斜楔角，β为滑块工作角度；α为斜楔与滑块夹角。

随着斜楔向下运动，斜楔上一点A动动到C（AC=L为斜楔行程或压机行程）；对于滑块，则斜楔上一点A随滑块滑动移到B（S为滑块行程或工作行程）。

如图△ABC中：∠ABC=θ；∠ABC=α根据正弦定律得：S/sinθ=L/sinaα∵θ-β=90·-α；θ<=90·故β<α;则：S/L=sinθ/sinaα=cos(α-β)/sinα当β=0时，为平动式斜楔机构（图1）；则：S/L=cotα当α角增大，S为定值，则L增大当β不等于0时，α角增大，S与L和斜楔机构运动关系如图3c所示。

3.2 斜楔机构的受力分析如图3b所示，由力矢图可得出：Q=F/sinα;Q=P/sinθP=Fcos(α-β)/sinα;V=F/tanα当β角和冲裁力F为定值时，α角增大，Q减小、P减小、V减小，可见α角增大斜楔机构可更省力，斜楔和滑块上所受的摩擦力也减小，从而使斜楔及滑块磨损减小，但由于α角增大，S/L减小，则当滑块工作行程S为一定时，斜楔行程L则增大，存在角度最大化问题。

4 斜楔机构的效率分析滑块的工作效率。

jpg考虑到摩擦的影响，设斜楔和滑块之间的摩擦角为φ。

将前面的有关式子代入η式，将θ视为自变量，建立如下关系式：5 机构选择原则综合考虑斜楔的行程、工作效率。

模具的布局及性能，斜楔角9的选定有如下规律：(1)当β≤20度时,θ=40度+β/2，模具设计可根据具体情况选用普通斜楔机构或吊楔机构。

(2)当β>20度时,应虑使用吊楔机构。

(3)当β>45度，使用吊楔机构，斜楔角θ通常取90度，此时斜楔与滑块的接触面为水平而。

(4)普通斜楔机构与吊楔机构的运动分析及受力分析完全一样，所不同的是普通斜楔机构滑块附着于下模，而吊楔机构的滑块附着于上模，摸具工作完后随上模上行。

斜楔夹紧有以下特点：（1）斜楔结构简单，有增力作用。

（2）斜楔夹紧的行程小。

（3）使用手动操作的简单斜楔夹紧时，工件的夹紧和松开都需敲击斜楔的大、小端，因此，单独应用较少，通常与气动、液压装置或螺旋机构联合使用。

基于斜楔增力的离心式内孔夹具作者：济南大学钟康民宋强郭培全现代车床主轴转速日趋提高，为离心夹具的发展和应用推广提供了极为良好的条件。

但是，对于以内孔定位的工件装夹来说，传统的离心夹具只能适应较小直径的工件。

这是因为工件内孔直径较大时，势必造成安装离心重块的部分结构尺寸过于庞大。

造成该部分尺寸过于庞大的根本原因，在于传统离心夹具中的离心重块，不是直接地作用于工件内壁,而是通过机构传递至夹紧元件后再作用于工件内壁。

这无疑在很大程度上限制了离心夹具的应用范围。

此前，钟康民、郭培全等人提出了将离心夹具中的离心重块，依照功能分为增力重块和驱动重块，并在二者之间设置增力机构的设想，使得采用离心夹具装夹内孔直径较大的工件成为了可能。

下面我们要介绍的，是基于斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理及力学计算问题。

工作原理采用斜楔增力机构的离心式内孔夹具的工作原理见图1。

由图1可见，该夹具具有功能不同的两类离心重块——增力重块和驱动重块，二者之间通过斜楔增力机构进行力的传递；增力重块和驱动重块的周向位置及运动方向，由固定在夹具体上的导向销确定。

正常工作时，驱动重块的外圆弧面与工件内壁始终保持接触，而增力重块与工件内壁始终是不接触的。

图1 工作原理图工件以精加工或半精加工过的内孔在夹具体上定位，二者之间的间隙较小；而夹具体则联结在车床主轴上。

当夹具体在车床主轴的驱动下以角速度w旋转时，增力重块和驱动重块便分别产生离心力Fc1、Fc2。

在离心力的作用下，增力重块和驱动重块将沿各自的离心方向向外运动，驱动重块的外圆弧面便与工件内壁接触，并对工件内壁施加作用力F。

该作用力F由以下两部分组成：(1)驱动重块自身产生的离心力Fc2；(2)增力重块产生的离心力Fc1，经斜楔增力后，作用在驱动重块运动方向、即力Fc2、F的方向上的分力。

在两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩的驱动下，工件便与夹具体同向同步旋转。

切削过程开始后，这两个等值、反向的力F所产生的摩擦转矩，便抵抗由切削力所产生的切削力矩。

需要注意的是，为每个驱动重块导向的导向销数量是2只，而为每个增力重块导向的导向销数量是1只。

其原因在于，工件是以内孔为基准在夹具体上定位的，如果为每个增力重块导向的导向销数量也是2只，则无法保证两个驱动重块对工件内壁施加相等的作用力，甚至无法保证两个驱动重块都能与工件内壁接触。

此外还应当注意，图1所示离心式内孔夹具仅是原理性的。

在进行具体结构设计时，一般应为增力重块、驱动重块等设置防护装置，并为驱动重块设置复位弹簧。

力学计算1 输出力的计算当夹具体以角速度ω旋转时，每个增力重块产生的离心力F c1=m1r1ω2，每个驱动重块产生的离心力F c2=m2r2ω2。

如果忽略力传递过程中的摩擦损失，每个驱动重块对工件内壁的理论作用力的计算公式如式(1)：F t =m 2r 2ω2m 1r 1ω2tg α (1)如果考虑摩擦损失，则每个驱动重块对工件内壁的实际作用力的计算公式如式(2)：F p =m 2r 2ω2m 1r 1ω2tg(α+φp )(2)式(1)、(2)中：m1、m2——增力重块、驱动重块的质量(kg)；r1、r2——增力重块、驱动重块的质心至夹具回转中心的距离(m)；α——理论压力角(rad 或°)，为增力重块上斜面的法面与驱动重块运动方向之间所夹的锐角；φp——滚轮的当量摩擦角(rad 或°)。

φp=arctg[(d/D)tgφ]其中d 为滚轮内孔直径；D 为滚轮外径；φ为滚轮与转轴间的摩擦角。

2 驱动转矩的计算当夹具体以角速度ω旋转时，两个驱动重块所能产生的理论驱动转矩Tt 和实际驱动转矩Tp 的计算公式如式(3)、(4)(单位N.m)：T t =µD 0F t =µD 0[m 2r 2ω2m 1r 1ω2]tg α (3)T p =µD 0F p =µD 0[m 2r 2ω2m 1r 1ω2] tg(α+φp )(4)式中:µ——驱动重块外圆弧面与工件内壁之间的摩擦系数；D0——工件内径(m)。

(1)～(4)式括号中的后一项：m1r1ω2/tgα及m1r1ω2/tg(α+φp)，就是增力重块产生的离心力F c1，经斜楔增力后，作用在驱动重块运动方向上的理论分力和实际分力；而1/tgα及1/tg(α+φp)就是斜楔的理论增力系数i t及实际增力系数i p。

由于理论压力角α的值可取得较小(推荐取αmin=8°)，所以，斜楔增力机构能获得较大的增力系数。

例如设：α=8°，d/D=0.30，tgφ=0.10(φp=arctg0.03=1.72°)。

斜楔的理论增力系数i t=7.12，实际增力系数i p=5.84。

其增力效果是极为显著的。

而增力系数大无疑意味着能得到的驱动转矩大。

如果经计算所产生的驱动转矩不能满足加工要求，可从以下两个方面采取措施：·在驱动重块与工件内壁接触的部位采用摩擦系数较大的材料；·在增力重块内部嵌入密度较大的材料，如添加重金属铅等。

结语斜楔增力机构结构比较简单，且具有高倍增力功能；其增力效果由其理论压力角和滚轮的当量摩擦角决定。

基于斜楔增力的离心夹具，由于驱动重块直接与工件内壁接触，较传统的离心夹具结构紧凑，从而使夹具体积缩小。

基于斜楔增力的离心夹具，由于驱动转矩较大，可用其驱动重块直接夹紧孔径尺寸较大的工件的内孔。

力学计算1 输出力的计算当夹具体以角速度ω旋转时，每个增力重块产生的离心力F c1=m1r1ω2，每个驱动重块产生的离心力F c2=m2r2ω2。

如果忽略力传递过程中的摩擦损失，每个驱动重块对工件内壁的理论作用力的计算公式如式(1)：F t =m 2r 2ω2m 1r 1ω2(N) tg α(1)如果考虑摩擦损失，则每个驱动重块对工件内壁的实际作用力的计算公式如式(2)：F p =m 2r 2ω2m 1r 1ω2(N) tg(α+φp )(2)式(1)、(2)中：m1、m2——增力重块、驱动重块的质量(kg)；r1、r2——增力重块、驱动重块的质心至夹具回转中心的距离(m)；α——理论压力角(rad 或°)，为增力重块上斜面的法面与驱动重块运动方向之间所夹的锐角； φp——滚轮的当量摩擦角(rad 或°)。

φp=arctg[(d/D)tgφ]其中d 为滚轮内孔直径；D 为滚轮外径；φ为滚轮与转轴间的摩擦角。

2 驱动转矩的计算当夹具体以角速度ω旋转时，两个驱动重块所能产生的理论驱动转矩Tt 和实际驱动转矩Tp 的计算公式如式(3)、(4)(单位N.m)：T t =µD 0F t =µD 0[m 2r 2ω2m 1r 1ω2tg α(3)T p =µD 0F p =µD 0[m 2r 2ω2m 1r 1ω2tg(α+φp )(4)式中:µ——驱动重块外圆弧面与工件内壁之间的摩擦系数；D0——工件内径(m)。