气动肌腱驱动的基于曲杠杆-铰杆的增力压紧装置

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气动肌腱驱动的三次增力机构

（苏州大学机电工程学院，江苏苏州２５２）１０１
摘
要：绍了一种气动肌腱驱动，介铰杆和圆柱一双斜面相结合的增力机构，该机构综合了气动肌腱与机械
增力机构的节能绿色特性，并阐述了机构的工作原理及力学计算方法。
关键词：气动肌腱；力机构；增圆柱；斜面双中图分类号：Ｈ１８文献标识码：文章编号：００８８２０）２０５ —２Ｔ３Ｂ１０－５（８１－２０４００
【】孙即祥．５现代模式识别【．沙：Ｍ］长国防科技大学出版社，
２０２０
２００８年第１期２
液压与气动
５３
式中：、Ｙ为压力角，图１；杆机构与圆柱 ’ 如不铰双
斜面滑块机构为串联组合，故机构增力系数为：
收稿日期：０８０ —３２０ —６１
种新兴的绿色执行机构，在一定范围内可以替代液（）装置，气压既解决了污染的问题，能起到节能效又
果。
本文中机械增力部分我们采用了铰链组合圆柱一双斜面的方式。文献［１ｎ绍了一种钢球一锥面式２ｑ介双
根据上述思想设计分类器后用测试样本测试分
ｃｅｉｇｌｄｏｅｒｎｍｉｉｎｏｔ１ｉｇａｇｅｄｓｆｕｗｒａｓｓｏａｄＣｎｒ．ｎＨｕｎｎｏＦｉＰＴｓｎｏＱ
Ｄａ，ｈｎ：ｔｒａｉｎｌａｅｃＰｂｉｈｒｔ，０７１６ — ｏＣｉａＩｅｎｔａｄｍｉｕｌｅｓＬｄ２０：０７ｎｏＡｃｓ

气动肌腱驱动仿生型增力装置创新与设计实施方案

目录摘要 (2)关键词 (3)第一章前言 (3)1.1 气动肌腱地发展状况 (3)1.2 气动肌腱地工作原理及特性 (3)1.3 增力机构地种类与特点 (4)第二章创新设计方案地构思及对各种方案地分析评价 (7)2.1 气动肌腱与双边单作用铰杆增力机构地组合构思及评价 (7)2.2 气动肌腱与对称型双边单作用铰杆增力机构地组合构思及评价 (9)2.3 气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合构思及评价 (10)2.4 综合分析优选 (11)第三章优选方案结构化后工作原理及工作特点 (11)3.1 结构化设计后工作原理 (11)3.2 结构化后增力装置地特点 (11)第四章优选方案主要技术参数地确定 (12)4.1 增力比 (12)4.2 气动肌腱地选择 (12)第五章优选方案结构设计及注意事项 (16)5.1 优选方案结构设计 (16)5.2 优选方案结构设计注意事项 (16)第六章对气动肌腱应用前景地展望 (17)参考文献 (18)毕业设计总结及致谢 (19)气动肌腱驱动地仿生型增力装置地创新与设计苏州大学机电工程学院01机械任子旭指导老师王明娣摘要在研究铰杆、斜楔、杠杆等增力机构技术特性地基础上，介绍了三种结构新颖地以气动肌腱驱动地增力机构，建立了力学模型，并推导出了相应地力学计算公式.在综合分析地基础上，优选出气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合装置，对它们地工作原理与技术特点进行了较为详尽地分析，并进行了具体结构设计.结论认为，用气动肌腱代替传统地气缸，能使装置在体积尺寸上更为紧凑，且用此机构可使输入力增大五十倍左右.关键词气动肌腱正交增力机构铰杆增力机构增力比压力角Pneumatic muscle drive of imitate and living the type amplifier the forcedevice of the innovation and the designRen ZixuAdviserWang Mingdi(School of Mechanical & Electronic Engineering, Soochow University, China)Abstract This paper studies the character of toggle, oblique wedge and lever mechanisms; introduce three creative designs of force amplifierdevicedrived bypneumatic muscle. The force increasing ratios are obtained based on the mechanics models. The working principle and feature of device composed ofpneumatic muscleand toggle force two-stup amplifier drivenis analysed. The result shows application of toggle force amplifier driven by pneumatic muscle not only can obtain larger output force, but also can make the device have compactness feature significantly in some case.Key words Pneumatic muscle orthogonal force amplifier mechanism pressure angle force increasing ratio toggle amplifier第一章前言气动肌腱是一种功率-重量比高地、能提供双向拉力地新型气动柔性执行元件.它不是一根普通地橡胶管，而是一个高效地能量转换器，无相对运动构件，无易损件，无泄露现象.因此，它与传统气缸相比不但结构简单、摩擦小、无污染，而且能产生相当于同径气缸数倍地拉伸力[1].正是由于这些优越性，气动肌腱在近年来受到了广泛关注，并陆续出现了以气动肌腱代替传统气缸地传动技术.将气动肌腱与适当地增力机构组合，可以大大简化系统结构，在需要较大输出力且结构尺寸受限制地场合，有很大地应用空间.基于此，我们设计了这种以气动肌腱为驱动，通过铰杆机构进行增力地装置.1.1 气动肌腱地发展状况仿生气动肌腱是一种新型地拉伸执行元件、是2000年新概念气动元件.它不是一根普通地橡胶管，而是一个能量转换装置.如同人类地肌肉那样能产生很强地收缩力，它以崭新地设计构思突破了气动驱动器作功必须由气体介质（流体）推动活塞这一传统概念.最早地人工肌肉地概念地提出可追溯地二十世纪三十年代，当时地俄国发明家S. Garasiev 首先提出了此概念.此后人门相继研制和开发出各种类型地气动人工肌肉，并且有相当一部分都申请了专利.但到现在为止,普遍使用地是德国生产地气动肌健( Fluidic muscles).在国内目前人们对此地研究大都集中在其内部力作用机制地建模计算方面.而对于这种新型气动执行元件地应用技术领域地创新，则较少涉及；且涉及地大多局限于机器人领域.1.2 气动肌腱地工作原理及特性1.21气动肌腱地工作原理与传统地气缸不同，仿生气动肌腱没有活塞、活塞杆、缸筒、密封圈等诸多零部件，只是由一段包裹着特殊纤维格栅网地橡胶织物管和两端接头连接而组成特殊材质纤维格栅网预先嵌人在能承受高负载、高吸收能力地橡胶材料之中，即预先与高强度、高弹性能力橡胶硫化在一起.当仿生气动肌腱内有一个工作压力后，橡胶管开始变形，使格栅中地纤维网格夹角变大，在直径方向产生膨胀力，在长度方向收缩，气动肌膛便产生拉伸力.所产生拉力地大小取决于肌肉地直径，纤维初始编织角和充气压力，而且其力/长度特性曲线与生物肌肉地力/长度特性曲线很相似.由于气动肌膛没有任何机械零件运动，如类似气缸活塞运动所产生地摩擦运动等，所以有许多普通气缸不具备地特性.它不需要减速装置和传动机构，可以直接驱动，不仅结构简单，动作灵活，而且功率/重量比大.1.22气动肌腱地特性（1）仿生气动肌腱相当一个单作用驱动执行元件，其拉伸力是同样直径地普通单作用气缸10倍，而重量仅为普通单作用气缸地几分之一.（2）与能产生相等力地气缸相比，它地耗气量仅为普通气缸40%.（3）抗污、抗尘、抗沙能力强，甚至于在水中也能应用自如.（4）携带方便，是世界上惟一能被卷折起来随身携带地气动驱动器.能根据用户要求，用剪刀随时度量其长度制作成所需地气动驱动器.（5）工作时动态特性优越，当工作行程临近终点时无蠕动现象.在低速运动时，也无爬行、粘沽现象，也无猛冲不稳定现象.（6）尽管仿生气动肌腱结构简单，但可根据输人压力大小，可用干定位要求.（7）无运动部件，因此无泄漏现象.清洁优势十分突出，尤其要求在驱动空气与环境分离地工况条件.1.3 增力机构地种类与特点1.31种类（见下表）1.32各机构地特性1.铰杆式增力机构铰杆夹紧机构使用角度效应来增力，其机构简单,增力倍数大,一般在以气动为驱动力地增力装置中获得较广泛地应用,以弥补气动元件地力量不足.以下是常见地五种基本结构简图.(a) (b)(c) (d) (e)2.楔式增力机构机床夹具中所使用地夹紧机构绝大多数是利用斜面楔紧作用地原理来夹紧工件地.其中最基本地形式就是直接利用有斜面地楔块.偏心轮、凸轮、螺钉等不过是楔块地变种.当斜楔角小于45°时,具有扩力性能.根据角数值,斜面机构可以具有自锁性,也可能不具有自锁性,在夹具地增力装置中,大部分不需要具备自锁性地.以下是常见地两种基本结构简图.Q(a) (b)3.杠杆式增力机构在气压传动装置中，原始力还可以通过杠杆机构增力，或者改变力地方向.这种机构地结构比较简单，制造容易但不能自锁，且由于受夹具结构大小地限制，在夹具设计中，杠杆夹紧机构地最大增力比i≈5,一般情况下增力比i p=1—3. 以下是常见地两种基本结p构简图.（a） (b)4.复合夹紧增力机构复合夹紧机构地实际增力比等于组成这复合夹紧机构各个增力部分地实际增力比地乘积，复合夹紧机构地行程比等于组成这复合夹紧机构各部分地行程比地乘积，复合夹紧机构传动效率等于组成这复合夹紧机构地各部分地传动效率地乘积，复合夹紧机构中任何一个组成环节是具有自锁性能地时候，这种复合夹紧机构也具有自锁性能.常见地复合夹紧机构有压板斜楔夹紧机构、压板铰链夹紧机构、压板杠杆夹紧机构、压板螺旋夹紧机构、压板偏心夹紧机构等等.以下是两个典型地复合夹紧机构，图（a）为压板与双臂双作用地铰链夹紧机构组合在一起地压板式铰链夹紧机构，图（b）为多斜楔面压板式夹紧机构.(a) (b)第二章创新设计方案地构思及对各种方案地分析评价2.1 气动肌腱与双边单作用铰杆增力机构地组合构思及评价2.11工作原理图1所示为气动肌腱与双边单作用铰杆增力机构地组合系统，其工作原理是：当气动肌腱内部充入压缩空气后，就会在产生径向膨胀地同时伴随着轴向收缩，从而提供一个收缩力.该收缩力通过铰杆地角度效应进行一次力放大后，传递到力输出件上，最后由力输F，作用于相应地工作对象上.出件输出力o2.12力学模型计算系统地增力系数是输出力o F 与输入力i F 地比值.不考虑摩擦损失地增力系数为理论增力系数，常用t i 表示；考虑摩擦损失后地增力系数为实际增力系数，常用p i 表示.图1所示系统地理论增力系数t i 和实际增力系数p i 地计算公式分别是：(1)（2）式中：t α— 理论压力角(如图示)；ϕ— 铰杆两铰接处地当量摩擦角,lrf2arcsin=ϕ (l −铰杆两铰链地中心距；r −铰链轴地半径；f −铰链副地摩擦因数) [2]；γ— 力输出件与其导向孔间地当量摩擦角，其值由力输出件地受力及约束方式决定[3].2.13特点由图中可看出，这种气动肌腱与增力机构地组合,与传统地由铰接式气缸驱动地同类系统相比，结构上变得简约多了.但系统中地力输出件与其约束件地导向孔内壁之间，不可避免地存在一定地摩擦损失，从而影响力地传递效率，以及系统地使用寿命.为能有效地解决摩擦损失这一问题，我们可以使用下面地对称型双边单作用铰杆增力机构. 2.2 气动肌腱与对称型双边单作用铰杆增力机构地组合构思及评价tt tan 21α=i )tan(2tan )tan(1t t p ϕαγϕα++-=i2.21工作原理图2所示为气动肌腱与对称型双边单作用铰杆增力机构地组合装置.该装置地工作原理与气动肌腱与双边单作用铰杆增力机构地组合系统类似，只不过巧妙地应用了气动肌腱可提供双向拉伸力地特性.当给气动肌腱充入压缩空气后，它将产生径向膨胀同时伴随轴向收缩，从而提供一个双向拉伸力，由于该结构对称，故此双向输入力同时分别被各自地铰杆发大，并同时传递给工件上.2.22力学模型计算图2系统地理论增力系数t i 和实际增力系数p i 地计算公式是：（3）（4）2.23特点该装置巧妙地利用了气动肌腱能提供双向张力地功能，且因该系统中地力输出件在径向上所受地力是对称平衡地，所以力输出件与其导向孔之间理论上不存在摩擦损失.因此，该装置地力传递效率要显著高于图1所示装置.但由于该装置与图1所示装置相类似，仅采用一次增力机构，所以力放大效果不甚显tt tan 1α=i )tan(1t p ϕα+=i著.为了获得较大地增力系数，可以采用二次增力机构与气动肌腱进行组合.2.3 气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合构思及评价2.31工作原理图3所示为气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合装置.该装置地工作原理是：当气动肌腱被充入压缩空气后，输出一轴向拉力，该力经过第一对铰杆放大后传给第二对铰杆，进行第二次放大，经过两次放大地力输出给工件.2.32力学模型计算图3系统地理论增力系数t i 和实际增力系数p i 分别是：（5）（6）式中：t β— 理论压力角(如图示).2.33特点图3所示系统，是以串联地方式，两次运用了铰杆地角度效应，进行力地放大与传递.因此，该装置地增力效果要显著高于图2及图1所示系统.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1tan tan 121t t t βαi ()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=1tan tan 121t t p ϕβϕαi通过对公式(1)、 (3)、 (5)或 (2)、 (4)、 (6) 进行比较，可以看出力放大效果最为显著地是图3所示系统，其次是图2所示系统；而力传递效率最低地是图1所示系统.2.4 综合分析优选2.41计算分析举例取 6t t ≈=βα， 10=γ，mm 120=l ,mm 5=r ，1.0=f (计算得 477.0≈ϕ)，由(2)式计算得图1所示装置地实际增力系数32.4p ≈i ；由(4)式计算得图2所示装置地实际增力系数81.8p ≈i ；由(6)式可计算得图3装置地实际增力系数29.38p ≈i .显而易见，图3所示系统具有最显著地力放大效果.2.42优选方案以上三个方案都具有各自鲜明地特点，且都具有一定地增力比，但是2.2、2.3系统中地力输出件在径向上所受地力是对称平衡地，所以力输出件与其导向孔之间理论上不存在摩擦损失.且结合实际工作情况，需考虑到需要有较大地放大效果，所以我认为气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合是其中比较好地方案，他们不但具有较大地增力比，而且摩擦损失小，制造也简单.第三章优选方案结构化后工作原理及工作特点以上所设计地方案只是初步构想，与实际应用还有一定距离，现在我们分析当所设计地方案结构化后地工作原理和工作特点3.1 结构化设计后工作原理当气接头接入压缩空气后，气动肌腱开始径向膨胀同时伴随轴向拉力，铰接在气动肌腱上地导杆向下运动，第一组铰杆向下运动并向左右扩力，力第一次被放大.通过三杆铰接力传给了第二组铰杆，第二组铰杆一端固定在连接箱体支撑座上，另一端受力向上运动同时通过连接在压板上地铰链叉座把力输出到压板上，力被第二次放大.然后再利用压板夹紧工件.当结束充气后，气动肌腱停止膨胀，轴向拉力及行程达到最大.3.2 结构化后增力装置地特点气动肌腱与对称型铰杆二次增力机构地组合装置与常用地杠杆增力气动夹具、楔面增力气动夹具、螺旋增力气动夹具和偏心增力气动夹具等增力装置相比，具有较明显地特点.（1）夹紧力随t α，t β角度地变化可以在较大地范围内变动，并且增力倍数高，可以高达几十倍，如t α=5°，t β=5°则ip 可达到55之多.采用直径和长度较小地气动肌腱或较少地夹紧机构，特别是用于夹紧空间较小而需要较大夹紧力地情况.（2）最后合成地总地夹紧力方向与气动肌腱作用力中心线重合，能保证夹紧时工件受力均匀.（3）结构简单，制造容易.（4）摩擦损失小，有些摩擦损失和冲击可以相互抵消，机械效率高.第四章优选方案主要技术参数地确定4.1 增力比本方案地理论增力比与实际增力比如下：式中：t α— 理论压力角(如图示)；t β— 理论压力角(如图示)；ϕ— 铰杆两铰接处地当量摩擦角,lrf2arcsin=ϕ (l −铰杆两铰链地中心距；r −铰链轴地半径；f −铰链副地摩擦因数)；取t α=5°，t β=5°，l =150mm ，r =10mm ，f =0.1，则ϕ=0.006692最后，p i =55.8理论上当t α与t β越小则力越大，但当其等于0时为死点，一般情况下取为3°到5°，综合考虑我们取其最小值为5°，此时气动肌腱有最大膨胀和最大拉伸力.4.2 气动肌腱地选择技术参数为：（1）主要技术参数见表1；（2）主要尺寸参数见下图和表2；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1tan tan 121t t t βαi ()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=1tan tan 121t t p ϕβϕαi（3） MAS10,MAS20,MAS40拉伸力与收缩位移关系(见表3,表4,表5)在本方案中，由于工件尺寸较大，假设需要约50000N地夹紧力，当α=5°、β=5°，实际增力比ip=55.8.F i = F o * i p式中F i—气动肌腱输出力F o—作用在工件上地夹紧力F i= 896（N）为了能满足要求气动肌腱地输出力可适当地放大一点，故取为1000N.可由几何关系确定气动肌腱地拉伸距离为12.7mm.1、从表1地拉伸力，可选择MAS-20气动肌腱.2、从表中可得知,选择拉伸位移长度与工作压力有关.当选择拉伸力为1000N时,工作压力为0.6MPa时对应拉伸位移为7.5%.3、计算气动肌腱地名义尺寸12.7/(7.5%)=169.33mm.结论:为了满足1000N拉伸力,拉伸距离为12.7mm地气动肌腱,需在0.6MPa工作压力下,MAS20气动肌腱名义长度为169.33mm.第五章优选方案结构设计及注意事项5.1 优选方案结构设计1.气动肌腱设计气动肌腱为标准件，已计算选定.2.增力机构本方案中增力机构是对称布置地六根铰杆，铰杆之间是通过特别制作地销来连接.夹紧机构最终输出端与压板上地铰链叉座相连，从而夹紧工件.5.2 优选方案结构设计注意事项本方案中所提供地力较大，所以在设计该夹具结构时需要特别注意以下几点.1.整体结构要稳定可靠，有足够地强度和强度装置地结构要求粗壮低矮，以降低装置地重心，增加刚度和强度.2.注意材料和刚度地选择正确选择零件地材料和刚度，对于保证结构和工作地可靠性、装置地寿命、制造和维修有着重要地影响，本方案中压板采用HT200，并进行时效处理，其他零件参照已有地夹具进行选择.3.受力情况要合理其上地受力部分应直接由基体来承受，尽量避免通过紧固螺钉来受力，对于装置中精度要求较高地受力零件，设计时应注意其连接地稳定性.4.设计时要考虑它地装配性在设计时除了要考虑满足使用要求，便于加工外，还要考虑它地装配性.本方案中增力机构对称式三铰杆要求对称布置，以使受力均衡，在装配时要注意这点.5.注意设计地合理性设计结构时要注意活动部件不发生干涉，各零件布置要合理，结构要紧凑，比例要协调，大小要匀称.特别是三铰杆不能有死点现象产生.6.气动肌腱地充气管要便于插拔设计箱体是要预留开口.第六章对气动肌腱应用前景地展望随着国民经济地发展，国民经济各部门要求机械工业不断提供先进地技术设备，来研制新地产品以满足人民日益增长地物质文化要求.传动技术绿色化地发展趋势是不容置疑地.气动肌腱作为一种新型地摩擦力很小地气动执行机构，无疑较好地适应了这一潮流.首先，由于重工业地发展，越来越要求加工较大尺寸地工件，并且加工地精度要求较高，这就需要有能保持一段时间地较大夹紧力.气动夹具工作介质是压缩空气，它地工作压力可以控制并且波动较小，所以气动夹紧装置产生地夹紧力也基本保持不变，而增力机构可以有效地扩大原始力，有时可以高达几十倍，所以具有中间增力机构地气动夹具是最佳地选择.而气动肌腱无疑是气动元件中不错地选择.其次，为了提高利润，现代生产要求具有较高地生产效率，尤其是在大批量生产中.由于我们目前地生产力水平，生产效率地提高可能导致工人劳动强度地增大，从而使工人工作十分疲劳，容易导致工人劳动积极性下降，甚至是引起工伤事故.但是采用具有中间增力机构地气动夹具可以大大降低工人地劳动强度.压缩空气流动速度很快，采用气动夹具动作迅速，有利于缩短辅助时间，从而提高生产效率，同时操作时，工人只需要转动分配阀手柄就能产生较大地夹紧力，大大降低了工人地劳动强度，改善了工人劳动条件.再次，随着市场经济地发展，市场竞争日益激烈，不少商品在提高质量地同时降低价格，从而增加竞争力.而为了保证利润地增长，必须降低成本.气动肌腱地工作介质是压缩空气，空气随处可取，取之不尽，节省了购买、运输、贮存介质地费用和麻烦，用后地空气可以直接排入大气，没有污染，处理方便.再加上工厂还有其他一些气动设备，只要建一个压气站即可.最后，气动肌腱地独特优势使它在工业自动化领域有着广泛地应用.它比较适合于夹紧技术，搬移技术，定位机构，机器人，仿真技术，仿生/平台机械，建筑技术和注塑机等.参考文献【 1】王雄耀. 介绍一种气动新产品—仿生气动肌肉腱[J]. 液压气动与密封,2002(001):31-35.【 2】林文焕,陈本通编著. 机床夹具设计. 北京: 国防工业出版社,1987.【 3】卫玉芬.李小宁，气动人工肌肉地进展和应用，2002(001):37-38.【 4】路甬祥，阮健，陈行.气动技术发展方向液压与气动.1991（2）：2～3.【 5】方昌林主编.液压、气压传动与控制. 北京:机械工业出版社，2001.【 6】李学荣编著. 四连杆机构综合概论.北京:机械工业出版社，1983.【 7】李维荣主编.标准紧固件实用手册.北京：中国标准出版社，2000.【 8】范云涨,陈兆年主编.金属切削机床设计简明手册. 北京:机械工业出版社，1995. 【9 】（日）土屋喜一.赵文珍翻译.机械实用手册.北京:科学出版社，2002.【10】（苏)柯热夫尼柯夫等著. 孟宪源翻译.机构参考手册. 北京:机械工业出版社，1981. 【 11】濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第6版）.北京：高等教育出版社，1996.【 12】王启平主编.机械制造工艺学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.毕业设计总结及致谢此次毕业设计就要进入尾声，而此基于气动肌腱地增力装置地机构化设计也基本达到了各种预期地技术指标.如可扩大力近五十倍，整体机构较简洁，无复杂地零件和结构.然而不满意之处亦存在：（1）整体结构还不够紧凑；（2）体积过大不小巧；（3）气动肌腱与其它构件地连接不够好.对于此存在地问题地解决由于各种原因未能及时完成，成为一憾事！末了，感谢地话必不可少，不仅是我花费了心血，同时我地指导老师王老师、钟老师也花费不少心血，一并感谢，谢谢！同时也感谢机电学院所有地老师，谢谢你们！版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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一种新型的气动肌腱驱动的双工位交替工作的增力夹具

力军。气动肌腱作为一种新型的气动执行元件，绿色环保，无污染，具有功率／量比高，功率／质直径比大的特点。它是一个高效的能量转换器，其本身没有相对运动元件，它模仿自然肌腱的运动，
肌腱处于松弛状态，收缩力经恒增力杠杆进行第一次放大．再经ｔｇｌ构的角度效应产生二ｏｇｅ机
定的，பைடு நூலகம் 力会随收缩量的增加而减小，而平行同
步ｔｇｌ构的力放大系数随压力角的减小而增ｏｇｅ机
液压与气动，２０（２）２３．０８１：５ —５
第一作者简介：秦培亮，男，１８年生，江苏徐州人，硕９１士研究生。研究领域：机械设计及制造。
（辑：飞）编向
［］柏青，钟康民．于气动肌腱的三级增力压紧装置４基
大提高
收稿日期：２１－４１０１０—８
图１气动肌腱驱动的双工位交替工作的高效增力夹具（侧夹紧）右
与开发
个相同直径的气动肌腱、恒增力杠杆、铰杆以及
的机械效率；为恒增力杠杆主动臂长；Ｚ为恒
液压气动与密封，２０（１：３ — ５０２０）１３．
［］鹿霖，康民．动肌腱驱动的形封闭偏心夹紧装置２钟气

气动肌腱驱动的肘杆-杠杆增力双工位并行高效夹紧装置

气动肌腱驱动的肘杆-杠杆增力双工位并行高效夹紧装置鹿霖;胡炜【摘要】In this paper, a type of double-position and highly-efficient clamping device which is driven by pneumatic muscle based on the angle and length force amplification effect of toggle and the eternal lever force amplifier is described. The pneu-matic muscle which takes place of the traditional rigid cylinder has some features such as extremely simple structure, good flexibility, larger ratio of the output force anddiameter/weight, etc. By comparing with the traditional system, the system driven by pneumatic muscle has greater clamping force and more compact structure. Meanwhile, it is a green and energy-sav-ing system, so it deserves to be promoted.%创新设计了一种由气动肌腱驱动的基于肘杆和恒增力杠杆的角度和长度力放大效应的双工位高效夹具. 该机构用结构极为简单、柔性好、输出力与直径比大、输出力与重量比高的气动肌腱来代替传统的刚性气缸,通过与传统气缸驱动方式相比较,发现其夹紧效果更显著,系统结构更紧凑,同时符合绿色节能新理念,值得推广.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(028)006【总页数】3页(P98-100)【关键词】气动肌腱;肘杆;杠杆;增力;夹具【作者】鹿霖;胡炜【作者单位】苏州工业职业技术学院, 江苏苏州 215104;苏州工业职业技术学院, 江苏苏州 215104【正文语种】中文【中图分类】TG7590 引言作为工艺系统的组成部分之一，机床夹具在设计中基本要求就是输出的夹紧力要足够大，在加工过程中不能松动。

可重构:基于杆件长度与角度效应气动肌腱驱动的夹具系统

可重构：基于杆件长度与角度效应气动肌腱驱动的夹具系统秦培亮;钟康民【摘要】@@%利用杆件可重构的设计理念,通过改变基本杆件的形状和位置,仅仅利用几何形状极为简单的杆件,就可根据实际生产需要,创造出各式各样具有不同形式、不同力放大功能的力放大机构,该文介绍了利用直径不同的2只气动肌腱与可重构杆件进行组合创新设计的夹具系统,对其工作原理进行了分析,并给出了相应的力学计算公式.该夹具系统适应了绿色化的发展趋势,具有比较广阔的应用前景.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】3页(P99-101)【关键词】夹具;气动肌腱;可重构;长度效应;角度效应【作者】秦培亮;钟康民【作者单位】苏州农业职业技术学院信息与机电工程系,江苏苏州215008;苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021【正文语种】中文【中图分类】TH112;TG75引言近年来绿色化理念不断深入人心，作为制造系统中的重要组成部分，机床夹具的绿色化设计也将必然成为一种发展趋势。

因此，可以用运动速度快、动作平稳的气动夹具来代替传统的液压传动夹具，气动夹具的工作介质是清洁的压缩空气，无污染。

但气压传动的明显缺点是其系统工作压力低(一般p=0.4～0.7 MPa)［1］，因而为达到夹紧效果易使夹具体积过大。

为了提高气动夹具的夹紧力，可以使用杆件增力机构进行力放大，其中最常用的是杠杆及铰杆机构，利用杆件可重构的设计理念，通过对基本杆件进行不同的串联组合，就可根据实际生产需要，创造出各式各样具有不同形式、不同力放大功能的力放大机构，本论文基于杆件可重构的理念，利用直径不同的2只气动肌腱与可重构杆件机构进行组合创新，设计了一组夹具，气动肌腱是一种功率一质量比高的、能提供双向拉力的新型气动柔性执行元件。

它与传统气缸相比不但结构简单、摩擦小、无污染，而且能产生相当于同径气缸数倍的拉伸力［2］。

1 工作原理该类夹具均由2个不同直径的气动肌腱、杆件增力机构、压头三大部分组成，他们的工作原理相同，即当压缩空气进入大直径气动肌腱后产生收缩力Fi，收缩力Fi经杆件增力机构进行放大，然后由压头将输出力Fo施加到工件上，完成工作行程后，大直径气动肌腱恢复到松弛状态，与此同时小直径气动肌腱内部充入压缩空气，产生另一个收缩力F用作压力机力输出元件的返回行程，所不同的是利用杆件可重构的思想，仅仅改变增力机构toggle与杠杆的数量及连接方式，就可重构出不同结构与性能的气动肌腱驱动的夹具，满足生产过程中的夹紧要求。

一种新型的气动肌腱驱动的双工位交替工作的增力夹具

一种新型的气动肌腱驱动的双工位交替工作的增力夹具秦培亮;钟康民【摘要】介绍了一种气动肌腱驱动的双工位交替工作的高效增力夹具,采用两个气动肌腱交替作用,使用恒增力杠杆及toggle机构作为力放大机构,可使得两个工位上的工件实现交替工作,因而显著提高了生产效率,该夹具结构简单,力放大效果显著,无污染,适应了夹具绿色化的发展趋势.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2011(040)010【总页数】3页(P75-77)【关键词】气动肌腱;杆件;铰杆机构;夹具【作者】秦培亮;钟康民【作者单位】苏州农业职业技术学院,江苏苏州 215008;苏州大学机电学院,江苏苏州 215021;苏州大学机电学院,江苏苏州 215021【正文语种】中文【中图分类】TH112;TG7561 引言随着绿色制造理念的不断深入，使用新能源、环保节能的增力夹具必将取代传统夹具，成为主力军。

气动肌腱作为一种新型的气动执行元件，绿色环保，无污染，具有功率/质量比高，功率/直径比大的特点。

它是一个高效的能量转换器，其本身没有相对运动元件，它模仿自然肌腱的运动，如同很多动物的肌肉那样产生很强的收缩力 [1]。

在有效工作范围内，收缩最高达到额定长度的15%。

因此，近年来，气动肌腱在夹具设计领域倍受关注，并出现了以气动肌腱代替传统气缸的传动技术[2-4]。

本文将气动肌腱与恒增力杠杆及toggle机构相组合，充分考虑了气动肌腱的拉力随收缩量的增加而减小，toggle机构的力放大系数随压力角的减小而增加的关系，实现夹紧作用。

同时使用两个气动肌腱驱动，可实现一个工件加工与另一个工件拆装同步进行，生产效率大大提高。

2 工作原理图1 气动肌腱驱动的双工位交替工作的高效增力夹具（右侧夹紧）气动肌腱驱动的双工位交替工作的高效增力夹具的工作原理如图1及图2所示，该夹具由两个相同直径的气动肌腱、恒增力杠杆、铰杆以及力输出件组成。

气动肌腱由一个二位四通阀控制工作状态。

气动肌腱驱动的小型压力机

第32卷第3期Vol132　No13锻　压　技　术　FORGING&S TAMPING TECHNOLOGY2007年6月J un.2007　气动肌腱驱动的小型压力机3朱　梅33(深圳职业技术学院自动化系,广东深圳　518055)摘要:介绍了一种以单根气动肌腱为驱动装置的压力机增力机构设计方案。

利用气动肌腱这种输出力大和安装空间小的柔性驱动器与楔块和铰链连杆机构相结合而组成的增力机构,得到高倍数输出力。

该机构是一种传动简单、结构紧凑、噪音小、增力比大且易于实现的驱动机构。

气动肌腱具有在短行程中产生高输出力的特点,所以,是一种小型压力机和冲压机的理想驱动器。

给出了该机构的工作原理、力学分析和参数计算方法,为小型压力机及台式冲压机提供了一种新的驱动方法。

关键词:气动肌腱;小型压力机;杠杆铰链机构;力学分析中图分类号:TH138 文献标识码:B 文章编号:100023940(2007)0320092204Small press driven by pneumatic muscleZHU Mei(Automation Department,Shenzhen Polytechnic,Shenzhen　518055,China) Abstract:A mechanism of small press driven by a pneumatic muscle was designed1Incremental working force was ob2 taind by combining a pneumatic muscle which could generate high driving force within a small mounting space with a toggle lever mechanism and a wedge1The simple transmission setup,compact structure,low noises and higher force increase ratio could be reached easily by the mechanism1The pneumatic muscle is ideal when used for the actuation ofa small press,because a high force is exerted via a short stroke1The result is suitable for small press and table punch1The working principle of the mechanism,the force transmission analyses and parameter calculations were shown1This study offered a new drive for the small or table press1K eyw ords:pneumatic muscle;small press;toggle lever mechanism;mechanics analysis3深圳市科技计划资助项目(05K Jfb044)33女,46岁,高级工程师收稿日期:2006209230;修订日期:20062112281　引言小型压力机做为对小型材料进行切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺的通用型压力加工设备,在工业中应用广泛。

绿色化气动执行元件——气动肌腱及其创新机构设计

正交增力机构。而杠杆本身也能完成一次增力，所以本机构是一个二次增力机构。该装置主要由气动肌腱、斜杆和杠杆组成。当压缩空气充入气动肌腱内部后，它就产生相应的双向收缩力。在气动肌腱的双向收缩力作用下，拉动斜杆运动，通过斜杆角度效应一次把力放大后，
式中：
杠杆的传递效率。
２２基于角度一．角度效应的力输出装置
图４所示为气动肌腱与双边装置一边组合单向输入双
斜杆二次增力机构的组合。该装置巧妙地利用了气动肌腱能提供双向张力的功能．且因该系统中的力输出件在径向
这种装置可以广泛应用于装置体积受限制。但是需要较大夹紧的场合。容易得到，该装置的理论增力系数即为斜杆、杠杆增
力系数的乘积：
‘ ／ａＯａ］２ｎｎ３ｔ￣ｔ（７）
图５以气动肌腱为驱动的三次增力力输出装置
与开发
机构，能够迅速获得较大的央紧力，从而央紧件。
．
将会有更广阔的用途及应用前景。
参考文献：
［］侯伟丽．１纪中国绿色发展问题研究［］．南都学坛：人１２世Ｊ文社会科学报，２０，２（）０ —１００４４３：１６１

对称之美——气动肌腱驱动的基于三级toggle增力机构的压力机

型的气动肌腱驱动的基于三级ｔｇｏｌ力机构的压力机，其工作原理进行了分析，并给出了相应的力学ｇｅ增对
计算公式。该压力机的大直径气动肌腱用于压头的工作行程，而小直径气动肌腱用于压头的返回行程。该
度效应的ｔｇｅ增力机构的压力机。ｏｇｌ
动时也无跳动和爬行现象，无需使用位移传感器，密封良好，隔驱动器内空气和周围空气，分而且适用于充满
收稿日期：１－３０２１０－３０作者简介：姚睿（９１）男，１８一，江苏苏州人，师，讲硕士，主要从事气动控制技术方面的科研和教学工作。
版社，９４１９．
２１０１年第１Ｏ期
粉尘和污脏的环境，并且结构坚固。
１工作原理
液压与气动
３应用计算举例
７９
气动肌腱驱动的基于三级ｔｇｌ增力机构的压力ｏｇｅ机的工作原理如图１所示，该装置由两个气动肌腱、三级增力ｔｇｌ机构以及力输出件组成。该压力机的ｏｇｅ大直径气动肌腱两端通过杆件与一级ｔｇｏｌｇｅ机构相连用于力输出件的工作行程，小直径气动肌腱两端通而过柔索用于力输出件的返回行程，中ｔｇ其ｏｌｇｅ机构起到力传递和力放大的作用。当压缩空气进入大直径气动肌腱内部后，该气动肌腱产生收，收缩力经ｔ－ｏｇｅ增力机构进行放大，后由力输出件将输出力Ｆ然。施加到工件上，完成工作行程后，直径气动肌腱恢复大到松弛状态，与此同时小直径气动肌腱内部充人压缩空气，产生另一个收缩力Ｆ用作力输出件的返回行

气动肌腱驱动的基于杆件-铰杆的对称夹具系统设计

气动肌腱与一般杠杆一铰杆增力机构进行串联组合，能得到许多形式的气动一机械复合传动夹紧装
场合，有较好的应用。文献［］提出基于气动肌腱２
与机械增力机构的夹具系统，作者在此基础上，根据科学美学的对称性理念，创新设计了４种以气动
置。作者创新设计了２种气动一机械复合传动装置，结合图对它们进行分析与比较，并分别给出其相应的力学计算公式。
安排。上述两种情况还可以将直杠杆设计成曲杠杆以满足被夹持工件不同位置的要求。
图３气动肌腱驱动的基于恒增力杠杆一铰杆的内夹持夹紧装置
图２气动肌腱驱动的基于一般杠杆一铰杆的浮动夹紧装置
３力学计算夹紧装置的增力系数是输出力与输入力的比值，
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致，很难保证其对中和均匀夹紧的要求的情况，因此作者设计了浮动夹紧装置。气动肌腱驱动的基于一般杠杆一铰杆的浮动夹紧装置如图２所示，其工作原理与图１基本相同，在此不再赘述。该夹紧装置解决了浮动夹紧的问题，该机构在大批量生产中有着一定的

基于气动肌腱的三级增力压紧装置

基于气动肌腱的三级增力压紧装置
柏青;钟康民
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2009(027)001
【摘要】介绍了一种新型的基于气动肌腱的三级增力压紧装置,对系统的工作原理进行了分析并给出了工作原理图.文章对系统的输出力和力放大系数给出了相应的计算公式.该装置以气动肌腱为动力源,利用铰杆的角度效应以及杠杆的长度效应对输入力进行放大和传递.装置结构紧凑,技术功能较为完善,增力效果明显,是对传动机构绿色化设计的一种尝试.
【总页数】3页(P90-91,94)
【作者】柏青;钟康民
【作者单位】苏州大学,机电工程学院,江苏,苏州,215021;苏州大学,机电工程学院,江苏,苏州,215021
【正文语种】中文
【中图分类】TP271
【相关文献】
1.气动肌腱驱动的基于三级增力机构的冲压机设计 [J], 秦培亮;王洋;王明娣
2.气动肌腱驱动的基于曲杠杆-铰杆的增力压紧装置 [J], 秦培亮;钟康民
3.对称之美——气动肌腱驱动的基于三级toggle增力机构的压力机 [J], 姚睿;秦培亮;钟康民
4.基于三级增力机构的气动肌腱压紧装置 [J], 柏青;钟康民
5.气动肌腱驱动的基于增力铰杆-恒增力杠杆的压紧装置设计 [J], 秦培亮;钟康民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。