两种快速夹紧机构工作原理分析

两种定位夹紧机构工作原理分析

摘要：在生产中，我们时常会遇到需要夹紧工件的情况，对于不同形状的工件，我们需要不同类型的夹紧机构。本文主要介绍两类比较常用的快速夹紧机构，即斜楔式夹紧机构和偏心轮式夹紧机构的受力分析和自锁条件

关键词：夹紧力、自锁、升角、偏心轮

快速夹紧机构是指以快速简便的动作就能实现对物体施加某种形式的作用力，使之夹紧

固定、夹持移位或夹紧制动的机构。①根据其作用，分为定位夹紧机构、夹持位移机构和制

动夹紧机构。其中，定位夹紧机构是将工件定位夹紧后，能承受一定的外力作用而不松动的机构。如机床加工夹具和各种测试夹具等。本文介绍的两种快速夹紧机构即为定位夹紧机构。

一．斜块式斜楔夹紧机构（斜楔机构）

1.受力分析

斜楔夹紧机构的受力图如图1所示，作用力Q 推动楔块，顶块沿斜面向上的夹紧力为P ，法向力N 与沿接触面的摩擦力f 合成一个反力R 。顶块在Q 、P 和R 的作用下处于平衡状态，由里的封闭三角形可知，顶块的夹紧力为

tan()

Q P =α+ϕ 式中α———楔块斜面升角

φ———反力R 作用线与法向反力N 作用线之间的夹角，成为摩擦角。 α

Q R

N f

P

αφQ R

P

αφ

图1

αR f P α

φ

N Q P Q R

φαγ

L e h P O 1

O 2工件

A

F

α

图2 图3

2.自锁条件

夹紧后。顶块保持在夹紧状态，楔块不会自动松脱的现象，成为自锁。②

如图2所示，若顶块沿斜面向下相对滑动时，楔块将被推出。这时，P 为主动力，Q 为支持力，摩擦力f 向上。F 和法向力N 合成反力R 。可得

tan()Q P =ϕ-α

由上式可知，若α>ϕ，则Q<0，即力Q 的方向与图中所示相反。这时，只要存在力Q 就能使楔块松脱。若α<ϕ，则力Q 与图示相同。这时，顶块对楔块无论多大的反力也不会使楔块自动退出。可见。斜楔夹紧机构的自锁条件是：楔块斜面升角α小于摩擦角ϕ，即α<ϕ。

二．偏心轮式夹紧机构

偏心轮夹紧机构的夹紧原理如图3所示，O 1是偏心轮的几何中心；O 2是偏心轮的转动中心；偏心轮半径为R ；A 是偏心轮夹紧支点，e 为偏心距。 当偏心轮绕O 2转动时，O 2点至工件表面间的距离h 发生变化。利用这个变化可对工件进行夹紧。图中h 值为

h=O 1A-ecos γ=R- ecos γ

式中γ——O 1A 与O 1O 2之间的夹角。

偏心轮实际上相当于一个特殊的斜楔，区别是，斜楔的升角是个常数；而偏心轮的升角α与夹紧支点的位置有关，也即是与γ角有关的变量。

1.自锁条件

设计时，为使偏心轮夹紧时保证自锁，须满足如下条件：

α≤φ1+φ2

式中α———偏心轮工作圆弧段夹紧点的升角

φ1———偏心轮回转轴处的摩擦角

φ2———偏心轮与工件间的摩擦角。

由图3几何关系可得

12tan tan()cos esin R e γαϕϕγ

=≤+-

为简化计算和自锁可靠，并以最大升角α为夹紧装置是，有

21tan R e

ϕ≤ R/e 称为偏心轮特性，它表征偏心轮工作的可靠性。只要满足上式要求，偏心轮圆周上的夹紧点均有安全的自锁性能。

2.夹紧力计算

设F 为对手柄的作用力，L 为手柄有效长度，P 为偏心轮在接触点A 夹紧时的夹紧力，对O 2取矩，可得

sin (cos )Fl Pe P R e γγ=+μ-

由此可算得夹紧力为

sin (cos )

Fl P e R e γγ=+μ-

参考文献：

①陈国华，机械机构及应用【M 】机械工业出版社，2008.1

②邱永成，机械基础【M 】中国农业出版社，2004.6