液压三爪卡盘机构设计

其中 平面螺旋机构的升程 t=12
卡爪每次进给量 f=0.05
4. 定 子 圆 柱 活 塞 杠 面 积 的 设 计
由结构可知，叶片输出扭矩 M=P·S1·r·Z1·Ym………………………（3） 其中 P：进油口压强 S：叶片面积 Z：叶片数
r：叶片面积的几何中心到轴心线的距离 Ym：机械效率
油液压强 P=F2/S2………（4） 其中 F2=F/Z ………………（5） 每个叶片受力 F1=PS1…………（6）
Z 只影响压力油压强，但最终扭矩不变。 故为了便于制造、安装和密
封，取 Z=3.
3.摆 动 角 的 设 计 由 经 验 可 知 ，在 通 常 情 况 下 ，工 件 被 夹 紧 时 其
变 形 B≤1mm,取 每 次 夹 紧 行 程 中 卡 爪 进 给 0.05mm,故 可 得 摆 动 角 θ=
360°∕t·f=1.5°
4.参数 β 的设计
图 3 活塞杠受力图
θ=Nsinα+Fcosα…………（10） J=Ncosα……………………(11) F=Nf…………(12) 其中 f 为摩擦系数,可取 f=0.18,则：σ3=T/Q=1/ tgα+f 若 α 取极大值,则 tgα≤H/L-2r1=15/96.3-18=0.20 故 可 得 ：σ3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6
● 【参考文献】
［1］ 唐 增 宝 等 , 机 械 设 计 课 程 设 计 (第 二 版 ), 华 中 科 技 大 学 出 版 社 ,1995.3. ［2］ 王 广 环 ， 液 压 技 术 应 用 . 哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版 社 ,2001. ［３］刘 友 才 ，机 床 夹 具 设 计 ,北 京 ：机 械 工 业 出 版 社 ，1992. ［4］范 收 昌 等 .计 算 机 辅 助 组 合 夹 具 组 装 设 计 ,机 械 与 电 子 ，1994.(1).
图 2 凹槽展开图 如 图 所 示, θ1 角 斜 面 为 槽 面 的 第 一 部 分,α 角 斜 面 为 槽 面 第 二 部
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科技信息
○机械与电子○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2008 年 第 33 期
分增力部分,θ2 角为第三部分过渡部分，下面分别确定个参数。 1.确 定 轮 廓 面 段 数 因 采 用 三 个 圆 柱 活 塞 杠,故 同 样 形 状 的 轮 廓
抱怨进行分类，确定抱怨处理等级，交由相应的抱怨处理人员解决。 （3）通过一系列的补偿手段来弥补顾客抱怨 。 在抱怨基本解决之
后，应用具有抱怨后补偿管理的功能，例如创建寄补偿物品、发抱歉 信、产品退换等业务活动，并对有过抱怨的客户做必要的跟踪等后续 工作。 科
［1］ 韩 冀 东 . 网 上 拍 卖 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社 ,2004:15-16. ［2］ 瞿 彭 志 . 网 络 营 销 [M]. 北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 ,2004:49-50. ［3］邵 兵 家 ，于 同 奎 .客 户 关 系 管 理 ：理 论 与 实 践 [M]. 北 京 ：清 华 大 学 出 版 社 ，2004. ［4］何荣勤. CRM 原理·设计·实践[M].北京：电子工业出版社，2006，1.
1. 卡 盘 体 端 盖 ，2. 小 锥 齿 轮 ，3. 大 锥 齿 轮 ，4. 圆 柱 活 塞 ，5. 圆 锥 螺 旋 弹 簧 ， 6. 液 压 缸 体 ，7. 卡 爪 ，8. 定 子 叶 片 ，9. 换 油 机 构 ，10. 转 子 叶 片 ，11. 缸 体 端
盖 ，12. 液 压 油 ，13. 卡 盘 体 图 1 卡盘结构方案简图
需要,初取 θ=45
由以上各式可得:
(3.83sinθ-0.85cosθ)T/(0.1cosθ+sinθ)=2R1
(1.83sinθ-1.15cosθ)Q/(0.15cosθ+sinθ)=2R2
由于 T≥0，θ≤52°38′；由于 R2≥0，θ≤32°9′
取 θ=32°9′，则 T=0.86Q，R2=0
图 4 活塞杠—凹槽受力图
作者简介：彭红 梅(19７7—)，女 ，江 苏 徐 州 人 ，徐 州 机 电 高 等 职 业 技 术 学 校 ， 教师，助理职称，机械电子工程专业。
取临界状态分析，则根据平衡条件可得：
［责任编辑：翟成梁］
● ●
（上接第 88 页）员做日后分析之用。 （2）不同程度的抱怨区别对待。 根据客户抱怨的情感投入程度对
拟对其尺寸初步取：
外 壁 厚 ：n1=16mm 油 腔 宽 ：a=30mm
内 壁 厚 ：n2=8mm 空 隙 宽 ：x=1mm
故液压腔的面积：
S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2)=1350mm 2… … … … … … … … （1 ）
其中：卡盘体大径 D=320mm
小径 d=100mm
取 θ=52°38′，则 T=0.故可得：
随着 θ 的增大,T 急剧减少,且 T 随活塞杠升程增大而增大,其与弹
簧弹力及液体压强有关,若弹簧确定,则临界 T 确定,即能求得螺旋盘
从空行程转入到夹紧行程的最小动力， 故 θ=45 符合 要 求, 此 时 R1=
1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。
斜面系统.设计的凹槽形状如图 2 所示。
活塞 4 向定子孔中运动，液压油 12 被加压缩，液体推动转子叶片 10 旋转，卡爪 7 径向微进给，此为夹紧行程。 当大锥齿轮 3 继 续 旋 转 至某一角度，活塞 4 将复位，继续转动，将wenku.baidu.com复上一次的运动直到把工 件完全夹紧。
二、主要参数与结构计算 以在 KZ320 型卡盘基础上增设一个 螺 旋 摆 动 式 液 压 机 构 为 例 进 行分析。 1.液压腔的结构设计 根据其具体的安装条件和强度 刚 度 要 求 ，
一、基本结构与原理 本设计是在三爪卡盘的结构基础上增设一个液压机构来实现夹 紧省力的，设计方案如图 1 所示，主要是在原有结构的基础上增加了 一个螺旋盘，一个摆动油缸及柱塞等。 大锥齿轮背面加工出凹槽，圆柱 活塞一端与槽配合，另一端装在液压缸定子叶片的孔中，端部装有弹 簧，柱塞在弹簧作用下，一端始终与凹槽接触。 工作时利用转动杠转动小锥齿轮 2 带动大锥齿轮 3, 当卡爪 7 未 接触工件时,圆锥螺旋弹簧 5 所受载荷较小,圆柱活塞 4 与大锥齿轮 3 无相对运动,缸体 6 随之一起转动,卡爪 7 径向移动,接近工件,此为空 行程。 当卡爪 7 接触工件后,所受阻力激增,进给激减，继续转动手柄， 活塞 4 受力增大，当其达到一定程度时，圆锥螺旋弹簧 5 被压缩，活塞 4 与大锥齿轮 3 产生相对运动，
d1：油腔小径 P：进油口压力(Pa) Ym：机械效率
D1=D-2L1-2X1-2n1=236mm d1=d+2L1+2L2=146mm
由(2)可得,在 b、D1、d1、P 及 Ym 等一定的情况下，理论上叶片数 越
大，得到的输出扭矩也越大。
由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩并不随叶片数的增
大而增大，在外力一定的情况下，M 只与油腔轴向面积成正比。 叶片数
水 平 力 平 衡 … … … … … … … (13) 竖 直 力 平 衡 … … … … … … … (14)
Fcosθ+Nsinθ=Q … … … … … … … … … … … … … … … … … … (15)
F=Rf … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (16)
【关键词】三爪卡盘；液压缸；夹具；设计
在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。 产品 设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会 的各行各业，产品设计无时不有，无时不在。 本论文主要针对加工工具 设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。
本文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构 的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。 传统的机床如车床、铣床上三 爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧,这不但增加了工人的劳 动强度，而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产 率的提高。 通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺 旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外 加压力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增 力比，具有良好的经济性和可行性。
面段数 N=3n(n=1、2、3……) 考虑到结构的具体需要,取 n=2,则 N=6,卡爪在一周内将进给 f=6×
f10.30 故缩短了夹紧时间,提高了效率。 2. 活 塞 杠 的 升 程 活塞杠的升程 H=H1+H2 分别确定 H1、H2 再根据 H=σ·m……………………（9） 其中 σ：增力比 m：卷子叶片的平均移动距离 m=θ0/π·r=θ0/π·（D1+d2/2）191/2×2π/200=3mm 根 据 安 装 的 需 要 ， 活 塞 杠 轴 线 与 卡 盘 体 轴 线 R=（191-6）/2==
σ1σ3=4×2.5=10.4 由于新增机构增力比为 σ1σ3,且其他机构不变,故 σ1σ3 就是最终的 增力比.设计目标为增力比 σ0=10,故 σ1σ3=10.4 相差不大,符合要求，故 取 σ1=4,H=mσ1=12mm 可设 H1=4mm,H2=8mm。 3.参数 θ1 的设计 当活塞杠处于与凹槽配合状态 ，与大锥齿轮还 没有相对滑动时，其受力如图 4 所示，
92mm 得轮廓线参数 L=2πr /6=90.3mm,则 H=m·σ1=12mm, 故 S2=S1/σ1,=1350/15=270mm. r2=σ1S2/π=9.0mm 凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为 σ3=J/L 对活塞杠进行受力分析,如图 3 所示
Fcosθ+Nsinθ+R2=R F1+F2+Fsinθ+T=Nsinθ
图 ５ 凹槽中心剖面图
槽 面 形 状 如 图 ５ 所 示,基 于 工 作 要 求,取 C1=3mm,C2 由 前 述 条 件 得:
C2=H2tgβ=H2sin45°=8mm。 …………………(18) 则 tgβ=H2/(L-Φ-C1-C2)=8/(96.3-20-3-8)=0.123，得：β=7° 四、结束语 机床夹具已成为机械加工中的重要装备。 机床夹具的设计和使用 是促进生产发展的重要工艺措施之一。 随着我国机械工业生产的不断 发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术 革新中的一项重要任务。 科
卡盘体外壁厚 L1=25mm
卡盘体内壁厚 L2=15mm
2.转子叶片数的设计 摆动缸中转子叶片的作用是得到尽可能大
2
2
的 扭 矩 , 其 输 出 扭 矩 的 表 达 式 为 ：M =Zb (D 1 -d 1 )Pym (N.m)
…………………………（2）
其中 Z：叶片数 b：轴间宽度
D1： 油 腔 大 径
F1/F2=S1/S2=σ1… … … … （7 ） 其中 σ1 为增力比,为一常数,故 S2=S1/σ1…………………（8） 三、凹槽轮廓线的设计
根据设计方案可知,凹槽轮廓线分两个功能部分,即增力夹紧部分
和圆柱活塞杠位置复原部分。 活塞杠与叶片组成增力系统,又与弹簧
配合,组成离合销系统。 为了使两个系统的工作顺利衔接,特设计过渡
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2008 年 第 33 期
液压三爪卡盘机构设计
彭红梅 （徐州机电高等职业技术学校数控中心 江苏 徐州 ２１１０１１）
【摘 要】本文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。 传统的机床如车床、铣床 上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧,这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产 率的提高。 通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外加压 力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增力比，具有良好的经济性和可行性。
T=PS2+T0 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (17) T：圆锥螺旋弹簧弹力 F1、F2 为密封圈处摩擦力 R1、R2 为密封圈处空壁对活塞杠作用力 f：摩擦系数取 f=0.15，f1=f2=0.3 已知 H1=4,力 N 的作用点 在 h=H1/2=2 处,为 方 便 计 算 和 实 际