夹紧机构

心应用广泛。
偏心夹紧机构的应用 偏心夹紧机构的应用很普遍。如图就是偏心 轮和偏心轴的典型应用。
1)圆偏心夹紧原理
偏心夹紧的工件特性 如图所示的圆偏心轮，其轴心与圆盘中心有偏心距e。 圆偏心也可看作一弧形楔。
各点的升角随着偏心转角变化而变化
由几何关系可得
Sinax=2e/D*sinø x
其中： ø 的变化范围是00--1800，，当ø 为900时，ax最大, x x 随后ax逐渐减小到0。
§ 8. 3
工
件
的
夹
紧
一、夹紧装置的组成及设计要求 （一）夹紧装置的组成：（两个部分组成） 1、动力源：手动夹紧：人力提供动力源 机动夹紧：以气动、液动、电动 等提供动力源。
2、夹紧机构：是接受和传递作用力的机构， 包括中间递力机构和夹紧元件
中间递力机构的作用： a、改变夹紧力方向； b、改变夹紧力大小； c 、提供自锁功能。
液压夹紧装置 特别适用于大型工件的加工及切削时有较大冲击的场合
压块4是防止在夹紧时带动工件转 动；并避免1的头部直接与工件接 触而造成压痕，同时也可增大夹紧 力作用面积，使夹紧更为可靠。
简单的螺旋夹紧机构:
螺旋夹紧力的计算公式
PL Q r 'tg 1 r平 均 tg(a 2 )
式中： P—原始作用力； L—手柄长度； r′—螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩 擦半径； r平均—螺旋作用中径之半；（作用中径为d平均）； α—螺旋升角；

2
r
2 R3 r 3 3 R2 r 2
实际生产中，采用螺旋—压板的组合夹紧，在手动操 作时用得比单螺旋夹紧更为普遍。较典型有三种：
图（a）的扩比力最低； 图（c）的操作省力， 但结构受工件形状限 制，图（b）基本不变。
故设计这类夹具时，
要注意合理布置杠杆 比例，寻求最省力、 最方便的方案。
斜楔一滑柱式定心夹紧机构（图8-65） 它是利用能作轴向移动的斜面，当移动时可 以同时径向地推动几个卡爪来涨紧工件的定位 基准，从而使工件得到定心并夹紧的装置。 弹簧筒夹定心夹紧机构（图8-66） 该装置是利用弹簧筒夹的弹性变形将工件 定心并夹紧的
（3）、机动夹紧装置
气压夹紧---夹具中使用最广泛的一种动力装置，它的能量来源 是压缩空气，气压夹紧的特点：使用、操纵方便。气压动作快， 夹紧效率高。压缩空气有弹性，夹紧刚度不高
螺旋夹紧的主要缺点安装、拆卸工件的辅助时间太长，
3.圆偏心夹紧机构
概念：利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴对工件直接 夹紧或和其他元件组合而实现对工件夹紧的机构。 圆偏心夹紧是一种结构简单、动作迅速的夹紧机构。 常用的有圆偏心 和曲线偏心两种，可 做成平面凸轮的形状。
因圆偏心机构简单，
制造方便，较曲线偏
(2)斜楔夹紧行程小， 且受斜楔升角α影响。增 大α可加大行程，但自锁 性能变差。 为解决增力、行程之 间矛盾，斜楔还可采用双 升角形式。前部大升角 (α=30o～40 o)用于夹紧前 的快速行程，后部分小升 角(α=5o～7 o)用来夹紧和 自锁
(3) 夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。
手动操作的简 单斜楔夹 紧很少 应用，而在常见的 夹紧装置中，改变 夹紧力方向和 作 为增力机构时则应 用较多。如气—液 压夹紧时，斜楔上 作用的动力源是不 间断的，所以不必 自锁，α可增大到 15～30°。
螺母1，通过一
特殊压板2，使 四个工件同时 夹紧。
图（c）是用液性塑料的平行式多件夹紧。
8.4.2）对中与定心夹紧机构 1、定心夹紧机构的工作原理
当回转体工件要求内外圆同轴线或开槽的工件有 对称度要求时，常采用定心夹紧机构来安装工件，三 爪卡盘就是常用的一种。 1）原理：定心夹紧机构是指能保证工件的对称点（或对称 线、面）在夹紧过程中始终处于固定准确位置的夹紧机构。 2）特点：夹紧机构的定位元件与夹紧元件是合为一体，并 且定位和夹紧动作是同时进行的。由于定位夹紧元件能同 时相对而动，因而可使工件的偏差均分。
8.3.2 三种典型夹紧机构 常见的有斜楔、偏心、螺旋和铰链等夹紧机构，斜楔、偏
心、螺旋是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。
1.斜楔夹紧
Q
α
R
α
P
1）夹紧力计算
斜楔受力分析： Q：外力; W：工件对斜楔的作用力， N：夹具对斜楔的作用力， 以及摩擦力F1 、F2 。
根据静力平衡方程： Q=F1+Rsin(α+φ2) F1=Wtanφ1 W=Rcos(α+φ2) 解得： W=Q/[tg (α+φ1)+ tgφ2]
③ 夹紧力方面应使所需夹紧力尽可能小。
P：切削力、W：重力，Q：夹紧力 P、W相同时，哪一情况Q可最小？ 由此可见，夹紧力大小与夹紧力方向直接有关，在考虑 夹紧方向时，只要满足夹紧条件，夹紧力越小越好。
2.夹紧力作用点的选择 ① 夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的平面内
Q
Q
不合理
合理
1) .多件联动夹紧
8.4 几种常用典型夹具
加工时采取多件夹紧，可以大大提高生产率，尤其在小件 加工时应用更为广泛。 按夹紧力的方向及作用情况，多件夹紧可分为两种： (1)连续式夹紧——由一个力的来源，以同样大小的夹紧力， 依次连续朝同一方向由一个工件传递到其他工件。
使用连续式夹紧 ，沿夹紧方向，每个工件与定位——
夹紧元件接触处的误差，必定要传到另一工件上。如此累
积，使最后一个工件沿此方向的定位精度非常低。因此， 连续式多件夹紧只适用于被加工表面与夹紧方向平行（即 工件加工尺寸的方向与夹紧方向相垂直）的时候。因此时 的定位误差，并不影响工件的加工精度。
(2)平行式夹紧——总的原始力按几个平行的相同方向，分 布在不同的多个夹紧位置上。 工件安装在V 形块上，旋紧
6、偏心轮的夹紧机构的特点：
（1）偏心夹紧动作迅速，操作简便，因此应用比较广泛。 （2）偏心夹紧的夹紧行程较小，对工件的相应尺寸精度要求 较高。 （3）偏心夹紧的自锁性能较差，不如螺旋夹紧，其自锁性能 与偏心特性D/e有关，当D/e小于14时，自锁性能就不好。偏 心夹紧一般多用于振动不大的工序。 （4） 偏心夹紧机构也是一种增力机构，其增力比一般为12～ 14。 偏心轮的材料，多用20钢或20Cr钢制造，表面渗碳淬火55～ 60HRC。工作表面磨光，非工作表面发蓝处理。
材料：斜楔一般用20钢渗碳，淬硬 HRC58～62。批量不大时也可用45钢， 淬硬HRC42～46。
2. 螺旋夹紧 螺旋夹紧结构简单，增力比大，自锁性好，夹紧可靠， 所以在夹具中得到最广泛的应用。相当于将斜楔绕在圆柱体 上，作用原理与斜楔夹紧相似。 螺杆1在2中转动而起夹紧作用。 螺母2采用可换式，其目的是为了 内螺纹磨损后可及时更换。 螺钉3用以防止2的松动。
sinaT=sinamax= 2e/D sinamin= 0
2)工作段的确定
一般取450-900所对应的圆弧段为工作段。 当2e/D很小时，可以取偏心线水平位置时的接触点P
为升角最大的夹紧点。
图示为
取相对P点左右对称的一段圆弧为工作段，即A到B 段。夹角r通常取300-45Байду номын сангаас，夹紧行程大于e.
3）偏心夹紧必须保证自锁条件
估算夹紧力的方法：
1）首先：将工件视为分离体，分析作用在工件上的各 种力；
（
2） 再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需的最 小夹紧力， 列出静平衡力学方程求理论夹紧力； 3） 最后将乘以一合适的安全系数，以此作为所需的夹 紧力。
1) 钻削加工所需夹紧力的估算
由
Mt= M0+M M=(W+p)ur’ 可推出
偏心夹紧必须保证自锁，否则就不能应用。
斜楔夹紧一样，圆偏心的自锁条件相应为：斜楔夹紧一
样，圆偏心的自锁条件相应为：
D/e值反映了偏心轮的偏心特性，它可用来表示偏心轮工
作的可靠性；此值大，自锁性能好，但结构尺寸也大。
满足偏心轮D/e≥14～20的条件时，机构即能自锁。
4）、夹紧力计算：
如图所示，计算时 可把圆偏心工作情况 看成是一个塞于转轴 和 工 件 之间 升 角 为 aP 的假想斜楔。
1 —螺杆下端（或压块）与工件接触处的摩擦角；
2—螺旋配合面的摩擦角（常取8°30′）。
适用范围：结构简单、夹紧可靠、增力比大、行程不受 限制，多用于手动夹紧
典型螺杆下端（或压块）与工件接触处的当量摩擦半径
螺旋夹 紧的端 部形状
I
II
III
IV
当量摩 擦半径
r΄＝0
r 2 R 3 r R ctg
斜楔夹紧的特点：
(1)斜楔机构简单，有增力作用。一般扩力比（约为3） ，α愈 小增力作用愈大。
Ip=W/Q=1/[tg (α+φ1)+ tgφ2]
取 φ1 = φ2 =6º α=10º ， 代入得ip=2.6 α越小，增力比越大 斜楔夹紧机构增力比小，效率低下，多用于机动夹紧机构中。
带滚子斜楔夹紧的夹紧力计算：
Q Q 2 Q 2
不合理
合理
夹紧力应落在工件刚性较好的部件上
Q2 Q1 Q1
夹紧力应尽量靠近加工面
3.夹紧力大小的估算 夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工精度， 过小工件加工中易移动或产生振动。 夹紧力太小，不足以抵抗加工中的各种力； 夹紧力太大，易造成工件、夹具的较大变形。 实际夹紧力W0一般为理论夹紧力W乘以安全系数K， 即： Wk =KW(N) 一般安全系数 K=1.5~3 粗加工 K=2.5~3 精加工 K=1.5~2
W=M1/ ur’-P
1) 车削加工夹紧力的估算
如图所示，工件夹于三爪卡盘上 。 （1）受力分析 车削时，工件在直径D1处受切 削力 P。分解为PX，PY，PZ。每爪 的夹紧力为W
（2）找出与夹紧力相关的主要外力 三个夹紧力W要克服工件切削时的轴向移动和绕轴线的转动。
实际夹紧力：W=KP/ u=KPZ/3u
为达到以上三个要求，正确设计夹紧机构，首
先必须合理确定夹紧力的三要素：
大小、方向和作用点。
8.3.1、夹紧力的确定 1.夹紧力作用点及方向的确定 ① 不破坏定位的准确性，朝向是定位基准；
A Q Q B Q
a
Q
合理
不合理
夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面
Q Q
Q
不合理
合理
② 夹紧力方向应使工件变形尽可能小；
1 与上表面的摩擦角 2 与下表面的摩擦角
2、自锁条件：
机构的自锁：外力Q消失后，机构在摩擦力作用下，仍能 夹紧工件的能力。
斜楔自锁条件为：楔角小于斜楔与工件及斜楔与夹具 体之间的摩擦角之和。 一般 φ1 = φ2 =6º 因此取α=8º-10º ， 实际取α=6º，这时tg 6º =0.1=1/10
二 、工件夹紧的基本要求
①夹得稳：不破坏稳定的正确定位，以作平衡，刚度足够； ②夹得牢：夹紧力要合适，过大工件变形或损伤，影响加工 精度，过小工件加工中易移动或产生振动，同时，夹紧装置
应保证自锁，即原始夹紧力去除后，工件能保持夹紧状态；
③夹得快：机构简单、紧凑、操作安全、省力、迅速方便。
确定夹紧方案一般应与定位问题同时考虑，
手柄上原始力矩M=QL使偏心轮转动，再由转轴传至夹 紧点P产生一个平衡力矩：M΄= Q΄· ρ
QL＝Q· ρ Q΄＝QL／ρ
W
5)在设计圆偏心时，应注意以下三个问题：
a）自锁条件；
b）保证足够的夹紧力； c）保证足够的夹紧距离（指偏心轮工作部分与工作间接 触点的最大垂直位移）。 设计偏心夹紧时，首先应考虑足够的行程：行程 太小，工件放不进，过大则工件夹不紧。在这基础上， 再选择偏心距e，然后按自锁条件确定外径D，最后进 行夹紧力验算和设计具体结构。
5、螺旋夹紧的特点
（1）
（2）
螺旋夹紧自锁性好，夹紧可靠。一般其螺旋
螺旋夹紧的增力比较大，可达65～140倍。
角比摩擦角小得多。
（3）
螺旋夹紧的夹紧行程不受限制，但由于一般
多为手动，因此夹紧行程长时则操作费时，效率低， 劳动强度大，因此，设计螺旋夹紧机构时，尽可能地 采用快速螺旋夹紧机构。 （4） 螺旋夹紧结构简单。